Алкалоиды: физические и химические свойства

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

Алкалоиды: физические и химические свойства

Определение, классификация

Алкалоиды - большая группа органических азотсодержащих соединений основного характера, встречающихся в растительных организмах и обладающих сильным физиологическим действием.

Название "алкалоид" происходит от двух слов: арабского "алкали" (alcali) щелочь и греческого "ейдос" (eidos) - подобный.

Классификация алкалоидов

В основу классификации алкалоидов могут быть положены разные принципы, поэтому различают следующие классификации:

Ботаническая классификация, в зависимости от того, к какому семейству или роду относятся растения, содержащие алкалоиды. Например, алкалоиды спорыньи, алкалоиды амариллисовых, пасленовых.

Фармакологическая классификация по характеру действия. Например, алкалоиды обладающие курареподобным действием.

Биогенетическая классификация (классификация Хегнауэра). В основе этой классификации, которой предпочитают следовать биохимики, лежит представление об аминокислотах - предшественниках алкалоидов.

Химическая классификация - по характеру азотсодержащего гетероцикла. Эта классификация предложена академиком Ореховым. Её чаще всего и используют в фармакогнозии.

Химическая классификация

В зависимости от строения углеродноазотного цикла Орехов разделил алкалоиды на несколько групп.

1 группа - алкалоиды с азотом в боковой цепи или ациклические алкалоиды (без гетероциклов). К этой группе относятся алкалоиды: эфедрин (эфедра хвощевая), колхамин, кохицин (безвременник великолепный), капсаицин (перец стручковый).

эфедрин	R = COCH3 - колхицин R= CH3 - колхамин

2 группа - алкалоиды, производные пирролидина, пирролизидина.

пирролидин	пирролизидин

К этой группе относится платифиллин (крестовник плосколистный).

платифиллин

3 группа -алкалоиды, производные пиридина и пиперидина, делятся на несколько групп.

пиридин	пиперидин

а) простые производные пиридина и пиперидина. К этой группе относятся лобелин (лобелия вздутая), кониин (болиголов пятнистый).

лобелин

б) бициклические неконденсированные системы.

К этой группе относятся анабазин (анабазис безлистный), никотин (табак).

анабазин

в) бициклические конденсированные системы пиперидина и пирролидина (тропановые алкалоиды). к этой группе относятся алкалоиды скополамин, гиосциамин, атропин (растения семейства пасленовых).

тропан	гиосциамин

4 группа - алкалоиды, производные хинолизидина.

Хинолизидин

К ним относятся термопсин, цитизин (виды термопсиса), пахикарпин (софора толстоплодная).

термопсин	цитизин

5 группа - алкалоиды, производные хинолина.

хинолин	К этой группе относятся хинин (хинное дерево), эхинопсин (мордовник шароголовый).

хинин

6 группа - алкалоиды, производные изохинолина.



изохинолин

Очень большая группа делится на несколько подгрупп. К этой группе относятся морфин, папаверин, кодеин (мак снотворный), глауцин (мачок желтый), хелеритрин, сангвинарин, протопин (чистотел большой, виды маклеи).

R=H - морфин R= CH3 - кодеин	папаверин	глауцин
сангвинарин	хелиритрин

7 группа - алкалоиды, производные индола

	К этой группе относятся эргометрин, эрготамин (спорынья), резерпин, аймалин (раувольфия змеиная), стрихнин (чилибуха) и др.
аймалин	стрихнин

8 группа - алкалоиды, производные имидазола. К этой группе относится алкалоид пилокарпин (род пилокарпус).

имидазол	пилокарпин

9 группа - алкалоиды, производные хиназолина. К ним относится алкалоид пеганин (гармала обыкновенная).

хиназолин	-пеганин

10 группа - алкалоиды, производные пурина. К ним относятся кофеин, теобромин (чай, кофе).

пурин

11 группа - дитерпеновые алкалоиды. К ним относятся алкалоиды аконитов и живокостей.

12 группа - стероидные алкалоиды. К ним относятся алкалоиды чемерицы, паслена дольчатого.

13 группа - алкалоиды неустановленного строения.

На основании этой классификации классифицируется и сырье, содержащее алкалоиды.

Физические свойства

В состав большинства алкалоидов входят углерод, водород, азот и кислород. Кроме того, некоторые алкалоиды содержат в своем составе еще и серу (алкалоиды кубышки желтой).

