Алкалоиды

В описании препаратов часто встречаются названия химических веществ, которые присутствуют в растениях и определяют их лечебный эффект. Это вещество называется действующим и принадлежит к различным группам соединений органического происхождения. В этой статье я даю характеристику алкалоидов.

Алкалоиды — органические вещества растений. В них содержится азот, они могут соединяться с множеством кислот, образуя соли. Алкалоид дает щелочное реагирование, именно это и привело к названию «алкалоид», на арабском языке — щелочное. Большинство их имеют для человека лечебную ценность. Термин «алкалоид» предложен в 1819 году немецким ученым К. Мейснером.

История открытия

Алкалоидные растения всегда применялись в народной медицине. Как отравляющие вещества, алкалоиды применялись в разных обрядах, и даже как торговый эквивалент. Экстракт растений с ядовитыми алкалоидами аконитина и тубокурарина использовался в древности, чтобы изготовить отравленные стрелы.

В 1—3 вв. до нашей эры в Китае была написана «Книга домашних растений», в которой упоминается использование эфедры и мака в лечении.  С древних времен индейцы в Южной Америке использовали листья коки в ритуальных церемониях, как лекарственное средство, в составе напитков для поднятия настроения.

В 1816 году профессор Ф.И. Гизе выделил хинин из коры хинного дерева. Независимо от него французы Пелетье и Кавента чуть позднее открыли хинин, но углубились в исследования и доказали, что это основной алкалоид коры хинного дерева. Они также открыли алкалоиды стрихнин и бруцин в семенах чилибухи. За открытие хинина Пелетье и Кавенту во Франции поставили памятник.

Потребность в обезболивающих препаратах во время Первой Мировой войны привела к новым поискам. В 1914 г. химики В.М. Родионов, А.Е. Чичибабин разработали промышленный способ получения препаратов из опия. Таким образом, эти учёные основали в России химико-фармацевтическую промышленность.

Большая заслуга в исследовании алкалоидов принадлежит академику А. П. Орехову, который создал отдел по изучению алкалоидов при ВНИИФИ г. Москвы. В течение 10 лет 1928—1939 гг. этот отдел открыл около 100 алкалоидов.

А. П. Орехов основал новую комплексную науку, включающую поиск алкалоидов, разработку методик анализа, исследование фармакологических эффектов и промышленное производство лекарственных препаратов на базе алкалоидов. Его труд «Химия алкалоидов» (1938 г) не утратил значения.

Распространение алкалоидов в растительном мире.

Растений с алкалоидами около 10 % всей флоры. Они чаще всего присутствуют у растений покрытосеменных. Алкалоидов в растениях обычно меньше одного процента от веса. Считается, что растительное сырье высокоалкалоидное, когда оно накапливает их от одного до трех процентов. Исключение – хинное дерево (в коре до 20% хинина).

Большинство растений содержат несколько алкалоидов. Алкалоиды одного растения похожи по строению, это соли органических и неорганических кислот, растворённые в клеточном соке.  Присутствуют они в активно растущих тканях, в обкладках сосудистых пучков, в листьях, корнях, семенах, коре.

В некоторых растениях алкалоиды содержатся во всех частях, например, у красавки. А у других растений – в определённых органах: у чая – в листьях, у дурмана и чилибухи – в плодах и семенах, у барбариса – в корне.

Биологические функции алкалоидов еще выясняются, но предпочтение отдаётся их активной роли в обмене веществ:

• стимуляция и регуляция биохимических процессов;
• участие в окислительно-восстановительных реакциях;
• защита самого растения.

Какие вещества относятся к алкалоидам

Примеры алкалоидов: морфин, атропин, хинин, кофеин, стрихнин, пилокарпин, эфедрин, платифиллин, никотин. Присутствие алкалоидов обнаружено во многих растениях, особенно богаты ими семейства лютиковых, маковых, бобовых. Применение их в медицине разнообразно, но чаще – при заболеваниях нервной системы. Один и тот же алкалоид может по — разному влиять на организм.

Классификация алкалоидов

Около десятка тысяч известных алкалоидов классифицируют по следующим критериям:

• Химическая структура;
• Ботаническое семейство растений, в которых присутствуют;
• Воздействие на организм человека.

Фармакологическая классификация алкалоидов

Исходя из лечебного действия на человека, алкалоиды разделяют на группы: наркотические; местно-анестезирующие; спазмолитические; тонизирующие; успокаивающие, противоопухолевые, антиоксидантные, противовоспалительные, снижающие уровень холестерина, анти-гипергликемические, противоплазмозные, противогрибковые и противомикробные, против лейшманиоза и т. д.

