Факторы, влияющие на содержание алкалоидов в растениях. Локализация алкалоидов в растениях
Тема 15. Алкалоиды
Алкалоиды - это природные азотсодержащие органические соединения основного характера, имеющие сложный состав и обладающие сильным фармакологическим действием.
Название "алкалоиды" было предложено Мейснером в 1819 г. Оно происходит от 2-х слов: арабского alcali - щелочь и греческого eidos - подобный. Таким образом, слово "алкалоид" означает "щелочеподобный".
Начало развития химии алкалоидов можно отнести к первому десятилетию XIX столетия, когда в 1806 г. Сертюрнер (нем. аптекарь) выделил из опия морфин, а затем установил (1811 г.), что морфин с кислотами образует соли.
С открытием алкалоидов началась новая эпоха в химии и медицине. Установление структуры алкалоидов шло медленно и относится главным образом к XX cтолетию.
В настоящее время известно около 5 тысяч алкалоидов, для 3000 алкалоидов установлено строение.
Классификация алкалоидов
(модифицированный вариант классификации А.П. Орехова)
В основе классификации алкалоидов лежит структура гетероцикла и положение азота в молекуле алкалоида.
Большинство алкалоидов - гетероциклические соединения (с азотом в цикле) - истинные алкалоиды. Небольшое число алкалоидов содержат азот в боковой цепи или являются ациклическими соединениями - протоалкалоиды.
I. Алкалоиды с азотом в боковой цепи и ациклические алкалоиды - протоалкалоиды
Протоалкалоиды - низкомолекулярные относительно простые азотсодержащие соединения, имеющие генетическую связь с аминокислотами.
Протоалкалоиды делят на три группы:
1. Алифатические. Сферофизин из сферофизы солонцовой:
СФЕРОФИЗИН
2. Фенилалкиламины, из которых самая большая группа - фенилэтиламиновые протоалкалоиды. К алкалоидам этой группы относится эфедрин из побегов эфедры хвощевой и капсаицин из плодов перца однолетнего:
ЭФЕДРИН КАПСАИЦИН
3. Колхициновые алкалоиды - колхицин и колхамин из клубнелуковиц безвременника великолепного:
КОЛХИЦИН
II. Алкалоиды с азотом в составе гетероцикла - истинные алкалоиды
Производные пирролидина
ПИРРОЛИДИН
подразделяются на:
1) простые производные пирролидина - гигрин, кускгигрин, которые содержатся в сырье белладонны:
ГИГРИН
2) производные пирролизидина - это конденсированная система из двух циклов пирролидина:
ПИРРОЛИЗИДИН
Производными пирролизидина являются платифиллин и саррацин, которые содержатся в траве крестовника плосколистного:
ПЛАТИФИЛЛИН
III. Пиридиновые и пиперидиновые алкалоиды:
ПИРИДИН ПИПЕРИДИН
Эта группа алкалоидов подразделяется на:
1) простые производные пиридина и пиперидина. Представителем этой группы является кониин, который содержится в плодах болиголова пятнистого:
КОНИИН
2) производные бициклической неконденсированной системы, состоящей из циклов пиридина и пирролидина. К этой группе относится никотин, который содержится в табаке:
НИКОТИН
3) производные бициклической неконденсированной системы колец пиридина и пиперидина. Представителем этой группы является анабазин, который содержится в анабазисе:
АНАБАЗИН
IV. Тропановые алкалоиды -
производные бициклической конденсированной системы пирролидина и пиперидина:
ТРОПАН
ГИОСЦИАМИН (L), СКОПОЛАМИН
АТРОПИН (рацемат)
Эти алкалоиды содержатся в растениях из семейства Пасленовые: белладонне, белене, дурмане обыкновенном и дурмане индейском.
V. Хинолизидиновые алкалоиды -
производные бициклической конденсированной системы из двух циклов пиперидина:
ХИНОЛИЗИДИН
Различают 5 групп хинолизидиновых алкалоидов:
1. Группа лупинина. Лупинин впервые выделен из люпина. В медицинской практике представители этой группы не применяются.
2. Группа спартеина. К ней относятся пахикарпин, термопсин, анагирин, содержащиеся в траве софоры толстоплодной:
ПАХИКАРПИН
3. Группа цитизина. Цитизин содержится в семенах термопсиса ланцетовидного и в траве термопсиса очередноцветкового:
ЦИТИЗИН
4. Группа матрина. Матрин найден в софоре желтоватой.
5. Группа нуфаридина. Алкалоиды этой группы обнаружены в представителях семейства нимфейных и в своем составе содержат серу, например, алкалоид нуфлеин, который содержится в корневищах кубышки желтой.
VI. Производные хинолина
Сюда относятся алкалоиды хинного дерева: хинин, хинидин, цинхонин.
| |
|
| ХИНОЛИН | ХИНИН |
VII. Изохинолиновые алкалоиды:
ИЗОХИНОЛИН
В медицинской практике нашли применение представители следующих групп:
1. Группа фенантренизохинолина (морфина) - сюда относятся морфин, кодеин - алкалоиды мака снотворного.
2. Группа бензилизохинолина - куда входит алкалоид папаверин, также содержащийся в маке снотворном.
3. Группа бензофенантридина - сангвинарин и хелеритрин - алкалоиды травы чистотела большого:
САНГВИНАРИН
4. Группа апоморфина - алкалоид глауцин, выделенный из травы мачка желтого:
ГЛАУЦИН
5. Группа протоберберина - берберин, полученный из барбариса обыкновенного, алкалоид гиндарин - из стефании гладкой:
6. Группа бисбензилизохинолиновых алкалоидов, куда относятся алкалоиды кураре.
VIII. Алкалоиды - производные индола:
ИНДОЛ
Это очень большая группа алкалоидов, имеющих сложное строение:
ЛИЗЕРГИНОВАЯ КИСЛОТА РЕЗЕРПИН
Алкалоиды этой группы содержатся:
в склероциях спорыньи - эргометрин, эрготамин, эргокристин - производные лизергиновой кислоты;
в корнях раувольфии - резерпин;
в траве барвинка малого - винкамин;
в листьях катарантуса розового - винбластин, винкристин;
в семенах чилибухи - стрихнин;
в траве пассифлоры инкарнатной - гармин, гарман, гармол.
studfiles.net
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.
28.06.2015
www.pharmspravka.ru
Факторы, влияющие на содержание алкалоидов в растениях
I. Индивидуальные свойства растения (генетический фактор).
В мире растений наблюдается внутривидовая изменчивость, которая может проходить спонтанно, и при этом возникают формы с высоким или низким содержанием алкалоидов - хеморасы. Например, в коре хинного дерева содержание алкалоидов может варьировать от 2,5% до 20% и более.
