Специфические вещества конопли – каннабиноиды

Своеобразное действие гашиша на организм животных и человека издавна интересовало ботаников, химиков фармакологов, врачей. Прежде всего необходимо было выявить химическую природу веществ, являющихся носителями наркотических свойств, а также пути их образования в растении, определить их содержание в зависимости от почвенно-климатических условий, разработать методы обнаружения и другие вопросы. В ранее опубликованных статьях было немало ошибочных данных и толкований отдельных наблюдений, что частично объясняется лабильностью физиологически активных соединений конопли.

Реальные результаты в химии гашиша были достигнуты лишь в 30-е годы нашего столетия; описаны способы выделения трех индивидуальных соединений (каннабинол, каннабидиол и тетрагидроканнабинол) и впервые приведены их правильные суммарные формулы.

Природа этих веществ была установлена в большой серии работ таких известных химиков, как Адаме (США) и Тодд (Англия). Они же осуществили первые синтезы каннабиноидов [15, 16. 17].

За последнее десятилетие в экстрактах гашиша было обнаружено еще несколько индивидуальных соединений. Все эти соединения оказались производными дифенила, содержащими в одном из циклов два фенольных гидроксила и радикал C₅H₁₁ (амилрезорцин). Другой цикл в пара-положении алкилирован метильным и изопропенильным радикалами. В некоторых веществах этот цикл частично гидрирован, а один из фенольных гидроксилов с изопропенилом образует третий окисный цикл. В этом случае вещества могут рассматриваться как производные дибензопирана. Наконец, в конопле были обнаружены также фенолокислоты и соединения, в которых циклогексановое кольцо раскрыто.

В исследованиях 30-х и 40-х годов разделение смеси фенольных соединений проводилось разгонкой в вакууме. Выход конечных продуктов был крайне низким и они не были свободны от примесей; при термическом воздействии возможны изомеризация, декарбоксилирование и другие реакции, приводящие к образованию вторичных продуктов.

Даже очищенная многократной перегонкой в вакууме сумма каннабиноидов — это красно-бурое масло, темнеющее при хранении. Ацетилирование частично стабилизирует его и облегчает процесс разделения. В работах ученых за последние десять лет было показано, что фенольные соединения конопли фактически представляют собой трудно разделяемую смесь структурных, оптических и геометрических изомеров. Расшифровать эти тонкие детали строения оказалось возможным лишь при использовании новейших физических методов и хроматографии.

Успехи в этой заключительной стадии исследования были достигнуты главным образом в Химическом институте университета в Бонне (ФРГ) под руководством Кортэ [20] и в Институте Вейзмаша под руководством Гаопи и Мехулэма (Израиль). Последние опубликовали наиболее полный обзор по химии гашиша[18].

Нами приведены формулы 9-фенольных соединений, выделенных из конопли, строение доказано с полной достоверностью, а также их важнейшие константы и сокращенные обозначения, которыми в дальнейшем мы будем пользоваться.

Среди фенольных соединений конопли описай также каннабициклол (КБЦ) (С₂₁Н₃₀О₂) с т. пл. 152-153⁰С, строение которого показано ниже, но оно не сразу было строго установлено [18]. В 1971 г. в спиртовом экстракте листьев и цветочных головок конопли обнаружен «необычный» пропильный гомолог ТГК (C₁₉H₂₆О₂), названный тетрагидроканнабидиваролом (ТГКВ) [19].

Как видно из приведенных формул, все каннабиноиды имеют родственное строение и с полным основанием могут быть объединены в одну группу природных фенолов.

Формула	Радикал
	R=H	R= СООН
	Каннабинол (КБН), С21Н26О2, Тпл=75-760С	Каннабиноловая кислота (КБНК), С22Н26О4.
	Каннабидиол (КЕД) С21Н30О2 Тпл=.66-670С [α]D-123;-174	Каннабидиоловая кислота (КВДК) С22Н30О4
	Тетрагидроканнабинол (ТГК) С21Н30О2 Масло [α]D-120;-263	Тетрагидроканнабиоловая кислота (ТГКК) С22И30°4 [α]D -206,8°
	Каннабигерол (Ш) С21Н32О2 Тпл.=51-530С	Каннабигероловая кислота (КБГК) С22Н32О4
		Каннабихромен (КБХ) С21Н30О2 Тпл.=144-1460С

