Антина Е.В., Румянцев Е.В. Химия билирубина и его аналогов

Оглавление

Предисловие

Желчные пигменты – вещества, образующиеся в живых организмах в результате катаболизма гемоглобина, цитохромов и других гемсодержащих белков. Захватывающая для науки и практической медицины история желчных пигментов началась менее столетия назад, что по времени почти совпало с фундаментальными открытиями в химии порфиринов (установление химического состава и строения гема крови, хлорофилла и других жизненно необходимых соединений). Совпадение знаменательное, поскольку, как вскоре было установлено, желчные пигменты и их аналоги служат как субстратами, так и продуктами метаболизма порфиринсодержащих биомолекул.

К настоящему времени становится очевидным, что желчные пигменты и их аналоги составляют чрезвычайно интересное семейство соединений, обладающих уникальным набором физико-химических свойств, к важнейшим из которых следует отнести структурно-конформационную инвариантность, высокую хромофорную активность, способность к кислотно-основным взаимодействиям и селективному связыванию ионов металлов и др. Именно эти свойства определяют биохимические функции и практически полезные характеристики данных соединений. Сегодня в химии билирубина и его синтетических аналогов открываются новые пути не только для биохимических и медицинских исследований, но и поиска решений проблем их практического использования в супрамолекулярной химии, химии полупроводников, катализе, нанотехнике и других областях современной науки и индустрии.

Развитие химии билирубина и его аналогов проходило через неоднократные периоды "всплеска" научной информации, каждый из которых связан с расширением и усовершенствованием методологической базы синтеза, идентификации и изучения свойств соединений, благодаря чему на сегодняшний день значительно повысился уровень исследовательских работ. В связи с тем, что данное направление находится на стыке химии, биохимии и медицины, опубликованные к настоящему времени в отдельных монографиях и статьях результаты касаются, как правило, весьма специфических аспектов и ограниченного круга соединений. К настоящему времени издана лишь одна монография Г. Фалька (Falk H. The Chemistry of Linear Oligopyrroles and Pigments. N. Y.; Wien, 1989), в которой собраны данные по молекулярной структуре, синтезу и спектральным свойствам желчных пигментов и аналогов. Кроме того, существуют обзорные работы (Gossauer А. Synthesis of Bilins; Frankerberg N., Lagarias C. Biosynthesis and Biological Functions of Bilins. The Porphyrins Handbook, 2003. Vol. 13; Sheldrick W. S. Molecular Structures of Polypyrrolic Pigments // Israel Journal of Chemistry. 1983; Wood T. E., Thompson A. Advances in the Chemistry of Dipyrrins and Their Complexes // Chem. Rev. 2007), в которых рассматриваются вопросы препаративного и биосинтеза, структуры, спектроскопии линейных олигопирролов и их производных.

Накопленный к настоящему времени богатый материал по хромофорным, сольватационным, кислотно-основным свойствам, хелатирующей способности, термической устойчивости билирубина и его многочисленных аналогов нуждается в систематизации и обобщении. До сих пор еще остаются открытыми или требуют обобщения на базе единой теоретической платформы многие важные аспекты химии линейных олигопирролов. К наиболее актуальным из них следует отнести взаимосвязь молекулярного строения и физико-химических свойств олигопирролов в различных агрегатных состояниях и условиях среды, понимание которой позволит найти корреляционные модели с предсказательной силой для ускоренного развития новых направлений практического использования олигопирролов.

