Азулен

Что произойдет, если продолжительно нагревать цветки ромашки аптечной (Matricaria chamomilla), пропуская через них горячий пар? Сконденсированный пар будет образовывать маслянистую жидкость насыщенного темно-синего цвета — как изображено на фото. Где же в желто-белых соцветиях спрятались синие молекулы? На самом деле, нигде: никаких синих веществ в ромашке нет, зато есть матрицин (см. Matricin) — бесцветное вещество, которое в условиях паровой дистилляции образует ярко-синий хамазулен (см. Chamazulene), придающий эфирному маслу ромашки неожиданный цвет.

Вверху — схема и фотография установки для получения эфирного масла ромашки; с сайта gwendolynsbotanica.com, с изменениями. Внизу — схема превращения матрицина в хамазулен; из статьи H. Safayhi et al., 1994. Chamazulene: An Antioxidant-Type Inhibitor of Leukotriene B₄ Formation

Хамазулен можно найти и в эфирных маслах других растений: например, древовидной полыни (Artemisia arborescens), марокканской пижмы (Tanacetum annuum, см. Пижма), тысячелистника обыкновенного (Achillea millefolium). В чистом виде (а не в виде вещества-предшественника) хамазулен содержится в древесине голубого кипариса (Callitris intratropica, см. Callitris): его эфирное масло получают путем обработки древесной стружки метанолом, без воздействия горячим паром. Помимо хамазулена, это масло содержит и гвайазулен — его структурного «родственника» и «коллегу» по синей окраске. Другой, более отдаленный «родственник» хамазулена — сложный эфир лактарофульвена и стеариновой кислоты — обуславливает необычный цвет голубого млечника (Lactarius indigo), съедобного гриба семейства cыроежковые (см. картинку дня Пигменты грибов-млечников).

И хамазулен, и гвайазуен являются производными азулена, молекула которого представляет собой два сконденсированных цикла: семичленный (катион циклогептатриена) и пятичленный (анион циклопентадиена). В отличие от своих гомологов (см. Гомологический ряд), незамещенный азулен практически не встречается в природе и является «капризной» молекулой из-за своей высокой склонности к возгонке. По этим причинам вместо него на практике применяют более доступные и удобные в работе хамазулен и гвайазулен.

Вверху — структурные формулы азулена, хамазулена, гвайазулена, а также сложного эфира лактарофульвена и стеариновой кислоты. Внизу — порошок азулена (фото с сайта nmpharmtech.com), природные источники его производных: ромашки аптечной (фото с сайта ru.wikipedia.org), млечника голубого (с сайта en.wikipedia.org), кипариса голубого (с сайта wildwoodoils.com)

Как же используют эти вещества? Например, в производстве уходовой косметики: кремы, содержащие хамазулен или гвайазулен в свободном виде или в составе эфирных масел, имеют нежный голубой цвет и рекламируются как противовоспалительные и антиоксидантные средства. Кажется, в этом случае реклама не врет: азулены действительно обладают интересными биологическими свойствами! Так, их противовоспалительная активность определяется несколькими механизмами, важнейшим из которых является ингибирование действия фермента циклооксигеназы-2 (ЦОГ-2, см. Циклооксигеназы), катализирующего превращение арахидоновой кислоты в простагландины — ключевые медиаторы воспаления. Это свойство роднит азулены с известными нестероидными противовоспалительными препаратами, имеющими аналогичный механизм действия, однако их невозможно рассматривать как альтернативу, например, аспирину или нимесулиду. Дело в том, что липофильные азулены обладают низкой биодоступностью, поэтому они могут использоваться только как препараты локального, а не системного действия. Помимо кремов и мазей, гвайазулен входит в состав препаратов, снижающих воспаление слизистой желудка (например, Пепсан-Р).

Другой важной особенностью азуленов является их способность улавливать свободные радикалы. Установлено, что гвайазулен имеет более низкий окислительный потенциал, чем азулен — следовательно, является более мощным антиоксидантом. Также азулен и его производные способны поглощать ультрафиолетовое излучение в широком диапазоне длин волн, что делает их потенциальными УФ-протекторами. Однако в качестве компонента солнцезащитных кремов азулены представить сложно: в отличие, например, от бемотризинола (см. Bemotrizinol) или бисоктризола (см. Bisoctrizole), трансформирующих УФ-энергию в тепловую, азулены под действием УФ-излучения разрушаются. По этой причине кремы с азуленом хранят в банках из темного стекла и не рекомендуют наносить непосредственно перед выходом на улицу.

Азулен, как и его производные, является ароматическим соединением (см. задачу Ароматичность и антиароматичность). Это означает, что его молекулярная система, состоящая из двух сопряженных циклов, устойчивее, чем гептатриеновый и пентадиеновый циклы по отдельности. Каждый из десяти атомов углерода, присутствующих в этой системе, подает в нее по одному электрону, который равномерно распределяется между всеми остальными атомами (делокализуется). Таким образом, все десять электронов системы в равной степени принадлежат всем десяти атомам углерода, за счет чего и обеспечивается устойчивость молекулы азулена. Это касается и других ароматических веществ, например изомерного азулену нафталина. И азулен, и нафталин имеют одинаковую молекулярную формулу (C₁₀H₈), но разное строение и, как следствие, разные свойства. В то время как нафталин состоит из двух сопряженных нейтральных молекул бензола, молекула азулена составлена из двух заряженных фрагментов: циклогептатриенил-катиона и циклопентадиенил-аниона, что обуславливает ее высокую (по меркам углеводородов) полярность, сопоставимую с полярностью хлороформа.

Вверху — различия в энергии переходов из основного в возбужденное состояние (S₀ → S₁) для азулена и нафталина; из статьи H. Xin et al., 2021. Azulene-Based π‑Functional Materials: Design, Synthesis, and Applications. Внизу — спектр поглощения электромагнитного излучения для азулена. Широкая полоса в УФ-области указывает на возможность использования азулена в качестве УФ-протектора; максимум поглощения ~600 нм в видимой области указывает на поглощение оранжевого цвета и, соответственно, синий цвет молекулы. Изображение с сайта kids.britannica.com

С таким «полярным» строением связан и эффектный синий цвет азулена. По сравнению с нафталином, молекуле азулена требуется меньше энергии, чтобы перейти из основного состояния в возбужденное, то есть этот переход смещен в область более низкой энергии и, соответственно, более длинных электромагнитных волн. Поэтому, в отличие от бесцветного нафталина, азулен поглощает электромагнитное излучение не только в УФ-области, но и в области видимого спектра, примерно при 600 нм, что соответствует оранжевому цвету. Поглощая оранжевый, азулен оставляет нам остальные шесть цветов спектра, смешение которых и видится нам ярко-синим — таким цветом, в наличии которого мы никак не можем заподозрить ни ромашку, ни пижму, ни полынь!

Фото с сайта blueridgearomatics.com.

Вера Мусияк