Содержание
Введение
Глава 1. Классификация алкалоидов и свойства алкалоидов
.1 Классификация алкалоидов
.2 Свойства алкалоидов
Глава 2. Распределение в природе и применение алкалоидов
.1 Распределение алкалоидов в природе
.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:
) атом азота обязательно включен в гетероциклическую систему;
) вещество должно быть сложным по молекулярной структуре;
) вещество должно быть фармакологически активным;
) 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 b-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.
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 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.). 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). 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.
. Производные пирролидина.
. Производные пиридина. Пример пиперин, кониин, ареколин, никотин и др.
. Производные имидазола. Пример гистамин, пилокарпин, аллантоин и др.
. Производные конденсированных пирролидинового и пиперидинового колец. Пример атропин, гиосциамин, кокаин, алкалоиды коры гранатника и др.
. Производные пиримидина.
. Производные пурина. Пример кофеин, теофиллин и др.
. Производные индола. Пример стрихнин, бруцин, физостигмин.
. Производные хинолина - хинные алкалоиды. Пример цинхонин, хинин и др., алкалоиды аконита и др.
. Производные изохинолина - алкалоиды опия. Пример папаверин, морфин, кодеин и др., алкалоиды ипекакуаны, гидрастин и др.
. Алкалоиды с кислородом и азотом в кольце. Пример карпаин.
. 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:
) пиридиновая (никотин, анабазин);
) хинолиновая (хинин, стрихнин);
) изохиниловая (папаверин, кураре);
) фенантреновая (морфин, кодеин);
) тропиновая (атропин, кокаин);
) 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.
) Производные пирролидина и пирролизидина. Данные соединения имеют специфическую химическую формулу. Пример: из крестовника плосколистного и ромболистного - платифиллин, саррацин, сенецифилллин.
) Производные пиридина и пиперидина. К данной группе относят соединения анабазин и лобелин получаемые из анабазиса безлистного и лобелии одутлой.
) 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).
) 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.
) Производные хинолина. Пример: из хинной коры - хинин, из плодов мордовника - эхинопсин.
) Производные изохинолина. Пример из солянки Рихтера: - сальсолин, из коробочек мака - морфин и папаверин, а также алкалоиды барбариса, чистотела и мачка желтого.
) Производные пурина. Пример: из листьев чая, семян кофе и колы - кофеин.
) 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.
. Полиаминные алкалоиды (производные путресцина, спермидина и спермина).