Diterpene sind aus vier Isopreneinheiten (2-Methylbutadien) aufgebaut.Eberhard Breitmaier: Terpene: Aromen, Düfte, Pharmaka, Pheromone. 2. Auflage, WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, 2005, S. 2, doi:10.1002/9783527623693. Bei den rund 3000 bekannten natürlichen Diterpenen handelt es sich somit um Verbindungen, bestehend aus 20 Kohlenstoffatomen, die der Stoffgruppe der Terpene zuzuordnen sind.Eberhard Breitmaier: Terpene: Aromen, Düfte, Pharmaka, Pheromone. 2. Auflage, WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, 2005, S. 51, doi:10.1002/9783527623693. Sie lassen sich in offenkettige und cyclische Verbindungen unterteilen, die sich auf das Phytan (2,6,10,14-Tetramethylhexadecan) zurückführen lassen. rahmenlos|zentriert|hochkant=2|Struktur von Phytan
Phytane Verbindungsbeispiel Nutzen/Vorkommen rahmenlos|zentriert|hochkant=2|Struktur von (3R,7R,11R)-Phytan (3R,7R,11R)-Phytan rahmenlos|zentriert|hochkant=0.6|Jürgen-Fischer-Schieferwerk-Jura-Ölschiefer Bestandteil in diversen Sedimenten, beispielsweise im Ölschiefer rahmenlos|zentriert|hochkant=2|Struktur von (−)-(3R,7R,11R)-Phytansäure (−)-(3R,7R,11R)-Phytansäure rahmenlos|zentriert|hochkant=0.8|Butter with a butter knife Spurenbestandteil in Butter Phytan lässt sich in Form von (3R,7R,11R)-Phytan unter anderem in sedimentären Gesteinen, Ölschiefern sowie der menschlichen Leber finden. Die Phytansäure kommt ebenfalls im Ölschiefer vor und lässt sich in Spuren im Butterfett nachweisen.Ernst Klenk, Winfried Kahlke: Über das Vorkommen der 3.7.11.15-Tetramethyl-hexadecansäure (Phytansäure) in den Cholesterinestern und anderen Lipoidfraktionen der Organe bei einem Krankheitsfall unbekannter Genese (Verdacht auf Heredopathia atactica polyneuritiformis [Refsum-Syndrom]). In: Hoppe-Seyler’s Zeitschrift für physiologische Chemie. Band 333, 1963, S. 133–139, doi:10.1515/bchm2.1963.333.1.133. Phytansäure spielt im Krankheitsbild des Refsum-Syndroms eine Rolle. Die Säure lagert sich hier aufgrund einer Störung des Lipoidstoffwechsels im Organfett, im Fettgewebe der Muskulatur und im Urin der betroffenen Person ab. Winfried Kahlke brachte 1963 erstmals die Phytansäure mit dem Refsum-Syndrom im Rahmen der Organuntersuchung eines verstorbenen Kindes in Verbindung.
Cyclophytane Während 1,6-Cyclophytane selten vorkommen, sind 10,15-Cyclophytane häufiger in der Natur zu finden: rahmenlos|zentriert|hochkant=3.7|10,15-Cyclophytan ausgehen von der Struktur von Phytan
Verbindungsbeispiel Nutzen/Vorkommen rahmenlos|zentriert|hochkant=1.5|11-cis-Retinal (Vitamin A-Aldehyd) und all-trans-Retinal 11-cis-Retinal (oben) und all-trans-Retinal (unten)Eberhard Breitmaier: Terpene: Aromen, Düfte, Pharmaka, Pheromone. 2. Auflage, WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, 2005, S. 52, doi:10.1002/9783527623693. rahmenlos|zentriert|hochkant=1|Menschliches Auge 11-cis-Retinal kommt im Rhodopsin in der Netzhaut des Auges vor
Ein Beispiel eines 10,15-Cyclophytans ist das, in Form des Vitamin-A-Aldehyds vorkommende, 11-cis-Retinal. Es spielt zusammen mit dem Protein Opsin als Bestandteil des Rhodopsins in den Stäbchen der Netzhaut des Auges eine entscheidende Rolle im Rahmen der Photorezeption.Eberhard Betz, Dieter Mecke, Klaus Reutter, Horst Ritter: Mörike/Betz/Mergenthaler. Biologie des Menschen. 15. korrigierte Auflage, Quelle & Meyer Verlag GmbH & Co., Wiebelsheim, 2001, ISBN 3-494-01297-0, S. 564–565. Das Einfangen eines Photons löst im Stäbchen, genauer im Rhodopsin, die Umwandlung von 11-cis-Retinal in das stabilere all-trans-Retinal und eine Reihe weiterer chemischer Reaktionen aus.George P. Rédei: Encyclopedia of Genetics, Genomics, Proteomics, and Informatics. Band 2 M-Z, 3. Edition, Springer, 2008, ISBN 978-1-4020-6754-9, S. 1703. Metarhodopsin II, ein Zwischenprodukt dieser chemischen Reaktionen zieht die Desaktivierung von cGMP und damit die Schließung der (ohne Lichteinfall offenen) Natrium-Calcium-Kanäle nach sich, es wird von einer Hyperpolarisation gesprochen. Eine enzymatische Reaktion desaktiviert das Metarhodopsin, so dass die Umwandlung von all-trans-Retinal in das lichtempfindlichere 11-cis-Retinal erfolgen kann.
