પ્રાકૃતિક પેદાશો (natural products)

પ્રાકૃતિક પેદાશો (natural products) : કુદરતમાં મળી આવતાં કાર્બનિક સંયોજનો. પુરાણા કાળમાં પણ રંગકામ માટેના રંગકો, અત્તરો તથા ઔષધો (folk medicines) તરીકે પ્રાકૃતિક પદાર્થો વપરાતા હતા. ઔષધો તરીકે વપરાતા બધા જ પદાર્થો કાર્બનિક સંયોજનો હોય છે, જે તેમનાં કુદરતી પ્રાપ્તિસ્થાનો–વનસ્પતિમાંથી નિષ્કર્ષણ દ્વારા મેળવાતાં. પુનરુત્થાન (renaissance) ગાળા દરમિયાન 60થી વધુ અત્તરો જાણીતાં હતાં, જે ઝાડનાં પાંદડાંઓને છૂંદીને તેના નિસ્યંદન દ્વારા મેળવાતાં. પાંદડાં તથા ઝાડની છાલને લસોટી તથા ઉકાળીને બનાવાતાં ઔષધો ક્વાથ તરીકે વપરાતાં તેવું લગભગ બધી જ પ્રજાઓના ઇતિહાસમાં નોંધાયું છે.

કુદરતી સ્રોતોમાંથી આવાં અનેક કાર્બનિક સંયોજનો ઓગણીસમી સદીના પૂર્વાર્ધમાં સ્ફટિક રૂપે અલગ કરીને શુદ્ધ કરાતા હતા. આવાં સંયોજનોની પ્રક્રિયા રૂપે કાર્બનિક રસાયણનો અભ્યાસ શરૂ થયો અને તે દરમિયાન આવાં કુદરતી દ્રવ્યો કાર્બનિક ઔષધો તરીકે વપરાતાં રહ્યાં. જેમ જેમ સંશ્લેષણની રીતો શોધાતી ગઈ તેમ તેમ કુદરતી દ્રવ્યોનું સ્થાન આ સંશ્લેષિત રસાયણો લેવા લાગ્યાં. કુદરતમાં મળી આવતાં દ્રવ્યોની વિવિધતા ખૂબ જ અચરજભરી છે અને તેમાંનાં કેટલાંકનાં બંધારણ શોધાવા લાગ્યાં તથા તેમાંનાં સંકીર્ણ સંયોજનોનાં સંશ્લેષણ કરવાં એ કાર્બનિક રસાયણજ્ઞો માટે પડકારરૂપ સાબિત થયું છે.

ઝાડના વિવિધ ભાગો(પાંદડાં, મૂળિયાં, કે છાલ)ને સૂકવવા, ખાંડવા, દ્રાવક સાથે નિષ્કર્ષિત કરવા વગેરે પ્રાકૃતિક પદાર્થો મેળવવા માટેની મુખ્ય પ્રક્રિયાઓ છે. આવા નિષ્કર્ષિત દ્રાવકને ઉડાડી દેતાં પ્રાકૃતિક પદાર્થોનાં મિશ્રણો ગુંદર રૂપે કે તેલ રૂપે મળે છે. તેમના ઘટકોને જુદા પાડવા માટે વર્ણલેખન એક સામાન્ય રીત છે. એક યા બે ઘટકોને મિશ્રણમાંથી સ્ફટિકીકરણ દ્વારા પણ જુદા પાડવા શક્ય બને છે. આવા ગુંદરમાં અનેક પદાર્થો હોય છે, જેમાંના કેટલાક જે તે છોડ યા વૃક્ષના વિશિષ્ટ (લાક્ષણિક) ઘટકો હોય છે.

પ્રાકૃતિક પદાર્થ એક વાર શુદ્ધ સ્વરૂપે મેળવ્યા બાદ તેનું આણ્વીય બંધારણ શોધવાનું રહે છે. 1940 પહેલાં પ્રાકૃતિક પદાર્થ ઉપર રાસાયણિક પ્રક્રિયાઓ કરવાથી આંશિક વિઘટન પામીને બનતાં સંયોજનો ઉપરથી બંધારણીય માહિતી મેળવાતી. હવે આ રીતને બદલે મોટાભાગે ભૌતિક ઉપકરણો(દા.ત., IR, UV, NMR, Mass Spectra, E.S.R.)ની વપરાશથી આ કાર્ય સરળ બન્યું છે.

