VIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2016

Ключевые слова: алкалоид, азотосодержащие соединения, атропин, кодеин, кофеин

Аннотация: Алкалоиды – азотосодержащиегетероциклические соединения, обладающие сильной и специфической физиологической активностью, и оказывающие различное и многостороннее действие на организм человека и животных. Поэтому, чтобы правильно оценить воздействие алкалоидов необходимо ознакомиться с основными свойствами азотосодержащих соединений. Целью работы является изучение многообразия алкалоидов, их классификации, методов выделения, а также действия на живой организм.

Keywords: alkaloid, azotosoderzhaschie connections, atropine, codeine, a caffeine.

Annotation: Alkaloids – azotosoderzhaschie heterocyclic connections, possessing strong and specific physiological activity, and rendering the different and multilateral operating on the organism of man and zoons. Therefore, that it is correct to estimate influence of alkaloids it is necessary to familiarize with basic properties of azotosoderzhaschikh connections. The purpose of work is a study of variety of alkaloids, their classification, methods of selection, and also operating on a living organism.

Еще в древние времена люди использовали растительные компоненты для облегчения болей и избавления от болезней и недугов. Однако изучение компонентного состава, выделение тех соединений, которые оказывают такое действие, стало возможным лишь с широким и массовым развитием химии как науки, то есть начиная с XVII века. Именно тогда были обнаружены в недрах растительных организмов, а сегодня уже и в некоторых животных, азотсодержащие органические соединения, дающие такой широкий лечебный эффект и алкалоидами.

В настоящее время считают, что алкалоид - это циклическое соединение, содержащее в составе цикла или боковой цепи один или несколько атомов азота и по химической природе проявляющее свойства слабой щелочи, наподобие аммиака.

При комнатной температуре обычный алкалоид - это твердое кристаллическое вещество, без цвета и запаха. На вкус, в основном, горькие, вяжущие, неприятные. Проявляют оптическую активность в растворах.

При стандартных условиях жидкости - это бескислородные алкалоиды (никотин, пахикарпин, конин).

Если говорить о растворимости в воде, то могут это сделать полностью только кофеин, эфедрин, эргометрин. Остальные представители этого класса соединений растворяются только в жидких органических веществах (растворителях).

Методы выделения циклических соединений базируются на растворимости солей алкалоидов в воде, так как в чистом виде они в воде почти нерастворимы, но зато прекрасно делают это в органических растворителях.

Если чистое вещество отделить от соли, то можно получить алкалоид в виде твердого кристаллического порошка, а можно в виде жидкой структуры (никотин). И в том и в другом случае - это щелочное соединение, проявляющее соответствующие химические свойства.

Используют следующие реакции, при помощи которых происходит выделение и изучение алкалоидов [1].

1. Реакции осаждения, основанные на образовании нерастворимой соли алкалоида выпадением осадка при использовании следующих компонентов: таннин, пикриновая фосфорновольфрамовая или молибденовая кислоты.

2. Реакции осаждения, основанные на формировании сложных комплексных солей с участием алкалоидных соединений с использованием реактивов: хлорид ртути, йодид калия или висмута.

3. Реакции окрашивания – реакции, где вид алкалоида меняется и он становится заметен в общем составе с применением реактивов: азотная, серная кислоты, гидроксид меди (II) свежеосажденный.

Часто реакции окрашивания не дают точных результатов, так как гетероциклический состав алкалоидов схож с таковым у белковых молекул. Поэтому они дают одинаковый эффект.

Классификация алколоидов была создана академиком А. П. Ореховым и в основе нее лежит тип и структура гетероцикла с атомами азота в них [2].

1. Пирролидин, пирролизидин и их производные. К этой группе относят алкалоиды, как платифиллин, саррацин, сенецифиллин и другие, где в основе структуры содержатся сложные пятичленные гетероциклы, соединенные друг с другом, в состав которых входит атом азота.

2. Пиперидин и пиридин, их производные. Представители: анабазин, лобелин, где основой являются шестичленные сложные циклы с азотом.

3. Хинолизидин и его соединения. К этой группе относятся: пахикарпин, термопсин и другие, в качестве основы сложные шестичленные гетероциклы, соединенные между собой и азотом.

4. Производные хинолина - хинин, эхинопсин.

5. Соединения изохинолина: сальсалин, морфин и папаверин, используемые в медицине, а также алкалоиды в растениях барбариса, мачка и чистотела.

6. Производные тропана - гиосциамин, атропин, скополамин, где строение представлено сложно конденсированными, переплетенными между собой пирролидиновыми и пиперидиновыми кольцами.

7. Индол и его соединения - резерпин, стрихнин, винбластин и другие, имеющие сложное сочетание пяти- и шестичленных циклов с атомами азота в структуре.

