Введение
Химическое вещество, производимое грецкими орехами.
Юглон, также известный как 5-гидрокси-1,4-нафталендион (IUPAC), – это фенольное органическое соединение с молекулярной формулой C10H6O3. В пищевой промышленности юглон также известен как C. I. Natural Brown 7 и C. I. 75500. Он нерастворим в бензоле, но растворим в диоксане, из которого кристаллизуется в виде жёлтых игл. Является изомером лавсона, который является активным красящим соединением в листьях хны. Юглон естественным образом содержится в листьях, корнях, оболочке, плодах (эпикарпе) и коре растений семейства Югландовые (Juglandaceae), особенно чёрного грецкого ореха (Juglans nigra), и является токсичным или подавляет рост многих видов растений. Иногда его используют как гербицид, краситель для ткани и чернил, а также как красящее вещество для продуктов питания и косметики.
История
Аллелопатическое воздействие ореховых деревьев на другие растения наблюдалось еще в I веке н.э. Сам жюглон был впервые выделен из черного грецкого ореха в 1856 году и идентифицирован как соединение, ответственное за его аллелопатические эффекты в 1881 году. В 1926 году в северной Вирджинии были зарегистрированы случаи повреждения яблонь, вызванные как Juglans nigra, так и Juglans cinerea (гикори). Некоторые сорта яблонь проявляли различную степень устойчивости к токсичности грецкого ореха. В 1926 году было замечено, что ореховые деревья на полях люцерны приводили к гибели урожая, в то время как трава оставалась незатронутой. Последующие эксперименты показали, что токсичное соединение в ореховых деревьях обладает ограниченной растворимостью в воде, что указывает на то, что соединение претерпевало химические изменения после выхода из дерева. Только в 1928 году была выявлена фитотоксичность соединения для других видов растений. Научное сообщество столкнулось с противоречиями, когда о вредном воздействии ореховых деревьев на некоторые культуры и деревья было первоначально сообщено, после утверждений, что деревья, повреждающие яблони в северной Вирджинии, не были ореховыми деревьями вовсе. В 1942 году было продемонстрировано, что прорастание семян томатов и люцерны, а также рост саженцев, подавлялись при контакте с кусками корней грецкого ореха, что предоставило дополнительные научные доказательства фитотоксичности жюглона. Жюглон использовался в медицине в Америке в начале 1900-х годов и назначался для лечения различных кожных заболеваний.
Синтез
Юглон получают в результате окисления гидроюглона и 1,5-дигидроксинафталина после ферментативного гидролиза. Его также можно получить окислением 5,8-дигидрокси-1-тетралона оксидом серебра (Ag₂O), диоксидом марганца (MnO₂) или 2,3-дихлоро-5,6-дициано-1,4-бензохиноном (ДДХ).
Экстракция
Juglone извлекается из скорлупы плодов грецкого ореха, в которой содержится 2–4% по массе свежих плодов.
Деградация
До окисления юглон в растениях, таких как грецкий орех, существует в виде бесцветного гидроксиюглона, аналога гидрохинона. При контакте с воздухом он быстро окисляется до юглона. Наиболее явным свидетельством легкой деградации гидроксиюглона является изменение цвета кожуры грецкого ореха с желтого на черный после среза. Местные бактерии, обнаруженные в почве корней черного грецкого ореха, в частности Pseudomonas putida J1, способны метаболизировать юглон и использовать его как основной источник энергии и углерода. Благодаря этому, юглон проявляет меньшую цитотоксическую активность в хорошо аэрируемых почвах.
Спектровые данные
В ИК-спектре жюглона наблюдаются полосы при 3400, 1662 и 1641 см−1, характерные соответственно для гидроксильной и двух карбонильных групп. Спектр 13C ЯМР показывает 10 сигналов, включая сигналы при 160,6, 183,2 и 189,3 ppm, соответствующие гидроксильному и двум карбонильным атомам углерода. Жюглон оказывает свое действие, ингибируя определенные ферменты, необходимые для метаболической функции. Это, в свою очередь, подавляет дыхание митохондрий и фотосинтез в распространенных сельскохозяйственных культурах, таких как кукуруза и соя, при концентрациях жюглона, которые соответствуют или ниже естественных. Помимо этого, было показано, что жюглон изменяет взаимоотношения между растениями и водой из-за его влияния на функционирование устьиц. Рост популярности совместных посадок черного ореха и кукурузы в американском Среднем Западе, обусловленный высокой ценностью древесины черного ореха, привел к проведению исследований, посвященных специфическим взаимоотношениям между этими двумя видами. Исследования показали, что жюглон влияет на урожайность кукурузы, однако обрезка и использование корневых барьеров значительно снижают эти эффекты. Некоторые растения и деревья устойчивы к жюглону, в том числе некоторые виды клена (Acer), березы (Betula) и бука (Fagus). Он высокотоксичен для многих растительноядных насекомых. Однако некоторые из них, например, Actias luna (мотыль луна), способны детоксифицировать жюглон (и связанные с ним нафтохиноны) до нетоксичного 1,4,5-тригидроксинафталина. Также было показано, что он обладает антигельминтной (выводящей паразитических червей) активностью в отношении зрелых и незрелых особей Hymenolepis nana у мышей. Нафтохиноновые соединения также проявляют антимикробную активность.
Применение
Юглон иногда используется как гербицид. Традиционно жюглон применялся как натуральный краситель для одежды и тканей, особенно шерсти, а также для изготовления чернил. Благодаря своей способности оставлять темно-оранжево-коричневые пятна, жюглон также находит применение в качестве красящего вещества для продуктов питания и косметики, например, для красок для волос.