સ્ટેરૉઇડ્ઝ (steroids)

સ્ટેરૉઇડ્ઝ (steroids) : 17 કાર્બન પરમાણુઓ પરસ્પર જોડાયેલા ચાર વલયોની શ્રેણીમાં ગોઠવાવાથી રચાતા સાઇક્લોપેન્ટિનોપર-હાઇડ્રૉફિનાન્થ્રીન નામનો બંધારણીય એકમ ધરાવતાં કુદરતી (પ્રાણીજ અથવા વાનસ્પતિક) સંયોજનો. આ સંયોજનો એક સાઇક્લોપેન્ટેન અને ત્રણ સાઇક્લોહેક્ઝીન વલય ધરાવે છે. આમ સ્ટેરૉઇડ્ઝ એ નીચે દર્શાવેલી પરહાઇડ્રૉસાઇક્લોપેન્ટેનોફિનાથ્રીન વલય-પ્રણાલી ધરાવે છે.

એક અન્ય વ્યાખ્યા મુજબ સ્ટેરૉઇડ એટલે એવો પદાર્થ જે સિલેનિયમ સાથે નિસ્યંદિત કરવાથી 3´–મિથાઇલ સાઇક્લોપેન્ટેનો-ફિનાન્થ્રીન (ડીલ્સ હાઇડ્રૉકાર્બન) આપે છે.

સ્ટેરૉઇડ્ઝ-સમૂહમાં સ્ટેરોલ (આલ્કોહૉલ), પિત્ત અમ્લો (bile acids), જાતીય અંત:સ્રાવો (sex hormones), એડ્રિનોકૉર્ટિકલ અંત:સ્રાવો, હૃદય ઉપર અસર કરતા પદાર્થો, મેડક (toad) વિષો, ફીણ ઉપજાવનારા સેપોનીન જેવા વનસ્પતિજ પદાર્થો વગેરેનો સમાવેશ થાય છે.

વિટામિન D-સમૂહના પદાર્થો સ્ટેરૉલ સાથે સંબંધ ધરાવે છે. સોલેનમ, કડાછાલ (kurchi), આ સમૂહના પદાર્થો છે. ફ્યુસિડિક ઍસિડ (પ્રતિજૈવિક) પણ આ સમૂહમાં આવે છે.

સ્ટેરૉઇડ-પ્રણાલીમાંના કાર્બન પરમાણુઓને નીચે મુજબ ક્રમમાં તથા ચાર વલયોને A, B, C, D નામથી દર્શાવવામાં આવે છે :

મોટા ભાગના સ્ટેરૉઇડ્ઝમાં B, C તથા C, D વલયોનું જોડાણ (વલય-સંધિ; junction) વિપક્ષ (trans) સ્થિતિમાં હોય છે; પરંતુ A, B વલયોનું જોડાણ સમપક્ષ કે વિપક્ષ બંને રીતે થતું હોવાને લીધે સ્ટેરૉઇડ્ઝની બે સામાન્ય શ્રેણીઓ ઉદભવે છે, જેઓનાં ત્રિપરિમાણાત્મક વિન્યાસ નીચે દર્શાવ્યાં છે :

સ્ટેરૉઇડ્ઝની 5 a-શ્રેણી (બધાં વલય-જોડાણ વિપક્ષ સ્થિતિમાં)

સ્ટેરૉઇડ્ઝની 5b-શ્રેણી (AB વલય-જોડાણ સમપક્ષ સ્થિતિમાં)

જે મિથાઇલ-સમૂહો વલય-જોડાણના બિંદુએ જોડાયેલા છે (નંબર 18 તથા 19) તેમને કોણીય (angular) મિથાઇલ-સમૂહો કહે છે અને તે અવકાશ રસાયણમાં નામકરણ અંગે નિર્દેશક અથવા સંદર્ભ-(reference) બિંદુઓ તરીકે અગત્યનો ભાગ ભજવે છે. આકૃતિમાં જે રીતે આ મિથાઇલ-સમૂહો દોરવામાં આવ્યા છે તે સામાન્ય વલય-પ્રણાલીમાંથી ઉપર આવતા દર્શાવ્યા છે. પ્રચલિત રિવાજ મુજબ અન્ય જે કોઈ સમૂહો કોણીય મિથાઇલ-સમૂહોની તરફ જ રહેલા હોય. (દા.ત., ઉપરની બાજુએ) તેઓને β-પ્રતિસ્થાપકો (substituents) કહે છે. (સૂત્રમાં આને ઘન ફાચર (wedge) તરીકે દર્શાવ્યા છે.) જે સમૂહો વલયની નીચેના ભાગમાં દર્શાવ્યા છે (એટલે કે મિથાઇલ-સમૂહોની વિપક્ષ સ્થિતિમાં) તેઓને α-પ્રતિસ્થાપકો કહે છે; જ્યારે આ α- તથા β-નામકરણ 5 નંબરના કાર્બન ઉપર રહેલા હાઇડ્રોજન માટે વાપરવામાં આવે ત્યારે વિપક્ષ વલય-જોડાણવાળી A-B પ્રણાલી

