Коноплева 2013

IV. Экологические факторы.

1. Температура.

Теплая погода способствует увеличению содержания алкалоидов в растениях, холодная тормозит этот процесс, а заморозки могут действовать губительно.

2. Свет (освещенность).

Определенной закономерности нет, но значительно чаще интенсивное освещение способствует увеличению содержания алкалоидов. Например, увеличение освещенности стимулирует накопление алкалоидов у термопсиса, паслена дольчатого, у других подавляет их образование (табак, дурман обыкновенный).

3. Влажность.

Среди алкалоидоносных растений имеются засухоустойчивые и влаголюбивые, но для большинства растений избыток влаги неблагоприятно влияет на накопление алкалоидов (красавка, хинное дерево, мак снотворный).

4. Высота над уровнем моря.

Для ряда растений увеличение высоты над уровнем моря положительно влияет на содержание алкалоидов, но до определенной высоты. Например, содержание алкалоидов у красавки увеличивается с высотой произрастания, оптимум наблюдается на высоте 1500 м, после чего их содержание уменьшается.

При подъеме в горы некоторые растения теряют свои ядовитые свойства: болиголов пятнистый в горах не содержит кониина.

Большое влияние на накопление алкалоидов оказывают географическое положение и климатические условия.

Установлено, что алкалоидсодержащие растения чаще встречаются на юге, в странах с тропическим и субтропическим климатом.

Кроме того, у растений, произрастающих в южных районах, содержание алкалоидов выше.

5. Состав почв (геохимический фактор).

На содержание алкалоидов у многих растений большое влияние оказывает состав почвы. Например, в листьях дурмана обыкновенного, растущего на щелочных почвах, алкалоидов больше, чем в листьях дурмана, растущего на кислых и нейтральных почвах.

На образование алкалоидов большое влияние оказывают определенные химические элементы: марганец, кобальт способствуют увеличению содержания алкалоидов тропанового ряда, медь необходима для образования аминокислот, являющихся предшественниками алкалоидов в растениях, цинк стимулирует синтез и накопление индольных алкалоидов.

243

БИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ АЛКАЛОИДОВ В ЖИЗНИ РАСТЕНИЙ

За многие годы было предложено ряд гипотез, где алкалоидам отводилась различная роль, иногда прямо противоположная.

•Алкалоиды - конечные продукты обмена веществ.

•Алкалоиды - продукты ассимиляции и являются исходными веществами при образовании белков.

•Алкалоиды являются защитными веществами.

•Наибольшего внимания заслуживает теория активного участия алкалоидов в биохимических процессах растительных клеток.

Алкалоиды принимают активное участие в окислительновосстановительных процессах клетки, являясь переносчиком кислорода.

Установлено также, что ряд алкалоидов участвуют в трансметилировании (т.е. способны присоединять, а затем отдавать метильные группы).

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

1.Все алкалоиды содержат в своем составе С, H, N. Кроме того, большинство алкалоидов содержат еще и кислород.

1) Кислородсодержащие алкалоиды обычно твердые кристаллические вещества, чаще бесцветные и реже окрашенные (берберин, хелеритрин - желтые, сангвинарин - оранжевого цвета), без запаха, горького вкуса. Поэтому сырье, содержащее алкалоиды, также имеет горький вкус, но из-за ядовитости алкалоидов вкус его не определяют.

2) Алкалоиды, не содержащие кислорода, - летучие, маслянистые жидкости с неприятным запахом (никотин, кониин, пахикарпин, анабазин и др.), но соли этих алкалоидов – твердые кристаллические вещества.

3) Алкалоиды имеют четкую температуру плавления или кипе-

ния.

2.Некоторые алкалоиды флуоресцируют в УФ-свете (берберин,

хинин).

3.Алкалоиды оптически активны. Причем левовращающие стереоизомеры обычно активнее правовращающих.

4.Растворимость алкалоидов-оснований и их солей различна.

Алкалоиды-основания хорошо растворимы в органических растворителях (хлороформе, эфире, дихлорэтане, спиртах и др.) и практически нерастворимы в воде. Однако имеются алкалоиды, которые хорошо растворимы не только в органических растворителях, но и в воде. Например, цитизин, метилцитизин, кофеин, эфедрин, берберин и др.

244

5.Соли алкалоидов, как правило, хорошо растворимы в воде и спиртах (особенно разбавленных), но плохо или совсем нерастворимы в органических растворителях. Хотя и здесь имеются исключения

-сульфат хинина слабо растворим в воде (1:700), а гидробромид скополамина и гидрохлорид папаверина растворяются в хлороформе.

