Alkaloid - Alkaloid

Pierwszy pojedynczy alkaloid, morfina , został wyizolowany w 1804 roku z maku lekarskiego ( Papaver somniferum ).

Alkaloidy to klasa podstawowych , naturalnie występujących związków organicznych, które zawierają co najmniej jeden atom azotu . Do tej grupy należą również związki pokrewne o właściwościach obojętnych, a nawet słabo kwaśnych . Niektóre syntetyczne związki o podobnej strukturze można również określić jako alkaloidy. Oprócz węgla , wodoru i azotu , alkaloidy mogą również zawierać tlen , siarkę i rzadziej inne pierwiastki takie jak chlor , brom i fosfor .

Alkaloidy są produkowane przez wiele różnych organizmów, w tym bakterie , grzyby , rośliny i zwierzęta . Można je oczyścić z surowych ekstraktów tych organizmów przez ekstrakcję kwasowo-zasadową lub ekstrakcję rozpuszczalnikową, a następnie chromatografię kolumnową na żelu krzemionkowym . Alkaloidy mają szeroki zakres farmakologicznej aktywności, w tym malarii ( np chinina ), antiasthma ( na przykład efedryny ) przeciwnowotworowym ( np homoharringtonine ) cholinomimetyczne ( np galantamina ), rozszerzające naczynia krwionośne ( na przykład winkamina ), leki przeciwarytmiczne ( np chinidyna ), środek przeciwbólowy ( np morfiny ) , przeciwbakteryjne ( np. chelerytryna ) i przeciwhiperglikemiczne ( np. piperyna ). Wiele z nich znalazło zastosowanie w tradycyjnej lub nowoczesnej medycynie lub jako punkt wyjścia do odkrywania leków . Inne alkaloidy posiadają właściwości psychotropowe ( np. psylocyna ) i pobudzające ( np. kokaina , kofeina , nikotyna , teobromina ) i były używane w rytuałach enteogennych lub jako narkotyki rekreacyjne . Alkaloidy też mogą być toksyczne ( np. atropina , tubokuraryna ). Chociaż alkaloidy działają na różnorodne systemy metaboliczne u ludzi i innych zwierząt, niemal jednolicie wywołują gorzki smak .

Granica między alkaloidami a innymi związkami naturalnymi zawierającymi azot nie jest wyraźna. Związki takie jak peptydy aminokwasowe , białka , nukleotydy , kwas nukleinowy , aminy i antybiotyki zwykle nie są nazywane alkaloidami . Naturalne związki zawierające azot w pozycji egzocyklicznej ( meskalina , serotonina , dopamina itp.) są zwykle klasyfikowane raczej jako aminy niż alkaloidy. Niektórzy autorzy uważają jednak alkaloidy za szczególny przypadek amin.

Nazewnictwo

Artykuł, który wprowadził pojęcie „alkaloidu”.

Nazwa „alkaloidy” (niem Alkaloide ) został wprowadzony w 1819 roku przez niemieckiego chemika Carl Friedrich Wilhelm Meißner i pochodzi z późnego łacińskiego korzenia alkalicznej (która z kolei pochodzi od arabskiego al-qalwī znaczeniu „popiołów roślin” ) i sufiks -οειδής -('podobny'). Jednak termin ten wszedł do powszechnego użytku dopiero po opublikowaniu artykułu przeglądowego Oscara Jacobsena w słowniku chemicznym Alberta Ladenburga w latach 80. XIX wieku.

Nie ma unikalnej metody nazywania alkaloidów. Wiele nazw indywidualnych tworzy się przez dodanie przyrostka „ine” do nazwy gatunku lub rodzaju. Na przykład atropina jest izolowana z rośliny Atropa belladonna ; strychninę otrzymuje się z nasion drzewa Strychniny ( Strychnos nux-vomica L.). Jeśli z jednej rośliny pozyskuje się kilka alkaloidów, ich nazwy są często rozróżniane przez różnice w sufiksie: „idine”, „anina”, „aline”, „inine” itp. Istnieje również co najmniej 86 alkaloidów, których nazwy zawierają rdzeń „vin”. "ponieważ są one pozyskiwane z roślin Vinca , takich jak Vinca rosea ( Caharanthus roseus ); są to tak zwane alkaloidy barwinka .

Historia

Friedrich Sertürner , niemiecki chemik, który jako pierwszy wyizolował morfinę z opium.