5α-શ્રેણી બને છે અને જે વલય-પ્રણાલીમાં A-B વલય-જોડાણ સમપક્ષ હોય તે 5β-શ્રેણી બને છે.

સ્ટેરૉઇડ્ઝના વ્યવસ્થિત નામકરણ માટે C–17 ઉપર રહેલ R-સમૂહ સ્ટેરૉઇડનું મૂળભૂત નામ (base name) નક્કી કરે છે. નીચેની સારણીમાં દર્શાવેલા સ્ટેરૉઇડ હાઇડ્રૉકાર્બનના નામ ઉપરથી નક્કી કરવામાં આવે છે.

સારણી : સ્ટેરૉઇડ હાઇડ્રૉકાર્બનોનાં નામો]

[સંજ્ઞા Hની વિપક્ષ કે સમપક્ષ સ્થિતિ નક્કી નથી તેમ સૂચવે છે.]

આ મૂળભૂત નામો સમજાવતાં બે ઉદાહરણો નીચે આપ્યાં છે :

ઘણાં સ્ટેરૉઇડ્ઝ સામાન્ય નામો દ્વારા પણ ઓળખાય છે અને ઉપરની સારણીમાં દર્શાવેલાં સ્ટેરૉઇડ હાઇડ્રૉકાર્બનોનાં નામ આ સામાન્ય નામો ઉપરથી ઉપજાવાય છે.

આ ઉપરાંત સ્ટેરૉઇડ્ઝની સંરૂપીય (conformation) રચના પણ તેની ક્રિયાશીલતા નક્કી કરતી હોવાથી તેને એન્ડ્રોસ્ટેનના ઉદાહરણથી દર્શાવાય છે.

અહીં અક્ષીય (axial) હાઇડ્રૉજનને (a) સંજ્ઞાથી તથા નિરક્ષીય (equatorial) હાઇડ્રૉજનને (e) સંજ્ઞાથી દર્શાવાયા છે. આના ઉપયોગથી રસાયણવિજ્ઞાનમાં ઘણી હકીકતો, સંબંધો અને પ્રક્રિયાઓ સરળતાથી સમજાવી શકાય છે. બાર્ટન(1950)ના સંરૂપીય વિશ્લેષણ(conformational analysis)ના અભિગમ દ્વારા પ્રક્રિયાનો વેગ તથા ક્રિયાવિધિ ઉપર ત્રિવિમવિન્યાસી (steric) બળોની અસરના અભ્યાસ માટે સ્ટેરૉઇડ રસાયણ અગત્યનું ક્ષેત્ર બન્યું છે.

સ્ટેરૉઇડ્ઝના નામકરણની રીત ઉપર દર્શાવી છે; પરંતુ નિરપેક્ષ નામકરણ (absolute nomenclature)ની રીત જેને કાહન, ઇન્ગોલ્ડ, પ્રિલોગનું R તથા S નામકરણ કહે છે. તે સામાન્ય રીતે આ પ્રકારનાં સંકીર્ણ સંયોજનો માટે અઘરું છે; દા.ત., અહીં કોલેસ્ટેનોલનું R તથા S નામકરણ દર્શાવ્યું છે.

3 (S), 5 (S), 8 (R), 9 (S), 10 (S), 13 (R), 14 (S), 17 (R), 20 (S) કોલેસ્ટાન–3–ઑલ

[અહીં વર્તુલાકારમાંના નંબરો C–10 ઉપરના વિસ્થાપકોનો અગ્રતાક્રમ સૂચવે છે.]