Ботаническая классификация алкалоидов

Основана на систематике растений, из которых выделены алкалоиды. Так есть алкалоиды семейств Papaveraceae, Berberidaceae, Fumariaceae, Menispermaceae, Rutaceae, Magnoliae, Ranunculaceae, Cactaceae, Amaryllidaceae и Annonacea и других.

Биогенетическая классификация алкалоидов

Английский учёный Р. Хегнауэр предложил различать по генезису образования алкалоидов:
 1. Истинные алкалоиды – из аминокислот + атом азота в составе гетероцикла;
 2. Протоалкалоиды —  из аминокислот, без гетероцикла + атом азота в боковой цепи;
 3. Псевдоалкалоиды –  из мевалоновой кислоты + азот,  терпеновой и стероидной природы

Химическая классификация алкалоидов

Эта классификация предложена учёным А.П. Ореховым. Исходя из химического строения алкалоидов, т.е. структуры гетероцикла,  он разделил все алкалоиды на тринадцать групп:

1. Алкалоиды с азотом в боковой цепи или ациклические алкалоиды

Эфедрин, капсаицин, колхицин и колхамин.

2. Алкалоиды, производные пирролидина и пирролизидина

К ним относятся стахидрин, турицин, бруссонетин С.

3. Алкалоиды, производные пиридина и пиперидина

  а) простые производные пиридина и пиперидина: лобелин, кониин.

  б) бициклические неконденсированные системы: анабазин, никотин.

в) бициклические конденсированные системы пиперидина и пирролидина (производные тропана): гиосциамин, скополамин.

4. Алкалоиды, производные хинолизидина

Напимер, это пахикарпин, термопсин, цитизин (софора толстоплодная, виды термопсиса). 

5. Алкалоиды, производные хинолина

Примеры: хинин из коры хинного дерева, эхинопсин из плодов мордовника.

6. Алкалоиды, производные изохинолина

Изохинолиновые алкалоиды являются одними из наиболее распространенных алкалоидов в царстве растений. Они представляют собой группу натуральных продуктов, которые продемонстрировали исключительную важность в исследованиях и разработке лекарств.

Изохинолиновые алкалоиды в изобилии доступны в царстве растений. Эти алкалоиды содержатся преимущественно в ряде семейств растений, таких как Berberidaceae, Rutaeace, Fumariaceae, Rubiaceae, Amaryllidaceae, Magnoliaeace, Papaveraceae, Menispermaceae, Ranunculaceae, Cactaceae, Annonaceae и др.

Это морфин, кодеин и папаверин из коробочек мака, хелеритрин, сангвинарин из травы чистотела и маклейи, глауцин из травы мачка желтого, берберин из корней барбариса.

Они производят седативный и снотворный эффект, стимулируют гладкую мускулатуру. В больших дозах могут вызывать рвоту, угнетение дыхания, затруднённый диурез, гипотермию. Ведут к привыканию (наркомании).

Алкалоид папаверин, выделенный из опия, входит в состав спазмолитических и сосудорасширяющих препаратов. Их применяют при лечении стенокардии, гипертонии, спазмов коронарных сосудов, сосудов мозга, гладкой мускулатуры брюшной полости (Но-шпа полусинтетический аналог папаверина).

Алкалоиды изохинолина обладают уникальным свойством связываться с различными типами белков. Они связываются с различными функциональными белками, сывороточными альбуминами, гемоглобином, лизосомами и т.д. Из-за их более высокого сродства к нуклеиновым кислотам, чем к сывороточным белкам, эти алкалоиды стали подходящими кандидатами для доставки белками сыворотки.

В основном эти алкалоиды получают из аминокислот фенилаланина и тирозина, которые производят фундаментальный промежуточный продукт 3,4-дигидрофенилаланин (дофамин) посредством реакции с альдегидом или кетоном.

Изохинолиновые алкалоиды являются одной из крупнейших групп азотистых метаболитов растений с древним филогенетическим распространением. Существует несколько важных алкалоидов из этого класса, обладающих широко распространенной фармакологической активностью. Несмотря на несколько распространенных метаболитов в биосинтезе изохинолиновых алкалоидов, расшифровано лишь несколько этапов, и несколько этапов еще предстоит расшифровать.

Берберин — важный изохинолиновый алкалоид

Берберин является одним из наиболее важных представителей этого семейства благодаря своему широкому спектру действия. Род berberis хорошо известен как наиболее широко распространенный природный источник берберина. Кора Berberis vulguris содержит 8% алкалоидов, основным алкалоидом является берберин (5%)

Алкалоид берберин присутствует в листьях, коре, побегах, корневищах, корнях и стеблях растений. Кора и корни относительно более обогащены берберином по сравнению с другими частями растения. Berberis aristata, B. aquifolium, B. croatica, B. thunbergii, B. asiatica и B. vulgaris.

