Что такое алкалоиды

Алкалоид – это что такое? Свойства, примеры алкалоидов

Алкалоид – это органическая щелочь, получаемая из растений. Давно существует практика применения некоторых видов растений вовнутрь в форме порошка. Их действие на организм либо токсичное, либо целебное. В начале 19 века известные химики Робике и Сертюрнер выяснили, что реакция такова в связи с различным содержанием в них органических соединений, которые содержат азот, а вступая в реакции, ведут себя подобно щелочам. Сегодня алкалоиды растительного происхождения исчисляются десятками тысяч отдельных соединений.

Почему их так назвали?

По своим свойствам и поведению алкалоиды похожи на щелочные соединения, в частности, аммиачные, отсюда и возникло их название от латинского alkali – щелочные. Позднее произошло открытие – удалось получить органические щелочи искусственным путем. Тогда и появилось разделение алкалоидов на натуральные и синтетические. Тогда получение любых сложных органических соединений было вопросом времени, но за алкалоидами до сих сохраняется понятие органических аммиачных соединений, получаемых из растений.

Способы получения

В растительности алкалоиды находятся в форме соли и органических кислот. Суть всех способов получения их – это превращение органических солей в соли серной и соляной кислоты. После чего на полученную кислоту воздействуют с помощью извести или едкого натра. Получаются наполовину чистые алкалоиды. Реакции перекристаллизации или перегонки позволяют получить вещества без примесей.

Свойства

Свойства алкалоидов схожи со свойствами щелочей. Они беспрепятственно вступают в реакции с кислотами, не выделяя при этом воду. Аналогично себя ведет и аммиак, а также все аммиачные производные. Преимущественное количество алкалоидов не вступает в реакцию с водой, потому в качестве растворителей чаще применяют винный или сивушный алкоголь. Алкалоидные растворы имеют горький вкус, но не обладают запахом. С оптической точки зрения эти вещества способны вращать плоскость поляризации в правую и в левую стороны.

В процессе перегонки алкалоиды вступают в реакцию с едким кали при отсутствии воздуха, в результате получаются такие соединения, как карбазол, хиномен и пиридин, обладающие всеми свойствами аминов. В процессе реакций окисления – образуют кислоты, например, хинолин, в котором один водород замещается на карбоксильную группу.

На основании проведенных опытов ученые-химики выразили единое мнение о том, что натуральный алкалоид – это не что иное, как результат замещения водородных атомов в щелочах разнообразными оксид содержащими остатками растительного происхождения. Впервые об этом заговорил химик Вышнеградский.

История открытия

В 19 веке считалось, что вещества, получаемые из растений, не содержат в своем составе азот. Но в 1817 году немецким химиком Сертюрнером была произведена реакция выделения чистого алкалоида – морфия (или морфина, для получения которого использовали опийный мак), а затем и определены его химические свойства.

В 1860 году вновь французские исследователи добились успеха и получили кокаин. Позднее ими же были открыты пилокарпин, эфедрин, лобелин.

Сегодня известно около семисот различных алкалоидов. Но самой большой тайной считалось молекулярное строение этих загадочных веществ. Сохранялась она до 1880 года. Тогда все силы ученых умов были брошены на получение синтетических алкалоидных соединений. После разработки теории о строении органических соединений, автором которой является А. М. Бутлеров, появилась возможность узнать о молекулярном строении и синтезе алкалоидов.

В 1886 году химик-немец Ладенбург воспроизвел синтетическую реакцию получения кониина на основании методов восстановления гомолога с помощью металлического натрия в спирте. Также были синтезированы теофиллин, кофеин, теобромин, никотин, кокаин и атропин. В те года крайне сложно было производить подобные реакции в промышленных условиях, потому некоторое время исследования не проводились. И в 1915 году химиком В. Родионовым были организованы работы по синтезированию опия, который долгое время привозили из зарубежных стран. В 1928 году А. П. Ореховым были проведены исследования флоры СССР на предмет содержания в ней алкалоидов. Тогда его прозвали основатель химической природы алкалоидов. Год спустя он же произвел и изучил анабазин. Семь лет спустя к этой работе обратились Григорович и Меньшиков, которые синтезировали это вещество.

В 1932 и 1933 годах Ореховым сделаны очередные открытия – получение конвольвина и коиволамина, сальсолина и сальсолидина.

Параллельно с растительными элементами велась работа и с животными организмами. Химик Меньшиков задолго до своих триумфальных открытий смог получить из мочевого камня ксантип, который затем обнаружил в крови и тканях различных животных. Исследования ведутся также в настоящее время.

Применение

Часть алкалоидных соединений пригодилась в медицинской практике в качестве лекарственных препаратов, а также в сельскохозяйственных делах при борьбе с вредителями.

Известно, что почти все алкалоиды, применение которых широко распространено в медицине – сильнейшие яды, остальная часть – ценнейшие лекарственные препараты. Какие-то из них воздействуют на ЦНС, какие-то – на мышечный скелет, какие-то – на сосуды.

Кофеин и стрихнин быстро улучшают активность нервной системы и повышают артериальное давление; успокаивающим действием обладают скополамин и морфий; пилокарпин повышает активность желез; кокаин снижает чувствительность нервной периферии; атропин, напротив, подавляют работу желез; курарин блокирует двигательные нервы; эргометрин способствует сокращению маточных мышц; с малярией борется хинин; а с помощью эметина и аноморфина можно вызвать рвоту; в офтальмологической практике атропин используют для расширения зрачков пациента; а для его сужения применяют физостигмин; мочегонным эффектом обладает теобромин; а для повышения артериального давления и для реанимации используется адреналин. Действие алкалоидов в одних случаях общее (устраняет заболевание), в других – лишь борется с симптоматикой. К примеру, хинин способен полностью излечить малярию, тогда как морфий лишь обезболивает и успокаивает, но не способен устранить причину болезни.

Классификация

Классификация алкалоидов основывается на строении их азотно-углеродного молекулярного скелета. Основоположником этого стал ученый А.П. Орехов.

  1. Производное вещество из пирролидина называется гигрицом.
  2. Производное вещество от пиридина называют рицинином, никотином (содержится в батачных соединениях), анабазином (считается инсектицидом), аммодендрином, атропином (получен из дурмана и белены), конвольвином (применялось в качестве местного обезболивающего средства), кокаином (из кустарника кока, применялся как анестетик, сейчас классифицируется как наркотическое и психотропное вещество, запрещен к производству и употреблению).

Растения и алкалоиды

Алкалоид – это продукт, получаемый в результате обменных реакций в растениях. До сих пор еще не определены закономерности, согласно которым алкалоиды распространяются в среде цветковых растений. Самое большое количество их содержится в лютиках, маках, бобовых растениях, в семействе пасленовых, лилиях, тиссе, эфедре и мухоморах. Среди флоры СССР были найдены алкалоиды в злаках, магнолиях, вьюнковых растениях.

Позднее было дано измененное определение алкалоидов как вещества – они были названы катализаторами, которые способны обезвреживать токсичные продукты обменных реакций внутри организма, но никак не могут быть отходами жизнедеятельности растений. Спустя несколько лет опытным путем было доказано, что отдельные группы алкалоидов способны принимать участие в окислительно-восстановительных реакциях внутри клеток.

