Тулипали́н А (α-метилен-γ-бутиролактон, MBL ) — гетероциклическое органическое соединение группы лактонов с химической формулой C ₅ H ₆ O ₂ . Чистый синтетический тулипалин А — прозрачная, слабо растворимая в воде , самопроизвольно полимеризующаяся жидкость без цвета и запаха . Естественный тулипалин А синтезируется растениями семейств Лилейные ( тюльпан , рябчик , кандык и другие ), Альстрёмериевые ( альстрёмерия , бомарея ) и Розовые ( Спирея ). Это сильный естественный инсектицид и фунгицид , препятствующий поражению фузариозом и большинством форм серой гнили , и, одновременно, сильный аллерген человека, вызывающий аллергический дерматит при контакте с луковицами тюльпана и срезанными цветоносами альстрёмерии.

Синтетический α-метилен-γ-бутиролактон был исследован в 1940-е годы; природный α-метилен-γ-бутиролактон впервые был выделен в 1946 году из кандыка американского ( Erythronium americanum ) . В 1966 году гипотетические, ещё не идентифицированные фунгициды, производимые тюльпанами, получили собирательное имя тулипалины ; в 1967 году тулипалин А был идентифицирован как уже известный α-метилен-γ-бутиролактон .

Синтез

Растения семейств лилейные и альстрёмериевые синтезируют и накапливают во всех тканях — специфические гликозиды . Например, в составе тюльпанов обнаружены семь различных тулипозидов (1-тулипозиды А и В, 6-тулипозиды А и B, тулипозиды D, E и F ); суммарная их концентрация составляет 0,2—2 % от общей массы растения, в том числе концентрация 6-тулипозида-А — до 1,5 % общей массы . В альстрёмериях суммарная концентрация тулипозидов равна 1—2 % от общей массы . Наибольшие концентрации тулипозидов наблюдаются в пестиках тюльпанов (до 30 % сухой массы) и листьях альстрёмерии (до 10 % сухой массы) . Механизм синтеза тулипозидов растениями неизвестен. Тулипозиды сами по себе являются слабыми фунгицидами и слабыми аллергенами , но их запас служит источником тулипалинов — сильных биологически активных веществ . Тулипалин А проявляет сильные фунгицидные и в меньшей степени бактерицидные свойства; тулипалин B — прежде всего бактерицидные . Тулипалин А, кроме того, является сильным инсектицидом; в естественных условиях тулипалин, выделяемый спиреей Тунберга , за неделю уничтожает популяцию .

Синтез тулипалинов из тулипозидов является, предположительно, защитной реакцией растений на повреждения мембран вакуолей патогенными грибками и происходит в присутствии тулипозид-конвертирующих ферментов ( TCE , КФ 4.2.99.22) . Синтезируемый растением 1-тулипозид А непрерывно преобразуется в более стабильный 6-тулипозид А, ферменты разлагают этот промежуточный продукт на D-глюкозу и нестабильную органическую кислоту, а эта кислота преобразуется в стабильный тулипалин А . В типичной для растительных тканей слабокислой среде (pH 5,4…6,5) тулипалины стабильны, а в щелочной среде они гидролизуются до стабильной масляной кислоты . Выделенный в лабораторных условиях чистый тулипалин А относительно стабилен при температуре +2 °С, однако после нескольких недель хранения самопроизвольно полимеризуется и утрачивает биологическую активность . В реакциях полимеризации тулипалин А ведёт себя подобно метилметакрилату ; гомополимер тулипалина А — твёрдое, хрупкое, прозрачное вещество (аналог полиметилметакрилата ) с температурой стеклования 195° С .

В литературе описаны несколько альтернативных способов синтеза тулипалина А в лабораторных условиях. Например, тулипалин А может быть получен из аддукта антрацена по методологии Дильса—Альдера . Вначале исходный аддукт обрабатывается диизопропиламидом лития , а затем оксидом этилена . Продукт реакции разлагается на антрацен и тулипалин А в ходе при температуре 250—300 °С и давлении в 0,1 мм рт. ст. (13 Па ). Выход тулипалина А составляет 77 % от расчётного предела . Все лабораторные технологии синтеза тулипалинов слишком дороги и в промышленном производстве не используются; альтернативой синтезу является производство тулипалинов из растительного сырья . В 2014 году японские химики предложили биотехнологический процесс, использующий лишь воду, этанол , активированный уголь и биомассу тюльпанов особых сортов, отличающихся особо высокой концентрацией тулипозидов в цветках. В этом процессе источником тулипозидов служит водно-спиртовая вытяжка из цветков, а ферментом — извлечённые из луковиц TCE .

Фунгицидные свойства

Фунгицидные свойства экстракта луковиц тюльпана были впервые доказаны нидерландскими биохимиками в 1966 году. Действующие вещества этого экстракта, ещё не идентифицированные, получили название тулипалины ; в 1967 году две независимые группы исследователей идентифицировали гипотетический тулипалин А как хорошо известный α-метилен-γ-бутиролактон . Все тулипалины и тулипозиды угнетают развитие патогенных грибков, но тулипалин А проявляет фунгицидные свойства наиболее активно. Минимальная его концентрация, при которой наступает угнетение патогенных грибов Fusarium oxysporum f. tulipae , Gibberella zeae и , в 5—10 раз меньше, чем необходимые концентрации других тулипалинов и тулипозидов. В отношении все эти вещества эффективны в равной мере .

