Алкалоид

Что это такое алкалоиды?

Алкалоиды

Алкалоиды — это химические вещества, молекулы которых содержат 1 или несколько атомов азота. Они обладают свойствами, присущими слабым щелочам, например, аммиаку. В прошлом они считались производными пиридина, однако открытие некоторых видов алкалоидов заставило сомневаться в правильности этой теории. Впервые подобное вещество было получено из опиумного мака более 200 лет назад. Тогда же были описаны его основные свойства. В дальнейшем был открыт целый ряд подобных соединений, входящих в состав растительного сырья. Это позволило считать, что алкалоиды имеют природное происхождение.

Характеристики алкалоидов

Эти вещества представляют собой химические соединения, содержащие азот и имеющие сложное циклическое строение. Атомы в молекуле связываются между собой различными способами. Алкалоиды входят в состав некоторых органических кислот. Чистое вещество представляет собой твердые кристаллы либо жидкость. Оба типа имеют схожие химические свойства, которые давно изучены. Так, например, определены способы получения этих соединений из растительного сырья, основные характеристики алкалоидов и их воздействие на организм человека. Соли этих веществ растворимы в воде, в чистом виде же это свойство отсутствует.

Химические реакции для получения алкалоидов

Существует несколько типов химических реакций, с помощью которых можно получать и изучать алкалоиды. Осаждение основано на выделении нерастворимой соли. Для этого используются органические кислоты и таннин. Реакции, способствующие появлению сложных солей, протекают с участием йодида калия и хлорида ртути. При окрашивании у алкалоида вид может изменяться, поэтому это вещество начинает выделяться на фоне общего состава. Подобные реакции могут давать неточные результаты, что связано со схожестью строения молекул алкалоидов с белковыми соединениями.

Основные типы веществ

Алкалоиды, классификация которых была предложена академиком Ореховым, делятся на несколько групп, отличающихся строением и химическими свойствами. К производным пирролидина относят вещества, молекулы которых содержат пятичленные гетероциклы, связанные друг с другом. В состав подобных алкалоидов входит 1 атом азота. В следующую категорию входят алкалоиды, содержащие шестичленные гетероциклы. Наиболее известными их представителями являются лобелин и анабазин. К производным хинолизидина относится пахикарпин, молекула которого содержит шестичленные гетероциклы, связанные друг с другом и азотом.

Классификация алкалоидов включает и производные хинина, наиболее распространенным среди которых является морфин. В эту же категорию включают вещества, входящие в состав мака, чистотела, барбариса.

Индол и его производные отличаются сложным строением: молекула содержит связанные между собой пяти- и шестичленные гетероциклы. Кофеин, используемый в пищевой и фармакологической промышленности, добывается из листьев и плодов растения кола. Входит в группу производных пурина — это сложные химические соединения, содержащие несколько атомов азота. Эфедрин — ароматический спирт, состоящий из множества гетероциклов, связанных между собой и с атомами азота. В настоящее время к алкалоидам стали относить стероидные гормоны.

Физические свойства алкалоидов

Кофеин

Основным качеством химических веществ этой категории считают способность растворяться в жидкостях и менять агрегатное состояние в зависимости от внешних условий. При комнатной температуре алкалоиды представляют собой твердые кристаллы, не имеющие запаха и цвета. Некоторые группы веществ в стандартных условиях находятся в жидком состоянии. К ним относятся соединения, не содержащие атомов кислорода — никотин, пахикарпин. Полностью растворяются в воде лишь кофеин и эфедрин. Остальные алкалоиды проявляются подобные свойства при вступлении в реакцию с органическими растворителями.

Влияние алкалоидов на живые организмы

Алкалоиды, виды которых достаточно разнообразны, являются жизненно необходимыми для организмов, в которых они производятся. Эти вещества защищают от болезнетворных бактерий, препятствуют уничтожению растений травоядными животными. Кроме того, они регулируют процессы роста и развития организма хозяина. Эти вещества оказывают мощное действие и на человека. Особенно это касается нервной системы.

В зависимости от типа алкалоида он может обладать седативными, психотропными, стимулирующими или обезболивающими свойствами. При правильном применении они оказывают пользу, однако передозировка может стать опасной для жизни. Некоторые из них обладают антиаритмическим, гипотензивным и спазмолитическим действием. При использовании препаратов, содержащих эти вещества, не по назначению могут развиваться опасные последствия — острая дыхательная недостаточность, снижение остроты зрения и слуха, сухость во рту, внутренние кровотечения, снижение артериального давления.