6.Жидкие алкалоиды перегоняются с водяным паром.

7.Благодаря основному характеру алкалоиды при взаимодействии с кислотами образуют соли. Раствор аммиака, карбонаты и магния оксид разлагают соли алкалоидов до свободных оснований, щелочи могут вызвать деструкцию соединений. Это свойство алкалоидов широко используется при выделении и очистке алкалоидов, их количественном определении, получении препаратов.

8.Алкалоиды, которые содержат фенольный гидроксил, образуют со щелочами феноляты и вступают в реакцию с солями железа (III). Сложные эфиры (атропин, скополамин) омыляются щелочами.

9.Общим химическим свойством всех алкалоидов является образование осадков:

1) с солями тяжелых металлов;

2) с комплексными йодидами;

3) с комплексными кислотами.

Эти свойства алкалоидов используются для их открытия.

ВЫДЕЛЕНИЕ АЛКАЛОИДОВ ИЗ ЛРС

Процесс выделения подразделяют на три этапа:

1.Извлечение алкалоидов из ЛРС.

2.Очистка полученных извлечений.

3.Разделение суммы алкалоидов.

Из ЛРС алкалоиды могут быть извлечены в виде оснований или в виде солей (схемы 17,18).

Извлечение алкалоидов из ЛРС в виде оснований

Вэтом случае соли алкалоидов, в виде которых они содержатся

врастительном сырье, необходимо перевести в основания.

Это достигается добавлением к измельченному сырью щелочей. Затем основания алкалоидов извлекают органическим растворителем (дихлорэтаном, хлороформом, диэтиловым эфиром и др.).

Подбор щелочи

При подборе щелочи учитывают свойства и строение алкалои-

дов.

Сильные щелочи (NaOH, KOH) используют при выделении сильных оснований алкалоидов и алкалоидов, находящихся в ЛРС в виде прочных соединений с дубильными веществами (кора хинного дерева и др.).

245

Схема 17

Схема выделения алкалоидов из ЛРС в виде оснований

246

Схема 18

Схема выделения алкалоидов из ЛРС в виде солей

Их не применяют при выделении алкалоидов:

1)имеющих в молекуле фенольные гидроксилы, т.к. образуются феноляты, нерастворимые в органических растворителях;

2)имеющих сложную эфирную группировку (атропин), т.к. сильные щелочи вызывают гидролиз алкалоидов;

3)при выделении алкалоидов из семян, содержащих жирные масла, т.к. едкие щелочи вызывают омыление жиров. Мыла же способствуют образованию эмульсий, что затрудняет выделение алкалоидов.

Для переведения солей в основания в этих случаях используют обычно раствор аммиака.

247

Извлечение алкалоидов из ЛРС в виде солей

Выделение проводят путем экстрагирования измельченного сырья 1-5% раствором кислоты или подкисленным спиртом.

Для подкисления используют НСl, H2SO4, винную, уксусную кислоты и др., т.е. те кислоты, которые дают с алкалоидами соли, хорошо растворимые в воде или спирте.

В органический растворитель и в воду, кроме алкалоидов, переходят сопутствующие вещества, от которых алкалоиды надо отделить.

Очистка полученных извлечений основана на различной растворимости алкалоидов-оснований и их солей, что дает возможность поочередного переведения алкалоидов из органического растворителя

вводу.

1.Полученные из сырья алкалоиды-основания, находящиеся в органическом растворителе, помещают в делительную воронку и обрабатывают 1-5% раствором кислоты. При этом алкалоиды-основания с кислотами образуют соли, вследствие чего переходят в водный слой, а сопутствующие вещества (хлорофилл, жирные масла, смолистые вещества и др.) остаются в органическом растворителе, который отбрасывают;

2.Полученное извлечение алкалоидов из сырья в виде солей подщелачивают (для переведения солей алкалоидов в основания), затем обрабатывают его органическим растворителем. Основания алкалоидов переходят в органический растворитель, а сопутствующие вещества (органические кислоты, дубильные вещества, сахара и др.) остаются в водном слое, который отбрасывают.

Для более полной очистки эти операции повторяют несколько

раз.

Разделение суммы алкалоидов

Разделить сумму алкалоидов на индивидуальные соединения очень сложно. Отметим основные принципы разделения суммы алкалоидов.

1.Разделение суммы алкалоидов по различной растворимости

ворганических растворителях.

Сумму алкалоидов оснований обрабатывают последовательно органическими растворителями с возрастающей полярностью: эфиром, в который переходит часть алкалоидов, затем хлороформом. В хлороформ могут перейти другие алкалоиды. Иногда таким способом можно достигнуть разделения .