Общая доля содержания алкалоидов в клетках растений не превышает 1%. В отдельных частях растения концентрация их различная, но самое большое количество концентрируется в листьях, семенах и корнях. Чем выше уровень освещенности, температура окружающей среды, чем чаще происходило удобрение и орошение, тем больший объем алкалоидов содержится в растении.

Функционал

С химической точки зрения, алкалоиды при попадании в тела людей и животных образуют прочные связи с рецепторами нервной системы, а затем управляют процессами блокировки или запуска процессов жизнедеятельности.

Для растений алкалоиды играют весьма важную роль, являясь резервными веществами в процессе синтезирования белка, они помогают в защите от насекомых и животных, регулируют все физиологические процессы (метаболизм, рост, размножение).

Морфин и атропин

Получают атропин из пасленовых растений (красавка, белена, дурман). Под его действие зрачки существенно расширяются, происходит это вследствие ослабления мышечных волокон на радужной оболочке глаза. Небольшой побочный эффект – это повышение внутриглазного давления, т. к. нарушается отток жидкости. Другое применение атропина – это лечение заболеваний желудочно-кишечного тракта, мочеполовой системы, для регуляции работы желез. При спазмах гладких мышц атропин включают в состав анальгетиков (промедола или морфина). В анестезиологии это вещество вводят пациентам перед наркозом, а также в процессе проведения операций с целью ослаления рефлекторных реакций в организме. Иногда людям, страдающим от повышенной потливости, прописывают использование атропина, который подавляет потовые железы.

При передозировке атропина наблюдаются галлюцинации, судороги и повышенное психическое возбуждение, в некоторых случаях может возникнуть паралич дыхательных путей.

Впервые морфин стали применять в медицине после изобретения шприца для инъекций в 1853 году. До сегодняшнего дня это вещество применяется только в больничной среде и под строгим учетом в качестве обезболивающего вещества. Ранее морфин использовали для подавления алкогольной и наркотической зависимостей. При попадании в организм он снижает возбуждение болевого центра, оказывая противошоковую реакцию при травмах.

Кокаин и кофеин

Кокаин является мощным психотропным веществом. Еще в 19 веке с его помощью лечили астму, проблемы с пищеварительной системы, алкоголизм. Впервые о воздействии кокаина на нервную систему заговорил Зигмунд Фрейд, проведя целый ряд исследований.

Кофеин – синтетический алкалоид, обладает психоактивным действием, не имеет запаха, горький на вкус. Действие его начинается в течение нескольких минут после употребления. Способен усиливать дыхательную активность, увеличивать частоту сердцебиения, ускоряет метаболизм. Одновременно с этим сопровождается его работа мочегонным эффектом, а также облегчением головных болей. При употреблении в больших объемах вызывает зависимость, отказаться от которой практически невозможно. Содержится в чае, кофе, какао.

Что это такое алкалоиды?

Алкалоиды — это химические вещества, молекулы которых содержат 1 или несколько атомов азота. Они обладают свойствами, присущими слабым щелочам, например, аммиаку. В прошлом они считались производными пиридина, однако открытие некоторых видов алкалоидов заставило сомневаться в правильности этой теории. Впервые подобное вещество было получено из опиумного мака более 200 лет назад. Тогда же были описаны его основные свойства. В дальнейшем был открыт целый ряд подобных соединений, входящих в состав растительного сырья. Это позволило считать, что алкалоиды имеют природное происхождение.

Характеристики алкалоидов

Эти вещества представляют собой химические соединения, содержащие азот и имеющие сложное циклическое строение. Атомы в молекуле связываются между собой различными способами. Алкалоиды входят в состав некоторых органических кислот. Чистое вещество представляет собой твердые кристаллы либо жидкость. Оба типа имеют схожие химические свойства, которые давно изучены. Так, например, определены способы получения этих соединений из растительного сырья, основные характеристики алкалоидов и их воздействие на организм человека. Соли этих веществ растворимы в воде, в чистом виде же это свойство отсутствует.

Существует несколько типов химических реакций, с помощью которых можно получать и изучать алкалоиды. Осаждение основано на выделении нерастворимой соли. Для этого используются органические кислоты и таннин. Реакции, способствующие появлению сложных солей, протекают с участием йодида калия и хлорида ртути. При окрашивании у алкалоида вид может изменяться, поэтому это вещество начинает выделяться на фоне общего состава. Подобные реакции могут давать неточные результаты, что связано со схожестью строения молекул алкалоидов с белковыми соединениями.

Основные типы веществ

Алкалоиды, классификация которых была предложена академиком Ореховым, делятся на несколько групп, отличающихся строением и химическими свойствами. К производным пирролидина относят вещества, молекулы которых содержат пятичленные гетероциклы, связанные друг с другом. В состав подобных алкалоидов входит 1 атом азота. В следующую категорию входят алкалоиды, содержащие шестичленные гетероциклы. Наиболее известными их представителями являются лобелин и анабазин. К производным хинолизидина относится пахикарпин, молекула которого содержит шестичленные гетероциклы, связанные друг с другом и азотом.

Классификация алкалоидов включает и производные хинина, наиболее распространенным среди которых является морфин. В эту же категорию включают вещества, входящие в состав мака, чистотела, барбариса.

Индол и его производные отличаются сложным строением: молекула содержит связанные между собой пяти- и шестичленные гетероциклы. Кофеин, используемый в пищевой и фармакологической промышленности, добывается из листьев и плодов растения кола. Входит в группу производных пурина — это сложные химические соединения, содержащие несколько атомов азота. Эфедрин — ароматический спирт, состоящий из множества гетероциклов, связанных между собой и с атомами азота. В настоящее время к алкалоидам стали относить стероидные гормоны.

Физические свойства алкалоидов

Основным качеством химических веществ этой категории считают способность растворяться в жидкостях и менять агрегатное состояние в зависимости от внешних условий. При комнатной температуре алкалоиды представляют собой твердые кристаллы, не имеющие запаха и цвета. Некоторые группы веществ в стандартных условиях находятся в жидком состоянии. К ним относятся соединения, не содержащие атомов кислорода — никотин, пахикарпин. Полностью растворяются в воде лишь кофеин и эфедрин. Остальные алкалоиды проявляются подобные свойства при вступлении в реакцию с органическими растворителями.

Влияние алкалоидов на живые организмы

Алкалоиды, виды которых достаточно разнообразны, являются жизненно необходимыми для организмов, в которых они производятся. Эти вещества защищают от болезнетворных бактерий, препятствуют уничтожению растений травоядными животными. Кроме того, они регулируют процессы роста и развития организма хозяина. Эти вещества оказывают мощное действие и на человека. Особенно это касается нервной системы.

В зависимости от типа алкалоида он может обладать седативными, психотропными, стимулирующими или обезболивающими свойствами. При правильном применении они оказывают пользу, однако передозировка может стать опасной для жизни. Некоторые из них обладают антиаритмическим, гипотензивным и спазмолитическим действием. При использовании препаратов, содержащих эти вещества, не по назначению могут развиваться опасные последствия — острая дыхательная недостаточность, снижение остроты зрения и слуха, сухость во рту, внутренние кровотечения, снижение артериального давления.

