Классификация и свойства алкалоидов

метки: Алкалоид, Группа, Соединение, Растение, Никотин, Наоборот, Применение, Стрихнин

Содержание

Введение

Глава 1. Классификация алкалоидов и свойства алкалоидов

1.1 Классификация алкалоидов

1.2 Свойства алкалоидов

Глава 2. Распределение в природе и применение алкалоидов

2.1 Распределение алкалоидов в природе

2.2 Применение алкалоидов

Заключение

Список литературы

Введение

Издревле человек применял свойства алкалоидов в медицинских целях (не только как лекарственные средства, но и их ядовитые свойства), при этом структуру большинства из этих соединений определили относительно недавно.

Основания, которые выделяются из растений, начали называть алкалоидами по инициативе немецкого аптекаря Карла Мейсснера. Термин алкалоид повсеместно стал использоваться после выхода обзорной статьи в словаре химии Альберта Ладенбурга, автором которой являлся О. Якобсен.

Современное определение — Г. Трира и Э. Винтерштейна, описывало алкалоид в общем виде как вещество, которое содержит азот и имеющее растительное или животное происхождение; при этом алкалоид на их взгляд должен был подпадать под четыре условия:

1) атом азота обязательно включен в гетероциклическую систему;

2) вещество должно быть сложным по молекулярной структуре;

3) вещество должно быть фармакологически активным;

4) вещество должно быть растительного происхождения.

В настоящее время выделено больше 10000 типов алкалоидов разнообразных по своей структуре, что значительно превышает количество известных на данный момент природный соединений других классов. Большинство алкалоидов очень токсичны, другие же алкалоиды наоборот применяются в качестве лекарственных средств, хотя тоже при превышении дозы, могут вызвать «негативные» последсвия. Неудивительно, что определение, данное Винтерштейна — Трира неактуально: вещества, которые большинство химиков и фармакологов считают алкалоидами, не подпадают всем под все его требованиям. Например, пиперин и колхицин не обладают основным характером, одновременно колхицин и такие -фенилэтиламины, как мескалин, по своей структуре не относятся к гетероциклам.

Понятие алкалоиды имеет широкое значение. Принято алкалоидами считать органические соединения, которые содержат азот гетероциклического строения, и имеющий ярко выраженное физиологическое воздействие на организм человека и животных. Многие алкалоиды имеют сложное строение.

Алкалоиды — производные индола

... чистого вещества и эффект фитопрепарата,содержащего это вещество в достаточной степени сходны. Наиболее известнойгруппой таких веществ являются алкалоиды, действие ... 2.1.12.  Числовые показатели…………………………………………………. 2.1.13.  Хранение…………………………………………………………….… 2.1.14.  Фармакологические свойства и медицинское применение………... 2.1.15.  Другие представители рода Strychnos ...

Термин «алкалоиды» многократно менял свое значение: сначала алкалоидами именовались все азотосодержащие основания, позже начали включать только группы производных пиридина, а затем так стали называть и другие группы веществ, которые в структуре кольца содержали азот, или в азот по структуре был не только в кольце, но и в открытой цепи.

Алкалоиды (alkaloida, заимствован из арабского языка «подобный щёлочи» — щелочноподобный) — это сложные органические соединения, которые содержат азот, в основном растительного происхождения, обладающие главными свойствами (щелочной реакцией), и имеющее биологическое действие, так как они физиологически активны [3]. Многие из них относятся к веществам по своей структуре строения, которого атом азота находится чаще всего в гетероциклическом кольце, реже атом азота располагается по структуре строения в боковой цепи. Аналогично со свойствами щелочей, при взаимодействии с кислот и алкалоидов образовываются соли.

Морфий — это первый из алкалоидов, который был получен, путем выделения из опия — высушенный на воздухе млечный сок, который выделяется из специальных разрезов на незрелых головках (коробочек) мака снотворного. Выглядит это как бесформенная масса или комки тёмно-бурого цвета с горьким вкусом и специфичным запахом. Сертюрнер и описал морфий как щелочное основание в 1817 году, которое выделяет соли и поэтому похожим на аммиак.

К группе органических веществ, которые содержат азот — алкалоидам, (в большинстве своем которые по своей структуре гетероциклические органические вещества, обладающие циклической структурой, в составе которой помимо углерода присутствуют и атомы других элементов, многие из которых имеют свойства слабых оснований), также добавляют некоторые природные соединения животного происхождения связанные с основными алкалоидами. К алкалоидам не относятся аминокислоты, аминосахара, нуклеотиды, и их полимеры. Редко к алкалоидам относят и синтетические вещества схожего строения.

Кроме углерода, водорода и азота в соединении алкалоиды могут обладать и атомами серы, реже — брома, фосфора, хлора. Большинство алкалоидов имеют выраженную физиологическую активность. К алкалоидам относятся: кофеин, кокаин, морфин, никотин, стрихнин, хинин.

Разграничение алкалоидов и других азотсодержащих природных веществ все авторы проводят по-разному. Некоторые считают, что природные азотосодержащие соединения с экзоциклической структурой (дофамин, серотонин, мескалин и др.), надо относить к животным аминам, но не к алкалоидам. Другие наоборот, считают алкалоиды одним из «классов» аминов или зачисляют амины животного происхождения к алкалоидам.

Глава 1. Классификация алкалоидов и свойства алкалоидов

1.1 Классификация алкалоидов

Алкалоиды очень похожи между собой не только строением и свойствами, но даже и в биологическом воздействии на живые организмы. Это основная причина того, что не существует единого метода присвоения алкалоидам тривиальных названий.

В большинстве случаях при назначении названия алкалоидам, просто добавляют суффикса «-ин» к видовым или родовым названиям растения, из которого синтезировали алкалоид. Пример: атропин — растения Белладонна (Atropa belladonna L.), стрихнин — растение дерева Чилибуха (Strychnos nux-vomica L.).

