Алкалоиды растительного сырья

Министерство образования и науки Российской Федерации ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный технологически университет».

Факультет: Переработка природных соединений Кафедра: Химическая технология древесины и биотехнология.

Алкалоиды растительного сырья.

Пояснительная записка.

(ХТД и БТ. 0.042. ПЗ).

Руководитель:

профессор Е. В. Исаева Выполнил: студент группы 52−1.

П.В. Маколова Красноярск 2013.

Реферат АЛКАЛОИДЫ, СТРОЕНИЕ АЛКАЛОИДОВ, КЛАССИФИКАЦИЯ, РОЛЬ И СОДЕРЖАНИЕ АЛКАЛОИДОВ В РАСТЕНИЯХ, ИСПОЛЬЗОВАНИЕ АЛКАЛОИДОВ.

Объекты работы — алкалоиды растительного сырья.

Цель работы — исследование строение, классификацию, роль и содержания алкалоидов в растениях.

В данной работе были изучены алкалоиды растительного сырья. Рассмотрены классифакция алкалоидов, изучены основные и главные алколоиды растительного сырья.

Содержание Введение.

1 Алкалоиды. Строение алкалоидов.

2 Классификация алкалоидов.

2.1 Основные алкалоиды.

3 Роль и содержание алкалоидов в растениях.

3.1 Содержание алкалоидов в растениях.

3.2 Факторы, влияющие на накопление алкалоидов.

4 Физиологическая и биологическая роль алкалоидов в растениях.

5 Использование алкалоидов Заключение Список использованных источников.

Введение

Алкалоиды — это природные азотсодержащие органические соединения основного характера, имеющие сложный состав и обладающие сильным специфическим действием. Большинство их относится к соединениям с гетероциклическим атомом азота в кольце, реже азот находится в боковой цепи. Синтезируются преимущественно растениями. В переводе термин «алкалоид» (от араб. «alkali» — щелочь и греч. «eidos» — подобный) означает щелочноподобный. Подобно щелочам, алкалоиды образуют с кислотами соли. К настоящему времени выделено свыше 10 000 алкалоидов разнообразных структурных типов, что превышает число известных соединений любого другого класса природных веществ.

1 Алкалоиды. Строение алкалоидов Некоторые древесные и кустарниковые породы в разных частях растения (коре, листьях, плодах, древесине) содержат органические вещества, содержащие азот, обладающие сильным основными свойствами, относящиеся к разряду биологически активных веществ. Эти вещества называются алкалоидами. Первое современное определение (1910), 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:

а) атом азота должен быть частью гетероциклической системы;

б) соединение должно иметь сложную молекулярную структуру;

в) оно должно проявлять значительную фармакологическую активность;

г) иметь растительное происхождение.

Помимо углерода, водорода и азота в молекулы алкалоидов могут входить атомы серы, реже — хлора, брома или фосфора. Многие алкалоиды обладают выраженной физиологической активностью. Алкалоиды обладают очень высокой физиологической активностью и поэтому в больших дозах — это яды, а в малых — сильнодействующие лекарства различного действия: атропин, например, расширяет зрачок и повышает внутриглазное давление, а пилокарпин, наоборот, его суживает и понижает внутриглазное давление; кофеин и стрихнин возбуждают центральную нервную систему, а морфин угнетает ее.

Папаверин расширяет кровеносные сосуды и снижает артериальное давление, а эфедрин суживает сосуды и повышает артериальное давление и т. д.

По своему строению алкалоиды весьма разнообразны. В зависимости от химической природы азотистого гетероцикла, входящего в их состав, они разделяются на следующие основные группы:

— производные пиридина;

— производные пирролидина;

— производные хинолина и изохинолина;

— производные индола;

— производные пурина, к которым принадлежат алкалоиды — кофеин и теобромин;

— алкалоиды терпеноидной природы.

В таблице 1 приведено строение алкалоидов.