В представленной читателю монографии предпринята попытка отразить по возможности наиболее полную картину современного состояния и основных тенденций развития научных направлений в области химии билирубина и его аналогов. Монография представляет собой систематизированное обобщение данных по физико-химическим свойствам линейных олигопирролов – природных и синтетических дипирролилметанов, дипирролилметенов, биладиенов, билатриенов и др. в различных агрегатных состояниях. Книга представляет фундаментальный научный труд, посвященный исследованию проблем в области химии билирубина и его аналогов. Рассмотрены основные структурные типы линейных олигопирролов, их классификация и номенклатура, особенности молекулярного строения и методология препаративного синтеза. Описаны метаболические пути и биохимические функции линейных олигопирролов в живых организмах. Развиваются идеи об исключительной важности линейных олигопирролов в биохимических процессах у животных и растений как субстратов биосинтеза гемов, естественных продуктов метаболизма, компонентов антиоксидантной защиты, патогенеза желтух, фотоморфогенеза. Обобщены данные по хромофорным, кислотно-основным и координационным свойствам соединений рассматриваемой группы. Дается подробный анализ влияния строения олигопиррола, природы растворителя, хелато- и солеобразования и других факторов на хромофорные и кислотно-основные свойства соединений. Рассмотрены аспекты практического использования линейных олигопирролов и их производных в дизайне супрамолекулярных систем, в качестве ограничителей интенсивности жесткого лазерного излучения, хелатных агентов в аналитической химии и т. д. Обсуждается роль конформационных эффектов в образовании внутри- и межмолекулярных водородных связей и способности к координации, сольватации природных и синтетических линейных олигопирролов. Рассмотрены закономерности и особенности процессов окисления билирубина и его аналогов под действием различных химических и физических факторов. Особое внимание уделено обсуждению результатов последних исследований антиоксидантной активности билирубина. Подробно проанализированы данные по термоокислительной деструкции олигопирролов, в связи с большим практическим применением олигопирролов в качестве реагентов в препаративном синтезе и анализе, а также в медицинских целях.

Книга имеет обширную библиографию, охватывающую литературу по 2007 г. включительно.

Настоящее издание отражает результат многолетней работы коллектива сотрудников Института химии растворов РАН и Ивановского государственного химико-технологического университета. Большой вклад в выполнение экспериментальных исследований и анализ научного материала, которые нашли отражение в монографии, внесли доктор химических наук М. Б. Березин, кандидаты химических наук Г. Б. Гусева, Е. В. Баланцева, аспиранты и студенты С. П. Макарова, А. Е. Логинова, А. В. Смирнов, И. И. Вялов, А. В. Соломонов, Ю. С. Марфин и др.

Вышеизложенное дает основания надеяться, что книга найдет широкий круг читателей – научных сотрудников, преподавателей, аспирантов, работающих в области химии гетероциклических соединений, биологической, супрамолекулярной химии и других смежных областях. Она также полезна тем, для кого изучение желчных пигментов и их синтетических аналогов еще не стало основным видом профессиональной деятельности.

Авторы выражают искреннюю благодарность доктору химических наук, профессору, академику РАЕН Б. Д. Березину и доктору химических наук, профессору, член-корреспонденту РАН О. И. Койфману за доброжелательную критику и труд по рецензированию монографии. Авторы также признательны Российскому фонду фундаментальных исследований за финансовую поддержку настоящего издания.

Авторы отдают себе отчет в трудностях, связанных с попыткой обобщить столь большой материал в одной монографии и заранее благодарны за любые возможные замечания.

Об авторах

Доктор химических наук, ведущий научный сотрудник Института химии растворов РАН. Специалист в области химии порфиринов и линейных олигопирролов. Автор более 300 публикаций, в том числе монографий и учебных пособий. Значительная часть работ посвящена решению фундаментальных проблем химии природных и синтетических олигопирролов и связана с исследованием влияния молекулярного строения и условий среды на важнейшие свойства линейных и макроциклических олигопирролов синтетического и природного происхождения с использованием комплекса физико-химических методов.

Евгений Владимирович РУМЯНЦЕВ

Кандидат химических наук, доцент кафедры неорганической химии Ивановского государственного химико-технологического университета. Специализируется в области химии билирубина и его аналогов. Автор более 50 публикаций. Работает в области координационной и супрамолекулярной химии линейных ди- и тетрапирролов.