Классификация алкалоидов

СОДЕРЖАНИЕ

Введение……………………………………………………………………….…..2

1. Краткая характеристика алкалоидов……………………………………...3
2. Классификация алкалоидов………………………………………..............5                                          
3. Распространение в растительном мире…………………………………...7

Заключение ………………………………………………………………………10

Список литературы………………………………………………………………11

ВВЕДЕНИЕ

В своем реферате я рассмотрела историю алкалоидов, классификацию и распространение в растительном мире. Алкалоидами называют группу азотистых соединений, обладающих основными свойствами и встречающихся преимущественно в растениях; алкалоиды характеризуются в большинстве случаев сложным строением и обычно содержат в своих молекулах гетероциклы. Многие алкалоиды обладают сильным физиологическим действием: в больших дозах они являются ядами, а в малых их часто применяют как ценные лекарственные вещества.

Алкалоиды очень широко распространены в растительном мире. Некоторые семейства растений особенно богаты алкалоидами, например маковые, пасленовые и ряд других. В большинстве  случаев алкалоиды встречаются группами, причем  представители такой группы часто имеют сходное химическое строение. В растениях алкалоиды обычно встречаются в виде солей органических кислот – щавелевой, яблочной, виннокаменной, лимонной и др. Свободные алкалоиды ( выделенные из солей) в связи с их основными свойствами часто называют алкалоидами-основаниями.

1. Краткая характеристика алкалоидов.

Понятие алкалоиды не является строгим. Принято алкалоидами называть азотсодержащие органические соединения гетероциклического строения, обладающие ярко выраженным физиологическим действием на организм человека и животных. Большинство алкалоидов обладает сложным строением.

Лечебные и ядовитые свойства экстрактов многих растений были известны еще в глубокой древности. Строение первого алкалоида – кониина – было установлено в 1886г., и после этого развитие химии алкалоидов пошло вперед гигантскими шагами.

Алкалоиды являются продуктами обмена веществ в растениях. Наиболее богаты алкалоидами двудольные растения, а среди них семейства маковых, сложноцветных, лютиковых, пасленовых и мареновых.

Так как обычно в одной группе растений содержатся алкалоиды, близкие по структуре, то классификация алкалоидов проводится, как правило, по группе растений, в которых они имеются. Например, алкалоиды болиголова, алкалоиды арековой пальмы, алкалоиды пасленовых, алкалоиды кока, алкалоиды опия и т.д. В настоящее время выделено и охарактеризовано уже более 2000 алкалоидов из них только 50 содержится в животных [1].

В ходе эволюции высшие растения выработали так называемую метаболическую экскрецию, делающую возможным накопление вторичных соединений в продуцирующем их организме, но вне метаболистически активных центров – обычно в вакуолях и клеточной стенке. Алкалоиды обнаруженные у животных, не всегда синтезируются самим организмом; иногда их происхождение связано с характером пищи. Так бобры накапливают алкалоид касторамин, который очень близок к алкалоиду дезоксинуфаридину, содержащемуся в корневищах кубышки желтой, используемой ими в пищу.

В большинстве случаев алкалоиды находятся в растении в виде солей органических и неорганических кислот. Локализуются преимущественно в определенных частях (органах) растений, например у хинного дерева – главным образом в коре, у аконита – в клубнях, у кокаинового куста в листьях. Содержание алкалоидов в тканях обычно составляет десятые – сотые доли процента и редко доходит до 10-15% (кора хинного дерева).

Долгое время биологические функции алкалоидов в растительном организме были неясны. Чаще их считали конечными продуктами обмена веществ, или иными экстрактами. Однако было доказано, что алкалоиды активно вовлекаются в обменные процессы. Возможно, алкалоиды также защищают растения от поидания животными, т.е. являются антифедантами[3].

Кроме того, алкалоиды классифицируются по основаниям. Всего выделяют 6 групп алкалоидов: пиридиновая (никотин), хинолиновая (хинин, стрихнин), изохиниловая (папаверин, кураре), фенантреновая (морфин, кодеин), тропиновая (атропин) и пуриновая (кофеин) [4].