Отравление ядовитыми лекарственными растениями среди детей

... 4, 6] – по их воздействию на организм: · Растения содержащие алкалоиды, · Растения содержащие сердечные гликозиды, · Растения содержащие органические кислоты и другие жгучие и раздражающие вещества. ... наибольшую опасность для детей. 2.1 Растения, содержащие алкалоиды. Рассмотрим ядовитые растения, которые применяют в медицине и которые содержат алкалоиды. Белена черная, дурман, красавка принадлежат ...

Но если из одного и того же растения выделяют несколько алкалоидов, то вместо суффикса «-ин» обычно добавляют суффиксы «-идин», «-анин», «-алин», «-инин» и т. п. Такой метод присвоения названий привел к тому, что 86 алкалоидов, содержат в названии корень «вин», потому что выделены из растения Барвинка, лат. Vinca.

Сложность структуры — это понятие, которое не имеет строгого определения и поэтому не может быть определяющим так как, не имея четких границ «сложности», трудно определить, что является сложным по структуре: то, что одними химиками, может рассматриваться как простая структура, другими может считаться сложной [1].

Фармакологическая активность — не подходит для определения, так как большинство веществ проявляют ее, только при достаточной (определенной) дозе. Если включить ее в определение, то необходимо будет указывать и уровень дозы, при которой алкалоид проявляет, ту или иную активность.

Некоторые соединения со структурой классических алкалоидов синтезированы из тканей нерастительного происхождения — бактерий, грибов (плесени), животных.

Именно поэтому определение понятия «алкалоид», должно включать максимальное число соединений, которые относят к алкалоидам исследователи, но при этом и должно исключать классы других природных соединений, содержащий в своем составе азот (аминокислоты,нуклеиновые кислоты, птерины, алифатические амины, аминосахара, порфирины, белки и нуклеотиды, пептиды и витамины).

Алкалоид — это циклическое органическое соединение, содержащее азот в отрицательной степени окисления и имеющее ограниченное распространение среди живых организмов — это определение, автором которого является У. Пельтье, отвечает выше изложенным условиям и в связи с этим имеет широкое признание [2].

В связи с необходимостью присутствия цикла в структуре молекулы простые низкомолекулярные производные аммония и циклические полиамины больше не попадают под понятие алкалоид. И наоборот необходимость наличия азота с окислением отрицательной степени (с.о.) позволяют дополнить «ряды» алкалоидов следующими соединениями: амины (с.о. -3), аминоксиды (с.о. -1), амиды (с.о. -3) и четвертичные аммониевые соли (с.о. -3), но исключает соединения: нитро- (с.о. +3) и нитрозо- (с.о. +1).

Главное не забывать соблюдать условие малой распространенности в живой природе, в противном случае практически все природные азотосодержащие соединения нужно было бы записать в список алкалоидов. Определение алкалоидов Пельтье, помогло «легализовать» те соединения, которые, хоть традиционно и относили к алкалоидам, но согласно определению Винтерштейна — Трира не попадали в «ряды» алкалоидов.

Отсутствие систематики в номенклатуре алкалоидов обусловлена, как сложностью соединений, так и историческими причинами. Названия алкалоидов имеют суффикс -ин и присвоены по различным причинам: от названия рода растения (пример: гидрастин из Hydrastis canadensis или атропин из Atropa belladonna); от названия вида растения (кокаин из Erythroxylon coca); от названия самого растения, из которого синтезирован алкалоид (эрготамин из ergot — спорынья); от обнаруженной активности на физиологию организма (морфин от имени Морфея — бога сна в древней греции); от имени того химика-исследователя, который открыл соединение (по имени химика открывшего П.Ж. Пельтье назван пельтьерин; и также названа и группа в которую входит данный алкалоид).

Примеры аннотаций

2.2. Характеризуют определенную часть произведения Иванов, С. С. От разрушения векового уклада к творчеству нового / С. С. Иванов // Избранное. – М., 2003. – С. 314–346. Определение понятия «производительный труд» дано на стр. 316 Рыбкин, В. А. Контроль модельной оснастки / В. А. Рыбкин // Контроль материалов и работ в литейном производстве. – М.,  1980. – Гл. 3. – С. 31–41. В изложены ...

П.Ж. Пельтье открыл несколько алкалоидов в период с 1817 по 1835 гг. — бруцин, конин, колхицин, кофеин, пиперин, стрихнин, тебаин, цинхонин, хлорофилл, хинин, эметин [11].

Так как при классификации алкалоидов многие авторы используют различные принципы, то и соответственно классификаций у них много. При этом основное различие между различными классификациями заключается в количестве групп, на которые делят авторы алкалоиды, хотя многие алкалоиды у разных авторов «попадают» в одни и те же группы [5].

Классификация алкалоидов по структуре скелета соединения.

1. Алифатические основания. Пример метиламин, холин, мускарин и др.

2. Ароматические амины и алифатические основания с ароматическим ядром. Пример адреналин, эфедрин и др.

3. Производные пирролидина.

4. Производные пиридина. Пример пиперин, кониин, ареколин, никотин и др.

5. Производные имидазола. Пример гистамин, пилокарпин, аллантоин и др.

6. Производные конденсированных пирролидинового и пиперидинового колец. Пример атропин, гиосциамин, кокаин, алкалоиды коры гранатника и др.

7. Производные пиримидина.

8. Производные пурина. Пример кофеин, теофиллин и др.

9. Производные индола. Пример стрихнин, бруцин, физостигмин.

10. Производные хинолина — хинные алкалоиды. Пример цинхонин, хинин и др., алкалоиды аконита и др.

11. Производные изохинолина — алкалоиды опия. Пример папаверин, морфин, кодеин и др., алкалоиды ипекакуаны, гидрастин и др.

12. Алкалоиды с кислородом и азотом в кольце. Пример карпаин.

13. Вератрин, йохимбин и др.

Классификация алкалоидов на основании сходства структуры молекул или родам и видам растений — источникам происхождения:

— классы алкалоидов, объединенных по источнику происхождения, — это алкалоиды аконита, аспидоспермы, иохимбе, ипекакуаны, ибоги, крестовника, люпина, картофеля, опийного мака, раувольфии, спорыньи, стрихноса (рвотного ореха), хинного дерева, эфедры.

