АЛКАЛОИДЫ (от арабского alcali - щелочь и греч. eidos - вид, подобный) - большая группа природных азотсодержащих соединений основного характера. Часто обладают сильным фармакологическим действием. В настоящее время из растений выделено свыше 5000 алкалоидов, иногда указывается в 2 раза большая цифра; для 3000 установлено строение. Наиболее широко алкалоиды распространены среди покрытосеменных. Особенно ими богаты семена маковых, пасленовых, бобовых, кутровых, мареновых, лютиковых, логаниевых и др. В водорослях, грибах, мхах, папоротниках и голосеменных они встречаются сравнительно редко. Название алкалоиды предложено Мейснером в 1819 г. В растениях алкалоиды находятся в виде солей органических и неорганических кислот в активно растущих тканях, эпидермальных и гиподермальных клетках, в обкладках сосудистых пучков и латексных ходах. Они растворены в клеточном соке, накапливаются в листьях, плодах, семенах, коре, подземных органах. Различные части растения могут содержать разные алкалоиды. Обычно концентрация алкалоидов в растении невелика и составляет сотые и десятые доли %. При содержании 1 - 3% растение считается богатым алкалоидами (высокоалкалоидоносным). Только немногие растения , например культивируемые формы хинного дерева, содержат до 15 - 20% алкалоидов. Растение, как правило, включает не один, а несколько алкалоидов (катарантус розовый - более 60 алкалоидов).

Биологические функции алкалоидов еще окончательно не выяснены, но в последнее время все больше предпочтения отдается их активной роли в обмене веществ; их считают своеобразными стимуляторами и регуляторами биохимических процессов.

Есть данные об участии алкалоидов в окислительно-восстановительных процессах. Несомненна защитная роль алкалоидов.

Большинство кислородсодержащих алкалоидов - твердые кристаллические вещества без запаха, с горьким вкусом, бесцветные, лишь некоторые окрашены (например, сангвинарин - оранжевого цвета). Алкалоиды, не содержащие кислорода, являются летучими жидкостями с неприятным запахом (кониин, пахикарпин, никотин). Алкалоиды оптически активны.

Алкалоиды - основания, практически не растворимы в воде (исключение - кофеин, эфедрин, эргометрин) и хорошо растворимы в неполярных органических растворителях. Некоторые соли алкалоидов (например, папаверина гидрохлорид) растворимы в хлороформе.

Большое разнообразие алкалоидов затрудняет их классификацию. А. П. Орехов разделил их на группы, положив в основу строение азотсодержащих гетероциклов. Эта классификация была уточнена и развита др. учеными и ею широко пользуются в химии и фармакогнозии. Выделяют следующие основные группы алкалоидов:

1) группа пирролидина (I);

2) группа пиперидина (II);

3) группа пиридина (III);

4) группа пирролизидина (IV);

5) группа хинолизидина (V);

6) группа хинолина (VI);

7) группа изохинолина (VII);

8) группа хиназолина (VIII);

9) группа индола (IX);

10) группа дигидроиндола или беталаинов;

11) группа имидазола (X);

12) группа акридина (XI);

13) группа пурина (XII);

14) группа стероидных алкалоидов;

15) группа терпеновых алкалоидов;

16) группа алкалоидов без гетероциклов.

Классификация алкалоидов по строению основного гетероцикла имеет ряд преимуществ, но не отражает биогенетических связей среди алкалоидов.

При работах по введению в алкалоиды меченых предшественников выяснено, что большей частью таковыми являются аминокислоты. Это дало основание

Р. Хегнауэру разделить все алкалоиды на три группы: истинные алкалоиды, протоалкалоиды и псевдоалкалоиды . К истинным алкалоидам относят N-гетероциклические соединения, образовавшиеся из биогенных аминов, которые в свою очередь возникли путем декарбоксилирования протеиногенных аминокислот.

Протоалкалоиды не имеют N-гетероциклов и, как правило, являются растительными аминами, например эфедрин, сферофизин и др. Псевдоалкалоиды включают скелет, основу которого составляют не аминокислоты, а др. соединения. К ним относятся стероидные и терпеновые алкалоиды.

В связи с современными представлениями о путях биосинтеза алкалоидов ряд авторов предлагает классифицировать истинные алкалоиды на основе аминокислот, являющихся их предшественниками. В России для классификации лекарственного растительного сырья, содержащего алкалоиды, использована классификация, разработанная А. П. Ореховым.

Для обнаружения алкалоидов в растительном сырье используют общеалкалоидные (осадочные) реакции и хроматографию. Реакции проводят с 1 - 5%-ными кислотными вытяжками из сырья. Для количественного определения алкалоидов используют инструментальные физико-химические, гравиметрические и объемные методы.

В настоящее время в медицинской практике нашло применение более 80 алкалоидов. Они используются в чистом виде, в составе галеновых и новогаленовых препаратов, получаемых из алкалоидного сырья, входят в состав мн. комплексных препаратов. С использованием алкалоидов связано производство тонизирующих напитков (чай, кофе, какао), а также табачная промышленность. Ряд алкалоидов применяют в сельском хозяйстве как инсектициды. На основе известных алкалоидов синтезируют новые вещества с необходимыми фармакологическими свойствами.