બંધારણ નક્કી કરવાની પદ્ધતિ : શુદ્ધ પ્રાકૃતિક પદાર્થમાં રહેલા ક્રિયાશીલ (functional) સમૂહો અંગેની માહિતી પદાર્થના પ્રયોગનિર્ણીત (empirical) સૂત્ર દ્વારા દર્શાવેલાં કાર્બન અને હાઇડ્રોજન સિવાયનાં અન્ય તત્વોની હાજરી ઉપરથી મેળવાય છે. પદાર્થમાં રહેલાં હાઇડ્રૉક્સિલ (પ્રાથમિક તથા દ્વિતીયક) તથા એમિનો-સમૂહ ઍસેટાઇલેશન પદ્ધતિથી નક્કી થાય છે. ઍમાઇન તેની બેઝિકતા દ્વારા (પ્રાથમિક તથા દ્વિતીયક એમાઇન ઍસેટાઇલેશનથી તેની બેઝિકતા ગુમાવે છે, જ્યારે તૃતીયક ઍમાઇન જેમનો તેમ રહે છે) નક્કી કરી શકાય. પ્રાથમિક તથા દ્વિતીયક આલ્કોહૉલ તેમની ઑક્સિડેશન પ્રક્રિયા દ્વારા નક્કી કરી શકાય. કાબૉર્ક્સિલિક ઍસિડ સમૂહની સંખ્યા અનુમાપન અથવા ડાએઝોમિથેન વડે મીથિલેશન કરીને નક્કી થાય છે. આવી રાસાયણિક પ્રક્રિયાઓ દ્વારા પ્રાકૃતિક પદાર્થનું વિશ્લેષણ કરી તેનું પ્રાયોગિક સૂત્ર આ પ્રક્રિયાઓ દ્વારા મળતી નીપજો સમજાવી શકે છે કે નહિ તે નક્કી કરવામાં આવે છે. વિશ્લેષણ માટે ડાએઝોમીથેન, ઍસેટિક એન્હાઇડ્રાઇડ, ક્રોમિક-ઍસિડ, ઉષ્મીય વિભંજન, આલ્ડોલ સંઘનન વગેરે રાસાયણિક રીતો વપરાય છે.

આ પ્રકારની તાર્કિક રીતો લગભગ બધા જ પદાર્થોનાં બંધારણ નક્કી કરવા માટે વાપરવામાં આવે છે. બંધારણીય માહિતી મેળવ્યા બાદ પ્રાકૃતિક પદાર્થનું સંશ્લેષણ કરીને તે ઉપરથી તેનું જૈવ સંશ્લેષણ નક્કી કરવામાં આવે છે. જૈવ સંશ્લેષણ અંગેનું અત્યારનું જ્ઞાન જાણીતા હજારો પ્રાકૃતિક પદાર્થોને અનેક વિશાળ સંકુલો(families)માં વહેંચી આપે છે. જે શર્કરા, ઍસિટોજેનિન, ટર્પીન તથા સ્ટીરૉઇડ, આલ્કેલૉઇડ વગેરે તરીકે ઓળખાય છે. લગભગ મોટાભાગના પ્રાકૃતિક પદાર્થોને ઉપર દર્શાવેલા વિભાગમાં આવરી લેવાયા છે. આ વિભાગમાં બંધ બેસતા ન હોય તેવાઓનું મધ્યસ્થ ચયાપચય(central metabolism)માં વિશિષ્ટ કાર્ય હોય છે. (દા.ત., સાઇટ્રિક ઍસિડ ચક્ર તથા સહ-ઉત્સેચકો.) આમાંના ઘણા પ્રાકૃતિક પદાર્થો માનવજાતિ માટે ઔષધો, રંગકો, સોડમ (flavour), અત્તર અને દ્રાવક તરીકે એમ અનેક રીતે ઉપયોગમાં લેવાય છે.

શર્કરાઓ તથા આલ્કેલૉઇડ અંગે વિગતવાર માહિતી અનુક્રમે કાર્બોહાઇડ્રેટ્સ અને આલ્કેલૉઇડ્સ અધિકરણોમાં આપેલી છે.

ઍસિટોજેનિન : પ્રાકૃતિક પદાર્થોમાંના ઘણા સામાન્ય ચરબીજ ઍસિડ જીવસંશ્લેષણમાં ફેરફાર થવાથી બનતા હોય છે. ઍસેટાઇલેશન દ્વારા તેમાં વધુ ઍસેટાઇલ સમૂહ (કીટો સમૂહનું અપચયન કર્યા સિવાય) ઉમેરાય છે; પરિણામે ઉત્સેચક સાથે જોડાયેલ પૉલિ–β–કીટો અથવા પૉલિઍસેટાઇલ સરળ શૃંખલા બને છે. આ સરળ પૉલી ઍસેટાઇલ શૃંખલામાંથી બીજી પ્રક્રિયાઓ દ્વારા બનતા પદાર્થોને ઍસિટોજેનિન કહે છે. પૉલિઍસેટાઇલ શૃંખલા મોટાભાગે આલ્ડોલ પ્રકારની ચક્રીકરણ પ્રક્રિયા પામે છે. બે પ્રકારે આમ થવાથી m–વિસ્થાપિત ફીનૉલિક હાઇડ્રૉક્સિ સમૂહ બને છે.

