Фитохимический анализ алкалоидов

Алкалоиды этой группы содержатся также  в ряде растений сем. кутровых (раувольфия змеиная и другие виды; барвинок прямой, барвинок малый и другие виды), а также в чилибухе сем. логаниевых и других растениях.

VII. Алкалоиды – производные имидазола.

Эта группа небольшая; основным представителем является пилокарпин, который найден в пилокарпусе хаборанди и других видах пилокарпуса сем. рутовых.

VIII. Алкалоиды – производные хиназолина.

К этой группе относятся фебрифугин и изофебрифугин, содержащиеся в  дихрое противолихорадочной сем. парнолистниковых.

IX. Алкалоиды – производные пурина.

Производными пурина являются кофеин, теобромин, теофиллин; они найдены в чае китайском  сем. чайных; в шоколадном дереве и  в стеркулии платанолистной сем. стеркулиевых.

X. Алкалоиды – производные циклопентанпергидрофенантрена (стероидные алкалоиды). Алкалоиды этой группы обнаружены в ряде растений сем. паслёновых: паслён дольчатый (соласонин и соламаргин – агликон соласодин), картофель (соланин и чаконин – агликон соланидин), а также в растениях сем. спаржевых (лилейных) – чемерица Лобеля и др.:

 XI. Алкалоиды дитерпеновые.

Дитерпеновые алкалоиды  обнаружены в различных видах  живокости (метилликаконитин, элатин, дельсемин и др.) и аконита (аконитин, зонгорин и др.)

XII. Алкалоиды с азотом в боковой цепи и ациклические алкалоиды. К алкалоидам с азотом в боковой цепи относятся, например, эфедрин, который содержится в эфедре Хвощевой сем. эфедровых; колхицин и колхамин – в безвременнике великолепном сем. лилейных.

К ациклическим алкалоидам относится, например, сферофазин, выделенный из сферофизы сем. бобовых.

 

 

2.3. Физико-химические свойства  алкалоидов

 

В состав большинства алкалоидов входят углерод, водород, азот и кислород. Кроме  того, некоторые алкалоиды содержат в своём составе ещё и серу (алкалоиды кубышки жёлтой). Алкалоиды, в состав которых входит кислород, обычно кристаллические вещества. Некоторые алкалоиды не содержат кислорода и представляют собой чаще всего летучие маслянистые жидкости. Большинство алкалоидов оптически активные вещества, без запаха, горького вкуса, с чёткой температурой плавления или кипения.

Значительное большинство алкалоидов – бесцветные вещества, но известно небольшое число окрашенных алкалоидов, такие, как, например, берберин, серпентин, хелеритрин, имеющие жёлтую окраску; сангвинарин – оранжевую.

Ряд алкалоидов в УФ свете имеют  характерное свечение. Основные (щелочные) свойства у различных алкалоидов выражены в разной степени. В природе чаще всего встречаются алкалоиды, которые по своему строению относятся к третичным аминам, реже – к вторичным, а также алкалоиды, которые являются четвертичными аммонийными основаниями.

Константы диссоциации известных  алкалоидов колеблются в очень больших  пределах: от 10^-1 до 10^-12 и более. В соответствии с этим алкалоиды образуют соли различной степени прочности. Алкалоиды с очень малой величиной диссоциации, например, кофеин, колхицин, прочных солей не образуют.

Соли алкалоидов, как правило, хорошо растворимы в воде и этиловом спирте (особенно в разбавленном при нагревании). Плохо или совсем нерастворимы в  большинстве органических растворителей (хлороформ, этиловый эфир, дихлорэтан и др.). Но известны соли некоторых алкалоидов, плохо растворимые в воде (сульфат хинина, сульфат таспина), а также соли алкалоидов, которые растворяются в органических растворителях. Например, гидробромид скополамина растворяется в хлороформе.

Основания алкалоидов в большинстве  своём хорошо растворимы в органических растворителях и нерастворимы или  плохо растворимы в воде. Однако имеются алкалоиды, которые хорошо растворимы не только в органических растворителях, но и в воде. Например, цитизин, метилцитизин, кофеин и некоторые другие.

В растениях алкалоиды  находятся чаще всего в виде солей  и растворены в клеточном соке. Алкалоиды связаны с широко распространёнными  в растительном мире органическими  кислотами: щавелевой (HOOC – COOH), яблочной [HOOC – CH₂ – CH(OH) – COOH], лимонной [HOOC – CH₂ – C(OH)(COOH) – CH₂ – COOH], винной [HOOC – CH(OH) – CH(OH) – COOH]и др. В некоторых же растениях алкалоиды связаны ещё со специфическими органическими кислотами, характерными для растений определённого семейства или даже отдельного растения. Так, например, меконовая кислота характерна для мака снотворного; хинная – для хинного дерева.

Иногда алкалоиды связаны  с неорганическими кислотами: серной, фосфорной (мак снотворный).