Различным может быть и качественный состав алкалоидов. Причем оба эти свойства передаются по наследству, что дает возможность проведения селекционных работ с целью получения высокоалкалоидных форм растений с определенным качественным составом. Так были получены эргометриновый, эрготоксиновый, эрготаминовый штаммы спорыньи.
II.Фаза вегетации.
Алкалоиды как продукты обмена веществ накапливаются в растениях на определенных этапах онтогенеза. Максимальное содержание алкалоидов в надземных частях растений (листья, травы) совпадает с периодом наиболее интенсивного развития растения - в молодых растущих тканях (рост, бутонизация, цветение). После цветения содержание алкалоидов обычно снижается.
В подземных органах, как правило, больше алкалоидов содержится осенью - в период плодоношения и отмирания надземной части растения.
III. Возраст растения.
Влияние возраста на содержание алкалоидов в растении хорошо прослеживается на хинном дереве. Наиболее богата алкалоидами кора в возрасте дерева от 6 до 12 лет; в старой коре алкалоидов меньше.
У чайного куста наибольшее количество алкалоидов в самых молодых листьях - 3%, а в старых (кожистых) - менее 1%.
IV. Экологические факторы.
1. Температура.
Теплая погода способствует увеличению содержания алкалоидов в растениях, холодная тормозит этот процесс, а заморозки могут действовать губительно.
2. Свет (освещенность).
Определенной закономерности нет, но значительно чаще интенсивное освещение способствует увеличению содержания алкалоидов. Например, увеличение освещенности стимулирует накопление алкалоидов у термопсиса, паслена дольчатого, у других подавляет их образование (табак, дурман обыкновенный).
3. Влажность.
Среди алкалоидоносных растений имеются засухоустойчивые и влаголюбивые, но для большинства растений избыток влаги неблагоприятно влияет на накопление алкалоидов (красавка, хинное дерево, мак снотворный).
4. Высота над уровнем моря.
Для ряда растений увеличение высоты над уровнем моря положительно влияет на содержание алкалоидов, но до определенной высоты. Например, содержание алкалоидов у красавки увеличивается с высотой произрастания, оптимум наблюдается на высоте 1500 м, после чего их содержание уменьшается.
При подъеме в горы некоторые растения теряют свои ядовитые свойства: болиголов пятнистый в горах не содержит кониина.
Большое влияние на накопление алкалоидов оказывают географическое положение и климатические условия.
Установлено, что алкалоидсодержащие растения чаще встречаются на юге, в странах с тропическим и субтропическим климатом.
Кроме того, у растений, произрастающих в южных районах, содержание алкалоидов выше.
studfiles.net
Выделение алкалоидов из лрс
Процесс выделения подразделяют на три этапа:
1. Извлечение алкалоидов из ЛРС.
2. Очистка полученных извлечений.
3. Разделение суммы алкалоидов.
Из ЛРС алкалоиды могут быть извлечены в виде оснований или в виде солей (схемы 16,17).
Извлечение алкалоидов из лрс в виде оснований
В этом случае соли алкалоидов, в виде которых они содержатся в растительном сырье, необходимо перевести в основания.
Это достигается добавлением к измельченному сырью щелочей. Затем основания алкалоидов извлекают органическим растворителем (дихлорэтаном, хлороформом, диэтиловым эфиром и др.).
Подбор щелочи
При подборе щелочи учитывают свойства и строение алкалоидов.
Сильные щелочи (NaOH, KOH) используют при выделении сильных оснований алкалоидов и алкалоидов, находящихся в ЛРС в виде прочных соединений с дубильными веществами (кора хинного дерева и др.). Их не применяют при выделении алкалоидов:
1) имеющих в молекуле фенольные гидроксилы, т.к. образуются феноляты, нерастворимые в органических растворителях;
2) имеющих сложную эфирную группировку (атропин), т.к. сильные щелочи вызывают гидролиз алкалоидов;
3) при выделении алкалоидов из семян, содержащих жирные масла, т.к. едкие щелочи вызывают омыление жиров. Мыла же способствуют образованию эмульсий, что затрудняет выделение алкалоидов.
Для переведения солей в основания в этих случаях используют обычно раствор аммиака.
Извлечение алкалоидов из лрс в виде солей
Выделение проводят путем экстрагирования измельченного сырья 1-5% раствором кислоты или подкисленным спиртом. Для подкисления используют НСl, h3SO4, винную, уксусную и др., т.е. те кислоты, которые дают с алкалоидами соли, хорошо растворимые в воде или спирте.
В органический растворитель и в воду, кроме алкалоидов, переходят сопутствующие вещества, от которых алкалоиды надо отделить.
Очистка полученных извлечений основана на различной растворимости алкалоидов-оснований и их солей, что дает возможность поочередного переведения алкалоидов из органического растворителя в воду.
1. Полученные из сырья алкалоиды-основания, находящиеся в органическом растворителе, помещают в делительную воронку и обрабатывают 1-5% раствором кислоты. При этом алкалоиды-основания с кислотами образуют соли, вследствие чего переходят в водный слой, а сопутствующие вещества (хлорофилл, жирные масла, смолистые вещества и др.) остаются в органическом растворителе, который отбрасывают;
2. Полученное извлечение алкалоидов из сырья в виде солей подщелачивают (для переведения солей алкалоидов в основания), затем обрабатывают его органическим растворителем. Основания алкалоидов переходят в органический растворитель, а сопутствующие вещества (органические кислоты, дубильные вещества, сахара и др.) остаются в водном слое, который отбрасывают.
Для более полной очистки эти операции повторяют несколько раз.
Разделение суммы алкалоидов
Разделить сумму алкалоидов на индивидуальные соединения очень сложно. Отметим основные принципы разделения суммы алкалоидов.
1. Разделение суммы алкалоидов по различной растворимости в органических растворителях.
Сумму алкалоидов оснований обрабатывают последовательно органическими растворителями с возрастающей полярностью: эфиром, в который переходит часть алкалоидов, затем хлороформом. В хлороформ могут перейти другие алкалоиды. Иногда таким способом можно достигнуть разделения .
2. Разделение суммы алкалоидов по различной силе основности.
Если к водному раствору суммы алкалоидов-солей прибавить щелочь в недостаточном количестве для переведения всех солей алкалоидов в основания, то в первую очередь в реакцию вступят соли слабых оснований. При обработке такого раствора органическим растворителем, образовавшиеся слабые основания перейдут в органический растворитель, а соли более сильных оснований останутся в водном слое.