Следует отметить, что у многих авторов, публикующих химические работы по гашишу, до последнего времени не было единообразия в терминологии. В работах Адамса применялась нумерация, установленная для дибензопирана, Кортэ с сотрудниками обозначали те же вещества, как принято для производных дифенила. Мы будем пользоваться наиболее удачной номенклатурой, предложенной Гаони и Мехулэмом, в которой природные каннабиноиды и их синтетические аналоги рассматриваются как фенилированные монотерпены. Это согласуется с требованиями современной рациональной номенклатуры.

В количественном содержании каннабиноидов в конопле нет постоянства. Варьирует также и соотношение между отдельными веществами в зависимости от сорта и места произрастания растения, сроков и способов сбора гашиша, продолжительности и условий хранения.

Однако, как правило, в смеси преобладают три вещества — КБН, КБД и ТГК и некоторые их кислотные производные. Остальные каннабиноиды содержатся в минорных и следовых количествах.

Из всех фенольных компонентов гашиша только КБН отличается химической устойчивостью и сравнительно легко выделяется в кристаллическом состоянии. Это объясняется полной его ароматичностью и отсутствием изомеров. В случаях, где циклогексановое кольцо частично дегидрировано, вещества могут быть в виде структурных, геометрических и пространственных изомеров. Смеси их представляют собой вязкие масла, трудно поддающиеся разделению на индивидуальные соединения.

Не просто установить и место локализации двойной связи в цикле из-за возможной ее миграции.

Строение КБН безупречно доказано на основании аналитических данных и встречного синтеза, схема которого приведена ниже[15]. Дигидрооливетол, полученный при каталитическом восстановлении оливетола, конденсировался с 2-бром-4метилбензойной кислотой в присутствии алкоголята натрия и ацетата меди. Образовавшийся лактон дегидрировался серой и обрабатывался иодидом метилмагния.

Это вещество в дальнейшем неоднократно использовалось для доказательства строения углеродного скелета изомеров ТГК, которые при дегидрировании превращались в легко идентифицируемый КБН.

Формула КБД выводится из дачных анализа, наличия двух фенольных гидроксилов (получение диметиловых эфиров), двух легко гидрируемых кратных связей, на основании образования муравьиной кислоты при окислении, свидетельствующей о том, что одна из кратных связей находится на конце боковой цепи.

Переход КБД в ТГК при нагревании с кислыми катализаторами, сопровождающийся уменьшением числа двойных связей и фенольных гидроксилов, свидетельствует о происходящей циклизации в производное бензопирана.

Положение двойной связи в циклогексановом кольце КБД было установлено Мехулэмом с помощью спектров ПМР [18], сопоставляемых со спектрами тетрагидроканнабидиола и моноэпоксида. В первом случае химический сдвиг¹ протона при С₃ составляет 3,0 м. д., во втором — 3,14 м. д. Это может быть объяснено только тем, что двойная связь находится при Δ¹⁽²⁾.

Окисление тетрагидроканнабидиола (ТГКБД) перманганатом калия в ацетоне дало ментанкарбоновую кислоту, анилид которой оказался идентичным с анилидом вещества, полученного из транс-ментанхлорида по реакции Гриньяра с углекислым газом.

Мягкие условия окисления не должны изменять конфигурацию у С₃, поэтому следует принять и для КБД транс-размещение изопропенильной группы по отношению к остатку оливетола. Абсолютная конфигурация ментанкарбоновой кислоты, а, следовательно, и всех природных каннабиноидов, установлена сопоставлением с глицериновым альдегидом и оказалась R-конфигурацией.

Строение КБД было неоднократно подтверждено синтезами, причем получены вещества, полностью совпадающие по свойствам с КБД из гашиша, а также его изомерами с двойной связью в положении Δ³⁽⁴⁾. Синтез диметилового эфира КБД, близкого к природному, приведен на стр. 24 (схема 1).

Структура ТГК вытекает из взаимосвязи его с КБН и КБД (стр. 18-19). Описаны также многовариантные синтезы структурных, геометрических и пространственных изомеров. Из всех известных каннабиноидов только изомеры ТГК отличаются высокой психотомиметической активностью; остальные фактически не являются наркотиками, хотя рассматриваются как биогенетические предшественники или как потенциальные их источники. Поэтому изучению строения изомеров ТГК уделялось особенно большое внимание.