Алкалоиды имеют ряд отрицательных свойств. При применении некоторых алкалоидов развивается пристрастие , лекарственная зависимость (наркомания). Многие алкалоиды - сильные яды, способные вызывать отравления с летальным исходом.

text_fields

text_fields

arrow_upward

В настоящее время открыто около 10 000 алкалоидов, из которых около 4 000 имеют доказанное строение. Такое огромное количество и многообразие алкалоидов не дают возможности разработать единую классификацию.

В основу классификации алкалоидов могут быть положены разные принципы, поэтому различают несколько видов классификаций алкалоидов.

1. В основе фармакологической классификации лежит характер фармакологического действия алкалоидов на организм:

• наркотические алкалоиды;
• местноанестезирующие алкалоиды;
• спазмолитические алкалоиды и т.д.

2. В основе ботанической классификации лежит систематическая принадлежность растений, из которых выделены алкалоиды, к определенному роду или семейству:

• алкалоиды табака;
• алкалоиды мака;
• алкалоиды спорыньи и т.д.

3. В основе биогенетической классификации , предложенной английским ученым Хегнауэром, лежит строение аминокислот, которые являются вероятными предшественниками алкалоидов в растениях:

• алкалоиды триптофана;
• алкалоиды фенилаланина и т.д.

4. Наиболее удобна и чаще всего используется в фармакогнозии химическая классификация , предложенная А.П. Ореховым, в основе которой лежат особенности химического строения алкалоидов, в частности, структура азотсодержащего гетероцикла.

Классификация по строению углеродноазотного цикла

text_fields

text_fields

arrow_upward

В зависимости от строения углеродноазотного цикла А.П. Орехов разделил все алкалоиды на 13 групп:

1. Алкалоиды с азотом в боковой цепи или ациклические алкалоиды (без гетероциклов): эфедрин из видов эфедры, капсаицин из плодов стручкового перца, колхицин и колхамин из клубнелуковиц видов безвременника.2. Алкалоиды, производные пирролидина и пирролизидина: платифиллин из крестовника плосколистного.

3. Алкалоиды, производные пиридина и пиперидина, делятся на несколько групп.

а) простые производные пиридина и пиперидина: лобелин из лобелии вздутой, кониин из плодов болиголова пятнистого;

б) бициклические неконденсированные системы: анабазин из анабазиса безлистного, никотин из листьев табака;

в) бициклические конденсированные системы пиперидина и пирролидина (производные тропана): гиосциамин, скополамин из красавки, белены, видов дурмана

4. Алкалоиды, производные хинолизидина: пахикарпин, термопсин, цитизин (софора толстоплодная, виды термопсиса).

5. Алкалоиды, производные хинолина: хинин из хинной коры, эхинопсин из плодов мордовника.

6. Алкалоиды, производные изохинолина: морфин, кодеин и папаверин из коробочек мака, хелеритрин, сангвинарин из травы чистотела и маклейи, глауцин из травы мачка желтого, берберин из корней барбариса.

7. Алкалоиды, производные индола: алкалоиды спорыньи, барвинка малого, резерпин и аймалин из корней раувольфии, стрихнин из семян чилибухи, винбластин и винкристин из листьев катарантуса розового.

8. Алкалоиды, производные пурина: кофеин из листьев чая, семян кофе, теобромин из семян шоколадного дерева.

9. Алкалоиды, производные хиназолина: пеганин из травы гармалы обыкновенной.

10. Алкалоиды, производные имидазола: пилокарпин из листьев видов пилокарпуса.

11. Стероидные алкалоиды: соласонин из травы паслена дольчатого, алкалоиды чемерицы.

12. Дитерпеновые алкалоиды: алкалоиды аконитов и живокостей.

13. Алкалоиды неустановленного строения.

На основании этой классификации систематизируется и сырье, содержащее алкалоиды.

К алкалоидам принадлежат вещества растительного происхождения, содержащиеся во многих растениях. В настоящее время известно около 10000 алкалоидов.

Химические свойства алкалоидов

Общим для большинства алкалоидов свойством является наличие в их молекулах азота, содержащегося в составе циклов. Таким образом, алкалоиды, принадлежат к гетероциклическим соединениям. Алкалоиды являются органическими основаниями и дают соли с кислотами. В большинстве случаев алкалоиды содержатся в растениях в виде солей яблочной, винной, лимонной и других кислот. В виде солей они растворимы в воде. Свободные алкалоиды могут быть получены путем обработки солей щелочами. В свободном виде алкалоиды, как правило, нерастворимы в воде, но растворяются в органических растворителях. Общим для всех алкалоидов свойством является также то, что они представляют собой физиологически чрезвычайно активные вещества, оказывающие сильное действие на животный организм; многие из них являются ядами.