 

2.4. Распространение алкалоидов в растительном мире

 

Алкалоиды часто встречаются  в семействах бобовые, маковые, паслёновые, лютиковые, логаниевые, кутровые, мареновые.

Семейства делят на три  группы в зависимости от количества родов и видов алкалоидоносных  растений.

1. Высокоалкалоидные семейства – не менее 20% родов алкалоидоносных растений.

2. Среднеалкалоидные  семейства – 10-20% родов алкалоидоносных  растений.

3. Малоалкалоидные семейства  – 1-10% родов алкалоидоносных растений.

Содержание алкалоидов в растениях невелико и колеблется от тысячных долей до нескольких процентов. И только весьма редко некоторые растения содержат около десяти процентов алкалоидов, а иногда значительно больше. Например, в коре хинного дерева содержание алкалоидов достигает 15-20%. В лекарственном сырье общее содержание алкалоидов (суммы алкалоидов) чаще всего колеблется в пределах 0,1-2%.

Алкалоиды у некоторых  растений содержатся в значительном количестве во всех его частях (красавка обыкновенная, красавка кавказская), но у большинства растений они преобладают или содержатся только в каком-либо органе или части растения. У одних растений наибольшее количество алкалоидов накапливается в листьях (чай китайский, белена чёрная, секуринега полукустарниковая); у других – в плодах или семенах (дурман индейский, мордовник шароголовый, мордовник обыкновенный, чилибуха), у третьих – в подземных органах (раувольфия змеиная, безвременник великолепный, скополия карниолийская) или в коре (цинхона красносоковая, цинхона Ледгера).

Большинство растений содержит несколько алкалоидов. У ряда растений обнаружено 20-35 алкалоидов (мак снотворный, спорынья, цинхона (хинное дерево) и др.), а у некоторых – около 50 алкалоидов (раувольфия змеиная, барвинок прямой). Чаще всего у одного растения количественно преобладает один или 2-3 алкалоида, содержание же других – значительно меньше. Алкалоиды одного растения, как правило, имеют довольно близкое строение и образуют группу «родственных» алкалоидов.

Помимо растений, алкалоиды  содержатся в некоторых видах  грибов (псилоцибин, содержащийся в грибах рода псилоцибе) и животных (буфотенин, содержащийся в коже некоторых жаб). Кроме того, алкалоиды содержатся во многих морских организмах.

Значение алкалоидов для живых организмов, их синтезирующих, до сих пор изучено недостаточно. Первоначально предполагалось, что алкалоиды являются конечными продуктами метаболизма азота у растений, как мочевина у млекопитающих. Позднее было показано, что во многих растениях содержание алкалоидов может как увеличиваться, так и уменьшаться с течением времени; таким образом, эта гипотеза была опровергнута.

Большинство известных  функций алкалоидов относятся к  защите растений от внешних воздействий. Так, например, апорфиновый алкалоид лириоденин, вырабатываемый лириодендроном тюльпановым, защищает растение от паразитических грибов. Кроме того, содержание алкалоидов в растении препятствует их поеданию насекомыми и растительноядными хордовыми. Известна также роль алкалоидов в регулировке роста и обмена веществ растений.

 

2.5. Биосинтез  алкалоидов

 

Биогенетическими предшественниками большинства алкалоидов являются аминокислоты: орнитин, лизин, фенилаланин, тирозин, триптофан, гистидин, аспарагиновая кислота и антраниловая кислота. Все эти аминокислоты, кроме антраниловой кислоты, являются протеиногенными. Никотиновая кислота может быть синтезирована из триптофана или аспарагиновой кислоты. Пути биосинтеза алкалоидов не менее разнообразны, чем их структуры, и их невозможно объединить в общую схему. Тем не менее, существует несколько характерных реакций, участвующих в биосинтезе различных классов алкалоидов.

1. Образование оснований  Шиффа. Основания Шиффа могут  быть получены в результате  реакций аминов с кетонами  или альдегидами. Данная реакция  является распространённым способом  формирования C=N связи.

При биосинтезе алкалоидов реакция образования оснований может проходить также внутримолекулярно. Примером может являться реакция образования пиперидеина, происходящая при синтезе пиперидинового цикла:

2. Реакция Манниха.  В реакции Манниха, помимо амина  и карбонильного соединения, участвует также карбанион, играющий роль нуклеофила в процессе присоединения к иону, образованному взаимодействием амина и карбонильного соединения.

Реакция Манниха также  может осуществляться как межмолекулярно, так и внутримолекулярно. Примером внутримолекулярной реакции Манниха может служить синтез пирролизидинового ядра:

 

Разновидностью внутримолекулярной реакции Манниха является реакция  Пикте-Шпенглера – циклизация шиффовых оснований, образованных из фенилэтиламинов  с образованием системы тетрагидроизохинолина. У растений биосинтез алкалоидов происходит всегда под действием ферментов, у животных же известны случаи неферментативного синтеза изохинолиновых алкалоидов, включающий две последовательные стадии – образование основания Шиффа из катехоламинов и альдегида и реакцию Пикте-Шпенглера. Обе эти реакции могут протекать в физиологических условиях и в отсутствие ферментов.