Rośliny zawierające alkaloidy były używane przez ludzi od czasów starożytnych w celach terapeutycznych i rekreacyjnych. Na przykład rośliny lecznicze znane są w Mezopotamii od około 2000 roku p.n.e. Odyseja Homera, o których mowa darem Helen przez egipskiej królowej, lek przynoszący zapomnienie. Uważa się, że prezentem był lek zawierający opium. W chińskiej książce o roślinach doniczkowych napisanej w I-III wieku p.n.e. wspomniano o medycznym zastosowaniu efedryny i maku lekarskiego . Ponadto liście koki były używane przez Indian południowoamerykańskich od czasów starożytnych.

Wyciągi z roślin zawierających toksyczne alkaloidy, takie jak akonityna i tubokuraryna , były używane od starożytności do zatruwania strzał.

Badania nad alkaloidami rozpoczęto w XIX wieku. W 1804 roku niemiecki chemik Friedrich Sertürner wyizolował z opium „zasadę usypiającą” (łac. principium somniferum ), którą nazwał „morphium”, odnosząc się do Morfeusza , greckiego boga snów; w języku niemieckim i niektórych innych językach środkowoeuropejskich nadal jest to nazwa leku. Termin „morfina”, używany w języku angielskim i francuskim, nadał francuski fizyk Joseph Louis Gay-Lussac .

Znaczący wkład w chemię alkaloidów we wczesnych latach jej rozwoju wnieśli francuscy badacze Pierre Joseph Pelletier i Joseph Bienaimé Caventou , którzy odkryli chininę (1820) i strychninę (1818). W tym czasie odkryto kilka innych alkaloidów, w tym ksantynę (1817), atropinę (1819), kofeinę (1820), koniinę (1827), nikotynę (1828), kolchicynę (1833), sparteinę (1851) i kokainę (1860). . Rozwój chemii alkaloidów został przyspieszony przez pojawienie się w XX wieku metod spektroskopowych i chromatograficznych , dzięki czemu do 2008 roku zidentyfikowano ponad 12 000 alkaloidów.

Pierwszą kompletną syntezę alkaloidu dokonał w 1886 roku niemiecki chemik Albert Ladenburg . Wyprodukował koniinę przez reakcję 2-metylopirydyny z aldehydem octowym i redukcję powstałej 2-propenylopirydyny sodem.

Bufotenina , alkaloid niektórych ropuch, zawiera rdzeń indolowy i jest wytwarzana w żywych organizmach z aminokwasu tryptofanu .

Klasyfikacje

Nikotyny cząsteczka zawiera zarówno pirydynę (w lewo) i pirolidyny pierścieni (po prawej).

W porównaniu z większością innych klas związków naturalnych, alkaloidy charakteryzują się dużą różnorodnością strukturalną. Nie ma jednolitej klasyfikacji. Początkowo, gdy brakowało wiedzy na temat budowy chemicznej, opierano się na klasyfikacji botanicznej roślin źródłowych. Ta klasyfikacja jest obecnie uważana za przestarzałą.

Nowsze klasyfikacja opiera się na podobieństwie szkielet węglowy ( na przykład , indol -, izochinolina -, i pirydynę -podobnych) lub biochemicznego prekursora ( ornityny , lizyny , tyrozyny , tryptofanu , etc.). Wymagają jednak kompromisów w przypadkach granicznych; na przykład nikotyna zawiera fragment pirydynowy z nikotynamidu i część pirolidynową z ornityny i dlatego może być przypisana do obu klas.

Alkaloidy często dzieli się na następujące główne grupy:

  1. „Prawdziwe alkaloidy” zawierają azot w heterocyklu i pochodzą z aminokwasów . Ich charakterystycznymi przykładami są atropina , nikotyna i morfina . Grupa ta obejmuje również pewne alkaloidy oprócz heterocykliczny azotu zawierają terpeny ( np , evonine ) lub fragmenty peptydowe, ( na przykład ergotamina ). Alkaloidy piperydynowe, koniina i koniceina, mogą być uważane za prawdziwe alkaloidy (a nie pseudoalkaloidy: patrz poniżej), chociaż nie pochodzą one z aminokwasów.
  2. „Protoalkaloidy”, które zawierają azot (ale nie heterocykl azotu), a także pochodzą z aminokwasów. Przykłady obejmują meskalinę , adrenalinę i efedrynę .
  3. Alkaloidy poliaminowe – pochodne putrescyny , spermidyny i sperminy .
  4. Alkaloidy peptydowe i cyklopeptydowe.
  5. Pseudoalkaloidy – związki alkaloidopodobne, które nie pochodzą z aminokwasów. Grupa ta obejmuje terpenowo -jak i steroidu -jak alkaloidy, jak puryn -jak alkaloidy, jak kofeina , teobromina , theacrine i teofilina . Niektórzy autorzy zaliczają do pseudoalkaloidów takie związki, jak efedryna i katynon . Te pochodzą z aminokwasu fenyloalaniny , ale swój atom azotu uzyskują nie z aminokwasu, ale poprzez transaminację .

