АЛКАЛОИДЫ

Фармакогнозия. Карпук В.В. – 2011

Лекарственные растения, содержащие алкалоиды

Алкалоиды (в переводе с греч. — щелочеподобные) — органические азотсодержащие соединения основного характера, обладающие сильным физиологическим действием. Молекулы алкалоидов состоят из атомов С, H, O, N и иногда еще S.

Из всех природных ФАВ алкалоиды считаются одной из важнейших групп, используя которую современная медицина получает наибольшее количество ЛС. Из изученных ЛР выделено более 10 000 алкалоидов, но строение определено лишь у 3000. Другие еще ждут своих исследователей. Большая часть данных соединений характеризуется токсичностью, но это не отменяет их фармакологического значения: все дело в дозах и правилах их использования.

Классификация

Почти все алкалоиды образуются из аминокислот, и лишь немногие — другим образом. Если алкалоиды образуются не из аминокислот, их называют псевдоалкалоидами.

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 и др.) и бетаины (стахидрин, тригонеллин и др.) рассматриваются как переходные соединения.

Из существующих классификаций алкалоидов для фармакогнозии, по-видимому, наиболее приемлемая предложенная академиком А. П. Ореховым. В основе еележит положение азота в молекуле и структура гетероцикла. Большинство алкалоидов—гетероциклические соединения (с N в цикле) — 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:

• — алифатические: например, сферофизин из сферофизы солонцовой;
• — моноциклические: эфедрин из эфедры хвощевой и капсаицин из перца однолетнего;
• — бициклические колхициновые алкалоиды: колхицин и колхамин из клубнелуковиц безвременника великолепного.

Эуалкалоиды не выделяют в отдельную группу, разделяя на более мелкие:

• — с N в составе гетероциклов пирролидина и пирролизидина;
• — с N в составе отдельных циклов пиридина и пипередина;
• — с N в составе конденсированных циклов пиридина и пипередина—тропановые алкалоиды;
• — с N в составе циклов хинолизидина;
• — производные циклов хинолина или изохинолина;
• — производные индола;
• — производные циклов пурина;
• — стероидные: производные циклопентанпергидрофенантрена (относящиеся к псевдоалкалоидам);
• — дитерпеновые алкалоиды;
• — алкалоиды иного строения.

Физико-химические свойства

• 1. Кислородсодержащие алкалоиды — твердые кристаллические вещества, чаще бесцветные и реже окрашенные в желто-оранжевый цвет (берберин, хелеритрин, сангвинарин), без запаха, горького вкуса. Поэтому ЛР, содержащие алкалоиды, имеют горький вкус, но из-за токсичности алкалоидов вкус ЛРС определять не рекомендуется (!).
  2. Алкалоиды, не содержащие кислорода, — маслянистые, летучие, неприятно пахнущие жидкости (никотин, кониин, пахикарпин, анабазин).
  3. Алкалоиды имеют четкие температуры кипения и плавления.
  4. Алкалоиды оптически активны: левовращающие изомеры, как правило, активнее правовращающих.
  5. Некоторые алкалоиды флуоресцируют под УФ-лучами (берберин, хинин).
  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. Первые хорошо растворимы в воде и спиртах (особенно в разбавленных и особенно при нагревании), но не растворимы в органических растворителях. Алкалоиды основания хорошо растворимы в органических растворителях (хлороформе, эфире, дихлорэтане, спиртах и др.) и не растворимы в воде.
  8. Благодаря оснóвному характеру алкалоиды при взаимодействии с кислотами образуют соли. Данное свойство широко используется при выделении и очистке алкалоидов, их количественном определении, получении ЛС.
  9. Общим химическим свойством всех алкалоидов, используемом для их обнаружения в сырье, является образование осадков:

а) с солями тяжелых металлов;

б) с комплексными йодидами;

в) с комплексными кислотами.

Выделение из лекарственного растительного сырья

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

При выделении алкалоидов в виде солей сырье обрабатывают водой, спиртом или водно-спиртовыми смесями, содержащими 1—2 % щавелевой, уксусной, винно-каменной и других органических кислот, так как их соли хорошо растворимы в спирте. После такой обработки все алкалоиды из ЛРС переходят в воднокислотную вытяжку в виде солей. Одновременно в спиртовую и особенно водную вытяжку уходит 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 раствором гидроксида натрия или калия и извлечения алкалоидов-оснований органическими кислотами для очистки недостаточно. Поэтому к органическому растворителю, в котором находятся алкалоиды-основания, добавляют 1—5 % раствор кислоты, доводя значения рН примерно до 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 (тем же или другим; обычно берут хлороформ, который тяжелее воды, и/или эфир, который легче воды). Органический растворитель выпаривают, а остаток, содержащий сумму алкалоидов, подвергают разделению на фракции алкалоидов хроматографическим методом.

