Алкалоиды

Получение и применение

В растительности алкалоидные соединения находятся в солевой форме или форме органических кислот. Все методы их выделения основаны на превращении органических солей в неорганические соли серной и соляной кислот. Затем происходит воздействие гидроокиси натрия или кальция для получения алкалоидов с примесями. Чтобы получить чистые вещества, необходимо перекристаллизовать или перегнать полученные в ходе реакций смеси. Для разделения совокупности алкалоидных разновидностей используется хроматографический метод на бумаге.

Эти вещества находят применение в фармацевтической, медицинской, сельскохозяйственной и пищевой промышленности. Значительная часть идет на изготовление лекарственных препаратов.

Использование алкалоидов на лекарственные нужды происходит в разных формах:

• Небольшой объем исходных материалов употребляется в аптечных пунктах для приготовления настоев и отваров.
• Другая часть уходит на выпуск галеновых средств.

Алкалоиды

Алкалоиды в чистом виде поступают на нужды медицинской сферы, где ценится высокая биодоступность алкалоидных солевых форм. Они характеризуются свойством растворимости и легкого проникновения в тканевые и клеточные структуры организма.

Алкалоиды вызывают такие реакции при нужной дозировке:

• обезболивание (маковые средства);
• задержка кровотока (спорынья);
• действие на нервную и сердечно-сосудистую систему (средства из крестовника, эфедры);
• увеличение тонуса.

Алкалоиды в растениях отличаются своей противоречивостью. Одни вещества могут быть ядовитыми, а другие полезными. Избирательность их воздействия на органы человека разнится. Некоторые возбуждают нервные окончания, а другие, наоборот, ослабляют.

Наши любимые напитки как источник алкалоидов

Среди людей много любителей чая и кофе. Употребляя их, мы не всегда задумываемся, откуда берется бодрость после их применения. Нас тянет к тонизирующим напиткам, они придают нам сил. И все это из-за кофеина. И чем напиток ароматнее, тем больше в нем кофеина.

Чай содержит от 1 до 4% кофеина. Чем позже собраны чайные листочки, тем большее содержание в них алкалоида. Есть сорта чая, где кофеина даже больше, чем в кофе. Если есть проблемы с сердцем, то меньше всего возбуждающего вещества в парагвайском чае матэ, затем идут цейлонский и европейский чай. А самый богатый в процентном соотношении китайский чай. Делайте выводы.

Многие из нас, особенно молодежь, являются фанатами кока-колы. Она содержит не только кофеин, но и теобромин. За счет этого активируется сердечная и нервная деятельность, возбуждение нервной системы. Мы любим шипучий напиток за то, что он помогает нам быть активнее и веселее смотреть на жизнь.

Кофеин придает горький привкус кофе. На самом деле его состав довольно сложен, но нас интересует жизненная энергия, а значит, и стимулирующий алкалоид. Процентное содержание разных видов кофе (в расчете на сухое вещество):

• Арабика 0,6 – 1,2.
• Робуста 1,8 – 3.
• Либерика – 1,2 – 1,5.

Количество кофеина напрямую зависит от сорта. Когда оценивается качество сырья, не последнюю роль уделяют его содержанию.

Образование алкалоидов связано с разложением аминокислот. Растение – основной источник АЦС, но не единственный. Например, тропические лягушки тоже способны вырабатывать свой особый алкалоид. У человека вырабатываются вещества, похожие по составу на алкалоиды, но имеющие гормональную природу: серотонин и адреналин.