Niektóre alkaloidy nie mają charakterystycznego dla ich grupy szkieletu węglowego. Tak więc galantamina i homoaporfiny nie zawierają fragmentu izochinoliny , ale generalnie przypisuje się je alkaloidom izochinolinowym.

Główne klasy alkaloidów monomerycznych wymieniono w poniższej tabeli:

Klasa Główne grupy Główne etapy syntezy Przykłady
Alkaloidy z heterocyklami azotu (prawdziwe alkaloidy)
Pochodne pirolidyny
Struktura pirolidyny.svg
Ornityna lub argininaputrescyny → N methylputrescine → N-metylo-A 1 -pirolino Cuscohygrine , higrine , hygroline, stachryne
Pochodne tropanu
Tropan numerowany.svg
Grupa atropiny
Podstawienie w pozycjach 3, 6 lub 7
Ornityna lub argininaputrescyny → N methylputrescine → N-metylo-A 1 -pirolino Atropina , skopolamina , hioscyjamina
Grupa kokainowa
Zastąpienie w pozycjach 2 i 3
Kokaina , ekgonina
Pochodne pirolizydyny
Pirolizydyna.svg
Nieestry U roślin: ornityna lub argininaputrescynahomospermidynaretronecyna Retronecine , heliotridine, laburnine
Złożone estry kwasów monokarboksylowych Indicine, lindelophin, sarracine
Diestry makrocykliczne Platyfilina , trichodesmina
1-aminopirolizydyny ( loliny ) U grzybów : L- prolina + L- homoserynaN- (3-amino-3-karboksypropylo)prolina → norlolina Lolina, N- formylolina, N- acetyllolina
Pochodne piperydyny
Piperidin.svg
Lizynakadaweryna → Δ 1 -piperydeina Sedamine , lobelina, anaferine, piperyny
Kwas oktanowy → koniceinakoniina Coniine , coniceine
Pochodne chinolizydyny
Chinolizydyna.svg
Grupa łubinowa Lizynakadaweryna → Δ 1 -piperydeina łubinina , nufarydyna
Grupa cytyzyn Cytyzyna
Grupa Sparteine Sparteiny , lupaniny , anahygrine
Grupa macierzysta . Matrine, oksymatryna, allomatrydyna
Grupa ormosaniny Ormosanina, piptantyna
Pochodne indolizydyny
Indolizydyna.svg
Lizyna → δ-semialdehyd kwasu α-aminoadypinowegokwas pipekolowy → 1 indolizydynon Swainsonine , kastanospermina
Pochodne pirydyny
Pirydyna.svg
Proste pochodne pirydyny Kwas nikotynowykwas dihydronikotynowy → 1,2-dihydropirydyna Trygonelinę , ricinine , arekoliny
Policykliczne niekondensujące pochodne pirydyny Nikotyna , nornikotyna , anabazyna , anatabina
Policykliczne skondensowane pochodne pirydyny Actinidine , gentianine, pediculinine
Pochodne pirydyny seskwiterpenu Kwas nikotynowy , izoleucyna Evonina, hipokrateina, trytonina
Pochodne izochinoliny i pokrewne alkaloidy
Izochinolina numerowana.svg
Proste pochodne izochinoliny Tyrozyna lub fenyloalaninadopamina lub tyramina (dla alkaloidów Amarillis) Salsoline, lofoceryna
Pochodne 1- i 3-izochinolin N-metylokorydaldyna, noroksyhydrastynina
Pochodne 1- i 4-fenylotetrahydroizochinolin Kryptostylina
Pochodne 5-naftil-izochinoliny Ancistrokladyna
Pochodne 1- i 2-benzylo-izochinoliny Papaweryna , laudanozyna , sendaweryna
Grupa kulinarna Kularyna, jagonina
Pawilony i izopawiny Argemonine, amurensine
Benzopirrokoliny Kryptaustolina
Protoberberyny Berberyna , kanadyna , ofiokarpina, mekambrydyna, korydalina
ftalidisochinoliny Hydrastyna , narkotyna (Noscapine)
Spirobenzyloizochinoliny fumarycyna
Alkaloidy Ipecacuanha Emetyna, protoemetyna, ipekozyd
Benzofenantrydyny Sangwinaryna, oksynitydyna, korynoloksyna
Aporfiny Glaucyna , korydyna, liriodenina
Proaporfiny Pronucyferyna, glaziovine
Homoaporfiny Kreysyginina, multifloramina
Homoproaporfiny Bulbokodyna
Morfiny Morfina , kodeina , tebaina , sinomenina
Homomorfiny Kreysyginina, androcymbina
Tropoloizochinoliny Imerubin
Azofluoranteny Rufescyna, imeluteina
Alkaloidy amarylis likoryna , ambelina, tazetyna, galantamina , montanina
Alkaloidy erytryny Erysodyna, erytrodyna
Pochodne fenantrenu Atherosperminine
Protopiny Protopina , oksomuramina, korykawidyna
Arystolaktam Doriflawina
Pochodne oksazolu
Struktura oksazolu.svg
Tyrozynatyramina Annulolina, halfordinol, texaline, texamine
Pochodne izoksazolu
Struktura izoksazolu.png
Kwas ibotenowymuscymol Kwas ibotenowy, Muscimol
Pochodne tiazolu
Struktura tiazolu.svg
1-Deoksy-D-ksylulozo-5-fosforan (DOXP), tyrozyna , cysteina Nostocyklamid, tiostrepton
chinazoliny pochodne
Numer chinazoliny.svg
Pochodne 3,4-dihydro-4-chinazolonu Kwas antranilowy lub fenyloalanina lub ornityna Gorączka
Pochodne 1,4-dihydro-4-chinazolonu Glikoryna, arboryna, glikosminina
Pochodne pirolidyny i piperydynochinazoliny Vazicyna (peganina)
Pochodne akrydyny
Akrydyna.svg
Kwas antranilowy Rutakrydon, akronikana
Pochodne chinoliny
Chinolina numerowana.svg
Proste pochodne chinoliny pochodnych 2-chinolonów i 4-chinolonów Kwas antranilowy → 3-karboksychinolina Cusparine, echinopsine , evokarpina
terpenoidy trójpierścieniowe Flindersine
Pochodne furanochinoliny Dyktamnina , fagaryna, skimmianina
Chininy Tryptofantryptaminastrictozydyna (z sekologaniną ) → korinanteal → cynhoninon Chinina , chinidyna , cynchonina , cynhonidyna
Pochodne indolu
Indol numerowany.svg
Nieizoprenowe alkaloidy indolowe
Proste pochodne indolu Tryptofantryptamina lub 5-hydroksytryptofan Serotonina , psilocybina , dimetylotryptamina (DMT), bufotenina
Proste pochodne β-karboliny Harman, harmina , harmalina , eleagnina
Alkaloidy piroloindolowe Fizostygmina (seryna), eteroamina, fisowenina, eptastygmina
Semiterpenoidowe alkaloidy indolowe
Alkaloidy sporyszu Tryptofan → chanoklawina → agroclavine → elimoclavine → kwas paspalickwasu lizergowego Ergotamina , ergobazyna, ergozyna
Monoterpenoidowe alkaloidy indolowe
Alkaloidy typu Corynanthe Tryptofantryptaminastrictozydyna (z sekologaniną ) Ajmalicine, sarpagine, vobasine, ajmaliną , johimbina , rezerpina , mitragynine grupa strychnina i ( Strychnine brucyna , aquamicine, vomicine )
Alkaloidy typu Iboga Ibogamine , ibogaina , voacangine
Alkaloidy typu Aspidosperma winkamina , alkaloidy barwinka , winkotyna, aspidospermina
Pochodne imidazolu
Struktura imidazolu.svg
Bezpośrednio z histydyny Histamina , pilokarpina, pilosine, stevensine
Pochodne puryn
9H-Purine.svg
Ksantozyna (powstała w biosyntezie puryn) → 7 metyloksantozyna → 7- metyloksantynateobrominakofeina Kofeina , teobromina , teofilina , saksytoksyna
Alkaloidy z azotem w łańcuchu bocznym (protoalkaloidy)
Pochodne β- fenyloetyloaminy
Fenyloetyloamina numbered.svg
Tyrozyna lub fenyloalaninadioksyfenilaninadopaminaadrenalina i meskalina tyrozynatyramina fenyloalanina → 1-fenylopropano-1,2-dion → katynonefedryna i pseudoefedryna Tyramina , efedryna , pseudoefedryna , meskalina , katynon , katecholaminy ( adrenalina , noradrenalina , dopamina )
Alkaloidy kolchicyny
Kolchicyna.svg
Tyrozyna lub fenyloalaninadopaminaautumnalinakolchicyna Kolchicyna , kolchamina
muskarynowy
Muscarine.svg
Kwas glutaminowykwas 3-ketoglutaminowy → muskarynowy (z kwasem pirogronowym ) Muskarynowych , allomuscarine, epimuscarine, epiallomuscarine
benzyloamina
Benzylamina.svg
Fenyloalanina z waliną , leucyną lub izoleucyną Kapsaicyna , dihydrokapsaicyna , nordihydrokapsaicyna , wanililoamina
Alkaloidy poliamin
Pochodne putrescyny
Putrescine.svg
ornitynaputrescynaspermidynaspermina Paucyna
Pochodne spermidyny
Spermidyna.svg
Lunarine, kodonokarpina
Pochodne sperminy
Spermine.svg
Werbascenina, aphelandryna
Alkaloidy peptydowe (cyklopeptydowe)
Alkaloidy peptydowe o 13-członowym cyklu Typ Nummularyny C Z różnych aminokwasów Nummularyna C, Nummularyna S
Typ zyzyfiny Zyzyfina A, satiwanina H
Alkaloidy peptydowe o 14-członowym cyklu Typ frangulaniny frangulanina, skutianina J
Skutianina typu A Skutianina A
Typ integralny integralna, rozróżniająca D
Amfibia typu F Amfibia F, spinanina A
Amfibina typu B Amfibia B, lotos C
Alkaloidy peptydowe o cyklu 15-członowym Typ mukroniny A mukronina A
Pseudoalkaloidy ( terpeny i sterydy )
Diterpeny
Izopren.svg
Typ likoktoniny Kwas Mewalonowyizopentenyl pirofosforangeranylu pirofosforan akontyna , delfinina
Alkaloidy steroidowe
Cyklopentenofenantren.svg
Cholesterol , arginina Solanidyna , cyklopamina , batrachotoksyna

Nieruchomości

Głowa baranka urodzonego przez owcę, która zjadła liście lilii kukurydzianej . Cyclopia jest indukowana przez cyclopamine obecnego w roślinie.

Większość alkaloidów zawiera tlen w swojej strukturze molekularnej; związki te są zwykle bezbarwnymi kryształami w warunkach otoczenia. Alkaloidy beztlenowe, takie jak nikotyna lub koniina , są zazwyczaj lotnymi, bezbarwnymi, oleistymi cieczami. Niektóre alkaloidy są kolorowe, takie jak berberyna (żółty) i sangwinaryna (pomarańczowy).

Większość alkaloidów to słabe zasady, ale niektóre, takie jak teobromina i teofilina , są amfoteryczne . Wiele alkaloidów słabo rozpuszcza się w wodzie, ale łatwo rozpuszcza się w rozpuszczalnikach organicznych , takich jak eter dietylowy , chloroform lub 1,2-dichloroetan . Kofeina , kokaina , kodeina i nikotyna są słabo rozpuszczalne w wodzie (o rozpuszczalności ≥1g/l), podczas gdy inne, w tym morfina i johimbina, są bardzo słabo rozpuszczalne w wodzie (0,1–1 g/l). Alkaloidy i kwasy tworzą sole o różnej mocy. Sole te są zwykle łatwo rozpuszczalne w wodzie i etanolu i słabo rozpuszczalne w większości rozpuszczalników organicznych. Wyjątkiem są bromowodorek skopolaminy , który jest rozpuszczalny w rozpuszczalnikach organicznych oraz rozpuszczalny w wodzie siarczan chininy.

Większość alkaloidów ma gorzki smak lub jest trująca po spożyciu. Wydaje się, że produkcja alkaloidów w roślinach ewoluowała w odpowiedzi na żerowanie przez zwierzęta roślinożerne; jednak niektóre zwierzęta rozwinęły zdolność detoksykacji alkaloidów. Niektóre alkaloidy mogą powodować wady rozwojowe u potomstwa zwierząt, które jedzą, ale nie mogą detoksykować alkaloidów. Jednym z przykładów jest cyklopamina alkaloidowa wytwarzana w liściach lilii kukurydzianej . W latach pięćdziesiątych do 25% jagniąt urodzonych przez owce pasące się na lilii kukurydzianej miało poważne deformacje twarzy. Obejmowały one od zdeformowanych szczęk do cyklopii (patrz zdjęcie). Po dziesięcioleciach badań, w latach 80., związek odpowiedzialny za te deformacje został zidentyfikowany jako alkaloid 11-deoksyjerwin, później przemianowany na cyklopaminę.

Dystrybucja w przyrodzie

Drzewo strychniny . Jej nasiona są bogate w strychninę i brucynę .

Alkaloidy są generowane przez różne organizmy żywe, zwłaszcza przez rośliny wyższe  – około 10 do 25% z nich zawiera alkaloidy. Dlatego w przeszłości termin „alkaloid” był kojarzony z roślinami.

Zawartość alkaloidów w roślinach zwykle mieści się w granicach kilku procent i jest niejednorodna w tkankach roślinnych. W zależności od rodzaju rośliny, maksymalne stężenie obserwuje się w liściach (np. lulka czarna ), owocach lub nasionach ( drzewo strychniny ), korzeniu ( Rauvolfia serpentina ) lub korze ( cinchona ). Ponadto różne tkanki tych samych roślin mogą zawierać różne alkaloidy.

Oprócz roślin, alkaloidy znajdują się w niektórych rodzajach grzybów , takich jak psilocybina w grzybach z rodzaju Psilocybe , oraz u zwierząt, jak bufotenina w skórze niektórych ropuch i wielu owadów, zwłaszcza mrówek. Wiele organizmów morskich zawiera również alkaloidy. Niektóre aminy , takie jak adrenalina i serotonina , które odgrywają ważną rolę u zwierząt wyższych, są podobne do alkaloidów w swojej strukturze i biosyntezie i czasami nazywane są alkaloidami.

Ekstrakcja

Kryształy piperyny wyekstrahowane z czarnego pieprzu .

Ze względu na zróżnicowanie strukturalne alkaloidów nie ma jednej metody ich ekstrakcji z surowców naturalnych. Większość metod wykorzystuje właściwość większości alkaloidów do rozpuszczania się w rozpuszczalnikach organicznych, ale nie w wodzie, oraz przeciwną tendencję ich soli.

Większość roślin zawiera kilka alkaloidów. Ich mieszanina jest najpierw ekstrahowana, a następnie oddzielane są poszczególne alkaloidy. Rośliny są dokładnie mielone przed ekstrakcją. Większość alkaloidów występuje w surowych roślinach w postaci soli kwasów organicznych. Wyekstrahowane alkaloidy mogą pozostać solami lub zmienić się w zasady. Ekstrakcję zasad uzyskuje się poprzez przetwarzanie surowca roztworami alkalicznymi i ekstrakcję zasad alkaloidów rozpuszczalnikami organicznymi, takimi jak 1,2-dichloroetan, chloroform, eter dietylowy lub benzen. Następnie zanieczyszczenia są rozpuszczane przez słabe kwasy; to przekształca zasady alkaloidów w sole, które są wypłukiwane wodą. W razie potrzeby wodny roztwór soli alkaloidów ponownie alkalizuje się i traktuje rozpuszczalnikiem organicznym. Proces powtarza się aż do uzyskania pożądanej czystości.

W ekstrakcji kwasowej, surowiec roślinny jest przetwarzany przez słabym roztworze kwaśnym ( na przykład , kwas octowy w wodzie, etanolu lub metanolu). Następnie dodaje się zasadę w celu przekształcenia alkaloidów w formy zasadowe, które ekstrahuje się rozpuszczalnikiem organicznym (jeśli ekstrakcję przeprowadzono alkoholem, najpierw usuwa się go, a pozostałość rozpuszcza się w wodzie). Roztwór oczyszcza się jak opisano powyżej.

Alkaloidy są oddzielane z ich mieszaniny przy użyciu ich różnej rozpuszczalności w niektórych rozpuszczalnikach i różnej reaktywności z niektórymi odczynnikami lub przez destylację .

Szereg alkaloidów zidentyfikowano u owadów , wśród których badacze poświęcili większą uwagę alkaloidom jadu mrówek ognistych, znanym jako solenopsyny . Te owadzie alkaloidy można skutecznie wyekstrahować przez zanurzenie w rozpuszczalniku żywych mrówek ognistych lub przez odwirowanie żywych mrówek, a następnie oczyszczanie metodą chromatografii na żelu krzemionkowym. Śledzenie i dawkowanie wyekstrahowanych alkaloidów zawierających solenopsynę zostało opisane jako możliwe na podstawie ich piku absorbancji około 232 nanometrów.

Biosynteza

Prekursorami biologicznymi większości alkaloidów są aminokwasy , takie jak ornityna , lizyna , fenyloalanina , tyrozyna , tryptofan , histydyna , kwas asparaginowy i kwas antranilowy . Kwas nikotynowy można zsyntetyzować z tryptofanu lub kwasu asparaginowego. Drogi biosyntezy alkaloidów są zbyt liczne i nie da się ich łatwo sklasyfikować. Istnieje jednak kilka typowych reakcji zaangażowanych w biosyntezę różnych klas alkaloidów, w tym syntezę zasad Schiffa i reakcję Mannicha .

Synteza zasad Schiffa

Zasady Schiffa można otrzymać w reakcji amin z ketonami lub aldehydami. Reakcje te są powszechną metodą wytwarzania wiązań C=N.

