Начало презентации

Введение Историческая справка. Структура алкалоидов Открытие некоторых алкалоидов Алкалоиды в природе (локализация в растительных организмах ) Процессы биосинтеза алкалоидов Использование в медицине Заключение Список литературы

Введение Как класс органических соединений, алкалоиды интересны с точки зрения структуры и физиологических действий, оказываемых на животный организм. Для начала, т.к. работа является по большей части обзорной, дадим краткую характеристику алкалоидов, как класса. Коснемся истории открытия отдельных представителей алкалоидов, дадим определение, рассмотрим возможные функции алкалоидов. Чтобы четко понимать механизм образования алкалоидов, обратим внимание на биосинтез некоторых гетероциклических оснований, а также на пути выделения алкалоидов в растениях и установление структуры. Далее по плану – распространение алкалоидов в природе (локализация в растительном организме). Остановимся подробно на важной информации о продуцентах алкалоидов, которыми и являются растения. Этот блок будет включать информацию непосредственно о интересующем нас роде алкалоидов Carex (краткая ботаническая характеристика, химический состав, полезные свойства) на территории европейского северо-востока России. Будут рассмотрены растения (в том числе, различные виды осок), содержащие алкалоиды вида Carex, произрастающие на Европейском северо-востоке России. К содержанию

Историческая справка. Структура алкалоидов Алкалоиды – гетероциклические азотосодержащие вещества щелочного характера, обладающие сильным физиологическим действием. Во второй половине 18 века и в начале 19 века, при изучении химического состава растений, были выделены отдельно сложные производственные гетероциклов, получившие впоследствии объединяющее название алкалоиды. Сам термин был введен В. Мейснером в 1819 году: по-латыни alkali-щелочи, oides-подобный, то есть подобные щелочам. Современное определение алкалоидам впервые было дано в 1910 году Э. Винтерштейном и Г. Триром. В определении были сформулированы основные условия, которым должен отвечать истинный алкалоид: - растительное происхождение; - сложная молекулярная структура соединения; - атом азота – часть гетероциклической системы; - проявление высокой фармакологической активности. На сегодняшний день классическое определение Винтерштейна – Трира несколько устарело, так как соединения, рассматриваемые большинством химиков и фармакологов как алкалоиды, не отвечают всем его требованиям. Это не удивительно, ведь известно свыше 5000 алкалоидов, строение установлено примерно для К содержанию

Определение сложная молекулярная структура соединения слишком расплывчато и не дает представления о положении в целом. Термин высокая фармакологическая активность – применен не слишком корректно, так как фармакологическая активность веществ во многом зависит от уровня доз, и проявляется, при достаточном содержании многими веществами, не имеющими отношения к алкалоидам. Учитывая все вышеперечисленное было предложено новое определение понятия алкалоид, которое безусловно охватывает большее число соединений, исключая тем не менее такие классы природных азотсодержащих соединений, как аминокислоты, аминосахара, алифатические амины, белки и пептиды, нуклеотиды, нуклеиновые кислоты, витамины, птерины, порфирины. Новое определение было сформулировано У. Плетье: Алкалоид – это циклическое органическое соединение, содержащее азот в отрицательной степени окисления и имеющее органическое распространение среди живых организмов. Определение, отвечает необходимым условиям и получило повсеместное признание. Достоинство определения алкалоидов, предложенного Плетье, состоит в том, что подтверждает отнесение к алкалоидам большинства тех соединений, которые, хотя традиционно считаются алкалоидами, не подходят под классическое определение Винтерштейна – Трира. Это, например, колхицин, пиперин, b - фенилэтиламины, рицинин, генцианин, буфотоксин.