Большая часть алкалоидов на организм человека воздействует негативно. Стрихнин вызывает судороги, остановку дыхания и последующую смерть. Другая часть химических веществ относится к наркотическим. Использоваться они должны исключительно по назначению врача.

Растения, в состав которых входят алкалоиды, широко применяются в фармацевтической промышленности. На основе экстрактов производятся растворы для инъекций, таблетки, настои. Применяются препараты для лечения заболеваний сердечно-сосудистой, дыхательной и нервной систем. Некоторые соединения оказываются эффективными при злокачественных опухолях и алкогольной зависимости.

В природе эти вещества, как уже говорилось, содержатся в растениях. В грибах, бактериальных клетках и животных организмах подобные соединения отсутствуют. Вещества встречаются в таких растениях, как:

  1. Крестовник плосколистный — растение, содержащее компоненты, обладающие спазмолитическим действием. Используется для производства соответствующих лекарственных препаратов.
  2. Вещества, входящие в состав красавки, нормализуют функции нервной системы, повышают выносливость и физическую активность, обладают обезболивающим действием.
  3. Чистотел — широко распространенное на территории нашей страны растение. Содержит пахикарпин, термопсин и хинолизидин. При неправильном применении приобретает свойства яда.
  4. В состав мака входит более 20 видов алкалоидов — опий, морфин, папаверин, кодеин и другие соединения изохинолинового ряда.
  5. Вещества, входящие в состав пассифлоры, обладают выраженными седативными свойствами.
  6. Раувольфия змеиная содержит 50 алкалоидов, используемых для производства гипотензивных и антиаритмических препаратов.

Наиболее распространенным алкалоидом считается кодеин, добываемый из морфина посредством серии химических реакций. Это эффективное противокашлевое и седативное вещество, не оказывающее существенного негативного влияния на организм. Именно поэтому препараты на основе кодеина пользуются популярностью во многих странах. Принимать их необходимо по составленной врачом схеме, строго соблюдая дозировку.

Опиатами называют все химические соединения, получаемые из опия. Большинство из этих веществ в настоящее время применяется не по назначению. Это героин, морфин и папаверин, обладающие психотропным действием. В медицине они используются для устранения сильных болей и кашля при онкологических заболеваниях. Попадание их в организм здорового человека развивает привыкание.

АЛКАЛОИДЫ

АЛКАЛОИДЫ (позднелатинский alcali — щелочь, от арабского al-quali и греческого eidos — вид) — группа азотсодержащих органических веществ природного (чаще растительного) происхождения, основного характера, обладающих выраженной физиологической активностью.

Первыми (1804) были открыты Алкалоиды опия, сначала в виде смеси кристаллических веществ. В 1806 году Сертюрнер (F. W. A. Sertiirner) выделил в чистом виде наиболее важный Алкалоид опия — морфий, или морфин, и установил его свойства. Вслед за этим последовало открытие других Алкалоидов: стрихнина и бруцина [Пеллетье и Каванту (P. J. Pelletier, J. В. Caventou), 1818], кофеина [Рунге (F. F. Runge), 1819], атропина (Мейн, 1831), аконитина [Гейгер и Гессе (P. L. Geiger, H. Hesse), 1833], теобромина (А. А. Воскресенский, 1842); к настоящему времени их известно уже более тысячи. Изучение строения Алкалоидов и осуществление их синтеза в лабораторных условиях стало возможным лишь после создания А. М. Бутлеровым теории химического строения органических соединений и трудов его ученика А. Н. Вишнеградского, который доказал, что многие Алкалоиды являются производными более простых веществ — пиридина (C5H5N), хинолина (C9H7N) и др.

Первым Алкалоидом, синтезированным в лаборатории [Ладенбург (A. Ladenburg), 1886] по методу Вишнеградского (восстановление пиридина и его гомологов металлическим натрием в присутствии спирта), был кониин (C8H17N). Позднее были синтезированы теофиллин (1895), кофеин (1897), теобромин (1898), кокаин (1902), атропин (1903) и другие.

В соответствии с классификацией все Алкалоиды по их химической структуре, предложенной советским химиком А. П. Ореховым (1881 — 1939), делят на 13 групп: 1) производные пирролидина; 2) метилпирролизидина; 3) пиридина; 4) хинолина; 5) акридина; 6) изохинолина; 7) индола; 8) имидазола; 9) хиназолина; 10) пурина; 11) стероидные А.; 12) ациклические Алкалоиды; 13) Алкалоиды неустановленного строения. Каждая из групп в свою очередь делится на подгруппы.

Источниками Алкалоидов являются растения. Представители одних семейств растений богаты Алкалоидами, например семейства маковых (Papaveraceae), семейства лютиковых (Ranunculaceae), семейства бобовых (Leguminosae), а у других, например, семейства розовых (Rosaceae), Алкалоиды еще не найдены.

Как правило, в растениях содержится смесь нескольких Алкалоидов, иногда до 15—20, часто близких по своему строению (мак снотворный, кора хинного дерева), однако у некоторых растений находят всего один Алкалоид (например, рицинин в клещевине).

Алкалоиды редко находятся в свободном состоянии (папаверин, наркотин); в большинстве случаев они бывают в виде солей органических и неорганических кислот. Иногда эти кислоты специфичны для данного растения: аконитовая — для аконитов, хинная — для коры хинного дерева, меконовая — для Алкалоидов опия и так далее.

Локализуются Алкалоиды преимущественно в определенных частях (органах) растений, например у хинного дерева главным образом, в коре, у аконитов — в клубнях, у кокаинового куста — в листьях. Количественное содержание алкалоидов в различных органах растения, как правило, неодинаково. Так, у ежовника безлистного (Anabasis aphylla L.) в зеленых листьях содержится около 2,5% А. и 0,3% в корнях. Алкалоиды в различных органах растения могут различаться и по составу.

Содержание алкалоидов в тканях тех или иных растений обычно исчисляется десятыми, а иногда и сотыми долями процента и лишь в отдельных случаях доходит до 10—15% (кора хинного дерева). Обычно же растения, ткани которых содержат 1—2% алкалоида, считаются уже богатым сырьем.

Наблюдается зависимость между содержанием алкалоидов в растении и условиями его произрастания (стадия вегетативного развития растения, почвенные условия и тому подобное), например, содержание эфедрина в эфедре на протяжении одного года может колебаться в пределах 0,3—2,5%.

О роли Алкалоидов в жизнедеятельности алкалоидоносных растений нет единого мнения. Предполагают, что алкалоиды представляют собой промежуточный материал при синтезе белков и резерв азота или что алкалоиды являются защитными веществами, направленными против вредителей данного растения, или же что алкалоиды — это конечные продукты регрессивного обмена веществ, в виде которых растительный организм освобождается от избыточного азота. Наконец, алкалоиды рассматриваются как растительные гормоны.

