เทอร์พีน
เทอร์พีน: สารประกอบหอมระเหยจากพืช
Terpenes (also called isoprenoids) are the largest group of secondary plant metabolites, with more than 20,000 known structures. All terpenes are derived from 5-carbon isoprene units assembled in different ways. They serve diverse natural functions — scent, flavor, defense, pollinator attraction — and include many medically and commercially important compounds such as taxol, artemisinin, pyrethrins, and stevioside.
Terpenes หรือที่เรียกว่า isoprenoids เป็นกลุ่มsecondary metabolitesของพืชที่มีขนาดใหญ่ที่สุด โดยมีโครงสร้างที่ค้นพบแล้วมากกว่า 20,000 ชนิด ชื่อ "เทอร์พีน" มีที่มาจากคำว่า turpentine (น้ำมันสน) ซึ่งมาจากภาษาฝรั่งเศสเก่า tér(e)binth ที่แปลว่า "resin" สารเทอร์พีนทั้งหมดมีกำเนิดทางเคมีจากหน่วย isoprene ซึ่งมีคาร์บอน 5 อะตอม โดยหน่วยเหล่านี้เชื่อมต่อกันในรูปแบบที่แตกต่างกัน
เทอร์พีนที่มีขนาดและองค์ประกอบต่างกันพบได้ทั่วไปในสิ่งมีชีวิตทุกประเภท โมเลกุลเทอร์พีนขนาดใหญ่เป็นองค์ประกอบสำคัญของmetabolismของมนุษย์ด้วย ได้แก่ ฮอร์โมนจากต่อมหมวกไต คอเลสเตอรอลในเยื่อหุ้มเซลล์ และวิตามินที่ละลายในไขมันอย่าง A, E และ K สำหรับในพืชและเชื้อรา เทอร์พีนมีความหลากหลายมากยิ่งขึ้นในฐานะสารsecondary metabolites
แม้ว่าเทอร์พีนจะไม่ใช่สิ่งจำเป็นต่อการดำรงชีวิตพืช แต่ก็ช่วยให้พืชเจริญงอกงามในสภาพแวดล้อมเฉพาะของตน หน้าที่ตามธรรมชาติของเทอร์พีนมีหลายอย่าง ได้แก่ กลิ่นและรส การควบคุมการเจริญเติบโต การป้องกันตัวจากศัตรู และการดึงดูดแมลงผสมเกสร เทอร์พีนวิวัฒนาการขึ้นอย่างเป็นอิสระในกลุ่มสิ่งมีชีวิตขนาดเล็ก จึงมีโครงสร้างที่หลากหลายมากและสามารถทำปฏิกิริยากับตัวรับทางชีววิทยาได้หลากหลายชนิด
Plants with distinctive terpenes have provided many leads for pharmaceutical, agricultural, and commercial research. Key examples include paclitaxel (anticancer from yew), artemisinin (antimalarial from Artemisia annua), pyrethrins (biodegradable insecticides), and stevioside (a natural sweetener hundreds of times sweeter than sucrose).
พืชที่มีเทอร์พีนเฉพาะตัวให้สารสำคัญหลายชนิดที่นำมาใช้เป็นสารนำการวิจัย (research leads) ทางเภสัชกรรม เกษตรกรรม และอุตสาหกรรม ตัวอย่างที่สำคัญมีดังนี้
- Paclitaxel (taxol) จากต้นยู (yew trees) ยับยั้งการแบ่งตัวของเซลล์สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมและใช้ทางคลินิกในการรักษามะเร็ง
- α-Santonin เป็นหนึ่งในสารanthelminticจาก Artemisia spp.
- Artemisinin จาก Artemisia annua ออกฤทธิ์ต่อเชื้อมาลาเรีย รวมถึงสายพันธุ์ที่ดื้อต่ออนุพันธ์ควินีนแล้ว
- Pyrethrins จาก Tanacetum cinerariifolium เป็นยาฆ่าแมลงที่biodegradableตามธรรมชาติ
- Stevioside เป็นสารให้ความหวานที่มีค่าความหวานมากกว่าน้ำตาลซูโครสหลายร้อยเท่า เป็นสารให้ความหวานจากธรรมชาติที่มีคุณค่า
การจำแนกเทอร์พีน
All terpenes are biosynthesized from the 5-carbon isoprene precursor and classified by the number of isoprene units they contain. The six major groups range from volatile monoterpenes (C10, in essential oils) to polyprenes (rubber). Most are multicyclic structures differing in both functional groups and basic carbon skeletons. This group includes essential oils, resins, steroids, carotenoids, and rubber.