Formacja podstawowa Schiffa.svg

W biosyntezie alkaloidów takie reakcje mogą zachodzić w cząsteczce, np. w syntezie piperydyny:

Tworzenie zasady Schiffa intramolecular.svg

Reakcja Mannicha

Integralnym składnikiem reakcji Mannicha, oprócz aminy i związku karbonylowego , jest karboanion , który pełni rolę nukleofila w addycji nukleofilowej do jonu powstałego w reakcji aminy i karbonylku.

Mannich.png

Reakcja Mannicha może przebiegać zarówno międzycząsteczkowo, jak i wewnątrzcząsteczkowo:

Reakcja Mannicha intramolecular.svg

Alkaloidy dimerowe

Oprócz opisanych powyżej alkaloidów monomerycznych istnieją również alkaloidy dimeryczne , a nawet trimeryczne i tetrameryczne powstałe w wyniku kondensacji dwóch, trzech i czterech alkaloidów monomerycznych. Alkaloidy dimeryczne powstają zwykle z monomerów tego samego typu poprzez następujące mechanizmy:

Istnieją również dimeryczne alkaloidy utworzone z dwóch odrębnych monomerów, takie jak alkaloidy barwinka winblastyna i winkrystyna, które powstają w wyniku połączenia katarantyny i vindoliny . Nowszy półsyntetyczny chemioterapeutyk winorelbina jest stosowany w leczeniu niedrobnokomórkowego raka płuca . Jest to inna pochodna dimer windolinę i jest syntetyzowana z anhydrowinblastynę , począwszy albo od leurozyna lub samych monomerów.

Vinorelbina z leurozyny i z catharanthine plus vindoline.jpg

Rola biologiczna

Alkaloidy należą do najważniejszych i najlepiej poznanych metabolitów wtórnych , czyli substancji biogennych, które nie uczestniczą bezpośrednio w prawidłowym wzroście , rozwoju lub reprodukcji organizmu. Zamiast tego na ogół pośredniczą w interakcjach ekologicznych , co może dawać organizmowi selektywną korzyść poprzez zwiększenie jego przeżywalności lub płodności . W niektórych przypadkach ich funkcja, jeśli w ogóle, pozostaje niejasna. Wczesna hipoteza, że ​​alkaloidy są końcowymi produktami metabolizmu azotu w roślinach, tak jak mocznik i kwas moczowy u ssaków, została odrzucona przez odkrycie, że ich stężenie się zmienia, a nie stale wzrasta.

Większość znanych funkcji alkaloidów dotyczy ochrony. Na przykład, aporphine alkaloid liriodenine produkowane przez drzewa tulipan chroni ją przed pasożytniczymi grzybami. Ponadto obecność alkaloidów w roślinie uniemożliwia zjadanie jej przez owady i zwierzęta strunowe . Jednak niektóre zwierzęta są przystosowane do alkaloidów, a nawet wykorzystują je we własnym metabolizmie. Takie substancje pokrewne alkaloidom jak serotonina , dopamina i histamina są ważnymi neuroprzekaźnikami u zwierząt. Wiadomo również, że alkaloidy regulują wzrost roślin. Jednym z przykładów organizmu, który wykorzystuje alkaloidy do ochrony jest Utetheisa ornatrix , bardziej znana jako ćma ozdobna. Alkaloidy pirolizydynowe sprawiają, że te larwy i dorosłe ćmy są niesmaczne dla wielu ich naturalnych wrogów, takich jak chrząszcze kokcynelidowate, złotooki, owadożerne pluskwiaki i owadożerne nietoperze. Innym przykładem wykorzystania alkaloidów jest ćma jadowita ( Agonopterix alstroemeriana). Ta ćma żywi się wysoce toksyczną i bogatą w alkaloidy cykutą trucizny roślin żywicielskich ( Conium maculatum ) w stadium larwalnym. A. alstroemeriana może odnieść dwojakie korzyści z toksyczności naturalnie występujących alkaloidów, zarówno ze względu na niesmaczność gatunku dla drapieżników, jak i zdolność A. alstroemeriana do rozpoznawania Conium maculatum jako właściwego miejsca składania jaj. Wykazano, że alkaloid jadu mrówek ognistych znany jako solenopsyna chroni królowe inwazyjnych mrówek ognistych podczas zakładania nowych gniazd, odgrywając w ten sposób kluczową rolę w rozprzestrzenianiu się tego gatunku szkodników na całym świecie.