Все эти гипотезы при проверке оказываются несостоятельными, так как чересчур однозначно объясняют роль алкалоидов в жизни растений. Имеются данные, указывающие на активную роль Алкалоидов в биохимических процессах, протекающих в растениях. Высказано мнение, что алкалоиды являются активными участниками обменных процессов, где выполняют роль веществ, обезвреживающих ядовитые продукты обмена. Некоторые алкалоиды, например, никотин или конволамин, участвуют в процессах метилирования (см.); другие, например, платифиллин, принимают участие в окислительно-восстановительных процессах и так далее.

Сходство строения некоторых алкалоидов с коферментами (см.) и витаминами (см.) также является подтверждением активного участия алкалоидов в жизнедеятельности растительной клетки.

Для практических нужд медицинской и фармацевтической промышленности алкалоиды выделяют из исходного сырья путем их экстракции, последующей очистки и разделения на отдельные компоненты, так как экстрагируется, как правило, смесь многих алкалоидов, загрязненных сопутствующими веществами (белки, смолы, дубильные вещества, пигменты и тому подобное). В основу разделения алкалоидов могут быть положены или физические свойства (температура кипения, растворимость, адсорбционная способность отдельных алкалоидов), или их химические особенности.

Большинство Алкалоидов, используемых в медицинской практике, является ядовитыми или сильнодействующими веществами. Отдельные алкалоиды обладают избирательным действием на те или иные органы или ткани. Так, стрихнин и кофеин возбуждают центральную нервную систему; морфин и скополамин — успокаивают; кокаин — уменьшает чувствительность периферических нервов и так далее (более подробно о действии отдельных алкалоидов — см. статьи, посвященные соответствующим алкалоидам).

В одних случаях алкалоиды являются специфическим средством, воздействующим на источник, являющийся причиной болезни (хинин при малярии), в других — только устраняют отдельные симптомы (морфин, опий — снотворные и болеутоляющие, кофеин — возбуждающее). Алкалоиды применяются в медицинской практике в чистом виде (кодеин), чаще в виде солей алкалоиды (хлористоводородный хинин) или в виде производных от других алкалоидов (апоморфин, эйхинин), а также в виде того растительного сырья, в котором алкалоиды содержатся (кора хинного дерева, соки растений и так далее). Некоторые алкалоиды (табака, ежовника безлистного) применяют, кроме их использования в качестве источников лекарственных веществ, еще и в сельском хозяйстве как инсектициды (см.), а также в ветеринарии.

Фармацевтическая промышленность выпускает Алкалоиды главным образом, в виде солей. В связи с тем, что большинство алкалоидов являются ядовитыми или сильнодействующими веществами (высшая разовая доза, например, стрихнина нитрата 0,002 г, морфина гидрохлорида — 0,02 г, атропина сульфата — 0,001 г и так далее), в соответствии с требованиями Государственной фармакопеи СССР алкалоиды хранятся в аптеках особо — в отдельном шкафу под замком [см. А (список ядовитых лекарственных средств)] или отдельно от прочих лекарственных веществ [см. Б (список сильнодействующих лекарственных средств)].

Как вещества, обладающие сильными физиологическими свойствами, алкалоиды способны при определенных условиях привести к отравлению (см.), а потому представляют судебно-медицинский и судебно-химический интерес.

Алкалоиды в судебно-медицинском отношении

Отравления Алкалоидами в судебно-медицинской практике встречаются относительно часто.

Клиническая картина при этом зависит от групповой принадлежности того или иного алкалоиды (см. Кокаин, Морфин, Опий, Стрихнин и так далее).

Ориентировочные сведения могут быть получены из медицинских документов и материалов следствия. Секционная картина не типична и характеризуется общими признаками быстро наступившей смерти. Доказательство факта отравления алкалоидами проводится на основе лабораторных методов анализа (прежде всего химико-токсикологических). Выделение алкалоидов из биологических жидкостей или органов трупа проводится экстракцией этих веществ подкисленным спиртом или подкисленной до рН 2—3 водой с последующим переводом солей алкалоидов в основания и извлечением их органическим растворителем.

Для очистки алкалоидов от сопутствующих веществ широко используются методы хроматографии на бумаге или в тонком слое (см. Хроматография).

Для качественного обнаружения алкалоидов используют реакции осаждения с реактивами, дающими с алкалоидами простые или комплексные малорастворимые соли.

Реакции с общеалкалоидными осадительными реактивами, несмотря на их чувствительность, неспецифичны. Но по отсутствию осадка (или мути) делается заключение об отсутствии алкалоидов. При положительном результате обязательным является проведение специфических реакций на отдельные алкалоиды.

Доказательственное значение придается микрокристаллическим реакциям и микрокристаллоскопическим реакциям в сочетании с их специфическими оптическими свойствами.

В отдельных случаях большую помощь оказывают фармакологические испытания на животных.

Для качественного и количественного определения Алкалоидов широко применяются в химико-токсикологическом анализе спектрофотометрические методы (см. Спектрофотометрия) в сочетании с хроматографией.

Алкалоиды трупные — см. Птомаины.

Библиография: Генри Т. А. Химия растительных алкалоидов, пер. с англ., М., 1956; Орехов А. П. Химия алкалоидон растений СССР, М., 1965, библиогр.; Преображенский Н. А. и Генкин Э. И. Химия органических лекарственных веществ, М. — Л., 1953; Фармакология алкалоидов и сердечных гликозидов, под ред. М. Б. Султанова, Ташкент, 1971; Biosynthese der Alkaloide, hrsg. v. К. Mothesu. H. S. Schiitte, В., 1969, Bibliogr.

А. в судебно-медицинском отношении — Позднякова В. Т. Микрокристал-лоскопический анализ фармацевтических препаратов и ядов, М., 1968; Швайкова М. Д. Судебная химия, М., 1965; Isolation and identification of drugs, ed. by E. G. C. Clarke, L., 1969.

Алкалоиды, общая характеристика

Алкалоиды – это природные азотсодержащие органические соединения основного характера, имеющие сложный состав и обладающие сильным специфическим действием. Большинство их относится к соединениям с гетероциклическим атомом азота в кольце, реже азот находится в боковой цепи. Синтезируются преимущественно растениями.

В переводе термин “алкалоид” (от араб. “alkali” – щелочь и греч. “eidos” – подобный) означает щелочноподобный. Подобно щелочам, алкалоиды образуют с кислотами соли.

В растительном мире распределены неравномерно. В низших растениях их мало. Встречаются в семействе плауновых (плаун-баранец). У злаков и осоковых растений встречаются редко. Наиболее богаты алкалоидами растения семейств маковых, пасленовых, лилейных, мареновых, сельдерейных, амариллисовых, бобовых, лютиковых. В растениях алкалоиды находятся в клеточном соке в растворенном виде. Содержание колеблется от тысячных долей процента до нескольких процентов, а в коре хинного дерева от 15 до 20%.

У некоторых растений алкалоиды содержатся во всех органах (красавка обыкновенная и кавказская), у большинства они преобладают в каком-либо одном органе. Часто у одного растения в разных органах имеется различное число алкалоидов, некоторые органы могут быть безалкалоидными, например) мак опийный во всех органах, кроме семян, содержит алкалоиды. Обычно в растении встречается несколько алкалоидов: в опии, например, 26 алкалоидов, в корнях раувольфии – 35. Редко присутствует в растении один алкалоид.