Таблица 1-Строение некоторых алкалоидов.

2 Классификация алкалоидов Для удобства изучения алкалоиды их делят на группы. Раньше, когда химическое строение алкалоидов было малоизвестным, их делили на группы в зависимости от тех растений, из которых их получали. Так, например, выделяли группы алкалоидов хинной коры, мака и др.

В настоящее время в связи с выяснением строения алкалоидов чаще пользуются химической классификацией. Большинство алкалоидов, содержащих в своих молекулах гетероциклы, делят на группы в зависимости от присутствующих гетероциклов. Так, например, различают алкалоиды группы пиридина (в эту группу входит никотин), алкалоиды группы хинолина (в эту группу входит хинин) и т. д. В основу классификации положено деление на группы в зависимости от строения углеродного скелета. Из них некоторые группы встречаются редко.

Алкалоиды с азотом в боковой цепи — эфедрин из различных видов эфедры, травы сферофизы солонцовой, колхицин и колхамин из клубнелуковиц безвременников.

Производные пирролидина и пирролизидина (платифиллин, саррацин, сенецифилллин из крестовника плосколистного и ромболистного). Алкалоиды с азотом, включенным в боковую цепь.

В эту группу входят: капсаицин из красного перца, эфедрин из различных видов эфедры, сферофизин из травы сферофизы солонцовой, колхицин и колхамин из клубнелуковиц безвременников.

Производные пиридина и пиперидина (анабазин, лобелин) из анабазиса безлистного и лобелии одутлой.

Алкалоиды с конденсированными пирролидиновыми и пиперидиновыми кольцами (производные тропана) — гиосциамин, атропин, скополамин из красавки, белены, дурмана.

Производные хинолизидина (пахикарпин, термопсин) — софора толстоплодная, термопсис.

Производные хинолина — хинин из хинной коры, эхинопсин из плодов мордовника.

Производные изохинолина — сальсолин из солянки Рихтера, морфин и папаверин из коробочек мака, алкалоиды чистотела, барбариса, мачка желтого.

Производные индола — алкалоиды спорыньи, барвинков, резерпин из корня раувольфии, стрихнин из семян чилибухи, катарантус розовый.

Производные пурина — кофеин из листьев чая и семян колы.

2.1 Важнейшие алкалоиды Опиум, опий (из лат. opium) — сильнодействующий наркотик, получаемый из высушенного на солнце млечного сока, добываемого из недозрелых коробочек опийного мака. В традиционной медицине благодаря высокому содержанию морфиновых алкалоидов использовался как сильное болеутоляющее средство. Однако он быстро вызывал наркотическую зависимость и теперь применяется лишь как сырье для получения медицинских препаратов (морфина, кодеина, папаверина и других), а также для синтеза наркотика героина.

Морфин — главный алкалоид опия, содержание которого в опии составляет в среднем 10%, то есть, значительно выше всех остальных алкалоидов. Содержится в маке снотворном и в других видах мака. Хлористоводородную соль морфина, морфий, иногда упрощенно или ошибочно называют морфином.

Кокаин — метиловый сложный эфир бензоилэкгонина, алкалоид тропанового ряда, обладает местно анестезирующим и наркотическим действием. Распространённых в тропической зоне Южной Америки.

Кофеин — алкалоид пуринового ряда, бесцветные горькие кристаллы. Является психостимулятором, содержится в кофе, чае и многих прохладительных напитках. Кофеин содержится в растениях, таких как кофейное дерево, чай мате, гуарана, кола и некоторых других. Он синтезируется растениями для защиты от насекомых, поедающих листья, стебли и зёрна, а также для поощрения опылителей. У животных и человека он стимулирует центральную нервную систему, усиливает сердечную деятельность, ускоряет пульс, вызывает расширение кровеносных сосудов, усиливает мочеотделение. В медицине кофеин применяется в составе средств от головной боли, при мигрени, как стимулятор дыхания и сердечной деятельности при простудных заболеваниях, для повышения умственной и физической работоспособности, для устранения сонливости.