Вместе с тем возникли трудности, обусловленные лабильностью ТГК и множеством изомеров. Преодоление этих трудностей является одним из крупных достижением современной органической химии.

Удельное вращение ТГК, полученного из разных образцов гашиша, колеблется в широких пределах; от [α]_D – 120⁰ до 210⁰ для полусинтетического вещества из КБД достигает -260⁰. Синтезированный Тоддом ТГК имел [α]_D - +81. Значения длин волн максимума поглощения в УФ-спектре λ макс. 208-227 нм [20] также непостоянны. Это можно объяснить различным соотношением изомеров ТГК в гашише разного происхождения.

Положение двойной связи в циклогексеновом кольце было постулировано еще Адамсом, который на основании химических превращений показал невозможность локализации двойной связи при Δ⁴⁽⁵⁾, Δ⁵⁽⁶⁾, Δ²⁽³⁾. Синтезированный им Δ³⁽⁴⁾ ТГК оптически недеятельный.

Альтернативное положение двойной связи при Δ¹⁽²⁾ и Δ¹⁽⁶⁾ в природном ТГК устанавливалось на основании спектров ПМР [21], где выявляется триплет 0,88 м.д. (алифатическая метильная группа), синглеты 1,08; 1,38, 1,65 м.д. (три метальные группы, при двойной связи или по соседству с кислородом), широкий дуплет 3,14 м.д. (протон при третичном углеродном атоме), широкий синглет 6,35 м.д. (олефиновый протон), дуплеть 6,00; 6,18 м.д. (два ароматических протона).

Сопоставляя химические сдвиги протонов при С₂ и С₃ в природном транс-ТГК и в синтезированном цис-ТГК, а также в КБД (где имеет место свободное вращение циклов), авторы делают вывод о преобладании транс-Δ¹⁽²⁾ ТГК в анализируемых образцах.

Казалось, что изомеры ТГК можно получить направленным синтезом, где положение двойной связи должно быть фиксировано в зависимости от строения исходных веществ (стр.24, схема III, IV). Однако в действительности всегда получались смеси, обогащенные тем или иным изомером. Методом газовой хроматографии Кортэ и Зипер обнаружили в гашише минимум три разных по свойствам ТГК [22]. При высокой температуре (около 200°) КБД превращается по меньшей мере в пять веществ, различающихся по хроматографической подвижности.

Превращение КБД и ТГК под действием кислых реагентов было подтверждено и нашими опытами. Более того, мы обнаружили и противоположный процесс, свидетельствующий о лабильности ТГК. Хроматографически однородный ТГК был оставлен на длительное хранение. По истечении 8 месяцев появились ранее отсутствовавшие примеси (пятна на хроматограмме) других фенольных соединеий, в том числе и КБД, то есть зафиксирована реакция размыкания окисного кольца

Гаони и Мехулэм [18] установили, что КБД при взаимодействии с кислыми реагентами частично циклизуются в ТГК. Если реакцию проводить в абсолютном спирте насыщенным хлористым водородом, то образуется преимущественно Δ¹⁽²⁾ ТГК, если же в бензоле с пара-толуолсульфокислотой, то Δ¹⁽⁶⁾ ТГК. Второй изомер считается более стабильным, при хранении его содержание возрастает за счет уменьшения первого. При проведении реакции с хлористым водородом в присутствии хлористого цинка в растворе хлористого метилена из оптически деятельного стабильного изомера (-)-транс Δ¹⁽⁶⁾ ТГК образуется (-)-хлоргексагидроканнабинол, который при нагревании при нагревании с амилатом калия в бензоле вновь отщепляет хлористый водород и превращается в нестабильный ()-транс-Δ¹⁽²⁾ ТГК.

Однако в процессе очистки и хранения проходит обратная изомеризация. поэтому дальнейшая работа по разделению изомеров была признана бессмысленной. В каждом образце ТГК можно лишь ориентировочно определить соотношение двух изомеров, с этой целью и в случае оптически деятельных соединений достаточно замерить удильное вращение, которое выше для (-)-Δ¹⁽⁶⁾ ТГК.