При выделении алкалоидов в виде оснований алкалоиды-соли, в которых они обычно содержатся в ЛРС, необходимо перевести в алкалоиды-основания. Для этого растительный материал обрабатывают раствором аммиака, гидрокарбоната натрия или гидроксида натрия (либо калия). При подборе щелочи учитывают свойства алкалоидов. Сильные щелочи (NaOH, KOHидр.) используютпривыделении сильных алкалоидов-оснований и алкалоидов, находящихся в ЛРС в виде прочных соединений с дубильными веществами. Но сильные щелочи не применяют при выделении алкалоидов:

• — имеющих в молекуле фенольные гидроксилы, так как при этом образуются феноляты, не растворимые в органических растворителях;
• — имеющих сложную эфирную группировку (например, атропин), так как сильные щелочи вызывают гидролиз таких алкалоидов;
• — из семян, содержащих жирные масла, так как растворы гидроксидов щелочных металлов вызывают гидролиз и омыление жиров.

Мыла не способствуют образованию эмульсий, что затрудняет выделение алкалоидов. Вэтихслучаяхдляпереводаалкалоидов-солейвалкалоиды-основанияобычно используют раствор аммиака. Образующиеся алкалоиды-основания экстрагируют органическим растворителем, в который переходят сумма алкалоидов-оснований и некоторые сопутствующие вещества. Далее сумму алкалоидов-оснований в органическом растворителе обрабатывают 1—5 % кислотой (винной, уксусной, соляной, серной и др., т. е. берут те кислоты, которые дают с алкалоидами соли, хорошо растворимые в воде или спирте).

Алкалоиды-соли переходят в водный слой, а основная масса сопутствующих веществ остается в органическом растворителе, который удаляют с помощью делительной воронки. К водному раствору алкалоидов-солей добавляют щелочь для перевода алкалоидов-солей в алкалоиды-основания: если содержание алкалоидов высокое, алкалоиды-основания выпадают в осадок, который просто можно собрать на фильтре. Если этого нет, то водное извлечение после подщелачивания обрабатывают несмешивающимся органическим растворителем, куда переходят алкалоиды-основания. Эту операцию повторяют до тех пор, пока не будет достигнуто полное отделение алкалоидов от сопутствующих веществ. Далее органический растворитель отгоняют и получают сумму алкалоидов.

Разделение на фракции

Разделение алкалоидов проводят следующими способами:

• — путем фракционной перегонки, используя различия в температурах кипения, начиная с более низкой, при наличии в смеси алкалоидов летучих алкалоидов-оснований;
• — 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;
• — 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;
• — 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;
• — по различной силе оснóвности алкалоидов. Если к водному раствору суммы алкалоидов-оснований прибавить щелочь в недостаточном количестве для приведения всех алкалоидов-солей в алкалоиды-основания, 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, т. е. 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), т. е. дробными порциями кислоты можно получить ряд фракций, в которых алкалоиды распределяются по силе их оснóвности: в первых фракциях окажутся более сильные алкалоиды-основания, в последующих — более слабые.

Качественное определение наличия алкалоидов в ЛРС

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

Общие (осадочные) цветные реакции на алкалоиды. Основаны на способности алкалоидов образовывать не растворимые 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 среде осадки не образуются или же образуются за счет разрушения реактивов). Алкалоиды из ЛРС извлекают 1—5 % раствором HCl или H2SO4. Реакции проводят с минимальным количеством реактивов (!): избыток их приводит к растворению осадка:

• — реакция Драгендорфа: алкалоид + реактив (KBiI 4) — кирпично-красный осадок комплексного йодида алкалоида;
• — реакция Бушарда, Вагнера: алкалоид + реактив (KI 3) — бурый осадок комплексного йодида алкалоида.

Для приготовления реактива Бушарда 1 г I2 растворяют в 50 мл 4 % KI; реактива Вагнера — 1, 27 г I 2 растворяют в 100 мл 2 % водного раствора KI; реактива Драгендорфа — BiI3 + KI — KBiI4.

Алкалоиды также образуют осадки с комплексными кислотами:

• — фосфорно-молибденовой кислотой — желтоватые осадки;
• — фосфорно-вольфрамовой кислотой — белые осадки;
• — кремневольфрамовой кислотой — белые осадки;
• — пикриновой кислотой — ярко-желтые осадки (пикраты);
• — раствором дубильных веществ (таннина) — желтовато-белые аморфные осадки.

