Алкалоиды - вторичные метаболиты растений. Учебное пособие

Никотин – сильно ядовитое вещество. Весьма токсичный алкалоид, содержание которого в листьях табака (Nicotiana tabacum L.) доходит до 8 %. Он действует на центральную и периферическую нервную систему. При отравлении никотином смерть наступает от паралича дыхания.

Кониин выделен из семян болиголова крапчатого (Conium mасulatum L.). Кониин парализует окончания двигательных и чув-

11

ствительных осязательных нервов, участвующих в иннервации кожи.

Анабазин впервые был выделен не из табака, а из среднеазиатского растения анабазис. (Anabasis aphylla L.).

Атропин содержится в растениях семейства пасленовых (Solanaсеае), белладонне (Atropa belladonna Z.), белене

(Hyoscyamus niger L.), дурмане (Datura stramonium L.).

Природные источники теофиллина – листья чая Camelia sinensis (4%), теобромина – бобы какао Theobroma cacao (1–2%), кофеи-

на – зерна Coffea arabica L. (2%).

Кофеин имеет самую высокую степень метилирования и соответственно может быть получен путем метилирования ксантина, теофиллина и теобромина метилиодидом СН3I.

Физико-химические свойства алкалоидов

Алкалоиды, в состав которых входит кислород, обычно, кристаллические вещества. Алкалоиды бывают и летучими маслянистыми жидкостями, например, никотин.

Большинство алкалоидов оптически активные вещества, без запаха, горького вкуса, с четкой температурой плавления или кипения. Значительное большинство алкалоидов – бесцветные вещества, но известно небольшое число окрашенных алкалоидов, берберин, серпентин, хелеритрин, имеющие желтую окраску; сангвинарин – оранжевую.

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.). Исключение – соли некоторых алкалоидов, плохо растворимые в воде (сульфат хинина, сульфат таспина), а также соли алкалоидов, которые растворяются в органических растворителях.

В растениях алкалоиды находятся чаще всего в виде солей и растворены в клеточном соке.

Основания алкалоидов в большинстве своем хорошо растворимы в органических растворителях и нерастворимы или плохо рас-

12

творимы в воде. Исключение – алкалоиды, которые хорошо растворимы не только в органических растворителях, но и в воде. Например, цитизин, метилцитизин, кофеин и некоторые другие.

Химические свойства алкалоидов

Исходя из функционального состава молекул алкалоидов, можно выделить:

–реакции общего характера для всех (или почти всех) алкалои-

дов;

–реакции частного характера, обусловленные «персональной» химической структурой.

К реакциям общего характера следует отнести те реакции, которые обусловлены присутствием основного атома азота во всех соединениях этого природного класса органических веществ.

Реакции солеобразования с различными кислотами, которые в зависимости от вида кислоты могут образовывать либо соли с хорошей растворимостью в воде (хлориды, ацетаты), что и используется для извлечения алкалоидов из растений, либо окрашенные соли различной степени растворимости с такими кислотами, как фосфорномолибденовая, фосфорновольфрамовая, кремневольфрамовая, используемых для открытия алкалоидов в растениях, в препаратах, в растворах.

Методики определения состава и количественного содержания алкалоидов

Приготовление извлечения из растительного сырья

а) 1 г измельченного растительного сырья помещают в колбу вместимостью 100 мл, заливают 25 мл 1%-ной НСl и нагревают на кипящей водяной бане в течение 5 мин. После охлаждения извлечение фильтруют через бумажный фильтр (извлечение А).

ЛРС + НСl →экстракт алкалоидов

13

б) 2 г измельченного растительного сырья помещают в колбу вместимостью 100 мл, добавляют 1 мл 10% раствора аммиака и 20 мл хлороформа и оставляют на 1 ч при периодическом перемешивании. Хлороформное извлечение отфильтровывают в делительную воронку вместимостью 100 мл и алкалоиды извлекают 15 мл 1% НСl (извлечение Б).

ЛРС + NH4OH + CHCl3 → CHCl3-экстракт → +НСl→ НСl –

экстракт алкалоидов

Качественный анализ сырья, содержащего алкалоиды

Качественные реакции на алкалоиды можно разделить на общие и групповые. Общие реакции основаны на том, что алкалоиды с некоторыми веществами способны образовывать нерастворимые в воде соединения. Наиболее часто для осаждения применяют растворы йодида калия, йодида ртути, висмута в йодиде калия, фосфорномолибденовой, фосфорновольфрамовой и пикриновой кислот, свежеприготовленный раствор танина и др.