Факторы, влияющие на накопление алкалоидов.

Обычно богаты алкалоидами растения влажного тропического климата. Теплая погода способствует повышению содержания в растениях алкалоидов, холодная – тормозит, а при заморозках алкалоиды в растении не накапливаются. Например, на Кавказе надземную часть чемерицы после заморозков животные поедают без последующего отравления, а в Средней Азии после заморозков верблюды поедают анабазис. Содержание алкалоидов меняется даже в течение суток. У лобелии одутлой количество их в ночное время на 40% больше, чем в полдень (Г. К. Крейер). Надрезы коробочек опийного мака в вечерние часы дают больший выход опия и содержание в нем алкалоидов выше. Исследования В. С. Соколова показали преимущества сборов солянки Рихтера ранним утром и ночью. Небезразличен для содержания алкалоидов и высотный фактор.

Установлено, что для каждого вида имеются свои оптимальные высоты. У крестовника плосколистного наибольшее количество алкалоидов накапливается на высоте 1800-2000 м над уровнем моря (крестовник встречается в горах на высоте до 2500 м), после чего содержание алкалоидов снижается. Такое явление наблюдается у хинного дерева, красавки, эфедры.

Важным фактором служат почвенные условия. Например, солянка Рихтера, растущая на песках, дает около 1% алкалоидов, а выросшая на глинистой почве содержит лишь их следы. У культивируемых растений отмечается повышение содержания алкалоидов при внесении азотсодержащих удобрений. Имеет значение и внутривидовая (индивидуальная) изменчивость. Наблюдается значительная разница в содержании алкалоидов у растений одного вида, растущих в одинаковых условиях, зависящая от индивидуальных свойств растений.

Колебания в содержании алкалоидов выявляются также при сушке и хранении сырья. При замедленной сушке нестойкие алкалоиды разлагаются. Содержание алкалоидов снижается также при хранении сырья в сырых помещениях.

Биологическая роль алкалоидов.

Окончательно не выяснена. С. Ю. Юнусов (1948) считает, что алкалоиды при дыхании растений окисляются в пероксид, который переходит в оксид алкалоида, а освобождающийся при этом активированный кислород используется растением для дальнейшего фотосинтеза. Алкалоиды подземных частей, по-видимому, регулируют рост и обмен веществ.

В фармакогнозии принята химическая классификация сырья, содержащего алкалоиды, разработанная акад. А. П. Ореховым. В основу классификации положено деление на группы в зависимости от строения углеродного скелета. Из них некоторые группы встречаются редко.

1. Алкалоиды с азотом в боковой цепи – эфедрин из различных видов эфедры, сферофизин из травы сферофизы солонцовой, колхицин и колхамин из клубнелуковиц безвременников.

2. Производные пирролидина и пирролизидина (платифиллин, саррацин, сенецифилллин из крестовника плосколистного и ромболистного).

3. Производные пиридина и пиперидина (анабазин, лобелин) из анабазиса безлистного и лобелии одутлой.

4. Алкалоиды с конденсированными пирролидиновыми и пиперидиновыми кольцами (производные тропана) – гиосциамин, атропин, скополамин из красавки, белены, дурмана.

5. Производные хинолизидина (пахикарпин, термопсин) – софора толстоплодная, термопсис.

6. Производные хинолина – хинин из хинной коры, эхинопсин из плодов мордовника.

7. Производные изохинолина – сальсолин из солянки Рихтера, морфин и папаверин из коробочек мака, алкалоиды чистотела, барбариса, мачка желтого.

8. Производные индола – алкалоиды спорыньи, барвинков, резерпин из корня раувольфии, стрихнин из семян чилибухи, катарантус розовый.

9. Производные пурина – кофеин из листьев чая и семян колы.

10. Стероидные алкалоиды – соласонин паслена дольчатого, алкалоиды чемерицы и др.

В состав алкалоидов в основном входят углерод, водород, азот и кислород; алкалоиды кубышки дополнительно содержат серу.

Большинство алкалоидов, содержащих кислород – бесцветные, оптически активные, кристаллические или аморфные вещества со щелочной реакцией; некоторые алкалоиды окрашены (например, алкалоид берберин из барбариса желтого цвета), без запаха, горького вкуса. Бескислородные алкалоиды – летучие жидкости с неприятным запахом (например, алкалоид никотин из табака, кониин из болиголова).

Алкалоиды-основания, в воде почти нерастворимы; растворяются в спирте, эфире, хлороформе и других органических растворителях. Соли алкалоидов растворимы в воде и спирте, но нерастворимы в органических растворителях. Алкалоиды в растениях находятся в виде солей, связаны с органическими кислотами: щавелевой, лимонной, яблочной, винной. Для мака снотворного характерна меконовая кислота, а для хинной коры – хинная кислота.

Получение алкалоидов проходит три стадии: извлечение из растительного сырья щелочами; очистка полученных извлечений; разделение суммы алкалоидов и очистка алкалоидов. Для выделения или разделения суммы алкалоидов пользуются методом хроматографии на бумаге. Для обнаружения алкалоидов достаточно нанести на полоску фильтровальной бумаги каплю испытуемого раствора и “проявить” соответствующим реактивом.

Для обнаружения алкалоидов применяют реакции, в результате которых образуются осадки или характерное окрашивание.

1. Общие осаждающие реакции. Позволяют установить присутствие алкалоидов даже при незначительном их содержании. Из общих алкалоидных реактивов часто используют следующие: танин, дихлорид ртути, раствор иода в иодиде калия, пикриновую и фосфорномолибденовую кислоты, хлорную платину и золото, соли тяжелых металлов и др.

2. Специальные цветные реакции. Применяют при анализе от дельных алкалоидов – чистых или с очищенными извлечениями. Для этого несколько капель очищенного хлороформного или эфирного извлечения испаряют в фарфоровой чашке, прибавляют к остатку тот или иной реактив; при этом образуется соответствующее окрашивание. В других случаях готовят извлечение (например, из листьев белладонны: 2 г листьев кипятят с 50 мл 1-2% хлористоводородной или уксусной кислоты в течение 10 мин). Извлечение фильтруют и разливают в пробирки. Наиболее распространенные реактивы – концентрированная серная и азотная кислоты, раствор формалина в серной кислоте.

Кроме качественных реакций (осаждающих и цветных), для обнаружения алкалоидов используют люминесцентный анализ. Установлено, что ряд веществ в УФ-лучах дает характерное свечение: например, хинин – синюю флюоресценцию, гидрастин – золотистую.

Среди методов количественного определения алкалоидов в растениях распространены весовой, объемный, физико-химический. Перед количественным анализом алкалоиды выделяют из сырья – либо в виде солей, либо в виде оснований. Для каждого растения разработан специальный метод, указанный в Фармакопее или других руководствах.

Собирают сырье, учитывая его токсичность. Сборщиков сырья должны пре дупреждать о ядовитости растений.

В искусственных сушилках при температуре 50-60°С. Возможна сушка под железной или черепитчатой крышей на чердаках, раскладывая сырье тонким слоем.