સ્ટેરૉઇડ્ઝનો સંક્ષિપ્ત ઇતિહાસ : બેન્ઝિનનું બંધારણ નક્કી થયું ન હતું તે જમાનામાં કોલેસ્ટેરૉલના અભ્યાસની શરૂઆત થયેલી. આ પદાર્થ પિત્તાશયમાં થતી પથરી(gall-stone)માંથી મળે છે. શેવરૂલ નામના ફ્રેન્ચ વિજ્ઞાનીએ 1812માં તેને શુદ્ધ સ્વરૂપે મેળવ્યો તથા 1823માં તેનું પૃથક્કરણ થયું. તે હાઇડ્રૉકાર્બન પ્રકારનો પદાર્થ છે તેમ 1859માં નક્કી થયું. (અત્રે યાદ રહે કે બેન્ઝિનનું બંધારણ કેક્યૂલેએ 1865માં નક્કી કરેલું.) આ દ્વિતીયક આલ્કોહૉલ છે તેમ, 1903માં સાબિત થયું. 1932માં વીલેન્ડ તથા વિન્ડાઉસના કાળજીભર્યા અભ્યાસ બાદ કોલેસ્ટેરૉલની એક સંરચના સૂચવેલી. રોઝેનહાઇમ અને કિંગે પણ આ અંગે પ્રથમ સૂચન કરેલું. આ રચના સાચી ન હતી તેમ જે.ડી. બર્નાલના એક્સ-કિરણના અભ્યાસથી સ્પષ્ટ થયું. જોકે 1932ના અંત સુધીમાં અંગ્રેજ વૈજ્ઞાનિકો તેમજ વાઇલૅન્ડે પોતે બર્નાલનાં પરિણામોનો ઉપયોગ કરી કોલેસ્ટેરૉલની સાચી સંરચના નક્કી કરી શક્યા હતા. કોલેસ્ટેરૉલનું સંશ્લેષણ કૉર્નફોર્થ અને રોબિન્સન તથા વૂડવર્ડે 1949થી 1953ના અરસામાં સંપૂર્ણ કર્યું. આ રીતે 1812માં શરૂ થયેલા કાર્યની સફળ પૂર્ણાહુતિ 1953માં થઈ.

ઘણી વાર સ્ટેરૉઇડ્ઝના આલ્કોહૉલ-સ્વરૂપી સ્ટેરૉલ્સને જુદા જુદા સ્રોત અનુસાર નક્કી કરવામાં આવે છે; દા.ત.,

(ક) ઝુ–સ્ટેરૉલ : પ્રાણીજ કોષમાં હોય છે. મગજ તથા કરોડરજ્જુના ઘન દ્રવ્યમાં 17 % અને પિત્તાશયની પથરીમાં 98 % કોલેસ્ટેરૉલ હોય છે. એક અંદાજ મુજબ 180 રતલ માનવશરીરમાં 240 ગ્રામ કોલેસ્ટેરૉલ હોય છે.

(ખ) ફાયટોસ્ટેરૉલ : વનસ્પતિકોષોમાં હોય છે; દા.ત., સોયાબીનમાં સ્ટિગ્માસ્ટેરૉલ હોય છે.

(ગ) માઇકોસ્ટેરૉલ : ફૂગ તથા યીસ્ટમાં હોય છે. યીસ્ટ તથા અર્ગટમાં અર્ગોસ્ટેરૉલ હોય છે.

(ઘ) દરિયાઈ (marine) સ્ટેરૉલ : દરિયાઈ સૃષ્ટિમાં મળે છે. વાદળી (sponge)માં આ વર્ગના સ્ટેરૉલ હોય છે. તેઓની હાજરી વર્ણલેખી (chromatographic) પ્રક્રિયાઓ દ્વારા નક્કી કરી શકાય છે. આ માટે લીબરમાન બુર્ખાટ તથા સાલ્કૉવ્સ્કી પ્રક્રિયા જાણીતી છે.

