Лекарственные растения и травы

Меню сайта

Лекарственные растения и сырье, содержащие пуриновые алкалоиды (стр. 1 из 5). Локализация алкалоидов в растениях


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

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).

floor-mice.livejournal.com

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

Лекарственные растения и сырье, содержащие пуриновые алкалоиды

Федеральное агентство по здравоохранению и социальному развитию РФ

ГОУ Волгоградский государственный медицинский университет

Кафедра фармакогнозии и ботаники

Курсовая работа

Лекарственные растения и сырье

содержащие пуриновые алкалоиды

Руководитель: ассистент

Д.Ю. Агарков

Выполнил: студент III курса

фармацевтического факультета 301группы

Лемишко Сергей Сергеевич

Волгоград 2006 г.

Содержание.

Введение ……………………………………………………………………….1 Алкалоиды, общая характеристика ………………………………………….2

Классификация алкалоидов по А.П.Орехову ……………………………….3

Алкалоиды производные пурина …………………………………………….4

Синтез пуриновых алкалоидов ………………………………………………5

Лекарственные растения и сырье, содержащие пуриновые алкалоиды …..7

Листья чая …………………………………………………………………….. –

Семена кофе …………………………………………………………………..14

Орехи кола …………………………………………………………………….19

Заключение ……………………………………………………………………24

Введение.

С пуриновыми алкалоидами человек сталкивается ежедневно. Редко кто из нас утром не выпивает чашку чая или кофе. После выпитой чашки чая или кофе – поднимается настроение, происходит прилив жизненных сил. Это объясняется стимулирующим действием кофеина на ЦНС и сердечно – сосудистую систему.

В медицине препараты кофеина применяются при отравлениях наркотиками и другими ядами, а так же как средства стимулирующие ЦНС и сердечно – сосудистую систему. Недавние исследования (опыты на мышах) показали, что кофеин может предохранять животный организм от вредного воздействия ионизирующих излучений. Предполагается, что кофеин связывает свободные радикалы, которые образуются при облучении и повреждают здоровые клетки. В будущем на основе кофеина, возможно, будет создание новых радиопротекторных средств.

Теобромин и теофиллин используют в клинике при спазмах сосудов головного мозга, коронарной недостаточности и застойных явлениях сердечной и почечной этиологии. Все три алкалоида могут применяться как мочегонные средства.

Сейчас ведутся исследования и разработки новых комплексных препаратов, содержащих пуриновые алкалоиды, для лечения заболеваний сердечно – сосудистой и центральной нервной систем.

Алкалоиды. Общая характеристика.

Алкалоиды – это природные азотсодержащие соединения основного характера, образующиеся в растительных организмах. Основные свойства, характерные для этих соединений, обусловили их название: alcaleidos– подобный щелочи (арабское alkali– щелочь, греческое eidos– подобный). Название «алкалоиды» было предложено Мейснером в 1819 году для вещества, выделенного из семян сабадиллы и имевшего основной характер.

Алкалоидоносные растения составляют примерно 10% всей мировой флоры. Считается, что выделено не менее 5000 (по другим данным около 10 000) индивидуальных алкалоидов. Структура 800 подтверждена полным синтезом. Профессор В.С.Соколов разделил все семейства, имеющие в своем составе алкалоидоносные виды, на 3 группы:

I. Высокоалкалоидоносные – 20% и более родов семейства имеют алкалоидоносные виды растений.

II. Среднеалкалоидоносные – от 10 до 20% родов соответственно.

III. Малоалкалоидоносные – от 1 до 10% родов.

Алкалоиды могут содержаться во всем растении (во всех его частях) или образовываться и накапливаться только в какой-либо одной или нескольких определенных частях. Иногда они могут перемещаться в растении, транспорт их, как правило, осуществляется по сосудам ксилемы. Фактические данные о локализации алкалоидов по частям растения имеют большое значение для определения сырьевых объектов заготовки.

Подавляющее большинство алкалоидов после выделения их из сырья представляют собой твердые кристаллические или аморфные нелетучие вещества. Они бесцветны, но встречаются и окрашенные (берберин – алкалоид желтого цвета), без запаха, обычно горького вкуса. Алкалоиды – оптически активные соединения. Незначительное количество алкалоидов – жидкие вещества с сильным неприятным запахом (никотин, конин и др.), перегоняющиеся с водяным паром.

Поскольку алкалоиды являются основаниями, они образуют соли с кислотами, присутствующими в растениях. Алкалоиды – основания в своей основной массе в воде не растворимы или трудно растворимы. Однако имеются алкалоиды, которые и в форме оснований хорошо растворимы в воде (кодеин, кофеин, эфедрин). Алкалоиды – основания легко растворимы в органических растворителях. Соли же алкалоидов нерастворимы в органических растворителях (кроме спирта).