— химическая классификация на основании схожести и отличий в структурном строении и расположении атомов азота и углерода в соединениях алкалоидов. Главные структурные классы включают пиридиновые, пиперидиновые, тропановые, хинолиновые, изохинолиновые, индольные, имидазольные, стероидные, дитерпеноидные, пуриновые алкалоиды.

Одним из способов классификации алкалоидов — есть классификация по видам оснований, при этом алкалоиды разделяют на 6 групп:

1) пиридиновая (никотин, анабазин);

2) хинолиновая (хинин, стрихнин);

3) изохиниловая (папаверин, кураре);

4) фенантреновая (морфин, кодеин);

5) тропиновая (атропин, кокаин);

6) пуриновая (кофеин).

В фармакогнозии же принята следующая химическая классификация сырья — то есть источников алкалоидов, она разработана академиков А.П. Ореховым [12]. Классификация происходит на основании отличий в строении структуры углеродного скелета. При этом некоторые группы мало распространены.

1) Алкалоиды, структура строения скелета, которых отличается месторасположением атома азота, в боковой цепи. Пример: из разных видов эфедры — эфедрин; из травы сферофизы солонцовой — сферофизин; из клубней луковиц безвременников — колхицин и колхамин.

2) Производные пирролидина и пирролизидина. Данные соединения имеют специфическую химическую формулу. Пример: из крестовника плосколистного и ромболистного — платифиллин, саррацин, сенецифилллин.

3) Производные пиридина и пиперидина. К данной группе относят соединения анабазин и лобелин получаемые из анабазиса безлистного и лобелии одутлой.

4) Алкалоиды с конденсированными пирролидиновыми и пиперидиновыми кольцами. Данные соединения происходят от тропана и их относят к группе также и атропин, и гиосциамин, и скополамин. Источниками этих соединений являются растения семейства пасленовых (дурман, белена).

5) Производные хинолизидина. Пример: Природный источник термопсис и софора толстоплодная, и соответственно их алкалоиды носят имя термопсин и пахикарпин. Соединения из этой группы получаются из хинолина, также сюда относят эхинопсин и хинин, получаемые из коры хины и ягод мордовника.

6) Производные хинолина. Пример: из хинной коры — хинин, из плодов мордовника — эхинопсин.

7) Производные изохинолина. Пример из солянки Рихтера: — сальсолин, из коробочек мака — морфин и папаверин, а также алкалоиды барбариса, чистотела и мачка желтого.

8) Производные индола. Пример: из семян чилибухи — стрихнин, из корня раувольфии — резерпин, также источниками являются барвинка, катарантус, спорынья.

9) Производные пурина. Пример: из листьев чая, семян кофе и колы — кофеин.

10) Группа стероидов, добывается из чемерицы и пасленовых Пример: соласонин и др.

Основанием для данной классификации служит структура гетероцикла, которая входит в молекулу алкалоида [13]. Согласной данной классификации алкалоиды разделяют на основные группы:

— группа пирролидина (гигрин, кусгигрин, стахидрин);

— группа пиперидина (лобелин и кониин);

— группа пиридина (анабазин и никотин);

— группа пирролизидина (сенецифиллин и платифиллин);

— группа хинолизидина (спартеин, ликоподин и цитизин);

— группа хинолина (эхинопсин и хинин);

— группа изохинолина (глауцин, папаверин и морфин);

— группа хиназолина (вазицинон и вазицин);

— группа индола (алкалоиды спорыньи, резерпин и стрихнин);

— группа тропана (атропин, кокаин и скополамин);

— группа дигидроиндола;

— группа имидазола (пилокарпин);

— группа акридина;

— группа пурина (теофиллин, кофеин и теобромин);

— группа стероидные алкалоиды (йервин и соласодин);

— группа терпеноидные алкалоиды (аконитин);

— группа алкалоидов без гетероциклов (капсаицин, сферофизин, колхицин, колхамин и эфедрин);

— группа алкалоидов неустановленного строения.

Другая классификация разделяет алкалоиды, на «свои» большие группы [6]:

1. Алкалоиды с атомом азота в гетероцикле, источники которых аминокислоты. Их еще называют истинными алкалоидами. Примером истинного алкалоида может служить атропин, никотин, морфин. К данной группе можно отнести и некоторые алкалоиды, содержащие в своей структуре кроме азотистых гетероциклов, еще и терпеноидные фрагменты (эвонин) или обладающие пептидной структурой (эрготамин).

Пиперидиновые алкалоиды кониин и коницеин тоже относятся к данной группе, хотя их предшественниками не являются аминокислоты.

2. Алкалоиды в структуре строения, которых атомы азота расположены в боковой цепи, и у которых биогенетические предшественники аминокислоты. Их называют протоалкалоидами. Пример адреналин, мескалин и эфедрин.

3. Полиаминные алкалоиды (производные путресцина, спермидина и спермина).

4. Пептидные (циклопептидные) алкалоиды.

5. Псевдоалкалоиды — соединения, схожие с алкалоидами, но биогенетические предшественники, которых не являются аминокислотами. В данную группу относят, терпеноидные и стероидные алкалоиды. Пуриновые алкалоиды (кофеин, теобромин и теофиллин) тоже иногда относят к псевдоалкалоидам в связи со сложностью их биосинтеза. Некоторые авторы к псевдоалкалоидам относят и такие соединения, которые, происходят от аминокислоты фенилаланина, но атом азота они приобретают не от неё, а в результате реакции трансаминации (эфедрин и катинон).

На основании всех перечисленных видов и способов классификации, можно сделать вывод, что в сравнении со многими другими классами природных соединений класс алкалоидов выделяется большим структурным многообразием и единой всеми приятой классификации алкалоидов не существует [14].