Т а б л и ц а 3

Качественные реакции солеобразования для обнаружения алкалоидов

14

Для проведения общеалкалоидных реакций обычно готовят кислотное извлечение.

Следует иметь в виду, что с общеалкалоидными реактивами положительную реакцию дают и некоторые другие группы органических соединений растительного происхождения, которые могут переходить в кислотное извлечение (белки, продукты их распада и др.).

Поэтому, для получения более достоверных результатов по выявлению алкалоидов проводят ряд реакций осаждения с экстрактами и повторяют с очищенным извлечением.

Рис. 1. Общие реакции алкалоидов

15

К общеалкалоидным реактивам относятся: реактив Майера (раствор дихлорида ртути и йодида калия); реактив Вагнера и Бушарда (растворы йода в йодиде калия); реактив Драгендорфа (раствор нитрата висмута основного и йодида калия с добавлением уксусной кислоты) (см. табл. 3).

Групповые реакции проводят, если необходимо установить присутствие группы алкалоидов, сходных по химической структуре. Это, как правило, цветные или микрокристаллоскопические реакции. Групповые реакции проводят с очищенной суммой алкалоидов.

Для цветных реакций применяют концентрированную серную кислоту, содержащую формалин (реактив Марки); концентрированную серную кислоту, содержащую молибдат аммония (реактив Фреде) и др.

Для более четкой идентификации используют реакции на отдельные функциональные группы. К числу таких реакций, в частности, относятся мурексидная проба на пуриновые алкалоиды, реакция Витали-Морена – на тропановые и т.д.

Широко используются микрокристаллоскопические реакции, особенно с пикриновой кислотой. В этом случае присутствие того или иного алкалоида определяют по форме образующихся кристаллов.

Методы определения содержания алкалоидов

Весь процесс количественного определения алкалоидов в растительном сырье можно разделить на три основных этапа: 1) извлечение алкалоидов из растительного сырья; 2) очистка полученных извлечений и, если требуется по методике, выделение из полученной суммы индивидуальных соединений; 3) определение содержания алкалоидов тем или иным приемом.

Пункты 1 и 2 в большинстве своем одинаковы для всех групп алкалоидов. Что касается третьего пункта, то в каждом случае подбирается оптимальный прием, поскольку алкалоиды имеют самое разнообразное химическое строение.

16

Гравиметрический способ количественного определения алкалоидов

Среди методов количественного определения можно выделить гравиметрический способ, основанный на осаждении суммы алкалоидов пикриновой кислотой (или другими реагентами) и последующем взвешивании сухого остатка, доведенного до постоянной массы. Этим методом, в частности, пользуются для количественного определения скополамина в семенах дурмана индейского.

Титриметрический способ – основан на способности алкалоидов к солеобразованию и широко применяется для количественного определения тропановых алкалоидов.

Колориметрический способ – основан на способности алкалоидов образовывать стабильные окрашенные продукты реакции, интенсивность окраски которых прямо пропорциональна концентрации взаимодействующих веществ. Этим способом, в частности, определяют содержание платифиллина в траве крестовника плосколистного.

Спектрофотометрический метод – определяются алкалоиды,

растворы которых имеют специфическое светопоглощение в УФ части спектра. Этим методом пользуются для определения содержания цитизина в траве термопсиса очередноцветкового.

Поскольку алкалоиды являются оптически активными соединениями, способны к окислительно-восстановительным реакциям, флуоресцируют в УФ, к ним применимы такие методы количественного определения, как поляриметрия, полярография и флуориметрия.

Хроматографический анализ суммы алкалоидов травы термопсиса

На полоске хроматографической бумаги размером 8×40 см, на стартовой полосе, отстоящей на 3 см от края, обозначают карандашом три стартовые точки. В одну из них наносят 10–12 капель уксуснокислого извлечения из травы термопсиса (1:10), в другую – 2–3 капли раствора алкалоида цитизина, в третью – 4–5 капель

17

раствора алкалоида пахикарпина. После нанесения каждой капли дают возможность ей высохнуть. По окончании нанесения капель полосу хроматографической бумаги помещают в хроматографическую камеру с подвижной фазой, опустив конец бумаги так, чтобы стартовая линия не смачивалась. Когда фронт растворителя продвинется на 20–30 см от стартовой линии, бумагу вынимают, отмечают простым карандашом фронт растворителя. Хроматограмму высушивают на воздухе. Проявляют реактивом Драгендорфа. На желтом фоне бумаги алкалоиды проявляются в виде оранжевых пятен. По положению пятен на бумаге определяют величину Rf. Величина Rf – это отношение расстояния, пройденного исследуемым веществом от стартовой линии до центра пятна, к расстоянию, пройденному подвижной фазой от стартовой линии до фронта растворителя.

