| Tulipalin A | |
|---|---|
| Všeobecné | |
| Tradiční jména |
a-methylen-y-butyrolakton MBL |
| Chem. vzorec | C5H602 _ _ _ _ _ |
| Fyzikální vlastnosti | |
| Stát | kapalina |
| Molární hmotnost | 98,036779 g/ mol |
| Hustota | 1,07 g/cm³ |
| Tepelné vlastnosti | |
| Teplota | |
| • varu | 204,4 °C |
| Klasifikace | |
| Reg. Číslo CAS | 547-65-9 |
| PubChem | 68352 |
| Reg. číslo EINECS | 208-931-6 |
| ÚSMĚVY | C=C1CCOC1=0 |
| InChI | InChI=1S/C5H6O2/cl-4-2-3-7-5(4)6/h1-3H2GSLDEZOOOSBFGP-UHFFFAOYSA-N |
| CHEBI | 104120 |
| ChemSpider | 61647 |
| Bezpečnost | |
| Toxicita | Při požití je toxický, při kontaktu vyvolává alergickou reakci |
| Stručný charakter. nebezpečí (H) | H226 , H317 |
| Údaje jsou založeny na standardních podmínkách (25 °C, 100 kPa), pokud není uvedeno jinak. | |
| Mediální soubory na Wikimedia Commons | |
Tulipalin A (α-methylen-γ-butyrolakton, MBL [1] ) je heterocyklická organická sloučenina laktonové skupiny s chemickým vzorcem C 5 H 6 O 2 . Čistý syntetický tulipalin A je průhledná, ve vodě málo rozpustná [2] , bezbarvá spontánně polymerující kapalina bez zápachu [3] . Přírodní tulipalin A je syntetizován rostlinami čeledí Liliaceae ( tulipán , tetřev , kandyk a další [4] ), Alstroemeria ( Alstroemeria , Bomarea [4] ) a Pink ( Spiraea [5] [6] ). Je to silný přírodní insekticid a fungicid , který zabraňuje hubení Fusarium a většiny forem plísně šedé , a zároveň silný lidský alergen , který způsobuje alergickou dermatitidu při kontaktu s cibulkami tulipánů a stonky řezaných květin Alstroemeria.
Syntetický α-methylen-γ-butyrolakton byl zkoumán ve 40. letech 20. století; přírodní α-methylen-γ-butyrolakton byl poprvé izolován v roce 1946 z amerického kandyku ( Erythronium americanum ) [5] . V roce 1966 dostaly hypotetické, dosud neidentifikované fungicidy produkované tulipány souhrnný název tulipalina ; v roce 1967 byl tulipalin A identifikován jako již známý α-methylen-γ-butyrolakton [7] [8] .
Rostliny čeledí Liliaceae a Alstroemeria syntetizují a akumulují ve všech tkáních tulipozidy specifické glykosidy . Například v tulipánech bylo nalezeno sedm různých tuliposidů (1-tuliposidy A a B, 6-tuliposidy A a B, tuliposidy D, E a F [4] ); jejich celková koncentrace je 0,2-2 % z celkové hmotnosti rostliny, včetně koncentrace 6-tuliposidu-A - až 1,5 % z celkové hmotnosti [9] . U alstromerií je celková koncentrace tuliposidu 1–2 % celkové hmoty [10] . Nejvyšší koncentrace tuliposidů jsou pozorovány v pestících tulipánů (až 30 % suché hmotnosti) a listech alstroemeria (až 10 % suché hmotnosti) [11] . Mechanismus syntézy tuliposidu rostlinami není znám. Tulipozidy jsou samy o sobě slabé fungicidy a slabé alergeny [12] , ale jejich zásoba slouží jako zdroj tulipalinů - silných biologicky aktivních látek [4] . Tulipalin A vykazuje silné fungicidní a v menší míře baktericidní vlastnosti; tulipalin B je primárně baktericidní [4] . Tulipalin A je také silný insekticid; v přirozených podmínkách tulipalin, vylučovaný Thunbergovou spirálou , zničí populaci třásněnek za týden [5] .