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:

• Аймалин – антиаритмический алкалоид
• Атропин, скополамин, гиосциамин – антихолинергические средства
• Кофеин – стимулятор, антагонист аденозинового рецептора
• Кодеин – лекарство от кашля, обезболивающее
• Колхицин – средство от подагры
• Эметин – антипротозойный препарат
• Алкалоиды спорыньи – симпатомиметические, сосудорасширяющие, антигипертензивные средства
• Морфий – анальгетик
• Никотин – стимулятор, агонист никотинового ацетилхолинового рецептора
• Физостигмин – ингибитор ацетилхолинэстеразы
• Хинидин – антиаритмическое средство
• Хинин – жаропонижающие, противомалярийное средство
• Резерпин – гипотензивное вещество
• Тубокурарин – мышечный релаксант
• Винбластин, винкристин – противоопухолевые средства
• Винкамин – сосудорасширяющее, антигипертензивное средство
• Йохимбин – стимулирующее, возбуждающее средство

Многие синтетические и полусинтетические препараты являются структурными модификациями алкалоидов, которые были разработаны, чтобы улучшить или изменить основной эффект препарата и уменьшить нежелательные побочные эффекты. Например, налоксон, антагонист опиоидных рецепторов, является производным тебаина, который присутствует в опиуме.

В сельском хозяйстве

До разработки широкого спектра относительно малотоксичных синтетических пестицидов, некоторые алкалоиды, такие как соли никотина и анабазина, использовались в качестве инсектицидов. Их использование было ограничено их высокой токсичностью для человека.

Использование в качестве психотропных препаратов

Препараты растений, содержащих алкалоиды и их экстракты, а позже – чистые алкалоиды, уже давно начали использоваться в качестве психотропных веществ. Кокаин, кофеин и катинон являются стимуляторами центральной нервной системы. Мескалин и многие индольные алкалоиды (например, псилоцибин, диметилтриптамин и ибогаин) имеют галлюциногенный эффект. Морфин и кодеин – это сильные наркотические обезболивающие.
Существуют алкалоиды, которые не имеют сильных психоактивных свойств сами по себе, но являются предшественниками для полусинтетических психоактивных веществ. Например, эфедрин и псевдоэфедрин используются для производства меткатинона и метамфетамина. Тебаин используется в синтезе многих обезболивающих, таких как оксикодон.

Список алкалоидов

Читать еще: Алимта (Пеметрексед) , Габапентин , Калий (хлорид калия) , Окрелизумаб , Эвольвулус (Эвольвулус алзиновидный) ,

Список использованной литературы:

Robert Alan Lewis. Lewis’ dictionary of toxicology. CRC Press, 1998, p. 51 ISBN 1-56670-223-2

Robbers JE, Speedie MK and Tyler VE (1996). «Chapter 9: Alkaloids». Pharmacognosy and Pharmacobiotechnology. Philadelphia: Lippincott, Williams & Wilkins. pp. 143–185. ISBN 068308500X

Aniszewski, p. 110

Oscar Jacobsen, «Alkaloide» in: Ladenburg, Handwörterbuch der Chemie (Breslau, Germany: Eduard Trewendt, 1882), vol. 1, pp. 213–422

Hesse, p. 7

Aniszewski, p. 182

Hesse, p. 338

Hesse, pp. 313–316

Hesse, p. 12

Dewick, p. 382

Grinkevich, p. 131

Thomas Acamovic, Colin S. Stewart, T. W. Pennycott (2004). Poisonous plants and related toxins, Volume 2001. CABI. p. 362. ISBN 0-85199-614-0.

Orekhov, p. 11

Grinkevich, p. 132

Grinkevich, pp. 134–136

Plemenkov, p. 253

Dewick, p. 19

Hesse, pp. 91–105

W.E. Conner (2009). Tiger Moths and Woolly Bears—behaviour, ecology, and evolution of the Arctiidae. New York: Oxford University Press. pp. 1–10. ISBN 0195327373

Dewick, p. 335

György Matolcsy, Miklós Nádasy, Viktor Andriska Pesticide chemistry, Elsevier, 2002, pp. 21–22 ISBN 0-444-98903-X

Geoffrey A. Cordell The Alkaloids: Chemistry and Biology. Vol. 56, Elsevier, 2001, p. 8, ISBN 978-0-12-469556-6.