કુદરતમાં બનતાં ઍરોમૅટિક સંયોજનોની બે રીતોમાં ઉપર મુજબનું જૈવ સંશ્લેષણ વપરાય છે. આ રીતે બનતાં બધાં ફીનૉલ મૅટા–પરિસ્થાપિત–OH સમૂહવાળાં હોય છે. બીજી શર્કરાની રીત ફિનાઇલ ઍલેનીન તથા ટાઇરોસીનના વિશ્લેષણમાં વપરાય છે. તે કુદરતી સંયોજનોમાં મળતા ph–c–c–c માળખા માટેનો સ્રોત છે.

મોટાભાગનાં ઍસિટોજેનિન સંકીર્ણ ફીનૉલ તથા મહદંશે રંગીન પદાર્થો છે. કુદરતમાં જોવા મળતા મોટાભાગના પદાર્થોની વર્ણકતા (pigmentation) માટે તે કારણભૂત છે. ફૂલો, પાનખર વખતે પાંદડાં, લાઇકન્સ (શૈવાક, lichens) જીવડાં તથા વિષુવવૃત્તીય જંગલો–આ બધાના રંગ ઍસિટોજેનિનને આભારી છે.

ઍસિટોજેનિનનો અન્ય સમૂહ બંધારણીય રીતે વિષમતા ધરાવતી ફૂગ કે મોલ્ડ(mold)ના ચયાપચયી પદાર્થો છે, જેમાંના મોટાભાગના ઇરિથ્રૉમાઇસિન જેવા પ્રતિજીવીઓ છે. અનેક ઔષધ સંશોધન-જૂથો સંવર્ધી માધ્યમમાં ફૂગ ઉગાડી, તેઓને ઉત્પરિવર્તિત કરીને તેમાંથી નીપજતાં ઍસિટોજેનિન મેળવી ઔષધીય ગુણધર્મ ધરાવતા નવા પદાર્થો શોધે છે. પેનિસિલિન, ઇરિથ્રૉમાઇસિન, ગ્રિઝિયોફુલવિન વગેરે ઔષધો આ રીતે શોધાયાં છે.

ફલેવેનૉઇડ : લગભગ 300 જેટલાં ફૂલોના રંગકોનું મુખ્ય સંકુલ ફ્લેવોન માળખું ધરાવે છે. જેમાં – OH સમૂહ પૉલિઍસેટાઇલ જૈવ-સંશ્લેષણને અનુરૂપ સ્થિતિએ રહેલો હોય છે. આ સંયોજનો પૉલિઍસેટાઇલ જૈવ સંશ્લેષણમાં પરિવર્તન (વિભેદ, variation) દર્શાવે છે, કારણ કે અહીં પૉલિઍસેટાઇલ શૃંખલા ફીનાઇલ ઍલેનીન(જે ફ્લેવોનના વલય B માટે કારણભૂત છે.)માંથી સિન્નામિક ઍસિડ રૂપે છૂટી પડે છે.

ઍન્થૉસાયનિન : વનસ્પતિજ રંગકોનો આ મુખ્ય વર્ગ છે. તેઓ ફૂલો તથા ફળોમાં ગ્લાયકોસાઇડ તરીકે હોય છે અને તેઓનું જળવિભાજન થતાં રંગીન એગ્લાયકૉન મળે છે. તેને ઍન્થૉસાયનિડીન કહે છે. ઍન્થૉસાયનિનમાં જોવા મળતા વિવિધ વાદળી તથા લાલ રંગો એરાઇલ-વિસ્થાપિત ક્રોમાનવલય પ્રણાલીમાંના ધનવીજભારના વિતરણને લીધે હોય છે.

ઍન્થૉસાઇનિડીન સામાન્ય રીતે ક્લૉરાઇડ ક્ષારોમાંથી અલગ કરાય છે અને તેઓમાંના–OH સમૂહની સ્થિતિ મોટાભાગે 5–, 7, 3´, 4´ તથા 5´ ઉપર હોય છે.

ફૂલોમાંના રંગકોના રંગ જમીનના પ્રકાર મુજબ જુદા જુદા હોય છે. આમ લાલ ગુલાબ તથા વાદળી કૉર્નફ્લાવર(cornflower અનાજના ડૂંડવા)માં રહેલા રસાયણ સાયનિનનો રંગ તટસ્થ દ્રાવણમાં ઝાંખો જાંબલી, મંદ એસિડિક દ્રાવણમાં લાલ તથા મંદ બેઝિક દ્રાવણમાં વાદળી હોય છે. ઘણી વાર ફૂલોના રંગ તેમને જુદાં જુદાં pH-મૂલ્ય ધરાવતાં દ્રાવણોમાં બોળવાથી બદલાતા જણાય છે.