Aplikacje

W medycynie

Medyczne zastosowanie roślin zawierających alkaloidy ma długą historię, a zatem, kiedy w XIX wieku wyizolowano pierwsze alkaloidy, natychmiast znalazły one zastosowanie w praktyce klinicznej. Wiele alkaloidów jest nadal stosowanych w medycynie, zwykle w postaci powszechnie stosowanych soli, w tym:

Alkaloid Akcja
Ajmaline antyarytmiczny
Emetine środek przeciwpierwotniaczy ,

Wymioty

Alkaloidy sporyszu Skurcz naczyń , halucynogenne , Uterotonic
Glaucyna przeciwkaszlowy
Morfina Przeciwbólowy
Nikotyna Pobudzający , agonista receptora nikotynowego acetylocholiny
Fizostygmina inhibitor acetylocholinoesterazy
Chinidyna Antyarytmiczny
Chinina Przeciwgorączkowe , przeciwmalaryczne
rezerpina przeciwnadciśnieniowy
Tubokuraryna Środek zwiotczający mięśnie
Winblastyna , winkrystyna przeciwnowotworowy
Winkamina rozszerzające naczynia krwionośne , przeciwnadciśnieniowe
Johimbina środek pobudzający , afrodyzjak

Wiele syntetycznych i półsyntetycznych leków to modyfikacje strukturalne alkaloidów, które zostały zaprojektowane w celu wzmocnienia lub zmiany pierwotnego działania leku i zmniejszenia niepożądanych skutków ubocznych. Na przykład nalokson , antagonista receptora opioidowego , jest pochodną tebainy, która występuje w opium .

W rolnictwie

Przed opracowaniem szerokiej gamy stosunkowo mało toksycznych pestycydów syntetycznych niektóre alkaloidy, takie jak sole nikotyny i anabazyny , były stosowane jako środki owadobójcze . Ich zastosowanie było ograniczone ze względu na ich wysoką toksyczność dla ludzi.

Używaj jako leków psychoaktywnych

Preparaty roślinne zawierające alkaloidy i ich ekstrakty, a później czyste alkaloidy, były od dawna stosowane jako substancje psychoaktywne . Kokaina , kofeina i Katynonużywki z ośrodkowego układu nerwowego . Meskalina i wiele alkaloidów indolowych (takich jak psilocybina , dimetylotryptamina i ibogaina ) mają działanie halucynogenne . Morfina i kodeina to silne narkotyczne środki przeciwbólowe.

Istnieją alkaloidy, które same nie mają silnego działania psychoaktywnego, ale są prekursorami półsyntetycznych leków psychoaktywnych. Na przykład efedryna i pseudoefedryna są wykorzystywane do produkcji metakatynonu i metamfetaminy . Tebaina jest wykorzystywana w syntezie wielu środków przeciwbólowych, takich jak oksykodon .

Zobacz też

Uwagi

Bibliografia

Bibliografia

  • Aniszewski, Tadeusz (2007). Alkaloidy – tajemnice życia . Amsterdam: Elsevier . Numer ISBN 978-0-444-52736-3.
  • Begley, Tadhg P. (2009). Encyklopedia Biologii Chemicznej . ChemBioChem . 10 . Wileya. s. 1569-1570. doi : 10.1002/cbic.200900262 . Numer ISBN 978-0-471-75477-0.
  • Brossi, Arnold (1989). Alkaloidy: Chemia i Farmakologia . Prasa akademicka.
  • Dewick, Paul M (2002). Naturalne produkty lecznicze. Podejście biosyntetyczne. Wydanie drugie . Wileya. Numer ISBN 978-0-471-49640-3.
  • Fattorusso, E.; Taglialatela-Scafati, O. (2008). Współczesne alkaloidy: budowa, izolacja, synteza i biologia . Wiley-VCH. Numer ISBN 978-3-527-31521-5.
  • Grinkevich N.I. Safronich LN (1983). Analiza chemiczna roślin leczniczych: Proc. zasiłek dla uczelni farmaceutycznych . M.
  • Hesja, Manfred (2002). Alkaloidy: przekleństwo czy błogosławieństwo natury? . Wiley-VCH. Numer ISBN 978-3-906390-24-6.
  • Knunyants, IL (1988). Encyklopedia chemiczna . Radziecka encyklopedia.
  • Orechow, AP (1955). Alkaloidy chemiczne (Acad. 2 ed.). M.: ZSRR.
  • Plemenkow, VV (2001). Wprowadzenie do chemii związków naturalnych . Kazań.
  • Saxton, JE (1971). Alkaloidy. Specjalistyczny Raport Okresowy . Londyn: Towarzystwo Chemiczne.
  • Veselovskaja, NB; Kowalenko, AE (2000). Narkotyki . Moskwa: Triada-X.
  • Mrugnięcie, M (2009). „Sposób działania i toksykologia toksyn roślinnych i roślin trujących” . Rękawica. Julius Kühn-Inst . 421 : 93–112 . Pobrano 18 marca 2014 .