Алкалоїди

Алкалоїди – велика група природних азотомістких сполук основного характеру, які мають сильні фармакологічні властивості. Слово “алкалоїд” походить від арабського alkali – луг і грецького – eidos - вид, подібний, тобто подібний лугам. Серед природних фармакологічно активних речовин алкалоїди представляють основну групу, з якої сучасна медицина отримує найбільшу кількість високоефективних лікарських засобів.

Рослини, які містять алкалоїди, використовувались людиною як лікарські та отруйні з давніх часів, але лише наприкінці ХVІІІ та на початку ХІХ ст. з них вперше були виділені діючі речовини. Так, у 1792р. французький хімік Фуркуа отримав з хінного дерева суміш алкалоїдів у вигляді смолистої маси. У 1806р. бельгійський фармацевт Сертюрнер виділив алкалоїд морфін у чистому вигляді, вивчив його і дав йому назву. Багато вчених вважають 1806р. роком відкриття алкалоїдів, а морфін – першим алкалоїдом, який був виділений з рослинної сировини. В ті часи вважалося, що рослини виробляють тільки кислі та нейтральні сполуки, а тваринний організм – речовини основного характеру та азотомісткі сполуки. Сертбрнер перекреслив цю теорію, довівши основну природу морфіну. На основі цієї характерної особливості такі сполуки і отримали свою назву.

Розповсюдження. За сучасним уявленням, рослини, що містять алкалоїди, складають приблизно 10 % всієї світової флори. Найчастіше вони зустрічаються у рослинах родин барбарисові, макові, бобові, рутові, кутрові, посльонові тощо. Звичайно концентрація алкалоїдів в рослинах невелика і складає соті та десяті долі %. Якщо рослина містить 1-3 % алкалоїдів, то вона вважається високоалкалоїдною. Тільки деякі рослини містять до 15-20 % алкалоїдів (наприклад, культивовані форми хінного дерева). В рослині, як правило, є не один, а декілька алкалоїдів. Наприклад, в коренях раувольфії зміїної міститься 35, а в листках катарантусу рожевого – до 80 алкалоїдів. В таких випадках в сумі алкалоїдів кількісно переважають 1-3 алкалоїди (головні алкалоїди), а всі інші виконують роль супутніх речовин і присутні в сировині у вигляді слідів. Звичайно всі алкалоїди однієї рослини близькі за будовою, але також можуть складатись з похідних різних циклів, тобто відноситись до різних хімічних груп. Так, наприклад, мак снодійних містить алкалоїди підгрупи морфіну, папаверину, протоберберину, протопіну, розацину і гідрокотарніну.

Місце локалізації. В рослинах алкалоїди знаходяться у вигляді солей органічних та неорганічних кислот в тканинах, які активно ростуть, епідермальних клітинах, в обкладках судинних пучків і латексних ходах. Вони містяться в клітинному соці у розчиненому стані. Алкалоїди можуть накопичуватись в усіх органах рослин: листках, плодах, насінні, корі, підземних органах. Різні частини рослини можуть містити або різні алкалоїди, або різну їх кількість. Також деякі органи можуть бути безалкалоїдними. Наприклад, трава термопсису ланцетовидного містить алкалоїд термопсин (відхаркувальна дія), а насіння – алкалоїд цитітон (збуджує дихальний центр); в коренях беладони алкалоїдів накопичується до 1,3 %, а в листках – до 0,75 %; мак опійний містить алкалоїди в усіх органах, крім насіння.

Кількісний і якісний склад суми алкалоїдів в рослині непостійний і залежить від різних факторів: фази вегетації, умов середовища, клімату, грунту, спадкових ознак.

Вміст алкалоїдів змінюється протягом вегетації рослин. У багаторічних рослин він змінюється також з віком. Наприклад, найбільша кількість алкалоїдів в підземних органах накопичується у фазу зі в’янення рослини; в плодах – у фазу дозрівання; в листках – у фазу повного цвітіння рослини. Вплив віку на вміст алкалоїдів в рослині можна розібрати на прикладі хінного дерева. Найбільше алкалоїдів в корі міститься в дереві віком від 6 до 12 років; в старій корі алкалоїдів менше.

На вміст алкалоїдів в рослині значно впливає погода та опади. За теплої погоди кількість алкалоїдів збільшується, холодна гальмує процес накопичення алкалоїдів, а приморозки можуть їх зруйнувати. Від температури повітря та грунту залежать терміни вегетації рослини. Сонячне світло, його інтенсивність, тривалість дня визначає усі основні життєво важливі біохімічні процеси, які відбуваються в рослинах. Затінення найчастіше призводить до зниження кількості алкалоїдів в рослині.

Висота над рівнем моря також значно впливає на накопичення алкалоїдів в рослинах. Наприклад, вміст алкалоїдів у беладони збільшується до висоти її зростання до 1500м над рівнем моря, після чого їх вміст зменшується.

Зміни в кількості та якості алкалоїдів залежить, крім усього, від індивідуальної мінливості. Спостереження показують, що окремі екземпляри одного виду рослини, які ростуть при одних умовах, тобто поряд, можуть мати різну кількість алкалоїдів. Це залежить від спадковості. На основі цього проводиться селекція рослин за хімічним складом, тобто після досліджень відбирають екзмпляри, які містять найбільшу кількість алкалоїдів, збирають з них насіння для подальшого вирощування високоалкалоїдних видів рослин.

Наведені приклади доводять значення окремих факторів навколишнього середовища на вміст алкалоїдів в тій чи іншій рослині. Але неможна казати, що на вміст алкалоїдів впливає якийсь один фактор, тобто не можна ізолювати один фактор від іншого. На накопичення алкалоїдів в рослині впливає комплекс факторів, які треба враховувати при вирощування, селекції та зборі сировини.

Роль для рослин. Про біологічну функцію алкалоїдів в рослинному організмі існує декілька гіпотез. Основні з них такі:

- алкалоїди приймають активну роль в обміні речовин. Їх вважають своєрідними стимуляторами та регуляторами біохімічних процесів. Є дані про участь алкалоїдів в окисно-відновних процесах;

- алкалоїди виконують захисну роль. Так, наприклад, наявність алкалоїдів в рослині запобігає поїданню їх тваринами;

- алкалоїди відкладаються в рослинах у вигляді запасного азотистого матеріалу;

- алкалоїди є кінцевими продуктами життєдіяльності рослин і з’являються в ній в результаті розпаду азотистих сполук;

- алкалоїди мають сенсибілізуючу активність, тобто вони посилюють чутливість клітин і тканин рослини до сонячного світла, що прискорює утворення та розвиток органів плодоношення;

- алкалоїди переносять кисень. Це перенесення відбувається через N – оксидні форми алкалоїдів;

- алкалоїди сприяють одужанню рослин. При проведенні дослідів було встановлено, що концентрація алкалоїдів збільшується в тих органах рослини, де спостерігались механічні ушкодження або різні захворювання;

- алкалоїди, які знаходяться в підземних органах, регулюють ріст рослин.

Отже, алкалоїди виконують в рослині різні фізіологічні функції. Це пов’язано з дуже різноманітною будовою та властивостями алкалоїдів.

Класифікація. Алкалоїди відрізняються за хімічною структурою, за шляхами утворення та за фармакологічною активністю. Універсальної класифікації алкалоїдів не існує, але їх можна розділити, поклавши за критерій якусь певну ознаку. Академік Орєхов О.П. запропонував хімічну класифікацію, в основі якої лежить природа гетероцикла. Ця класифікація була опрацьована та розвинута іншими вченими і її широко використовують в хімії та фармакогнозії. Виділяють такі основні групи алкалоїдів:

1. Група пірролідина – невелика група справжніх алкалоїдів; їх представник – нікотин, який міститься в табаку та махорці; стахердин (чистець буквецецвітний).

пірролідін

2. Група піперидина та піредина – широко розповсюджена група справжніх алкалоїдів. До цієї групи належать анабазин (анабазис безлистий), лобелін (лобелія одутла).

піридин піперидин

3. Група з конденсованими пірролідиновими і піперединовим кільцями (похідні тропану) зустрічаються в обмеженій кількості родин. Найбільше їх міститься в родині пасльонових. До цієї групи алкалоїдів належать гіосциамін, атропін, скополамін, які є в блекоті чорній, дурмані звичайному, беладоні звичайній.

тропан

4. Група пірролізидина – невелика група справжніх алкалоїдів. Вони зустрічається в 12 родинах. В медицині використовується платифілін.

пірролізидин

5. Група хінолізидина – це група справжніх алкалоїдів. В наш час виділено близько 200 алкалоїдів цієї групи. До цієї групи належать пахікарпин (софора товстоплодна), термопсин (термопсис ланцетовидний).

хінолізидин

6. Група хіноліну має досить обмежене розповсюдження в рослинах. В медицині використовується хінін, який добувають з кори хінного дерева.

хінолін

7. Група ізохіноліну велика, досить різна група справжніх алкалоїдів, за чисельністю займає друге місце після індольних алкалоїдів. Особливістю ізохінолінових алкалоїдів є те, що в одних і тиж же рослинах можуть зустрічатись алкалоїди різних типів структур, в основі яких лежить ізохінолінове кільце, а замісники, додаткові кільця можуть бути різними. До цієї групи належать берберин (барбарис звичайний), алкалоїди чистотілу, маку тощо.

