Алкало́иды — группа азотсодержащих органических соединений природного происхождения
(чаще всего растительного), преимущественно гетероциклических, большинство из которых
обладает свойствами слабого основания; к ним также причисляются
некоторые биогенетически связанные с
основными алкалоидами нейтральные и даже слабокислотные
соединения. Иногда алкалоидами называются
и синтетические соединения аналогичного
строения.
Название
«алкалоиды» (нем. Alkaloide) введено
в 1819 году немецким аптекарем Карлом Мейсснером и образовано
от позднелат. alkali — «щёлочь»
(который, в свою очередь, происходит от
арабского al qualja — «пепел
растений») и др.-греч. εἶδος — «похожий»,
«вид». В широкое употребление термин
вошёл только после публикации обзорной
статьи О. Якобсена в химическом словаре
Альберта Ладенбурга.
Помимо углерода, водорода, кислорода и азота в молекулы алкалоидов могут входить атомы серы, реже — хлора, брома или фосфора. Многие алкалоиды
обладают выраженной физиологической
активностью
В чистом виде алкалоиды
- это твердые, плохо растворимые в воде
и хорошо в органических растворителях
вещества. Часть алкалоидов содержат кислород
и являются твердыми веществами, а бескислородные
- жидкости.
В растениях алкалоиды встречаются в виде
солей органических кислот: щавелевой,
молочной, лимонной, яблочной, янтарной.
Соли, в отличие
от оснований, легко растворимы в воде,
что делает алкалоиды более токсичными.
Количество алкалоидов в растениях различно
и составляет от 0,001% до 10% в пересчете на
сухое вещество. Большинство растений
содержит по одному алкалоиду, но некоторые
могут содержать и несколько: белена -
4, дурман и красавка по 3, мак снотворный
- более 20. Количество алкалоидов зависит
от почвенно-климатических условий. Большинство
алкалоидов- сильные яды, характеризующиеся
весьма токсичным действием на организм
даже в минимальных дозах, оказывая тонкое
избирательное действие на определенные
органы или системы. Алкалоиды возможно
защищают растения от насекомых и паразитических
грибов.
Свойства алкалоидов
Обычно алкалоиды бесцветны,
иногда окрашены (особенно соли) в жёлтый
или жёлто-красный цвет.
Свободные алкалоиды за немногими
исключениями нерастворимы или труднорастворимы
в воде, в спирте же растворяются все без
исключения; эфир основания алкалоидов
растворяет мало или не растворяет совсем
(морфий). Соли алкалоидов, в отличие от
свободных оснований, в большинстве случаев
легко растворимы в воде; в бензоле, эфире
и хлороформе, наоборот, труднорастворимы
или нерастворимы. Растворы алкалоидов
в воде обладают щелочной реакцией и имеют
горький вкус.
В ультрафиолетовой области
алкалоиды имеют характерные спектры
поглощения. Растворы некоторых алкалоидов
обладают флуоресценцией (хинин). Большинство
алкалоидов оптически активны, вращая
плоскость поляризации влево или вправо.
Некоторые алкалоиды чувствительны
к свету и воздуху, буреют и осмоляются.
При нагревании большинство
алкалоидов разлагается и только немногие
возгоняются в кристаллах (кофеин, атропин
и др.), в вакууме возгоняется большинство
их них. Алкалоиды имеющие характер сложных
эфиров (атропин, кокаин) разлагаются при
длительном нагревании растворов их солей,
что нужно иметь в виду при приготовлении
стерильных препаратов.
Классификация
алкалоидов
В настоящее время открыто около 10 000
алкалоидов, из которых около 4 000 имеют
доказанное строение. Такое огромное количество
и многообразие алкалоидов не дают возможности
разработать единую классификацию.
Существует несколько классификаций
алкалоидов.
В основе фармакологической
классификации лежит фармакологическое действие алкалоидов
на организм:
• наркотические алкалоиды;
• местноанастезирующие алкалоиды;
• спазмолитические алкалоиды и т.д.
В основе ботанической
классификации лежат ботанические признаки растений,
из которых выделены алкалоиды:
• алкалоиды табака;
• алкалоиды мака;
• алкалоиды спорыньи и т.д.
Данные классификации не предусматривают
химического строения. Хэгнауэр (Англия)
предложил биогенетическую
классификацию, В ее основе лежит строение аминокислот,
которые являются вероятными предшественниками
алкалоидов в растениях:
• алкалоиды триптофана;
• алкалоиды фенилаланина и т.д.
Наиболее удобна и часто используется химическая
классификация предложенная А.П.Ореховым.
В основе классификации А.П. Орехова лежат
особенности химического строения алкалоидов
(например, структура гетероцикла) и, следовательно,
физические и химические свойства алкалоидов.