Структура алкалоидов Достаточно взглянуть на формулы нижеприведенных соединений, чтобы стало очевидным, почему химики, при попытках уяснить их природу и взаимные отношения, наталкивались на трудности. Например, колхицин и пиперин не имеют основного характера, в то же время колхицин и такие b -фенилэтиламины, как мескалин, не являются гетероциклами: Простые низкомолекулярные производные аммония и циклические полиамины, например, путресцин H2N(CH2)4NH2, спермидин H2N(CH2)4NH(CH2)3NH2 и спермин H2N(CH2)3NH(CH2)4NH(CH2)3NH2, в список алкалоидов не включаются из-за отсутствия циклического фрагмента в структуре молекулы. Требование наличия азота в отрицательной степени окисления (с.о.) обусловливает включение в список алкалоидов аминов (с.о. –3), амин оксидов (–1), амидов (–3) и четвертичных аммониевых солей (–3), но исключает нитро- (+3) и нитрозо- (+1) соединения. Еще одним критерием является условие ограниченной распространенности в живой природе, иначе почти все природные азотистые соединения можно было бы причислить к алкалоидам.

Поскольку структурой соединения определяется его принадлежность к алкалоидам, антибиотики соответствующей структуры (например, циклосерин, глиотоксин, митомицин С, пенициллин, стрептомицин и стрептонигрин) могут быть причислены к алкалоидам. Для классификации алкалоидов обычно используются две системы: по родам растений, в которых встречаются алкалоиды; по сходной структуре строения молекул. Алкалоиды аконита, аспидоспермы, хинного дерева, спорыньи, эфедры, боги, ипекакуаны, люпина, опийного мака, раувольфии, крестовника, картофеля, стрихноса (рвотного ореха) и йохимбе – это классы алкалоидов, члены которых объединены по источнику выделения. Классификация по химическому составу основана на особенностях молекулярного азотно-углеродного скелета, который является одинаковым для членов данной группы алкалоидов. Алкалоиды, составляющие основные структурные классы - пиридиновые (никотин), пиперидиновые (лобелин), пропановые (гиосциамин), хинолиновые (хинин), изохинолиновые (морфин), индольные (псилоцибин, активное начало мексиканских галлюциногенных грибов, резерпин и стрихнин), имидазольные (пилокарпин), стероидные (томатидин из томатов), дитерпеноидные (аконитин), пуриновые (кофеин из чая и кофе, теофиллин из чая и теобромин из чая и какао):

Открытие некоторых алкалоидов Начало химии алкалоидов обычно относят к 1803, когда Л.-Ш. Деронь выделил из опиума – высохшего на воздухе млечного сока снотворного (опийного) мака Papaver somniferum – 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. Сократа в 399 до н.э., когда великий философ был вынужден выпить чашу с настоем болиголова (Conium maculatum); кодеин – близкий к морфину алкалоид, являющийся ценным обезболивающим и противокашлевым средством; пиперин – алкалоид черного перца (Piper nigrum); берберин – алкалоид из корней барбариса обыкновенного (Berberis vulgaris); стрихнин – очень ядовитый алкалоид,содержащийся в семенах чилибухи (Strychnos nux-vomica) и используемый при некоторых сердечных болезнях и для истребления грызунов; эметин содержится в корне ипекакуаны (Cephaelis ipecacuanha, рвотный корень) – рвотное и противопротозойное средство, применяется для лечения амебной дизентерии; кокаин содержится в листьях тропических растений рода Erythroxylum, главным образом в коке (E. coca), используется в медицине как местноанестезирующее средство: К содержанию

Алкалоиды в природе (локализация в растительных организмах). Согласно данным, берущим свои истоки из трудов академика А.П. Орехова (1955), алкалоиды находятся не во всех растениях и число последних невелико. Но из-за малого изучения растений в этой области можно ожидать определенных перемен в сторону увеличения числа видов алкалоид содержащих растений. Распределение алкалоидов между ботаническими видами довольно неравномерно. Некоторые семейства богаты алкалоидоносными представителями, в других царит отсутствие таковых. Часто растения, стоящие близко одно к другому в системе ботанической классификации, заключают в себе ряд алкалоидов, весьма близких по своему строению и образующих естественную группу. Но известны случаи, когда из двух весьма близких между собой ботанических видов один богат алкалоидами, а другой или совершенно их не содержит, или же содержит алкалоиды другого строения. Раньше считалось, что определенные алкалоиды являются характерными и специфичными для определенных ботанических семейств или даже видов, и не встречаются ни в каких других растениях. Однако по мере рассмотрения этого вопроса выявился ряд случаев, когда один и тот же алкалоид был найден в растениях, стоящих очень далеко одно от другого в ботанической классификации и принадлежащих к совершенно разным свойствам. Поскольку число таких случаев довольно велико, их нельзя считать исключениями и не может идти речи о строгой ботанической специфичности алкалоидов. К содержанию