алкалоид токсичный лекарственный соединение

Таблица мономерных алкалоидов

Класс	Основные группы	Основные пути биосинтеза	Представители
Алкалоиды с азотистыми гетероциклами (истинные алкалоиды)
Производные пирролидина		Орнитин или аргинин > путресцин > N-метилпутресцин > N-метил-Д1-пирролин	Гигрин, гигролин, кускгигрин, стахидрин
Производные тропана	Группа атропина Заместители в позициях 3, 6 или 7	Орнитин или аргинин > путресцин > N-метилпутресцин > N-метил-Д1-пирролин	Атропин, скополамин, гиосциамин
	Группа кокаина Заместители в позициях 2 и 3		Кокаин, экгонин
Производные пирролизидина	Неэфирные	Орнитин или аргинин > путресцин > гомоспермидин > ретронецин	Ретронецин, гелиотридин, лабурнин
	Сложные эфиры монокарбоновых кислот		Индицин, линделофин, саррацин
	Макроциклические диэфиры		Платифиллин, триходесмин
Производные пиперидина		Лизин > кадаверин > Д1-пиперидеин	Седамин, лобелин, анаферин, пиперин
		Октановая кислота > коницеин > кониин	Кониин, коницеин
Производные хинолизидина	Группа люпинина	Лизин > кадаверин > Д1-пиперидеин	Люпинин, нуфаридин
	Группа цитизина		Цитизин
	Группа спартеина		Спартеин, лупанин, анагирин, пахикарпин
	Группа матрина		Матрин, оксиматрин, алломатридин, софоранол
	Группа ормозанина		Ормозанин, пиптантин
	Группа 9b-азафеналена		Гиппоказин, конвергин, кочинеллин
	Группа фенантрохинолизидина		Криптоплеврин, криптоплевридин
Производные индолизидина		Лизин > д-полуальдегид б-аминоадипиновой кислоты > пипеколиновая кислота > 1-индолизидинон	Свансонин, кастаноспермин
Производные пиридина	Простые производные пиридина	Никотиновая кислота > дигидроникотиновая кислота > 1,2-дигидропиридин	Тригонелин, рицинин, ареколин
	Полициклические неконденсированные производные пиридина		Никотин, норникотин, анабазин, анатабин
	Полициклические конденсированные производные пиридина		Актинидин, генцианин, педикулинин
	Сесквитерпеноидные производные пиридина	Никотиновая кислота, изолейцин	Эвонин, гиппократеин, гипоглаунин, триптонин
Производные изохинолина и связанные с ними алкалоиды	Простые производные изохинолина	Тирозин или фенилаланин > дофамин, или тирамин (для алкалоидов амариллиса)	Корипаллин, сальсолин, лофоцерин
	Производные 1- и 3-изохинолонов		N-метилкоридальдин, нороксигидрастинин
	Производные 1- и 4-фенилтетрагидроизохинолинов		Криптостилин, хериллин
	Производные 5-нафтилизохинолина		Анцистрокладин, гаматин
	Производные 1- и 2-бензилизохинолинов		Папаверин, лауданозин, сендаверин
	Группа куларина		Куларин, ягонин
	Павины и изопавины		Аргемонин, амуренсин
	Бензопирроколины		Криптаустолин
	Протоберберины		Берберин, канадин, офиокарпин, мекамбридин, коридалин
	Фталидизохинолины		Гидрастин, наркотин (носкапин)
	Спиробензилизохинолины		Фумарицин, охотенсин
	Алкалоиды ипекакуаны		Эметин, протоэметин, ипекозид
	Бензофенантридины		Сангвинарин, оксинитидин, коринолоксин
	Апорфины		Глауцин, коридин, лириоденин
	Проапорфины		Пронуциферин, глазиовин
	Гомоапорфины		Крейсигин, мультифлорамин
	Гомопроапорфины		Бульбокодин
	Группа морфина		Морфин, кодеин, тебаин, синоменин
	Гомоморфины		Крейсигинин, андроцимбин
	Трополоизохинолины		Имерубрин
	Азофлуорантены		Руфесцин, имелутеин
	Алкалоиды амариллиса		Ликорин, амбеллин, гиппеастрин, тазеттин, галантамин, монтанин
	Алкалоиды эритрины		Эризодин, эритроидин
	Производные фенантрена		Атеросперминин, таликтуберин
	Протопины		Протопин, оксомурамин, корикавидин
	Аристолактамы		Дорифлавин
Производные оксазола		Тирозин > тирамин	Аннулолин, галфординол, тексалин, тексамин
Производные тиазола		1-деокси-D-ксилулозы-5-фосфат (DOXP), тирозин, цистеин	Аргохелин, ностоцикламид, тиострептон
Производные хиназолина	Производные 3,4-дигидро-4-хиназолона	Антраниловая кислота или фенилаланин или орнитин	Фебрифугин
	Производные 1,4-дигидро-4-хиназолона		Гликорин, арборин (гликозин), гликозминин
	Производные пирролидино- и пиперидинохиназолинов		Вазицин (пеганин)
Производные акридина		Антраниловая кислота	Рутакридон, акроницин, эвоксантин
Производные хинолина	Простые производные хинолина, производные 2-хинолона и 4-хинолона	Антраниловая кислота > 3-карбоксихинолин	Куспарин, эхинопсин, эвокарпин
	Трициклические терпеноиды		Флиндерсин
	Производные фуранохинолина		Диктамнин, фагарин, скиммианин
	Группа хинина	Триптофан > триптамин > стриктозидин (с участием секологанина) > коринантеал > цинхонинон	Хинин, хинидин, цинхонин, цинхонидин
Производные индола[82] См. также: Индольные алкалоиды	Неизопреноидные индольные алкалоиды
	Простые производные индола	Триптофан > триптамин или 5-гидрокситриптофан	Серотонин, псилоцибин, диметилтриптамин (ДМТ), буфотенин
	Простые производные в-карболина		Гарман, гармин, гармалин, элеагнин
	Пирролоиндольные алкалоиды		Физостигмин (эзерин), эзерамин, физовенин, эптастигмин
	Гемитерпеноидные индольные алкалоиды
	Алкалоиды спорыньи (эргоалкалоиды)	Триптофан > ханоклавин > агроклавин > элимоклавин > паспаловая кислота > лизергиновая кислота	Эрготамин, эргобазин, эргозин
	Монотерпеноидные индольные алкалоиды
	Алкалоиды типа Corynanthe	Триптофан > триптамин > стриктозидин (с участием секологанина)	Аймалицин, сарпагин, вобазин, аймалин, акуаммилин, йохимбин, резерпин, митрагинин, группа стрихнина (Стрихнин, бруцин, акуамицин, вомицин)
	Алкалоиды типа Iboga		Ибогамин, ибогаин, воакангин
	Алкалоиды типа Aspidosperma		Винкамин, винкотин, аспидоспермин, квебрахамин
Производные имидазола		Напрямую из гистидина	Гистамин, пилокарпин, долихотелин, пилозин, стивенсин
Производные пурина		Ксантозин (образуемый в процессе пуринового биосинтеза) > 7-метилксантозин > 7-метилксантин > теобромин > кофеин	Кофеин, теобромин, теофиллин, сакситоксин
Алкалоиды с азотом в боковой цепи (протоалкалоиды)
Производные в-фенилэтиламина		Тирозин или фенилаланин > диоксифенилаланин > дофамин > адреналин и мескалин; тирозин > тирамин; фенилаланин > 1-фенилпропан-1,2-дион > катинон > эфедрин и псевдоэфедрин	Тирамин, горденин, эфедрин, псевдоэфедрин, мескалин, катинон, катехоламины (адреналин, норадреналин, дофамин)
Колхициновые алкалоиды		Тирозин или фенилаланин > дофамин > аутумналин > колхицин	Колхицин, колхамин
Мускарины		Глутаминовая кислота > 3-кетоглутаминовая кислота > мускарины (с участием пировиноградной кислоты)	Мускарин, алломускарин, эпимускарин, эпиалломускарин
Бензиламины		Фенилаланин, с участием валина, лейцина или изолейцина	Капсаицин, дигидрокапсаицин, нордигидрокапсаицин
Полиаминные алкалоиды
Производные путресцина		Орнитин > путресцин > спермидин > спермин	Пауцин
Производные спермидина			Инаденин-12-он, лунарин, кодонокарпин
Производные спермина			Вербасценин, афеландрин
Пептидные (циклопептидные) алкалоиды
Пептидные алкалоиды с 13-членным циклом	Тип нумуларина C	Из различных аминокислот	Нумуларин C, нумуларин S
	Тип зизифина A		Зизифин A, сативанин H
Пептидные алкалоиды с 14-членным циклом	Тип франгуланина		Франгуланин, скутианин J
	Тип скутианина A		Скутианин A
	Тип интегеррина		Интегеррин, дискарин D
	Тип амфибина F		Амфибин F, спинанин A
	Тип амфибина B		Амфибин B, лотузин C
Пептидные алкалоиды с 15-членным циклом	Тип мукронина A		Мукронин A
Псевдоалкалоиды (терпены и стероиды)
Дитерпены	Тип ликоктонина	Мевалоновая кислота > изопентенилпирофосфат > геранилпирофосфат	Аконитин, дельфинин
	Тип гетератизина		Гетератизин
	Тип атизина		Атизин
	Тип веатхина		Веатхин
Стероидные алкалоиды		Холестерин, аргинин	Соласодин, соланидин, вералкамин