โมเลกุลในกลุ่มที่หลากหลายนี้ทั้งหมดถูกสังเคราะห์ทางชีวภาพจากสารตั้งต้นisoprene 5 คาร์บอน จึงเรียกอีกชื่อว่าisoprenoids หน่วยไอโซพรีนสามารถประกอบและดัดแปลงได้หลายพันวิธี ทำให้พืชสามารถผลิตสารประกอบเคมีที่ดูเหมือนจะไม่มีที่สิ้นสุดจากหน่วยพื้นฐานง่ายๆ นี้ เทอร์พีนส่วนใหญ่มีโครงสร้างหลายวง (multicyclic) ที่แตกต่างกันทั้งในหมู่ฟังก์ชัน (functional groups) และโครงกระดูกคาร์บอนพื้นฐาน กลุ่มนี้รวมถึงessential oils, resins, สเตอรอยด์, แคโรทีนอยด์ และยาง
| ชื่อกลุ่ม | จำนวนคาร์บอน | ตัวอย่าง |
|---|---|---|
| Monoterpenes | C10 (2 × 5) | Volatile oils |
| Sesquiterpenes | C15 (3 × 5) | Volatile oils |
| Diterpenes | C20 (4 × 5) | Resins |
| Triterpenes | C30 (6 × 5) | Saponins, sterols, steroids |
| Tetraterpenoids | C40 (8 × 5) | Carotenoid pigments |
| Polyprenes | (N × 5) | Rubbers |
การจำแนกหลักใช้จำนวนคาร์บอนเป็นเกณฑ์ โดยแต่ละกลุ่มมีสมบัติทางกายภาพและทางชีวภาพที่แตกต่างกันอย่างชัดเจน โมโนเทอร์พีนระเหยง่ายและมีกลิ่น ส่วนไตรเทอร์พีนและเตตระเทอร์พีนอยด์เป็นโมเลกุลขนาดใหญ่ที่ไม่ระเหย
โมโนเทอร์พีน
Monoterpenes are C10 terpenes derived from two isoprene units joined head-to-tail. They are the main components of plant volatile (essential) oils, especially in Lamiaceae, Pinaceae, Rutaceae, and Apiaceae. They are volatile, aromatic, colorless, and oily. Chemical variation within a species produces distinct chemotypes. Classification is by functional groups: hydrocarbons, alcohols, esters, aldehydes, ketones, phenols, and ethers.
Monoterpenes เป็นตัวแทน C10 ของตระกูลเทอร์พีนอยด์ สร้างจากการรวมตัวของหน่วยไอโซพรีน 2 หน่วยที่เชื่อมแบบหัวต่อหาง (head to tail) โมโนเทอร์พีนและsesquiterpenesที่เกี่ยวข้องเป็นองค์ประกอบสำคัญของessential oilsหรือvolatile oilsของพืช
โมโนเทอร์พีนมักพบในสมาชิกของวงศ์พืชบางวงศ์ เช่น วงศ์กะเพรา (Lamiaceae) วงศ์สน (Pinaceae) วงศ์ส้ม (Rutaceae) และวงศ์ผักชี (Apiaceae) ซึ่งเป็นแหล่งผลิตน้ำมันหอมระเหยเชิงพาณิชย์จำนวนมาก บางชนิดอย่างgeraniolพบได้ทั่วไปแทบทุกที่ในปริมาณน้อยในสารหลั่งระเหยของพืชส่วนใหญ่
Volatile oilsพบในพืชที่มีโครงสร้างหลั่งสารพิเศษ เช่น เซลล์น้ำมัน ขนต่อม (glandular hairs) และท่อน้ำยาง (resin ducts) ในพืช น้ำมันเหล่านี้เชื่อกันว่าช่วยดึงดูดแมลงผสมเกสรไปยังดอกไม้ ป้องกันเนื้อเยื่อสีเขียวจากการถูกกินโดยสัตว์กินพืช และป้องกันการติดเชื้อจุลินทรีย์
โมโนเทอร์พีนเป็นสารระเหย มีกลิ่นหอม ไม่มีสี เป็นของเหลวมัน แม้บางชนิดอย่างการบูรจะเป็นผลึก ไม่ละลายในน้ำ แต่บางชนิดมีหมู่โพลาร์ที่ช่วยให้เกิดemulsionsได้
ในพืชบางชนิด อาจมีความแปรปรวนทางเคมีอย่างมีนัยสำคัญภายในสปีชีส์เดียวกัน โดยประชากรพืชต่างกันมีส่วนผสมของโมโนเทอร์พีนต่างกัน พืชที่แสดงความแปรปรวนทางเคมีเช่นนี้เรียกว่า chemotypes ตัวอย่างเช่น มีการจำแนกคีโมไทป์ของต้นไทม์ถึง 13 ชนิดในประชากรที่เติบโตในฝรั่งเศส
โมโนเทอร์พีนจำแนกได้ทั้งตามโครงสร้าง (อะไซคลิก โมโนไซคลิก ไบไซคลิก) หรือตามหมู่ฟังก์ชัน ได้แก่ ไฮโดรคาร์บอน แอลกอฮอล์ เอสเทอร์ แอลดีไฮด์ คีโตน ฟีนอล และอีเทอร์ ความoptical isomerismเป็นลักษณะทั่วไปของโมโนเทอร์พีน
Hydrocarbon monoterpenes have only carbon and hydrogen — no oxygen-containing functional groups. Limonene (from citrus peel) has expectorant and sedative activities plus potential anticancer properties. Beta-phellandrene (from pine/fir/spruce) is expectorant. Alpha-pinene (turpentine oil) is an irritant used to manufacture camphor and insecticides.