После этого к водному раствору вторично добавляют определенное (недостаточное) количество щелочи и затем этот раствор вновь обрабатывают органическим растворителем. Вытесненные из солей более сильные основания алкалоидов перейдут в новую порцию органического растворителя.
Таким образом, более слабые основания алкалоидов будут в первых фракциях органического растворителя, а более сильные - в последних.
Если к раствору суммы алкалоидов-оснований в органическом растворителе прибавить недостаточное количество кислоты, то в первую очередь в реакцию вступят сильные основания алкалоидов, тогда как слабые основания останутся в свободном состоянии (в органическом растворителе).
Таким образом, при дробном извлечении алкалоидов из раствора их в органическом растворителе небольшими порциями кислоты, можно получить ряд фракций, в которых алкалоиды распределяются по «силе основности» - в первых фракциях будут находиться сильные основания алкалоидов, в последующих - более слабые.
3. Разделение суммы алкалоидов хроматографическим методом. Этот метод используется как для очистки, так и для разделения алкалоидов.
Разделение алкалоидов основанио на том, что они имеют различную адсорбционную способность. Например, хроматографическим методом из сложной смеси алкалоидов мака можно выделить морфин, из суммы алкалоидов эфедры - эфедрин.
Через колонку, заполненную соответствующим сорбентом, пропускают раствор или извлечение, содержащее несколько алкалоидов. Элюирование проводят подходящим растворителем или смесью растворителей. При этом получают несколько фракций, содержащих индивидуальные алкалоиды или менее сложную смесь алкалоидов. Если необходимо, отдельные фракции подвергают повторному хроматографированию.
4. Разделение суммы алкалоидов по различной температуре кипения.
Используют фракционную перегонку при пониженном давлении. Например, кониин и конгидрин (алкалоиды болиголова пятнистого) различаются по температуре кипения.
Схема 16
Схема 17
studfiles.net
Распространение алкалоидов в растительном мире.
Согласно данным, берущим свои истоки из трудов академика А.П.Орехова (1955), алкалоиды находятся не во всех растениях и число последних невелико. Но из-за малого изучения растений в этой области можно ожидать определенных перемен в сторону увеличения числа видов алкалоидсодержащих растений. Распределение алкалоидов между ботаническими видами довольно неравномерно. Некоторые семейства богаты алкалоидоносными представителями, в других царит отсутствие таковых.
Часто растения, стоящие близко одно к другому в системе ботанической классификации, заключают в себе ряд алкалоидов, весьма близких по своему строению и образующих естественную группу. Но известны случаи, когда из двух весьма близких между собой ботанических видов один богат алкалоидами, а другой или совершенно их не содержит, или же содержит алкалоиды другого строения. Раньше считалось, что определенные алкалоиды являются характерными и специфичными для определенных ботанических семейств или даже видов, и не встречаются ни в каких других растениях. Однако по мере рассмотрения этого вопроса выявился ряд случаев, когда один и тот же алкалоид был найден в растениях, стоящих очень далеко одно от другого в ботанической классификации и принадлежащих к совершенно разным свойствам. Поскольку число таких случаев довольно велико, их нельзя считать исключениями и не может идти речи о строгой ботанической специфичности алкалоидов.
В растительном организме обычно распределение алкалоидов бывает довольно неравномерно. Локализация алкалоидов происходит преимущественно в определенных частях. Например, в видах Cincona алкалоиды находятся главным образом в коре, тогда как у аконитов главная их масса находится в клубнях. У ракитника алкалоиды сосредоточены главным образом в семенах, в кокаиновом кактусе в листьях.
Известны случаи, когда одни части растений очень богаты алкалоидами, тогда как в других частях того же растения они полностью отсутствуют или содержаться в гораздо меньшем количестве.
Различные части одного и того же растения могут отличаться между собой также и качественными содержанием алкалоидов, т.е. в различных частях растений могут находиться разные алкалоиды. Например, корень мачка бахромчатого содержит исключительно хелеретрин и сангвинарин, тогда как в надземных его частях находятся только протопин, коридин и аллокриптопин. Поэтому при изучении новых растений необходимо исследовать отдельно различные их части. Кроме того, как процентное содержание, так и качественный состав алкалоидной смеси могут меняться в течение года в зависимости от стадий развития растений.
Процентное содержание алкалоидов, заключающихся в каком-либо органе растения, обычно невелико. Известно, правда, несколько примеров – хинное дерево, барбарис, коридалис и др., когда содержание алкалоидов доходит до 10-15 %. Но такие случаи являются редкими исключениями, и растения, содержащие 1-2 % алкалоидов, считаются уже богатым сырьем. В ряде же случаев содержание алкалоидов измеряется десятыми, а иногда и сотыми долями процента. Процентное содержание алкалоидов подвержено сильным колебаниям, зависящим не только от изучаемой части растения, но и от времени года (периода вегетации) и условий произрастания: климата, почвы, удобрения, влажности и т.д. При этом за время вегетации оно может или непрерывно расти, или же сначала увеличиваться, а затем падать. Поэтому для тех алкалоидоносных растений, которые имеют производственное значение, нужно знать, в какой момент количество алкалоидов достигаем максимума, что может быть достигнуто путем изучения динамики их накопления и изменения их состава, чтобы установить таким образом оптимальный момент сбора.
Для культивируемых видов алкалоидоносных растений путем селекции и агромероприятий не только увеличить общее содержание алкалоидов, но и изменить их качественный состав в желательную для исследователя сторону.
Количественное и качественное содержание алкалоидов может сильно меняться от перенесения дикорастущего растения в иную обстановку. Иногда такое дикорастущее алкалоидоносное растение в культуре теряет свои алкалоиды или же их состав сильно меняется, что, конечно, объясняется только нецелесообразными условиями культуры, не соответствующими тем, к которым дикорастущее растение приспособилось в процессе эволюции.
Один алкалоид растение содержит только в очень редких случаях, т.к. при детальном изучении не исключена возможность, что в нем будут найдены другие алкалоиды. В большинстве случаев в растении находится смесь нескольких алкалоидов, число которых может доходить до 15-20 и даже более.
Обычно алкалоиды находятся в растении в виде солей различных органических или минеральных кислот. Особенно часто встречаются они в виде солей яблочной, лимонной, щавелевой, янтарной и дубильной кислот (таннин). Далее встречаются соли уксусной, пропионовой и молочной кислот. Из минеральных кислот встречаются серная, фосфорная, роданистоводородная. В некоторых растениях алкалоиды связаны с кислотой, являющейся характерной для данного растения, например аконитовой (в аконите), хинной (в хинной корке), меконовой (опий).
Общие сведения о растениях.
Одним из наиболее важных полезных свойств растений является способность входящих в состав их органов и тканей химических соединений оказывать на животный организм, в частности на организм человека, лечебное действие. Оно обусловлено так называемыми «действующими веществами», то есть веществами, обладающими физиологической активностью, и в этой связи называемыми часто «физиологически активными» или «фармакологически активными». Действующие вещества — это весьма сложные органические соединения, вырабатываемые растениями в процессе биосинтеза и являющиеся, таким образом, продуктами жизнедеятельности растений или продуктами вторичного метаболизма. Они вырабатываются растениями в небольших количествах, исчисляемых чаще сотыми или десятыми долями процента, реже целыми числами и крайне редко десятками процентов (например, рутин в цветках софоры японской — до 20%). Неравномерно и распределение этих веществ по органам и тканям растений. Действующие вещества локализуются в определенных органах (листьях, корнях и корневищах, цветках, плодах и т. д.), реже во всем растении. Иногда разные органы накапливают и различные по своему составу действующие вещества и поэтому часто представляют разные группы сырья и используются для лечения неоднотипных заболеваний. Действующим веществом в растении является какое-то определенное химическое соединение, оказывающее при лечении основной терапевтический эффект. Но часто физиологический эффект достигается не за счет одного действующего вещества, а благодаря комплексу веществ, входящих в состав растения. Их количество подвержено значительным колебаниям. Одно и то же растение может содержать в различных органах и в разных климатических зонах неодинаковые количества действующих веществ, и очень часто химический состав его может быть подвержен значительным колебаниям в зависимости от условий обитания, почвенного состава, увлажненности почвы, высотного положения и ряда других факторов. Большое значение в накоплении действующих веществ в растении имеет фаза вегетации, или фаза развития растения. Этот фактор всегда необходимо учитывать при заготовке лекарственного растительного сырья. Иначе, собранное в другие, чем это необходимо, сроки, оно будет воздействовать слабо или явится вообще неэффективным, а в некоторых случаях окажет нежелательное и даже ядовитое действие на организм. Большое влияние на накопление действующих веществ в растении оказывает и уровень инсоляции, а также солнечной активности. В годы с высокой солнечной активностью действующие вещества в растении могут накапливаться в больших количествах, чем в годы спокойного солнца или в период спада солнечной активности. Например, хохлатка сибирская, собранная нами в Петровск-Забайкальском районе Читинской области в 1957 году, содержала, по нашим данным, 1,37% суммы алкалоидов, тогда как то же растение, собранное в том же месте, но уже в 1964—1965 годах, содержало только 1,17% суммы алкалоидов. Если учесть, что большое число алкалоидных растений содержит в своем составе в сумме десятые или сотые доли процента алкалоидов, то разница в 0,2% является уже значительной. Наконец, накопление действующих веществ в растениях в течение суток также может быть подвержено значительным колебаниям. Так, по данным В. С. Соколова (1952), наибольшее содержание суммы алкалоидов в солянке Рихтера, собранной в Ферганской долине, отмечается в ночные и ранние утренние часы, тогда как в полдень и вечером оно минимально Подобная закономерность содержания алкалоидов в растениях в течение суток отмечается и другими авторами. И это обстоятельство вполне оправдывает то, что в народе некоторые виды лекарственных растений рекомендуют заготовлять ночью.Действующие вещества растений могут быть представлены самыми разнообразными классами органических соединений — алкалоидами, гликозидами, дубильными веществами, сапонинами, флавоноидами, производными кумарина и фурокумарина, различными органическими кислотами, витаминами, жирными маслами, эфирными маслами с входящими в их состав различными кислородными производными терпенов и самими терпенами, а также пектинами, лигнанами, фитоэкдионами, тропалонами и др. Наряду с действующими веществами органической природы в растениях также содержатся и минеральные вещества. Некоторые из них входят в состав органических соединений растений. Ряд минеральных веществ содержится в растениях в больших количествах и довольно широко встречается в растительном мире. Элементы, входящие в состав таких минеральных веществ, принято называть макроэлементами. К ним относятся калий, кальций, магний, кремний, фосфор, железо и др. Эти элементы в ряде случаев также обладают физиологической активностью, и растения, содержащие их, часто назначаются в качестве лечебных средств. Например, растения, богатые железом, применяются в медицинской практике при железодефицитных анемиях. Наряду с макроэлементами в растениях в незначительных количествах содержатся и так называемые «микроэлементы». К ним относятся медь, марганец, мышьяк, молибден, кобальт, никель, цинк, йод и др. Микроэлементы часто называют также «биотиками», подчеркивая тем самым их роль в жизнедеятельности как растительных, так и животных организмов, т. е. биологических объектов. Микроэлементы входят в состав ферментов — биологических катализаторов, способствующих протеканию в организме различных биохимических процессов. Недостаток того или иного микроэлемента приводит к различным расстройствам функций организма, а следовательно, и к целому ряду заболеваний. В этих случаях лекарственные растения, содержащие микроэлементы, оказываются весьма эффективными средствами. Кроме действующих веществ в растениях содержатся также вещества сопутствующие и балластные. Сопутствующие вещества в той или иной степени меняют действие основного физиологически активного соединения. Они могут либо усиливать его, либо ослаблять, либо уменьшать вредное влияние на организм, либо напротив его увеличивать. В последнем случае сопутствующие вещества следует удалять из растения или из его препарата. Но в большинстве случаев наличие сопутствующих веществ в растительном препарате весьма желательно и даже необходимо. Балластные вещества практически не оказывают никакого действия на организм, иными словами, это индифферентные продукты жизнедеятельности растений. К ним относится, например, клетчатка, не растворимая ни в воде, ни в спирте и поэтому не переходящая в состав получаемого из растения лекарства.Однако следует отметить, что деление химических соединений, образующихся в растении, на действующие, сопутствующие и балластные вещества весьма условно. Ведь те же сопутствующие вещества в ряде случаев могут выступать и в качестве самостоятельных физиологически активных или действующих. То же можно сказать и о балластных веществах. Например, крахмал, слизи, пектиновые вещества часто относят к балластным, так как при получении препаратов из растений они либо просто не извлекаются используемым в этих случаях растворителем, либо препятствуют извлечению основных действующих веществ, и поэтому от них следует избавляться. В то же время и крахмал, и слизи, и пектиновые вещества могут выступать в качестве самостоятельных лекарственных препаратов.
//
Тема 2 – Классификация алкалоидов (2 часа)
Цель:обозначить основную классификацию алкалоидов.
Задачи обучения:
- формировать общие сведения по существующей классификации алкалоидов;
- формировать у студентов возможность самоподготовки к ряду классов алкалоидов;
- закрепить знания по всем вопросам темы.
Форма проведения: подготовка самостоятельного материала в малых группах (по 2-3 человека) и последующее обсуждение материала в форме корреспондентского опроса
Задания по теме:
1. Распространение алкалоидов в природе.
2. Факторы, флияюзие на процесс накопления алкалоидов.
3. Классификация алкалоидов.
4. Работы в области изучения алкалоидов.
Раздаточный материал: таблицы отражающие классификацию алкалоидов, подготовленных малыми группами студентов по заданиям темы
Литература
1 Зелинский Ю.Г. и др. Выделение и очистка веществ в химфармпромышленности / Ю.Г. Зелинский, Б.В. Шемерянкин, Н.М. Шмаков. – М.: Медицина, 1982. – 240 с.
2 Пасет Б.В., Антипов М.А. Практикум по техническому анализу и контролю в производстве химико-фармацевтических препаратов и антибиотиков: [Для хим. – фармац. техникумов]. – М.: Медицина, 1981, 272 с.
3 Государственная фармакопея Республики Казахстан. 1 том. – Алматы: изд-й дом «Жибек жолы», 2008 - 592 с.
4 Альбицкая В.Г., Гинзбург О.Ф., Коляскина З.Н., Купин Б.С., Павлова Л.А., Разумова Н.А., Ралль К.Б., Серкова В.И., Стадничук М.Д. Лабораторные работы по органической химии. Под ред. О.Ф. Гинзбурга, А.А. Петрова. М.: Высш. шк., 1967. – 295 с.
5 Майофис Л.С. Химия и технология химико-фармацевтических препаратов. 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Медицина, 1964. – 625 с.
Контроль (вопросы и ситуационная задача):
1. Дать общую характеристику алкалоидам, их распространению в природе?
2. Указать факторы, влияющие на накопление алкалоидов?
3. Какая классификация лежит в основе алкалоидов?
ПРИЛОЖЕНИЕ
Читайте также:
lektsia.com
План: Понятие об алкалоидах История изучения алкалоидов Распространение алкалоидов в растительном мире Факторы, влияющие на накопление алкалоидов - Лекция
Лекция: «ЛР И ЛРС, СОДЕРЖАЩИЕ АЛКАЛОИДЫ».
План:
Понятие об алкалоидах
История изучения алкалоидов
Распространение алкалоидов в растительном мире
4. Факторы, влияющие на накопление алкалоидов.
5. Биологическая роль алкалоидов.
6. Биосинтез алкалоидов
Алкалоиды - это природные азотсодержащие органические соединения основного характера, образующиеся в растительных организмах, имеющие сложный состав и обладающие сильным физиологическим действием.
Большинство их относится к соединениям с гетероциклическим атомом азота в кольце, реже азот находится в боковой цепи.
Основные свойства, характерные для этих соединений, обусловили их название, которое было предложено Мейснером в 1819 году.
В переводе термин "алкалоид" означает щелочеподобный (от араб. "alkali" - щелочь и греч. "eidos" - подобный). Подобно щелочам, алкалоиды образуют с кислотами соли.
Существуют природные соединения такие, как
метиламин, триметиламин и другие простые амины,
а также аминокислоты, обладающие выраженным основным характером, но к алкалоидам не относятся.
Протеиногенные амины, такие как тирамин и стахиндрин рассматриваются как переходные соединения от простых азотсодержащих к собственно алкалоидам.
Среди природных биологически активных веществ алкалоиды являются основной группой, из которой современная медицина получила большое количество лекарственных средств.
В Х1Х веке профессор Шацкий Е.А. сказал, что «открытие алкалоидов, последовавшее в начале нынешнего столетия, имело для медицины такое же значение, как открытие железа для мировой культуры».
История изучения алкалоидов.
В народной медицине алкалоиды применялись издавна. В настоящее время открыто около 10 000 алкалоидов.
Более 400 лет известны противомалярийные свойства коры хинного дерева. Отваром этой коры была вылечена королева Перу Чин-Чон от малярии, в честь которой это растение получило название Cinchona succirubra – цинхона красносоковая.
Первые исследования в области изучения алкалоидов относятся к началу XIX века. В 1806 году немецкий аптекарь Сертюрнер выделил в чистом виде и изучил снотворное действие алкалоида, названного им «морфин» (в честь греческого бога сна Морфия).
Это открытие имело революционное значение для науки, так как, оказалось, что в растениях могут содержаться вещества не только кислого, нейтрального, но и основного характера.
Большой вклад в изучение алкалоидов внесли русские ученые. Так профессор Ф.И.Гизе (Харьковский университет) из коры хинного дерева выделил в чистом виде хинин. В Европе это открытие осталось неизвестным.
Несколько позднее Пелетье и Кавенту (Франция) повторно открыли хинин и доказали, что он является основным действующим веществом коры хинного дерева. Эти ученые открыли алкалоиды, которые получили названия «стрихнин» и «бруцин».
За открытие хинина Пелетье и Кавенту во Франции поставлен памятник.
«Отец» химии алкалоидов Г.Драгендорф, профессор Юрьевского (г.Тарту) университета (Россия) изучил химические свойства алкалоидов и разработал методы их обнаружения и анализа.
До сих пор «Реактив Драгендорфа» ( калия тетрайодовисмутат - К[ВiI4]) широко используется при анализе алкалоидов.
Установление структуры алкалоидов стало возможным только на основе теории химического строения, которую предложил А.М.Бутлеров (Россия). Ученик Бутлерова академик А.М.Вишнеградский изучал строение алкалоидов - производных пиридина и хинолина.
В связи с началом 1-й мировой войны потребовалось большое количество обезболивающих и противошоковых препаратов.
А.М.Родионов и А.Е.Чичебабин (Россия) в 1914 году разработали промышленный способ получения алкалоидов из опия. Они являются основоположниками химико-фармацевтической промышленности в России.
Огромная заслуга в изучении алкалоидов принадлежит А.П.Орехову организовавшему при ВНИХФИ (г.Москва) отдел, который занимался изучением алкалоидов. За 10 лет (1928-1939 г.г.) этим отделом было открыто и изучено около 100 новых алкалоидов. Орехов создал новое комплексное направление в науке, которое включает в себя
поиск алкалоидоносных растений,
разработку методов анализа,
изучение фармакологического действия и
промышленный выпуск препаратов на основе алкалоидов.
Монография А.П.Орехова «Химия алкалоидов» (1938 г.) не потеряла своего значения и в настоящее время.
Исследования А.П.Орехова продолжили его ученики:
С.Ю.Юнусов, А.М.Рабинович, А.С.Садыков и другие.
Так, С.Ю.Юнусов возглавил Институт химии растительных веществ Академии наук Узбекистана. В этом институте изучены многие растения азиатской флоры (эфедра хвощевая и другие)
Изучением алкалоидов занимаются ученые и в учебных институтах, таких как в Пятигорской фармацевтической академии под руководством профессора Д.А.Муравьевой ведутся обширные исследования лекарственной флоры Кавказа. Детально изучены растения из рода Крестовник (Senecio) и их алкалоиды (платифиллин и сарацин).
Иследования алкалоидов проводятся и зарубежными учеными - в Японии, Канаде, Англии, Индонезии, Индии, Бирме.
Распространение алкалоидов в растительном мире.
Растения, содержащие алкалоиды составляют примерно 10 % всей мировой флоры.
Профессор Соколов В.С., обобщил сведения об алкалоидоносных растениях и все семейства, содержащие алкалоидоносные виды, разделил на 3 группы:
1 группа – семейства, насчитывающие не менее 20 % родов, имеющих алкалоидоносные виды растений. Такие семейства Соколов предложил называть высокоалкалоидными.
2 группа – семейства, в которых обнаружены от 10 до 20 % родов, имеющих алкалоидоносные виды растений. Эти семейства – среднеалкалоидоносные.
3 группа – семейства, в которых имеются от 1 до 10 % родов с алкалоидоносными видами растений. Такие семейства называются малоалкалоидоносными.
Большинство алкалоидов обнаружено среди класса двудольных. Среди однодольных они встречаются реже.
В растительном мире алкалоиды распределены неравномерно.
В низших растениях их мало. Встречаются в семействе плауновых (плаун-баранец).
Папоротники и хвойные почти не имеют алкалоидоносных видов.
У злаков и осоковых растений встречаются редко.
Наиболее широко алкалоиды распространены в покрытосеменных растениях (Angiospermae).
Особенно богаты алкалоидами растения семейств:
Маковые (Рараvегасеае), Пасленовые (Solanacеае), Бобовые (FаЬасеае), Кутровые (Аросупасеае), Мареновые (Rubiaceae), Лютиковые (Ranuncu1асеае), Логаниевые (Loganiасеае).
В водорослях (А1gае), грибах (Fungi), мхах (Вгуорhуtа), голосеменных (Gуmenospermае) алкалоиды встречаются реже.
В растениях алкалоиды находятсяв виде солей органических и неорганических кислот (лимонной, щавелевой, малоновой, уксусной, фосфорной),
растворенных в клеточном соке.
Для мака снотворного характерна меконовая кислота,
а для хинной коры - хинная кислота.
Они накапливаются в листьях, плодах, семенах, подземных органах.
Как правило, растение содержит не один, а несколько алкалоидов (катарантус розовый - более 60).
Различные части растения могут содержать разные алкалоиды (термопсис ланцетный: семена - цитизин, трава - термопсин, пахикарпин).
Обычно концентрация алкалоидов в растении невелика и составляет 0,01–1%.
Ели в растении накапливается 1-3% алкалоидов, оно считается высоко-алкалоидным.
Некоторые культивируемые растения накапливают до 15-20% алкалоидов (хинное дерево).
Часто родственные друг другу растения содержат алкалоиды,
близкие по своему строению, образуя естественную группу. Например, в растениях 7 близких между собой родов семейства пасленовых содержится группа тропановых алкалоидов.
Но иногда из двух близких в систематическом отношении видов один может быть богат алкалоидами, а другой или их совершенно не содержит, или содержит алкалоиды иного строения.
В растениях алкалоиды находятся в клеточном соке в растворенном виде.
У некоторых растений алкалоиды содержатся во всех органах (красавка обыкновенная и кавказская), у большинства они преобладают в каком-либо одном органе.
Часто у одного растения в разных органах имеется различное число алкалоидов, некоторые органы могут быть безалкалоидными, например, мак опийный во всех органах, кроме семян, содержит алкалоиды.
Обычно в растении встречается несколько алкалоидов:
в опии, например, 26 алкалоидов,
в корнях раувольфии - 35.
Редко присутствует в растении один алкалоид.
Факторы, влияющие на накопление алкалоидов.
1. Обычно богаты алкалоидами растения влажного тропического климата. Теплая погода способствует повышению содержания в растениях алкалоидов, холодная - тормозит, а при заморозках алкалоиды в растении не накапливаются.
Например, на Кавказе надземную часть чемерицы после заморозков животные поедают без последующего отравления, а в Средней Азии после заморозков верблюды поедают анабазис.
2. Содержание алкалоидов меняется даже в течение суток.
У лобелии одутлой количество их в ночное время на 40% больше, чем в полдень (Г. К. Крейер).
Надрезы коробочек опийного мака в вечерние часы дают больший выход опия и содержание в нем алкалоидов выше.
Исследования В. С. Соколова показали преимущества сборов солянки Рихтера ранним утром и ночью.
3. Высотный фактор имеет значение для содержания алкалоидов.
Установлено, что для каждого вида имеются свои оптимальные высоты.
У крестовника плосколистного наибольшее количество алкалоидов накапливается на высоте 1800-2000 м над уровнем моря (крестовник встречается в горах на высоте до 2500 м), после чего содержание алкалоидов снижается.
Такое явление наблюдается и у хинного дерева, красавки, эфедры.
4. Почвенные условия. - важный фактор.
Например, солянка Рихтера, растущая на песках, дает около 1% алкалоидов, а выросшая на глинистой почве содержит лишь их следы.
У культивируемых растений отмечается повышение содержания алкалоидов при внесении азотсодержащих удобрений.
5. Внутривидовая (индивидуальная) изменчивость тоже имеет значение. Наблюдается значительная разница в содержании алкалоидов у растений одного вида, растущих в одинаковых условиях, зависящая от индивидуальных свойств растений.
6. При сушке и хранении сырья выявляются колебания в содержании алкалоидов.
При замедленной сушке нестойкие алкалоиды разлагаются. Содержание алкалоидов снижается также при хранении сырья в сырых помещениях.
7. Интенсивность солнечной радиации влияет на процессы, протекающие в растениях.
В большинстве растений затенение ведет к понижению количества алкалоидов (что отмечено в опытах с красавкой).
