История изучения алкалоидов

Введение

Органические соединения многочисленны и разнообразны. Многие из них представлены циклическими системами. Если циклическое соединение помимо атомов углерода содержит хотя бы один атом другого элемента, то такое соединение называют гетероциклическим. Гетероцилы, содержащие в качестве гетероатома кислород, азот и серу, изучены более подробно, чем циклы с фосфором, бором, оловом, кремнием и селеном.

Алкалоиды (араб. «alkali» - щёлочь и греч. «eidos» - подобный) – гетероциклические азотсодержащие основания растительного происхождения, обладающие, как правило, выраженной физиологической активностью. Термин «Алкалоид» был предложен в 1819 году фармацевтом В. Мейснером. Как правило, алкалоиды представляют собой третичные амины и содержатся в растениях в виде солей органических кислот (лимонной, яблочной, щавелевой, янтарной и др). Одни из них присутствуют в растениях в соединениях с сахарами (например, соланин в картофеле и томатах), другие – в форме амидов, (например, пиперин из черного перца) или сложных эфиров (кокаин из листьев кока), а третьи сохраняются в твердом состоянии в омертвевших тканях, таких, как клетки коры. Алкалоиды образуются в разных органах или частях растений: у одних – в верхушечных меристемах корней, у других – в листьях. В зависимости от вида растения и химического характера алкалоиды они могут накапливаться в разных органах. Обычно встречаются в клеточном или молочном соке или в специальных вместилищах у некоторых растений. Обычно в алкалоидосодержащем растении встречаются сразу несколько алкалоидов, иногда до 50. Необходимо отметить, что высоким содержанием алкалоидов отличаются пасленовые, бобовые, лютиковые и некоторые другие растения. Встречаются они и в грибах (мухомор, спорынья и др.), но их практически нет у розоцветных, папоротников, мхов и лишайников. Алкалоиды не обнаружены и у бактерий. Их выделение, очистка и изучение свойств – весьма трудоемкий процесс, включающий использование методов современной органической химии.

В чистом виде большинство алкалоидов представляют собой бесцветные кристаллические вещества без запаха, обычно горькие на вкус, оптически активные. Незначительное количество алкалоидов (в основном не содержащие кислород) являются жидкими веществами с резким неприятным запахом (никотин, кокаин и др.). Алкалоиды – основания, как правило, не растворимы в воде, зато они хорошо растворяются в большинстве органических растворителей: этаноле, хлороформе, эфире, дихлорэтане и др. Однако следует отметить, что некоторые алкалоиды и в форме оснований заметно растворимы в воде, например кофеин, эфедрин, кодеин. Алкалоиды легко взаимодействуют с сильными минеральными и некоторыми органическими (салициловая, винная и др.) кислотами, образуя хорошо кристаллизирующиеся соли, растворимые в воде и не растворимые в органических растворителях (за исключением этанола). На этих свойствах алкалоидов основано извлечение их из различных субстратов при судебно-медицинской экспертизе, при выделении и исследовании содержания в фармакологии, а также при подкожном и внутривенном введении в виде хорошо растворимых солей в медицинской практике.

История изучения алкалоидов.

В народной медицине алкалоиды применялись издавна. 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. 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.

Иследования алкалоидов проводятся и зарубежными учеными - в Японии, Канаде, Англии, Индонезии, Индии, Бирме.

Классификация

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: по группам содержащих их растений (алкалоиды спорыньи, опия, коки, пасленовых и т.д.), по их химической природе (пептидные, пирролидиновые, пиридиновые и пиперидиновые, хинолиновые, изохинолиновые, индольные, пуриновые и др.), по характеру физиологического воздействия (болеутоляющие, сосудорасширяющие, противопаразитические и т.д.).

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. На основании этой классификации систематизируется и сырье, содержащее алкалоиды. А.П. Орехов разделил все алкалоиды на 13 групп:

1. Ациклические алкалоиды с азотом в боковой цепи (без гетероциклов):

ü эфедрин из различных видов эфедры

ü колхицин и колхамин из клубнелуковиц безвременников

ü капсаицин

Эфедрин

Производные пирролидина

ü гигрин и гигролин, содержащиеся в листьях кокаинового куста

Пирролидин

Производные пирролизидина

ü платифиллин, саррацин, сенецифилллин из крестовника плосколистного и ромболистного

Пирролизидин

4. Производные пиридина и пиперидина:

Пиридин Пиперидин

это большая группа алкалоидов, в которой можно выделить несколько подгрупп:

· простые производные пиридина и пиперидина:

лобелин (лобелия взутая), кониин (болиголов пятнистый)

· алкалоиды, содержащие гетероцикл в неизмененном виде (собственно гетероцикл), т.е. бициклические неконденсированные системы:

Анабазин Никотин

· Бициклические конденсированные системы пирролидина и пиперидина (тропановые алкалоиды):Эти алкалоиды являются производными двух аминоспиртов: тропина и скопина, образующих сложные эфиры с троповой кислотой.

Тропан Тропин Троповая кислота