Судорога

Большая часть алкалоидов на организм человека воздействует негативно. Стрихнин вызывает судороги, остановку дыхания и последующую смерть. Другая часть химических веществ относится к наркотическим. Использоваться они должны исключительно по назначению врача.

Растения, в состав которых входят алкалоиды, широко применяются в фармацевтической промышленности. На основе экстрактов производятся растворы для инъекций, таблетки, настои. Применяются препараты для лечения заболеваний сердечно-сосудистой, дыхательной и нервной систем. Некоторые соединения оказываются эффективными при злокачественных опухолях и алкогольной зависимости.

В природе эти вещества, как уже говорилось, содержатся в растениях. В грибах, бактериальных клетках и животных организмах подобные соединения отсутствуют. Вещества встречаются в таких растениях, как:

  1. Крестовник плосколистный — растение, содержащее компоненты, обладающие спазмолитическим действием. Используется для производства соответствующих лекарственных препаратов.
  2. Вещества, входящие в состав красавки, нормализуют функции нервной системы, повышают выносливость и физическую активность, обладают обезболивающим действием.
  3. Чистотел — широко распространенное на территории нашей страны растение. Содержит пахикарпин, термопсин и хинолизидин. При неправильном применении приобретает свойства яда.
  4. В состав мака входит более 20 видов алкалоидов — опий, морфин, папаверин, кодеин и другие соединения изохинолинового ряда.
  5. Вещества, входящие в состав пассифлоры, обладают выраженными седативными свойствами.
  6. Раувольфия змеиная содержит 50 алкалоидов, используемых для производства гипотензивных и антиаритмических препаратов.

Наиболее распространенным алкалоидом считается кодеин, добываемый из морфина посредством серии химических реакций. Это эффективное противокашлевое и седативное вещество, не оказывающее существенного негативного влияния на организм. Именно поэтому препараты на основе кодеина пользуются популярностью во многих странах. Принимать их необходимо по составленной врачом схеме, строго соблюдая дозировку.

Опиатами называют все химические соединения, получаемые из опия. Большинство из этих веществ в настоящее время применяется не по назначению. Это героин, морфин и папаверин, обладающие психотропным действием. В медицине они используются для устранения сильных болей и кашля при онкологических заболеваниях. Попадание их в организм здорового человека развивает привыкание.

Автор статьи: Беспалова Ирина Леонидовна Врач-пульмонолог, Терапевт, Кардиолог, Врач функциональной диагностики. Врач высшей категории. Опыт работы: 9 лет. Закончила Хабаровский государственный мединститут, клиническая ординатура по специальности «терапия». Занимаюсь диагностикой, лечением и профилактикой заболеваний внутренних органов, также провожу профосмотры. Лечу заболевания органов дыхания, желудочно-кишечного тракта, сердечно-сосудистой системы. Беспалова Ирина Леонидовна опубликовала статей: 499

15.Физические и химические свойства алкалоидов. Оценка качества сырья, методы анализа.

Физические и химические свойства алкалоидов

Алкалоиды, содержащие кислород, и бескислородные алкалоиды различаются по физическим свойствам.

Кислородсодержащие алкалоиды– твердые кристаллические вещества, реже аморфные, с определенной температурой плавления, без запаха, горького вкуса, как правило, бесцветные, лишь некоторые алкалоиды окрашены — берберин в желтый, сангвинарин в оранжевый цвет.

Бескислородные алкалоиды– летучие маслянистые жидкости с сильным неприятным запахом, легко перегоняющиеся с водяным паром. К этой группе относятся анабазин, никотин, кониин, пахикарпин.

Отдельные алкалоиды способны сублимироваться (возгоняться) при нагревании (кофеин, никотин); пары хинина малинового цвета.

Обладают оптической активностью, причем у левовращающих изомеров фармакологическая активность, как правило, выше (гиосциамин, эфедрин).

Некоторые алкалоиды флуоресцируют в УФ-свете. Например, цитизин флуоресцирует фиолетовым цветом, берберин — желто-зеленым.

Основные свойства выражены в различной степени. В природе чаще встречаются алкалоиды, которые относятся к третичным аминам, реже — к вторичным либо к четвертичным аммонийным основаниям.

Благодаря основному характеру алкалоиды образуют с кислотами соли разной степени прочности. Соли алкалоидовхорошо растворимы в воде и этиловом спирте (особенно в разбавленном) при нагревании, плохо или совсем нерастворимы в органических растворителях (хлороформ, этиловый эфир и др.). Как исключения можно назвать хинина сульфат (плохо растворяется в воде) и скополамина гидробромид (растворяется в хлороформе).

Соли алкалоидов легко разлагаются под действием щелочей и аммиака. При этом выделяются свободные основания.