Агрегатное состояние в основном зависит от наличия в молекуле кислорода. Большинство кислородосодержащих алкалоидов - твердые кристаллические вещества, реже аморфные, без запаха, горького вкуса, как правило бесцветные, лишь некоторые алкалоиды окрашены - берберин в желтый, сангвинарин в оранжевый цвет.

Небольшая группа бескислородных алкалоидов представлена нелетучими жидкостями, перегоняющимися с водой, с сильным неприятным запахом (кониин, никотин, пахикарпин).

Алкалоиды оптически активны, большая часть вращает плоскость поляризованного луча влево.

Растворимость алкалоидов зависит от того, в какой форме они встречаются. Алкалоиды-основания хорошо растворимы в органических растворителях (исключение - кофеин) и нерастворимы в воде (исключение кофеин, эфедрин, эргометрин).

Алкалоиды-соли хорошо растворимы в воде (исключение сульфат хинина) и нерастворимы в органических растворителях (исключение папаверина гидрохлорид - растворим в хлороформе).

Химические свойства

Благодаря основному характеру, алкалоиды при взаимодействии с кислотами образуют соли. Это свойство алкалоидов широко используется при выделении и очистке алкалоидов, их количественном определении и получении препаратов. Другими общими химическими свойствами всех алкалоидов является образование осадков с солями тяжелых металлов, с комплексными соединениями, с некоторыми органическими соединениями кислого характера (пикриновая кислота, танин). Образующиеся комплексные соединения мало или совсем нерастворимы в воде. Эти свойства алкалоидов используются для их обнаружения.

Кроме того, каждому алкалоиду присущи свои химические свойства, зависящие от его строения (тип фенолов, сложных эфиров и т.п.).

Распространение алкалоидов в растительном мире

В настоящее время из растений выделено около 5000 (по другим данным 10000) алкалоидов. алкалоиды обнаружены в растениях, составляющих примерно 10% от флоры Земного шара.

Наиболее широко алкалоиды распространены среди покрытосеменных. Особенно ими богаты семейства пасленовые, маковые, лютиковые, бобовые, кутровые, логаниевые, рутовые и другие.

Алкалоиды обнаружены также у голосеменных, хвощей, папоротников, мхов и плаунов.

В растениях алкалоиды, как правило, находятся в виде солей органических или минеральных кислот, растворенных в клеточном соке.

Содержание алкалоидов в растениях невелико и колеблется от тысячных долей процента до нескольких процентов. При содержании 1-3% алкалоидов сырье считается уже богатым алкалоидами. Только некоторые растения, например, хинное дерево, содержит 15-20% алкалоидов.

Большинство растений содержит несколько алкалоидов. Чаще всего у одного растения количественно преобладает один или 2-3 алкалоида, содержание других - значительно меньше. Алкалоиды одного растения, как правило, имеют довольно близкое строение.

У некоторых растений алкалоиды содержатся во всех частях в значительных количествах (красавка обыкновенная, красавка кавказская). Но у большинства растений алкалоиды преобладают только в каком-либо одном органе или части растения.

Так например, в чае китайском, белене черной алкалоиды накапливаются в листьях, в дурмане индейском, чилибухе - в плодах или семенах, в раувольфии, безвременнике великолепном - в подземных органах.

Различные части растения отличаются не только по количественному содержанию алкалоидов, но и по качественному составу. например, у термопсиса ланцетного в траве находится алкалоид термопсин, а в семенах - цитизин.

На образование и количественное содержание алкалоидов оказывает влияние фаза развития. В надземных частях растения максимальное количество алкалоидов отмечается в фазу цветения-плодоношения, в подземных органах - в фазу отмирания надземной массы.

Большое влияние на накопление алкалоидов оказывают внешние факторы: температура, влага. почва, свет, долгота дня, высота над уровнем моря.

Температура - содержание алкалоидов в растениях увеличивается в возрастанием температуры в местах из произрастания. Температура ниже 0⁰ отрицательно влияет на содержание алкалоидов, так количество алкалоидов в листьях дурмана резко снижается после заморозков.

Влага - содержание алкалоидов в дождливые годы значительно ниже, чем в сухие годы.

Почва - с увеличением щелочности почв увеличивается содержание алкалоидов. Внесение азотистых удобрений повышает количество алкалоидов в растениях.

