59. Алкалоиды. Химическая классификация. Основные свойства; образование солей. Алкалоиды группы пиридина: никотин, анабазин. Алкалоиды группы хинолина: хинин. Алкалоиды групп изохинолина и изохинолинофенантрена: папаверин, морфин, кодеин. Алкалоиды группы тропана: атропин, кокаин

Алкалоиды. Химическая классификация

Алкалоиды — группа азотсодержащих органических соединений природного происхождения (чаще всего растительного), большинство из которых обладает свойствами слабого основания. Некоторые нейтральные и даже слабокислотные соединения также относятся к алкалоидам. Иногда алкалоидами называются и синтетические соединения аналогичного строения.

Термин «Алкалоид» («похожий на щелочь») был предложен в 1819 фармацевтом В.Мейснером. 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: 1) атом азота должен быть частью гетероциклической системы; 2) соединение должно иметь сложную молекулярную структуру; 3) оно должно проявлять значительную фармакологическую активность; 4) иметь растительное происхождение.

Лекарственные свойства Алкалоидов были известны человеку с древнейших времен, их использовали как яды, колдовские зелья, а также в рекреационных целях, однако структура многих из этих соединений была определена относительно недавно.

К настоящему времени выделено свыше 10 000 алкалоидов разнообразных структурных типов, что превышает число известных соединений любого другого класса природных веществ. Неудивительно, что классическое определение Винтерштейна – Трира устарело: соединения, рассматриваемые большинством химиков и фармакологов как алкалоиды, не отвечают всем его требованиям.

Сложность структуры – слишком расплывчатое понятие, чтобы входить в определение: то, что сложно для одних химиков, кажется простым для других. Фармакологическая активность – неудачный критерий, поскольку многие вещества проявляют ее, если присутствуют в достаточных дозах. Если включить ее в определение, придется оговорить уровень доз. Многие вещества со структурой классических алкалоидов получены из материалов нерастительного происхождения – тканей животных, грибов (в том числе плесневых), бактерий. Так что новое определение понятия «алкалоид», с одной стороны, должно охватывать возможно большее число соединений, относимых к алкалоидам большинством исследователей, а с другой – исключать такие классы природных азотсодержащих соединений, как алифатические амины, аминокислоты, аминосахара, белки и пептиды, нуклеиновые кислоты, нуклеотиды, птерины, порфирины и витамины. Следующее определение, предложенное У.Пельтье, отвечает этим условиям и поэтому получило широкое признание: алкалоид – это циклическое органическое соединение, содержащее азот в отрицательной степени окисления и имеющее ограниченное распространение среди живых организмов.

Классификация алкалоидов проводится по двум основаниям: по родам растений, в которых они встречаются, или на основании сходства молекулярной структуры. Классы алкалоидов, члены которых объединены по источнику выделения, – это алкалоиды аконита, аспидоспермы, хинного дерева, спорыньи, эфедры, ибоги, ипекакуаны, люпина, опийного мака, раувольфии, крестовника, картофеля, стрихноса (рвотного ореха) и иохимбе. Химическая классификация основана на особенностях молекулярного азотно-углеродного скелета, общих для членов данной группы алкалоидов. Главные структурные классы включают пиридиновые (никотин), пиперидиновые (лобелин), тропановые (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) алкалоиды:

Основные свойства, образование солей

Благодаря основному характеру, алкалоиды при взаимодействии с кислотами образуют соли. Это свойство алкалоидов широко используется при выделении и очистке алкалоидов, их количественном определении и получении препаратов. Другими общими химическими свойствами всех алкалоидов является образование осадков с солями тяжелых металлов, с комплексными соединениями, с некоторыми органическими соединениями кислого характера (пикриновая кислота, танин). Образующиеся комплексные соединения мало или совсем нерастворимы в воде. Эти свойства алкалоидов используются для их обнаружения.

Кроме того, каждому алкалоиду присущи свои химические свойства, зависящие от его строения (тип фенолов, сложных эфиров и т.п.).

