БАВ. Природные биологически активные вещества
 Скачать 1.93 Mb.
|
|
V. Хинолизидиновые алкалоиды - производные бициклической конденсированной системы из двух циклов пиперидина:  ХИНОЛИЗИДИНРазличают 5 групп хинолизидиновых алкалоидов: 1. Группа лупинина. Лупинин впервые выделен из люпина. В медицинской практике представители этой группы не применяются. 2. Группа спартеина. К ней относятся пахикарпин, термопсин, анагирин, содержащиеся в траве софоры толстоплодной:  ПАХИКАРПИН 3. Группа цитизина. Цитизин содержится в семенах термопсиса ланцетовидного и в траве термопсиса очередноцветкового:  ЦИТИЗИН 4. Группа матрина. Матрин найден в софоре желтоватой. 5. Группа нуфаридина. Алкалоиды этой группы обнаружены в представителях семейства нимфейных и в своем составе содержат серу, например, алкалоид нуфлеин, который содержится в корневищах кубышки желтой. VI. Производные хинолина Сюда относятся алкалоиды хинного дерева: хинин, хинидин, цинхонин.
VII. Изохинолиновые алкалоиды:  ИЗОХИНОЛИН В медицинской практике нашли применение представители следующих групп: 1. Группа фенантренизохинолина (морфина) - сюда относятся морфин, кодеин - алкалоиды мака снотворного. 2. Группа бензилизохинолина - куда входит алкалоид папаверин, также содержащийся в маке снотворном. 3. Группа бензофенантридина - сангвинарин и хелеритрин - алкалоиды травы чистотела большого:  САНГВИНАРИН 4. Группа апоморфина - алкалоид глауцин, выделенный из травы мачка желтого:  ГЛАУЦИН 5. Группа протоберберина - берберин, полученный из барбариса обыкновенного, алкалоид гиндарин - из стефании гладкой:  6. Группа бисбензилизохинолиновых алкалоидов, куда относятся алкалоиды кураре. VIII. Алкалоиды - производные индола:  ИНДОЛ Это очень большая группа алкалоидов, имеющих сложное строение:  ЛИЗЕРГИНОВАЯ КИСЛОТА РЕЗЕРПИН Алкалоиды этой группы содержатся: в склероциях спорыньи - эргометрин, эрготамин, эргокристин - производные лизергиновой кислоты; в корнях раувольфии - резерпин; в траве барвинка малого - винкамин; в листьях катарантуса розового - винбластин, винкристин; в семенах чилибухи - стрихнин; в траве пассифлоры инкарнатной - гармин, гарман, гармол. IХ. Алкалоиды - производные пурина:  ПУРИН КОФЕИН Производными пурина являются кофеин, теобромин, теофиллин, они найдены в листьях чая китайского, в бобах шоколадного дерева, в зернах кофе. Х. Алкалоиды - производные циклопентанпергидрофенантрена (стероидные алкалоиды), относятся к псевдоалкалоидам Их подразделяют на 2 группы: 1. Азотсодержащие аналоги сапонинов. Алкалоиды этой группы образуют нормальные (соласодин) и изоряды соединений (томатидин):  СОЛАСОДИН 2. Азотсодержащие стероиды, в которых кольца Е и F сконденсированы. К этой группе относится соланидин:  СОЛАНИДИН Алкалоиды этой группы обнаружены в траве паслена дольчатого (соласонин, соламаргин - агликон соласодин), в корневищах с корнями чемерицы Лобеля, в картофеле (соланин, чаконин - агликон соланидин). XI. Алкалоиды дитерпеновые Они обнаружены в различных видах живокости (элатин, кондельфин, метилликаконитин и др.), аконита (аконитин, зонгорин). Структуры этих алкалоидов очень сложны. Схема 15 Распространение алкалоидов в растительном мире Распространены алкалоиды среди семейств неравномерно. Наиболее широко распространены среди покрытосеменных. Особенно богаты алкалоидами растения семейств: Пасленовые (Solanaceae), Кутровые (Apocynaceae), Маковые (Papaveraceae), Бобовые (Fabaceae), Лютиковые (Ranunculaceae), Рутовые (Rutaceae), Астровые (Asteraceae), Лилейные (Liliaceae) и др. В водорослях, грибах, мхах, папоротниках и голосеменных они встречаются сравнительно редко. В растении чаще всего содержится не один, а несколько алкалоидов, например, у мака снотворного установлено 26, а в листьях катарантуса розового более 70 алкалоидов. Но в растении обычно преобладает один, два или три алкалоида, остальные же содержатся в меньшем количестве. Локализация алкалоидов по органам и тканям Алкалоиды могут накапливаться в различных органах и частях растений: листьях (белена черная, дурман обыкновенный), травах (маклейя, термопсис), плодах (перец однолетний), семенах (дурман индейский) в подземных органах (стефания гладкая). В растениях, как правило, накапливаются алкалоиды близкого строения, например, в листьях, траве и корнях белладонны - алкалоиды тропанового ряда; в спорынье - индольные алкалоиды. Различные части растения могут накапливать разные алкалоиды, например, в семенах термопсиса ланцетовидного преобладает цитизин, а в траве - термопсин. Иногда алкалоиды накапливаются в одном органе, а в других отсутствуют или содержатся в небольших количествах, например, у чемерицы наибольшее количество алкалоидов накапливается в подземных органах. В растениях алкалоиды находятся в виде солей и растворены в клеточном соке паренхимных клеток. Чаще встречаются соли органических кислот (щавелевой, яблочной, винной, лимонной, и др.); в некоторых растениях алкалоиды связаны со специфическими кислотами, например, хинная кислота характерна для хинного дерева, меконовая - для мака снотворного. Реже встречаются алкалоиды в виде солей неорганических кислот: серной, фосфорной (мак снотворный). Содержание алкалоидов в ЛРС колеблется в пределах от десятых (реже сотых) долей процента до 1-3%. Это количество считается значительным, т.к. алкалоиды обладают сильным физиологическим действием. Только у некоторых растений содержание алкалоидов достигает 10% и более, например, в коре хинного дерева содержание алкалоидов составляет 15-20%, в подземных органах стефании (клубни с корнями) 7,5-9%. 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. 5. Состав почв (геохимический фактор). На содержание алкалоидов у многих растений большое влияние оказывает состав почвы. Например, в листьях дурмана обыкновенного, растущего на щелочных почвах, алкалоидов больше, чем в листьях дурмана, растущего на кислых и нейтральных почвах. На образование алкалоидов большое влияние оказывают определенные химические элементы: марганец, кобальт способствуют увеличению содержания алкалоидов тропанового ряда, медь необходима для образования аминокислот, являющихся предшественниками алкалоидов в растениях, цинк стимулирует синтез и накопление индольных алкалоидов. Биологическая роль алкалоидов в жизни растений За многие годы было предложено ряд гипотез, где алкалоидам отводилась весьма различная роль, иногда прямо противоположная. Алкалоиды - конечные продукты обмена веществ. Алкалоиды - продукты ассимиляции и являются исходными веществами при образовании белков. Алкалоиды являются защитными веществами. Наибольшего внимания заслуживает теория активного участия алкалоидов в биохимических процессах растительных клеток. Алкалоиды принимают активное участие в окислительно-восстановительных процессах клетки, являясь переносчиком кислорода. Установлено также, что ряд алкалоидов участвуют в трансметилировании (т.е. способны присоединять, а затем отдавать метильные группы). Физико-химические свойства алкалоидов 1. Все алкалоиды содержат в своем составе С, H, N. Кроме того, большинство алкалоидов содержат еще и кислород. 1) Кислородсодержащие алкалоиды обычно твердые кристаллические вещества, чаще бесцветные и реже окрашенные (берберин, хелеритрин - желтые, сангвинарин - оранжевого цвета), без запаха, горького вкуса. Поэтому сырье, содержащее алкалоиды, также имеет горький вкус, но из-за ядовитости алкалоидов вкус его не определяют. 2) Алкалоиды, не содержащие кислорода, - летучие, маслянистые жидкости с неприятным запахом (никотин, кониин, пахикарпин, анабазин и др.). 3) Алкалоиды имеют четкую температуру плавления или кипения. 2. Некоторые алкалоиды флуоресцируют в УФ-свете (берберин, хинин). 3. Алкалоиды оптически активны. Причем левовращающие стереоизомеры обычно активнее правовращающих. 4. Растворимость алкалоидов-оснований и их солей различна. Алкалоиды-основания хорошо растворимы в органических растворителях (хлороформе, эфире, дихлорэтане, спиртах и др.) и практически нерастворимы в воде. Однако имеются алкалоиды, которые хорошо растворимы не только в органических растворителях, но и в воде. Например, цитизин, метилцитизин, кофеин, эфедрин, берберин и др. 5. Соли алкалоидов, как правило, хорошо растворимы в воде и спиртах (особенно разбавленных), но плохо или совсем нерастворимы в органических растворителях. Хотя и здесь имеются исключения - сульфат хинина слабо растворим в воде (1:700), а гидробромид скополамина и гидрохлорид папаверина растворяются в хлороформе. 6. Жидкие алкалоиды перегоняются с водяным паром. 7. Благодаря основному характеру алкалоиды при взаимодействии с кислотами образуют соли. Это свойство алкалоидов широко используется при выделении и очистке алкалоидов, их количественном определении, получении препаратов. 8. Общим химическим свойством всех алкалоидов является образование осадков: 1) с солями тяжелых металлов; 2) с комплексными йодидами; 3) с комплексными кислотами. Эти свойства алкалоидов используются для их открытия. 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, H2SO4, 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. |