8. Кофеин из чайных листьев и семян растения кола, относитсящихся к производным пурина - сложным соединениям из разных гетероциклов и несколькими атомами азота в составе.

9. Эфедрин и его соединения - сферофизин, колхицин и колхамин.

10. Стероиды - кортикостероиды и половые гормоны.

Вырабатываются в основном растениями, концентрируясь в разных органах: в листьях, плодах, семенах, корневищах и корнях, клеточном соке, в виде солей с органическими кислотами: щавелевой, яблочной, лимонной, винной: а также соединяются со специфическими кислотами, например с меконовой кислотой в опийном маке, с хинной— в хинном дереве.

Содержание алкалоидов колеблется от одного до несколько, близких по химическому строению, иногда в одном растении скапливаются различные алкалоиды (например, морфин, наркотин и другие — в опии) или один и тот же алкалоид может встречаться в нескольких растениях, принадлежащих к разным семействам. Так, эфедрин содержится в растениях, относящихся к 5 семействам; в спорынье обнаружено свыше 30 различных алкалоидов, а в раувольфии змеиной - около 50. Их содержание в одном и том же растении зависит от времени года и фазы развития. В течение вегетационного периода содержание алкалоидов в растении не остается постоянным; в надземных частях их количество увеличивается к фазе цветения и уменьшается к осени. Однако для каждого вида существуют свои закономерности. Количество алкалоидов зависит и от возраста растения. Знание закономерностей накопления алкалоидов по фазам вегетации имеет практическое значение для установления рациональных сроков сбора лекарственного сырья. Изменчивость количества алкалоидов в растении обусловлена также факторами внешней среды и географическим положением. На севере их накапливается меньше, поэтому поиски алкалоидсодержащих растений следует вести в южных районах. Важны и почвенные условия. Например, солянка Рихтера, растущая на песках, содержит около 1% алкалоидов, а выросшая на глинистой почве — лишь следы их. У культивируемых растений количество алкалоидов повышается при внесении в почву азотных удобрений. На содержание алкалоидов влияет и внутривидовая (индивидуальная) изменчивость [3].

Колебания в содержании алкалоидов выявляются также при сушке и хранении сырья. При замедленной сушке нестойкие алкалоиды разлагаются, при хранении сырья в сырых помещениях количество их снижается. Сырье, содержащее алкалоиды, ядовито, поэтому заготовители должны соблюдать меры предосторожности: не дотрагиваться до глаз и рта, работать в рукавицах. На заводах при измельчении сырья используют маски из марли.

Алкалоиды оказывают сильное действие на организм человека и животных, и связи с этим выделяют следующие группы:

- Алкалоиды, действующие на ЦНС, или седативного действия - транквилизаторы (снимают напряжение, тревогу, страх, улучшают сон). Огромное воздействие их оказывается на нервную систему, окончания нервных клеток, синапсы, нейромедиаторные процессы. На данные участки организма разные группы алкалоидов действуют как седативные средства, психотропные, рефлекторного характера, противокашлевые, стимуляторы, наркотические средства, анальгетики. При правильном дозированном и точном использовании в медицинских целях, строго дозировано и точно, эти воздействия приносят пользу. Однако малейшая передозировка приводит к серьезным и печальным последствиям (алкалоиды пассифлоры, стефании гладкой). Стимуляторы ЦНС или психотропные стимуляторы действуют на головной мозг, активируют психическую и физическую деятельность (каффетин, цитрамон, аскофен) т.е. содержат кофеин. Аналептики рефлекторного действия действуют на продолговатый мозг, на сосудодвигательный и дыхательный центры (анабазина гидрохлорид), средство для отвыкания от курения (табекс) содержит цитезин.

- Стимуляторы спинного мозга - стимулируют скелетные мышцы и мышцы сердца. Применяются при парезах, параличах, атонии желудка, при повышенной утомляемости, при пониженном АД, при отравлении снотворными и наркотиками. В токсических дозах – это судорожные яды (препараты семян чилибухи- стрихнина нитрат, сухой экстракт чилибухи и её настойка). К наркотическим анальгетикам относят морфина гидрохлорид, обладающий сильным обезболивающим действием, но вызывает пристрастие, угнетает дыхательный центр. К наркотическим противокашлевым относят: кодеин (терпинкод), а к ненаркотическим противокашлевым – гляуцина гидрохлорид.