Стрихнин — C21H22N2O2 индоловый алкалоид, выделенный в 1818 г. Пельтье и Кавенту из рвотных орешков — семянчилибухи. Чрезвычайно токсичен. Может использоваться в качестве пестицида.

Никотин — алкалоид, содержащийся в растениях семейства паслёновых, преимущественно в табаке, махорке и в меньших количествах, в томатах, картофеле, баклажанах, зелёном перце. Никотиновые алкалоиды также присутствуют в листьях коки. Никотин составляет от 0,3 до 5% от массы табака в сухом виде. Биосинтез никотина происходит в корнях, а накапливание никотина — в листьях. Никотинсильнодействующий нейротоксин и кардиотоксин, особенно действующий на насекомых; вследствие этого никотин раньше широко использовался как инсектицид, а в настоящее время в том же качестве продолжают использоваться производные никотина — такие, как, например, имидаклоприд.

3 Роль и содержание алкалоидов в растениях.

3.1 Содержание алкалоидов в растениях Растения, содержащие алкалоиды, составляют примерно 10% всей мировой флоры.

Профессор Соколов В. С., обобщил сведения об алкалоидоносных растениях и все семейства, содержащие алкалоидоносные виды, разделил на 3 группы:

— первая группа — семейства, насчитывающие не менее 20% родов, имеющих алкалоидоносные виды растений. Такие семейства Соколов предложил называть высокоалкалоидными;

— вторая группа — семейства, в которых обнаружены от 10 до 20% родов, имеющих алкалоидоносные виды растений. Эти семейства — среднеалкалоидоносные;

— третья группа — семейства, в которых имеются от 1 до 10% родов с алкалоидоносными видами растений. Такие семейства называются малоалкалоидоносными. Особенно богаты алкалоидами растения семейств: Маковые (Рараvегасеае), Пасленовые (Solanacеае), Бобовые (FаЬасеае), Кутровые (Аросупасеае), Мареновые (Rubiaceae), Лютиковые (Ranuncu1асеае), Логаниевые (Loganiасеае).

В растениях алкалоиды находятся в виде солей органических и неорганических кислот (лимонной, щавелевой, малоновой, уксусной, фосфорной), растворенных в клеточном соке. Они накапливаются в листьях, плодах, семенах, подземных органах. Как правило, растение содержит не один, а несколько алкалоидов (катарантус розовый — более 60-ти).

Различные части растения могут содержать разные алкалоиды (термопсис ланцетный: семена — цитизин, трава — термопсин, пахикарпин). Обычно концентрация алкалоидов в растении невелика и составляет 0,01−1%. Если в растении накапливается 1−3% алкалоидов, оно считается высоко-алкалоидным. Некоторые культивируемые растения накапливают до 15−20% алкалоидов (хинное дерево). Часто родственные друг другу растения содержат алкалоиды, близкие по своему строению, образуя естественную группу. Например, в растениях 7 близких между собой родов семейства пасленовых содержится группа тропановых алкалоидов. Но иногда из двух близких в систематическом отношении видов один может быть богат алкалоидами, а другой или их совершенно не содержит, или содержит алкалоиды иного строения.

В растениях алкалоиды находятся в клеточном соке в растворенном виде.

3.2 Факторы, влияющие на накопление алкалоидов Обычно богаты алкалоидами растения влажного тропического климата. Теплая погода способствует повышению содержания в растениях алкалоидов, холодная — тормозит, а при заморозках алкалоиды в растении не накапливаются. Например, на Кавказе надземную часть чемерицы после заморозков животные поедают без последующего отравления, а в Средней Азии после заморозков верблюды поедают анабазис.

Содержание алкалоидов меняется даже в течение суток.