Процессы биосинтеза алкалоидов В основе биосинтеза алкалоидов лежит образование соответствующих гетероциклов. Исходными веществами для образования гетероциклов, содержащих азот, являются аминокислоты или продукты их декарбоксилирования - амины. Приведем конкретные схемы образования ряда гетероциклов на основании опытов по кормлению растений мечеными аминокислотами. Меченые атомы углерода обозначены звездочками. Глутаминовая кислота и орнитин служат источниками образования пирролидина: Орнитин, введенный в листья белены, включается в тропа новое кольцо гиосциамина: Никотиновая кислота и орнитин в листьях табака превращаются в никотин: Из никотиновой кислоты у клещевины образуется рицинин, а сама никотиновая кислота возникает из аспарагиновой кислоты и глицеринового альдегида: При кормлении мака Papaver somniforum мечеными фенилаланином и тирозином был получен морфин, содержащий изохинолиновое кольцо. Лизин превращается в амин кадаверин, который является непосредственным предшественником анабазина, лупинина, спартеина и других алкалоидов: Тирозин служит источником горденина; из фенилаланина образуется эфедрин. Алкалоид из проростков ячменя грамин образуется из триптофана: При синтезе стероидных алкалоидов атом азота внедряется в кольцо при помощи реакции трансаминирования. К содержанию

Использование в медицине В качестве средства для ускорения родов, бревиколлин применяют в акушерской практике (в случаях родовых потуг и раннем отхождении вод), также при заболеваниях, когда целесообразно уменьшить возбудимость узлов вегетативного отдела нервной системы (облитерирующий эндартериит, перемежающаяся хромота, ганглиониты и др.). Распространение получил препарат бревиколлина гидрохлорид (Brevicollini hydrochloridum). Это кристаллический порошок светло-кремовый с желтоватым оттенком. Растворим в воде, легко растворим в спирте. Как маточное средство бревиколлин назначают внутрь в виде 3 % раствора по капель на прием 4-5 раз в день с интервалами 1 час. При внутримышечном введении эффект оказывается значительно быстрее. Назначают в мышцу по 1-2 мл 2 % раствора (0,02-0,04 г) 3-4 раза в день с интервалом 1 час между инъекциями. Широко используется бревиколлин, как спазмолитическое средство при спазмах периферических сосудов и ганглиотитах. Назначают в 3 % растворе по капель на прием 2 раза в день. Побочные эффекты шум в ушах, чувство оглушения (обычно исчезают при уменьшении дозы). Не рекомендуется к использованию при язвенной болезни желудка и острых гастритах в стадии обострения, т.к. препарат обладает местным раздражающим действием п Запрещается вводить препарат под кожу. К содержанию

Заключение В данной работе я подробно рассмотрел все что касается алкалоидов. Было дано точное определение, исходя из которого я смог провести классификацию по тому или иному признаку. Затронул историю открытия алкалоидов. На примерах разобрали особенности строения и молекулярную структуру некоторых представителей. Отмечен вопрос о распространении алкалоидов в природе и их локализации в растительном организме, коснулись функций алкалоидов в растениях. На конкретных примерах был представлен биосинтез некоторых гетероциклических оснований. Рассмотрел подробно методы их выделения из растений и способы установления структуры. Возможно, нам удастся обнаружить наличие алкалоидов и в представителях рода Carex, произрастающих на наших северных территориях. Исследования в этой области продолжаются, с расчетом обнаружить какую-нибудь закономерность появления алкалоидов на различных территориях. Широкое повсеместное использование алкалоидов и препаратов, приготовленных на их основе, лучше слов говорит о пользе этого уникального явления природы. К содержанию

Список литературы: 1. Орехов А.П. Химия алкалоидов. - М.:Издательство Академии Наук СССР, Турова А.Д. Лекарственные растения СССР и их применение. – М.: Медицина, – 424 с. 3. Гребинский С.О. Биохимия растений. - Львов: Вища школа, с. К содержанию Работу выполнил Стороженко Дмитрий 11-В класса