А,П.Орехов разделил все алкалоиды на
13 групп:
1. Ациклические
алкалоиды (содержат атом азота в боковой цепи):
• эфедрин (Ephedra equisetina, Ephedraceae)
• капсаицин(Capsicum annuurn, Solanaceae)
• колхамин и колхицин (Colchicum speciosum,Liliaceae)
2. Производные
пирролидина:
• гигрин и гигролин (Erythroxylum coca, Erythroxylaceae)
3. Производные
пирролизидина:
4. Производные
пиридина и пиперидина:
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 неизменном виде
(«собственно гетероцикл»):
(Anabasis aphylla, (Nicotiana sp.,
Solanaceae)
Chenopodiaceae) из табака
из анабазиса безлистного
- гиосциамин - сложный эфир спирта тропина
и троповой кислоты (Atropabelladonna, A.caucasica, Hyoscyamus
niger, Datura stramonium, Solanaceae);
- скополамин (окисленная форма гиосциамина)
- сложный эфир спиртаскопила и троповой
кислоты (Datura innoxia, Scopoiia carniolica, Solanaceae)
- кокаин (Erythroxylmn coca, Erythroxylaceae)
• Хинолизидиновые
алкалоиды - два конденсированных кольца пиперидина
имеющие общий атом азота
- ликоподии (Huperzia selago, Lycopodiaceae)
• пахикарпин (Thermopsis lanceolata, Sophorapachycarpa,
Fabaceae)
• цитизин (Thermopsis lanceolata, Th.alterniflora,Fabaceae)
• нуфлеин (Nuphar luthea, Nympheaceae)
5. Производные
хинолина:
• хинин и хинидин (Cinchona succirubra, Rubiaceae)
6. Производные
изохинолина:
• хелидонин(Chelidoniummajus, Papaveraceae);
• сангвинарин, хелеритрин (Macleaya microcarpa,Mxordata,
Chelidonium majus, Papaveraceae);
• морфин (Papaver somniferum);
• кодеин (Papaver somniferum);
« папаверин (Papaver somniferum);
• глауцин (Glaucium flavura, Papaveraceae).
• берберин (Berberis vulgaris, Hydrastis canadensis,Berberidaceae);
• гиндарин и стефаглабрин (Stephania glabra,
Me-nispermaceae)
• галантамин(Ungernia victoris, Amaryllidaceae);
• ликорин (Ungemia sewertzovii, Amaryllidaceae);
• гидрастин и канадин (Hydrastis canadensis, Berberidaceae)
7. Производные индола
- стрихнин и бруцин (Strychnos
nux-vomica,Loganiaceae);
• резерпин (Rauwolfia seipentina, Vinca minor,Apocynaceae);
• аймалин и серпентин (Rauwolfia serpentina,Apocynaceae);
• винкамин и др.(Vinса minor, Apocynaceae)
•винбластин, винкристин и др. (Catharantusroseus
^Vinca rosea, Apocynaceae);
• эрготамин, эрготоксин, эргометрин
и другиепроизводные лизергиновой кислоты
(Clavicepspurpurea, Clavicepitaceae)
• гармин и гарман (Passiflora incarnata,Passifloraceae;
Peganum harmala,Zygophyllaceae)
Содержание алкалоидов в растениях
Содержание алкалоидов в растениях
невелико — от следовых количеств
до 1–2%, очень редко (в коре хинного дерева,
опии) может достигать 10–15%. Значительное
влияние на содержание алкалоидов в оказывают
тип почвы, климат, а также возраст растения.
По современным представлениям растения,
содержащие алкалоиды, составляют около
10% всей мировой флоры. Наиболее широко
алкалоиды распространены в покрытосеменных
растениях (Angiospermae). Особенно богаты алкалоидами
растения семейств Маковые (Papaveraceae), Пасленовые
(Solanaceae), Бобовые (Fabaceae), Кутровые (Аросуnасеае),
Мареновые (Rubiaceae), Лютиковые (Ranunculaceae),
Логаниевые (Loganiaceae) и других. В водорослях
(Algae), грибах (Fungi), мхах (Bryophyta), папоротниках
(Polypodiaphyta) и голосеменных (Gymenospermae) алкалоиды
встречаются сравнительно реже. В зависимости
от количества родов и видов растений,
содержащих алкалоиды, все семейства делят
на 3 группы:
• Высокоалкалоидные
семейства - содержат не менее 20% родов,
имеющие алкалоидоносные виды растений.
• Среднеалкалоидоносные
семейства- содержат от 10 до 20% родов.
• Малоалкалоидоносные
семейства- от 1 до 10% родов
В растениях алкалоиды находятся
в виде солей органических и неорганических
кислот (лимонной, щавелевой, малоновой,
уксусной, фосфорной и т.д.), растворенных
в клеточном соке. Они накапливаются в
листьях, плодах, семенах, коре, подземных
органах. Как правило, растение содержит
не один, а несколько алкалоидов (катарантус
розовый - более 60). Различные части растения
могут содержать разные алкалоиды (термопсис
ланцетный: семена - цитизин, трава - термопсин,
пахикарпин).
Обычно концентрация алкалоидов
в растении невелика и составляет 0,01-0,1%.