ไฮโดรคาร์บอนโมโนเทอร์พีนเป็นสารที่มีหมู่ฟังก์ชันเป็นไฮโดรคาร์บอนล้วนๆ คือมีเฉพาะคาร์บอนและไฮโดรเจน ไม่มีออกซิเจน
Limonene
(+)-Limonene เป็นองค์ประกอบหลักของน้ำมันระเหยจากเปลือกสดของผลไม้ตระกูลส้ม เช่น มะนาว ส้มเขียวหวาน ส้มขม และส้มหวาน นอกจากนี้ยังพบในน้ำมัน neroli (น้ำมันดอกส้ม จาก Citrus aurantium var. amara) และน้ำมันยี่หร่า (Carum carvi) และผักชีลาว (Anethum graveolens) ส่วน (-)-Limonene พบในน้ำมันสนเฟอร์จากเข็มและกิ่งอ่อนของ Abies alba และในน้ำมันมินต์
ลิโมนีนมีฤทธิ์expectorantและsedative น้ำมันหอมระเหยหลายชนิดที่มีลิโมนีนใช้แต่งกลิ่นอาหารและเครื่องดื่ม นอกจากนี้ลิโมนีนยังได้รับความสนใจจากการวิจัยในฐานะโมโนเทอร์พีนตัวแทน มีศักยภาพป้องกันมะเร็ง ฤทธิ์antineoplasticในมะเร็งตับอ่อนและมะเร็งเต้านม และใช้ทางคลินิกเป็นตัวละลายนิ่วในถุงน้ำดี อย่างไรก็ตาม ลิโมนีนบริสุทธิ์อาจระคายเคืองผิวหนัง
β-Phellandrene
β-Phellandrene เป็นองค์ประกอบที่พบบ่อยมากในน้ำมันหอมระเหย รูปไอโซเมอร์หนึ่งพบในน้ำมันระเหยของสนเฟอร์ (Abies) สนสปรูซ (Picea) และสน (Pinus) หลายชนิด ส่วนอีกรูปหนึ่งเป็นองค์ประกอบหลักของน้ำมันหอมระเหยจากเมล็ดเฟนเนลน้ำ (Oenanthe aquatica) มีฤทธิ์expectorantและพบมากในน้ำมันใบสนทางเภสัชกรรม
α-Pinene
α-Pinene เป็นองค์ประกอบสำคัญในน้ำมันหอมระเหยหลายชนิด โดยเฉพาะน้ำมันเทอร์เพนไทน์ (oil of turpentine) ที่กลั่นจากoleoresinของ Pinus palustris และสนชนิดอื่น ตัวอย่างอื่นๆ ได้แก่ น้ำมันจากวงศ์ Pinaceae, Cupressaceae, Myrtaceae และ Lamiaceae รวมถึงน้ำมันจากเปลือกส้ม พินีนเป็นสารระคายเคืองที่อาจทำให้เกิดผื่น เพ้อคลั่ง เดินเซ และทำลายไต ใช้ในการผลิตการบูร ยาฆ่าแมลง ฐานน้ำหอม และน้ำมันสนสังเคราะห์
Alcohol monoterpenes bear a hydroxyl (-OH) group and include borneol (Borneo camphor, CNS toxicity in mammals), geraniol (palmarosa oil, antiseptic 7× stronger than phenol, rose odor), linalool (coriander and lavender oils, antiseptic, fungistatic, sedative), and menthol (peppermint oil, carminative, gastric sedative, antipruritic, analgesic, antiseptic).