Syntéza tulipalinů z tuliposidu je pravděpodobně ochrannou reakcí rostlin na poškození membrán vakuol patogenními houbami [3] a probíhá v přítomnosti enzymů konvertujících tuliposid ( TCE , EC 4.2.99.22) [13] [14] . 1-tuliposid A syntetizovaný rostlinou se průběžně přeměňuje na stabilnější 6-tuliposid A, enzymy tento meziprodukt rozkládají na D-glukózu a nestabilní organickou kyselinu a tato kyselina se přeměňuje na stabilní tulipalin A [13] [15] . Ve slabě kyselém prostředí typickém pro rostlinná pletiva (pH 5,4…6,5) jsou tulipaliny stabilní a v alkalickém prostředí se hydrolyzují na stabilní kyselinu máselnou [3] . Čistý tulipalin A, izolovaný v laboratorních podmínkách, je relativně stabilní při teplotě +2 °C, po několika týdnech skladování však spontánně polymeruje a ztrácí svou biologickou aktivitu [3] . V polymeračních reakcích se tulipalin A chová jako methylmethakrylát [16] ; tulipalin A homopolymer je tvrdá, křehká, průhledná látka (analog polymethylmethakrylátu ) s teplotou skelného přechodu 195 °C [17] .
Literatura popisuje několik alternativních metod syntézy tulipalinu A v laboratoři. Například tulipalin A lze získat z anthracenového aduktu za použití Diels-Alderovy metodologie . Nejprve se na počáteční adukt působí diisopropylamidem lithným a poté ethylenoxidem . Reakční produkt se při pulzní vakuové termolýze při teplotě 250–300 °C a tlaku 0,1 mm Hg rozkládá na antracen a tulipalin A. Umění. (13 Pa ). Výtěžnost tulipalinu A je 77 % vypočteného limitu [18] . Všechny laboratorní technologie pro syntézu tulipalinů jsou příliš drahé a v průmyslové výrobě se nepoužívají; Alternativou k syntéze je výroba tulipalinů z rostlinných materiálů [19] . V roce 2014 japonští chemici navrhli biotechnologický proces využívající pouze vodu, etanol , aktivní uhlí a speciální druhy tulipánové biomasy , vyznačující se zvláště vysokou koncentrací tuliposidu v květech. V tomto procesu je zdrojem tuliposidů vodně-lihový extrakt z květů a enzymem je TCE extrahovaný z cibulek [20] .
Fungicidní vlastnosti extraktu tulipánových cibulí byly poprvé prokázány holandskými biochemiky v roce 1966. Účinné látky tohoto extraktu, dosud neidentifikované, se nazývají tulipaliny ; v roce 1967 dvě nezávislé skupiny výzkumníků identifikovaly hypotetický tulipalin A jako dobře známý α-methylen-γ-butyrolakton [7] [8] . Všechny tulipaliny a tulipozidy inhibují vývoj patogenních hub, ale tulipalin A vykazuje fungicidní vlastnosti nejaktivněji. Jeho minimální koncentrace, při které dochází k inhibici patogenních hub Fusarium oxysporum f. tulipae , Gibberella zeae a Rhizoctonia solani , 5-10krát nižší než požadované koncentrace ostatních tulipalinů a tuliposidu. S ohledem na Pythium ultimum jsou všechny tyto látky stejně účinné [21] .
Tulipalin A inhibuje všechny formy šedé hniloby způsobené houbami rodu Botrytis [3] ; je to jediná přírodní látka, která inhibuje vývoj specifického tulipánového parazita Botrytis tulipeae [21] , i když stejně účinně jako jiná šedá hniloba. Botrytis tulipeae tlumí obranné reakce tulipánů: u rostlin jím zasažených tulipozidy hydrolyzují na neaktivní kyseliny, zatímco u tulipánů napadených Botrytis cinerea se tulipozidy aktivně přeměňují na aktivní tulipaliny [3] . V květinářské praxi je cibulka tulipánu schopna infikovat pouze Botrytis tulipeae ; jiné formy botrytidy jsou omezeny na nadzemní výhonky [22] . Pro samotný tulipán na tomto rozdílu nezáleží: smrt nadzemního výhonku vede ke smrti rostliny jako celku. Infikované tulipány nepodléhají léčbě a jsou zničeny bez ohledu na to, která houba je zasáhla [23] .
Nejnebezpečnějším a ekonomicky nejvýznamnějším ze všech patogenů potlačovaných tulipaliny je Fusarium oxysporum f. tulipány [24] . Dlouho známá nemoc se dostala do popředí až na přelomu 20. a 21. století; Předpokládanými důvody jsou vznik nových kmenů houby, legislativní zákazy účinných fungicidů, rozšiřování květinářských farem a jejich přechod na strojové zpracování cibulí, což dramaticky zvýšilo podíl vykopaných cibulí, které jsou mechanicky poškozeny [24 ] .