Алкалоиды-основанияобычно не растворяются в воде, но легко растворимы в органических растворителях. Исключение составляют цитизин, кофеин и кодеин, которые хорошо растворяются как в воде, так и в органических растворителях.

Алкалоиды образуют нерастворимые (или слабо растворимые) комплексы с солями тяжелых металлов, комплексными неорганическими кислотами, высокомолекулярными органическими веществами кислого характера.

Алкалоиды вступают в реакции, зависящие от наличия в их молекулах различных функциональных групп. Например, морфин содержит фенольный гидроксил, поэтому образует со щелочами феноляты и вступает в реакцию с солями трехвалентного железа. Некоторые алкалоиды представляют собой сложные эфиры (атропин, скополамин) и подвергаются гидролизу кислотами и щелочами.

Оценка качества сырья, содержащего алкалоиды. Методы анализа

В растительном сырье алкалоиды содержатся в основном в виде солей, реже в виде алкалоидов-оснований.

Наличие алкалоидов в растительном сырье подтверждают качественнымиреакциями, которые основаны на физических и (или) химических свойствах алкалоидов.

Качественная реакция на кору хины (реакция Грахе) основана на физических свойствах: способности возгоняться при нагревании, окраске паров и конденсата.

Большинство качественных реакций основаны на щелочных свойствах алкалоидов, их способности образовывать нерастворимые либо окрашенные комплексы.

Качественные реакции выполняют:

  • непосредственно на сырье (если наблюдению результата реакции не мешают пигменты). Такие реакции предусмотрены нормативной документацией (НД) на корни барбариса обыкновенного и клубни с корнями стефании гладкой;
  • с извлечением из растительного сырья. Извлечение может быть очищенное от сопутствующих веществ или неочищенное. Алкалоиды извлекаются в виде оснований или в виде солей.

Неочищенноеизвлечение из сырья, содержащего алкалоиды, получают экстрагированием органическим растворителем при подщелачивании (алкалоиды-основания) либо нагреванием измельченного сырья с разбавленными кислотами (алкалоиды-соли). Согласно НД, неочищенное извлечение, содержащее алкалоиды-основания, для выполнения качественных реакций получают из семян чилибухи; неочищенные извлечения, содержащие алкалоиды-соли, получают из листьев барбариса обыкновенного, склероциев спорыньи, листьев унгернии Виктора, листьев фирмианы простой (стеркулии платанолистной), травы пассифлоры воплощенной.

Мешают проведению реакций на алкалоиды азотсодержащие вещества — амины и их производные. Они дают такие же результаты реакций. Для освобождения от сопутствующих веществиспользуют прием смены растворителей либо метод распределительной хроматографии.

Прием смены растворителейоснован на различной растворимости свободных алкалоидов-оснований и их солей и заключается в следующем:

1) алкалоиды-основания экстрагируют из растительного сырья органическим растворителем после подщелачивания;

2) полученное извлечение обрабатывают 1-5 %-ной кислотой. Основания алкалоидов образуют с кислотой соответствующие соли, которые растворяются в воде, а основная масса сопутствующих гидрофобных веществ остается в органическом растворителе;

3) к водному раствору добавляют щелочь для переведения солей алкалоидов в основания и обрабатывают несмешивающимся с водой органическим растворителем (на последних стадиях очистки чаще всего используют хлороформ). Алкалоиды-основания переходят в органический растворитель, его отделяют; в водной фазе остаются водорастворимые (гидрофильные) сопутствующие вещества;

4) органический растворитель отгоняют. Сухой остаток представляет собой очищенную сумму алкалоидов.

С полученным сухим остатком очищенной суммы алкалоидов могут быть выполнены качественные реакции.

Другой способ очистки — метод распределительной хроматографии. Метод хроматографии используют для отделения алкалоидов от сопутствующих веществ и разделения алкалоидов травы крестовника плосколистного и листьев катарантуса розового. Алкалоиды крестовника плосколистного идентифицируют по величинеRf, алкалоиды катарантуса розового — в сравнении с эталонным образцом розевина после проявления хромогенными реактивами.

Важнейшие алкалоиды

Атропин

оптически неактивная форма гиосциамина, широко применяется в медицине как эффективный антидот при отравлениях антихолинэстеразными веществами, такими, как физостигмин и фосфорорганические инсектициды. Он эффективно снимает спазмы бронхов, расширяет зрачок и т.д. Токсические дозы вызывают нарушение зрения, подавление слюноотделения, расширение сосудов, гиперпирексию (повышение температуры), возбуждение и состояние делирия (помрачения сознания).