- Алкалоиды, действующие на периферические нейромедиаторные процессы (ингибиторы холинэстеразы), стимулируют процессы возбуждения, повышают тонус гладкой мускулатуры, используются при парезах, параличах, миопатии, миастении, ДЦП (галантомицина гидробромид из листьев унгернии, дезоксипеганина гидрохлорид из травы гармалы, пахикарпина гидройодид); антихолинергические – уменьшают спазм, снижают тонус гладкой мускулатуры бронхов, органов дыхания, брюшной полости, снижают секрецию слюнных, потовых желёз (атропин, настойка и экстракт красавки, скополамина гидрохлорид, платифилина гидротартрат). Эти препараты вызвают сухость во рту, нарушения зрения, повышают тонус и сокращение мускулатуры матки. К этой группе относят адреномиметики, действующие на периферические адренергические процессы - вызывают сужение сосудов, повышают артериальное давление, расширяют бронхи (эфедрина гидрохлорид), снимает отёк слизистой, снимает спазм сосудов, используется как антагонист наркотиков, так как возбуждает ЦНС; а также антиадреноэргические – используются для лечения периферического и мозгового кровообращения, для лечения гипертонии (дигидроэрготамин, дигидроэрготоксин, эргомитрин).

- Алкалоиды, действующие в области чувствительных нервных окончаний, т.е. отхаркивающие- алкалоиды травы термопсиса.

- Алкалоиды, действующие на сердечно-сосудистую систему (алкалоиды хины, аймалин из раувольфии), вызывает антиаритмическое, спазмолитическое, гипотензивное, желчегонное действия, улучшающее кровоснабжение.

- Алкалоиды, улучшающие мозговое кровообращение (алкалоиды барвинка малого препарат винпоцетин), спазмолитические (папаверин, теобромин, теофиллин), гипотензивные (резерпин, раунатин, препараты барвинка малого), желчегонные (берберина бисульфат, настойка листьев барбариса, алкалоиды чистотела).

- Стимулирующие мускулатуру матки- препараты спорыньи (эргомитрин, эрготамин), противомикробные алкалоиды или антипротозойные (хинин), против вшей (чемеричная вода, для лечения трихомонадов) и противозачаточное (алкалоиды кубышки), при язвах, незаживающих ранах (сангвиритрин, сангвинерин).

Если препараты с соедржанием алкалоидов используются не по назначению или без соответствия с необходимой дозировкой, возможны следующие последствия: нарушение зрения, слуха; нарушение дыхания, тяжесть в груди; головокружение, тошнота, рвота; кровотечение; сухость во рту; резкое повышение или понижение кровяного давления; сильное отравление с летальным исходом.

Значительная часть алкалоидов по своему физиологическому воздействию на человека является ядами, сильными, вызывающими судороги и смерть (стрихнин, морфин, белладоннин). Другая часть - наркотические соединения, вызывающие зависимость, а третьи психологическую, эмоциональную и физическую (никотин, кофеин, кокаин). Поэтому с данными соединениями нужно вести себя крайне осторожно и использовать только по рекомендации и рецепту врача.

В настоящее время известно более 10000 наименований алкалоидов, обладающие самой разнообразной фармакологической активностью. Самый первый алкалоид был получен в чистом виде из опийного мака под названием морфин, обладающий снотворным действием [4].

Атропин- этот алкалоид содержится в растениях семейства паслёновых – белена, дурман, красавка-белладонна. На организм действует многогранно - возбуждает ЦНС; уменьшается деятельность слюнных, потовых, желудочных, бронхиальных желёз, поджелудочной железы; снижается тонус гладкомышечных органов, расширяются зрачки, нарушается отток внутриглазной жидкости, что приводит к повышению внутриглазного давления; учащается сердцебиение, так как атропин оказывает тормозящее влияние на блуждающий нерв.

Атропин обладает центральным холинолитическим действием, из-за чего у пациентов с болезнью Паркинсона уменьшается дрожание и мышечная скованность. Из-за стимулирующего действия на кору головного мозга применение атропина в больших дозах может привести к психомоторному возбуждению, судорогам, галлюцинациям. В терапевтических дозах атропин возбуждает дыхание, при повышении дозы возможен паралич. Поэтому используется в психиатрии как успокаивающее, неврологии - для лечения паркинсонизма, в хирургии совместно с анальгетиками для премедикации.

Пожалуй, самый известный алкалоид-кофеин. Он содержится в листьях чая (3 %), семенах кофе (1-2%), орехах кола (до 2,35 %). Хоть и содержание кофеина больше в чае, общепризнанным источником кофеина является кофе, так как в чае содержатся такие вещества, как дубильные, обладающие вяжущим действием. Дубильные вещества как бы связывают часть кофеина. На сосуды кофеин действует по-разному - сосуды головного мозга сужает, сосуды брюшной полости и конечностей расширяет.

Стрихнин- очень сильный яд, который содержится в семенах чилибухи. В небольших дозах используется в качестве тонизирующего и возбуждающего ЦНС средства, но в больших дозах может вызвать судороги.