С предосторожностью, в сухом хорошо проветриваемом помещении по списку Б. Выделенные алкалоиды – по списку А. Соблюдают сроки годности сырья.

Медицинское значение алкалоидов разнообразно: обезболивающие (препараты мака), кровоостанавливающие (препараты спорыньи), средства для лечения сердечно-сосудистых и нервных заболеваний (препараты крестовника, эфедры) и др.

Пути использования лекарственного сырья.

Растения и сырье, содержащие алкалоиды, применяются в фармации следующим образом. Небольшая часть используется непосредственно в аптеках для изготовления настоев и отваров (термопсис ланцетовидный, спорынья). Часть алкалоидных растений употребляется для производства галеновых препаратов: настоек, экстрактов, новогаленовых препаратов. Из сырья промышленностью выделяются алкалоиды в чистом виде, которые выпускаются в различных формах; таблетки, драже, ампулы. Некоторые алкалоиды используются в сельском хозяйстве, в пищевой промышленности.

Работы в области изучения алкалоидов.

Открытие и изучение новой группы химических веществ – алкалоидов – относится к началу XIX в. Первый алкалоид был открыт Сертюрнером (1806) и назван морфином. Большую роль в открытии алкалоидов сыграли французские фармацевты Сеген, Пелетье, Кавенту. В России в то время не было лаборатории, которая специально занималась бы алкалоидами, но исследования в этой области проводились. Профессор Харьковского университета Ф. И. Гизе (1816) первым выделил из хинной коры алкалоид цинхонин. В 1842 г. А. А. Воскресенский открыл в бобах какао теобромин, а в 1847 г. Ю. Ф. Фритче – гармин.

Большой вклад в исследование строения алкалоидов внес А. Н. Вышеградский – ученик известного русского химика А.М.Бутлерова. В 1889 г. магистр фармации Е. А. Шацкий создал первую монографию об алкалоидах. За период с 1930 по 1950 г. в мире было открыто более 400 алкалоидов.

В 1928 г. в Москве во Всесоюзном научно-исследовательском химико-фармацевтическом институте им. С. Орджоникидзе (ВНИХФИ) был создан отдел химии алкалоидов, который возглавил выдающийся русский ученый акад. А. П. Орехов. Его работы и созданная им школа принесли нашей стране мировую известность. А. П. Орехова по праву называют основоположником химии алкалоидов. Было начато также изучение растений Средней Азии, Сибири и Кавказа с организацией ежегодных экспедиций. Лекарственные растения привозили в отдел химии. Ботаник П. С. Массагетов заготавливал алкалоидные растения Средней Азии, из Сибири растения доставлял фармаколог М. Н. Варлаков, а на Кавказе растения собирал ботаник Л. А. Уткин. Он первым открыл широко известное теперь растение крестовник. За одно десятилетие сотрудниками школы А. П. Орехова было обследовано на содержание алкалоидов более 900 растений; из них 152 оказались алкалоидоносными. Первый алкалоид, открытый в нашей стране – анабазин. В настоящее время центром по изучению алкалоидных растений является Ташкентский институт химии растительных веществ, где работали акад. А. С. Садыков и C. Е. Юнусов – ученики А. П. Орехова. Последователь А. П. Орехова Г. В. Лазурьевский (Молдова) изучает алкалоиды растений семейства осоковых, производных индола. Широко известны работы Р. А. Коноваловой, Г. П. Меньшикова, А. Д. Кузовкова, Н. Ф. Проскурниной, М. С. Рабиновича.

За последние годы большая работа по изучению алкалоидоносных растений проводится во многих фармацевтических вузах и факультетах (Пятигорск, Москва, Ташкент, Баку). В ВИЛАРе алкалоиды плодотворно исследовали А. И. Баньковский. в БИНе (С.-Петербург) – В. С. Соколов. Успешно изучают алкалоиды грузинские ученые, а также ученые зарубежных стран.

Алкалоид – органическое азотистое соединение, которое производят некоторые растения. Эти соединения вызывают различные физиологические эффекты, которые являются основой таких лекарств, как кокаин и морфин .

Алкалоиды являются вторичными метаболитами растений, которые синтезируются аминокислотами. Таким образом, алкалоид – это химическое соединение, в котором содержится азот, образующийся в результате метаболизма аминокислоты. Когда его происхождение отличается, его называют псевдоалкалоидом .

Оказывая влияние на центральную нервную систему, алкалоиды могут отравить человека. Поэтому, учитывая, что они присутствуют в овощах, возможно, что отравления происходят случайно, когда человек принимает пищу, свойства которой неизвестны.

Важно понимать, что большинство алкалоидов происходят из растительного мира; настолько, что примерно 10% всех видов растений имеют алкалоиды . В некоторых случаях эти соединения появляются во всех частях растения, как это происходит с тисом (научное название Taxus bacata ), деревом, которое высоко ценится птицами, из которого можно использовать только его арил в качестве пищи. неядовитая часть.

В других растениях алкалоиды обычно присутствуют только в некоторых из следующих частей, или они изобилуют пропорционально другим:

* листья : чай ( Camellia sinensis ) и табак ( Nicotiana tabacum ) – это всего лишь два примера из многих овощей, в которых алкалоиды находятся в большей пропорции в листьях, чем в остальной части тела;

* семена : в этом случае некоторые из растений, которые представляют алкалоиды в семенах, являются кофеином ( Coffea arabica ) и стрихнином из орехового ореха, разновидностью большого дерева, которое было известно в Европе в 1500 и началось используется как яд;

* корни : в аконите ( Aconitum napellus ), в атропине, который обычно появляется в белладонне ( Atropa Belladona ), и в питолацине, который встречается в карминовой траве ( Phytolacca americana ), мы можем видеть три случая растений, которые имеют алкалоиды в корни;

* фрукты : наконец, фрукты упомянутой белладонны, ягоды и болиголова ( Conium maculatum ) имеют хорошую концентрацию алкалоидов.

Прежде чем сосредоточиться на возможных эффектах алкалоидов в нашем организме, необходимо понять, что растения применяют их для различных функций, которые можно условно разделить на три группы: защитные (они используют эти соединения, чтобы защитить себя от нападений животных ); гормональный (аналогично тому, что происходит у животных с адреналином, например); аллелопатический (для положительного или отрицательного влияния на другие растения, в зависимости от ситуации).

Алкалоиды являются психоактивными : поэтому они способствуют ослаблению боли и лечению психических расстройств. Помимо использования в медицине, алкалоиды также используются в нетерапевтических целях, подвергая риску здоровье .

Алкалоид может вызвать зависимость у человека, которая даже претерпевает физические и психологические изменения, не употребляя ее (так называемый абстинентный синдром). В некоторых случаях, как и в случае с кокаином, вызываемая им зависимость очень сильна, а последствия для здоровья очень вредны для потребления. В других продуктах эффекты незначительны, как в случае с кофеином .

Важно помнить, что алкалоиды сами по себе не являются вредными или полезными, а зависят от того, какое использование они дают. Например, морфин очень важен для подавления боли после операции или в то время, когда пациент страдает от рака, но он также может вызывать почечную недостаточность или панкреатит при злоупотреблении им.