1.2 Свойства алкалоидов

Свойства алкалоидов имеют много схожего, но при этом и индивидуальности, что обоснованно разнообразием алкалоидов.

Так алкалоиды, в строение которых присутствуют атомы кислорода (большинство алкалоидов) в нормальных условиях, выглядят как прозрачные кристаллы. И наоборот алкалоиды, в строение которых отсутствуют атомы кислорода, представляют собой летучие бесцветные маслянистые жидкости (кониин и никотин).

Но бывают и не бесцветные алкалоиды, к таким относятся соли так, сангвинарин оранжевый, берберин жёлтый, а некоторые окрашены и в желто-красный цвет.

Многие алкалоиды имеют свойства слабых оснований, но встречаются среди них и амфотерные (теофиллин и теобромин).

За немногими исключениями алкалоиды нерастворимы или труднорастворимы в воде, но при этом хорошо растворяются во многих органических растворителях (хлороформе, диэтиловом эфире и 1,2-дихлорэтане).

Исключение кофеин, который хорошо растворяется в кипятке. По-разному на основания алкалоидов воздействует, и эфир он их не растворяет или мало растворяет. Это различия обусловлены как было сказано ранее, большим разнообразием алкалоидов. Одни алкалоиды не растворяются в воде, другие же напротив растворяются, хотя и в разной степени. Также алкалоиды ведут себя и во взаимодействии с эфирами, некоторые растворяются, а некоторые нет или очень слабо. В спирте растворяются все алкалоиды, без исключений.

Алкалоиды могут образовать соли степень прочности, которых различна, после взаимодействия с кислотами. Соли алкалоидов, во взаимодействии с растворителями ведут себя по-другому, чем сами алкалоиды. Чаще всего растворяются в спиртах и воде и слабо растворяются в большинстве органических растворителях (бензол, эфир и хлороформ), хотя и тут есть исключения: соль (сульфат хинина), плохо растворима в воде и наоборот растворима в органических растворителях (гидробромид скополамина).

При попадании в воду алкалоиды начинают реагировать как щелочи и на вкус растворы алкалоидов очень горькие.

В ультрафиолете алкалоиды обладают специфическими спектрами поглощения. Не которых алкалоидные растворы, имеют свойства флуоресценции (хинин).

У многих алкалоидов проявляется оптическая активность — вращением плоскости поляризации то вправо, то влево. На воздухе при попадании света, у некоторых алкалоидов изменяется поверхность — буреют и осмоляются.

Под воздействием высокой температуры многие алкалоиды разлагаются и лишь малая их часть возгоняется в кристаллы (кофеин, атропин) и наоборот, если их поместить в вакуум, то большинство возгонится в кристаллы. Также надо учитывать и другие свойства алкалоидов, так алкалоиды обладающие характером схожим со сложными эфирами (атропин, кокаин) разлагаются, при условии воздействия высоких температур продолжительное время.