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

Кроме того, алкалоиды, выделенные из ЛРС, обнаруживают на хроматограммах 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. Проявляя хроматограммы спиртовыми растворами фосфорно-вольфрамовой (фосфорно-молибденовой) кислоты либо обрабатывая пары йода (I 2), алкалоиды на хроматограммах дают бледные желтые или бурые пятна.

Количественное определение наличия алкалоидов

В лекарственном растительном сырье наличие алкалоидов определяется следующими методами:

— нейтрализации, или титриметрии (см. статью «Листья красавки» ГФ РБ, вып. 2, с. 313). Для этого проводят извлечения алкалоидов из ЛРС в виде оснований, используя систему «хлороформ (либо эфир) плюс 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 к щелочным значениям), 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 (около 15 мл) и таким образом получают раствор хлористо-водородных солей алкалоидов. После внесения в этот раствор капли раствора метилового красного (индикатора) его титруют 0, 02 М NaOH. Нейтрализацию избытка 0, 02 М HCl раствором 0, 02 М NaOH фиксируют изменением цвета индикатора. Результаты вычисляют в пересчете на гиосциамин;

• — гравиметрическим (взвешивается собранный и высушенный осадок алкалоидов);
• — спектрофотометрии (его разновидностью можно считать метод флуориметрии для определения изохиноновых алкалоидов, которые в УФ-лучах светятся желтым, оранжевым, зеленым или голубым светом — интенсивность этой флуоресценции можно измерить).

Распространение в растительном мире

Среди семейств алкалоиды распространены неравномерно. Наиболее широко они представлены у покрытосеменных, особенно богаты ими растения семейств Пасленовые(Solanaceae), Кутровые(Apocynaceae), Маковые(Papaveraceae), Бобовые (Fabaceae), Лютиковые (Ranunculaceae), Лилейные (Liliaceae), Астровые (Asteraceae), Рутовые (Rutaceae). В водорослях, грибах, мхах, папоротниках и голосеменных растениях алкалоиды встречаются достаточно редко.

В растениях чаще всего содержится не один, а несколько алкалоидов: например, у мака снотворного—26, у катарантуса розового—70. Но обычно в растениях преобладают 1—3 алкалоида, остальные в растительных тканях присутствуют в меньших количествах.

Содержание алкалоидов в ЛРС колеблется от сотых и десятых долей процента до1—3%. Последняя величина считается значительной, так как алкалоиды обладают сильным физиологическим действием. Поэтому ЛР с содержанием алкалоидов более 3 % относят к высокоалкалоидным. Только у некоторых ЛР содержание их достигает 10 % и более, например в коре хинного дерева 15—20 % алкалоидов, в клубнях с корнями стефании гладкой — 7, 5—9 %.

В близкородственных растениях, как правило, образуются и накапливаются алкалоиды аналогичного строения. Например, в листьях, траве и корнях красавки обыкновенной, листьях белены и дурмана — алкалоиды тропанового ряда, в спорынье — спектр алкалоидов индольного ряда. Алкалоиды накапливаются в различных органах и частях растений: листьях (белена черная, дурман обыкновенный), траве (маклейя, термопсис), плодах (перец однолетний), семенах (дурман индейский), подземных органах (стефания гладкая).

Различные части растений могут аккуммулировать разные алкалоиды: например, в семенах термопсиса ланцетовидного преобладает цитизин, а в траве — термопсин. Иногда алкалоиды накапливаются в одном органе, а в других отсутствуют или содержатся в очень малых количествах. В частности, у чемерицы наибольшее количество алкалоидов присутствует в подземных органах.

В растениях алкалоиды находятся главным образом в виде солей и растворены в клеточном соке паренхимных клеток: чаще всего в виде солей органических кислот (щавелевой, винной, яблочной, лимонной) и реже — неорганических кислот (фосфорной, серной, например, у мака снотворного). Иногда алкалоиды связаны со специфическими кислотами, например хинной (хинного дерева), меконовой (мака снотворного).

Влияние разных факторов на содержание алкалоидов в растениях

На процесс накопления алкалоидов в растениях воздействуют следующие факторы:

• — генетические (индивидуальные свойства растения). В ходе внутривидовой изменчивости образуются хеморасы — с высоким и низким содержанием алкалоидов в тканях, эти свойства наследуются;
• — фаза вегетации. Максимальное накопление алкалоидов в надземных частях (листьях, траве) наблюдается одновременно с наиболее интенсивным развитием, появлением молодых растущих тканей (рост, бутонизация, цветение). После цветения содержание алкалоидов снижается. В подземных органах содержание алкалоидов увеличивается осенью — в период плодоношения и отмирания надземной части;
• — возраст растения. В коре хинного дерева алкалоидов больше всего в растениях 6—12 лет. В молодых листьях чая около 3 % алкалоидов, в старых — до 1 %;
• — геохимические:наобразованиеалкалоидовпозитивновлияютмногиеэлементы: Cu способствует образованию аминокислот, являющихся главными предшественниками образования алкалоидов, Zn стимулирует образование индольных алкалоидов, Со и Мn способствуют увеличению содержания тропановых алкалоидов. У дурмана накопление алкалоидов выше на щелочных почвах, чем на кислых;
• — экологические:

а) температура: теплая погода способствует увеличению содержания алкалоидов в растениях, а холодная тормозит этот процесс. Алкалоидсодержащие растения чаще встречаются на юге, в странах с тропическим и субтропическим климатом. Кроме того, у растений, произрастающих на юге, содержание алкалоидов выше, чем у аналогичных на севере;

б) свет (освещенность): более сильное освещение способствует увеличению содержания алкалоидов, однако прямой закономерности нет;

в) влажность: у большинства растений избыток влаги неблагоприятно действует на накопление алкалоидов (красавка, мак);

г) высота произрастания растения над уровнем моря: как правило, подъем над уровнем моря до определенной высоты положительно влияет на накопление алкалоидов, после чего их содержание уменьшается.

Роль в жизни растений

О роли алкалоидов в жизни растений существуют следующие предположения:

• — алкалоиды — конечные продукты обмена белковых веществ;
• — алкалоиды — исходные вещества при образовании белков;
• — алкалоиды — защитные вещества растений;
• — алкалоиды — участники обменных биохимических процессов в жизни клеток (принимают участие в окислительно-восстановительных процессах, в трансметилировании).

Применение в медицине

Алкалоиды, обладающие различным физиологическим действием на организм человека и животных, нашли разнообразное терапевтическое применение. Широко в настоящее время используются более 80 алкалоидов растительного происхождения. Они применяются как в чистом виде, так и в составе галеновых и новогаленовых препаратов, также входят в состав комплексных ЛС. ПРП, содержащие алкалоиды, используются в медицине как средства:

• — гипотензивные (Резерпин, Раунатин из раувольфии змеиной, Винкамин из барвинка малого, алкалоиды которого не только понижают кровяное давление, но и улучшают мозговое кровообращение);
• — повышающие давление крови: Эфедрина гидрохлорид из эфедры;
• — возбуждающие ЦНС: Стрихнина нитрат (из чилибухи), Секуринина нитрат (из секуринеги полукустарниковой), Цититон (из термопсиса ланцетного);
• — седативные: Ново-пассит, жидкий экстракт из пассифлоры инкарнатной;
• — обезболивающие: Морфина гидрохлорид (из мака), Атропина сульфат (из белладонны);
• — отхаркивающие, противокашлевые: Глаувент, экстракт травы термопсиса;
• — спазматические: Атропинасульфат, Платифиллинагидротартрат(изкрестовника);
• — антиастматические: Дэфедрин (из эфедры), Астматин и Астматол (из белены);
• — желчегонные: Берберина бисульфат (из барбариса);
• — противоопухолевые: Винбластин, Винкристин, Розевин (из катарантуса розового), омаиновая мазь, раствор колхамина (из безвременника великолепного);
• — стимулирующие мускулатуру матки: Эрготамина гидротартат, Эргометрина малеат (из рожек спорыньи), Пахикарпина гидройодид (из софоры толстоплодной);
• — антимикробные, асептические: Сангвиритрин (из травы маклейи);
• — контрацептивные, антитрихомонадные: Лютенурин (из кубышки желтой);
• — инсектицидные: Анабазина сульфат (из травы анабазиса). Также ПРП используются как основа кортикостероидных препаратов (Соласодин — из паслена дольчатого); как компоненты пищевой промышленности (чай, кофе, кола).

Заготовка, сушка и хранение Сбор ЛРС, содержащего алкалоиды, проводят в период вегетации, когда в нем накапливается максимальное количество алкалоидов. Сырье, содержащее алкалоиды, ядовито, поэтому на всех этапах работы с ним требуется соблюдение техники безопасности, необходимо избегать попадания пыли на слизистые поверхности. Собранное ЛРС следует сушить отдельно от других видов сырья. ЛРС, содержащее алкалоиды, сушат в тени (избегая света, разрушающего алкалоиды) главным образом при температуре 40—60С. Хранят его в вентилируемых помещениях отдельно от другого ЛРС, большинство — по списку «Б» (как сильнодействующее сырье), а некоторые виды (семена чилибухи, клубни аконита, безвременника) — по списку «А» (как ядовитое сырье).