Bicyclophytane Die Bycyclophytane lassen sich auf die Grundstrukturen des Labdan, Haliman und Clerodan zurückführen. Bei den ungefähr 500 bekannten Labdanen handelt es sich um 6,11-10,15-Cyclophytane, pflanzlich vorkommende und im Bereich der Duftstoffe wichtige Verbindungen.Eberhard Breitmaier: Terpene: Aromen, Düfte, Pharmaka, Pheromone. 2. Auflage, WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, 2005, S. 53, doi:10.1002/9783527623693. Den Strukturen liegt jeweils das bicyclische Decalin (blau markiert) zugrunde: rahmenlos|zentriert|hochkant=2.5|Struktur von Labdan ausgehend von Phytan ohne Stereoisomerie
Verbindungsbeispiel Nutzen/Vorkommen rahmenlos|zentriert|hochkant=1|Struktur von (−)-14-Labden-8,13-diol (Sclareol) (−)-Sclareol, ein LabdanEberhard Breitmaier: Terpene: Aromen, Düfte, Pharmaka, Pheromone. 2. Auflage, WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, 2005, S. 54, doi:10.1002/9783527623693. rahmenlos|zentriert|hochkant=0.8|Salvia Sclarea, Muskatellersalbei Natürliches Vorkommen von (−)-Sclareol im Salvia sclarea, dem MuskatellersalbeiBernd Schäfer: Ambrox®. Unwiderstehliche Duftnote. In: Chemie in unserer Zeit. Nr. 45, 2011, S. 374–388, doi:10.1002/ciuz.201100557.
Die Namensherkunft verdanken die Labdane dem Zistrosenstrauch Cistus labdaniferus. Aus den Zweigen dieses Strauchs werden beispielsweise Rohstoffe wie das Labdanumharz für die Parfümerieindustrie gewonnen. Einen weiteren Parfümerierohstoff stellt das (−)-Sclareol dar, welches in der Partialsynthese des Duftstoffes Ambrox als Edukt fungiert. Ambrox gilt als wichtigster Inhaltsstoff der Ambra, eine wachsartige Masse aus dem Darm des Pottwals.
Umgelagerte Bicyclophytane Durch Umlagerung von einer, beziehungsweise zwei Methylgruppen im Labdan liegt die Grundstruktur von Haliman, beziehungsweise Clerodan vor (umgelagerte Methylgruppen sind jeweils blau markiert): rahmenlos|zentriert|hochkant=3.5|Strukturen von Haliman und Clerodan ausgehend vom Labdan, durch umgelagerte Methylgruppen
Verbindungsbeispiel Nutzen/Vorkommen rahmenlos|zentriert|hochkant=1|Struktur von Agelasin-B im Agelas sp. Agelasin-C, ein Haliman Hemmende Wirkung auf die folgend dargestellte Natrium-Kalium-ATPase: rahmenlos|zentriert|hochkant=1.5|Natrium-Kalium-ATPase Natrium- und Kaliumionen werden bei Normalbedingungen unter Verbrauch von ATP durch die Membran transportiert. rahmenlos|zentriert|hochkant=1|Struktur von Agelasin-B im Agelas cf. mauritiana Agelasin-B, ein Clerodan
Die Halimane verdanken ihren Namen Cistaceaen-Gewächsen wie Halimium Umbellatum.Eberhard Breitmaier: Terpene: Aromen, Düfte, Pharmaka, Pheromone. 2. Auflage, WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, 2005, S. 55, doi:10.1002/9783527623693. Diverse Derivate finden sich zudem beispielsweise in Form von Agelasinen in den Extrakten verschiedener See-Schwämme, wie dem orangen Okinawan sea sponge, Agelas sp.Hideshi Nakamura, Houming Wu, Yasushi Ohizumi, Yoshimasa Hirata: Agelasine-A, -B, -C and -D, novel bicyclic diterpenoids with a 9-methyladeninium unit possessing inhibitory effects on na,K-atpase from the okinawa sea sponge Agelas sp. In: Tetrahedron Letters. Band 25, Nr. 28, 1984, S. 2989–2992, doi:10.1016/S0040-4039(01)81345-9. Die Halimanderivate Agelasin-C und -D wirken dabei hemmend auf das Zellmembranenzym Natrium-Kalium-ATPase. Eine Hemmung der Natrium-Kalium-ATPase wird therapeutisch auch durch Herzglykoside hervorgerufen.Hans Marquardt, Siegfried G. Schäfer (Hrsg.): Lehrbuch der Toxikologie. 2. Auflage, Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft mbH Stuttgart, 2004, ISBN 3-8047-1777-2, S. 558–559. Die reversibel kontrollierte Transporthemmung der Natrium- und Kaliumionen sorgt dabei für eine erhöhte Konzentration an Natrium- und infolgedessen Calciumionen innerhalb der Zelle, woraus eine positiv inotrope Wirkung resultiert. Eine Überdosierung an Natrium-Kalium-ATPase-hemmenden Stoffen führt zu einem nicht kontrollierbaren Ausstoß an Calciumionen und der Nachdepolarisation der Zelle, was Arrhythmien des Herzmuskels nach sich zieht. Eine ähnliche, hemmende Wirkung besitzt das Clerodanderivat Agelasin-B, welches ebenfalls aus Agelas sp sowie den Schwämmen Agelas nakamurai und Agelas cf. mauritiana isoliert werden kann.E. K. Ogurtsova, T. N. Makarieva, P.S. Dmitrenok, V. A. Denisenko, V. B. Krasokhin, A. S. Kuz'mich, S. N. Fedorov: ISOLATION OF AGELASIN B FROM THE MARINE FUNGUS Agelas cf. mauritiana. In: Chemistry of Natural Compounds. Band 51, Nr. 1, January, 2015, S. 189–191, doi:10.1007/s10600-015-1241-8. Untersuchungen lassen auf eine Entzündungshemmende und möglicherweise Krebs-vorbeugende Wirkungsweise von Agelasin-B, bei einer Konzentration von 20 µM, schließen. Mit der richtigen Dosierung wirken die Agelasine im Allgemeinen krampflösend und antibakteriell.