સ્ટેરૉઇડનું બંધારણ નક્કી કરવા માટેની રાસાયણિક રીતોમાં જ્યારે ભૌતિક પદ્ધતિઓનો ઉપયોગ શરૂ થયો ત્યારે તે નક્કી કરવામાં ખૂબ ઝડપ આવી. ખાસ કરીને સ્પેક્ટ્રમિકી(spectroscopy)નો ઉપયોગ કરીને બંધારણ તથા સંરૂપણ અંગેના નિયમો તારવવામાં આવ્યા છે. તેનો ઉપયોગ કરીને અજ્ઞાત પદાર્થો માટે કીમતી માહિતી મેળવી શકાય છે. આવી અગત્યની પદ્ધતિઓમાં (1) પારજાંબલી સ્પેક્ટ્રમિકી (ultraviolet spectroscopy) (ii) અવરક્ત સ્પેક્ટ્રમિકી (infra-red spectroscopy) (iii) ન્યૂક્લિયર-મેગ્નેટિક રેઝોનન્સ (NMR) સ્પેક્ટ્રમિકી (iv) દ્રવ્યમાન સ્પેક્ટ્રમિકી (mass spectroscopy) (v) પ્રકાશ-ઘૂર્ણન-ગતિકી (optical rotation dynamics) ખૂબ જ ઉપયોગી સાબિત થઈ છે.

સ્ટેરૉઇડ્ઝનું જૈવ–સંશ્લેષણ (Biosynthesis) : બે કાર્બનવાળા એકમ એસેટિક ઍસિડમાંથી સ્ટેરૉઇડ બને છે. આ અંગે બ્લૉક (Block), કૉર્નફોર્થ, પોપજેક, અને લાયને અગત્યનાં સંશોધનો કર્યાં છે.

1940માં હાર્વર્ડ યુનિવર્સિટીના કોન્રાડ બ્લૉક દ્વારા C¹³ ચિહિનત કાર્બોક્સિલ તથા ડ્યૂટેરિયમ (D) ચિહિનત મિથાઇલ-સમૂહવાળા ઍસેટિક ઍસિડનો ઉપયોગ કરીને આ ઍસિડની સ્ટેરૉઇડમાં કેવી રીતે વહેંચણી થઈ છે તેનો અભ્યાસ કરવામાં આવ્યો. મિથાઇલ ચિહિનત ઍસેટિક ઍસિડ દ્વારા બ્લૉકે શોધી કાઢ્યું કે સંશ્લેષણ દ્વારા મેળવેલા કોલેસ્ટેરૉલમાં ચિહિનત પરમાણુઓનું વિતરણ (distribution) નીચે મુજબ થયેલું છે :

આ પછી અનેક સંશોધનો દ્વારા એવું શોધી કઢાયું કે 3–મિથાઇલ–3–બ્યુટિનાઇલ પાયરોફૉસ્ફેટ (3-methyl-3-butenyl, pyrophos-phate) એસિટેટ એકમોમાંથી સંશ્લેષિત થાય છે તથા તેની ક્રમિક પ્રક્રિયાઓ નીચે મુજબ થતી હોય છે :

મેવાલોનિક ઍસિડના–COOH સમૂહને ચિહિનત બનાવીને તેમાંથી મળતાં કોલેસ્ટેરૉલમાં ચિહિનત કાર્બન મળતો નથી તેમ શોધી કઢાયું, જે દર્શાવે છે કે છ કાર્બનમાંથી પાંચ કાર્બનનો ક્રિયાશીલ એકમ આ કાર્બોક્સિલ સમૂહ દૂર થવાથી બનતો હોવો જોઈએ. આઇસોપેન્ટાઇલ પાયરોફૉસ્ફેટ પાંચ કાર્બનયુક્ત મધ્યસ્થી છે તેમ જીવસંશ્લેષણ-પ્રયોગો દ્વારા સાબિત કરવામાં આવ્યું છે.

કોલેસ્ટેરૉલ (cholesterol) : 1770માં સૌપ્રથમ મેળવાયેલો. 1920માં બે જર્મન રસાયણજ્ઞો વિન્ડાઉસ (Windaus) તથા વીલેન્ડે (Wieland) તેમના બંધારણની રૂપરેખા શોધી કાઢી, જેને માટે તેમને 1927–28નું નોબેલ પારિતોષિક મળેલું. તેનું બંધારણ નીચે મુજબ છે :

કોલેસ્ટેરૉલમાં આઠ ચતુષ્ફલકીય ત્રિપરિમાણી બિંદુઓ (tetrahedral stereocenters) હોય છે જે સૂચવે છે કે કોલેસ્ટેરૉલ એ 2⁸ અથવા 256 શક્ય ત્રિપરિમાણી સમઘટકો પૈકી માત્ર એક જ સમઘટક કોલેસ્ટેરૉલ છે.

