К производным пиримидина относятся и остальные три азотистых основания, на основе которых природа создала генетический код; это аденин, гуанин и цитозин. Все они относятся к пуринам. Пурин – двухъядерный гетероцикл, в котором сконденсированы молекулы пиримидина и имидазола. Название пурин происходит от лат. purus acidum uricum – «чистая мочевая кислота». Мочевая кислота – это пурин-2,6,8‑трион. У птиц и пресмыкающихся мочевая кислота – главная составная часть экскрементов: так они избавляются от конечных продуктов азотного обмена (интересно, что рыбы удаляют их через жабры в виде хорошо растворимого в воде аммиака, а многие млекопитающие, включая человека, – в виде растворенной в моче мочевины). В группу пурина входят многие важные вещества. Среди них ксантин – пурин-2,6‑дион, который содержится в чае и кофе, орехах кола; название происходит от греч. xanthos – «желтый» (сам пурин бесцветный, но образует соли желтого цвета). Отсутствие у ксантина одной карбонильной группы дает гипоксантин (другое его название – сардин: гипоксантина много в сардинах); связанный с остатком рибозы гипоксантин образует инозин (от греч. is, род. падеж inos – «мышца, жила, сухожилие»). Инозин – нуклеозид, выделенный в 1908 году из мясного экстракта. нуклеозиды состоят из азотистого основания и сахара (рибозы или дезоксирибозы, отсюда «озид»). А инозинмонофосфат (стандартное сокращение ИМФ), называемый также инозиновой кислотой, является нуклеотидом (от лат. nucleus – «ядро»: нуклеотиды были выделены из клеточных ядер), играющим важную роль в метаболизме. Нуклеотиды отличаются от нуклеозидов тем, что содержат также остаток фосфорной кислоты; «тид» взято по аналогии со словом «фосфатид». Инозиновая кислота и ее соли – пищевые добавки Е630 – Е633. Метилированные по атому азота производные ксантина – это широко известные кофеин (от араб. qahwa – «кофе»), теобромин (от лат. названия шоколадного дерева – Theobroma, которое Карл Линней дал ему, произведя от греч. theos – «бог» и broma – «пища») и теофиллин (от лат. thea – «чай» и греч. phyllon – «лист»); теофиллин содержится также в какао. От латинского thea произошли также названия содержащихся в чае теофлавина (он придает чаю золотисто-желтый цвет, на латыни flavus – «светло-желтый») и теарубигина (от лат. rubeus – «красный»; он окрашивает чай в красно-коричневый оттенок).
К пуриновым основаниям относятся также аденин (6‑аминопурин) и гуанин (2‑аминопурин-6‑он). аденин (от греч. aden – «железа») был выделен в 1885 году из препаратов поджелудочной железы свиньи немецким биохимиком и физиологом, лауреатом Нобелевской премии Альбрехтом Косселем (1853–1927). В соединении с рибозой аденин дает нуклеозид аденозин; это сокращенное название из слов "аденин" и "рибоза". Название цитозин происходит от греч. kytos – «ячейка, клетка», а также «пустой сосуд». Нуклеозид, образующийся при соединении цитозина с рибозой, называется, соответственно, цитидином; он является компонентом РНК.
Последний из трех диазинов – пиразин (1,4‑диазин). Этот термин, как и «пиридазин», сконструирован из названий "пиридин" и "гидразин", только с использованием меньшего числа букв. Производные пиразина встречаются в природе; так, 2‑метокси-4‑метилпиразин отвечает за запах плодов арахиса. Тетрафенилпиразин называется амароном, от лат. amarus – «горький» (того же происхождения название ликера «Амаретто»). Полностью гидрированный пиразин называется пиперазином; название сконструировано с помощью того же инфикса «пе», о котором говорилось на примере пипеколина и нипекотиновой кислоты. Циклический диамин пиперазин, его соли и производные применяются в медицине. Комбинация (и химическая, и словесная) пиразинового кольца с двумя антраценовыми дает антразин. Замена в молекуле антрацена двух атомов углерода в 9,10‑положениях на атомы азота дает феназин (название – от «фенола» и «азота»). Производные антразина и феназина – красители, среди которых индантрон (торговое название «индантрен» – от "индиго" и "антрацена") и дигидроиндантрон, индулины (от "индиго" и латинского уменьшительного суффикса -ulus), сафранины (от араб. zafaran – «шафран»). К сафранинам относится и один из первых синтетических красителей мовеин (от фр. mauve – «мальва», по сходству окраски).