Тулипалин А угнетает все формы серых гнилей , вызываемых грибками рода Botrytis ; это единственное природное вещество, угнетающее развитие специфического паразита тюльпанов , пусть и столь эффективно, как другие серые гнили. Botrytis tulipeae подавляет защитные реакции тюльпанов: в поражённых им растениях тулипозиды гидролизуются до неактивных кислот, тогда как в тюльпанах, поражённых Botrytis cinerea , тулипозиды активно преобразуются в активные тулипалины . В цветоводческой практике только Botrytis tulipeae способен поразить луковицу тюльпана; другие формы Botrytis ограничиваются надземными побегами . Для самого тюльпана это различие не имеет значения: гибель надземного побега приводит к гибели растения в целом. Заражённые тюльпаны лечению не подлежат и уничтожаются независимо от того, какой именно грибок их поразил .

Наиболее опасный и экономически важнейший из всех патогенов, угнетаемых тулипалинами — возбудитель фузариоза Fusarium oxysporum f. tulipae . Давно известная болезнь выдвинулась на первое место лишь на рубеже XX и XXI веков; предположительные причины этого — появление новых штаммов грибка, законодательные запреты на эффективные фунгициды, укрупнение цветоводческих хозяйств и их переход к машинной обработке луковиц, что резко увеличило долю выкопанных луковиц, получающих механические повреждения .

Луковицы наиболее подвержены фузариозу летом, сразу после выкопки, когда концентрация тулипалинов в кроющих чешуях ещё не достигла нормы. Болезнь быстро распространяется в летних хранилищах и провоцирует выделение луковицами этилена ; самоотравление этиленом приводит к гибели зачатков цветков . Связь между этиленовым отравлением и синтезом тулипозидов и тулипалинов достоверно не установлена. По одним наблюдениям, концентрация этилена в воздухе в 1—2 миллионные доли и выше приводит к полной остановке синтеза тулипалинов; как следствие, защитный барьер слабеет даже у здоровых луковиц . По другой работе того же автора, концентрация этилена в 2—20 миллионных долей подавляет только синтез тулипозидов, и не влияет на распад тулипозидов на глюкозу и тулипалины .

Аллергенные свойства

Германский Федеральный институт оценки рисков классифицирует тулипалины как аллергены категории B («весьма вероятны контактные аллергические реакции») . Регулярный контакт человека с тюльпанами и альстрёмериями приводит к быстрой сенсибилизации организма к тулипалину А и характерному профессиональному заболеванию цветоводов — тюльпановому дерматиту .

Проявления болезни часто совпадают с симптомами грибковых поражений кожи и ногтей . При контакте с луковицами тюльпанов вначале наблюдается эритема кожи кистей рук, затем её ороговение и растрескивание . В начале болезни нередко отмечается кожный зуд, затем покалывание в пальцах . Часто наблюдаются поражения ногтей: растрескивание ногтя, онихолизис (отслоение ногтя), абсцессы ногтевого ложа . В редких случаях тюльпановый дерматит распространяется и за пределы плечевого пояса; известны случаи, когда аллергия приводила к расстройствам речи .

Среди работников альстрёмериевых хозяйств покалывание в пальцах и поражения ногтей не зарегистрированы . Болезнь обычно впервые проявляется на кончиках пальцев, а затем охватывает всю кожу кисти . Наблюдаются крапивница , экзема , шелушение кожи . В литературе описан пример 54-летней женщины-цветовода, у которой аллергия развилась после однократного случайного контакта с соком срезанных альстрёмерий . Первые симптомы, зуд и крапивница пальцев и предплечья, появились через двое суток после контакта . Несколько дней спустя сыпь развилась в экзему с множественными пузырьками . Болезнь отступила после недели наружного применения кортикостероидов ; на вылеченной коже остались светлые депигментированные пятна .

Средство профилактики и защиты — ношение перчаток из нитрильного каучука . Обычные хирургические перчатки из латекса и поливинилхлорида проницаемы для тулипалинов и надёжной защиты не обеспечивают .

Аллергенные свойства тулипалина А, предположительно, обусловлены близким соседством метильной и карбонильной групп в молекуле. Структурно близкие циклические соединения, в которых эти группы удалены друг от друга ( , γ-бутиролактон), аллергенами не являются .

Перспективные применения

Тулипалины, будучи естественным антибиотиками , неоднократно испытывались в медицине и фармацевтике (например, в 2011 году исследователи из Оксфорда показали возможность использования природных тулипалинов для синтеза противоопухолевого препарата ). По состоянию на 2014 год, практического результата эти опыты не дали, в фармацевтике тулипалины не применяются.

Тулипалин А рассматривается как один из кандидатов на роль «зелёного» ( возобновляемого ) мономера — сырья для производства пластмасс, которое может быть извлечено из растений без использования невозобновляемых реагентов и энергоносителей . Первые полимеры на базе чистого α-метилен-γ-бутиролактона и сополимеры α-метилен-γ-бутиролактона и — прозрачные, весьма твёрдые, но хрупкие, — были запатентованы в США ещё в 1947 году . В позднейшей литературе описаны различные опытные технологии полимеризации, как правило — не чистого тулипалина, но его смеси с другими органическими соединениями. Например, полимерметиленбутиролактон (PMBL, сополимер тулипалина А и γ-метил-α-метилен-γ-бутиролактона)— по свойствам близок полиметилметакрилату (PMMA), и выгодно отличается от него бо́льшей температурой стеклования (195 °C против 100 °С у PMMA) и лучшими механическими и оптическими свойствами . Сополимеры тулипалина А, отличающиеся повышенной стойкостью к истираемости и ультрафиолетовому излучению — возможная перспективная замена акриловых грунтов, красок и лаков в автомобильной промышленности .

Примечания

Литература

• McCluskey, J. et al. // Int J Crit Illn Inj Sci.. — 2014. — № Apr-June . — P. 181-183.
• Хрусталёва, В. А. Болезни и вредители // Цветоводство. — 1983. — № 2 . — С. 19—21 .