Přírodní organické isonitrily
Jiří Patočka
Organické isonitrily nebo také isokyanidy jsou látky, pro něž je charakteristická přítomnost skupiny -N≡C (skupiny, která je isomerní se skupinou nitrilovou (kyanidovou), -C≡N) v jejich molekule. Isonitrilová skupina existuje ve formě resonanční struktury
Mezi chemiky jsou isonitrily pověstné svým zvláště nepříjemným zápachem. Když byl poprvé v laboratoři připraven allylisonitril, laboratoř páchla ještě několik týdnů. Mimořádně nepříjemný a odporný zápach isonitrilů odradil většinu chemiků od přípravy těchto látek, čímž rozvoj chemie isonitrilů velmi utrpěl. Isonitrily jsou velmi reaktivní látky a mohly by nalézt značné uplatnění v organické syntéze. Teprve v poslední době byla isonitrilům věnována pozornost, když byly zkoumány jako potenciální neletální zbraně (Pirrung et al., 2009). Nepříjemně zapáchající látky, tzv. malodoranty, hrají významnou úlohu mezi chemickými neletálními zbraněmi (Patočka et al., 2006) a mezi isonitrily by se jistě našel velký počet vhodných kandidátů. Mnohé organické isonitrily mohou být pro člověka značně toxické, ale páchnou již v tak nepatrných koncentracích, že se jim každý vyhne. Pokud ale nejsou isonitrily těkavé, jako např. tosylmethylisonitril, nepáchnou.
Isonitrily nacházíme i v přírodě, jako sekundární
metabolity některých organismů. Jedním z prvých přírodních isonitrilů
byl xanthocillin (Beiersdorf a Ahrens, 1953), antibiotikum používané i v
klinické praxi, např. stomatologii (Koch a Michaelis, 1954; Sonnenburg,
1954), otorhinolaryngologii (Stoll, 1954), oftalmologii (Heydenreich,
1956), či dermatologii (Bettley, 1959), ale látka je poměrně silně
alergenní (Bandman a Dohn, 1962; Bettley, 1959). Jinými isonitrilovými antibiotiky izolovanými z houby Sphaerellopsis sp. jsou darlucin A a darlucin B (Zapf et al., 1995).
Nejvíce isonitrilů produkují některé mořské organismy. Např. mořští plži z rodiny Actinoclydae jsou producenty isonitril-lipidů odvozených od 1,3-propandiolu (Manzo et al., 2011). Tyto látky jsou v pokusech in vitro cytotoxické pro savčí buňky. Mořské houby z rodiny Stylissa zase produkují isonitril-terpenoidy amphilectanového typu (Chanthathamrongsiri et al., 2012).
Isonitrilové deriváty terpenoidního typu jsou nejčastěji nalézanými přírodními isonitrily (Edenborough a Herbert, 1988). V současné době je známo takových látek více než 150 a ve většině případů se jedná o sekviterpeny nebo diterpeny (Garson a Simpson, 2004). První látka tohoto typu byla nalezena v roce 1973 v mořské houbě Axinella cannabina (Cafieri et al., 1973) a brzy následovaly další. Isonitrily se v přírodních zdrojích často vyskytují spolu s isothiokyanáty (R = NCS) a formamidy (R = NHCHO). Příkladem může být skupina terpenů odvozených od základní struktury zvané kalihinen. Bylo nalezeno několik látek (kalihionoly a isokalihinoly), které se liší pouze tím, že mají v molekule nitrilovou, isothiokyanátovou nebo formamidovou skupinu (Wolf a Schmitz, 1998). Látky slouží mořským bezobratlým živočichům jako ochrana před patogenními bakteriemi (Yang et al., 2006). Jsou ale také cytotoxické (Sun et al., 2009) a vykazují i jiné biologické účinky (Ohta et al., 2003), mimo jiné antimalarické (Miyaoka et al., 2012). Kalihinoly jsou dostupné synteticky a představují novou skupinu molekul s potenciálním využitím v medicíně (White et al., 2004), stejně jako celá řada dalších biologicky účinných látek izolovaných z vodních bezobratlých živočichů (Sinkol et al., 2012). Jiným příkladem přírodních isonitrilů mohou být welwitindolinony (Allan et al., 2012), izolované z cyanobakterií.
Literatura
Allan KM, Kobayashi K, Rawal VH. A unified route to the welwitindolinone alkaloids: total syntheses of (-)-N-methylwelwitindolinone C isothiocyanate, (-)-N-methylwelwitindolinone C isonitrile, and (-)-3-hydroxy-N-methylwelwitindolinone C isothiocyanate. J Am Chem Soc. 2012; 134(3): 1392-1395.
