Terpeny (spolu s terpenoidy se také nazývají izoprenoidy) jsou organické sloučeniny složené ze sloučenin, které mají vzorec (C5H8)n. Tyto nenasycené uhlovodíky, které obsahují více než 30 000 sloučenin, jsou převážně rostlinného původu.Eberhard Breitmaier (2006). Terpenes: Flavors, Fragrances, Pharmaca, Pheromones. Wiley-VCH. doi:10.1002/9783527609949. .Davis, Edward M.; Croteau, Rodney (2000). "Cyclization enzymes in the biosynthesis of monoterpenes, sesquiterpenes, and diterpenes". Biosynthesis. Topics in Current Chemistry. Vol. 209. pp. 53–95. doi:10.1007/3-540-48146-X_2. . Jejich molekuly se skládají ze dvou nebo více isoprenových jednotek, a proto patří mezi isoprenoidy.náhled|Molekula isoprenu: 2-methyl-1,3-butadien Dělení podle struktury: acyklické cyklické
Dělení podle počtu isoprenových jednotek: monoterpeny – 2 molekuly isoprenu seskviterpeny – 3 molekuly isoprenu diterpeny – 4 molekuly isoprenu triterpeny – 6 molekul isoprenu tetraterpeny – 8 molekul isoprenu polyterpeny – velký počet molekul isoprenu
Terpeny jsou podstatnou součástí silic (éterických olejů). Jsou to těkavé vonné látky obsažené v listech, plodech, květech, oddencích i kořenech rostlin. Také rostlinné pryskyřice obsahují látky terpenické povahy.
Historie Termín „terpen“ zavedl v roce 1866 německý chemik August Kekulé.Kekulé coined the term "terpene" to denote all hydrocarbons having the empirical formula C10H16, of which camphene was one. Previously, many hydrocarbons having the empirical formula C10H16 had been called "camphene", but many other hydrocarbons of the same composition had had different names. Hence Kekulé coined the term "terpene" in order to reduce the confusion. See: Jméno “terpen” je zkrácená forma “terpentýna”.
Ačkoli se někdy používají zaměnitelně s „terpeny“, terpenoidy (nebo isoprenoidy) jsou to modifikované terpeny, které obsahují další funkční skupiny, jejichž součástí je kyslík."IUPAC Gold Book - terpenoids". doi:10.1351/goldbook.T06279. Jak terpeny tak terpenoidy mají silné a často příjemné vůně, které mohou chránit jejich hostitele nebo přitahovat opylovače.
Nobelovu cenu za chemii za rok 1939 získal Leopold Ružička „za práci o polymethylenech a vyšších terpenech“,The Nobel Prize in Chemistry 1939".Grandin, Karl, ed. (1966). "Leopold Ružička" . Nobel Lectures, Chemistry: 1922-1941. Amsterdam: Elsevier Publishing Company. Now available from "Leopold Ružička Biography" . nobelprize.org. Nobel Foundation. 1939. Retrieved 6 July 2017.„včetně první chemické syntézy mužských pohlavních hormonů.“Hillier, Stephen G.; Lathe, Richard (2019). "Terpenes, hormones and life: Isoprene rule revisited". Journal of Endocrinology. 242 (2): R9–R22. doi:10.1530/JOE-19-0084. PMID 31051473.
Biologické funkce Terpeny jsou hlavními biosyntetickými stavebními kameny. Steroidy jsou například deriváty triterpenu skvalenu. Terpeny a terpenoidy jsou zároveň primárními složkami esenciálních olejů mnoha druhů rostlin a květin.Omar, Jone; Olivares, Maitane; Alonso, Ibone; Vallejo, Asier; Aizpurua-Olaizola, Oier; Etxebarria, Nestor (April 2016). "Quantitative Analysis of Bioactive Compounds from Aromatic Plants by Means of Dynamic Headspace Extraction and Multiple Headspace Extraction-Gas Chromatography-Mass Spectrometry: Quantitative analysis of bioactive compounds…". Journal of Food Science. 81 (4): C867–C873. doi:10.1111/1750-3841.13257. PMID 26925555. V rostlinách jsou terpeny a terpenoidy důležitými zprostředkovateli ekologických interakcí. Hrají například významnou roli v obraně rostlin proti útoku hmyzu a pasoucích se zvířat, odolnosti vůči chorobám a přilákání opylovačů.Martin, D. M.; Gershenzon, J.; Bohlmann, J. (July 2003). "Induction of Volatile Terpene Biosynthesis and Diurnal Emission by Methyl Jasmonate in Foliage of Norway Spruce". Plant Physiology. 132 (3): 1586–1599. doi:10.1104/pp.103.021196. PMC 167096. PMID 12857838Pichersky, E. (10 February 2006). "Biosynthesis of Plant Volatiles: Nature's Diversity and Ingenuity". Science. 311 (5762): 808–811. Bibcode:2006Sci...311..808P. doi:10.1126/science.1118510. PMC 2861909. PMID 16469917. Mezi další funkce terpenoidů patří modulace buněčného růstu a prodlužování rostlin a kontrola propustnosti membrán.Roberts, Susan C (2007). "Production and engineering of terpenoids in plant cell culture". Nature Chemical Biology. 3 (7): 387–395. doi:10.1038/nchembio.2007.8. ISSN 1552-4450. PMID 17576426.