Винбластин и винкристин

Барвинок (Catharanthus roseus, ранее известный как Vinca rosea) содержит множество сложных алкалоидов, среди которых мощные противораковые средства винбластин и винкристин. Поскольку концентрация активных алкалоидов в барвинке ничтожна, для их промышленного получения необходимы огромные количества растительного сырья. Так, для выделения 1 г винкристина нужно переработать 500 кг корней. Винбластин применяется для лечения различных форм рака и особенно эффективен при болезни Ходжкина (лимфогранулематоз) и хорионкарциноме. Винкристином лечат острую лейкемию, а в комбинации с другими препаратами – лимфогранулематоз.

Кодеин

самый распространенный опийный алкалоид. Его можно выделить из опиума (от 0,2 до 0,7%), приготовить метилированием морфина или восстановлением и деметилированием тебаина. Кодеин – наркотический анальгетик и противокашлевое средство. Он менее токсичен и в меньшей степени вызывает привыкание, чем морфин.

Колхицин

выделен из клубнелуковиц и семян различных видов Colchicum, обычно Colchicum autumnale (безвременник осенний). Это нейтральный алкалоид, используемый для лечения подагры и для получения клеток растений с удвоенным набором хромосом.

получают из листьев коки (Erythroxylum coca) или синтезируют из экгонина, выделяемого из растительного сырья. Это мощный местный анестетик, он входит в микстуру Бромптона, которая используется для смягчения жестоких болей, сопровождающих последнюю стадию рака. Его стимулирующее действие на ЦНС уменьшает седативный эффект и ослабление дыхания от применения морфина или метадона, используемых в качестве наркотических анальгетиков в составе микстуры Бромптона. Привыкание к кокаину наступает очень быстро. Он включен в список веществ, подлежащих особо тщательному контролю.

КОКАИН, мощное психоактивное стимулирующее средство, получаемое из южноамериканского растения кока (Erythroxylon coca). Листья этого кустарника, содержащие от 0,5 до 1% кокаина, люди использовали еще в древности. Жевание листьев коки помогало индейцам древней империи инков (территория современных Перу, Боливии, Эквадора и Колумбии) переносить высокогорный климат. Такой способ употребления кокаина не вызывал столь распространенной ныне наркотической зависимости: содержание кокаина в листьях все-таки невелико.

содержится в кофе, чае, какао, коле и матé (парагвайский чай). В составе многих напитков его потребляют миллионы людей во всем мире. Кофеин обычно извлекают из чая, чайной пыли, чайных отходов или выделяют возгонкой при поджаривании кофе. Его также можно синтезировать из теобромина. Кофеин оказывает возбуждающее действие на центральную нервную и сердечно-сосудистую системы, используется для стимуляции сердечной деятельности, дыхания и как противоядие при отравлении морфином и барбитуратами. Он входит в состав продуктов с торговыми названиями эмпирин, фиоринол, кафергот, виграин.

КОФЕИН, психоактивное стимулирующее средство с горьким вкусом, без запаха. Действие кофеина проявляется очень быстро, через несколько минут после употребления. Влияя на центральную нервную систему (головной и спинной мозг), кофеин усиливает дыхание, повышает частоту и силу сердечных сокращений, ускоряет обмен веществ, а тем самым создает ощущение бодрости, снимает усталость и сонливость. Кофеин также оказывает мочегонное действие и стимулирует сужение кровеносных сосудов, что определяет его способность облегчать головные боли, вызванные расширением кровеносных сосудов головы. Кроме того, он повышает мышечный тонус и улучшает координацию движений.

В больших дозах, например в количестве, содержащемся в четырех чашках кофе, выпитых в течение короткого времени, кофеин вызывает беспокойство, бессонницу, раздражительность и головные боли. У людей, регулярно потребляющих больше пяти чашек кофе в день, возникает привыкание к нему, и, переставая его пить, они могут испытывать симптомы отмены: раздражительность, головокружения, головные боли и слабость. Кофеин разрушается в организме и выводится в течение нескольких часов, поэтому его прямое действие непродолжительно. Вместе с тем, хотя это еще не вполне доказано, потребление кофеина в высоких дозах в течение долгого времени может вызывать ишемическую болезнь сердца, повышенное кровяное давление и некоторые врожденные дефекты у потомства.

Кофеин входит в состав многих широко распространенных напитков. В обычной чашке кофе содержится около 100 мг кофеина (в чашке декофеинизированного кофе – меньше 5 мг); в стакане чая или колы – около 50 мг; в чашке какао – около 10 мг.