Cibule jsou k fuzariózám nejnáchylnější v létě, bezprostředně po vykopání, kdy koncentrace tulipalinů v krycích šupinách ještě nedosáhla normy. Nemoc se rychle šíří v letním skladování a vyvolává uvolňování ethylenu z cibulí ; sebeotrava ethylenem vede ke smrti květních primordií . Vztah mezi otravou ethylenem a syntézou tuliposidů a tulipalinů nebyl spolehlivě prokázán. Podle některých pozorování vede koncentrace ethylenu ve vzduchu 1-2 ppm a výše k úplnému zastavení syntézy tulipalinů; v důsledku toho je ochranná bariéra oslabena i u zdravých cibulek [25] . Podle jiné práce stejného autora koncentrace ethylenu 2–20 ppm potlačuje pouze syntézu tuliposidu a neovlivňuje rozklad tuliposidu na glukózu a tulipaliny [26] .
Německý federální institut pro hodnocení rizik klasifikuje tulipaliny jako alergeny kategorie B („kontaktní alergické reakce jsou velmi pravděpodobné“) [27] . Pravidelný lidský kontakt s tulipány a alstromeriemi vede k rychlé senzibilizaci organismu na tulipalin A a charakteristické profesionální chorobě pěstitelů květin - tulipánové dermatitidě [10] .
Projevy onemocnění se často shodují s příznaky plísňových infekcí kůže a nehtů [27] . Při kontaktu s cibulkami tulipánů je nejprve pozorován erytém kůže rukou, poté její keratinizace a praskání [12] . Na počátku onemocnění je často zaznamenáno svědění a následně brnění v prstech [12] . Často se vyskytují nehtové léze: praskání nehtu, onycholýza (olupování nehtu), abscesy nehtového lůžka [12] . Ve vzácných případech se tulipánová dermatitida rozšiřuje za ramenní pletenec; existují případy, kdy alergie vedla k poruchám řeči [12] .
Brnění prstů a léze nehtů nebyly u pracovníků alstroemeria hlášeny [10] . Onemocnění se obvykle nejprve objeví na konečcích prstů a poté pokryje celou kůži ruky [10] . Objevují se kopřivka , ekzémy , olupování kůže [10] . Literatura popisuje příklad 54leté květinářky, u které se po jediném náhodném kontaktu se šťávou z řezaných alstromerií vyvinula alergie [10] . První příznaky, svědění a kopřivka prstů a předloktí, se objevily dva dny po kontaktu [10] . O několik dní později se vyrážka rozvinula v ekzém s mnohočetnými puchýři [10] . Onemocnění ustoupilo po týdnu zevní aplikace kortikosteroidů ; Na vytvrzené kůži zůstaly světlé depigmentované skvrny [10] .
Prostředkem prevence a ochrany je nošení rukavic z nitrilové pryže . Běžné latexové a PVC chirurgické rukavice jsou propustné pro tulipaliny a neposkytují spolehlivou ochranu [10] [12] [27] .
Alergické vlastnosti tulipalinu A jsou pravděpodobně způsobeny blízkostí methylových a karbonylových skupin v molekule. Strukturně podobné cyklické sloučeniny, ve kterých jsou tyto skupiny od sebe vzdálené ( protoanemonin , γ-butyrolakton), nejsou alergeny [28] .
Tulipaliny jako přírodní antibiotika byly opakovaně testovány v lékařství a farmacii (např. v roce 2011 vědci z Oxfordu ukázali možnost použití přírodních tulipalinů pro syntézu protinádorového léku methylenlaktacin [29] ). Od roku 2014 tyto experimenty nepřinesly praktický výsledek, tulipaliny se ve farmacii nepoužívají.
Tulipalin A je považován za jednoho z kandidátů na roli „zeleného“ ( obnovitelného ) monomeru – suroviny pro výrobu plastů, kterou lze extrahovat z rostlin bez použití neobnovitelných činidel a nosičů energie [1] ] . První polymery na bázi čistého α-methylen-γ-butyrolaktonu a kopolymerů α-methylen-γ-butyrolaktonu a akrylonitrilu - transparentní, velmi tvrdý, ale křehký - byly patentovány v USA již v roce 1947 [2] . V nejnovější literatuře jsou popsány různé experimentální polymerační technologie, zpravidla ne čistý tulipalin, ale jeho směsi s jinými organickými sloučeninami. Například polymermethylenbutyrolakton (PMBL, kopolymer tulipalinu A a γ-methyl-α-methylen-γ-butyrolaktonu) je svými vlastnostmi podobný polymethylmethakrylátu (PMMA) a je s ním příznivě srovnatelný s vyšší teplotou skelného přechodu (195 °C oproti 100 °C pro PMMA) [16] a lepší mechanické a optické vlastnosti [1] . Kopolymery Tulipalin A, vyznačující se zvýšenou odolností proti oděru a ultrafialovému záření , jsou možnou perspektivní náhradou akrylátových primerů, barev a laků v automobilovém průmyslu [17] .