Физические и химические свойства алкалоидов
Алкалоиды
- 10.1. Общая характеристика алкалоидов
- 10.2. Плоды стручкового перца
- 10.3. Побеги (трава) эфедры хвощевой
- 10.4. Клубнелуковицы безвременника свежие
- 10.5. Листья красавки. Трава красавки. Корни красавки
- 10.6. Листья белены
- 10.7. Листья дурмана обыкновенного
- 10.8. Семена дурмана индейского. Плоды дурмана индейского
- 10.9. Листья кокаинового куста
- 10.10. Трава крестовника плосколистного
- 10.11. Побеги анабазиса
- 10.12. Трава термопсиса ланцетного. Семена термопсиса ланцетного
- 10.13. Трава софоры толстоплодной
- 10.14. Корневища кубышки желтой резаные
- 10.15. Трава баранца обыкновенного
- 10.16. Кора хины
- 10.17. Плоды мордовника
- 10.18. Коробочки мака
- 10.19. Трава мачка желтого
- 10.20. Трава чистотела
- 10.21. Трава маклейи
- 10.22. Листья барбариса обыкновенного. Корни барбариса обыкновенного
- 10.23. Клубни с корнями стефании гладкой
- 10.24. Листья унгернии Виктора. Листья унгернии Северцова резаные
- 10.25. Рожки спорыньи эрготаминового (эрготоксинового) штамма
- 10.26. Корни раувольфии змеиной
- 10.27. Листья катарантуса розового
- 10.28. Трава барвинка малого
- 10.29. Трава пассифлоры
- 10.30. Семена чилибухи
- 10.31. Побеги секуринеги
- 10.32. Семена физостигмы
- 10.33. Трава гармалы обыкновенной
- 10.34. Листья яборанди
- 10.35. Листья чая
- 10.36. Семена кофе
- 10.37. Семена какао. Масло какао
- 10.38. Листья фирмианы простой
- 10.39. Корневища с корнями чемерицы Лобеля
- 10.40. Трава паслена дольчатого
- 10.41. Трава живокости сетчатоплодной
- 10.42. Трава борца (аконита) белоустого
АЛКАЛОИДЫ
Алкалоиды - это особая группа органических азотсодержащих соединений основного характера, встречающихся в растительных организмах и обладающих сильным физиологическим действием.
Термин «алкалоид» - «щелочеподобный» (от арабского «alcali» - щелочь и греческого «eidos» - подобный) предложил в 1819 году немецкий ученый К. Мейснер. Название указывает на основной характер соединений.
В природе существует множество различных веществ, содержащих в своей структуре азот. Например, в растениях встречаются простейшие амины (метиламин, диметиламин, различные аминокислоты), которые обладают ярко выраженными основными свойствами, но не относятся к алкалоидам.
Существуют также природные соединения (протеиногенные амины), которые занимают положение между алкалоидами и другими азотистыми соединениями.
История изучения алкалоидов
Алкалоиды издавна применялись в народной медицине. Более 400 лет известны лечебные (противомалярийные) свойства коры хинного дерева. Отваром этой коры от малярии была вылечена королева Перу графиня Чинчон, в честь которой растение получило название Cinchona – цинхона.
Первые исследования в области изучения алкалоидов относятся к началу XIX века. В 1806 году немецкий фармацевт Ф. В. Сертюрнер выделил из опия (высохшего млечного сока мака) в чистом виде и изучил снотворное действие алкалоида, названного им «морфин» (в честь греческого бога сна Морфея).
Большой вклад в изучение алкалоидов внесли русские ученые. В 1816 г. профессор Харьковского университета Ф.И. Гизе из коры хинного дерева выделил в чистом виде хинин. В Европе это открытие осталось неизвестным.
Несколько позднее французские химики Пелетье и Кавенту повторно открыли хинин и доказали, что он является основным действующим веществом коры хинного дерева. Этим ученым принадлежит также честь открытия алкалоидов семян чилибухи - стрихнина и бруцина. За открытие хинина Пелетье и Кавенту во Франции поставлен памятник.