Кофеин – алкалоид с формулой C8H10N4O2; его химическое название – 1,3,7-триметилксантин. В промышленности его получают тремя способами: выделением из жареных кофейных зерен, в которых содержится 0,75–1,5% кофеина; экстракцией из чайной пыли, т.е. перемолотых чайных листьев, содержащих 1,5–3,5% кофеина; экстракцией из орехов колы, содержащих около 2% кофеина. Кроме того, он может быть получен химическим путем из мочевой кислоты или метилированием теобромина.

Кофеин усиливает действие аспирина и других анальгетиков и вместе с ними часто входит в состав лекарств, продающихся без рецепта.

Лобелин

содержится в лобелии (Lobelia inflata) и обладает действием, сходным с действием никотина. По этой причине его вводят в состав таблеток, облегчающих отвыкание от курения. В малых дозах способен возбуждать дыхание, в связи с чем его применяют в случаях удушения, отравления газами, т.е. когда нужно стимулировать дыхание. Большие дозы, наоборот, парализуют дыхание.

Мескалин

содержится в лофофоре Уильямса (Lophophora williamsii, мексиканское название – пейот или мескаль) сем. кактусовых и является галлюциногеном. Пейот издавна использовался в обрядах мексиканских и американских индейцев. Поедание пейота вызывает расширение зрачка, сопровождаемое необычным и причудливым восприятием цвета. Мигающие огни и изменчивые образы характеризуют начальную стадию видений. Затем цвета блекнут, человек становится вялым и засыпает. Мескалин проявляет то же действие, что и необработанный растительный материал.

Морфин

является важнейшим опийным алкалоидом. Его экстрагируют из высушенного млечного сока, выступающего из надрезов на незрелой головке опийного мака (Papaver somniferum). Морфин содержит фенольную и спиртовую гидроксильные группы. Он представляет собой наркотический анальгетик и применяется для обезболивания. Однако длительное его употребление приводит к привыканию и вызывает тошноту, рвоту, запоры.

Никотин

Этот жидкий алкалоид в чистом виде выделен в 1828 Поссельтом и Рейманом. Его основной источник – табак (Nicotiana tabacum), годовое производство листьев которого превышает 5 млн. т. Никотин встречается также в разных видах плауна, хвоще полевом и некоторых других растениях. При курении бóльшая часть никотина разрушается или испаряется. Никотин – сильный яд. В малых количествах он стимулирует дыхание, но в больших – подавляет передачу импульса в симпатических и парасимпатических нервных узлах. Смерть наступает от прекращения дыхания. Никотин сильно влияет на сердечно-сосудистую систему, вызывая сужение периферических сосудов, тахикардию и подъем систолического и диастолического кровяного давления. Никотин (обычно в виде сульфата) используется как инсектицид в аэрозолях и порошках.

Пилокарпин

Этот имидазольный алкалоид получают из листьев различных видов африканского кустарника Pilocarpus. Его гидрохлорид и нитрат – холиномиметические (действие аналогично возбуждению холинорецепторов) и миотические (сужающие зрачок с одновременным понижением внутриглазного давления) средства. Главное же использование пилокарпина – для лечения глаукомы. Он применяется также для усиления деятельности потовых и слюнных желез, при водянке на почве нефрита, при некоторых отравлениях (ртутью или свинцом) и др. Пилокарпин также вводят перорально или подкожно, параллельно с введением ганглиоблокаторов, чтобы стимулировать слюноотделение.

Резерпин

Раувольфия – древнее лекарственное растение; сообщения о ее использовании датируются 1000 до н.э. В индуистской Аюрведе она рекомендуется для лечения дизентерии, змеиных укусов и как жаропонижающее. Гипотензивная (снижающая кровяное давление) активность корней Rauwolfia serpentina, обнаруженная в 1933, объясняется присутствием алкалоида резерпина. Резерпин проявляет также успокаивающее действие. Поэтому его иногда используют для снижения высокого кровяного давления и повышенной возбудимости при неврозах, истерии и стрессах. Побочные эффекты включают сонливость, брадикардию (уменьшение частоты сердечных сокращений), избыточное слюноотделение, тошноту, понос, усиленное отделение желудочного сока и депрессию.

Скополамин

является антихолинергическим агентом. Его часто используют для снятия спазмов кишечника при спастическом колите, гастроэнтерите и язве желудка, в качестве успокаивающего при психических возбуждениях. Благодаря антисекреторному действию скополамина его применяют для снижения мокротоотделения при анестезии (для преднаркоза и при операциях), для подавления секреции желудочного сока при лечении язвы желудка и для уменьшения выделений слизистой оболочки носа при простуде и аллергических заболеваниях: