 |
Лекарственные растения - источники алкалоидов
|
|
|
|
Выполнила:
Руководитель:
Баева Вера Михайловна
Москва 2014 г.
Введение
Алкалоиды - это природные азотсодержащие соединения основного характера, образующиеся в растительных организмах. Основные свойства, характерные для этих соединений, обусловили их название: alcaleidos - подобный щелочи (арабское alkali - щелочь, греческое eidos - подобный). Название «алкалоиды» было предложено Мейснером в 1819 году для вещества, выделенного из семян сабадиллы и имевшего основной характер.
Алкалоидоносные растения составляют примерно 10% всей мировой флоры. Считается, что выделено не менее 5000 (по другим данным около 10 000) индивидуальных алкалоидов. Структура 800 подтверждена полным синтезом. Профессор В.С.Соколов разделил все семейства, имеющие в своем составе алкалоидоносные виды, на 3 группы:. Высокоалкалоидоносные - 20% и более родов семейства имеют алкалоидоносные виды растений.. Среднеалкалоидоносные - от 10 до 20% родов соответственно.. Малоалкалоидоносные - от 1 до 10% родов.
Алкалоиды могут содержаться во всем растении (во всех его частях) или образовываться и накапливаться только в какой-либо одной или нескольких определенных частях. Иногда они могут перемещаться в растении, транспорт их, как правило, осуществляется по сосудам ксилемы. Фактические данные о локализации алкалоидов по частям растения имеют большое значение для определения сырьевых объектов заготовки.
Подавляющее большинство алкалоидов после выделения их из сырья представляют собой твердые кристаллические или аморфные нелетучие вещества. Они бесцветны, но встречаются и окрашенные (берберин - алкалоид желтого цвета), без запаха, обычно горького вкуса. Алкалоиды - оптически активные соединения. Незначительное количество алкалоидов - жидкие вещества с сильным неприятным запахом (никотин, конин и др.), перегоняющиеся с водяным паром.
|
|
|
Поскольку алкалоиды являются основаниями, они образуют соли с кислотами, присутствующими в растениях. Алкалоиды - основания в своей основной массе в воде не растворимы или трудно растворимы. Однако имеются алкалоиды, которые и в форме оснований хорошо растворимы в воде (кодеин, кофеин, эфедрин). Алкалоиды - основания легко растворимы в органических растворителях. Соли же алкалоидов нерастворимы в органических растворителях (кроме спирта).
Являясь слабыми основаниями, алкалоиды образуют соли, которые легко разлагаются под влиянием едких щелочей, аммиака, а иногда карбонатов и окиси магния, при этом выделяются свободные основания алкалоидов.
Классификация алкалоидов
В основу этой классификации положена структура гетероцикла, входящего в молекулу алкалоида. Выделяют следующие основные группы:
пирролидина (стахидрин, гигрин, кусгигрин)
пиперидина (кониин, лобелин)
пиридина (никотин, анабазин)
пирролизидина (платифиллин, сенецифиллин)
хинолизидина (ликоподин, спартеин, цитизин)
хинолина (хинин, эхинопсин)
изохинолина (папаверин, глауцин, морфин)
хиназолина (вазицин, вазицинон)
индола (резерпин, алкалоиды спорыньи, стрихнин)
тропана (атропин, скополамин, кокаин)
дигидроиндола
имидазола (пилокарпин)
акридина
пурина (кофеин, теобромин, теофиллин)
стероидные алкалоиды (соласодин, йервин)
терпеноидные алкалоиды (аконитин)
алкалоиды без гетероциклов (сферофизин, капсаицин, колхамин, колхицин, эфедрин)
алкалоиды неустановленного строения.
В виду огромного разнообразия алкалоидов и лекарственных растений, их содержащих, в своей курсовой работе мне хотелось бы поподробнее остановиться на одном из видов алкалоидов, а именно пуриновых алкалоидах. Мой выбор довольно просто объясняется: с пуриновыми алкалоидами человек сталкивается ежедневно. Редко кто из нас утром не выпивает чашку чая или кофе. После выпитой чашки чая или кофе - поднимается настроение, происходит прилив жизненных сил. Это объясняется стимулирующим действием кофеина на ЦНС и сердечно - сосудистую систему. В медицине препараты кофеина применяются при отравлениях наркотиками и другими ядами, а так же как средства стимулирующие ЦНС и сердечно - сосудистую систему. Недавние исследования (опыты на мышах) показали, что кофеин может предохранять животный организм от вредного воздействия ионизирующих излучений. Предполагается, что кофеин связывает свободные радикалы, которые образуются при облучении и повреждают здоровые клетки. В будущем на основе кофеина, возможно, будет создание новых радиопротекторных средств. Теобромин и теофиллин используют в клинике при спазмах сосудов головного мозга, коронарной недостаточности и застойных явлениях сердечной и почечной этиологии. Все три алкалоида могут применяться как мочегонные средства.
|
|
|
Алкалоиды производные пурина
Пурином называется гетероциклическая система, состоящая из аннелированных пиримидинового и имидазольного колец. Значение производных пурина заключается в том, что соответствующие им, а также пиримидиновым азотистым основаниям - урацилу, тимину и цитозину, фрагменты входят в состав молекул нуклеиновых кислот. Кроме того, некоторые производные пурина являются алкалоидами. К пуриновым алкалоидам относятся: кофеин, теобромин, теофиллин. Кофеин впервые открыт Рунге в 1819 году. Он содержится (до 2%) в зернах кофе (Coffea Arabica), семейство мареновых - Rubiaceae, листьях чая(Theasinensis), семейство чайные - Theaceae и в других растениях (в основном семейства стеркулиевых - Sterculiaceae). В небольших количествах в чае содержится теофиллин, который был открыт Косселем в 1889 году. Теобромин впервые изучен русским ученым А.А. Воскресенским в 1842 году, а в 1889 году был выделен из зерен кофе и чайных листьев. Природным источником получения пуриновых алкалоидов служат отходы чайной промышленности (чайная пыль, обрезки листьев и т.д.), содержащие 1-3% кофеина; бобы какао, в которых содержится 1,5 - 2% теобромина. Известно несколько способов получения кофеина. Один из них основан на противоточной экстракции. Водный экстракт очищают от примесей, осаждают балластные вещества с помощью солей свинца, кальция, магния. Фильтрат затем выпаривают. Перекристаллизацию кофеина производят из охлажденных водных растворов. Аналогично выделяют из бобов какао теобромин (в виде основания или кальциевой соли). Значительно больший выход дает способ получения кофеина, разработанный в 1952 году Н.А. Измайловым, Ю.В. Шостенко, В.Д. Безуглым. Он основан на адсорбции кофеина из водных растворов с последующей десорбцией хлороформом или дихлорэтаном.
|
|
|
Синтез пуриновых алкалоидов
Синтетические способы получения пуриновых алкалоидов отличаются более высокой экономичностью и доступностью исходного сырья. Таким сырьем является мочевая кислота. Мочевая кислота - одно из ключевых соединений в синтезе производных пурина - выполняет в организме птиц и рептилий ту же роль, что и мочевина у млекопитающих - в виде этого соединения удаляется избыток азота. Мочевая кислота вырабатывается также и в организме человека, а ее соли (ураты) откладываются в виде камней в суставах (подагра) и в почках (мочекаменная болезнь) при нарушениях в обмене веществ. Получение исходных продуктов. Мочевую кислоту извлекают водой из экскрементов птиц (гуано), где ее количество достигает 25% или предварительно синтезируют термической конденсацией двух молекул мочевины с ацеталем (110°С). Мочевая кислота может быть так же синтезирована из барбитуровой кислоты (синтез Фишера): Первая стадия синтеза - нитрозирование - происходит в положение 5 с образованием нитрозопроизводного, которое изомеризуется в оксим. Оксимную группу восстанавливают в аминогруппу, и полученный амин вводят во взаимодействие с изоциановой кислотой. В результате этой реакции формируется фрагмент мочевины. Завершающая стадия процесса - дегидратация с замыканием имидазольного цикла. В синтезе мочевой кислоты по Траубе также вначале строится пиримидиновый цикл, к которому затем пристраивается имидазольный цикл. Главное отличие синтеза Траубе от синтеза Фишера заключается в том, что уже на стадии построения гетероцикла пиримидина в положение 4 вводится аминогруппа, которая далее используется для формирования имидазольного цикла. Итак, первая стадия синтеза - взаимодействие циануксусного эфира с мочевиной - типичный способ замыкания гетероцикла пиримидина. Далее осуществляют нитрозирование и восстановление нитрозогруппы или изомерной ей оксимной группы, что приводит к диаминопроизводному пиримидина (диаминоурацилу). Завершающая стадия синтеза - взаимодействие с мочевиной - является примером реакции переаминирования, типичной для производных мочевины и представляющей собой нуклеофильное замещение аминогруппы в молекуле мочевины на другую аминогруппу. Взаимодействие диаминоурацила, полученного по методу Траубе, с муравьиной кислотой приводит к образованию ксантина. К пуриновым алкалоидам относятся метилированные производные ксантина.
|
|
|
Синтез кофеина. Первая стадия процесса - взаимодействие мочевой кислоты с уксусным ангидридом. В результате сложной реакции происходит замещение гидроксильной группы в составе имидазольного цикла на метильную группу. Схема этой реакции включает размыкание имидазольного цикла и замену фрагмента муравьиной кислоты на фрагмент уксусной кислоты. Полученный таким образом 8-метилксантин алкилируют диметилсульфатом по обоим атомам азота в составе пиримидинового гетероцикла и одному из атомов азота имидазольного фрагмента с образованием тетраметилксантина. Для того чтобы убрать «лишнюю» метильную группу, тетраметилксантин хлорируют, причем реакция протекает селективно по метильной группе в положении 8. Образующееся трихлорметильное производное гидролизуют в карбоновую кислоту, которая при декарбоксилировании дает кофеин. Кофеин можно так же получать метилированием ксантина диметилсульфатом при рН среды 8,0 - 9,0. Ксантин получают по методу Траубе (см. выше) или действием формамида на мочевую кислоту.
Синтез теобромина. Теобромин получают метилированием ксантина диметилсульфатом в присутствии гидроксида калия и метанола при 60 - 70°С.
Синтез теофиллина. Теофиллин получают по методу Траубе с заменой, на первой стадии, мочевины на N,N -диметилмочевину.
Лекарственные растения и сырье, содержащие пуриновые алкалоиды
Листья чая - Folia Theae
Растение. Чай китайский - Thea sinensis L. = Camellia sinensis (L.) O. Ktze., семейство чайные - Theaceae.
Рис. 1 Camellia sinensis (L).
В условиях естественного произрастания виды чая могут достигать размера невысоких деревьев или крупных кустарников. На промышленных плантациях чайному кусту не дают вырасти выше 1м. Его систематически подрезают, придавая ему полушаровидную форму. Систематическая обрезка способствует обилию ветвей и, следовательно, увеличению количества листьев. Листья у чая кожистые, эллиптические, зубчатые. Цветки правильные, белые, душистые, сидят по 1-3 в пазухах листьев. Плод - 3-гнездная коробочка с 3 крупными шаровидными семенами.
|
|
|
Производство чая. Сбор листьев начинается в апреле и кончают обычно в ноябре. для этой цели руками или с помощью чаеуборочных машин (худшие сорта чая) ощипывают молодые побеги (флеши) с первыми 2-3 -листьями; 4-й лист с пазушной почкой остается на ветке, и из почки развивается новый побег. Свежее собранный чайный лист весьма далек по виду и вкусу от готового листа. Вкус у него горький, запах слабый, «травянистый», остающийся таким после высушивания в обычных условиях. Для получения основного сорта чая - так называемого черного - флеши на чайных фабриках проходят сложную обработку. Флеши прежде всего завяливают. Передвигаясь на конвейерной ленте в потоке теплого воздуха (40 - 45º С), листья становятся мягкими и эластичными, пригодными для последующей обработки. Вместе с тем в листьях начинают развиваться окислительные и другие процессы, формирующие его специфический вкус и запах. Следующая стадия - скручивание листа. Оно проводится в роллерах - специальных машинах, представляющих собой вертикальные полые цилиндры. Во время скручивания клетки листьев раздавливаются, воздух получает более высокий доступ к содержащемуся в них соку; в более тесный контакт с клеточным содержимым вступают заключенные в оболочках клеток окислительные ферменты - пероксидазы и полифенолоксидазы. Скручивание производится 3 - 4 раза по 45 минут каждый раз с последующей сортировкой. Самые нежные части побега - почки и первый лист - скручиваются быстрее других и отрываются. Поэтому их отсеивают, чтобы они не стали слишком перетертыми и испорченными. Остаток вновь направляется в роллеры, после чего скрученная фракция вновь отделяется, а остаток вновь направляется в роллеры и еще 1 - 2 раза проходит аналогичную обработку. Скрученные листья далее подвергаются ферментации. Последняя проводится в течении 3 - 5 часов в специальном помещении при комнатной температуре и хорошей вентиляции с притоком очень влажного воздуха (до 90%). Под влиянием окислительных ферментов из галловой кислоты образуются водорастворимые пигменты буро-красного цвета, а при окислении катехинов - медно-красные. Вкус чая в значительной мере зависит от соотношения окисленных и неокисленных дубильных веществ. При избытке неокисленных веществ чай становится терпким и горьковатым. Под влиянием полифенолоксидазы часть кахетинов и других фракций дубильных веществ окисляется до хинонов, которые сами действуют как активные окислители, способствуя образованию в чае душистых веществ. Предпоследний этап производства чая - сушка. Очень важно вовремя прервать протекающие при ферментации биохимические процессы и закрепить достигнутые желаемые качества чая. Сушку проводят в токе горячего воздуха в сушилках специальной конструкции. Высушенная чайная масса не ординарна по величине и качеству отдельных чаинок, поэтому завершающей стадией является ее рассортирование на разные фракции и их купажирование (смешивание) по строгим рецептам с целью получения установленных сортов чая. Для высших сортов отбираются фракции, содержащие самые нежные верхушечные участки побегов. Купажирование проводится во вращающихся барабанах. Из высевок и крошки путем прессования получают черный плиточный чай. При производстве зеленого чая ферменты инактивируются нагреванием. Следовательно, все фенольные соединения остаются в нативном состоянии.
Химический состав. Листья чайного куста содержат 1,5 - 3,5 % кофеина, следы теофиллина, 20 - 24 % дубильных веществ (чайный танин), флавоноиды, следы эфирного масла и витамины С, В1, В2, никотиновую и патентоновую кислоты. Применение. Крепко настоенный чай - средство, тонизирующее и возбуждающее сердечную деятельность и дыхание. В необходимых случаях чай (настой) - первое по доступности и универсальности противоядие при отравлениях. Листья и побеги от обрезки кустов, крупные листья, частично чайные отсевы - сырье для добывания кофеина. Однако основное количество кофеина теперь получают синтетически. Кофеин действует на центральную нервную систему и сердечную мышцу возбуждающе.
|
|
|