Veselovskaya, pp. 51–52

Алкалоиды

Понятие алкалоиды не является очень строгим. Принято называть алкалоидами азотсодержащие органические соединения гетероциклического строения, обладающие ярко выраженным физиологическим действием на организм человека и животных.

Большинство алкалоидов обладает очень сложным строением; так, ниже приведена формула резерпина — алкалоида раувольфии, одного из средств против гипертонической болезни. Строение его установлено Шлиттером, а стереонаправленный синтез осуществлен Вудвардом (1960). Резерпин содержит шесть асимметрических атомов углерода и соответственно может иметь 64 изомера, из которых фармакологическим действием обладает только один:

Лечебные и ядовитые свойства экстрактов многих растений были известны еще в глубокой древности. Строение первого алкалоида — кониина — было установлено в 1886 г., и после этого развитие химии алкалоидов пошло вперед гигантскими шагами.

Алкалоиды являются продуктами обмена веществ в растениях. Наиболее богаты алкалоидами двудольные растения, а среди них семейства маковых, сложноцветных, лютиковых, пасленовых и мареновых.

Выделение алкалоидов в чистом виде обычно является весьма трудной задачей. В настоящее время уже редко используют классические методы раскристаллизации, которые часто не приводят к успеху из-за сложности смеси алкалоидов, получаемой при первичной экстракции растительной массы. Как правило, для разделения смесей алкалоидов теперь широко применяют разные виды хроматографии, в том числе и ионообменную, противоточное распределение, препаративную газожидкостную хроматографию, жидкостную хроматографию высокого давления и другие методы современной аналитической органической химии.

Так как обычно в одной группе растений содержатся алкалоиды, близкие по структуре, то классификация алкалоидов проводится, как правило, по группе растений, в которых они имеются. Например, алкалоиды болиголова, алкалоиды арековой пальмы, алкалоиды пасленовых, алкалоиды кока, алкалоиды опия и т. д. В настоящее время выделено и охарактеризовано уже более 2000 алкалоидов. Ниже рассмотрены лишь некоторые алкалоиды с наиболее простым строением в порядке возрастающей сложности молекул.

Гигрин. Это один из простейших алкалоидов, он выделен из листьев южноамериканского растения кока. Гигрин — производное пирроли- дина — гидрирован нот пиррола. В больших дозах он токсичен, в малых обладает стимулирующим действием общего типа:

КОНИИН. Относящийся к классу пиперидина — гидрированного пиридина — кониин является основным алкалоидом болиголова и цикуты; он очень токсичен и поэтому не употребляется в качестве лечебного средства:

Никотин. Основной алкалоид табака — никотин, он содержится в листьях табака (до 8%). Очень токсичен, но применяется в качестве контактного инсектицида (см. гл. 26):

Анабазин. Основной алкалоид ежовника безлистного, произрастающего в Средней Азии. Как и никотин, сильно токсичен, но тоже применяется в качестве контактного инсектицида (см. гл. 26):

Атропин. Алкалоид беладонны, дурмана и белены. Несмотря на исключительно высокую токсичность, широко применяется в медицине, в частности в глазной практике, так как обладает способностью расширять зрачок. Атропин, как и ниже рассмотренный кокаин, является производным тропана:

Кокаин. Один из основных алкалоидов кока — кокаин — был первым из открытых местнообезболивающих и наркотических средств. Противопоказания при его применении в медицине обусловливаются его способностью вызывать наркоманию из-за привыкания организма.

Морфии. Основной алкалоид опия — морфин — добывается из недозревших семян мака. Как и кокаин, является прекрасным анестетиком (обезболивающим препаратом), но также вызывает наркоманию.

Гидрохлорид диацетильного производного морфина — ? героин» — наиболее широко применяемый наркотик.

