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 (Ephedraequisetina, Euphorbiaceae),
- колхицин и колхамин из клубнелуковиц безвременников (Colchicumspeciosum, Liliaceae),
- капсаицин (Capsicumannuum, Solanaceae)
эфедрин (фенилметиламинопропанол)
капсаицин
R= CH3 - колхамин
R= COCH3 - колхицин
2. Производные пирролидина (к алкалоидам этой группы относятся гигрин, гигролин содержащиеся в листьях кокаинового куста (Erythroxylumcola, Erythroxylaceae)
пирролидин
3.Производные пирролизидина (платифиллин, саррацин, сенецифилллин из крестовника плосколистного и ромболистного – Senecioplatyphylloides, Asteraceae).
пирролизидинплатифиллин
4. 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:
анабазинникотин
(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, этерифицируясьтроповой 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.
Природныйскополамин также является левовращающим соединением. Его рацемат называется атросцином. Скополамин получают в виде гидробромида.
Скополамин (атросцин)
- Гиосциамин – сложный эфир спирта тропина и троповой кислоты (Atropabelladonna, A. caucasica, Hyoscyamusniger, Daturastramonium, Solanaceae),
- Скополамин (окисленная форма гиосциамина) – сложный эфир спирта скопина и троповой кислоты (Daturainnoxia, Scopoliacarniolica, Solanaceae),
- Кокаин (Erythroxyloncoca, Erythroxylaceae).
Свойства алкалоидов
Физические свойства алкалоидов:
Большинство алкалоидов, кроме атомов азота (N), углерода (С) и водорода (Н), содержат атом кислорода (О). Некоторые алкалоиды (нуфлеин) содержат в своем составе атом серы (S).
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.
Химические свойства алкалоидов:
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 алкалоидов хорошо 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 скополаминагидробромид (растворяется в хлороформе).
Соли алкалоидов легко разлагаются под действием щелочей и аммиака. При этом выделяются свободные основания.
Алкалоиды-основания обычно 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.
Алкалоиды в растениях
Существует большой список растений, которые содержат алкалоиды. Они могут быть ядовитыми, но в то же время считаются прекрасными лекарственными средствами.
Широко распространенным на Кавказе является Крестовник плосколистный. Из него выделяют такие алкалоиды: платифилин; сенецифиллин. Из них изготавливаются препараты, оказывающие воздействие на центральную нервную систему (Тепафиллин, Палюфин, Плавефин).
Они характеризуются спазмолитическими и успокаивающими качествами. Другим видом, произрастающим на Кавказе, а также в Крыму, Карпатах, является Красавка обыкновенная. В ней накапливаются атропин, белладонин.
Эти алкалоиды обладают следующими свойствами: усиление работы нервной системы; увеличение активности мозга и физической активности; спазмолитическое действие; понижение болевого синдрома. Из нее производят лекарственные средства — Атропина сульфат, Бесалол, Бекарбон, Беллоид.
В сибирской земле растет Термопсис ланцетный, который отличается огромным составом алкалоидных соединений. Из него изготавливают отхаркивающие лекарства (Цититон) и средство для отказа от табакозависимости (Табекс).
В тропической и субтропической полосе можно встретить Стефанию гладкую, в корнях и клубнях которой находится около 6-8% алкалоидов. Из них производят Гиндарин гидрохлорид, Стефаглабрин сульфат, употребляемые при нервных расстройствах. Мак снотворный В азиатских государствах возводится Мак снотворный, в котором накапливаются 20 алкалоидов (морфин, кодеин, папаверин и др.).
Они служат для получения анальгетиков с наркотическим действием при возникновении боли — Морфина гидрохлорид, Омнопон. В повседневной жизни человек также употребляет алкалоидные вещества, когда пьет чай, кофе. В чае содержится 1-4% кофеина, относящийся к соединениям возбуждающего действия. Сорт кофе обусловлен наличием кофеина. При употреблении разнообразных сортов кофе организм получает стимулирующее воздействие.
Биосинтез алкалоидов
Биосинтез алкалоидовсвязан с азотистым обменом. Установлено единство путей биосинтеза алкалоидов. Предшественниками истинных алкалоидов и протоалкалоидов (см.) являются протеиногенные аминокислоты: L-opнитин, L-лизин, L-фенилаланин, L-триптофан, L-тирозин, антраниловая кислота, гистидин, из которых в результате вторичных превращений под влиянием ферментов синтезируются алкалоиды различных структур. Было показано, что биосинтез алкалоидов из аминокислот идет через одни и те же реакции — декарбоксилирования, окислительногодезаминирования, альдольной конденсации и т. д.
На схеме показаны возможные пути биосинтеза алкалоидов от L-лизина к пиперидиновому и хинолизидиновомугетероциклам. Аминокислота L-лизин декарбоксилируется при участии декарбоксилаз. Образующиеся биогенные амины легко вовлекаются в биосинтез алкалоидов. Они подвергаются окислительномудезаминированию с участием аминооксидаз. Аминоальдегиды или аминокетоны в результате серии последовательных реакций образуют ключевые гетероциклические соединения, обеспечивающие дальнейший биосинтез алкалоидов.
В построении конечной структуры ряда алкалоидов могут принимать участие мультикарбоновые единицы, например ацетат в виде СоА.
Биосинтез истинных алкалоидов и протоалкалоидов протекает, по существу, с включением аминокислоты целиком в молекулу алкалоида. Псевдоалкалоиды носят в основном изопреноидный характер, и их биосинтез идет по пути образования терпеноидов. Азот вводится в неаминокислотный остаток.