Vyšší množství terpenů je uvolňováno ze stromů za teplejšího počasí"An Introduction to Terpenes"., kde mohou terpeny fungovat jako přirozený mechanismus modifikace mraků (změna množství nebo typu srážek, které padají z mraků rozptýlením látek do vzduchu). Mraky odrážejí sluneční světlo, což umožňuje regulaci teploty lesa.Adam, David (October 31, 2008). "Scientists discover cloud-thickening chemicals in trees that could offer a new weapon in the fight against global warming". The Guardian.
Některý hmyz používá terpeny jako formu obrany. Například termiti odhánějí dravý hmyz pomocí specializovaného mechanismu zvaného fontanelární pistole, pomocí kterého vyvrhuje pryskyřičnou směs terpenů.Nutting, W. L.; Blum, M. S.; Fales, H. M. (1974). "Behavior of the North American Termite, Tenuirostritermes tenuirostris, with Special Reference to the Soldier Frontal Gland Secretion, Its Chemical Composition, and Use in Defense". Psyche. 81 (1): 167–177. doi:10.1155/1974/13854.
Aplikace Jediným terpenem, který má hlavní uplatnění, je přírodní kaučuk. Jako alternativa k použití surovin na bázi ropy byla zkoumána možnost, že by jiné terpeny mohly být použity jako prekurzory k výrobě syntetických polymerů. Jen málo z těchto aplikací však bylo komercializováno.Silvestre, Armando J.D.; Gandini, Alessandro (2008). Terpenes: Major Sources, Properties and Applications. Monomers, Polymers and Composites from Renewable Resources. pp. 17–38. doi:10.1016/B978-0-08-045316-3.00002-8. . Mnoho dalších terpenů má také komerční a průmyslové aplikace, ale v menším měřítku. Například terpentýn, směs terpenů (např. pinen), získávaný destilací pryskyřice borovice se používá jako organické rozpouštědlo a jako chemická surovina (hlavně k výrobě jiných terpenoidů).Eggersdorfer, Manfred (2000). Terpenes. Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Weinheim: Wiley-VCH. doi:10.1002/14356007.a26_205. Kalafuna, další vedlejší produkt pryskyřice jehličnanů, se široce používá jako přísada do různých průmyslových produktů, jako jsou inkousty, laky a lepidla. Terpeny jsou široce používány jako vůně a příchutě ve spotřebitelských produktech, jako jsou parfémy, kosmetika a čisticí prostředky, stejně jako potraviny a různé nápoje. Například vůně a chuť chmele pochází částečně ze seskviterpenů (hlavně α-humulen a β-karyofylen), které ovlivňují kvalitu piva.Steenackers, B.; De Cooman, L.; De Vos, D. (2015). Chemical transformations of characteristic hop secondary metabolites in relation to beer properties and the brewing process: A review. Food Chemistry. 172: 742–756. doi:10.1016/j.foodchem.2014.09.139. PMID 25442616. Některé terpeny tvoří hydroperoxidy, které jsou ceněny jako katalyzátory při výrobě polymerů.
Bylo prokázáno, že mnoho terpenů má farmakologické účinky, ačkoli většina studií pochází z laboratorního výzkumu a klinický výzkum na lidech je pouze předběžný.Koziol, Agata; Stryjewska, Agnieszka; Librowski, Tadeusz; Salat, Kinga; Gawel, Magdalena; Moniczewski, Andrzej; Lochynski, Stanislaw (2014). An Overview of the Pharmacological Properties and Potential Applications of Natural Monoterpenes. Mini-Reviews in Medicinal Chemistry. 14 (14): 1156–1168. doi:10.2174/1389557514666141127145820. PMID 25429661. Terpeny jsou také součástí některých tradičních medicín, jako je aromaterapie.Koyama, Sachiko; Heinbockel, Thomas (2020). The Effects of Essential Oils and Terpenes in Relation to Their Routes of Intake and Application. International Journal of Molecular Sciences. 21 (5): 1558. doi:10.3390/ijms21051558. PMC 7084246. PMID 32106479. Terpeny společně s terpenoidy převládají v konopí (marihuaně) a předpokládá se, že modulují léčebné nebo psychologické účinky kanabinoidů (např. THC nebo CBD) u lidí.Ferber, Sari; Namdar, Dvora; Hen-Shoval, Danielle; Eger, Gilad; Koltai, Hinanit; Shoval, Gal; Shbiro, Liat; Weller, Aron (2020). The 'Entourage Effect': Terpenes Coupled with Cannabinoids for the Treatment of Mood Disorders and Anxiety Disorders. Current Neuropharmacology. 18 (2): 87–96. doi:10.2174/1570159X17666190903103923. PMC 7324885. PMID 31481004. V současné době existuje jen málo klinických údajů o lidech, kteří by tuto hypotézu podporovali.Russo, Ethan B.; Marcu, Jahan (2017). Cannabis Pharmacology: The Usual Suspects and a Few Promising Leads. Cannabinoid Pharmacology. Advances in Pharmacology. Vol. 80. p. 88. doi:10.1016/bs.apha.2017.03.004. . PMID 28826544.Cogan, Peter S. (2020). The 'entourage effect' or 'hodge-podge hashish': the questionable rebranding, marketing, and expectations of cannabis polypharmacy. Expert Review of Clinical Pharmacology: 835–845. doi:10.1080/17512433.2020.1721281.
Vzhledem k tomu, že mají terpeny obranné role v rostlinách tak se používají jako aktivní složky pesticidů v zemědělství.Isman, M. B. (2000). Plant essential oils for pest and disease management. Crop Protection. 21 (8–10): 603–608. doi:10.1016/S0261-2194(00)00079-X.
Fyzikální a chemické vlastnosti Terpeny jsou bezbarvé, i když znečištěné vzorky mají často žlutou barvu.
Stupnice bodů varu s molekulovou velikostí:
terpeny 110 °C seskviterpeny 160 °C diterpeny 220 °C
Terpeny jsou vysoce nepolární a tím pádem nejsou rozpustné ve vodě. Jako uhlovodíky jsou vysoce hořlavé a mají nízkou měrnou hmotnost (plavou na vodě).
Terpenoidy (mono-, seskvi-, di-, atd.) mají podobné fyzikální vlastnosti, ale mají tendenci být polárnější, a proto se mírně rozpoustějí ve vodě a jsou poněkud méně těkavé než terpeny. Vysoce polárním derivátem terpenoidů jsou glykosidy, které jsou vázány na cukry. Jsou to pevné látky rozpustné ve vodě.
Terpeny jsou dráždivé látky a při požití mohou způsobit gastrointestinální poruchy.
Biosyntéza
Tvorba izoprenové jednotky Terpeny jsou koncepčně odvozené od isoprenů a jejich struktury a vzorce se řídí biogenetickým isoprenovým pravidlem nebo pravidlem C5, jak v roce 1953 popsal Leopold Ružička společně s kolegy.Eschenmoser, Albert; Arigoni, Duilio (December 2005). "Revisited after 50 Years: The 'Stereochemical Interpretation of the Biogenetic Isoprene Rule for the Triterpenes'". Helvetica Chimica Acta. 88 (12): 3011–3050. doi:10.1002/hlca.200590245.Ruzicka, L. (1953). "The isoprene rule and the biogenesis of terpenic compounds". Experientia. 9 (10): 357–367. doi:10.1007/BF02167631. PMID 13116962. S2CID 44195550. Isoprenové jednotky C5 jsou poskytovány ve formě dimethylallylpyrofosfátu (DMAPP) a izopentenylpyrofosfátu (IPP). DMAPP a IPP jsou navzájem strukturní izomery. Tento pár stavebních bloků je produkován dvěma odlišnými metabolickými cestami: mevalonátovou (MVA) cestou a nemevalonátovou (MEP) cestou. Tyto dvě cesty se vzájemně vylučují ve většině organismů, s výjimkou některých bakterií a suchozemských rostlin. Obecně platí, že archaea a eukaryota mají většinou cestu MVA, zatímco bakterie většinou cestu MEP. IPP a DMAPP jsou konečnými produkty obou cest MVA a MEP a relativní množství těchto dvou izoprenových jednotek je v hostitelských organismech regulováno enzymy.
Mevalonátová (MVA) dráha Tato dráha konjuguje tři molekuly acetyl CoA.