Хинин. Хинин был выделен из коры хинного дерева в 1820 г. В его состав входят ядра двух гетероциклов: хинолина и хинуклидина. До сих пор хинин является одним из лучших лекарственных средств против малярии:

Колхицин

выделен из безвременника. Он широко используется в селекции растений как сильнейший мутант, вызывающий полиплодие. Колхицин используется при лечении подагры, очень ядовит.

Химический состав молекул

По своей химической природе данные вещества — это азотсодержащие органические соединения, которые содержат атомы азота в сложных гетероциклах, соединенных между собой разными типами связей и взаимодействий.

Из растений они выделяются в составе солей некоторых кислот:

• яблочной;
• винной;
• щавелевой;
• уксусной и других.

Если чистое вещество отделить от соли, то можно получить алкалоид в виде твердого кристаллического порошка, а можно в виде жидкой структуры (никотин). И в том и в другом случае — это щелочное соединение, проявляющее соответствующие химические свойства.

То есть химия алкалоидов известна и изучена. Так, например, определены методы, при помощи которых можно выделять их из растительного сырья. Они базируются на растворимости солей алкалоидов в воде, так как в чистом виде данные соединения в воде почти нерастворимы, но зато прекрасно делают это в органических растворителях.

Ряд реакций, при помощи которых происходит выделение и изучение таких соединений, носят название алкалоидных.

1. Осаждение. Реакции, основанные на образовании нерастворимой соли алкалоида, которая выпадает в осадок. Это можно осуществить, если использовать следующие компоненты: таннин, пикриновую кислоту, фосфорновольфрамовую или молибденовую кислоты.
2. Осаждение. Реакции, основанные на формировании сложных комплексных солей с участием алкалоидных соединений. Реактивы: хлорид ртути, йодид калия или висмута.
3. Окрашивание. При этих реакциях вид алкалоида меняется и он становится заметен в общем составе. Принцип действия — влияние на гетероциклы, появление окраски. Реактивы: азотная, серная кислоты, гидроксид меди (II) свежеосажденный.

Часто реакции окрашивания не дают точных результатов, так как гетероциклический состав алкалоидов схож с таковым у белковых молекул. Поэтому они дают одинаковый эффект.

Нахождение в природе

Не все растения содержат эти вещества. Закономерности нахождения для них не характерно. Алкалоиды пребывают в клеточном соке.

Семейства растений, для которых характерно наличие этих веществ делятся на три категории:

• 1 категория — насчитывают более 20% родов алкалоидных растений.
• 2 категория — включают 10-20% родов алкалоидных растений.
• 3 категория — насчитывают 1-10% родов алкалоидоносных растений.

Особо богатыми алкалоидными группами являются двудольные растения. Для низших растений характерно минимальное содержание алкалоидных веществ. Максимальным содержанием отличаются покрытосеменные растения, а именно Маковые, Пасленовые, Бобовые, Мареновые, Лютиковые, Логаниевые семейства. Водоросли, мхи, грибы, голосеменные почти не содержат эти вещества. В папоротниковых и хвойных семействах, также, алкалоиды практически отсутствуют. Злаковые и осоковые виды содержат эти вещества изредка.

Дурман

В траве алкалоиды фигурируют в виде солевых соединений. Бывает так, что эти соединения доминируют в каком-нибудь органе растения. Либо распределяются равномерно по всей структуре. В растениях могут иметься разнообразные алкалоиды. Изредка находится растение, характеризующееся наличием одного алкалоида.

Препараты из растений, содержащих алкалоиды

Существует большой список растений, которые содержат алкалоиды. Они могут быть ядовитыми, но в то же время считаются прекрасными лекарственными средствами.

Крестовник плосколистный

Широко распространенным на Кавказе является Крестовник плосколистный.
Из него выделяют такие алкалоиды:

• платифилин;
• сенецифиллин.

Из них изготавливаются препараты, оказывающие воздействие на центральную нервную систему (Тепафиллин, Палюфин, Плавефин). Они характеризуются спазмолитическими и успокаивающими качествами.