Немногие алкалоиды жидкости и являются летучими соединениями, большинство же удалось выделить в кристаллическом виде; последние содержат кислород, в первых его не имеется.

 Большинство алкалоидов оптически  деятельно, и притом вращает влево.

 Алкалоиды почти все  горьки на вкус; в небольшом  количестве многие из них производят  возбуждающее действие на нервную  систему, в больших же дозах  они часто являются весьма  ядовитыми. Из-за этого возбуждающего  действия растения, содержащие алкалоиды, издавна употреблялись людьми  то для приготовления напитков (чай, кофе—ради кофеина, какао-ради  теобромина), то для курения (табак, опиум), то для жевания (листья  коки). Злоупотребление некоторыми  алкалоидами, особенно вспрыскиваниями  морфия или нюханьем кокаина, ведет к очень тяжелым последствиям. Кроме того, отдельные алкалоиды  обладают специфическим физиологическим  действием, чем часто пользуются  в медицине.

 Все это издавна возбуждало  большой интерес к изучению  алкалоидов. Выяснилось, что все  они представляют амины, вторичные  или третичные, но не первичные, а иногда—аммониевые основания. В связи с этим алкалоиды  проявляют основные свойства, т.е. реагируют с кислотами  и дают  двойные соли с хлорной платиной.[2]

2. Классификация алкалоидов.

В основу классификации алкалоидов могут быть положены разные принципы, поэтому различают следующие классификации:

1. Ботаническая классификация

Отмечается систематическая принадлежность растений, из которых выделены алкалоиды, к определенному роду или семейству:

• алкалоиды табака;
• алкалоиды мака;
• алкалоиды спорыньи и т.д.

2. Фармакологическая классификация

В основе лежит характер фармакологического действия алкалоидов на организм:

• наркотические алкалоиды;
• местноанестезирующие алкалоиды;
• спазмолитические алкалоиды и т.д.

3. В основе биогенетической классификации, предложенной английским ученым Хегнауэром, лежит строение аминокислот, которые являются вероятными предшественниками алкалоидов в растениях:

• алкалоиды триптофана;
• алкалоиды фенилаланина и т.д.

4. Химическая классификация - по характеру азотсодержащего гетероцикла. Эта классификация предложена академиком Ореховым. Её чаще всего и используют в фармакогнозии.

В зависимости от строения углеродноазотного цикла Орехов разделил алкалоиды на несколько групп.

1.Группа - алкалоиды с  азотом в боковой цепи или  ациклические алкалоиды (без гетероциклов). К этой группе относятся алкалоиды: эфедрин (эфедра хвощевая), колхамин, кохицин (безвременник великолепный), капсаицин (перец стручковый).

2.Группа - алкалоиды, производные  пирролидина, пирролизидина. К этой группе относится платифиллин (крестовник плосколистный).

3.Группа - алкалоиды, производные пиридина и пиперидина, делятся на несколько групп.

а) простые производные пиридина и пиперидина. К этой группе относятся лобелин (лобелия вздутая), кониин (болиголов пятнистый).

б) бициклические неконденсированные системы. К этой группе относятся анабазин (анабазис безлистный), никотин (табак).

в) бициклические конденсированные системы пиперидина и пирролидина (тропановые алкалоиды). к этой группе относятся алкалоиды скополамин, гиосциамин, атропин (растения семейства пасленовых).

4.Группа - алкалоиды, производные хинолизидина. К ним относятся термопсин, цитизин (виды термопсиса), пахикарпин (софора толстоплодная).

5.Группа - алкалоиды, производные хинолина. К этой группе относятся хинин (хинное дерево), эхинопсин (мордовник шароголовый).

6.Группа - алкалоиды, производные изохинолина. Очень большая группа делится на несколько подгрупп. К этой группе относятся морфин, папаверин, кодеин (мак снотворный), глауцин (мачок желтый), хелеритрин, сангвинарин, протопин (чистотел большой, виды маклеи).

