Uchebnik

ароматической системе), этилацетат (сродство по сложноэфирной группе), диоксан и 50% диоксан (сродство к эфирам, агликонам, гетероциклам), гексан, гептан, хлороформ, диэтиловый или петролейный эфир (сродство к БАВ различных групп, в том числе алкалоидам, терпеноидам, каротиноидам, эфирным маслам).

Залитое сырье выдерживают в течение суток при комнатной температуре, затем каждое извлечение исследуют капельным методом на бумаге, нанося 1520 пятен достаточной концентрации. На каждое пятно наносят специфический для каждой группы БАВ проявитель и делают оценку качественного состава всех извлечений.

Далее, из каждого извлечения отбирают аликвоту, испаряют при температуре 100-1050С до постоянной массы и рассчитывают количество экстрактивных веществ, извлекаемых разными растворителями без температурного воздействия.

Затем все пробы нагревают на кипящей водяной бане в течение 1 часа и повторяют качественный капельный анализ и определение экстрактивных веществ в извлечениях после нагревания. Сравнивают результаты.

Такой подход позволяет:

при минимальном ассортименте растворителей (спирт, ацетон, бензол, этилацетат, хлороформ, диоксан) и небольшом их количестве (10-20 мл);

из небольшой навески сырья (0.1-1 г.);

отобрать оптимальный экстрагент для каждой группы БАВ и предварительно оценить режим извлечения (с t0 и без t0 );

выявить какие группы БАВ имеются в растении, каким растворителем они извлекаются в большей степени и, при необходимости, оценить возможность последовательного фракционирования отдельных групп БАВ и веществ фракций.

Всовокупности эти данные позволяют оценить перспективность и пути изучения состава любых растений, а также указывают на технологические параметры и приемы, которые необходимо будет использовать при отработке технологического регламента производства того или иного вещества или фитокомплекса.

Этот подход особенно полезен в учебном практикуме и молодым исследователям при выборе объектов научной работы.

Вопросы для самоконтроля студентов

1 Влияет ли температурный режим экстракции на компонентный состав экстракта? Приведите примеры.

2 Справедливо ли утверждение, что увеличение полярности экстрагента, значительно повышает выход любых природных веществ растительного или животного происхождения? Ответ поясните.

3Для чего в процессе извлечения органических веществ из растений часто используют бинарные смеси растворителей?

4В чем заключается принцип дробной экстракции растительных веществ?

31

5 Каким образом используется принцип "химического сродства" в процессе выделения индивидуальных растительных веществ?

6 Справедливо ли утверждение об идентичности результатов качественных реакций для одного и того же индивидуального органического вещества и вещества, находящегося в составе суммарного экстракта? Ответ поясните.

7 Сформулируйте основные сходства и отличия в химическом качественном анализе природных и синтетических веществ.

8 Возможно ли без проведения детального химического изучения растительного сырья, оценить перспективность его исследования? Ответ поясните.

Рекомендуемая литература к главе

Основная

1В.В.Племенков. Введение в химию природных соединений. Казань, 2001, 376с.

2А.А.Семенов. Очерк химии природных соединений. Новосибирск, 2000, 664с.

3М.И.Горяев. Химия природных биологически активных веществ.-

Алма-Ата, 1977.- 425с.

4В.А.Куркин. Фармакогнозия. Самара, 2007, 1236с.

5Д.Ю.Корулькин, Р.А.Музычкина, Ж.А.Абилов и др. Биологически активные вещества. Выделение, разделение, анализ. Алматы, 2006, 486с.

Дополнительная

1Государственная фармакопея СССР, Х и ХI изд. М., 1968 и 1990 гг.

2Д.А.Муравьева и др. Фармакогнозия. М., 2002, 643с.

3Н.И.Гринкевич, Л.Н.Сафронич. Химический анализ лекарственных растений. М., 1983, 176с.

4З.С.Сеитов. Биохимия. Алматы, 2000, 898с.

5Р.А.Музычкина, Д.Ю.Корулькин, Ж.А.Абилов. Качественный и количественный анализ основных групп БАВ в лекарственном растительном сырье и фитопрепаратах. Алматы, 2004, 283с.

6В.П.Георгиевский, Н.Ф.Комиссаренко, С.Е.Дмитрук. Биологически активные вещества лекарственных растений. Новосибирск, 1990, 333с.

7Э.П.Кемертелидзе, В.П.Георгиевский. Физико-химические методы анализа некоторых БАВ растительного происхождения. 1977, 205с.

8Р.А.Музычкина. Реакции и реактивы для химического анализа некоторых групп БАВ в лекарственном растительном сырье. Учебное пособие,

Алматы, 2002, 96с.

32

Глава 2. АЛКАЛОИДЫ

К алкалоидам относят азотсодержащие вещества основного характера, обладающие определенной физиологической активностью, хотя в настоящее время это понятие значительно трансформировалось. Первоначально свое название эти вещества получили от арабского «alkali» (щелочь) и греческого «eidos» (вид, подобный), однако, не все алкалоиды имеют щелочной характер, например, четвертичные соли слабоосновные или даже кислого характера, азотистые гетероциклы и др.

Первые описанные алкалоиды были выделены из растений в начале XIX века, а к настоящему времени описано уже более 16 тысяч алкалоидов и это продуценты не только растений, но и грибов, микро- и морских организмов, для многих из них разработаны методы встречного синтеза.

Структуры алкалоидов, как отмечалось выше, чрезвычайно разнообразны (более 3000 структурных типов!) от довольно простых алифатических (сферофизин), алкилароматических (эфедрин) до очень сложных конденсированных гетероциклических систем, имеющих 60 и более углеродных атомов (гликоалкалоиды). Общим для всех является наличие от 1 до 4 атомов азота (первичный, вторичный, третичный, четвертичный и (или) их сочетания).

Из карибских асцидий Ecteinascidia turbinata, Aplydium albicum, Polycitar sp., Polycarpa aurata, из мшанки Begula nerita и др., выделены алкалоиды,

содержащие наряду с азотом от 1 до 5 атомов серы, которые обладают экстремально высокой физиологической активностью:

Кроме того, в последние десятилетия описано несколько сотен структур с атомами галогенов.

Среди природных соединений алкалоиды приобрели особенное значение вследствие их огромного структурного многообразия и высокой физиологической активности. Им принадлежит важное место в развитии органической химии, особенно в химии гетероциклических соединений.

Как правило, алкалоиды накапливаются в тех частях растений, где они необходимы для создания следующего поколения: на ранних стадиях роста - стебли и листья, а в зимующих органах - семена и корни у травянистых, кора - у древесных растений. Зрелые семена содержат алкалоидов больше, чем

33

незрелые и т.д. Абсолютное большинство разнообразных алкалоидов описано из растений, в которых они являются продуктами обмена веществ. Наиболее богаты алкалоидами двудольные растения семейств маковые, сложноцветные, лютиковые, пасленовые, мареновые и др. Растения, богатые алкалоидами, (более 0.5%) называют алкалоидоносами, например, пилокарпус, белладонна, барвинок, эфедра, кубышка, кофе, чай и много других, которые до сих пор являются ценным сырьем для получения различных высокоэффективных препаратов, более доступных и безопасных, чем их синтетические аналоги.

Локализация алкалоидов неоднородна, например, в красавке алкалоиды содержатся во всех органах, в чае, белене, секуринеге алкалоиды преобладают в листьях, в дурмане, мордовнике, чилибухе - в плодах и семенах, в раувольфии, скополии, безвременнике - в подземных органах, в цинхоне - в коре и т.д.

Содержание этих соединений в различных растениях отличается и зависит от условий произрастания или выращивания, возраста растений, например, в коре хинного дерева содержание алкалоидов достигает 20%, в большинстве других растений от 0.01 до 2.0%.

Роль алкалоидов в растениях различна: защитные функции (от повреждения насекомыми и поедания травоядными), промежуточные продукты биосинтеза (N-окиси), снижение кислотности (клеточные жидкости, ферменты), запасные энергоносители и т.д.

Знание строения различных алкалоидов получило практическое применение в разработке методов встречного синтеза структур и методов промышленного получения кофеина, ареколина, эфедрина, тропина и др. Синтез аналогов кокаина привел к разработке промышленного способа производства новокаина; аналогом хинина явился акрихин, синтезированы аналоги морфина, папаверина, алкалоидов кураре и др.

Многие из них нашли применение в медицине в качестве лекарственных препаратов широкого спектра действия: транквилизирующего, стимулирующего ЦНС, гипертензивного, гипотензивного, сосудосуживающего и сосудорасширяющего, сердечнососудистого, холинэстеразного, снотворного, сократительного мышечного и др. действия.

Например, галегин - обладает инсулиноподобным действием, сферофизин - снижает кровяное давление, вызывает сокращение мускулатуры матки, галостахин - по активности аналогичен эфедрину; колхицин, колхамин, секуринин возбуждают ЦНС и вызывают ее паралич, обезболивают и тормозят развитие опухолей, но отличаются высокой токсичностью. Анабазин, цитизин, спартеин, пахикарпин, никотин - ганглионарные яды, в малых дозах они возбуждают ЦНС и органы дыхания, в больших - угнетают. Пахикарпин в меньших дозах по сравнению со сферофизином усиливает сокращение мускулатуры матки и используется как родоуспокаивающее средство. Официнальными являются широко используемые препараты сердечнососудистого действия - резерпин, спазмолитики - папаверин и платифиллин, стимулятор ЦНС - кофеин, снотворные и наркотические морфин, кокаин, противомалярийные - хинин, противоопухолевые - винбластин, колхицин, колхамин, поверхностный анестетик – кокаин. Антиаритмической активностью

34

обладает лупин, его производные коклаурин, кокулин и кокулидин обладают гипотензивным и спазмолитическим действием, глауцин и таликмидин противокашлевые и адренолитические средства, лиринин и лиринидин расслабляют гладкую мускулатуру, усиливают действие кофеина и т.д. То есть алкалоиды представлены практически во всех фармакологических группах медицинских препаратов, причем используются алкалоиды чаще в виде солей, поскольку последние хорошо растворимы в воде и за счет этого свойства повышается их биодоступность.

Большое разнообразие строения углеродного скелета затрудняет их химическую классификацию, поэтому различные авторы предлагают разные варианты. Один подход - классификация по строению азотсодержащей части молекулы. В структурах всех типов алкалоидов, как уже отмечалось выше, общим является наличие первичного, вторичного или третичного атома азота и по этому признаку различают 11 основных и 5 смешанных групп:

35

Наиболее часто встречаются производные хинолина и изохинолина, например:

Другой подход к классификации – филогенетический, от растений, например:

Многие структуры присущи только конкретному алкалоиду или небольшой их группе, например, структуры резерпина, стрихнина, морфина, соласодина.

Влистьях, траве и корнях красавки, в листьях белены и дурмана семейства пасленовых доминируют близкие по структуре алкалоиды тропанового типа: гиосциамин, атропин, скополамин:

Втраве термопсиса преобладают производные хинолизидина:

36

Втраве различных видов крестовников и других растений семейства сложноцветных, бурачниковых, бобовых преобладают производные пирролизидина (более 250 соединений) (платифиллин и его N-оксиды - саррацин, (+)-казуарин – ингибиторы глюкозидазы), в рожках спорыньи - индольные алкалоиды, в корнях барбариса - производные изохинолина, (бербериновые алкалоиды) и т.д.

Врастениях Stachus доминируют стахидрин и турицин. Ингибитором ферментов является бруссонетин из китайского растения Broussonetia:

Пиперидиновый тип представлен более широко: этолобелин из Lobelia, пипеколовая кислота из корней гранатового дерева, арекадин и ареколин из семян Areca catechu L., кониин и конгидрин из семян Conium maculatum L. и

др.:

Являясь слабыми основаниями, алкалоиды образуют соли, разлагающиеся при действии щелочей, аммиака, карбонатов с выделением свободных оснований. Алкалоиды-основания легко растворимы в спирте, хлороформе, дихлорэтане, а алкалоиды-соли хорошо растворимы в воде и не растворимы в органических растворителях, кроме спирта и это различие в растворимости может быть использовано при их разделении и очистке.

Многие алкалоиды, простого и (или) сложного строения, являются оптически активными и с этим связаны не только физические свойства таких веществ, но и их биоактивность, например, резерпин из раувольфии содержит 6 асимметрических атомов углерода и может иметь 64 изомера в большем или меньшем количестве:

37

его строение было установлено Шлиттером, а в 1960 г осуществлен стереонаправленный синтез по схеме Вудворда.

Алкалоиды-основания в растениях могут связываться в соли со своими кислотами и в виде солей перемещаться по органам растений. Например, в маке снотворном специфической кислотой является меконовая, а спутником хинина является хинная кислота. Из неорганических кислот соли легко образуют серная и фосфорная кислоты (мак).