Другим видом, произрастающим на Кавказе, а также в Крыму, Карпатах, является Красавка обыкновенная. В ней накапливаются атропин, белладонин.
Эти алкалоиды обладают следующими свойствами:

• усиление работы нервной системы;
• увеличение активности мозга и физической активности;
• спазмолитическое действие;
• понижение болевого синдрома.

Из нее производят лекарственные средства — Атропина сульфат, Бесалол, Бекарбон, Беллоид.

В сибирской земле растет Термопсис ланцетный, который отличается огромным составом алкалоидных соединений. Из него изготавливают отхаркивающие лекарства (Цититон) и средство для отказа от табакозависимости (Табекс).

В тропической и субтропической полосе можно встретить Стефанию гладкую, в корнях и клубнях которой находится около 6-8% алкалоидов. Из них производят Гиндарин гидрохлорид, Стефаглабрин сульфат, употребляемые при нервных расстройствах.

Мак снотворный

В азиатских государствах возводится Мак снотворный, в котором накапливаются 20 алкалоидов (морфин, кодеин, папаверин и др.). Они служат для получения анальгетиков с наркотическим действием при возникновении боли — Морфина гидрохлорид, Омнопон.

В повседневной жизни человек также употребляет алкалоидные вещества, когда пьет чай, кофе. В чае содержится 1-4% кофеина, относящийся к соединениям возбуждающего действия. Сорт кофе обусловлен наличием кофеина. При употреблении разнообразных сортов кофе организм получает стимулирующее воздействие.

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. 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.

Распространение в природе

Алкалоиды создаются в различных живых организмах, особенно высших растений – примерно от 10 до 25% растений содержат алкалоиды. 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.

Историческая справка.

Начало химии алкалоидов обычно относят к 1803, когда Л.-Ш.Деронь выделил из опиума – высохшего на воздухе млечного сока снотворного (опийного) мака Papaver somniferum – смесь алкалоидов, которую он назвал наркотином. Затем в 1805 Ф.Сертюрнер сообщил о выделении морфина из опиума. Он приготовил несколько солей морфина и показал, что именно морфином обусловливается физиологическое действие опиума. Позднее (1810) Б.Гомес обработал спиртовый экстракт коры хинного дерева щелочью и получил кристаллический продукт, который назвал «цинхонино». П.Пельтье и Ж.Кавенту на фармацевтическом факультете Сорбонны (1820) выделили из «цинхонино» два алкалоида, названные хинином и цинхонином. Позднее исследователи получили более двух десятков оснований из экстрактов коры хинного дерева и растений рода ремиджия (Remijia) сем. мареновых. Между 1820 и 1850 было выделено и описано большое число алкалоидов новых разнообразных типов. Среди них аконитин из растений рода аконит (Aconitum, борец) – одно из наиболее токсичных веществ растительного происхождения; атропин – оптически неактивная форма гиосциамина и мощное мидриатическое средство (даже 4Ч10–6г вызывают расширение зрачка); колхицин – алкалоид безвременника осеннего, применяемый при лечении подагры; кониин представляет особый исторический интерес, поскольку именно он стал орудием казни Сократа в 399 до н.э., когда великий философ был вынужден выпить чашу с настоем болиголова (Conium maculatum); кодеин – близкий к морфину алкалоид, являющийся ценным обезболивающим и противокашлевым средством; пиперин – алкалоид черного перца (Piper nigrum); берберин – алкалоид из корней барбариса обыкновенного (Berberis vulgaris); стрихнин – очень ядовитый алкалоид, содержащийся в семенах чилибухи (Strychnos nux-vomica) и используемый при некоторых сердечных болезнях и для истребления грызунов; эметин содержится в корне ипекакуаны (Cephaelis ipecacuanha, рвотный корень) – рвотное и противопротозойное средство, применяется для лечения амебной дизентерии; кокаин содержится в листьях тропических растений рода Erythroxylum, главным образом в коке (E. coca), используется в медицине как местноанестезирующее средство: