Кумарин

Кумарин — это органическое соединение из класса лактонов, производное о-гидроксикоричной кислоты. В чистом виде представляет собой бесцветные кристаллы с характерным запахом свежего сена, ванили и горького миндаля. Кумарин и его производные широко распространены в природе, входят в состав многих растений, а также используются в парфюмерии, пищевой промышленности и медицине.

История открытия и изучения

Кумарин был впервые выделен в 1820 году из бобов тонка (Dipteryx odorata) немецкими химиками Фогелем и Генрихом Августом Розе. Название соединения происходит от «кумару» — французского названия бобов тонка, заимствованного из языка карибских индейцев. В 1835 году французский химик Жан-Батист Дюма установил эмпирическую формулу кумарина, а его структура была окончательно определена в 1868 году Уильямом Генри Перкином, который также осуществил первый полный синтез кумарина из салицилового альдегида и уксусного ангидрида.

В XIX веке кумарин активно использовался как ароматизатор, в частности, для имитации запаха ванили. Однако в середине XX века, после выявления его гепатотоксичности, применение кумарина в пищевых продуктах было ограничено во многих странах.

Химические свойства и строение

Кумарин (C₉H₆O₂) относится к классу бензопиронов. Его молекула состоит из бензольного кольца, конденсированного с α-пироновым циклом. Химически кумарин представляет собой лактон цис-о-гидроксикоричной кислоты. Для кумарина характерна способность к реакциям электрофильного замещения в ароматическом кольце, а также к раскрытию лактонного цикла под действием щелочей с образованием солей о-гидроксикоричной кислоты.

Кумарин флуоресцирует в ультрафиолетовом свете, что используется в аналитической химии для его обнаружения. Температура плавления кумарина составляет 68–70 °C, температура кипения — 297–299 °C. Он хорошо растворим в органических растворителях (этанол, диэтиловый эфир, хлороформ) и ограниченно растворим в воде.

Природные источники

Кумарин содержится в более чем 150 видах растений, относящихся к различным семействам. Наиболее богаты кумарином:

• Бобы тонка (Dipteryx odorata) — содержание до 10% от сухой массы.
• Донник лекарственный (Melilotus officinalis) — до 1,2% в сухой траве.
• Зубровка душистая (Hierochloe odorata) — придает характерный запах одноименной водке.
• Лаванда (Lavandula angustifolia) — содержится в эфирном масле.
• Корица (Cinnamomum verum) — в кассии (Cinnamomum cassia) содержание кумарина значительно выше, чем в цейлонской корице.
• Ясменник душистый (Galium odoratum) — используется для ароматизации напитков (например, майского вина).

В растениях кумарин чаще всего находится в связанном виде в форме гликозидов (например, мелилотозида) и высвобождается при ферментативном гидролизе в процессе сушки или ферментации.

Биологическая активность и токсикология

Кумарин обладает рядом биологических эффектов, однако его применение в чистом виде ограничено из-за токсичности.

Влияние на организм

• Антикоагулянтное действие. Производные кумарина (например, дикумарин, варфарин) подавляют синтез витамина K в печени, что приводит к снижению свертываемости крови. Это свойство используется в медицине для профилактики тромбозов. Варфарин является одним из наиболее распространенных антикоагулянтов непрямого действия.
• Гепатотоксичность. При поступлении в организм в больших дозах кумарин вызывает повреждение клеток печени. Механизм токсичности связан с образованием реактивных метаболитов в процессе окисления цитохромом P450. Допустимая суточная доза (ДСД) кумарина, установленная Всемирной организацией здравоохранения, составляет 0,1 мг на килограмм массы тела.
• Фотосенсибилизация. Некоторые кумарины (псорален, бергаптен) повышают чувствительность кожи к ультрафиолетовому излучению, что используется в фототерапии псориаза и витилиго.
• Антимикробное и противогрибковое действие. Кумарин и его производные проявляют активность в отношении ряда бактерий и грибов.
• Противоопухолевая активность. Исследуется способность некоторых синтетических производных кумарина ингибировать рост раковых клеток.