У лобелии одутлой количество их в ночное время на 40% больше, чем в полдень (Г. К. Крейер). Надрезы коробочек опийного мака в вечерние часы дают больший выход опия и содержание в нем алкалоидов выше.

Исследования В. С. Соколова показали преимущества сборов солянки Рихтера ранним утром и ночью.

Высотный фактор имеет значение для содержания алкалоидов.

Установлено, что для каждого вида имеются свои оптимальные высоты. У крестовника плосколистного наибольшее количество алкалоидов накапливается на высоте 1800−2000 м над уровнем моря (крестовник встречается в горах на высоте до 2500 м), после чего содержание алкалоидов снижается. Такое явление наблюдается и у хинного дерева, красавки, эфедры[4]. Почвенные условия — важный фактор. Например, солянка Рихтера, растущая на песках, дает около 1% алкалоидов, а выросшая на глинистой почве содержит лишь их следы. У культивируемых растений отмечается повышение содержания алкалоидов при внесении азотсодержащих удобрений.

Внутривидовая (индивидуальная) изменчивость тоже имеет значение. Наблюдается значительная разница в содержании алкалоидов у растений одного вида, растущих в одинаковых условиях, зависящая от индивидуальных свойств растений. При сушке и хранении сырья выявляются колебания в содержании алкалоидов. При замедленной сушке нестойкие алкалоиды разлагаются. Содержание алкалоидов снижается также при хранении сырья в сырых помещениях.

3.3 Роль алкалоидов в растениях Алкалоиды — отбросы жизнедеятельности растений. Сторонники этой гипотезы рассматривают алкалоиды как конечные продукты процесса обмена веществ, появляющиеся в результате распада азотистых соединений. Например, факт увеличения с возрастом количества алкалоидов в некоторых растениях. Однако имеются серьезные возражения против этой гипотезы. Во-первых, повышение количества алкалоидов с возрастом наблюдается только у небольшой части алкалоидоносных растений. Во-вторых, если алкалоиды действительно отбросы, то они должны присутствовать абсолютно во всех растениях.

Далее, отбросы должны тем или иным образом удаляться из организма, однако этого не наблюдается. Более того, алкалоиды-основания в растениях связываются с разными органическими кислотами и в виде солей остаются в растениях.

Алкалоиды — запасные вещества. Динамика изменения количества алкалоидов в разных органах растений на разных этапах его развития привлекается как доказательство роли алкалоидов как запасного азотистого материала. Но это доказательство носит косвенный характер. В то же время имеются факты, когда в семенах бесспорно алкалоидоносного растения среди запасных питательных веществ алкалоидов нет, но они появляются значительно позже, когда из семян разовьются проростки (в маке снотворном, хинном дереве и ряде других растений).

Очевидно, что первые две гипотезы прямо противоположны друг другу.

Алкалоиды — защитные вещества. Известны факты, когда присутствие алкалоидов предохраняет растение от поедания животными. Однако известно и другое, когда козы поедают листья табака, кролики — листья красавки, а птицы — ягоды этого растения. Имеются также насекомые-вредители, которые поглощают зеленую массу вместе с алкалоидами без какого-либо вреда для себя.

Алкалоиды — активные и необходимые вещества в процессах биосинтеза, протекающих в растениях. Данное представление о роли алкалоидов большинством ученых считается наиболее достоверным. Имеются многочисленные факты, подтверждающие наличие связи между алкалоидами и биологией растений. Алкалоиды, например, иногда выступают в роли сенсибилизаторов, т. е. веществ, усиливающих чувствительность клеток и тканей растений к отдельным частям солнечного спектра.

Содействуя поглощению растениями солнечных лучей, они ускоряют протекание фазы образования и развития органов плодоношения. Имеются данные о положительном влиянии некоторых алкалоидов на процессы роста растений. Известно широкое использование алкалоида колхицина для получения полиплоидных форм растений, в том числе и самих алкалоидоносов.