Являясь слабыми основаниями, алкалоиды образуют соли, которые легко разлагаются под влиянием едких щелочей, аммиака, а иногда карбонатов и окиси магния, при этом выделяются свободные основания алкалоидов.

Классификация алкалоидов по А.П. Орехову.

В основу этой классификации положена структура гетероцикла, входящего в молекулу алкалоида. Выделяют следующие основные группы:

- пирролидина (стахидрин, гигрин, кусгигрин)

- пиперидина (кониин, лобелин)

- пиридина (никотин, анабазин)

- пирролизидина (платифиллин, сенецифиллин)

- хинолизидина (ликоподин, спартеин, цитизин)

- хинолина (хинин, эхинопсин)

- изохинолина (папаверин, глауцин, морфин)

- хиназолина (вазицин, вазицинон)

- индола (резерпин, алкалоиды спорыньи, стрихнин)

- тропана (атропин, скополамин, кокаин)

- дигидроиндола

- имидазола (пилокарпин)

- акридина

- пурина (кофеин, теобромин, теофиллин)

- стероидные алкалоиды (соласодин, йервин)

- терпеноидные алкалоиды (аконитин)

- алкалоиды без гетероциклов (сферофизин, капсаицин, колхамин, колхицин, эфедрин)

- алкалоиды неустановленного строения.

Алкалоиды производные пурина.

Пурином называется гетероциклическая система, состоящая из аннелированных пиримидинового и имидазольного колец. Значение производных пурина заключается в том, что соответствующие им, а также пиримидиновым азотистым основаниям – урацилу, тимину и цитозину, фрагменты входят в состав молекул нуклеиновых кислот. Кроме того, некоторые производные пурина являются алкалоидами.

К пуриновым алкалоидам относятся: кофеин, теобромин, теофиллин. Кофеин впервые открыт Рунге в 1819 году. Он содержится (до 2%) в зернах кофе (CoffeaArabica), семейство мареновых – Rubiaceae, листьях чая (Theasinensis), семейство чайные – Theaceaeи в других растениях (в основном семейства стеркулиевых – Sterculiaceae). В небольших количествах в чае содержится теофиллин, который был открыт Косселем в 1889 году. Теобромин впервые изучен русским ученым А.А. Воскресенским в 1842 году, а в 1889 году был выделен из зерен кофе и чайных листьев. Природным источником получения пуриновых алкалоидов служат отходы чайной промышленности (чайная пыль, обрезки листьев и т.д.), содержащие 1-3% кофеина; бобы какао, в которых содержится 1,5 – 2% теобромина.

Известно несколько способов получения кофеина. Один из них основан на противоточной экстракции. Водный экстракт очищают от примесей, осаждают балластные вещества с помощью солей свинца, кальция, магния. Фильтрат затем выпаривают. Перекристаллизацию кофеина производят из охлажденных водных растворов. Аналогично выделяют из бобов какао теобромин (в виде основания или кальциевой соли). Значительно больший выход дает способ получения кофеина, разработанный в 1952 году Н.А. Измайловым, Ю.В. Шостенко, В.Д. Безуглым. Он основан на адсорбции кофеина из водных растворов с последующей десорбцией хлороформом или дихлорэтаном.

Синтез пуриновых алкалоидов.

Синтетические способы получения пуриновых алкалоидов отличаются более высокой экономичностью и доступностью исходного сырья. Таким сырьем является мочевая кислота. Мочевая кислота – одно из ключевых соединений в синтезе производных пурина – выполняет в организме птиц и рептилий ту же роль, что и мочевина у млекопитающих – в виде этого соединения удаляется избыток азота. Мочевая кислота вырабатывается также и в организме человека, а ее соли (ураты) откладываются в виде камней в суставах (подагра) и в почках (мочекаменная болезнь) при нарушениях в обмене веществ.

Получение исходных продуктов. Мочевую кислоту извлекают водой из экскрементов птиц (гуано), где ее количество достигает 25% или предварительно синтезируют термической конденсацией двух молекул мочевины с ацеталем (110°С).

Мочевая кислота может быть так же синтезирована из барбитуровой кислоты (синтез Фишера):

Первая стадия синтеза – нитрозирование – происходит в положение 5 с образованием нитрозопроизводного, которое изомеризуется в оксим. Оксимную группу восстанавливают в аминогруппу, и полученный амин вводят во взаимодействие с изоциановой кислотой. В результате этой реакции формируется фрагмент мочевины. Завершающая стадия процесса – дегидратация с замыканием имидазольного цикла.

В синтезе мочевой кислоты по Траубе также вначале строится пиримидиновый цикл, к которому затем пристраивается имидазольный цикл. Главное отличие синтеза Траубе от синтеза Фишера заключается в том, что уже на стадии построения гетероцикла пиримидина в положение 4 вводится аминогруппа, которая далее используется для формирования имидазольного цикла.