7.Группа - алкалоиды, производные индола

8.Группа - алкалоиды, производные имидазола. К этой группе относится алкалоид пилокарпин (род пилокарпус).

9.Группа - алкалоиды, производные хиназолина. К ним относится алкалоид пеганин (гармала обыкновенная).

10.Группа - алкалоиды, производные пурина. К ним относятся кофеин, теобромин (чай, кофе).

11.Группа - дитерпеновые алкалоиды. К ним относятся алкалоиды аконитов и живокостей.

12.Группа - стероидные алкалоиды. К ним относятся алкалоиды чемерицы, паслена дольчатого.

13.Группа - алкалоиды неустановленного строения.

На основании этой классификации классифицируется и сырье, содержащее алкалоиды.

3. Распространение алкалоидов в растительном мире.

Согласно данным, берущим свои истоки  из  трудов  академика  А.П.Орехова (1955),  алкалоиды  находятся  не  во  всех  растениях  и  число   последних невелико. Но из-за малого изучения растений в  этой  области  можно  ожидать определенных перемен в сторону  увеличения  числа  видов  алкалоидсодержащих растений.  Распределение  алкалоидов  между  ботаническими  видами  довольно неравномерно. Некоторые семейства богаты  алкалоидоносными  представителями, в других царит отсутствие таковых.

     Часто растения, стоящие близко одно к другому  в  системе  ботанической классификации, заключают в себе ряд алкалоидов,  весьма  близких  по  своему строению и образующих естественную группу.  Но  известны  случаи,  когда  из двух весьма близких между собой ботанических видов один  богат  алкалоидами, а другой или совершенно их не содержит, или же  содержит  алкалоиды  другого строения.   Раньше   считалось,   что   определенные   алкалоиды    являются характерными и специфичными для определенных ботанических семейств или  даже видов, и не  встречаются  ни  в  каких  других  растениях.  Однако  по  мере рассмотрения этого вопроса  выявился  ряд  случаев,  когда  один  и  тот  же алкалоид был найден в растениях, стоящих очень  далеко  одно  от  другого  в ботанической классификации и принадлежащих к  совершенно  разным  свойствам.

Поскольку  число  таких  случаев  довольно   велико,   их   нельзя   считать исключениями и не может  идти  речи  о  строгой  ботанической  специфичности алкалоидов.

      В  растительном  организме  обычно  распределение  алкалоидов   бывает довольно неравномерно. Локализация алкалоидов происходит  преимущественно  в определенных частях. Например, в видах Cincona алкалоиды  находятся  главным образом в коре, тогда как у аконитов главная их масса находится  в  клубнях. У ракитника алкалоиды сосредоточены главным образом в семенах, в  кокаиновом кактусе в листьях.Известны случаи, когда одни части растений очень богаты  алкалоидами,  тогда как  в  других  частях  того  же  растения  они  полностью  отсутствуют  или содержаться в гораздо меньшем количестве.

     Различные  части одного и того же растения  могут отличаться между  собой также и  качественными  содержанием  алкалоидов,  т.е.  в  различных  частях растений  могут  находиться  разные  алкалоиды.   Например,   корень   мачка бахромчатого содержит исключительно хелеретрин и сангвинарин,  тогда  как  в надземных его частях находятся только  протопин,  коридин  и  аллокриптопин. Поэтому  при  изучении  новых  растений  необходимо   исследовать   отдельно различные  их  части.  Кроме  того,  как  процентное   содержание,   так   и качественный состав алкалоидной  смеси  могут  меняться  в  течение  года  в зависимости от стадий развития растений.

