Ізопрен

Ізопрен СН2 = С (СН 3)-СН = СН 2, 2-метілбутадіен-1, 3 - ненасичений вуглеводень дієнового ряду (C n H 2n-2). У нормальних умовах безбарвна рідина. Він є мономером для натурального каучуку і структурною одиницею для безлічі молекул природних сполук - ізопреноїдів, або терпеноїдів. [1]. Розчинний у спирті. Ізопрен полімеризується, даючи ізопрена каучуки. Ізопрен також вступає в реакцію полімеризації з сполуками вінілового ряду.


1. Знаходження та отримання

Натуральний каучук є полімером ізопрену - найбільш часто цис-1 ,4-поліізопреном з молекулярною масою від 100,000 до 1,000,000. В якості домішок містить кілька відсотків інших матеріалів, таких як білки, жирні кислоти, смоли і неорганічні речовини. Деякі джерела натурального каучуку називаються гутаперча і складається з транс-1 ,4-поліізопрену, структурний ізомер, який має схожі, але не ідентичні властивості. [2] Изопрен виробляється і виділяється в атмосферу багатьма видами дерев (головний з них - дуб) Річне виробництво ізопрену рослинністю близько 600 млн т., причому половина виробляється тропічними широколистими деревами, решта виробляється чагарниками. [3] Після попадання в атмосферу ізопрен перетворюється вільними радикалами (такими як гідроксил (OH) радикал) і в меншій мірі озоном [4 ] в різні речовини, такі як альдегіди, гідроксіпероксіди, органічні нітрати і епоксиди, які змішуються з водними краплями, утворюючи аерозолі або серпанок. [5] [6] Цей механізм дерева використовують не тільки для того, щоб уникнути перегріву листя Сонцем, але і для захисту від вільних радикалів, особливо озону. [7] Изопрен вперше був отриманий термічною обробкою натурального каучуку. [8] Найбільш промислово доступний як продукт термічного крекінгу лигроина або масла, а також як побічний продукт при виробництві етилену. Виробляється близько 20,000 тонн на рік. Близько 95% виробництва ізопрену використовується для виробництва цис-1 ,4-поліізопрену - синтетичного варіанти природного каучуку.


2. Біологічна роль

В основному, ізопрен найбільш часто зустрічається вуглеводень знаходиться в тілі людини. Оціночна швидкість виробництва ізопрену в тілі людини 0.15 мк моль / кг / год, еквівалентно приблизно 17 мг для людини вагою 70 кг. Ізопрен також зустрічається в низьких концентраціях у багатьох видах їжі.

Ізопрен проводиться в хлоропластах листків звичайних видів дерев через en: DMAPP процес. Ензим ізопрен синтаза відповідальна за його біосинтез. Ізопрен накопичується і допомагає стабілізувати мембрани клітин у відповідь на термічний стрес, даючи деяку толерантність до термічних опіків. Ізопрен може також давати деяку стійкість до реактивним кисневим речовинам. Кількість ізопрену виділеного з ізопрен испускающих рослин залежить від маси листя, їх площі, світла і температури листя. Так, протягом ночі, трохи ізопрену виділяється з листя дерева, тоді як днем ​​емісія істотна (~ 5-20 мг / м / год) в жаркий і сонячний день.

Ізопрен основний структурний мотив у біологічних системах. Терпени (наприклад, каротини є тетратерпенамі) походять з ізопрену, також як терпеноїди і кофермент Q. Також похідними ізопрену є: фитол, ретинол ( вітамін А), токоферол ( Вітамін E), en: dolichol і en: squalene. Гем має ізотерпеноідний хвіст і ланостерол, і стерол - прекурсор у тварин, що відбуває з en: squalene і отже з ізопрену. Функціональна изопренового едінца в біологічних системах це діметілалліл фосфат (ДМАФФ) і його ізомер ізопентеніл пірофосфат (ІПФ), які використовується в біосинтезі терпенів і похідних ланостеролу.

Фактично всі організми похідні ізопрену синтезують в en: HMG-CoA reductase pathway. Додавання цих ланцюжків до протеїнів називається en: isoprenylation


3. Біосинтез та його інгібування статинами

Інгібітори HMG-CoA редуктази, також відомі як група холестерол-понижуючі препарати звані статинами, інгібують синтез мевалонової кислоти. Мевалонат є прекурсором до en: isopentenyl pyrophosphate, який з'єднуючись з його ізомером en: dimethylallyl pyrophosphate в повторюваному чергуванні утворює ізопрена (поліпреніловую) ланцюг.

Статини знижують концентрацію холестеролу, який синтезовано з 15-вуглецевого ізотерпеноіда en: farnesyl pyrophosphate, також інгібують всі інші ізопрену, включаючи кофермент Q 10. Це flow chart показує біосинтез ізопренов, і точку при якій статини діють пригнічуючи цей процес.


4. Отримання

Двостадійному синтезом з ізобутілену і формальдегіду:

 (H 3 C) 2 C = CH2 + 2 CH 2 O -> (CH 3) 2 (C 4 H 6 O 2) Изобутилен Формальдегід 2,2-диметил-1 ,3-діоксолан 
 (CH 3) 2 (C 4 H 6 O 2) -> H 2 C = C (CH 3)-CH = CH 2 + H 2 O + CH 2 O 2,2-диметил-1 ,3-діоксолан Изопрен 

Двостадійне каталітичне дегідрування ізопентану (2-метилбутан)

 H 3 C-CH (CH 3)-CH 2-CH 3 -> (t = 600) H 2 C = C (CH 3)-CH = CH 2 + H 2 2-метилбутан Изопрен 

Ізопрен в невеликих кількостях так само виділяють фракції С5, побічного продукту піролізу нафти.


5. Застосування

Ізопрен застосовують для отримання синтетичного каучуку.