Влияние алкалоидов на организм человека

Большинство алкалоидов действует на нервную систему: в малых дозах они оказывают возбуждающее действие, а в больших дозах - угнетающее. Так, например, кокаин, широко употребляемый в медицине в качестве местного обезболивающего средства, действует на чувствительные окончания периферической нервной системы. Кураре - алкалоид, содержащийся в соке некоторых южноамериканских растений, действует на двигательные окончания нервной системы и поэтому вызывает паралич; именно поэтому он употреблялся индейцами для смачивания стрел. Содержащийся в млечном соке мака морфин действует на цeнтральную нервную систему, вызывая сон; он употребляется в медицине в качестве общего обезболивающего средства. Содержащийся в табаке никотин также действует на центральную и периферическую нервную систему. В ягодах белладонны и дурмана содержится атропин, который оказывает сильное действие на моторные нервы глаза, расширяя зрачок.

Строение алкалоидов

По своему строению алкалоиды весьма разнообразны. В зависимости от xимической природы азотистого гетероцикла, входящего в их состав, они разделяются на следующие основные группы : 1) производные пиридина; 2) производные пирролидина; 3) производные хинолина и изохинолина; 4) производные индола; 5) производные пурина, к которым принадлежат алкалоиды - кофеин и теобромин; 6) алкалоиды терпеноидной природы.

В некоторых алкалоидах мы имеем дело с комбинацией в молекуле различных азотистых гетероциклов. Так, например, в молекуле никотина соединены между собой пиридин и пирролидин. Обычно все же никотин включают в группу пиридидиновых алкалоидов. Табак содержит целый ряд алкалоидов, из которых главные - никотин, орникотин и анабазин.

Алкалоид никотин

Никотин при окислении образует никотиновую кислоту, которая представляет собой противопеллагрический витамин; в виде амида является составной частью некоторых дегидрогеназ. Никотин в свободном виде - бесцветная, маслянистая жидкость. Он является сильно ядовитым веществом, действующим на центральную и периферическую нервные системы. При отравлении никотином смерть наступает от паралича дыхания. Никотин в больших количествах получают из отходов табачной промышленности и используют для борьбы с насекомыми, вредящими сельскому хозяйству.

Норникотин - алкалоид, получаемый при отнятии метильной группы от никотина. Анабазин был открыт крупнейшим советским исследователем в области химии алкалоидов академиком А.П. Ореховым в среднеазиатском растении Anabasis aphylla. Tак же, как и никотин, анабазин применяется для борьбы с насекомыми - вредителями сельского хозяйства. Исследования А.А. Шмука - крупнейшего авторитета в области химии табака, показали, что отдельные ботанические виды табака могут сильно различаться между собой по содержанию никотина, норникотина и анабазина. Так, например, в обычном папиросном табаке (Nicotiana tаbacum) и в махорке (Nicotiana rustiса) никотин содержится. Ряд видов содержит лишь следы никотина и преимущественно норникотин. Табак, принадлежащий к виду Nicotiana glauca, содержит только анабазин.

Алкалоид хинин

Важнейший представитель группы алкалоидов, принадлежащих к производным хинолина, - хинин , содержится в коре хинного дерева. Он применяется в медицине в качестве весьма эффективного лекарства при лечении малярии.

Алкалоид морфин

Морфин - представитель группы изохинолиновых алкалоидов, содержится в опии - сгущенном млечном соке опийного мака. Опий содержит большое количество различных алкалоидов и широко применяется в медицине как успокаивающее средство, а в больших дозах - и как наркотик. Морфин широко применяется в качестве болеутоляющего средства.

Алкалоиды спорыньи

К группе алкалоидов - производных индола, относится ряд алкалоидов, содержащихся в рожках спорыньи. Спорынья представляет собой зимующую форму гриба Claviceps purpurea , развивающегося в зерне ржи. Спорынья очень ядовита, и попадание рожков в размолотом виде в муку может привести к массовым отравлениям. Поэтому очистка зараженного зерна от рожков спорыньи является важнейшей операцией при переработке такого зерна. Рожки спорыньи применяются в медицине. В настоящее время для получения алкалоидов спорыньи с целью их использования в медицине широко применяется выращивание спорыньи на синтетических средах. Путем изменения состава среды можно существенно повысить выход алкалоидов. В основе строения алкалоидов спорыньи лежит лизергиновая кислота или ее изомер - изолизергиновая кислота, представляющие собой производные индола, синтезируемые в мицелии спорыньи из триптофана и мевалоновой кислоты. Соединяясь с одной или несколькими аминокислотами, пировиноградной кислотой или аминоспиртами, лизергиновая кислота образует тот или иной алкалоид спорыньи. Из рожков спорыньи выделено 12 алкалоидов: эрготамин и эрготаминин, эргозин и эргозинин, эргокристин и эргокристинин, эргокриптин и эргокриптинин, эргокорнин и эргокорнинин, эргобазин и эргобазинин. Алкалоиды спорыньи являются хорошим примером того, что обычно в данном растении содержится целый комплекс алкалоидов; родственных по своей химической природе. Такую же картину мы наблюдаем у табака, опийного мака, хинного дерева.