Комбинация из циклов пиримидина и пиразина называется птеридином; его гидроксипроизводные – птерины. В 1895 году из крыльев бабочки-капустницы было выделено белое кристаллическое вещество, названное лейкоптерином. Все эти термины произведены от греч. pteron – «крыло», а в «лейкоптерине» первый корень восходит к греч. leukos – «белый». Соответственно, желтый пигмент из крыльев бабочки-лимонницы был назван ксантоптерином (от греч. xanthos – «желтый»). Строение этих соединений было установлено только в 1940 году. К птеринам принадлежит и фолиевая (птероилглутаминовая) кислота (витамин Вс), выделенная в 1941 году из листьев шпината, отсюда и название: на латыни folium – «лист».
В молекулах многих природных соединений один из атомов азота в гетероциклах замещается атомом кислорода или серы. Так, пятичленный гетероцикл с атомами азота и кислорода называется оксазолом, среди производных которого алкалоиды и лекарственные средства. Более важен серный аналог оксазола – тиазол. Этот цикл (наряду с пиримидиновым) присутствует в молекуле витамина В1 – тиамина (от греч. theion – «сера» + «амин»). Этот витамин предохраняет от ряда заболеваний, в том числе от полиневрита, отсюда его другое название – аневрин. Тиазоловый цикл присутствует также в молекулах ряда лекарственных средств – норсульфазола, фталазола, пенициллина и др.
Аналогично замена одного атома азота в молекуле пиразина на атом кислорода дает оксазин; гидрированный оксазин называется морфолином. Это вещество было синтезировано в 1889 году немецким химиком-органиком Людвигом Кнорром. Он же и дал ему название (от "морфин" и "хинолин"), причем по ошибке: Кнорр считал, что в морфине содержится такой же шестичленный цикл с атомами азота и кислорода, как в морфолине. Ошибочное название исправлять не стали. В последующем оказалось, что некоторые производные морфолина являются местными анестетиками, однако главное применение морфолина – ингибирование коррозии, в том числе на АЭС.
Одно из производных оксазина – синий краситель рез-азурин, который при окислении обратимо превращается в розовый резоруфин. Оба названия происходят от «резорцина» и указывают на цвет индикатора: лат. azura – «ультрамарин», rufus – «красный».
Из шестичленных гетероциклов с тремя атомами азота самые известные – симметричные 1,3,5‑триазины. Они образуются в результате тримеризации нитрилов. Так, из циановой кислоты получается циануровая кислота (2,4,6‑тригидрокси-1,3,5‑триазин). Вторая часть ее названия (от греч. ouron – «моча») появилась потому, что циануровая кислота образуется при нагревании мочевины. При тримеризации цианамида H2N – CN образуется триаминопроизводное симметричного триазина, который получил название меламина. Это произвольно придуманный торговый термин, который не имеет ничего общего с меланином; как указывалось, название этого черного пигмента происходит от греч. melas – «черный», пигмент феомеланин дословно означает «темно-черный», от греч. phaios – «темный». Меламин же белого цвета (но со словом «мел» он никак не связан). Впервые его получил в 1834 году Юстус Либих при сплавлении тиоцианата калия с хлоридом аммония. Меламин используется в производстве синтетических смол.
От "мелама" и "циана" произошло (с сокращением) и название циамелида, производного циклического 1,3,5‑триоксана с тремя иминовыми группами.
Глава 11. Алкалоиды. Антибиотики и другие лекарственные средства. Полимеры
Алкалоиды
В предыдущих разделах, посвященных гетероциклическим соединениям, упоминались различные алкалоиды. Этот термин предложил в 1818 году немецкий фармацевт Карл Фридрих Вильгельм Мейсснер (1792–1853). Алкалоиды представляют собой азотсодержащие соединения, чаще всего гетероциклические, обычно растительного происхождения. С химической точки зрения это основания, откуда и произошло их общее название, от англ. alkali – «щелочь» (см. Калий). Многие алкалоиды применяются в медицине, сведения об их действии на организм можно найти в справочниках по лекарственным средствам.