ізохінолін

8. Група хіназоліну порівняно невелика група справжніх алкалоїдів. В медицині застосовуються дезоксипеганіна гідрохлорид. Який отримують з гармали звичайної.

хіназолін

9. Група індолу за чисельністю сама велика група алкалоїдів. Вони належать до справжніх алкалоїдів. Індольні алкалоїди дуже токсині, тому застосування в медицині знайшли тільки деякі, наприклад резорцин, аймалін (раувольвія змійовидна), вінбластин (катарантус рожевий), ергоалкалоїди (маткові ріжки).

індол

10. Група дигідроіндола (беталаіни) – єдина група алкалоїдів, яка має яскраве забарвлення. Найбільш відомий бетанідин, що міститься в коренях столового буряка.

11. Група пурину невелика група справжніх алкалоїдів; їх представник кофеїн (листя чаю, насіння кави).

пурин

12. Група імідазолу – це група справжніх алкалоїдів. До цієї групи належить пілокарпін (види пілокарпусу).

імідазол

13. Група акрідіну - це група справжніх алкалоїдів. До цієї групи належать акроніцин, мелікопін (рослини родини рутові).

акрідін

14. Група стероїдних алкалоїдів – порівняно велика група алкалоїдів, які належать до псевдоалкалоїдів. В основі структури цих алкалоїдів лежить скелет циклопентанапергідрофенантрена. Стероїдні алкалоїди мають властивості стероїдних сапонінів і алкалоїдів. В природі зустрічаються у формі глікозидів. Вони мають гемолітичні, поверхнево-активні і поряд з цим – основні властивості. До цієї групи алкалоїдів належать соласодін (посльон дольчастий), який використовується для синтезу гормональних препаратів типу кортизону.

15. Група терпенових алкалоїдів належить до псевдоалкалоїдів. Ізопренові залишки, які приймають участь в побудові псевдоалкалоїдів, належать до моно-, сескві-, ди-, та тритерпеноїдів. До цієї групи алкалоїдів належать аконітинові алкалоїди, які широко розповсюджені в родах аконіт і живокість.

16. Група алкалоїдів без гетероциклів (протоалкалоїди) низькомолекулярні відносно прості сполуки, які містять азот у бічному ланцюгу. Вони зустрічаються досить часто в рослинах різних родин. До цієї групи належать ефедрин (ефедра хвощевидна), капсаіцин (стручковий перець).

Класифікація алкалоїдів за будовою основного гетероциклу має ряд переваг, але не висвітлює біогенетичних зв’язків серед алкалоїдів. Алкалоїди можна класифікувати за назвою амінокислот (біосинтетична класифікація), з яких утворюються алкалоїди. Р. Хегнауер розділив всі алкалоїди на три групи:

1. Справжні алкалоїди – це алкалоїди, які утворились в рослині з амінокислот або з кислоти нікотинової чи антранілової, і містять в своєму складі гетероцикли з атомами азоту;

2. Протоалкалоїди – це алкалоїди, які не мають гетероциклів і утворюються в рослині з амінокислот;

3. Псевдоалкалоїди – це алкалоїди, які утворюються в рослині без участі амінокислот незалежно від того, містять вони азот в циклі чи ні.

До справжніх алкалоїдів належать атропін, платифілін, хелеритрин та ін. Протоалкалоїди, як правило, є рослинними амінами, наприклад, ефедрин, сферофізин та ін. Псевдоалкалоїди мають скелет, основу якого складають не амінокислоти, а інші сполуки. До них належать стероїдні та терпенові алкалоїди.

Алкалоїди також можна класифікувати за фармакологічними ознаками, тобто об’єднати алкалоїди за фармакологічними групами. В основу філогенетичної класифікації покладено ботанічний принцип та близькість хімічної природи алкалоїдів.

Основні фізичні і хімічні властивості. Більшість алкалоїдів, що містять кисень – це тверді кристалічні речовини без запаху, гірки на смак, безбарвні, тільки деякі не містять кисню, є леткими рідинами з неприємним запахом (наприклад нікотин, пахікарпин тощо). А солі цих сполук знаходяться в кристалічній формі. Алкалоїди оптично активні. Деякі алкалоїди в УФ – променях мають специфічне світіння. Розчинність, екстракція та розділення алкалоїдів залежать від форми алкалоїдів. Алкалоїди в рослинах знаходяться в трьох формах:

1. у вигляді алкалоїдів – основ;

2. у вигляді алкалоїдів – солей;

3. у вигляді алкалоїдів – N – оксидів.