Предполагается, что алкалоиды с пиридиновым и пиперидиновым кольцами служат материалом для синтеза пиридин нуклеидных ферментов.

Алкалоидам иногда отводится роль передатчиков кислорода. Эта передача осуществляется через N-оксидные формы алкалоидов. Например, в крестовнике алкалоиды-основания и их пероксиды всегда находятся в определенном равновесии, разном в зависимости от фазы вегетации растения. Указывается, что алкалоиды, будучи весьма динамичными, играют роль внутренних буферов в растительной клетке при азотистом питании. Так, при длительном голодании, вызывающем распад белков, идет накопление алкалоидов.

Имеются высказывания даже о том, что алкалоиды способствуют выздоровлению растений. В подтверждение приводят факты концентрации алкалоидов в органах растений, патологически измененных в результате механических повреждений (атропина — в опытах с беленой, хинина — в коре хинного дерева при соскабливании коры или частичном ее удалении).

В вопросе о роли алкалоидов в каждой из гипотез есть известная доля истины и, если подходить к растению как к целостному организму, то алкалоиды могут быть и «излишними», и запасными, и защитными, и активизирующими рост и развитие растений, и, наконец, веществами другого назначения.

4 Физиологическая и биологическая роль алкалоидов в растениях Часто высказывалось мнение о том, что алкалоиды, так же как смолы, каучук и некоторые другие вещества, являются отбросами растений и не играют какой-либо существенной физиологической роли. Однако алкалоиды играют определенную роль в обмене веществ у растений. Например, показано, что никотин совершенно отсутствует в семенах табака и начинает образовываться уже на первых этапах прорастания семени. С другой стороны, созревание семян табака и накопление в них белков сопровождаются постепенным снижением содержания никотина. Установлена также тесная связь между интенсивностью роста табачного растения и его азотистым питанием, с одной стороны, и образованием никотина, с другой. Весьма интересные данные, свидетельствующие о том, что алкалоиды используются в растении для построения других соединений, получены при исследовании обмена алкалоида горденина. Этот протоалкалоид (не содержащий гетероцикл) — производное тирозина, содержится в значительном количестве в молодых растениях ячменя и постепенно исчезает по мере развития и созревания растений. С помощью изотопного метода показано, что горденин при этом превращается в лигнин. В отношении многих алкалоидов показано, что их содержание в растении подвергается большим колебаниям — за периодами потребления следуют периоды накопления. Таким образом, алкалоиды являются определенной промежуточной формой процесса превращения азотистых соединений в растениях; в этой форме азотистые продукты обмена веществ обезвреживаются и сохраняются. Имеются экспериментальные данные, свидетельствующие о возможном участии алкалоидов в окислительно-восстановительных процессах, происходящих в растениях.

Интересные результаты были получены также при введении в растения махорки никотина, меченного радиоактивным углеродом. Установлено, что значительная часть радиоактивности обнаруживается в никотиновой кислоте, амид которой является коферментом пиридиновых дегидрогеназ. Таким образом, показана роль алкалоида, в данном случае никотина, как источника материала, необходимого для синтеза ферментов. Биологическая роль алкалоидов Окончательно не выяснена. Считается, что:

— Алкалоиды при дыхании растений окисляются в пероксид, который переходит в оксид алкалоида, а освобождающийся при этом активированный кислород используется растением для дальнейшего фотосинтеза.

— Алкалоиды подземных частей, по-видимому, регулируют рост и обмен веществ, т. е. являются стимуляторами и регуляторами роста;

— Алкалоиды выполняют защитную роль.

5 Использование алкалоидов.

Применение алкалоидов в медицине. Медицинское применение растений-алкалоидоносов имеет давнюю историю. В XIX веке, когда первые алкалоиды были получены в чистом виде, они сразу нашли своё применение в клинической практике в качестве лекарственного средства. Многие алкалоиды до сих пор применяются в медицине (чаще в виде солей). В таблице 2 приведены некоторые направления использования алкалоидов.