Tricyclophytane Über eine Cyclisierung an C-13 und C-17 des Labdan lassen sich die Pimarane und Isopimarane ableiten, wobei diese beiden Stoffe durch ihre Konfiguration an C-13 zu unterscheiden sind.Eberhard Breitmaier: Terpene: Aromen, Düfte, Pharmaka, Pheromone. 2. Auflage, WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, 2005, S. 56–58, doi:10.1002/9783527623693. Durch Umgelagerungen zählen Gruppen wie die Rosane, toxische Stoffe des Pilzes Trichothecium roseum, die Cassane, Ausgangsstoff der lokalanästhetisch wirksamen Alkaloide der Cassainsäure, und die Abietane zu den Vertretern der Tricyclophytane.
rahmenlos|zentriert|hochkant=3.5|Strukturen von Pimaran und Abietan ausgehend vom Labdan
Verbindungsbeispiel Nutzen/Vorkommen rahmenlos|zentriert|hochkant=1|12α-Hydroxy-8,15-isopimaradien-18-säure 12α-Hydroxy-8,15-isopimaradien-18-säure, ein Isopimaran rahmenlos|zentriert|hochkant=0.8|Metasequoia glyptostroboides Metasequoia glyptostroboides, ein „lebendes Fossil“ rahmenlos|zentriert|hochkant=1|(−)-7,13-Abietadien-18-säure (−)-Abietinsäure, ein AbietanWolfgang Steglich, Burkhard Fugmann, Susanne Lang-Fugmann (Hrsg.): RÖMPP Lexikon. Naturstoffe. 10. Auflage, Georg Thieme Verlag, Stuttgart, 1997, ISBN 3-13-749901-1, S. 1.Christoph Funk, Rodney Croteau: Diterpenoid Resin Acid Biosynthesis in Conifers: Characterization of Two Cytochrome P450-Dependent Monooxygenases and an Aldehyde Dehydrogenase Involved in Abietic Acid Biosynthesis. In: Archives of Biochemistry and Biophysics. 1994, Band 308, Nr. 1, S. 258–266, doi:10.1006/abbi.1994.1036Eberhard Breitmaier: Terpene: Aromen, Düfte, Pharmaka, Pheromone. 2. Auflage, WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, 2005, S. 61, doi:10.1002/9783527623693. rahmenlos|zentriert|hochkant=0.8|Kolophonium Bestandteil des Kolophoniums
Aus Metasequoia glyptostroboides gewonnene Bestandteile, wie die 12α-Hydroxy-8,15-isopimaradien-18-säure wirken zytotoxisch auf diverse humane Tumor-Zelllinien, wie die A-549-Zelllinie.Liao-Bin Dong, Juan He, Yuan-Yuan Wang, Xing-De Wu, Xu Deng, Zheng-Hong Pan, Gang Xu, Li-Yan Peng, Yu Zhao, Yan Li, Xun Gong, Qin-Shi Zhao: Terpenoids and Norlignans from Metasequoia glyptostroboides. In: J. Nat. Prod. 2011, Band 74, Nr. 2, S. 234–239, doi:10.1021/np100694k Metasequoia glyptostroboides wurde erstmals 1946 von Dr. Hsen-Hsu Hu in Wan Hsien in China entdeckt und wird umgangssprachlich auch als „lebendes Fossil“ bezeichnet.Edmund H. Fulling: Metasequoia. Fossil and Living. In: The Botanical Review. 1976, Band 42, Nr. 3, S. 215–219, . Die Klassifizierung sequoia wurde 1847 von Stephanus Endlicher für Mammutbäume und verwandte Arten in Anlehnung an den Sequoyah-Stamm der Cherokee-Indianer eingeführt.