1.Образование нерастворимых простых солей.

а) Реакция с танином. При добавлении к раствору соли алкалоида раствора танина выпадает осадок. При этой реакции образуется нерастворимая соль алкалоида и танина, имеющего кислотные свойства. Реакция имеет большое практическое значение: при отравлении алкалоидами пострадавшему дают пить раствор танина или просто крепкий чай, содержащий много дубильных веществ.

б) Реакция с пикриновой кислотой. Растворы солей алкалоидов дают с пикриновой кислотой желтый осадок. В данном случае сущность реакции точно так же сводится к образованию обычной соли алкалоида и пикриновой кислоты.

в) Реакции с фосфорновольфрамовой и фосфорномолибденовой кислотами приводят к выпадению в осадок нерастворимых солей алкалоидов и названных кислот.

2.Образование двойных (комплексных) солей.

а) Реакция с хлоридом ртути (II) (сулемой) HgCl2. Алкалоиды дают нерастворимые в воде соли HgCl2.

б) Реакция с раствором йода в растворе йодида калия. Указанный реактив (I2+KIaKI3) осаждает шоколадно-коричневый осадок двойной соли алкалоидов.

в) Реакция с раствором йодида висмута в растворе йодида калия (BiI3+KI) протекает аналогично предыдущей. Применяемый при этом реактив часто называют реактивом Драгендорфа.

Алкалоиды группы пиридина: никотин, анабазин.

ПИРИДИНОВЫЕ АЛКАЛОИДЫ, содержат в молекуле остаток пиридина или пиперидина. Широко распространены в природе (найдены в растениях 27 семейств) и включают более 120 представителей. Пиридиновые алкалоиды можно разделить на след. группы: 1) простые производные пиридинаи пиперидина; 2) би- и трициклические неконденсир. производные пиридина и пиперидина; 3) бициклические конденсир. производные пиридина; 4) сесквитерпеноидные алкалоиды. К пиридиновым алкалоидам относят также алкалоиды ликоподиума.

Пиридиновые алкалоиды первой группы выделены из растений родов болиголов (Conium) семейства зонтичных, лобелия (Lobelia) семейства колокольчиковых, клещевина (Ricinus) семейства молочайных, из коры гранатового дерева (Punica granatum L.) семейства гранатовых, плодоварековой пальмы (Агеса catechu L.) семейства пальмовых. Важнейшие представители: кониин (ф-ла I) - первый алкалоид, к-рый удалось синтезировать (в 1886), лобелии (II), ареколин (III) и рицинин (IV).

Представители второй группы - анабазин, никотеллин (V) и никотин (VI). Последний является основным алкалоидом табака (Nicotiana tabacum) семейства пасленовых, представляет собой жидкость с т. кип. 246°С/730 мм рт. ст., d₄ 1,018, [a]_D -169⁰C, раств. в воде. Получается из отходов табачного произ-ва. Никотин-яд (летальная доза для человека -40 мг/кг).

Пиридиновые алкалоиды третьей группы выделены из растений родов горечавка (Gentiana), мытник (Pedicularis), коровяк (Verbascum), валериана(Valeriana), актинидия (Actinidia), подорожник (Plantago) и др. Алкалоиды этой группы имеют в своей структуре пиридиновое кольцо, конденсированное с пяти-, шести- или семичленным циклом, как, напр., у генцианина (VII), педикулинина (VIII) и актинидина (IX). 

Пиридиновые алкалоиды четвертой группы выделены из растений рода бересклет (Euonymus) семейства бересклетовых. Молекулы этих алкалоидовсодержат кроме пиридинового кольца 16-членный макроцикл и сесквитерпеновую часть, представляющую собой полиольный эфир, как у эвонина (X).

Большинство пиридиновых алкалоидов-вязкие жидкости с резким запахом или кристаллич. в-ва с низкими т-рами плавления. Их окисление приводит к образованию пиридинкарбоновых к-т. Многие пиридиновые алкалоиды ядовиты, напр. кониин вызывает паралич двигательных нервов. Нек-рые применяются в медицине, в частности лобелин-как стимулятор дыхания.