Таблица 2 — Фармакологическое действие алкалоидов [2].

Применение в сельском хозяйстве. До разработки широкой гаммы относительно малотоксичных синтетических пестицидов некоторые алкалоиды достаточно широко применялись в качестве инсектицидов (соли никотина ианабазина). Их применение было ограничено высокой токсичностью для людей.

Психостимулирующее и наркотическое использование, Многие алкалоиды являются психоактивными веществами. Препараты растений, содержащих алкалоиды, их экстракты, а позже и чистые препараты алкалоидов использовались в качестве стимулирующего и/или наркотического средства. Кокаин и катинон являются стимуляторами центральной нервной системы. Мескалин и многие индольные алкалоиды (такие как псилоцибин, диметилтриптамин, ибогаин) обладают галлюциногенным эффектом. Морфин и кодеин — сильные наркотические обезболивающие.

Кроме того, существуют алкалоиды, не обладающие сильным психоактивным действием, но являющиеся прекурсорами для полусинтетических психоактивных веществ. Например, изэфедрина и псевдоэфедрина синтезируются меткатинон (эфедрон) и метамфетамин.

Использование алкалоидного сырья предполагает несколько направлений:

— Для получения чистых алкалоидов, применяемых в качестве лечебных препаратов. При этом у некоторых растений выделяют сразу несколько алкалоидов;

— Для приготовления галеновых и новогаленовых препаратов в заводских условиях;

— Для приготовления настоев травы плауна-баранца и чистотела. Настои изготовляют и применяют амбулаторно, под наблюдением врача;

— Некоторые алкалоиды используют для получения комплексных препаратов;

— На основании алкалоидов производят синтез новых веществ с необходимыми фармакологическими свойствами. Так, на основе строения алкалоиды кокаина были проведены работы по синтезу анестезирующих средств, в итоге чего синтезирован новокаин.

Заключение

В данной работе поставила определенную цель, в которой заключается изучение всех основных свойств, их классификации, строение, использование и роль алкалоидов.

Рассмотрела строение и классификацию алкалоидов, а так же узнала основные алкалоиды, содержащиеся в растительном сырье. Как ведул алкалоиды себя алкалоиды в растениях, их роль. Как используются и где применяются алкалоиды.

Алкалоиды — это природные азотсодержащие органические соединения основного характера, имеющие сложный состав и обладающие сильным специфическим действием.

алкалоид растение медицина.

Список использованных источников

.

1 Рязанова, Т. В. Химия древесины. Часть 1. Строение и свойства древесины. Экстрактивные вещества: учебное пособие для студентов вузов/ Т. В. Рязанова, Н. А. Чупрова, Е. В. Исаева. — Красноярск: СибГТУ, 2011. -145 с.

2 Губский, Ю. И. Биологическая химия [Текст] / Ю. И. Губский. — Киев-Харьков: Новая книга, 2007. — Режим доступа: http://belki.com.ua/alkaloidi.html.

3 Агарков, Д. Ю. Лекарственные растения и сырье содержащие алкалоиды [Текст]: автореф. дис. … канд. биол. наук. / Д. Ю. Агарков. — М.:МГУ, 2006. — 24с.

4 Самойлов Н. Ю. Растения, содержащие алкалоиды [Текст]: автореф. дис. … канд. биол. наук. / Н. Ю. Самойлов. — М.:МГУ, 2000. — 50с.

5 Беляева, Л. А. Биохимия растений [Текст] / Л. А. Беляева// Представители алкалоидов: сб. докл. — М.: МГУ, 2001. — С.120−128.

6 R. H. F. Manske, The Alkaloids. Chemistry and Physiology. Volume VIII. — New York: Academic Press, 1965. — p. 673.

7 Орехов, А. П. Химия алкалоидов [Текст] / А. П. Орехов. — М.: Лесн. пром-сть, 1989. — 300 с.