Пропильный гомолог ТГКВ [19] gри противоточном разделении экстракта конопли но .Крейгу получен в виде масла, дающего симметричный пик на ГЖХ, но время удерживания его было меньше, чем у Δ¹⁽²⁾ ГГ'К. Цветные реакции оказались одинаковыми, ИK-спектры практически совпали, отсутствовало лишь поглощение при 2850 ^см-1. ПМР-спектры идентичны.

Масс-спсктрометрически показано, что молекулярный вес ТГКВ ранен 286, что на C₂Н₄-группу меньше молекулярного веса ТГК(314).

При сравнении масс-спектров ТГКВ и ГГ'К установлено, что относительные интенсивности пиков их молекулярных ионов являются величинами одного порядка (соответственно 0,68 и 0,81). В области высоких массовых чисел в обоих случаях наблюдается доброе 15 m/е (происходит потеря метильной группы), причем интенсивности пиков с m/е 271 соответственно тm/е 299 также соизмеримы. Учитывая идентичность масс-спектров, можно утверждать, что ТГ'КВ, так же как и ТГK, имеет Δ¹⁽²⁾ двойную связь и циклогексановом кольце.

Строение каннабигерола (КВГ) было выяснено на основании следующих фактов: он имеет на 2 атома водорода больше, чем КВД, но такое же количество легко гидрируемых двойных связей. Следовательно, один из циклов должен быть раскрыт. КБГ оптически неактивен — асимметрические центры в нем отсутствуют. Вместе с тем УФ-спектр идентичен со спектром КБД. Это указывает на то, что двойные связи не сопряжены ни между собой, ни с ароматическим ядром. Структура КБГ подтверждена синтезом.

Каннабихромен (КБХ) заметно отличается от других каннабиноидов. УФ-спектр доказывает сопряжение с оливетоловым (ароматическим) кольцом. В спектре ПМР одна двойная связь имеет вторично-вторичный характер, другая находиться в α-положении к атому кислорода, две другие – при двойной связи. Описан тетрагидроканнабихромен, полученный при гидрировании КБХ.

Среди компонентов гашиша обнаружены фенолокислоты. Строение КБДК установлено на основании перехода в КБД при декарбоксилировании и в КБНК при дегидрировании. Под влиянием кислых реагентов КБДК циклизуется в ТГКК. Эти превращении показаны на стр. 21. Положение кислотной группы доказано спектральным анализом. В ИК-спектре полоса 1098 см^-1 соответствует ароматической кислотной группе. В спектре ПМР зафиксирован только один ароматический протон. Среди природных каннабиноидов не было обнаружено ни одной фенолокислоты, в которой бы отсутствовали водородные связи. Следовательно, фенольные и кислотные группы всегда находятся по отношению друг к другу в ортоположении.

Материалы о выделении и доказательстве строения кислот приведены в работе Мехулэма и Гаоип [18].

Ранее было высказано предположение, что КБД не входит в состав свежего гашиша, а образуется из КБДК ферментативным декарбоксилированием в процессе хранения. Однако КБД обнаружен в экстрактах, полученных непосредственно из цветущих метелок конопли, причем не только индийской, но и обыкновенной, особенно богатой КБДК [22, 23].

Нами этот же факт был установлен на образцах сорной конопли, произрастающей в Молдавии. Во всех случаях (в цветущих частях и листьях) при анализе на хроматограммах фиксировался КБД как непременная составная часть свежего экстракта.

Синтезы каннабиноидов описаны в большой серии работ: они проводились главным образом с целью доказательства или подтверждения их строения и только в отдельных случаях могут претендовать на препаративную значимость. Природные каннабиноиды все же следует считать пока более доступными, чем синтетические. Последние получаются далеко не всегда с хорошими выходами и также, нуждаются в очистке от неизбежных побочных продуктов. Эта операция не менее трудоемка, чем разделение природных соединений. Синтетически воспроизведены все каннабиноиды; более того, получены производные и не встречающиеся в конопле, например, ТГК с двойной связью между 3 и 4 углеродными атомами в циклогексеновом кольце. Мы приводим упрощенные схемы только 4 вариантов синтезов, выбранные из обширного литературного материала.