Профессор Юрьевского (г. Тарту) университета Г. Драгендорф изучил химические свойства алкалоидов, разработал методы их обнаружения и анализа. Реактив Драгендорфа(калия тетрайодовисмутат – K[BiI4]) широко используется при анализе алкалоидов.
Установление структуры алкалоидов стало возможным только на основе теории химического строения, которую предложил А.М. Бутлеров. Ученик Бутлерова академик А.М. Вишнеградский изучил строение многих алкалоидов - производных пиридина и хинолина.
В связи с началом первой мировой войны потребовалось большое количество обезболивающих и противошоковых препаратов. Химики А.М. Родионов и А.Е. Чичибабин в 1914 году разработали промышленный способ получения алкалоидов из опия. Эти ученые являются основоположниками химико-фармацевтической промышленности в России.
Огромная заслуга в изучении алкалоидов принадлежит А.П. Орехову, организовавшему при ВНИХФИ (г. Москва) отдел, который занимался изучением алкалоидов. За 10 лет (1928-1939 гг.) этим отделом было открыто и изучено около 100 новых алкалоидов.
А.П. Орехов создал новое комплексное направление в науке, которое включает поиск алкалоидоносных растений, разработку методов анализа, изучение фармакологического действия и промышленный выпуск препаратов на основе алкалоидов. Его монография «Химия алкалоидов» (1938 г.) не потеряла своего значения и в настоящее время.
Исследования А.П. Орехова продолжили его ученики: С.Ю. Юнусов, А.М. Рабинович, А.С. Садыков и др. С.Ю. Юнусов возглавил Институт химии растительных веществ Академии наук Узбекистана. В этом институте изучены многие алкалоидоносные растения азиатской флоры (эфедра хвощевая и др.).
В Пятигорской фармацевтической академии под руководством профессора Д.А. Муравьевой детально изучены растения из рода крестовник (Senecio) и их основные алкалоиды платифиллин и сенецифиллин.
Исследования алкалоидов проводятся и зарубежными учеными - в Японии, Канаде, Англии, Индонезии, Индии, Бирме. Так, английский биохимик Р. Робинсон (Оксфордский университет) разработал теорию биосинтеза тропановых алкалоидов в растениях.
Распространение алкалоидов в растительном мире. Значение для жизни растений
По современным представлениям растения, содержащие алкалоиды, составляют около 10 % всей мировой флоры. Наиболее широко алкалоиды распространены у покрытосеменных растений. Особенно богаты алкалоидами растения семейств маковые (Papaveraceae), пасленовые (Solanaceae), бобовые (Fabaceae), кутровые (Аросупасеае), мареновые (Rubiaceae), лютиковые (Ranunculaceae), логаниевые (Loganiaceae) и др. В зависимости от количества родов и видов растений, содержащих алкалоиды, все семейства делят на 3 группы:
· высокоалкалоидные семейства - содержат не менее 20 % родов, содержащих алкалоидоносные виды растений;
· среднеалкалоидоносные семейства - содержат от 10 до 20 % родов, имеющих алкалоидоносные виды;
· малоалкалоидоносные семейства – содержат от 1 до 10 % родов с алкалоидоносными видами растений.
В растениях алкалоиды находятся в виде солей органических и неорганических кислот (лимонной, щавелевой, яблочной, уксусной, фосфорной и т.д.), растворенных в клеточном соке.
Обычно содержание алкалоидов в растениях невелико и составляет 0,01-0,1 %. Если в растении накапливается 1-3 % алкалоидов, сырье считается высокоалкалоидным. Только некоторые растения, например культивируемые сорта хинного дерева, накапливают в коре до 15-20 % алкалоидов. Большинство растений содержат несколько алкалоидов (катарантус розовый - более 60). Чаще всего, в растении количественно преобладает один или 2-3 алкалоида, содержание других значительно меньше. Алкалоиды одного растения, как правило, имеют довольно близкое строение.
