Алкалоиды. - Гетероциклические соединения. Алкалоиды

C древнейших времен человек использовал алкалоиды как лекарства, яды и колдовские зелья, однако структура многих из этих соединений была определена относительно недавно. Название нем. Alkaloide введено в 1818 году немецким аптекарем Карлом Майснером и образовано из арабского "al qualja" -- пепел растений (или позднелатинского "alcali" -- щелочь) и греческого "oidos" -- похожий (вид). Большинство алкалоидов -- бесцветные кристаллические вещества. Простейшие алкалоиды содержат до 10 атомов углерода, наиболее сложные -- более 50.

По сложившейся традиции алкалоидам присваивают тривиальные названия, образуя индивидуальные названия алкалоидов присоединением суффикса "ин" к видовым или родовым названиям алкалоидоносов, т. е. растений из которых их получают.

Первое современное определение, в 1910году данное Э. Винтерштейном и Г. Триром, описывает алкалоид в широком смысле как азотсодержащее вещество основного характера растительного или животного происхождения; при этом истинный алкалоид должен удовлетворять четырем условиям: 1) атом азота должен быть частью гетероциклической системы; 2) соединение должно иметь сложную молекулярную структуру; 3) оно должно проявлять значительную фармакологическую активность и 4) иметь растительное происхождение.

К настоящему времени выделено свыше 10 000 алкалоидов разнообразных структурных типов, что превышает число известных соединений любого другого класса природных веществ. Неудивительно, что классическое определение Винтерштейна - Трира устарело: соединения, рассматриваемые большинством химиков и фармакологов как алкалоиды, не отвечают всем его требованиям. Например, колхицин и пиперин не имеют основного характера, в то же время колхицин и такие фенилэтиламины, как мескалин, не являются гетероциклами:

Сложность структуры - слишком расплывчатое понятие, чтобы входить в определение: то, что сложно для одних химиков, кажется простым для других. Фармакологическая активность - неудачный критерий, поскольку многие вещества проявляют ее, если присутствуют в достаточных дозах. Если включить ее в определение, придется оговорить уровень доз. Многие вещества со структурой классических алкалоидов получены из материалов нерастительного происхождения - тканей животных, грибов (в том числе плесневых), бактерий. Так что новое определение понятия "алкалоид" должно было охватывать возможно большее число соединений, относимых к алкалоидам большинством исследователей. Следующее определение, предложенное У. Пельтье, отвечает этим условиям и поэтому получило широкое признание: алкалоид - это циклическое органическое соединение, содержащее азот в отрицательной степени окисления и имеющее ограниченное распространение среди живых организмов. Это определение алкалоидов удобно в том отношении, что подтверждает отнесение к алкалоидам большинства тех соединений, которые, хотя традиционно считаются алкалоидами, должны были бы исключаться из их числа согласно классическому определению Винтерштейна - Трира. Это, например, колхицин, пиперин, фенилэтиламины, рицинин, генцианин, буфотоксин. Поскольку структурой соединения определяется его принадлежность к алкалоидам, антибиотики соответствующей структуры (например, циклосерин, глиотоксин, митомицин С, пенициллин, стрептомицин и стрептонигрин) тоже могут быть отнесены к алкалоидам.

Историческая справка. Начало химии алкалоидов обычно относят к 1803, когда Л.-Ш. Деронь выделил из опиума - высохшего на воздухе млечного сока снотворного (опийного) мака - смесь алкалоидов, которую он назвал наркотином. Затем в 1805 Ф. Сертюрнер сообщил о выделении морфина из опиума. Он приготовил несколько солей морфина и показал, что именно морфином обусловливается физиологическое действие опиума. Позднее (1810) Б. Гомес обработал спиртовый экстракт коры хинного дерева щелочью и получил кристаллический продукт, который назвал "цинхонино". П. Пельтье и Ж. Кавенту на фармацевтическом факультете Сорбонны (1820) выделили из "цинхонино" два алкалоида, названные хинином и цинхонином. Позднее исследователи получили более двух десятков оснований из экстрактов коры хинного дерева. Между 1820 и 1850 было выделено и описано большое число алкалоидов новых разнообразных типов. Среди них аконитин из растений рода аконит - одно из наиболее токсичных веществ растительного происхождения; колхицин - алкалоид безвременника осеннего, применяемый при лечении подагры; кониин представляет особый исторический интерес, поскольку именно он стал орудием казни Сократа в 399 до н. э., когда великий философ был вынужден выпить чашу с настоем болиголова, кроме того конby был первым синтезированным алкалоидом - в 1886г. А. Ладенбургом; кодеин - близкий к морфину алкалоид, являющийся ценным обезболивающим и противокашлевым средством; стрихнин - очень ядовитый алкалоид, содержащийся в семенах чилибухи и используемый при некоторых сердечных болезнях и для истребления грызунов; эметин содержится в корне ипекакуаны - рвотное и противопротозойное средство, применяется для лечения амебной дизентерии; кокаин содержится в листьях тропических растений рода Erythroxylum, главным образом в коке, используется в медицине как местноанестезирующее средство.

Ряд алкалоидов, например кофеин, теобромин, Эфедрин, ареколин, получают синтетически. В некоторых случаях выделенные природные алкалоиды превращают в более эффективные лекарственные средства. В промышленности синтезируются близкие по строению к алкалоидам эффективные синтетические лекарственные средства, например новокаин (вместо кокаина), акрихин (вместо хинина) и др.