Количественное определение суммы алкалоидов в сырье растений семейства пасленовых

Определение проводится по методике ГФ ХI: аналитическую пробу сырья измельчают до размера частиц, проходящих сквозь сито с отверстиями диаметром 1 мм. Около 10 г измельченного сырья помещают в колбу вместимостью 250 мл, приливают 150 мл диэтилового эфира, 7 мл раствора аммиака и взбалтывают смесь в течение 1 ч. Эфирное извлечение быстро фильтруют через вату в колбу вместимостью 200 мл, прикрывая воронку часовым стеклом. К фильтрату приливают 5 мл воды, энергично взбалтывают и оставляют до просветления эфирного слоя, после чего отмеряют 90 мл эфирного извлечения в делительную воронку вместимостью 200 мл. Цилиндр дважды ополаскивают эфиром порциями по 10 мл, которые присоединяют к отмеренному эфирному извлечению. Из эфирного извлечения алкалоиды максимально извлекают 1% раствором хлористоводородной кислоты порциями по 20, 15, 10 мл (проба с реактивом Майера), каждый раз фильтруя через смоченный водой бумажный фильтр диаметром 5 см во вторую делительную воронку такой же вместимости. Фильтр промывают дважды 1% раствором хлористоводородной кислоты по 5 мл, при-

18

соединяя промывную жидкость к общему кислотному извлечению. Кислотное извлечение подщелачивают раствором аммиака до щелочной реакции по фенолфталеину и алкалоиды извлекают последовательно 20, 15, 10 мл хлороформа, взбалтывая по 3 мин. Хлороформные извлечения фильтруют в колбу для отгонки вместимостью 100 мл через бумажный фильтр, на который предварительно помещают 4–5 г свежепрокаленного безводного натрия сульфата, смоченного хлороформом. Фильтр дважды промывают хлороформом по 5 мл. Хлороформ отгоняют на водяной бане до объема 1– 2 мл, остаток хлороформа в колбе удаляют продуванием воздуха до полного исчезновения запаха растворителя. Сухой остаток растворяют в 15 мл раствора хлористоводородной кислоты (0,02 моль/л) при подогревании на водяной бане, прибавляют 2 капли спиртового раствора метилового красного и 1 каплю раствора метиленового синего и избыток хлористоводородной кислоты оттитровывают раствором натра едкого (0,02 моль/л) до появления зеленой окраски. Содержание суммы алкалоидов в пересчете на гиосциамин в абсолютно сухом сырье в процентах (X) вычисляют по формуле:

Х = (15 – V) × 0 005780 × 100 × 100 / m × (100 – W),

где 0,005780 – количество алкалоидов в пересчете на гиосциамин, соответствующее 1 мл раствора хлористоводородной кислоты (0,02 моль/л), г; V – объем раствора натра едкого (0,02 моль/л), израсходованного на титрование, мл; m – масса сырья, соответствующая отмеренному объему эфирного извлечения, г; W – потеря в массе при высушивании сырья, %.

Применение алкалоидов

Алкалоиды – физиологически очень активны и находят широкое применение в медицине, ветеринарии, в пищевой промышленности и сельском хозяйстве. Алкалоиды могут оказать как лечебное действие, так и убить – в зависимости от дозы.

19

Значительная часть алкалоидного сырья используется для промышленного получения экстракционных препаратов: настойка перца, красавки, чемерицы, пассифлоры, белены и др. Известны алкалоидные лекарственные препараты: хинин, морфин, кодеин, папаверин, резерпин, эфедрин, кофеин бензоат Na, платифиллин, раунатин, атропин, стрихнин, кофеин и др. и их производные: дибазол, но-шпа, новокаин, лидокаин, диплацин, промедол и др. В ветеринарии алкалоиды также используются как лекарственные препараты.

Т а б л и ц а 4

Растения, используемые в качестве основы для препаратов

20