Алкалоиды Классификация

Почти все алкалоиды образуются из аминокислот, и лишь немногие – другим образом. Если алкалоиды образуются не из аминокислот, их называют псевдо-алкалоидами.

Простейшие N-содержащие соединения (метиламин, триметиламин и другие простые амины), а также аминокислоты и продукты их превращений, хотя и обладают выраженными оснóвными свойствами, к алкалоидам не относятся. Протеиногенные амины (тирамин др.) и бетаины (стахидрин, тригонеллин и др.) рассматриваются как переходные соединения.

В основе классификации лежит положение азота в молекуле и структура гетероцикла. Большинство алкалоидов – гетероциклические соединения – это истинные алкалоиды, или эуалкалоиды. Но небольшое число алкалоидов содержат N в боковой цепи или даже вовсе являются ациклическими соединениями. Это – протоалкалоиды.

Протоалкалоиды делят на три группы:

1) алифатические (сферофизин);

2) моноциклические (эфедрин);

3) бициклические колхициновые алкалоиды – колхицин и колхамин Эуалкалоиды в целом не выделяют в отдельную группу, разделяя на более мелкие группы:

1) с N в составе гетероциклов пирролидина и пирролизидина;

2) с N в составе циклов пиридина и пипередина;

3) тропановые алкалоиды: производные конденсирования пирролидина и пиперидина;

4) с N в составе циклов хинолизидина;

5) производные циклов хинолина или изо-хинолина;

6) производные циклов индола;

7) производные пурина;

8) стероидные: производные циклопентанпергидрофенантрена (относящиеся к псевдоалкалоидам);

9) дитерпеновые алкалоиды;

10) алкалоиды иного строения.

Качественное определение алкалоидов

Для обнаружения алкалоидов в растительном сырье чаще всего проводят общие реакции (реакции осаждения алкалоидов) и хроматографию. Для обнаружения какой-либо определенной группы алкалоидов проводят специфические цветные реакции, люминесцентный хроматографический анализ и другие методы.

Общие (осадочные) цветные реакции на алкалоиды. Они основаны на способности алкалоидов образовывать 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 из ЛРС. Обязательным условием является кислая среда (в щелочной осадки не образуются или же образуются за счет разрушения реактивов). Алкалоиды из ЛРС извлекают 1-5% раствором HCl или H₂SO₄. Реакции проводят с капельно-минимальным количеством реактивов (!): избыток его приводит к растворению осадка.

1) ре-ия Драгендорфа: алкалоид + реактив (KBiJ₄) → кирпично-красный осадок комплексного йодида алкалоида.

2) ре-ия Бушарда, Вагнера: алкалоид + реактив (KJ₃) → бурый осадок комплексного йодида алкалоида.

Алкалоиды также образуют осадки с комплексными кислотами:

3) фосфорно-молибденовой кислотой – желтоватые осадки,

4) фосфорно-вольфрамовой кислотой – белые осадки,

5) кремне-вольфрамовой кислотой – белые осадки,

6) пикриновой кислотой – ярко-желтые осадки (пикраты),

7) раствором дубильных веществ (таннина) − желтовато-белые аморфные осадки.

Однако надо помнить, что с этими реагентами подобно алкалоидам осадки образуют и другие вещества оснóвного характера, не являющиеся алкалоидами: холин, бетаин, аминокислоты и др.

Кроме того, алкалоиды, выделенные из ЛРС, обнаруживают на хроматограмах после проявления реактивом, дающим с алкалоидами окрашивание. В качестве проявителя, как правило, берут реактив Драгендорфа с добавлением аскорбиновой кислоты. При опрыскивании этим раствором хроматограмм алкалоиды на них проявляются в виде серо-бурых пятен. При проявлении хроматограмм спиртовыми растворами фосфорно-вольфрамовой (фосфорно-молибде-новой) кислоты, либо обработкой парами йода (J₂), алкалоиды на хроматограммах дают бледные желтые или бурые пятна.

Физико-химические свойства алкалоидов

1) Кислородсодержащие алкалоиды – обычно твердые кристаллические вещества, чаще бесцветные и реже окрашенные, без запаха, горького вкуса. Поэтому лекарственные растения, содержащие алкалоиды, как правило, имеют горький вкус, но из-за токсичности алкалоидов вкус ЛРС определять не рекомендуется (!).

2) Алкалоиды, не содержащие кислорода – маслянистые жидкости, летучие, с неприятным запахом (никотин, конин, пахикарпин, анабазин). 3) Алкалоиды имеют четкие температуры кипения и плавления.

4) Алкалоиды оптически активны: левовращающиеся изомеры, как правило, активнее правовращающихся.

5) Некоторые алкалоиды флуоресцируют под УФ лучами.

6) Жидкие алкалоиды перегоняются с водяным паром.

7) В растениях алкалоиды могут присутствовать в виде солей и в виде оснований. Растворимость алкалоидов-солей и алкалоидов-оснований различна. Алкалоиды-соли, как правило, хорошо растворимы в воде и спиртах (особенно в разбавленных и особенно при нагревании), но нерастворимы в органических растворителях. Алкалоиды-основания хорошо растворимы в органических растворителях (хлороформе, эфире, дихлорэтан, спиртах) и нерастворимы в воде.

8) Благодаря оснóвному характеру алкалоиды при взаимодействии с кислотами образуют соли. Данное свойство алкалоидов широко используется при выделении и очистке алкалоидов, их количественном определении, получении препаратов.