ટર્પીન તથા સ્ટીરૉઇડ : આ સંયોજનોના એકમ તરીકે આઇસોપ્રીન હોય છે.

આ સંયોજનો(જેમાં કુદરતી રબર પણ આવે)માં રહેલા ટર્પીન એકમોની સંખ્યા મુજબ તેમનું વર્ગીકરણ થાય છે; દા.ત.,

મૉનોટર્પીન C₁₀માં બે આઇસોપ્રીન એકમ

સેસ્ક્વિટર્પીન C₁₅માં ત્રણ આઇસોપ્રીન એકમ

ડાઇટર્પીન C₂₀માં ચાર આઇસોપ્રીન એકમ

ટ્રાઇટર્પીન C₃₀માં છ આઇસોપ્રીન એકમ

ટેટ્રાટર્પીન C₄₀માં આઠ આઇસોપ્રીન એકમ હોય છે.

કેટલાક ટર્પીનનાં નામ તથા સૂત્રો નીચે દર્શાવ્યાં છે :

મૉનોટર્પીન :

સેસ્ક્વિટર્પીન :

ટ્રાઇટર્પીન :  β–ઍમાઇરિન

ટેટ્રાટર્પીન : β–કૅરોટીન, લાઇકોપિન

સ્ટીરૉઇડ : તે પરહાઇડ્રો 1, 2 – સાઇક્લો પૅન્ટેનૉફિનેન્થ્રિન વલય પ્રણાલી ધરાવતાં સંયોજનોનો સમૂહ છે.

તેમના D વલયમાંની ઉપશાખા વિવિધ લંબાઈ ધરાવતી હોય છે.

આ સમૂહનાં સંયોજનો વૃક્ષો તથા પ્રાણીઓમાં બૃહદ્ રીતે વ્યાપ્ત હોય છે તથા તેઓને અલગ કરીને તેમનો અભ્યાસ ઓગણીસમી સદીના પૂર્વાર્ધમાં શરૂ થયેલો. આના પરિણામે સ્ટીરૉઇડનું રસાયણ એટલા ઊંડાણથી વિકસાવાયું છે કે આ સંયોજનોને પાયારૂપ ગણીને મોટાભાગની રાસાયણિક પ્રક્રિયાઓનો અભ્યાસ આવરી લઈ શકાય છે. મુખ્ય સ્ટીરૉઇડ કૉલેસ્ટેરૉલ પ્રાણીઓના બધા જ સ્નાયુ (tissues)માં, મુખ્યત્વે મગજ, કરોડરજ્જુ, ગૉલ-સ્ટોન વગેરેમાં મળે છે.

માનવશરીરમાં લગભગ અડધો રતલ કૉલેસ્ટેરૉલ હોય છે. પિત્તાશ્મરી (gall stone) એ કૉલેસ્ટેરૉલનું શુદ્ધ સ્ફટિકી રૂપ છે.

રાસાયણિક એકમ તરીકે સાઇક્લોપેન્ટિનો પર હાઇડ્રોફિનાન્થ્રિન બંધારણમાં 6 અસમકાર્બન હોવાને કારણે 64 અવકાશીય બંધારણો (stereoisomers) શક્ય બને છે. કુદરતી સ્ટેરૉઇડ જીવંત કોષોમાં ઉત્સેચકો દ્વારા બનતાં હોવાથી તેમની સંખ્યા મર્યાદિત હોય છે. આ વર્ગમાં સૌથી વધુ મળતાં સંયોજનો સ્ટીરૉલ્સ (સ્ટીરૉઇડ આલ્કોહૉલ) છે. નર તથા માદા જાતીય હૉર્મોન સ્ટીરૉઇડ છે.

બધાં જ કુદરતી સ્ટીરૉઇડમાં કાર્બન-3 ઉપર ઑક્સિજન ધરાવતો સમૂહ તથા કાર્બન-17 ઉપર ઉપશાખા હોય છે. આ ઉપશાખા જુદા જુદા સ્ટીરૉઇડમાં જુદી જુદી હોય છે.

મોટાભાગના સ્ટીરૉઇડ હૉર્મોન એસિડિક કે બેઝિક હોતા નથી; પરંતુ માદા-હૉર્મોન ઇસ્ત્રાડાયૉલ (estradiol) મંદ એસિડિક હોય છે. ઉસ્ટ્રાડાયોલ(oestradiol)નાં વ્યુત્પન્નો મૌખિક ગર્ભનિરોધક તરીકે વપરાય છે.

કૉર્ટિઝોલ તથા પ્રોજેસ્ટેરૉનમાંથી વિવિધ પ્રકારનાં રાસાયણિક મિશ્રણો કરીને ગર્ભનિરોધક સ્ટીરૉઇડ બનાવવાના પ્રયત્નો થયા છે.

જ. પો. ત્રિવેદી