Алкалоиды

Алкалоиды представляют собой группу встречающихся в природе химических соединений, содержащих в основном азотистые основания. Эта группа также включает в себя некоторые родственные соединения с нейтральными и даже слабо кислотными свойствами. Некоторые синтетические соединения аналогичной структуры также называют алкалоидами. 1) Помимо углерода, водорода и азота, алкалоиды могут также содержать кислород, серу, и реже, другие элементы, такие, как хлор, бром и фосфор.

Алкалоиды производит большое разнообразие организмов, включая бактерии, грибы, растений и животных. Они могут быть очищены из неочищенных экстрактов этих организмов путем кислотно-щелочной экстракции. Алкалоиды имеют широкий спектр фармакологической активности, включая противомалярийную (например, хинин), антиастматическую (например, эфедрин), противоопухолевую (наприме, гомогаррингтонин), холиномиметическую (например, галантамин), вазодилатационную (например, винкамин), антиаритмическую (например, квинидин), обезболивающую (например, морфин), антибактериальную (например, хелеритрин), и антигипергликемическую активность (например, пиперин). Многие из них нашли применение в традиционной или современной медицине или в качестве отправной точки для обнаружения новых лекарственных веществ. Другие алкалоиды обладают психотропными (например, псилоцин) и стимулирующими свойствами (например, кокаин, кофеин, никотин, теобромин), и используются в энтеогенных ритуалах или в качестве рекреационных наркотиков. Алкалоиды могут быть слишком токсичными (например, атропин, тубокурарин). 2) Несмотря на то, что алкалоиды воздействуют на разнообразие метаболических систем в организме человека и других животных, все из них имеют горький вкус. Граница между алкалоидами и другими азотсодержащими природными соединениями не ясно очерчена. Соединения, такие как аминокислотные пептиды, белки, нуклеотиды, нуклеиновые кислоты, амины и антибиотики, обычно не называют алкалоидами. Природные соединения, содержащие азот в экзоциклической позиции (мескалин, серотонин, дофамин и т.д.), как правило, классифицируются как амины, а не как алкалоиды. Некоторые авторы, однако, считают алкалоиды частным случаем аминов. 3)

Наименование

Название «алкалоиды» было введено в 1819 году немецким химиком Карлом Фридрихом Вильгельмом Мейсснером, и происходит оно от позднего латинского корня alkali – щелочь (который, в свою очередь, происходит от арабского al-qalwī – «пепел растения») и греческого суффикса οειδής – как. Тем не менее, этот термин пришел в широкое употребление только после опубликования обзорной статьи Оскара Якобсена в химическом словаре Альберта Ладенбурга в 1880-е годы. 4) Не существует уникального метода наименования алкалоидов. Многие отдельные названия образуются путем добавления суффикса «ин» к названию вида или рода. Например, атропин выделен из растения белладонны, стрихнин получают из семян рвотного ореха (чилибуха). Если несколько алкалоидов извлекаются из одного растения, то их названия часто содержат суффиксы «идин», «анин», «алин», «инин» и т.д. Кроме того, существует, по меньшей мере, 86 алкалоидов, чьи названия содержат корень «вин», потому что они выделяются из растений из рода барвинок, таких как катарантус розовый 5) ; они называются алкалоидами барвинка.

История

Содержащие алкалоиды растения используются людьми с древних времен в лечебных и рекреационных целях. Например, лекарственные растения были известны в Месопотамии, по меньшей мере, около 2000 г. до н. э. 6) В «Одиссее» Гомера говорится о даре, данной Елене египетской царицей, о веществе, дарующем забвение. Считается, что этот дар был опиум-содержащим лекарственным средством. 7) В китайской книге о комнатных растениях, написанной в 1-3 веках до нашей эры, упоминается о медицинском применении эфедры и опийного мака. Кроме того, листья коки используются южноамериканскими индейцами с древних времен. Экстракты из растений, содержащих токсичные алкалоиды, такие как аконитин и тубокурарин, использовались с древних времен для отравления стрел. Исследования алкалоидов начались в 19 веке. В 1804 году немецкий химик Фридрих Сертюрнер изолировал из опия «снотворное составляющее» (лат: principium somniferum), которое он назвал «morphium» в честь Морфея, греческого бога сновидений; на немецком и некоторых других центрально-европейских языках, это вещество называют так до сих пор. Термин «морфин», используемый в английском и французском языках, был дан французским физиком Жозефом Луи Гей-Люссаком. Значительный вклад в химию алкалоидов в первые годы её развития внесли французские исследователи Пьер Жозеф Пеллетье и Жозеф Бьенеме Каванту, обнаружившие хинин (1820 г.) и стрихнин (1818 г.). Несколько других алкалоидов были обнаружены примерно в это же время, в их числе ксантин (1817), атропин (1819), кофеин (1820 г.), кониин (1827), никотин (1828), колхицин (1833), спартеин (1851) и кокаин (1860 г.). 8) Первый полный синтез алкалоида был совершен в 1886 году немецким химиком Альбертом Ладенбургом. Он произвел кониин путем взаимодействия 2-метилпиридина с ацетальдегидом и восстановлением полученного 2-пропенил пиридина с натрием. Развитие химии алкалоидов было ускорено с появлением спектроскопических и хроматографических методов в 20-м веке, так что к 2008 году было выявлено более 12000 алкалоидов.

Классификация

По сравнению с большинством других классов природных соединений, алкалоиды характеризуются большим структурным разнообразием. Не существует единой классификации алкалоидов. Первые методы классификации исторически объединяли алкалоиды с общим природным источником, например, определенным видом растений. Эта классификация была оправдана отсутствием знаний о химическом строении алкалоидов и теперь считается устаревшей. Более поздние классификации основаны на сходстве углеродного скелета (например, индольные, изоквинолиновые и пиридиновые алкалоиды) или биохимического предшественника (орнитин, лизин, тирозин, триптофан и др.). Однако, такая классификация требует компромиссы в пограничных делах; например, никотин содержит фрагмент пиридина из никотинамида и пирролидина из орнитина, и, следовательно, может быть отнесен к обоим классам. Алкалоиды часто делят на следующие основные группы: 9)

Некоторые алкалоиды не имеют характеристику углеродного скелета своей группы. Так, галантамин и гомоапорфины не содержат изоксинолиновый фрагмент, но, вообще говоря, относятся к изохинолиновым алкалоидам.