9) Общим химическим свойством всех алкалоидов является образование осадков: а) с солями тяжелых металлов, б) с комплексными йодидами, в) с комплексными кислотами. Эти свойства алкалоидов используются для их обнаружения в сырье.

Выделение Алкалоиды экстрагируют из ЛРС либо в виде солей, либо в виде оснований.

1) При выделении алкалоидов в виде солей сырье обрабатывают водой, спиртом или водно-спиртовыми смесями, содержащими 1-2% органических кислот, так как их соли хорошо растворимы в спирте. После такой обработки все алкалоиды из ЛРС переходят в водно-кислотную вытяжку в виде солей. Одновременно в спиртовую и особенно водную вытяжку переходит бóльшая часть балластных веществ из ЛРС, извлекаемых этими растворителями. Чтобы очистить алкалоиды от примесей, вытяжку алкалоидов-солей, имеющую кислые рН, подщелачивают, и образовавшиеся при этом алкалоиды-основания извлекают соответствующими органическими растворителями. Однако одной обработки раствора алкалоидов-солей щелочью и извлечения алкалоидов-оснований органическими кислотами для очистки недостаточно. Поэтому к органическому растворителю, в котором находятся алкалоиды-основания, добавляют 1-5% кислоту, доводя рН до значений ~3-4. При этом алкалоиды-основания вновь переходят в алкалоиды-соли (водно-кислый слой), а примеси остаются в органическом растворителе. Водно-кислый слой алкалоидов-солей отделяют и опять подщелачивают, после чего алкалоиды-основания извлекают органическим растворителем. Органический растворитель выпаривают, а остаток, содержащий сумму алкалоидов, подвергают дальнейшей обработке (разделению хроматографическим методом).

2) При выделении алкалоидов в виде оснований, алкалоиды-соли, в которых они обычно содержатся в лекарственном растительном сырье, необходимо перевести в алкалоиды-основания. Для этого растительный материал обрабатывают щелочью (раствором аммиака, гидрокарбоната и др.). При подборе щелочи учитывают свойства алкалоидов. Сильные щелочи (NaOH, KOH и др.) используют при выделении сильных алкалоидов-оснований и алкалоидов, находящихся в лекарственном растительном сырье в виде прочных соединений с дубильными веществами.

Разделение алкалоидов: а) в случае наличия в смеси алкалоидов летучих алкалоидов-оснований их разделяют фракционной перегонкой, используя различия в температурах кипения, начиная с более низкой;

б) на основании химических особенностей − подбирают реактивы, которые реагируют с одним алкалоидом и не реагируют с другим: алкалоиды с фенольным гидроксилом со щелочью образуют водорастворимые феноляты, другие же выделяют органическими растворителями;

в) по различной адсорбционной способности (хроматографической). Через колонку с адсорбентом пропускают раствор алкалоидов, потом эту колонку промывают органическим растворителем или смесью растворителей и получают фракции, в которых содержатся отдельные алкалоиды;

г) по различной растворимости алкалоидов-оснований в растворителях с возрастающей полярностью: в эфире, в который перейдут одни алкалоиды, затем в хлороформе, в который перейдут другие алкалоиды;

д) по различной силе оснóвности алкалоидов. Если к водному раствору суммы алкалоидов-оснований прибавить щелочь в недостаточном количестве для приведения всех алкалоидов-солей в алкалоиды-основа-ния, то первыми в реакцию вступят соли слабых оснований. При обработке такого раствора органическим растворителем образовавшиеся слабые основания перейдут в растворитель, а соли более сильных оснований останутся в водном слое. То есть, более слабые алкалоиды-основания перейдут в первые фракции растворителя, а более сильные – в последние. Соответственно, если к раствору суммы алкалоидов-оснований в органическом растворителе прибавить недостаточное количество кислоты, то в реакцию вступят сильные алкалоиды-основания, а слабые останутся в свободном состоянии (в растворителе). То есть, дробными порциями кислоты можно получить ряд фракций, в которых алкалоиды распределяется по силе их оснóвности – в первых фракциях окажутся более сильные алкалоиды-основания, в последующих – более слабые.

Количественное определение алкалоидов

а) методом нейтрализации (титриметрии). Для этого проводят извлечения алкалоидов из ЛРС в виде оснований (используя систему хлороформ + аммиак). Затем в хлороформное извлечение со щелочным рН добавляют 50 мл 1% HCl: алкалоиды-соли переходят в водно-кислую фракцию. Добавляя вновь хлороформ и раствор NH₄OH (для сдвига рН в щелочные значения), алкалоиды-соли становятся алкалоидами-основаниями и переходят в хлороформную фракцию. После этого хлороформ выпаривают. Получают остаток, содержащий сумму алкалоидов-оснований. К остатку добавляют 0,02М HCl в избытке (~ 15 мл) и таким образом получают раствор хлористоводородных солей алкалоидов. После внесения в этот раствор капли раствора метилового красного (индикатора) его титруют 0,02М NaOH. Нейтрализацию избытка 0,02М HCl раствором 0,02М NaOH фиксируют изменением цвета индикатора. Результаты рассчитывают в пересчете на гиосциамин.

б) гравиметрическим методом (взвешиванием собранного и высушенного осадка алкалоидов);

в) методом спектрофотометрии (разновидностью его можно считать метод флуориметрии для определения изохиноновых алкалоидов, которые в УФ-лучах светятся желтым, оранжевым, зеленым или голубым светом − интенсивность этой флуоресценции можно измерить).

46