     Процентное  содержание алкалоидов,  заключающихся  в  каком-либо  органе растения, обычно невелико. Известно, правда,  несколько  примеров  –  хинное дерево, барбарис, коридалис и др., когда содержание  алкалоидов  доходит  до 10-15  %.  Но  такие  случаи  являются  редкими  исключениями,  и  растения, содержащие 1-2 %  алкалоидов,  считаются  уже  богатым  сырьем.  В  ряде  же случаев содержание алкалоидов измеряется десятыми, а иногда и сотыми  долями процента. Процентное содержание алкалоидов  подвержено  сильным  колебаниям, зависящим не только от изучаемой  части  растения,  но  и  от  времени  года (периода вегетации) и  условий  произрастания:  климата,  почвы,  удобрения, влажности и т.д. При этом  за  время  вегетации  оно  может  или  непрерывно расти, или же  сначала  увеличиваться,  а  затем  падать.  Поэтому  для  тех алкалоидоносных растений, которые  имеют  производственное  значение,  нужно знать, в какой момент количество алкалоидов достигаем максимума,  что  может быть достигнуто  путем  изучения  динамики  их  накопления  и  изменения  их состава, чтобы установить таким образом оптимальный момент сбора.

     Для культивируемых  видов  алкалоидоносных  растений  путем  селекции  и агромероприятий не  только  увеличить  общее  содержание  алкалоидов,  но  и изменить их качественный состав в желательную для исследователя сторону.

Количественное и качественное содержание алкалоидов  может  сильно  меняться от перенесения  дикорастущего  растения  в  иную  обстановку.  Иногда  такое дикорастущее алкалоидоносное растение в культуре теряет свои  алкалоиды  или же  их  состав   сильно   меняется,   что,   конечно,   объясняется   только нецелесообразными условиями культуры, не  соответствующими  тем,  к  которым дикорастущее растение приспособилось в процессе эволюции.

Один алкалоид растение содержит только в  очень  редких  случаях,  т.к. при детальном изучении не исключена возможность, что  в  нем  будут  найдены другие  алкалоиды.  В  большинстве  случаев  в  растении   находится   смесь нескольких алкалоидов, число которых может доходить до 15-20 и даже более.

Обычно  алкалоиды  находятся  в  растении  в  виде   солей   различных органических или минеральных кислот. Особенно часто встречаются они  в  виде солей яблочной, лимонной, щавелевой, янтарной и дубильной  кислот  (таннин).

Далее  встречаются  соли  уксусной,  пропионовой  и  молочной   кислот.   Из минеральных кислот встречаются  серная,  фосфорная,  роданистоводородная.  В некоторых растениях алкалоиды связаны  с  кислотой,  являющейся  характерной для данного растения, например аконитовой  (в  аконите),  хинной  (в  хинной корке), меконовой (опий).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Среди алкалоидов мы находим и сильнейшие яды (стрихнин, бруцин, никотин), и полезные лекарства (пилокарпин – средство для лечения глаукомы, астропин – средство для расширения зрачка, хинин – препарат для лечения малярии, папаверин – сосудорасширяющее средство, помогающее при гипертонии). К алкалоидам относятся и широко применяемые возбуждающие вещества – кофеин, теобромин, теофиллин.

Интересно, что некоторые алкалоиды являются противоядиями по отношению к своим собратьям. Так, в 1952 г. из одного индийского растения был выделен алкалоид резерпин, который позволяет лечить не только людей отравившихся ЛСД или другими галлюциногенами, но и больных, страдающих шизофренией.

Таким образом, можно сделать вывод, что алкалоиды – весьма обширный класс органических соединений, оказывающих самое различное действие на организм человека. В этом состоит их важная роль, которую играют алкалоиды в химической науке в целом и в повседневной жизни в частности.

ЛИТЕРАТУРА

1. Быков Г.В., История органической химии. Открытие важнейших органических соединений. – М.: Наука, 1978 г.
2. Пикулина Е.П., Исторический очерк развития органического синтеза в первой половине XIX в. – М.: Наука, 1977 г.
3. Джуа М. – История химии. Под редакцией Погодина С.А. – М.: Мир, 1975 г.
4. Гьельт Э., История органической химии с древнейших времён до настоящего времени. Перевод с немецкого под редакцией Луцкого А.Е. Харьков-Киев.-Гос. Науч.-техн. изд-во Украины, 1937 г.
5. Азимов А. Краткая история химии. – М.: Мир, 1983 г.