Опасность для человека

Острая токсичность кумарина для человека относительно невысока. Симптомы отравления включают головную боль, тошноту, рвоту, диарею. Хроническое употребление больших доз может привести к поражению печени. Из-за гепатотоксичности в 1954 году кумарин был запрещен в качестве пищевого ароматизатора в США, а в 1970-х годах — в большинстве стран Европейского союза. В России и странах Таможенного союза содержание кумарина в пищевых продуктах строго регламентируется (не более 2 мг/кг для напитков и 10 мг/кг для кондитерских изделий).

Применение

Парфюмерия и косметика

Кумарин является одним из ключевых компонентов парфюмерных композиций, придающих ароматам ноты сена, табака, ванили и амбры. Он широко используется в мужских парфюмах (например, в одеколонах и туалетной воде) и в отдушках для мыла, шампуней и косметических средств. В парфюмерии применяется как натуральный кумарин (экстракт из бобов тонка или донника), так и синтетический.

Пищевая промышленность

В пищевой промышленности кумарин используется ограниченно. Он разрешен в качестве ароматизатора в некоторых продуктах (например, в алкогольных напитках, таких как вермут и некоторые ликеры, а также в выпечке с корицей). Однако производители обязаны контролировать его содержание, чтобы не превышать установленные нормы. В Европейском союзе кумарин разрешен в качестве ароматизатора в определенных категориях продуктов (например, в выпечке, десертах, напитках) с максимальной концентрацией от 5 до 50 мг/кг в зависимости от продукта.

Медицина

Производные кумарина (варфарин, аценокумарол, фениндион) используются в качестве антикоагулянтов для лечения и профилактики тромбоэмболических заболеваний (тромбоз глубоких вен, тромбоэмболия легочной артерии, мерцательная аритмия). Кумарины (псоралены) применяются в фототерапии (PUVA-терапия) для лечения псориаза, витилиго и других кожных заболеваний. Некоторые синтетические кумарины исследуются как потенциальные противовирусные (в том числе против ВИЧ) и противовоспалительные средства.

Сельское хозяйство

Некоторые кумарины (например, варфарин) используются в качестве родентицидов (средств для борьбы с грызунами). Они вызывают внутренние кровотечения у животных, что приводит к их гибели. Однако применение таких средств требует осторожности из-за риска отравления домашних животных и диких видов.

Другие области

• Оптические отбеливатели. Некоторые производные кумарина используются в качестве оптических отбеливателей для текстиля, бумаги и моющих средств.
• Лазерные красители. Кумарины применяются в качестве активных сред в лазерах на красителях, генерирующих излучение в видимой и ультрафиолетовой областях спектра.
• Аналитическая химия. Кумарин используется как флуоресцентный зонд для обнаружения ионов металлов и других аналитов.

Интересные факты

• Запах свежескошенного сена обусловлен именно кумарином, который выделяется при повреждении клеток растений.
• В XIX веке кумарин использовался для фальсификации ванили, так как его запах напоминает ванильный, а стоимость была значительно ниже. После выявления токсичности эта практика была прекращена.
• Варфарин, производное кумарина, был назван в честь Висконсинского фонда алюминиевых исследований (Wisconsin Alumni Research Foundation), где он был синтезирован в 1948 году.
• Кумарин содержится в некоторых сортах корицы (кассия), поэтому употребление больших количеств этой пряности может быть вредным для здоровья.

Источники

1. Химическая энциклопедия: в 5 т. / Редкол.: И. Л. Кнунянц (гл. ред.) и др. — М.: Советская энциклопедия, 1990. — Т. 2.
2. Б. Н. Орлов, З. А. Зорина. Кумарины: химия, биологическая активность, применение. — М.: Наука, 1992.
3. Т. А. Соколова, А. П. Волынец. Кумарины: распространение, свойства, применение. — Минск: Наука и техника, 1985.
4. Scientific Committee on Food. Opinion on Coumarin. European Commission, 2004.
5. J. R. Lakowicz. Principles of Fluorescence Spectroscopy. — Springer, 2006.