Берберин лечит атеросклероз за счёт витаминоподобного эффекта, снижающего выработку холина-ТМА-ТМАО в кишечной микробиоте  (статья https://rdcu.be/dx1Ce от 07.07.2022 на сайте www.nature.com).

Изохинолиновые алкалоиды являются биодинамическими агентами. Морфин, берберин и кодеин являются одними из наиболее обсуждаемых соединений из-за их высокой эффективности, доступности по цене и аспектов безопасности. Это дорогостоящие коммерческие препараты из-за их высокого спроса. Специализированный препарат берберин обладает низкой биодоступностью и высокой эффективностью.

7. Алкалоиды, производные индола

Сюда относятся алкалоиды спорыньи, барвинка малого, резерпин и аймалин из корней раувольфии, стрихнин из семян чилибухи, винбластин и винкристин из
листьев катарантуса розового. 

8. Алкалоиды, производные пурина

Это кофеин из листьев чая, семян кофе, теобромин из семян шоколадного дерева.

9. Алкалоиды, производные хиназолина:

10. Алкалоиды, производные имидазола

11. Стероидные алкалоиды

Это соланидин из травы паслёна дольчатого, алкалоиды чемерицы.

Соланин это белый кристаллический, в виде бесцветных игл, порошок. Растворим в разбавленных кислотах, очень мало — в воде (1: 8000), в этиловом спирте (1:2500), легче — в горячем спирте (1:125) и практически не растворим в бензоле, дихлорэтане, толуоле, хлороформе и эфире. Температура плавления соланина — 286°С (с разложением при 235°С). Обладает горьким вкусом и сильно гемолизирующим свойством. Мощный фунгицид и инсектицид.

12. Дитерпеновые алкалоиды:

Алкалоиды аконитов и живокостей.

13. Алкалоиды неустановленного строения

Сырьё, содержащее алкалоиды, классифицируется по этому же принципу.

Биосинтез алкалоидов

Основными предшественниками алкалоидов являются протеиногенные аминокислоты, за исключением антраниловой кислоты.

Физические и химические свойства алкалоидов

Кислородсодержащие алкалоиды – твердые (реже аморфные) кристаллические вещества, без запаха и цвета, горького вкуса. Некоторые из них окрашены — берберин в желтый, сангвинарин в оранжевый цвет.

Бескислородные алкалоиды – летучие маслянистые жидкости с сильным неприятным запахом. К ним относятся анабазин, никотин, кониин, пахикарпин.

Отдельные алкалоиды способны сублимироваться (возгоняться) при нагревании (кофеин, никотин). Некоторые алкалоиды флуоресцируют в УФ-свете, обладают оптической активностью. Так цитизин флуоресцирует фиолетовым цветом, берберин — желто-зеленым, пары хинина становятся малиновыми.

Химические свойства алкалоидов обусловлены следующими структурными фрагментами:

Общеалкалоидные химические свойства

1. Реакции солеобразования с различными кислотами. В зависимости от вида кислоты образуются:

• соли с хорошей растворимостью в воде (хлориды, ацетаты), что и используется для извлечения алкалоидов из растений;
• окрашенные соли различной степени растворимости с такими кислотами, как фосфор-молибденовая, фосфор-вольфрамовая, кремне-вольфрамовая. Этот тип реакций используется для открытия алкалоидов в растениях, в препаратах, в растворах.

2. Характерные свойства аминов вне зависимости от типа гетероцикла.

• взаимодействие их с кислотами Льюиса,
• комлексообразование с молекулярным йодом и серным ангидридом,
• N-алкилирование галогенпроизводными,
• образование N-окисей при действии перекисных реагентов.

3. Взаимодействие с азотистой кислотой,

Реакции частного типа

Такие реакции могут определяться теоретическим анализом или экспериментально для каждого конкретного алкалоида. Это представляет богатую палитру химических возможностей.

Медицинское применение алкалоидов

Алкалоидоносное растительное сырье и получаемые из него лекарственные формы и препараты классифицируют либо по месту проявления фармакологического эффекта, либо по механизму действия:

• действующие преимущественно на центральную нервную систему;
• --"-- на периферические нейромедиаторные процессы;
• --"-- в области чувствительных (афферентных) нервных окончаний;
• действующие на сердечно-сосудистую систему;
• желчегонные средства;
• стимулирующие мускулатуру матки;
• противомикробные, противовирусные и противопаразитарные средства;
• противоопухолевые (цитостатические) средства (для лечения онкологических заболеваний)