2. Разделение суммы алкалоидов по различной силе основно-

сти.

248

•Если к водному раствору суммы алкалоидов-солей прибавить щелочь в недостаточном количестве для переведения всех солей алкалоидов в основания, то в первую очередь в реакцию вступят соли слабых оснований. При обработке такого раствора органическим растворителем, образовавшиеся слабые основания перейдут в органический растворитель, а соли более сильных оснований останутся в водном слое.

После этого к водному раствору вторично добавляют определенное (недостаточное) количество щелочи и затем этот раствор вновь обрабатывают органическим растворителем. Вытесненные из солей более сильные основания алкалоидов перейдут в новую порцию органического растворителя.

Таким образом, более слабые основания алкалоидов будут в первых фракциях органического растворителя, а более сильные - в последних.

•Если к раствору суммы алкалоидов-оснований в органическом растворителе прибавить недостаточное количество кислоты, то в первую очередь в реакцию вступят сильные основания алкалоидов, тогда как слабые основания останутся в свободном состоянии (в органическом растворителе).

Таким образом, при дробном извлечении алкалоидов из раствора их в органическом растворителе небольшими порциями кислоты, можно получить ряд фракций, в которых алкалоиды распределяются по «силе основности» - в первых фракциях будут находиться сильные основания алкалоидов, в последующих - более слабые.

3. Разделение суммы алкалоидов хроматографическим методом. Этот метод используется как для очистки, так и для разделения алкалоидов.

Разделение алкалоидов основано на том, что они имеют различную адсорбционную способность. Например, хроматографическим методом из сложной смеси алкалоидов мака можно выделить морфин, из суммы алкалоидов эфедры - эфедрин.

Через колонку, заполненную соответствующим сорбентом, пропускают раствор или извлечение, содержащее несколько алкалоидов. Элюирование проводят подходящим растворителем или смесью растворителей. При этом получают несколько фракций, содержащих индивидуальные алкалоиды или менее сложную смесь алкалоидов. Если необходимо, отдельные фракции подвергают повторному хроматографированию.

4. Разделение суммы алкалоидов по различной температуре

кипения.

249

Используют фракционную перегонку при пониженном давлении. Например, кониин и конгидрин (алкалоиды болиголова пятнистого) различаются по температуре кипения.

ОБНАРУЖЕНИЕ АЛКАЛОИДОВ В РАСТИТЕЛЬНОМ СЫРЬЕ

Для обнаружения алкалоидов в растительном сырье чаще всего проводят общие реакции (реакции осаждения) и хроматографию. Для обнаружения какой-либо определенной группы алкалоидов, а также для идентификации отдельных алкалоидов проводят специфические (цветные) реакции, микрокристаллоскопические реакции, хроматографический, люминесцентный анализы и др.

1. Общие (осадочные) реакции на алкалоиды

Эта группа реакций основана на способности алкалоидов давать нерастворимые в воде соединения с солями тяжелых металлов, с комплексными йодидами, комплексными кислотами и другими соединениями кислотного характера.

Эти реакции позволяют установить наличие алкалоидов даже при незначительном их содержании.

Реакции проводят с неочищенным извлечением. Обязательным условием является кислая среда (в щелочной - осадки не образуются или же образуются за счет разрушения реактивов). Реакции проводят с минимальным количеством реактива, капельно! Избыток реактива приводит к растворению осадка.

Для проведения реакций алкалоиды из ЛРС извлекают 1-5% раствором хлористоводородной или уксусной кислоты в соотношении 1:10, при кипячении 5 мин.

Реакции проводят со следующими реактивами:

1) Реактив Майера (раствор дийодида ртути в йодиде калия):

HgI2 + 2KI = K2HgI4.

В слабокислых или нейтральных растворах реактив Майера образует с алкалоидами белый или желтоватый осадок.

2)Реактив Драгендорфа (раствор йодида висмута в йодиде

калия): BiI3 + KI = KBiI4.

C большинством алкалоидов образуются оранжево-красные или кирпично-красные осадки. Этот реактив часто используют для обработки хроматограмм.

Приготовление реактивов Майера и Драгендорфа изложено в ГФ РБ (Т. 1, с. 372, 389 соответственно).

3)Реактивы Вагнера*, Бушарда* (раствор йода в растворе йодида калия в различных концентрациях):

I2 + KI = КI3. С алкалоидами образуют бурые осадки.

250

4) Реактив Марме* (раствор йодида кадмия в растворе йодида калия).