Долгота дня - при коротком световом дне количество алкалоидов в растениях больше, нежели при длинном световом дне.

Высота над уровнем моря - с увеличением высоты над уровнем моря содержание алкалоидов увеличивается, пример - виды скополии.

Качественный анализ сырья, содержащего алкалоиды

Для того, чтобы определить имеются ли алкалоиды в сырье, их нужно извлечь и провести ряд реакций.

Извлечение алкалоидов из сырья проводится обычно 1% уксусной кислотой в соотношении 1:10, при кипячении в течение 5 минут. Затем извлечение фильтруют и с фильтратом проводят качественные реакции. при этом могут быть использованы 3 типа реакций.

Общие осадочные реакции

Эти реакции позволяют установить наличие алкалоидов даже при незначительном их содержании.

Основаны они на том, что алкалоиды при взаимодействии с некоторыми веществами образуют нерастворимые в воде соединения. Это главным образом соли тяжелых металлов, комплексные йодиды, комплексные кислоты и некоторые органические соединения кислотного характера.

Общие осадочные реакции

Название реактива	Состав реактива	Эффект реакции
Майера	раствор дихлорида ртути и йодида калия	белый или желтоватый осадок
Вагнера-Бушарда	раствор йода в иодиде калия	бурый осадок
Драгендорфа	раствор нитрата висмута основого и иодида калия с добавлением уксусной кислоты	оранжево-красный или кирпично-красный осадки
Марме	раствор иодида кадмия в растворе иодида калия	белые или желтоватые осадки, растворимые в избытке реактива
раствор кремневольфрамовой кислоты	беловатые осадки
раствор фосфорномолибденовой кислоты	желтоватые осадки, через некоторое время синеют или зеленеют
раствор фосфорновольфрамовой кислоты	беловатые осадки
раствор пикриновой кислоты	осадки желтого цвета

Все эти реакции мало специфичны и позволяют лишь ориентировочно делать выводы о присутствии алкалоидов.

Групповые реакции

Специфические реакции

Последние два типа реакций проводят, если необходимо установить присутствие определенного алкалоида или определенной группы алкалоидов в растительном сырье.

Специфические реакции проводят с индивидуальными алкалоидами или с очищенной суммой алкалоидов.

В качестве специфических реактивов на алкалоиды при проведении реакций окрашивания довольно часто используют концентрированные серную и азотную кислоты, а также концентрированную серную кислоту, содержащую формалин (реактив Марки), концентрированную серную кислоту с молибдатом аммония (реактив Фреде) и др., при проведении микрокристаллоскопических реакций - пикриновую, пикролоновую и стифниновую кислоты, роданидные и иодидные комплексы металлов и др.

В последнее время для открытия и изучения алкалоидов используются хроматографические методы анализа, УФ-, ИК-, ЯМР-спектры.

Количественное определение

Весь процесс количественного определения алкалоидов в растительном сырье можно разделить на три основных стадии:

Извлечение алкалоидов из сырья

Очистка извлеченных алкалоидов от сопутствующих веществ: смолы, пигменты, жиры, пектиновые вещества и др.

Количественное определение выделенных и очищенных алкалоидов.

Извлечение алкалоидов и их очистка основаны на том, что почти все основания алкалоидов нерастворимы в воде, но растворимы в органических растворителях. Соли же алкалоидов нерастворимы в органических растворителях, но растворимы в воде.

Извлечение алкалоидов из растений можно проводить в виде солей и в виде оснований. Чаще используют методы извлечения алкалоидов из сырья в виде основания. Метод извлечения алкалоидов в виде солей (метод Стасс-Отто) применяется в судебной химии.

Количественное определение неизвестных алкалоидов проводят весовым методом. Если же алкалоиды известны, могут быть использованы объемные методы (прямое или обратное титрование), колориметрические, нефелометрические, хроматографические, спектрофотометрические и др.

Практически для каждого вида лекарственного растительного сырья, содержащего алкалоиды, разработаны индивидуальные методы количественного определения алкалоидов, описанные в соответствующих нормативных документах.

Заготовка, сушка, хранение сырья

Заготовка сырья проводится в период наиболее максимального содержания алкалоидов: как правило, трава и листья - в фазу цветения, подземные органы - ранней весной или осенью.

Так как сырье, содержащее алкалоиды, ядовито, при работе с ним следует соблюдать меры предосторожности. Сырье надо собирать в рукавицах, пользоваться марлевыми повязками и масками, не дотрагиваться грязными руками до лица, особенно оберегая слизистую оболочку глаз.

Сушка сырья, содержащего алкалоиды, может быть как воздушной (в тени или на солнце), так и тепловой. Температура сушки и ее характер зависит от строения алкалоидов. Обычно сушку проводят при 50-60⁰. Сырье, содержащее тропановые алкалоиды сушат быстро и при температуре 40-45⁰ С; сырье, содержащее пирролизидиновые алкалоиды сушат при температуре не выше 50⁰ С.

Хранение. Все алкалоидное сырье относится к сильно действующему и ядовитому, поэтому хранят его, в основном, по списку Б. Семя чилибухи, клубнелуковицы безвременника, корневища скополии - хранят по списку А.

Большинство чистых алкалоидов хранят по списку А, комплексные препараты по списку Б.

Хранить сырье необходимо в сухом помещении.

Роль алкалоидов в жизни растений

Значение алкалоидов в жизни растений окончательно еще не выяснено.

В настоящее время большинство ученых придерживаются теории о том, что алкалоиды в растениях одновременно выполняют различные функции. В частности они играют защитную роль и, кроме того, являются своеобразными стимуляторами и регуляторами биохимических процессов. Есть сведения об участии алкалоидов в окислительно-восстановительных реакциях.

Пути использования растительного сырья, содержащего алкалоиды

В настоящее время используется более 60 видов лекарственного растительного сырья, содержащего алкалоиды.

Алкалоидное сырье используется следующим образом:

Для получения чистых алкалоидов, применяемых в качестве лечебных препаратов. При этом у некоторых растений выделяют сразу несколько алкалоидов.

Для приготовления галеновых и новогаленовых препаратов в заводских условиях.

Для приготовления настоев травы плауна-баранца и чистотела. Настои изготовляют и применяют амбулаторно, под наблюдением врача.

Некоторые алкалоиды используют для получения комплексных препаратов.

На основании алкалоидов производят синтез новых веществ с необходимыми фармакологическими свойствами. Так, на основе строения алкалоиды кокаина были проведены работы по синтезу анестезирующих средств, в итоге чего синтезирован новокаин.

В медицине алкалоиды с успехом используются как лекарственные препараты при лечении сердечно-сосудистых, нервных, желудочно-кишечных и многих других заболеваний. В настоящее время получены препараты, используемые для лечения раковых заболеваний (сырье катарантуса розового, безвременника великолепного).

Применение алкалоидов в медицине с каждым годом становится все более разнообразным.

В пищевой промышленности созданы целые отрасли по выпуску продукции, обладающей тонизирующим действием, которое основано на содержании алкалоидов в исходном сырье (чай, кофе, какао). Ряд алкалоидов применяют в сельском хозяйстве в качестве контактных инсектицидов против ряда вредителей сельскохозяйственных культур (препараты чемерицы, анабазин, отвар табака).

Отрицательные свойства алкалоидов

При применении некоторых алкалоидов (морфин, кокаин) развивается пристрастие - лекарственная зависимость (наркомания). многие алкалоиды являются сильными ядами и вызывают отравления с летальным исходом.

Схема извлечения и очистки алкалоидов

Литература

1. Аналитическая химия. Физические и физико-химические методы анализа./ Под ред. О.М.Петрухина. - М., 2005

2. Артеменко А.И. Органическая химия.- М., 2006

3. Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия.- М., 2003

4. Биологическая химия. / Под ред. Ю.Б. Филипповича, Н.И.Ковалевская, Г.А.Севастьяновой . - М., 2005

5. Биохимия./Под редакцией В.Г.Щербакова. - СПб., 2003

6. Вольхин В.В. Общая химия. Избранные главы. - СПб, М, Краснодар., 2008

7. Вольхин В.В. Общая химия. Основной курс. - СПб, М, Краснодар., 2008

8. Гельфман М.И., Юстратов В.П. Химия. - СПб, М, Краснодар., 2008

9. Глинка Н.Л. Общая химия. - М., 2005

10. Говарикер В.Р., Васванатхан Н.В., Шридхар Дж.М. Полимеры. - М., 2000

11. Гранберг И.И. Органическая химия. - М., 2002

12. Дорохова Е.Н., Прохорова К.В. Аналитическая химия. Физико-химические методы. - М., 2004

Размещено на Allbest.ru