Химические свойства алкалоидов и слабых оснований похожи, но не у всех алкалоидов, так теобромин и теофиллин сочетают свойства кислот и оснований.

Алкалоиды служат для защиты растений от животных, так как хотя и не обладают запахом, но при этом имеют горький вкус, который не нравится травоядным и опасны для животных, согласно показаниям исследований около 20% растений имеют алкалоиды и составе.

Глава 2. Распределение в природе и применение алкалоидов

2.1 Распределение алкалоидов в природе

Алкалоиды вырабатываются многими живыми организмами. Они очень широко распространены среди высших растений, по не которым данным 10-25% видов растений имеют в своем составе алкалоиды. Именно поэтому алкалоидами обычно называют соединения веществ растительного происхождения.

Концентрация алкалоидов в растениях, не велика и составляет от десятых и сотых процентов до нескольких процентов максимум. Большое значение на содержание алкалоидов имеет, не только тип почвы, но также и климат, а также и само растение (возраст).

Если в растении содержится 1-3%, то оно считается — высокоалкалоидоносным. 15-20% алкалоидов могут быть только у культивируемых растений[7]. Есть некоторые семейства растений, которые больше насыщенны алкалоидами: Бобовые, Мареновые, Логаниевые, Кутровые, Паслёновые, Маковые, Лютиковые. И наоборот есть семейства растений, в которых алкалоиды встречаются редко: мхи, голосеменные, грибы, папоротники, водоросли.

Во многих растениях, даже алкалоиды внутри самого растения не пропорционально расположены, так например, в некоторых растениях больше алкалоидов в корнях, у других плодах и семенах, у третьих в коре или листьях. И наоборот, есть растения, в которых алкалоиды распределены по всему растению или сконцентрированы только в одной части. Но больше распространены случаи, когда в растении в разных частях разное количество алкалоидов, при этом эти алкалоиды еще и отличаются между собой. Такое разнообразие между алкалоидами одного растения может быть от 2 до 86. Случаи, когда в растении только один алкалоид, достаточно редки.

Надо отметить и тот факт, что алкалоиды довольно таки редко находятся в растении в свободном состоянии, чаще всего их можно обнаружить в растении в составе солей органинческих кислот (лиммонной, малоновой, уксусной, щавелевой, янтарной) или неорганических кислот (азотной, серной, фосфорной) — реже. Также могут быть и в виде кислот, которые специфичны для данного вида растения (аконитовой, меконовой, хелидоновой, хинной) [15].

Некоторые алкалоиды можно обнаружить в растении в соединении с сахарами (соланин в картофеле и томатах), другая часть алкалоидов — в форме амидов (пиперин в черном перце), также могут быть и в сложных эфирах (кокаин), но бывают и такие, которые остаются в твердом состоянии в умерших тканях коры. Находятся алкалоиды в развивающихся частях растения, латексных ходах, эпидермальных клетках, в обкладках сосудистых пучков, гиподермальных клетках. В растворенном виде алкалоиды в растениях встречаются в клеточном соке. Именно этим объясняется факт того, что в различных тканях одного растения, можно найти разные, но похожие по химическим свойствам и строению алкалоиды и как было уже отмечено выше, их может быть в одном растении несколько десятков.

Среди растений алкалоиды, тоже распространены не равномерно. Только 9% из 10000 родов обладают алкалоидами. Обычно они распространены внутри семейства или рода, очень редко, все члены более крупной таксономической группы являются алкалоидоносами. Но при этом, примерно 40% всех семейств растений содержат, минимум по 1 алкалоиду.

Пример: покрытосеменные двудольные, которые содержат алкалоиды — амброзия, американский жасмин, аконит, белена, дельфиниум, дурман, европейский барбарис, ипекакуана, картофель, квебрахо, кендырь, кора перейры, красавка, крестовник, луносемянник, люпин, мак, пилокарпус, ракитник, розовое дерево, табак, томат, утесник, цитрус, чистотел, хинная кора.

Среди голосеменных, однодольных и споровых растений алкалоиды мало распространены и могут очень редко встречаться. Хотя следует отметить, что именно в однодольных (амарилис, безвременник, нарцисс, чемерица) являются основными алкалоидоносами.

Семейство маковых интересно тем, что алкалоиды содержатся во всех его видах. Но как было сказано ранее, многие растительные семейства находятся в промежуточной позиции — это когда не все, но часть видов рода или похожие роды — алкалоидоносы. Пример: виды родов Delphinium и Aconitum в семействе лютиковых обладают алкалоидами, в то время как большая часть оставшихся родов этого же семейства (Anemone, Trollius, Ranunculus) не содержат алкалоидов. Чаще всего род или близкие роды обладают одними и те же ми или структурно родственными алкалоидами. Например: различные рода в семействе паслёновых (Solanaceae) имеют в своем составе гиосциамин. Простые алкалоиды больше распространены в ботанически не родственных растениях, и наоборот сложные алкалоиды чаще встречаются в одном виде или роде растений, и наличие этого алкалоида является для них отличительной чертой.

Пример соединений, известных под термином алкалоиды: морфин, никотин, стрихнин, хинин, конин, резерпин.

Кроме как в растениях, алкалоиды входят в состав некоторых видов грибов (псилоцибин) и животных (буфотенин).

Биогенные амины (адреналин, серотонин) в организме высших животных играют немаловажную роль, они схожи с алкалоидами, не только по структуре скелета, но процессу биосинтеза и поэтому их называют алкалоидами. Также обладателями алкалоидов являются и некоторые морские организмы.

Благодаря тому, что алкалоиды горьки на вкус животные не поедают их в больших количествах, в противном случае на них начали действовать их токсические свойства, так как у некоторых из них яд сильно ядовит.

2.2 Применение алкалоидов

Применение алкалоидов очень широко, начиная от хозяйственно-бытового, до медицинского, а также в сельском хозяйстве.

Медицинское применение алкалоидов началось очень давно. В XIX веке, после получения первых алкалоидов в чистом виде, их сразу стали применять в клинической практике как лекарственное средство.