Алкалоиды накапливаются в листьях, плодах, семенах, коре, подземных органах. У некоторых растений алкалоиды содержатся во всех частях в значительных количествах (красавка). Но у большинства алкалоиды преобладают только в каком-либо одном органе или части растения. Так, например, в чае китайском алкалоиды накапливаются в листьях, в дурмане индейском, чилибухе – в плодах или семенах, в раувольфии, безвременнике – в подземных органах.
Различные части растения отличаются не только по количественному содержанию алкалоидов, но и по качественному составу. Например, у термопсиса ланцетного в траве преобладает алкалоид термопсин, а в семенах – цитизин.
Биологические функции алкалоидов пока до конца не выяснены. В последнее время считают, что алкалоиды:
· участвуют в обмене веществ;
· являются стимуляторами и регуляторами роста;
· выполняют защитную роль.
Биосинтез алкалоидов
Большинство алкалоидов образуются из аминокислот. В зависимости от происхождения и местоположения атома азота в структуре молекулы, все алкалоиды делят на три группы:
· истинные алкалоиды – соединения, которые образуются из аминокислот и содержат атом азота в составе гетероцикла;
· протоалкалоиды – соединения, которые образуются из аминокислот, но не имеют гетероциклов и содержат алифатический атом азота в боковой цепи;
· псевдоалкалоиды – азотсодержащие соединения терпеновой и стероидной природы, образуются из кислоты мевалоновой по типу синтеза изопреноидов.
Классификация алкалоидов
В настоящее время открыто около 10 000 алкалоидов, из которых около 4 000 имеют доказанное строение. Такое огромное количество и многообразие алкалоидов не дают возможности разработать единую классификацию.
В основу классификации алкалоидов могут быть положены разные принципы, поэтому различают несколько видов классификаций алкалоидов.
1. В основе фармакологической классификации лежит характер фармакологического действия алкалоидов на организм:
· наркотические алкалоиды;
· местноанестезирующие алкалоиды;
· спазмолитические алкалоиды и т.д.
2. В основе ботанической классификации лежит систематическая принадлежность растений, из которых выделены алкалоиды, к определенному роду или семейству:
алкалоиды табака;
алкалоиды мака;
алкалоиды спорыньи и т.д.
3. В основе биогенетической классификации, предложенной английским ученым Хегнауэром, лежит строение аминокислот, которые являются вероятными предшественниками алкалоидов в растениях:
· алкалоиды триптофана;
· алкалоиды фенилаланина и т.д.
4. Наиболее удобна и чаще всего используется в фармакогнозии химическая классификация, предложенная А.П. Ореховым, в основе которой лежат особенности химического строения алкалоидов, в частности, структура азотсодержащего гетероцикла.
В зависимости от строения углеродноазотного цикла А.П. Орехов разделил все алкалоиды на 13 групп:
1. Алкалоиды с азотом в боковой цепи или ациклические алкалоиды (без гетероциклов): эфедрин из видов эфедры, капсаицин из плодов стручкового перца, колхицин и колхамин из клубнелуковиц видов безвременника.
2. Алкалоиды, производные пирролидина и пирролизидина: платифиллин из крестовника плосколистного.
3. Алкалоиды, производные пиридина и пиперидина, делятся на несколько групп:
а) простые производные пиридина и пиперидина: лобелин из лобелии вздутой, кониин из плодов болиголова пятнистого;
б) бициклические неконденсированные системы: анабазин из анабазиса безлистного, никотин из листьев табака;
в) бициклические конденсированные системы пиперидина и пирролидина (производные тропана): гиосциамин, скополамин из красавки, белены, видов дурмана.
4. Алкалоиды, производные хинолизидина: пахикарпин, термопсин, цитизин (софора толстоплодная, виды термопсиса).
5. Алкалоиды, производные хинолина: хинин из хинной коры, эхинопсин из плодов мордовника.
6. Алкалоиды, производные изохинолина: морфин, кодеин и папаверин из коробочек мака, хелеритрин, сангвинарин из травы чистотела и маклейи, глауцин из травы мачка желтого, берберин из корней барбариса.
7. Алкалоиды, производные индола: алкалоиды спорыньи, барвинка малого, резерпин и аймалин из корней раувольфии, стрихнин из семян чилибухи, винбластин и винкристин из листьев катарантуса розового.
8. Алкалоиды, производные пурина: кофеин из листьев чая, семян кофе, теобромин из семян шоколадного дерева.
9. Алкалоиды, производные хиназолина: пеганин из травы гармалы обыкновенной.
10. Алкалоиды, производные имидазола: пилокарпин из листьев видов пилокарпуса.
11. Стероидные алкалоиды: соласонин из травы паслена дольчатого, алкалоиды чемерицы.
12. Дитерпеновые алкалоиды: алкалоиды аконитов и живокостей.
13. Алкалоиды неустановленного строения.
На основании этой классификации систематизируется и сырье, содержащее алкалоиды.
Физические и химические свойства алкалоидов
Большинство алкалоидов, кроме атомов азота (N), углерода (С) и водорода (Н), содержат атом кислорода (О). Некоторые алкалоиды (нуфлеин) содержат в своем составе атом серы (S).
Алкалоиды, содержащие кислород, и бескислородные алкалоиды различаются по физическим свойствам.
Кислородсодержащие алкалоиды – твердые кристаллические вещества, реже аморфные, с определенной температурой плавления, без запаха, горького вкуса, как правило, бесцветные, лишь некоторые алкалоиды окрашены - берберин в желтый, сангвинарин в оранжевый цвет.
Бескислородные алкалоиды – летучие маслянистые жидкости с сильным неприятным запахом, легко перегоняющиеся с водяным паром. К этой группе относятся анабазин, никотин, кониин, пахикарпин.
Отдельные алкалоиды способны сублимироваться (возгоняться) при нагревании (кофеин, никотин); пары хинина малинового цвета.
Обладают оптической активностью, причем у левовращающих изомеров фармакологическая активность, как правило, выше (гиосциамин, эфедрин).
Некоторые алкалоиды флуоресцируют в УФ-свете. Например, цитизин флуоресцирует фиолетовым цветом, берберин - желто-зеленым.
Основные свойства выражены в различной степени. В природе чаще встречаются алкалоиды, которые относятся к третичным аминам, реже - к вторичным либо к четвертичным аммонийным основаниям.
Благодаря основному характеру алкалоиды образуют с кислотами соли разной степени прочности. Соли алкалоидов хорошо растворимы в воде и этиловом спирте (особенно в разбавленном) при нагревании, плохо или совсем нерастворимы в органических растворителях (хлороформ, этиловый эфир и др.). Как исключения можно назвать хинина сульфат (плохо растворяется в воде) и скополамина гидробромид (растворяется в хлороформе).
Соли алкалоидов легко разлагаются под действием щелочей и аммиака. При этом выделяются свободные основания.
Алкалоиды-основания обычно не растворяются в воде, но легко растворимы в органических растворителях. Исключение составляют цитизин, кофеин и кодеин, которые хорошо растворяются как в воде, так и в органических растворителях.
Алкалоиды образуют нерастворимые (или слабо растворимые) комплексы с солями тяжелых металлов, комплексными неорганическими кислотами, высокомолекулярными органическими веществами кислого характера.
Алкалоиды вступают в реакции, зависящие от наличия в их молекулах различных функциональных групп. Например, морфин содержит фенольный гидроксил, поэтому образует со щелочами феноляты и вступает в реакцию с солями трехвалентного железа. Некоторые алкалоиды представляют собой сложные эфиры (атропин, скополамин) и подвергаются гидролизу кислотами и щелочами.
Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:
©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.
|