Алкалоїди – основи розчинні в органічних розчинниках (спирт, хлороформ, бензол) і, як правило, не розчинні в неорганічних розчинниках (за виключенням кофеїну та ефедрину, які розчинні у воді).

Алкалоїди – солі – це білі кристалічні речовини, добре розчинні у воді і розчині в органічних розчинниках (крім спирту), хоча деякі солі розчиняються в хлороформі (наприклад, папаверину гідрохлорид).

Алкалоїди – досить слабкі основи. З кислотами вони утворюють солі, причому один атом азоту молекули приєднує один еквівалент одноосновної кислоти. Ці солі легко розкладаються під впливом лугів та розчину аміаку, а іноді карбонатів та окису магнію, при цьому виділяються вільні основи алкалоїдів. В рослинах алкалоїди знаходяться в формі солей органічних кислот: лимонної, оцтової, щавлевої, янтарної тощо, а в лікарських препаратах вони містяться переважно в формі гідрохлоридів, нітратів, фосфатів тощо.

Якісні реакції. Для виявлення алкалоїдів в лікарській рослинній сировині використовують такі реакції:

1. Загальні реакції з утворенням осаду. Такі реакції дозволяють виявити присутність алкалоїдів навіть при незначному їх вмісті. Із загальних алкалоїдних реактивів часто використовують наступні: танін, сулему, розчин йоду в йодиді калію, пікринову кислоту, солі важких металів та ін.

2. Специфічні кольорові реакції залежать від хімічної структури і функціональних груп в молекулі, тому вони використовуються при аналізі окремих алкалоїдів. Найбільш розповсюдженими реактивами є концентрована сірчана і азотна кислоти, розчин формаліну в сірчаній кислоті.

Крім якісних реакцій алкалоїди можна виявити люмінесцентним аналізом. Як згадувалось вище, деякі алкалоїди мають здатність світитись в УФ-променях. Наприклад, хінін утворює синю флюорисценцію, гідрастин – золотисту.

Для кількісного визначення алкалоїдів в лікарській рослинній сировині використовують ваговий, об’ємний, фізико-хімічний методи.

Способи отримання. Алкалоїди отримують в такій послідовності:

1. витяжка рослинної сировини лугами;

2. очистка отриманої витяжки;

3. розділення суми алкалоїдів та очистка алкалоїдів.

Для виділення або розділення суми алкалоїдів використовують хроматографічні та інші методи.

Особливості заготівлі. Алкалоїдна лікарська рослина належить до сильнодіючої та отруйної. Тому при зборі такої сировини треба дотримуватись правил безпеки (дивись правила збору сировини з отруйних рослин) і обов’язково попереджувати збирачів сировини про отруйність рослин.

Сушіння. Сировину можна сушити природним та штучним способами. При сушінні природним способом сировину розкладають тонким шаром і сушать під залізним або черепитчастим дахом. У сушарнях сировина сушиться при температурі 50-60⁰ С.

Зберігання. За списком Б, в сухому приміщенні, яке добре вентилюється. Виділені з сировини алкалоїди та комплексні препарати зберігають як отруйні – за списком А.

Фармакологічна дія та застосування. Алкалоїдні рослини використовуються в фармації з різною метою. Частина з них безпосередньо використовується в аптеках для виготовлення лікарських засобів (настої, відвари), але значна кількість сировини поступає на фармацевтичні підприємства для отримання різних сумарних препаратів (галенових, новогаленових) і для виділення алкалоїдів в чистому вигляді, які в подальшому випускають в різних лікарських формах (розчини, ампульні препарати, таблетки тощо). Фармакологічна дія алкалоїдів дуже різноманітна: знеболююча (препарати маку), спазмолітична (препарати беладони), кровоспинна (препарати ріжок), гіпотензивна (препарати раувольфії), жовчогінна (препарати чистотілу), відхаркувальна (препарати термопсису), збуджуюча ЦНС (препарати секурінеги) та ін.

Крім медицини алкалоїди знайшли широке застосування в інших галузях народного господарства: харчова промисловість (виготовлення тонізуючих напоїв: чай, кава, какао), табачна промисловість. Ряд алкалоїдів використовується в сільськогосподарському господарстві як інсектициди.

Алкалоїди мають ряд негативних властивостей. При застосуванні деяких алкалоїдів розвивається звикання, медикаментозна залежність (наркоманія). Багато алкалоїдів є сильною отрутою, яка здатна викликати отруєння навіть з смертельними наслідками. Тому використовувати сировину, що містить алкалоїди, потрібно дуже обережно.

Дата добавления: 2014-01-06