Большинство алкалоидов даже сейчас применяются в медицине (в основном в качестве солей), например:

Алкалоид	Медицинское применение
Аймалин	Используется против аритмии
Атропин, скополамин, гиосциамин	Антихолинергичиские средства
Винбластин, винкристин	Используется против опухолей
Винкамин	Используется для расширения сосудов, против повышенного давления
Кодеин	Используется в лечении кашля
Кокаин	Анестетик
Колхицин	Используется против подагры
Морфин	Обезболивающее
Резерпин	Используется против повышенного давления
Тубокурарин	Миорелаксатнт
Физостигмин	Ингибитор ацетилхолинэстеразы
Хинидин	Используется против аритмии
Хинин	Антипиретическое, используется при лечении малярии
Эметин	Используется для вызова рвоты и как антипратозойное
Эргоалкалоиды	Используется для расширения сосудов и против повышенного давления

Синтетические и полусинтетические препараты в своем большинстве, представляют из себя структурные модификациями алкалоидов, разработанными для того чтобы изменить основное действие соединения и также изменить негативные побочные эффекты. Так, например:

Скополамин — это алкалоид, который находится в растениях семейства паслёновых. Данный препарат по своему воздействию аналог атропина [4]. Он способствует расширению зрачка, увеличивает частоту сердечных сокращений, сбивает аккомодацию, уменьшает выделение желудочной кислоты и пота. Применяется скополамин при лечении психических заболеваний в качестве успокаивающего. Также он нашел, применение и при лечении неврологических заболеваний (болезнь Паркинсона).

А также используется при подготовке больных к хирургическим операциям.

Кофеин представитель пуриновой группы — соединение из группы метилксантинов. Находится, в семенах кофе, какао и кола, а также в листьях чая. Кофеин сочетает психостимулирующие и аналептические свойства. Основное его действие это прямое активизирующее действие на кору головного мозга. Также оказывает стимулирующее воздействие на психическую деятельность, увеличивает работоспособность не только в физическом, но и в умственном отношении, также повышается и двигательная активность и уменьшается время реакции. Эффект его приема следующий: возрастает бодрость, временно пропадает утомление, сонливость. Кофеин входит в состав различных обезболивающих препаратов.

Кодеин используется для лечения болей и кашля.

Атропин — тропиновая группа — алкалоид белладонны, дурмана и белены. Даже учитывая, что он очень токсичен, повсеместно используется в медицине, а именно в глазной практике, так как способствует увеличению диаметра зрачка.

Кокаин — представитель тропиновой группы — основной алкалоид коки — кокаин первое открытое местно-обезболивающее и наркотическое средство. Противопоказания к его применению в медицине связаны, только с его свойством вызывать привыкание организма. Кокаин, вращающийся влево и в соединении хлористоводородной соли, зачастую используется в медицине для местной анестезии. Помимо левовращающегося кокаина, в листьях коки находится и правовращающий, но он не антипод первого и дает другой эффект; который называется псевдококаин или d-кокаин. Тропин может находиться в 2 формах, их считают цис-транс-изомерами: гидроксил и метил (при азоте), которые могут быть или на одной стороне от плоскости кольца, или на разных сторонах. Тропин менее стойкий по своей форме и может легко перейти в в-тропин. Тропакокаин, тоже обнаружен в листьях коки, в процессе воссоздания эфира тропинонкарбоновой кислоты. Следует отметить, что d-кокаин действует лучше обычного кокаина: обезболивающее действие сильнее, а токсичность меньше. Получается, что эти два свойства, хоть и зависят от структуры строения, но меняются различно.

Хинин — выглядит, как белые кристаллы, в обезвоженном состоянии плавящиеся при 175°, но при реакции с водой, они выделяются с 3 молекулами воды, имеющую структуру кристалла. Соли хинина на вкус очень горькие и при растворении имеют свойство флуоресценций с синеватый оттенком. Хинин — главное средство при лечении малярии и а также способствует уменьшению температуры при заболевании; используется обычно в виде средней хлористоводородной или сернокислой (с 1 молекулой H С L) соли. Хинин ядовит в больших дозах.

Стрихнин в терапевтических дозах используется при хронических катарах желудка, как средство активизирующее работу сердечной деятельности и как средство, которое активизирует центральную нервную систему, но только в очень маленьких дозах, так как очень ядовит и провоцирует сильные судороги.

Резерпин — способствует понижению давления, контролирует уровень серотонина в организме. Применяется при психических отклонениях, а такжн и при гипертонии.

Секуринин — применяется при лечении психических заболеваний, так как данный препарат стимулирует работу ЦНС.

Эхинопсин — используются при лечении гипотонии, астении, так как данный препарат приводит в норму артериальное давление, когда оно «упало».

Папаверин — алкалоид изохинолиновой группы содержится в опиуме. Применяется как антиперестальный и снотворный препарат.

Кураре — соединение разных алкалоидов, при введении терапевтических доз под кожу, способствует расслаблению мускулатуры поперечнополосатой, в больших количествах летален.

Морфин — представитель фенантреновой группы — алкалоид содержится в опиумном маке. Способствует другому болеутоляющему, в виде снотворного и эйфорического действия. Морфин замедляет условные рефлексы и способствует усилению действий наркотических снотворных и местных анестезирующих средств. Активизирует рвотный центр и уменьшает активность дыхательного и кашлевого центров, замедляет двигательную и секреторную работу ЖКТ. Приостанавливает метаболизм. Гидрохлорид морфина применяется в медицине в качестве обезболивающего средства. Продолжительное использование способствует развитию зависимости — морфинизму.

Алкалоиды чилибухи используют для увеличения работоспособности мускулатуры и спинного мозга. Используется при слабости, интаксикации некоторыми ядами, и при параличах.

Применение в сельском хозяйстве.

До того, как были разработаны сравнительно малотоксичные синтетические пестициды, некоторые алкалоиды использовались для борьбы в роли инсектицидов [8]. Они применялись не повсеместно и в малых количествах, так как очень токсичны для живых организмов.

Психостимулирующее использование.