 

3. ФИТОХИМИЧЕСКИЙ  АНАЛИЗ АЛКАЛОИДОВ

 

3.1. Методы выделения

 

В большинстве случаев  процесс выделения алкалоидов из растительного сырья подразделяют на три основные стадии: 1) извлечение алкалоидов из растительного сырья; 2) очистка полученных извлечений; 3) разделение суммы алкалоидов и очистка алкалоидов.

1. Извлечение алкалоидов  из растительного сырья. Из  растительного сырья алкалоиды могут быть извлечены в виде свободных оснований и в виде солей.

1) Извлечение алкалоидов  в виде оснований. Алкалоиды  в растительном сырье обычно содержатся в виде солей, поэтому до извлечения необходимо перевести соли алкалоидов в свободные основания, что достигается обработкой сырья различными щелочами (NH₄OH, NaOH, Ca(OH)₂, Ba(OH)₂ и др.). При подборе щёлочи учитывают свойства алкалоидов. Сильные щёлочи, например, NaOH, используют при выделении сильных оснований алкалоидов и алкалоидов, находящихся в растительном сырье в виде прочных соединений с дубильными веществами (кора хинного дерева, кора гранатового дерева), но не применяют при выделении алкалоидов, имеющих в молекуле фенольные гидроксилы. Такие алкалоиды, как, например, морфин, сальсолин, некоторые алкалоиды спорыньи,  вследствие образования фенолятов органическим растворителем не извлекаются, так как феноляты, как правило, хорошо растворимы в воде и нерастворимы в органических растворителях. Для переведения их солей в основания используют обычно аммиак. При выделении алкалоидов, имеющих сложноэфирную группировку (атропин, гиосциамин, скополамин и др.) также используют аммиак и другие слабые щёлочи, так как сильные щёлочи могут вызывать разложение алкалоидов. Не следует применять NaOH и при выделении алкалоидов из семян, содержащих жирные масла, так как едкие щёлочи вызывают омыление жиров. Мыла же способствуют образованию эмульсий.

При применении карбоната  натрия следует полностью (путём  встряхивания) удалять углекислоту, которая может, взаимодействуя с алкалоидами, давать соли, что создаёт опасность неполного извлечения алкалоидов:

2Alk+H₂O+CO₂=(Alk)₂*H₂CO₃

Извлечение свободных  оснований алкалоидов из растительного  сырья проводится различными органическими  растворителями. Для более полного извлечения следует подобрать растворитель, обладающий хорошей растворяющей способностью по отношению к извлекаемым алкалоидам. Чаще всего применяются дихлорэтан, хлороформ, этиловый эфир, бензол и др. Вместе с алкалоидами в извлечение переходят сопутствующие вещества: смолы, жирные масла, хлорофилл и другие пигменты, от которых алкалоиды необходимо отделить.

2) Извлечение алкалоидов  в виде солей. Соли алкалоидов  в большинстве своём хорошо  растворимы в воде и спиртах  (этиловый, метиловый). Поэтому при  извлечении алкалоидов из растительного сырья в виде солей применяют один из названных растворителей, содержащий 1-2% какой-либо кислоты. Обычно для подкисления используют серную, соляную, винную, уксусную или другую кислоту, дающую с алкалоидами хорошо растворимые в воде или спирте соли.

Извлечение проходит быстро и достаточно полно, но вместе с алкалоидами извлекается большое  количество сопутствующих веществ (дубильные вещества, слизи, сапонины, белки и др.).

2. Очистка извлечений.

1) Очистка извлечений, основанная на различной растворимости свободных оснований алкалоидов и их солей.

а) Извлечение алкалоидов из растительного сырья, полученное щелочной (после подщелачивания) экстракцией  органическим растворителем (несмешивающимся с водой), обрабатывают 1-5%-ной кислотой. Основания алкалоидов с кислотой образуют соответствующие соли, которые, растворяясь в воде, переходят в водный слой, а основная масса сопутствующих веществ остаётся в органическом растворителе. К водному раствору солей алкалоидов добавляют щёлочь для переведения солей алкалоидов в основания. Если содержание алкалоидов высокое, основания алкалоидов выпадают в осадок, который можно собрать на фильтре. Но чаще водные извлечения после подщелачивания обрабатывают несмешивающимся с водой органическим растворителем. Алкалоиды в виде оснований переходят в органический растворитель. Если требуется, эти операции повторяют два раза или более, с тем чтобы как можно полнее  отделить алкалоиды от сопутствующих веществ.

Органический растворитель отгоняют. Остаток, полученный после отгонки растворителя, представляет смесь (сумму) алкалоидов.