истинные алкалоиды – основой структуры являются азотистые гетероциклы, которые образовались из аминокислот;

протоалкалоиды – не содержат гетероциклов, но являются растительными аминами и образуются также из аминокислот;

псевдоалкалоиды - образованы другими (не аминокислотными) биосинтетическими путями, например, терпеновые, стероидные, флавоалкалоиды.

По этой классификации к истинным алкалоидам относят: пирролидиновые, пиперидиновые, пиридиновые, пирролизиновые, хинолизидиновые, хинолиновые, изохинолиновые, индольные, пуриновые, алкалоиды разных гетероциклов и полипептидные алкалоиды.

К протоалкалоидам относят: эфедрин, капсаицин, сферофизин, колхамин, мускарин, кукоамин А (из корней Lycium chinense).

К алкалоидам разных групп относят:

терпеновые: акроницин - (гемитерпеноидный акридин), актинидин (монотерпеноид), дендробин (сесквитерпеноид), атизин (дитерпеноид), псевдотероксазол (дитерпеноидный оксазол), циклопротобуксин А (тритерпеноид);

стероидные: холафилламин, соласодин, соланидин, вералкамин;

яды: анабазин, самандарин, буфотенин, (-)-эпибатидин. Галогеноалкалоиды описаны в составе микро- и морских организмов, в

грибах и высших растениях.

38

Для галогеноалкалоидов микроорганизмов характерна принадлежность к производным индола, карбазола, тиазола и пиррола. Морские организмы продуцируют редкую группу алкалоидов - бисгуанидины, обладающие иммуносупрессорной, противоопухолевой и антигрибковой активностью.

Бисгуанидины, наряду с хлором, содержат бром и группировку N-Вr.

Для растительных галогеноалкалоидов характерным является наличие атомов хлора в структурах изохинолина, акридина, пиридина, азациклооктана, спирана, индола. Растения рода Senecio содержат хлорпроизводные пирролидиновых алкалоидов. Среди них обнаружены как ценные для медицины соединения, так и токсичные вещества, разрушающие печень, вызывающие опухолевые заболевания.

Для галогеноалкалоидов (Сl-, Вr-) губок характерны: цитотоксичность в отношении опухолей, антимикробная активность и противогрибковое действие.

Одним из первых галогеноалкалоидов, выделенных из моллюсков был 6,6’-диброминдиго,

который назвали «античный пурпур», структура которого установлена Фридлендером в 1909 г.

Продуцентами различных моллюсков являются алкалоиды, содержащие N, S и Вr; из красной водоросли Карибского моря выделен тетраброминдол, обладающий высокой противомикробной активностью:

Аscidia polyandrocarpa синтезирует йодсодержащий полиандрокарпамид В, а Аscidia polycitorella - циторелламин, обладающий высокой цитотоксической и антибактериальной активностью:

Хлор, бром и йодсодержащие алкалоиды пиррольного типа выделены из микроорганизмов, грибов, растений, например, рубрин из грибка Auxarthron umbrinum, предотвращающий перекисное окисление липидов биомембран и используемый для лечения миокарда и церебральной ишемии:

Кроме того, из морских организмов описаны алкалоиды соригинальными азотсодержащими (ациклические и макрогетероциклические) фрагментами: криброхалинамин А из Cribrochalina spp., стеллетазол А из морской губки

Stelletta sp., ингибирующий рост бактерий Eschericha coli., манзамин С – цитотоксический алкалоид из губки Haliclona spp., мотупорамин А из морской

39

губки Xestosponga exigua, ксектоцикламин А из Xestospongia spp., папуамин – противомикробный и противогрибковый алкалоид из морских губок Папуа Новой Гвинеи, скваламин – алкалоид, найденный в желудочном соке акулы Squalus acanthius, цистодамин – алкалоид из средиземноморской асцидии Cystodytes delle chiajei, проявляющий разнообразную биоактивность.

Из аконита (борец Гиринского) выделено 6 новых дитерпеновых алкалоидов, названых акирин, акиран, акиранин, 8-ацетилэксцельзин, 1- ацетилэксцельзин, N-окись лепенина – необычный структурный тип из С18. Из аконита каракольского наряду с известными, выделен новый дитерпеновый алкалоид секокараконитин:

В 3 видах аконитов Восточной Сибири (А. baicalense, A. septentrionale, A. barbatum), широко используемых в народной медицине, доминируют во всех органах этих растений и по фазам вегетации 4 алкалоида:

разделенных методом ВЭЖХ.

40