Бели в растении накапливается 1-3% алкалоидов,
оно считается высоко-алкалоидным. Некоторые культивируемые растения накапливают
до 15-20% алкалоидов (хинное дерево).
Биологические функции алкалоидов
пока до конца не выяснены. В последнее
время считают, что алкалоиды:
• участвуют в обмене
веществ;
• являются
стимуляторами и регуляторами роста;
• выполняют защитную роль.
Алкалоиды редко встречаются
в свободном состоянии (наркотин, папаверин),
в большинстве случаев они содержатся
в растениях в виде солей органических
кислот (лимонной, щавелевой, малоновой,
янтарной, уксусной), изредка — неорганических
(серной, фосфорной, азотной), или кислот,
специфических для данного растения (хинной,
аконитовой, хелидоновой, меконовой).
Как правило, в растении содержится
не один, а несколько сходных по химическому
строению и свойствам алкалоидов, иногда
их число может превышать 20. Каждое семейство
растений имеет специфические алкалоиды,
и только немногие из них, такие как кофеин
и берберин, обнаружены у различных семейств.
Больше всего алкалоидов выделено
из двудольных растений семейств маковые,
паслёновые, лютиковые, лилейные, мотыльковые,
зонтичные.
Алкалоиды могут содержаться
во всем растении (во всех его частях) или
образовываться и накапливаться только
в какой-либо одной или нескольких определенных
частях. Иногда они могут перемещаться
в растении, транспорт их, как правило,
осуществляется по сосудам ксилемы. Фактические
данные о локализации алкалоидов по частям
растения имеют большое значение для определения
сырьевых объектов заготовки.
Подавляющее большинство алкалоидов
после выделения их из сырья представляют
собой твердые кристаллические или аморфные
нелетучие вещества. Они бесцветны, но
встречаются и окрашенные (берберин –
алкалоид желтого цвета), без запаха, обычно
горького вкуса. Алкалоиды – оптически
активные соединения. Незначительное
количество алкалоидов – жидкие вещества
с сильным неприятным запахом (никотин,
конин и др.), перегоняющиеся с водяным
паром.
Кофеи́н (также матеин, гуаранин) — алкалоид пуринового ряда, бесцветные или
белые горькие кристаллы. Является психостимулятором, содержится в кофе, чае и многих прохладительных напитках.
Кофеин содержится
в растениях, таких как кофейное дерево, чай, какао, мате, гуарана, кола, и некоторых других.
Он синтезируется растениями для защиты
от насекомых, поедающих листья, стебли
и зёрна, а также для поощрения опылителей.
Открыт и
назван «кофеином» в 1819 году немецким
химиком Фердинандом Рунге.
Кофеин, как и другие пуриновые
алкалоиды, даёт положительную мурексидную реакцию, при нагревании с реактивом Несслера кофеин образует красно-бурый осадок,
в отличие от теобромина, дающего в таких условиях светло-коричневое
окрашивание.
Полезные
и вредные свойства кофеина
Кофеин – вещество (алколоид) являющееся,
по сути, горьковатыми бесцветными кристаллами
и содержащееся в растениях, в частности,
в семенах кофейного дерева. У кофеина
есть и другие названия – матеин, гуаранин,
что также связано с названиями растений,
в которых содержится это вещество. Кроме
кофейного дерева кофеин есть в чайном
листе, гуаране, мате, коле (семейства Мальвовых)
и некоторых других растениях.
Растения синтезируют кофеин,
чтобы защититься от насекомых-вредителей
и привлечь насекомых-опылителей. А для
человека кофеин – это психостимулятор,
который он получает, употребляя чай, кофе,
прохладительные напитки и другие продукты,
содержащие кофеин.
О влиянии кофеина на человеческий
организм
Потребляемый в небольших количествах
кофеин, стимулирующе воздействует на
нервную систему человека. Однако, при
злоупотреблении этим веществом, можно
спровоцировать развитие зависимости
(теизма).
Кофеин способен ускорить работу
сердца, повысить давление крови, активизировать
выделение в кровь дофамина, улучшая тем
самым настроение на непродолжительное
время (около 40 минут). Однако полностью
следы воздействия кофеина исчезают из
организма лишь спустя 3, а то и 6 часов,
именно тогда и возникает чувство усталости,
вялости, что снижает трудоспособность.
Ученые под руководством И.П.
Павлова, изучавшие особенности воздействия
кофеина на человека, установили, что под
действием кофеина активизируются процессы
возбуждения нервных импульсов в головном
мозге. Также при определенной дозировке
кофеин способствует повышению двигательной
и интеллектуальной активности. Но в повышенных
дозах тот же самый кофеин способен вызвать
истощение нервных клеток. По сути, кофеин
является психостимулирующим средством
и его действие на организм зависит от
того, каким типом высшей нервной деятельности
обладает человек. Именно этот факт, по
мнению ученых, должен учитываться в первую
очередь при определении индивидуальной
дозы кофеина для человека.