Однако известны случаи, когда опыты с затенением вызывали увеличение количества алкалоидов (махорочные сорта табака).
Алкалоиды в растениях находятся в виде солей органических и минеральных кислот в растворенном виде в клеточном соке основной паренхимы, флоэмы и клетках других тканей.
Биологическая роль алкалоидов.
Окончательно не выяснена.
С. Ю. Юнусов (1948) считает,
1) что алкалоиды при дыхании растений окисляются в пероксид, который переходит в оксид алкалоида, а освобождающийся при этом активированный кислород используется растением для дальнейшего фотосинтеза.
2) Алкалоиды подземных частей, по-видимому, регулируют рост и обмен веществ, т.е. являются стимуляторами и регуляторами роста;
3)выполняют защитную роль.
О роли алкалоидов в растениях высказано много предположений.
Основные теории следующие.
Алкалоиды — отбросы жизнедеятельности растений.
Сторонники этой гипотезы рассматривают алкалоиды как конечные продукты процесса обмена веществ, появляющиеся в результате распада азотистых соединений.
Например, факт увеличения с возрастом количества алкалоидов в некоторых растениях.
Однако имеются серьезные возражения против этой гипотезы.
Во-первых, повышение количества алкалоидов с возрастом наблюдается только у небольшой части алкалоидоносных растений.
Во-вторых, если алкалоиды действительно отбросы, то они должны присутствовать абсолютно во всех растениях.
Далее, отбросы должны тем или иным образом удаляться из организма, однако этого не наблюдается.
Более того, алкалоиды-основания в растениях связываются с разными органическими кислотами и в виде солей остаются в растениях.
2. Вторая гипотеза: алкалоиды — запасные вещества.
Динамика изменения количества алкалоидов в разных органах растений на разных этапах его развития привлекается как доказательство роли алкалоидов как запасного азотистого материала. Но это доказательство носит косвенный характер.
В то же время имеются факты, когда в семенах бесспорно алкалоидоносного растения среди запасных питательных веществ алкалоидов нет, но они появляются значительно позже, когда из семян разовьются проростки (в маке снотворном, хинном дереве и ряде других растений).
Очевидно, что первые две гипотезы прямо противоположны друг другу.
3.Алкалоиды — защитные вещества.
Известны факты, когда присутствие алкалоидов предохраняет растение от поедания животными.
Однако известно и другое, когда козы поедают листья табака, кролики — листья красавки, а птицы — ягоды этого растения.
Имеются также насекомые-вредители, которые поглощают зеленую массу вместе с алкалоидами без какого-либо вреда для себя.
4. Алкалоиды — активные и необходимые вещества в процессах биосинтеза, протекающих в растениях.
Данное представление о роли алкалоидов большинством ученых считается наиболее достоверным. Имеются многочисленные факты, подтверждающие наличие связи между алкалоидами и биологией растений.
Алкалоиды, например, иногда выступают в роли сенсибилизаторов, т.е. веществ, усиливающих чувствительность клеток и тканей растений к отдельным частям солнечного спектра.
Содействуя поглощению растениями солнечных лучей, они ускоряют протекание фазы образования и развития органов плодоношения.
5. Имеются данные о положительном влиянии некоторых алкалоидов на процессы роста растений.
Известно широкое использование алкалоида колхицина для получения полиплоидных форм растений, в том числе и самих алкалоидоносов. Предполагается, что алкалоиды с пиридиновым и пиперидиновым кольцами служат материалом для синтеза пиридин нуклеидных ферментов.
6. Алкалоидам иногда отводится роль передатчиков кислорода. Эта передача осуществляется через N-оксидные формы алкалоидов.
Например, в крестовнике алкалоиды-основания и их пероксиды всегда находятся в определенном равновесии, разном в зависимости от фазы вегетации растения.
7. Указывается, что алкалоиды, будучи весьма динамичными, играют роль внутренних буферов в растительной клетке при азотистом питании.
Так, при длительном голодании, вызывающем распад белков, идет накопление алкалоидов, а в случае недостатка снабжения клетки азотом при наличии углеводов наблюдаются распад алкалоидов и синтез белка за счет алкалоидного азота.
8. Имеются высказывания даже о том, что алкалоиды способствуют выздоровлению растений. В подтверждение приводят факты концентрации алкалоидов в органах растений, патологически измененных в результате механических повреждений (атропина — в опытах с беленой, хинина — в коре хинного дерева при соскабливании коры или частичном ее удалении).
В вопросе о роли алкалоидов в каждой из гипотез есть известная доля истины и, если подходить к растению как к целостному организму, то алкалоиды могут быть и "излишними", и запасными, и защитными, и активизирующими рост и развитие растений, и, наконец, веществами другого назначения.
Биосинтез алкалоидов
Основная масса алкалоидов образуется из аминокислот.
Однако имеются алкалоиды с углеродным скелетом изопреноидного происхождения (дитерпеновые и стероидные алкалоиды). В этом случае путь образования алкалоида начинается от углеводов и проходит через мевалоновую кислоту и геранилпирофосфат.
Образование того или иного гетероцикла в молекуле алкалоида зави-
сит от природы аминокислоты, являющейся его предшественником.
Принцип лабораторного синтеза и изучения продуктов разрушения мо-
лекул природных алкалоидов позволил ученым объяснить процесс образования отдельных структур алкалоидов. Радикальные сдвиги в исследовании биосинтеза алкалоидов оказались возможными лишь с 50-х годов, когда стали применяться изотопные методы для проверки справедливости возникающих гипотез.
В настоящее время в зависимости от происхождения атома азота в структуре молекулы, среди алкалоидов выделяют:
Истинные алкалоиды – соединения, которые образуются из аминокислот и содержат атом азота в составе гетероцикла (гиосциамин, кофеин, платифиллин).
Протоалкалоиды – соединения, которые образуются из аминокислот и содержат алифатический атом азота в боковой цепи (эфедрин, капсаицин).
Псевдоалкалоиды – азотсодержащие соединения терпеновой и стероидной природы (соласодин).
Классификация алкалоидов.
В настоящее время открыто около 10 000 алкалоидов, из которых около
4 000 имеют доказанное строение. Такое огромное количество и многообразия алкалоидов не позволяют иметь единую классификацию. В основу классификации алкалоидов положены различные принципы, поэтому различают следующие виды классификаций алкалоидов:
В основе фармакологической классификации лежит фармакологическое действие алкалоидов на организм:
- наркотические алкалоиды;
- местноанестезирующие алкалоиды;
- спазмолитические алкалоиды;
- алкалоиды, обладающие курареподобным действием.