જાતીય અંત:સ્રાવો (sex hormones) : જાતીય અંત:સ્રાવો ત્રણ મુખ્ય સમૂહોમાં વહેંચાય છે : (1) માદા જાતીય અંત:સ્રાવો (ઇસ્ટ્રોજન્સ) (ii) નર જાતીય અંત:સ્રાવો (એન્ડ્રોજન્સ) (iii) ગર્ભાધાનકાળ દરમિયાનના અંત:સ્રાવો (પ્રોજેસ્ટીન્સ).

ઇસ્ટ્રોજન અથવા ઇસ્ટ્રોન અલગ મેળવાયેલા જાતીય અંત:સ્રાવમાં પહેલો હતો. તે બ્યુટેનાન્ડ્ટ તથા ડોઇઝી દ્વારા ગર્ભવતી સ્ત્રીઓના મૂત્રમાંથી અલગ પડાયેલો. ઇસ્ટ્રાડાયોલ નામનો અંત:સ્રાવ 4 ટનની ભૂંડણના ગર્ભાશયમાંથી 12 મિલિગ્રામ જેટલો ડોઇઝી મેળવી શક્યો હતો.

1931માં બ્યુટેનાન્ડ્ટ તથા શેર્નિંગ દ્વારા એન્ડ્રોસ્ટેરોન અલગ પડાયેલો જે પુરુષોના 15000 લિટર મૂત્રમાંથી 15 મિલિગ્રામ મેળવાયેલો.

1935માં લેક્યુર (Laqueur) દ્વારા આખલાઓના વૃષણમાંથી ટેસ્ટોસ્ટેરૉન અલગ પડાયેલો.

આ ટેસ્ટોસ્ટેરૉન તથા ઇસ્ટ્રાડાયોલ એવાં રાસાયણિક સંયોજનો છે જે પુરુષત્વ અથવા સ્ત્રીત્વ નક્કી કરે છે.

પ્રોજેસ્ટીન અથવા પ્રોજેસ્ટેરૉન ગર્ભાવસ્થા દરમિયાન સ્રવતો અંત:સ્રાવ છે.

સંશ્લેષિત ઇસ્ટ્રોજન્સમાં ખૂબ અગત્યનો અંત:સ્રાવ ઇથાઇનાઇલ-ઇસ્ટ્રાડાયોલ અથવા નોવેસ્ટેરોલ છે.

એડ્રિનોકૉર્ટિકલ અંત:સ્રાવ : મૂત્રપિંડમાં આવેલી એડ્રિનલ (અધિવૃક્ક) ગ્રંથિઓ અધિવૃક્ક દંડ(adrenal cortex)નો એક વિભાગ છે. તેમાંથી જુદા જુદા 28 અંત:સ્રાવો અલગ પાડી શકાયા છે; જેમાંના નીચેના બે અંત:સ્રાવો અગત્યના ગણાય છે :

વિટામિન D–સમૂહના સ્ટેરૉઇડ : 1932માં વિન્ડાઉસ દ્વારા વિટામિન D₂ મેળવાયેલું. એર્ગોસ્ટેરોલ નામના સ્ટેરૉઇડમાંથી તે મળે છે.

આ ઉપરાંત ડીજીટૉક્સીજેનીન, કૉલિક ઍસિડ, સ્ટિગ્માસ્ટેરૉલ તેમજ ડાયોસ્જેનીન પણ તેમના શરીરક્રિયાત્મક ગુણધર્મો માટે જાણીતો છે. ડીજીટાલિસમાંથી અલગ પડાયેલો ડીજીટૉક્સીજેનીન હૃદયરોગના ઉપચારમાં ઉપયોગી નીવડ્યો છે.

કૉલિક ઍસિડ માનવી કે સાંઢ(ox)ના પિત્તાશયમાંથી મેળવાયો છે. પાચન-પ્રક્રિયામાં તેનું મહત્વનું પ્રદાન છે.

સ્ટિગ્માસ્ટેરૉલ એક વનસ્પતિજ સ્ટેરૉઇડ છે, જે સોયાબીન તેલમાંથી મળે છે.

ડાયોસ્જેનીન એક મેક્સિકન દ્રાક્ષવેલમાંથી મેળવાય છે અને અનેક કોર્ટિસોન તથા જાતીય અંત:સ્રાવોના ઔદ્યોગિક સંશ્લેષણ માટે વપરાય છે.

જ. પો. ત્રિવેદી