Номенклатура и классификация. Номенклатура алкалоидов не была систематизирована - как из-за сложности соединений, так и по историческим причинам. Все названия имеют суффикс - ин и произведены разными путями: от родовых названий растений (гидрастин от Hydrastis canadensis и атропин от Atropa belladonna); от видовых названий растений (кокаин от Erythroxylon coca); от названий лекарственного растения, из которого выделен алкалоид (эрготамин от английского ergot - спорынья); от выявленной физиологической активности (морфин от Морфея - древнегреческого бога сна); от личного имени (пельтьерин назван в честь химика Пьера Жозефа Пельтье; по названию этого алкалоида названа группа алкалоидов - группа пельтьерина). Пельтье выделил ряд алкалоидов - эметин (1817), колхицин (1819), стрихнин (1819), бруцин (1820), цинхонин (1820), хинин (1820), кофеин (1820), пиперин (1821), кониин (1826), тебаин (1835) и зеленый пигмент растений хлорофилл, которому он дал название.

Две обычно используемые системы классифицируют алкалоиды по родам растений, в которых они встречаются, или на основании сходства молекулярной структуры. Классы алкалоидов, члены которых объединены по источнику выделения, - это алкалоиды аконита, аспидоспермы, хинного дерева, спорыньи, эфедры, ибоги, ипекакуаны, люпина, опийного мака, раувольфии, крестовника, картофеля, стрихноса (рвотного ореха) и иохимбе. Химическая классификация основана на особенностях молекулярного азотно-углеродного скелета, общих для членов данной группы алкалоидов. Главные структурные классы включают пиридиновые (никотин), пиперидиновые (лобелин), тропановые (гиосциамин), хинолиновые (хинин), изохинолиновые (морфин), индольные (псилоцибин, резерпин и стрихнин), имидазольные (пилокарпин), стероидные (томатидин из томатов), дитерпеноидные (аконитин), пуриновые (кофеин, теофиллин) алкалоиды.

Биогенез. Одна из наиболее захватывающих и увлекательных сторон химии алкалоидов - это их синтез в растениях. В течение последних десятилетий химики предложили много биогенетических схем синтеза различных алкалоидов. Большая часть этих схем основана на мысли, что алкалоиды образуются из относительно простых предшественников, например, фенилаланина, тирозина, триптофана, гистидина, ацетатных и терпеновых остатков, метионина и других аминокислот, таких, как антраниловая кислота, лизин и орнитин. Структуры большинства алкалоидов можно вывести теоретически из таких простых предшественников, используя немногие хорошо известные химические реакции. Несколько простых алкалоидов были синтезированы из производных аминокислот в физиологических условиях с применением таких биогенетических концепций. С помощью радиоактивных меток эти теории были подвергнуты экспериментальной проверке. Многочисленные эксперименты продемонстрировали, что большинство алкалоидов (никотин, гиосциамин, пеллотин, папаверин, колхицин, грамин) на самом деле синтезируются из аминокислот.

Во флоре земного шара алкалоиды распространены неравномерно: в одних семействах (маковые, пасленовые, лютиковые, бобовые и т. п.) они содержатся во многих видах растений, в других алакалоиды пока не обнаружены. В одном и том же растении обычно встречается несколько алкалоидов, близких по строению, число которых может доходить до 15--20 (опийный мак, кора хинного дерева) и меняться в зависимости от условий произрастания растения. Содержание алкалоидов колеблется от долей процента до нескольких процентов. Алкалоидоносность растений определяется характером почвы и ее агротехнической обработкой, высотой местности над уровнем моря, водным режимом, продолжительностью дня, интенсивностью солнечной радиации и другими факторами.

Однако, до сих пор не вполне понятны функции алкалоидов в растениях. Возможно, алкалоиды - это побочные продукты обмена веществ (метаболизма) в растениях, или они служат резервом для синтеза белков, химической защитой от животных и насекомых, регуляторами физиологических процессов (роста, обмена веществ и размножения) или конечными продуктами детоксикации, обезвреживающей вещества, накопление которых могло бы повредить растению. Каждое из этих объяснений может быть справедливым в конкретных случаях, однако 85-90% растений вовсе не содержат алкалоидов. Таким образом, можно заключить, что природное назначение алкалоидов ученым до сих пор еще не известно.

Фармакологическая активность Алкалоидов изменяется в широких пределах в зависимости от структуры. Среди них имеются обезболивающие средства и наркотики (морфин, кодеин); мощные стимуляторы центральной нервной системы (стрихнин, бруцин), мидриатические (т. е. расширяющие зрачок) средства (атропин, гиосциамин) и миотические (т. е. суживающие зрачок) средства (физостигмин, пилокарпин). Некоторые алкалоиды обнаруживают адренергическую активность, возбуждают симпатическую нервную систему, стимулируют сердечную деятельность и повышают кровяное давление (эфедрин, эпинефрин). Другие - снижают кровяное давление (резерпин, протовератрин А). Благодаря своей физиологической активности многие алкалоиды, даже будучи сильными ядами, находят применение в медицине.

Похожие статьи




Алкалоиды. - Гетероциклические соединения. Алкалоиды

Предыдущая | Следующая