Beiersdorf R, Ahrens W. Studies on antibacterial and pharmacodynamic properties of a new antibiotik xanthocillin. Pharmazie 1953; 8(10): 796-801.
Bandmann HJ, Dohn W. Xanthocillin as a contactallergen. [Article in German]. Hautarzt. 1962; 13: 84-87.
Bettley FR. Xanthocillin cream for local treatment. Br Med J. 1959; 1(5131): 1226-1227.
CafieryF, Fattorusso E, Magno S, Santacroce C, Sica D. Isolation and structure of axisonitrile-1 and axisothiocyanate-1, two unusual sesquiterpenoids from the marine sponge Axinella cannabina. Tetrahedron 1973; 29: 4259-4262.
Cramer HJ. Xanthocillin allergy. [Article in German] Allerg Asthma (Leipz). 1961; 7: 336-339.
Edenborough MS a Herbert RB. Naturally occurring isocyanides. Nat Prod Rep. 1988; 5: 229-245.
Garson MJ, Simpson JS. Marine isocyanides and related natural products – structure, biosynthesis and ecology. Nat Prod Rep. 2004; 21: 164-179.
Heydenreich A. The new xanthocillin ocular ointment as an effective antibiotic. [Article in German] Dtsch Gesundheitsw. 1956; 11(16): 521-523.
Chanthathamrongsiri N, Yuenyongsawad S, Wattanapiromsakul C, Plubrukarn A. Bifunctionalized amphilectane diterpenes from the sponge Stylissa cf. massa. J Nat Prod. 2012; 75(4): 789-792.
Koch W, Michaelis J. Treatment of gingivitis with xanthocillin. [Article in German] Dtsch Stomatol. 1954; 4(5): 151-152.
Manzo E, Carbone M, Mollo E, Irace C, Di Pascale A, Li Y, Ciavatta ML, Cimino G, Guo YW, Gavagnin M. Structure and synthesis of a unique isonitrile lipid isolated from the marine mollusk Actinocyclus papillatus. Org Lett. 2011; 13(8): 1897-1899.
Miyaoka H, Abe Y, Sekiya N, Mitome H, Kawashima E. Total synthesis of antimalarial diterpenoid (+)-kalihinol A. Chem Commun (Camb). 2012; 48(6): 901-903.
Ohta E, Ohta S, Hongo T, Hamaguchi Y, Andoh T, Shioda M, Ikegami S. Inhibition of chromosome separation in fertilized starfish eggs by kalihinol F, a topoisomerase I inhibitor obtained from a marine sponge. Biosci Biotechnol Biochem. 2003; 67(11): 2365-2372.
Patočka J., Kuča K., Jun D. Od rajské vůně po tchoří puch. Využití odorantů a malodorantů. Vesmír 2006; 85(11): 653-654.
Pirrung MC, Ghorai S, Ibarra-Rivera TR. Multicomponent reactions of convertible isonitriles. J Org Chem 2009; 74(11): 4110–4117.
Sinko1 J, Rajchard J, Balounova Z, Pikotova L. Biologically active substances from water invertebrates: a review. Veterinarni Medicina 2012; 57(4): 177–184.
Sonnerburg. The use of xanthocillin in conservative dentistry. [Article in German] Dtsch Stomatol. 1954; 4(1): 16-17.
Stoll HG. Clinical experience with a new local antibiotic, xanthocillin, in otorhinolaryngology. [Article in German] Z Arztl Fortbild (Jena). 1954; 48(20): 696-700.
Sun JZ, Chen KS, Yao LG, Liu HL, Guo YW. A new kalihinol diterpene from the Hainan sponge Acanthella sp. Arch Pharm Res. 2009; 32(11): 1581-1584.
White RD, Keaney GF, Slown CD, Wood JL. Total synthesis of (+/-)-kalihinol C. Org Lett. 2004; 6(7): 1123-1126.
Wolf D, Schmitz FJ. New diterpene isonitriles from the sponge Phakellia pulcherrima. J Nat Prod. 1998; 61(12) :1524-1527.
Yang LH, Lee OO, Jin T, Li XC, Qian PY. Antifouling properties of 10beta formamidokalihinol-A and kalihinol A isolated from the marine sponge Acanthella cavernosa. Biofouling. 2006; 22(1-2): 23-32.
Zapf S, Hossfeld M, Anke H, Velten R, Steglich W. Darlucins A and B, new isocyanide antibiotics from Sphaerellopsis filum (Darluca filum). J Antibiot (Tokyo). 1995; 48(1): 36-41.