В основе ботанической классификации лежат ботанические признаки растений, а также данные к какому семейству или роду относятся растения, из которых выделены алкалоиды:
- алкалоиды табака;
- алкалоиды мака;
Данные классификации не предусматривают химического строения.
Хегнауэр (Англия) предложил биогенетическую классификацию.
В основе лежит представление о характере предшественников алкалоидов и путях их биосинтеза, т.е. строение аминокислот, которые являются вероятными предшественниками алкалоидов в растениях:
- алкалоиды триптофана
- алкалоиды фенилаланина.
Наиболее удобна и часто используется в фармакогнозии
химическая классификация, предложенная академиком А.П.Ореховым.
В основе классификации лежат особенности химического строения азотсодержащего гетероцикла алкалоидов и, следовательно, физические и химические свойства алкалоидов.
А.П.Орехов разделил все алкалоиды на 13 групп:
Ациклические алкалоиды с азотом в боковой цепи (без гетероциклов):
эфедрин из различных видов эфедры (Ephedra equisetina, Euphorbiaceae),
колхицин и колхамин из клубнелуковиц безвременников (Colchicum speciosum, Liliaceae),
- капсаицин (Capsicum annuum, Solanaceae)
эфедрин (фенилметиламинопропанол)
капсаицин
R= Ch4 - колхамин
R= COCh4 - колхицин
2. Производные пирролидина (к алкалоидам этой группы относятся гигрин, гигролин содержащиеся в листьях кокаинового куста (Erythroxylum cola, Erythroxylaceae)
пирролидин
3.Производные пирролизидина (платифиллин, саррацин, сенецифилллин из крестовника плосколистного и ромболистного – Senecio platyphylloides, Asteraceae).
пирролизидин платифиллин
Производные пиридина и пиперидина:
пиридин пиперидин
это большая группа алкалоидов, в которой можно выделить несколько подгрупп:
А) простые производные пиридина и пиперидина:
Лобелин (лобелия взутая), кониин (болиголов пятнистый)
Б) Алкалоиды, содержащие гетероцикл в неизмененном виде (собственно гетероцикл), т.е. бициклические неконденсированные системы:
анабазин никотин
(Anabasis aphylla, (Nicotiana sp., Solanaceae)
Chenopodiaceae) из табака
из анабазиса безлистного
В) Бициклические конденсированные системы пирролидина и пиперидина (тропановые алкалоиды):
Все тропановые алкалоиды являются производными двух аминоспиртов: тропина и скопина, образующих сложные эфиры с троповой кислотой.
Тропан Тропин (тропанол) Скопин (скопанол)
Троповая кислота
Тропин, этерифицируясь троповой кислотой, образует алкалоид гиосциамин. Природный гиосциамин — левовращающий;
в таком виде он переходит в галеновые препараты, но при заводском выделении в чистом виде получают его инактивный рацемат — атропин в виде сульфата.
Гиосциамин (атропин) Кокаин
Скопин с троповой кислотой образует алкалоид скополамин.
Природный скополамин также является левовращающим соединением. Его рацемат называется атросцином. Скополамин получают в виде гидробромида.
refdb.ru
5. Состав почв (геохимический фактор).
На содержание алкалоидов у многих растений большое влияние оказывает состав почвы. Например, в листьях дурмана обыкновенного, растущего на щелочных почвах, алкалоидов больше, чем в листьях дурмана, растущего на кислых и нейтральных почвах.
На образование алкалоидов большое влияние оказывают определенные химические элементы: марганец, кобальт способствуют увеличению содержания алкалоидов тропанового ряда, медь необходима для образования аминокислот, являющихся предшественниками алкалоидов в растениях, цинк стимулирует синтез и накопление индольных алкалоидов.
Биологическая роль алкалоидов в жизни растений
За многие годы было предложено ряд гипотез, где алкалоидам отводилась весьма различная роль, иногда прямо противоположная.
Алкалоиды - конечные продукты обмена веществ.
Алкалоиды - продукты ассимиляции и являются исходными веществами при образовании белков.
Алкалоиды являются защитными веществами.
Наибольшего внимания заслуживает теория активного участия алкалоидов в биохимических процессах растительных клеток.
Алкалоиды принимают активное участие в окислительно-восстановительных процессах клетки, являясь переносчиком кислорода.
Установлено также, что ряд алкалоидов участвуют в трансметилировании (т.е. способны присоединять, а затем отдавать метильные группы).
Физико-химические свойства алкалоидов
1. Все алкалоиды содержат в своем составе С, H, N. Кроме того, большинство алкалоидов содержат еще и кислород.
1) Кислородсодержащие алкалоиды обычно твердые кристаллические вещества, чаще бесцветные и реже окрашенные (берберин, хелеритрин - желтые, сангвинарин - оранжевого цвета), без запаха, горького вкуса. Поэтому сырье, содержащее алкалоиды, также имеет горький вкус, но из-за ядовитости алкалоидов вкус его не определяют.
2) Алкалоиды, не содержащие кислорода, - летучие, маслянистые жидкости с неприятным запахом (никотин, кониин, пахикарпин, анабазин и др.).
3) Алкалоиды имеют четкую температуру плавления или кипения.
2. Некоторые алкалоиды флуоресцируют в УФ-свете (берберин, хинин).
3. Алкалоиды оптически активны. Причем левовращающие стереоизомеры обычно активнее правовращающих.
4. Растворимость алкалоидов-оснований и их солей различна. Алкалоиды-основания хорошо растворимы в органических растворителях (хлороформе, эфире, дихлорэтане, спиртах и др.) и практически нерастворимы в воде. Однако имеются алкалоиды, которые хорошо растворимы не только в органических растворителях, но и в воде. Например, цитизин, метилцитизин, кофеин, эфедрин, берберин и др.
5. Соли алкалоидов, как правило, хорошо растворимы в воде и спиртах (особенно разбавленных), но плохо или совсем нерастворимы в органических растворителях. Хотя и здесь имеются исключения - сульфат хинина слабо растворим в воде (1:700), а гидробромид скополамина и гидрохлорид папаверина растворяются в хлороформе.
6. Жидкие алкалоиды перегоняются с водяным паром.
7. Благодаря основному характеру алкалоиды при взаимодействии с кислотами образуют соли. Это свойство алкалоидов широко используется при выделении и очистке алкалоидов, их количественном определении, получении препаратов.
8. Общим химическим свойством всех алкалоидов является образование осадков:
1) с солями тяжелых металлов;
2) с комплексными йодидами;
3) с комплексными кислотами.
Эти свойства алкалоидов используются для их открытия.
studfiles.net