Итак, первая стадия синтеза – взаимодействие циануксусного эфира с мочевиной – типичный способ замыкания гетероцикла пиримидина. Далее осуществляют нитрозирование и восстановление нитрозогруппы или изомерной ей оксимной группы, что приводит к диаминопроизводному пиримидина (диаминоурацилу). Завершающая стадия синтеза – взаимодействие с мочевиной – является примером реакции переаминирования, типичной для производных мочевины и представляющей собой нуклеофильное замещение аминогруппы в молекуле мочевины на другую аминогруппу. Взаимодействие диаминоурацила, полученного по методу Траубе, с муравьиной кислотой приводит к образованию ксантина.

mirznanii.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:

  1. Понятие об алкалоидах

  2. История изучения алкалоидов

  3. 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 находятся

в 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.

  1. 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:

  1. Истинные алкалоиды – соединения, которые образуются из аминокислот и содержат атом азота в составе гетероцикла (гиосциамин, кофеин, платифиллин).

  2. Протоалкалоиды – соединения, которые образуются из аминокислот и содержат алифатический атом азота в боковой цепи (эфедрин, капсаицин).

  3. 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:

  1. 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

  1. 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

Обнаружение алкалоидов в растительном сырье

Для обнаружения алкалоидов в растительном сырье чаще всего проводят общие реакции (реакции осаждения) и хроматографию. Для обнаружения какой-либо определенной группы алкалоидов, а также для идентификации отдельных алкалоидов проводят специфические (цветные) реакции, микрокристаллоскопические реакции, хроматографический, люминесцентный анализы и др.

1. Общие (осадочные) реакции на алкалоиды

Эта группа реакций основана на способности алкалоидов давать нерастворимые в воде соединения с солями тяжелых металлов, с комплексными иодидами, комплексными кислотами и другими соединениями кислотного характера.

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

Реакции проводят с неочищенным извлечением. Обязательным условием является кислая среда (в щелочной - осадки не образуются или же образуются за счет разрушения реактивов). Реакции проводят с минимальным количеством реактива, капельно! Избыток реактива приводит к растворению осадка.

Для проведения реакций алкалоиды из ЛРС извлекают 1-5% раствором соляной или серной кислоты.

Реакции проводят со следующими реактивами:

1) Реактив Майера (раствор дийодида ртути в йодиде калия): HgI2 + 2KI = K2HgI4.

В слабокислых или нейтральных растворах реактив Майера образует с алкалоидами белый или желтоватый осадок.

2) Реактив Драгендорфа (раствор йодида висмута в йодиде калия): BiI3 + KI = KBiI4.

C большинством алкалоидов образуются оранжево-красные или кирпично-красные осадки. Этот реактив часто используют для обработки хроматограмм.

Приготовление реактивов Майера и Драгендорфа изложено в ГФ XI, вып. 1, с. 300.

3) Реактивы Вагнера*, Бушарда* (раствор йода в растворе йодида калия в различных концентрациях):

I2 + KI = КI3.

С алкалоидами образуют бурые осадки.

4) Реактив Марме* (раствор йодида кадмия в растворе йодида калия).

С алкалоидами образует беловатые или желтоватые осадки.

______________________________

*Примечание. Приготовление реактивов:

Вагнера: 1,27 г йода растворяют в 100 мл 2% водного раствора йодида калия;

Бушарда: 1 г йода растворяют в 50 мл 4% водного раствора йодида калия;

Марме: 10 г йодида кадмия растворяют в 100 мл 20% горячего водного

раствора йодида калия.

С комплексными кислотами:

5) Раствор фосфорно-молибденовой кислоты образует с алкалоидами желтоватые осадки, которые приобретают через некоторое время синее или зеленое окрашивание вследствие восстановления молибденовой кислоты.

6) Раствор фосфорно-вольфрамовой кислоты с алкалоидами образует белые осадки.

7) Раствор кремне-вольфрамовой кислоты осаждает многие алкалоиды в виде белых осадков. Эта реакция используется для ориентировочной количественной оценки содержания алкалоидов по обилию осадка и по числу капель последовательно прибавляемого реактива, необходимого для осаждения алкалоидов.

8) Раствор танина образует с алкалоидами беловатые или желтоватые аморфные осадки.

9) Раствор пикриновой кислоты - желтые кристаллические осадки - пикраты.

10) Раствор пикролоновой кислоты - желтые осадки - пикролонаты.

Следует учитывать, что не все алкалоиды осаждаются алкалоидными реактивами. Например, стрихнин, морфин осаждаются реактивом Майера, а кофеин и колхицин - нет. Поэтому обычно проводят реакции с 5 - 6 реактивами, не меньше. Кроме того, следует учитывать, что с этими реактивами могут давать осадки и другие соединения основного характера, не относящиеся к алкалоидам (холин, бетаин и др.).

studfiles.net