แอลกอฮอล์โมโนเทอร์พีนมีหมู่ไฮดรอกซิล (-OH) ต่ออยู่กับโครงสร้างคาร์บอน
Borneol
รูป (+) ของบอร์นีออลเป็นองค์ประกอบหลักของการบูรบอร์เนียว (Borneo camphor) กลั่นจาก Dryobalanops aromatica และยังพบในน้ำมันลาเวนเดอร์สไปค์ (Lavandula latifolia) โรสแมรี (Rosmarinus officinalis) และลูกจันทน์เทศ (Myristica fragrans) บอร์นีออลใช้ส่วนใหญ่ในการผลิตเอสเทอร์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในเครื่องสำอาง แต่มีพิษต่อระบบประสาทส่วนกลาง (central nervous system) ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม
Geraniol
เจอรานิออลเป็นองค์ประกอบหลักของน้ำมันหอมระเหยหลายชนิด รวมถึงน้ำมัน palmarosa (Cymbopogon martinii) ตะไคร้ (C. citratus) และตะไคร้หอม (C. nardus) นอกจากนี้ยังพบในน้ำมันดอกกุหลาบ (Rosa centifolia, R. damascena) เจอรานิออลมีฤทธิ์strong antiseptic activityแรงกว่าฟีนอลถึง 7 เท่า มีกลิ่นกุหลาบหอมหวาน ใช้ในน้ำหอมและเป็นสารดึงดูดแมลงในกับดัก
Linalool
ลินาลูลเป็นองค์ประกอบหลักของน้ำมันผักชี (Coriandrum sativum) และยังพบในน้ำมันลาเวนเดอร์ (Lavandula spp.) น้ำมันเบอร์กาม็อต (Citrus aurantium ssp. bergamia) ดอกส้ม และน้ำมันหอมระเหยอื่นๆ อีกมาก ลินาลูลมีฤทธิ์antiseptic ต้านเชื้อรา (fungistatic) และมีฤทธิ์sedative ใช้ในน้ำหอมแทนน้ำมันเบอร์กาม็อตและลาเวนเดอร์ฝรั่งเศส
Menthol
เมนทอลพบทั้งในรูปอิสระและรูปเอสเทอร์เป็นองค์ประกอบหลักของน้ำมันเปปเปอร์มินต์ ซึ่งเป็นน้ำมันระเหยที่กลั่นด้วยไอน้ำจาก Mentha piperita และมินต์ชนิดอื่น เมื่อใช้สูดดม เมนทอลช่วยบรรเทาอาการคัดจมูกและหลอดลม ออกฤทธิ์เป็นยาcarminativeและgastric sedativeเมื่อรับประทาน เมื่อทาภายนอก มีฤทธิ์antipruritic analgesic และantiseptic อย่างไรก็ตาม อาจทำให้เกิดปฏิกิริยาแพ้ได้บ้างในบางราย เช่น ผิวหนังอักเสบจากการสัมผัส (contact dermatitis)
Aldehyde monoterpenes (general formula RCHO) include citronellal from citronella oil — antiseptic, sedative, and insect repellent. Ketone monoterpenes (general formula RCOR') include camphor (rubefacient, cooling, antipruritic, moth repellent) from camphor tree, and carvone (carminative, antiseptic) from spearmint, caraway, and dill. Also: phenolic carvacrol and thymol (both strongly antiseptic and antifungal), and toxic thujone from wormwood.