Большинство алкалоидов — это психоактивные вещества. Препараты растений, в которых содержатся алкалоиды, а также их экстракты, а со временем чистые препараты алкалоидов применялись в качестве стимуляторов и/или наркотиков [10]. Кокаин и катинон — это стимуляторами, которые активизируют работу ЦНС. Мескалин и другие индольные алкалоиды (псилоцибин, диметилтриптамин, ибогаин) имеют галлюциногенный эффект. Морфин и кодеин — это обезболивающие имеющие наркотическое действие.

Также следует отметить, что есть ряд алкалоидов, не обладающих явно выраженными психоактивными действиями, но являющихся прекурсорами для полусинтетических психоактивных соединений. Пример, меткатинон (эфедрон) и метамфетамин синтезируется из эфедрина и псевдоэфедрина.

Хотя никотин и не используется в медицине, но по причине его широко потребления посредством курения табачных изделий он вызывает некоторую зависимость и связи с этим может быть отнесен и к наркотическому использованию. Никотин алкалоид представитель пиридиновой группы, содержащийся как в табаке, так и в других растениях. В небольших дозах никотин способствует возбуждению нервной системы, в больших может способствовать ее параличу. Никотин очень ядовит, даже среди алкалоидов [9].

Заключение

Первые попытки классифицировать алкалоидов сводились к тому, что их относили в группы по признаку получения из одного природного источника. Обоснованием такой классификации служило отсутствие знаний о строении алкалоидов. В современной науке такая классификация не применима и считается устаревшей.

Современные классификации объединяют алкалоиды в группы по другим критериям: по общим характеристикам структуры скелета, то есть расположения углерода в нем (алкалоиды, изохинолиновые, индольные, пиридиновые и т.п.) или по природному происхождению (лизин, орнитин, триптофан, тирозин и т.п.).

Но даже при применении таких методов все равно необходимо учитывать, что есть соединения, которые могут относиться сразу в 2 группы: так, например никотин обладает отнитиновым ядром, и при этом в нем присутствует и ядро пиридина, источником которого является никотиновая кислота

Существуют соединения, которые могут относиться по аналогии, как к той, так и к другой группе, но в структуре скелета данных веществ нету необходимых углеродных элементов. Так, галантамин и гомоапорфины не имеет изохинолиновое ядро, но все равно его относят именно к изохинолиновым алкалоидам.

Так как не существует единой классификации алкалоидов, это привело к тому, что, если сравнить с другими классами природных соединений, заметим, что класс алкалоидов является самым большим с точки зрения структурного многообразия.

Классифицирование алкалоидов по принципу месторасположения атома азота в структуре скелета молекулы (производные изохинолина, пиридина, хинолина, пурина и т.д.), и по источнику синтезирования (растению).

Наименование алкалоидам, присваивают на основании или исходя из растения, из которого они были синтезированы, с приставлением суффикса -ин. Пример алкалоид атропин синтезирован из Atropa beladonna, стрихнин — из Struchnos nuxvomica.

Предшественники синтеза большинства алкалоидов есть аминокислоты триптофан и тирозин. Некоторые алкалоиды были получены методом химического синтеза.

Физиологическое действие на живой организм животного происхождения проявляется явно заметное. При малой дозе воздействуют как слабые депрессанты, а в высоких дозах наоборот носят противоположный эффект. Многие алкалоиды — это токсические соединения.

В природе алкалоиды распространены не равномерно. Так основная часть алкалоидов имеет растительное происхождение, остальная незначительная часть животное. Но не равномерность продолжается и в растительном мире, только культивируемые растения содержат 15-20% алкалоидов, и если содержание в растении алкалоидов достигает 1-3%, то оно называется высокоалкалоидоносным. Эта не равномерность обусловлена не только самим растением, как источником алкалоидов, но также и на содержание алкалоидов имеет почва, климат и возраст растения. При этом даже разных частях растения разное количество алкалоидов, а также эти алкалоиды могут иметь некоторые отличия между собой. Но объединяет их между собой тот факт, что большинство из них имеет горький вкус.

Основное применение алкалоидов в медицине из-за их влияние на физиологию живых существ. При этом их воздействие на организм может сильно отличаться в зависимости от дозы. Так малая доза может принести пользу и излечить, но этот же препарат в другой (большей) дозировке может и привести к смерти.

Так как все алкалоиды имеют явно ощущаемый горький вкус, то это является своеобразной преградой, чтобы не было случайных отравлений от поедания растений, в которых они присутствуют.

Список литературы

1. Орехов А.П. Химия алкалоидов. — Изд. 2. — М.: АН СССР, 1955.

2. Кнунянц И.Л. Химическая энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия, 1988.

3. Гринкевич Н.И., Сафронич Л.Н. Химический анализ лекарственных растений: Учеб. пособие для фармацевтических вузов. — М.: 1983.

4. И.И. Грандберг «Органическая химия» издание третье Москва издательство «Высшая школа» 1987.

5. Ю.С. Залькинд «Химия циклических соединений» издание второе Ленинград Научное Химико-Техническое издательство НТУ ВСХН СССР 1930.

6. Большой энциклопедических словарь «Биология» научное издательство «Большая Российская энциклопедия» Москва 1998.

7. П.П. Астанин, Е.А. Максимюк «Химия с зоотехническим анализом» издательство «Колос» Москва 1965.

8. «Предельно допустимые концентрации вредных веществ в воздухе и воде» издание второе издательство «Химия», Ленинградское отделение 1975.

9. Журнал «Психосфера» №1 1999.

10. Быков Г.В., История органической химии. Открытие важнейших органических соединений. — М.: Наука, 1978.

11. Джуа М. — История химии. Под редакцией Погодина С.А. — М.: Мир, 1975.

12. Шульпин Г.Б., Эта увлекательная химия. — М.: Химия, 1984.

13. Азимов А. Краткая история химии. — М.: Мир, 1983.

14. Егоров А.С., Иванченко Н.М., Шацкая К.П. Химия внутри нас: Введение в бионеорганическую и биоорганическую химию. — Ростов н/Д: Феникс, 2004.

Размещено на