Схема I. Исходные вещества изопрен и диметоксиамилкоричная кислота [24]. Получен диметиловый эфир КБД с точно фиксированной двойной связью Δ¹⁽⁶⁾.

Схема 11. Исходные вещества пулегон и оливетол [25]. Получена смесь структурных изомеров Δ⁵⁽⁴⁾ ТГК-

Схема III. Исходные вещества цитраль и оливетол [18]. Получена смесь цис- и транс-изомеров ТГК.

Схема IV. Исходные вещества (—)-вербенол к оливетол [18]. Получен идентичный с природным (—)-транс-Δ¹⁽⁶⁾ ТГК.

При синтезе КБД и ТГК обычно получаются рацемические соединения. Только в случае оптически деятельных исходных веществ сразу образуются определенные оптические антиподы. Так, из правовращающего вербенола (схема IV) синтезирован правый изомер ТГК.

На схеме показаны только исходные вещества и главные продукты реакции. В действительности при синтезах протекают весьма сложные процессы, о которых можно судить по обилию промежуточных и побочных веществ, обнаруживаемых с помощью различных методов хроматографии. Одна подобная реакция недавно была обстоятельно изучена [26]. Проводилась конденсация эквивалентных количеств оливетола с цитралем под каталитическим воздействием разных количеств пиридина.

Подобным же образом доказана и структура КБЦ. Среди сложной смеси продуктов этой реакции, кроме уже приведенных компонентов гашиша КБЦ и КБХ, авторы обнаружили свыше десяти новых каннабиноидов — бис-каниабихромен, изоканнабициклол и другие. Особый интерес представляют вещества, в которых оба фенольных гидроксила оказываются «зациклизованными» в форме пирановых производных (окисей). В другой работе [27], проводимой с теми же реагентами, но в иных условиях, получен каниабиноид, содержащий пероксидную группу и цис-сочленение циклогексанового кольца с пирановым.

Петржилка с сотрудниками [28] также провели интересную серию исследований по получению оптически деятельных каннабиноидов, в том числе и входящих в состав гашиша, что явилось окончательным доказательством их строения и стереохимии. Синтетическим путем были получены неизвестные ранее аналоги каннабиноидов, в которых варьирует состав боковой цепи в резорциновом ядре.

Примечательно, что в этом ряду каннабиноидов, полученных сначала синтезом, оказался н-пропильный аналог, обнаруженный недавно в конопле [19].

Описан также «азотный» аналог Δ³⁽⁴⁾ ТГК, не встречающийся в природе. Исходным соединением в этом синтезе был гидрохлорид 4-карбэтокси-N-метил-3-пиперидона, который конденсировался с оливетолом [29].

По своей психотомиметической активности азотный аналог оказался соизмеримым с ТГК.

В последние годы отмечается повышенный интерес к фенолокислотам из конопли. Многие авторы считают, что именно они являются первичными соединениями, и в процессе метаболизма в растении (или при курении) превращаются в собственно каннабиноиды.

Из работы Кимура и Окамото [30] следует, что главной coставной частью нативных каннабиноидов конопли, произрастающей в районе Саппоро в Японии, является ТГКК, которая легко декарбоксилируется уже при нагревании до 110°.

Ученые, изучавшие каннабиноиды, высказывали различны гипотезы относительно механизма их биосинтеза. Ниже приведена умозрительная схема образования каннабиноидов в растении, основанная на успехах в области биогенеза терпенов и химии фенолокислот конопли [18].

Все эти превращения, осуществляемые под воздействием ферментов, конечно, не являются случайными в обмене веществ конопли. Видимо, они каким-то образом включаются в качестве непременных элементов в механизм окислительно-восстановительных реакций и тем выполняют свою функцию. Конечным продуктом этих превращений является КБН, который отличается химической стабильностью и не принимает активного участия в биохимических процессах.

Для анализа гашиша могут быть использованы различные методы в зависимости от поставленных задач и обстоятельств. Следует иметь в виду, что гашиш является запрещенным наркотиком, поэтому никаких ГОСТов на него не имеется. Показателем «достоинства» гашиша в подпольных операциях служит субъективная физиологическая оценка, то есть эффективность одурманивающего действия.