แอลดีไฮด์ (Aldehydes)
แอลดีไฮด์คือสารประกอบที่มีหมู่คาร์บอนิล (C=O) โดยหมู่คาร์บอนิลต่อกับไฮโดรเจนอย่างน้อยหนึ่งอะตอม สูตรทั่วไปคือ RCHO แอลดีไฮด์โมเลกุลขนาดเล็กอย่างฟอร์มัลดีไฮด์มีกลิ่นฉุน ส่วนแอลดีไฮด์ขนาดใหญ่ เช่น เบนซัลดีไฮด์ มีกลิ่นดอกไม้น่ารื่นรมย์และพบในน้ำมันหอมระเหย
Citronellal
ซิโทรเนลลาลเป็นองค์ประกอบหลักของน้ำมันซิโทรเนลลา ทำจากใบสดของตะไคร้หอม (Cymbopogon nardus) และยังพบในน้ำมันระเหยของยูคาลิปตัส เลมอนบาล์ม (Melissa officinalis) มะนาว (Citrus limon) และพืชอื่นๆ น้ำมันเลมอนบาล์มมีฤทธิ์antisepticและsedative ใช้ในสบู่ น้ำหอม และเป็นinsect repellent
คีโตน (Ketones)
คีโตนโมโนเทอร์พีนเป็นสารที่มีหมู่คาร์บอนิล (C=O) โดยหมู่นี้ต่อกับคาร์บอนเท่านั้น สูตรทั่วไปคือ RCOR'
Camphor
รูป (+) ของการบูรพบในน้ำมันการบูรญี่ปุ่น กลั่นจากต้นการบูร (Cinnamomum camphora) รูป (-) พบในโกฐจุฬาลัมพา (Tanacetum parthenium) และพืช Artemisia และ Lavandula หลายชนิด การบูรระคายเคืองผิวหนังและใช้เป็นrubefacient ให้ความเย็นเบื้องต้นแก่ผิวหนังและมีฤทธิ์ชาเฉพาะที่เล็กน้อยและantipruritic ใช้เป็นสารไล่แมลงเม่าและสารกันเสียในยาและเครื่องสำอาง
Carvone
คาร์โวนเป็นองค์ประกอบหลักในน้ำมันสเปียร์มินต์ (Mentha spicata) และ (+)-carvone เป็นองค์ประกอบหลักของน้ำมันยี่หร่าและผักชีลาว จากผลแห้งสุกของ Carum carvi และ Anethum graveolens ตามลำดับ คาร์โวนมีฤทธิ์carminativeและantiseptic ใช้ในการผลิตเหล้าลิเคียร์ แต่งกลิ่นขนมหวาน และในน้ำหอมและสบู่
Cyclic ether 1,8-cineole (eucalyptol) is the main constituent of eucalyptus and cajeput oils — anthelmintic, expectorant, antiseptic. Phenolic carvacrol (oregano, thyme) is strongly antiseptic at 1.5× phenol's strength, with antifungal and anthelmintic properties. Thymol (thyme) is antiseptic and antifungal. Thujone (white cedar, tansy, wormwood) is highly toxic and may cause convulsions.
1,8-Cineole (eucalyptol, cajeputol)
นี่คือองค์ประกอบหลักในน้ำมันยูคาลิปตัส (Eucalyptus globulus และยูคาลิปตัสบางชนิด) น้ำมันเคเจพุต (Melaleuca leucadendron และ Melaleuca ชนิดอื่น) และน้ำมันหอมระเหยอื่นอีกมาก มีฤทธิ์anthelmintic expectorant และantiseptic นอกจากนี้ยังแสดงฤทธิ์ไล่แมลงสาบ
Carvacrol
คาร์วาครอลพบในน้ำมันจากพืชวงศ์ Lamiaceae หลายชนิด รวมถึงน้ำมันออริกาโน กลั่นจากส่วนยอดที่ออกดอกของ Origanum vulgare และน้ำมันไทม์จากใบและยอดของ Thymus vulgaris คาร์วาครอลมีฤทธิ์strongly antisepticแรงกว่าฟีนอล 1.5 เท่า ต้านเชื้อรา (antifungal) และanthelmintic ใช้เชิงพาณิชย์ในน้ำยาบ้วนปาก
Thymol
แหล่งที่ดีที่สุดของไทมอลคือน้ำมันหอมระเหยของพืช Lamiaceae บางชนิด เช่น Thymus vulgaris และ Monarda punctata ไทมอลมีฤทธิ์antisepticและantifungal ใช้ทำลายเชื้อรา เก็บรักษาตัวอย่างพฤกษศาสตร์และชีวภาพ และในทันตกรรมเป็นยาต้านเชื้อ อย่างไรก็ตาม อาจระคายเคืองเยื่อบุกระเพาะได้
Thujone (thujan-3-one)
ธูโจนพบในรูปส่วนผสมของสเตอริโอไอโซเมอร์สองชนิด พบในน้ำมันหอมระเหยหลายชนิด เช่น น้ำมันซีดาร์ขาวจากใบ Thuja occidentalis น้ำมันแทนซีจากใบและยอด Tanacetum vulgare และร่วมกับแอลกอฮอล์และอะซีเตทในน้ำมันวอร์มวูดจากส่วนเหนือดินของ Artemisia absinthium ธูโจนมีพิษสูงมาก การกินเข้าไปอาจทำให้เกิดอาการชัก (โปรดดูบทที่ 10 สำหรับข้อมูลเพิ่มเติม)