Свойства

Большинство алкалоидов содержат кислород в своей молекулярной структуре; такие соединения, как правило, бесцветные кристаллы в комнатных условиях. Бескислородные алкалоиды, такие как никотин или кониин, как правило, летучие, бесцветные, маслянистые жидкости. 11) Некоторые алкалоиды окрашены, как берберин (желтый) и сангвинарин (оранжевый). Большинство алкалоидов являются слабыми основаниями, а некоторые, такие как теобромин и теофиллин, являются амфотерными. Многие алкалоиды плохо растворяются в воде, но легко растворяются в органических растворителях, таких как диэтиловый эфир, хлороформ или 1,2-дихлорэтан. Кофеин, кокаин, кодеин и никотин слегка растворимы в воде (с растворимостью ≥1 г / л), в то время как другие, включая морфин и йохимбин, очень незначительно водорастворимы (0,1-1 г / л). Алкалоиды и кислоты образуют соли различной силы. Эти соли, как правило, свободно растворимы в воде и этаноле и плохо растворимы в большинстве органических растворителей. Исключения составляют скополамин гидробромид, который растворяется в органических растворителях, а также водорастворимый сульфат хинина. Большинство алкалоидов имеют горький вкус или ядовиты при попадании в организм. Растения начали производить алкалоиды, по-видимому, в ответ на поедание их травоядными животными; тем не менее, некоторые животные развили способность детоксифицировать алкалоиды. Некоторые алкалоиды могут вызывать дефекты развития у потомства животных, которые их потребляют, но не могут детоксифицировать алкалоиды. Одним из примеров является алкалоид циклопамин, производимый в листьях вьюнка полевого. В течение 1950-х годов, до 25% ягнят, рожденных от овец, которые паслись на полях с вьюнком, имели серьезные деформации морды. Наблюдались деформированные челюсти и даже циклопия. После десятилетий исследований, в 1980-х годах, было идентифицировано соединение, отвечающее за эти уродства, алкалоид 11-деоксижервин, позже переименованный в циклопамин. 12)

Распространение в природе

Алкалоиды создаются в различных живых организмах, особенно высших растений – примерно от 10 до 25% растений содержат алкалоиды. 13) Таким образом, в прошлом термин «алкалоид» был связан с растениями. Содержание алкалоидов в растениях, как правило, составляет несколько процентов и является неоднородным в тканях растений. В зависимости от типа растений, максимальная концентрация наблюдается в листьях (черная белена), плодах или семенах (рвотный орех), корне (раувольфия змеиная) или коре (хинин). Кроме того, в различных тканях одних и тех же растений могут содержаться различные алкалоиды. Помимо растений, алкалоиды содержатся в некоторых видах грибов, таких как псилоцибин в грибах из рода Psilocybe, и у животных, например, буфотенин в коже некоторых жаб. Многие морские организмы также содержат алкалоиды. Некоторые амины, такие как адреналин и серотонин, которые играют важную роль в организмах высших животных, похожи на алкалоиды по своей структуре и биосинтезу, и иногда их также называют алкалоидами.

Экстрагирование

Из-за структурного разнообразия алкалоидов, не существует единого метода выделения их из природного сырья. В большинстве методов используются свойства большинства алкалоидов растворяться в органических растворителях, но не в воде, и противоположная тенденция у их солей. Большинство растений содержат несколько алкалоидов. Смесь этих алкалоидов экстрагируют, а затем разделяют на отдельные алкалоиды. 14) Растения тщательно измельчают до экстракции. Большинство алкалоидов присутствуют в растениях в виде солей органических кислот. Экстрагируемые алкалоиды могут остаться в виде соли или превратиться в основания. Щелочная экстракция достигается за счет обработки сырья с щелочными растворами и экстрагирования основания алкалоида с использованием органических растворителей, таких, как 1,2-дихлорэтан, хлороформ, диэтиловый эфир или бензол. Затем примеси растворяют слабыми кислотами; это преобразует основания алкалоидов в соли, которые смываются водой. При необходимости, водный раствор солей алкалоидов снова подщелачивают и обрабатывают органическим растворителем. Процесс повторяется до тех пор, пока не будет достигнута желаемая чистота. В ходе кислотной экстракции, растительное сырье обрабатывается слабым кислотным раствором (например, уксусной кислоты в воде, этаноле или метаноле). Затем добавляется основание для преобразования алкалоидов в форму основания, которые извлекаются при помощи органического растворителя (если проводить экстракцию с алкоголем, он сначала удаляется, а остаток растворяется в воде). Раствор затем очищают. Алкалоиды отделяются от их смеси с использованием их различной растворимости в определенных растворителях и различной реакционной способностью с определенными реагентами или же путем перегонки. 15)

Биосинтез

Биологическими предшественниками большинства алкалоидов являются аминокислоты, такие как орнитин, лизин, фенилаланин, тирозин, триптофан, гистидин, аспарагиновая кислота и антраниловая кислота. 16) Никотиновая кислота может быть синтезирована из триптофана или аспарагиновой кислоты. Пути биосинтеза алкалоидов слишком многочисленны и их сложно классифицировать. Тем не менее, существует несколько типичных реакций, участвующих в биосинтезе различных классов алкалоидов, включая синтез Шиффа и реакции Манниха.

Синтез Шиффа

Основания Шиффа могут быть получены с помощью реакции аминов с кетонами или альдегидами. Эти реакции являются обычным способом получения C = N связей. 17) В биосинтезе алкалоидов, такие реакции могут иметь место в пределах молекулы, например, как в синтезе пиперидина.

Реакция Манниха

Неотъемлемым компонентом реакции Манниха, помимо амина и карбонильного соединения, является карбанион, который играет роль нуклеофила в нуклеофильном присоединении к иону, образованному в результате реакции амина и карбонила. Реакция Манниха может протекать как межмолекулярно, так и внутримолекулярно.

Димерные алкалоиды

Помимо описанных выше мономерных алкалоидов, существуют также димерные и даже тримерные и тетрамерные алкалоиды, которые образуются при конденсации двух, трех и четырех мономерных алкалоидов. Димерные алкалоиды обычно образуются из мономеров одного и того же типа через следующие механизмы: 18)

Биологическая роль

Роль алкалоидов для живых организмов, которые их производят, до сих пор не ясна. Первоначально предполагалось, что алкалоиды являются конечными продуктами метаболизма азота в растениях, как мочевина у млекопитающих. Позже было показано, что концентрация алкалоида изменяется с течением времени, и эта гипотеза была опровергнута. Большинство известных функций алкалоидов связаны с защитой. Например, апорфиновый алкалоид лириоденин, производимый растением лириодендрон тюльпанный из паразитических грибов. Кроме того, наличие алкалоидов в растении предотвращает его поедание насекомыми и хордовыми животными. Тем не менее, некоторые животные адаптируются к алкалоидам и даже могут использовать их в своем собственном метаболизме. Такие связанные с алкалоидами вещества, как серотонин, допамин и гистамин, являются важными медиаторами у животных. Алкалоиды также могут регулировать рост растений. Другим примером организма, который использует алкалоиды для защиты, является бабочка медведица красивая (Utetheisa ornatrix). Благодаря пирролизидиновым алкалоидам, личинки и взрослые бабочки неприятны для многих их естественных врагов, таких как божьи коровки, зеленые златоглазки, насекомоядные полужесткокрылые клопы и насекомоядные летучие мыши. 19)

Применение

В медицине

Медицинское использование растений, содержащих алкалоиды, имеет длинную историю, и, таким образом, когда первые алкалоиды были выделены в 19 веке, они сразу же нашли применение в клинической практике. Многие алкалоиды до сих пор используются в медицине, как правило, в форме солей, включая следующие:

Читайте также:  Алкоголизм это болезнь или вредная привычка
Ссылка на основную публикацию