С алкалоидами образует беловатые или желтоватые осадки.

_______________________________

*Примечание. Приготовление реактивов:

Вагнера: 1,27 г йода растворяют в 100 мл 2% водного раствора йодида ка-

лия;

Бушарда: 1 г йода растворяют в 50 мл 4% водного раствора йодида калия; Марме: 10 г йодида кадмия растворяют в 100 мл 20% горячего водного рас-

твора йодида калия.

С комплексными кислотами:

5)Раствор фосфорно-молибденовой кислоты образует с алкалоидами желтоватые осадки, которые приобретают через некоторое время синее или зеленое окрашивание вследствие восстановления молибденовой кислоты.

6)Раствор фосфорно-вольфрамовой кислоты с алкалоидами образует белые осадки.

7)Раствор кремне-вольфрамовой кислоты осаждает многие алкалоиды в виде белых осадков. Эта реакция используется для ориентировочной количественной оценки содержания алкалоидов по обилию осадка и по числу капель последовательно прибавляемого реактива, необходимого для осаждения алкалоидов.

8)Раствор таннина образует с алкалоидами беловатые или желтоватые аморфные осадки.

9)Раствор пикриновой кислоты - желтые кристаллические осадки - пикраты.

10)Раствор пикролоновой кислоты - желтые осадки - пикро-

лонаты.

Следует учитывать, что не все алкалоиды осаждаются алкалоидными реактивами. Например, стрихнин, морфин осаждаются реактивом Майера, а кофеин и колхицин - нет. Поэтому обычно проводят реакции с 5 - 6 реактивами, не меньше. Кроме того, следует учитывать, что с этими реактивами могут давать осадки и другие соединения основного характера, не относящиеся к алкалоидам (холин, бетаин и др.).

2. Специфические (цветные) реакции

Специфические реакции служат для обнаружения отдельных алкалоидов, или какойлибо группы алкалоидов. Реакции окрашивания обычно проводят с чистыми (индивидуальными) алкалоидами или с очищенной суммой алкалоидов. Эти реакции основаны либо на отнятии воды в присутствии серной кислоты, либо на конденсации с альдегидами в присутствии серной кислоты, поглощающей воду, либо

251

на окислении алкалоидов, также в присутствии концентрированной серной кислоты.

Так, например, реакция на стрихнин - концентрированная серная кислота с бихроматом калия дает фиолетовое окрашивание.

Реактив Марки (концентрированная серная кислота с формальдегидом) с морфином дает пурпурное, переходящее в синефиолетовое, окрашивание.

Реакция Витали-Морена - на тропановые алкалоиды. К сухому остатку прибавляют 1 мл концентрированной азотной кислоты и выпаривают на водяной бане досуха. Затем прибавляют несколько капель 0,5 н спиртового раствора КОН и ацетона. Наблюдается фиолетовое окрашивание, исчезающее при стоянии.

Для обнаружения определенных алкалоидов служат микрокристаллоскопические реакции с пикриновой, пикролоновой и др. кислотами.

ХРОМАТОГРАФИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ

Хроматография на бумаге и в тонком слое сорбента используется как для обнаружения и идентификации алкалоидов, так и для контроля степени очистки и разделения суммы алкалоидов.

Бумажная хроматография

Для БХ чаще используют следующие системы растворителей: Н-БУТАНОЛ - УКСУСНАЯ КИСЛОТА - ВОДА (5:1:4); Н-БУТАНОЛ - УКСУСНАЯ КИСЛОТА - ВОДА (10:2:5); ЭТИЛАЦЕТАТ - УКСУСНАЯКИСЛОТА-ВОДА (11:21:85) и др. Для обнаружения алкалоидов высушенную хроматограмму об-

рабатывают реактивом Драгендорфа, появляются оранжевые или оранжево-красные пятна алкалоидов на желтом фоне. Для обнаружения алкалоидов можно использовать пары йода (образуются бурые пятна).

Для обнаружения стероидных алкалоидов можно использовать

насыщенный хлороформный раствор треххлористой сурьмы с последующим нагреванием при 105°С. Появляется кирпично-красное окрашивание.

Хроматография в тонком слое сорбента

Хроматографирование проводят на пластинках с закрепленным и незакрепленным слоем сорбента. В качестве сорбента используют оксид алюминия для тонкослойной хроматографии, силикагель марки КСК и др.

Используют следующие системы растворителей: ХЛОРОФОРМ - АЦЕТОН - ДИЭТИЛАМИН (5:4:1); ХЛОРОФОРМ - МЕТИЛОВЫЙ СПИРТ -

252