Никоти́н — алкалоид, содержащийся в растениях семейства паслёновых (Solanaceae), 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. Никотин — сильнодействующий 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.

Химические свойства 

Никотин — гигроскопичная маслянистая жидкость с горьким вкусом, легко смешивающаяся с водой в основной форме. Как амин, никотин образует соли с кислотами, которые обычно твёрдые и водорастворимые. Никотин легко проникает через кожу. Основной никотин сгорает при температуре ниже точки кипения, а его пары воспламеняются при 95 °C в воздухе, несмотря на низкое давление пара. По этой причине бо́льшая часть никотина сгорает при выкуривании сигареты, однако, вдыхаемой части достаточно для получения требуемых эффектов.

Никотин легко окисляется до нетоксичной никотиновой кислоты (витамин PP). Однако в организме человека отсутствуют ферменты, необходимые для такого окисления. Поэтому даже хронические курильщики могут страдать от недостатка этого витамина.

Синонимы: 1-метил-2-(3-пиридил)пирролидин Внешний вид: бесцветн. маслянистая жидкость Брутто-формула (система Хилла): C₁₀H₁₄N₂ Молекулярная масса (в а.е.м.): 162,23 Температура плавления (в °C): -30 Температура кипения (в °C): 247,3 Растворимость (в г/100 г или характеристика): вода: растворим  диэтиловый эфир: смешивается  петролейный эфир: легко растворим  хлороформ: легко растворим  этанол: смешивается  Природные и антропогенные источники: Содержится в табаке. Плотность: 1,014 (20°C, г/см³) Показатель диссоциации: pK_BH⁺ (1) = 8,02 (25 C, вода) pK_BH⁺ (2) = 3,42 (25 C, вода) Летальная доза (ЛД50, в мг/кг): 0,3 (мыши, внутримышечно) Разные дозы: Смертельная доза для человека перорально 50-100 мг.

Анабази́н C₁₀H₁₄N₂ — алкалоид пиридинового ряда, содержащийся в ежовнике безлистном (Anabasis aphylla L.), а также втабаке. Гидрохлорид анабазина - лекарственное средство, снижает влечение к курению. Сульфат анабазина применяется как инсектицид для опрыскивания плодовых и овощных культур. Анабазин — сырье для получения никотиновой кислоты.

Анабазин присутствует в следовых количествах в табачном дыме и может быть использован как индикатор того, что человек был подвержен воздействию табачного дыма^[1].

АНАБАЗИН ( пиперидил пиридин), алкалоид, содержащийся в ежовнике безлистном (Anabasis aphylla L.) и в табаке (Nicotiana tabacum) наряду со своим изомером-никотином. Бесцв. вязкая жидкость, желтеющая на воздухе и на свету; т. кип. 276°С, 104-105 °С/2 мм рт. ст.; d₂₀²⁰ 1,0455; п_D²⁰1,5430;  -82,20°. Легко раств. в воде и орг. р-рителях. Образует соли, напр. дипикрат (т. пл. 200-205 °С). С HNO₂ дает N-нитрозамин, с бензоилхлоридом-N-бензоиланабазин, с алкилирующими агентами-N-алкиланабазины. В пром-сти анабазин выделяют из ежовника безлистного. Анабазин-ганглионарный яд, по действию на организм подобен никотину; ЛД₅₀ 10,2 мг/кг (мыши, внутрибрюшинно). В малых дозах возбуждает центр. нервную систему, усиливает дыхание, повышает артериальное давление. Легко всасывается через кожу и может вызвать отравление. Гидрохлорид анабазина-лек. ср-во, облегчающее отвыкание от курения. Ранее т. наз. анабазин-сульфат (смесь сульфатов разл. алкалоидов, содержащая 35-40% анабазина) использовался как инсектицид, а также для лечения вшивости и стригущего лишая у животных, но из-за высокой токсичности снят с произ-ва.