Кокаин – содержится в листьях коки. Листья жевали ещё много столетий назад древние индейцы, и они заметили, что язык при этом немел. Кокаин обладает местно-анестезирующим действием, блокируя болевые нервные окончания и относится к наркотическим средствам.

Сальсолин – алкалоид, выделен из растения солянка Рихтера, обладающий успокаивающим действием на ЦНС, гипотензивным, спазмолитическим действием.

Резерпин- алкалоид, выделенный из индийской травы раувольфия змеиная, обладающий гипотензивным действием, нормализирующий содержание серотонина головного мозга и применяется для лечения психозов, гипертонии.

Секуринин - алкалоид, выделенный из секуринеги ветвецветной и носит тонизирующее действие на ЦНС.

Берберин - наиболее распространённый алкалоид в растениях разных семейств: барбарисовых, макоцветных, рутовых, лютиковых, луносемянниковых, используемый как успокаивающий, кровоостанавливаюийе препарат, применяется при холециститах с дискинезиях желчных путей, при калькулёзном холецистите в холодное время.

Эхинопсин - выделен из мордовника обыкновенного, используют как тонизирующее действие на больных с гипотонией, применяется при астенических состояниях.

Лобелин и цитизин оказывают стимулирующее действие на дыхательный центр и используют для ликвидации последствий отравления окисью углерода, морфином и снотворными, а также для устранения никотинового голода и никотиновой абстиненции - неприятного ощущения у бросающих курить.

Винбластин и винкристин - наиболее ценные алкалоиды из катарантуса розового - обладают противоопухолевой активностью (розевин и онковин), применяемые для лечения лейкозов, особенно в педиатрии.

Гиндарин из стефании гладкой оказывает транквилизирующий эффект и имеет седативные (успокаивающие) и гипотензивные свойства.

Морфин и кодеин - алкалоиды мака - обладают болеутоляющим и противокашлевым действием соответственно.

Пахикарпин из софоры толстоплодной повышает тонус и усиливает сокращение матки, применяемый для стимуляции родовой деятельности.

Резерпин из раувольфии змеиной снижает кровяное давление и оказывает седативное действие.

Сангвинарин и хелеритрин - алкалоиды чистотела большого, характеризующие антимикробной активностью и оказывающие фунгистатическое и бактерицидное действие.

Кодеин выделяют специальными химическими реакциями из морфина. По сравнению с последним, он более безопасен в использовании, так как по действию мягок. Однако эффективность как анальгетика, противокашлевого средства, седативного препарата нисколько не хуже, чем у морфина или самого опия [5].

Опиаты - так в медицине и химии принято называть все те алкалоиды опия, которые можно из него выделить и синтезировать на его основе (морфин, папаверин, героин, кодеин) [6].

В медицине данные вещества применяются, как противокашлевые, болеутоляющие, успокаивающие средства. На основе кодеина даже создан ряд препаратов при простудных заболеваниях у детей. Поэтому препараты на основе кодеина широко распространены в медицине и используются людьми всех стран. Единственное ограничение - это дозировка, которая применяется при рекомендации и под присмотром врача.

Однако некоторые соединения (опий и героин) используются не только в медицинских целях, но и как тяжелые одурманивающие наркотические вещества, вызывающие страшную зависимость организма человека и с течением времени способны нанести тяжкий вред здоровью, даже жизни людей.

Биологическая роль алкалоидов в жизни растений до конца еще не выяснена. Считается, что при дыхании растений алкалоиды окисляются в пероксиды, переходящие в оксиды алкалоида, а освобождающийся при этом активированный кислород используется растением для дальнейшего фотосинтеза. Алкалоиды подземных органов регулируют рост и обмен веществ.

Алкалоидоносное сырье используется для приготовления настоек, экстрактов, но наиболее типичный путь использования — это выделение индивидуальных алкалоидов или суммы алкалоидов в виде солей. Алкалоиды имеют очень широкий спектр фармакологического действия, что связано с их сложным и разнообразным химическим составом. Они характеризуются значительным терапевтическим эффектом, поэтому их относят к группе сильнодействующих, и прием алкалоидных препаратов допускается только при назначении и под контролем врача. Их используют как спазмолитические, болеутоляющие, успокаивающие, желчегонные средства, они входят в состав препаратов отхаркивающего и гипотензивного действия. Алкалоиды стимулируют центральную нервную систему, а также служат источниками для синтеза ценных гормональных стероидных препаратов.

Литература:

1. Минина С.А. Каухова И.Е. Химия и технология фитопрепаратов.-Издательский дом «ГЭОТАР-МЕД», Москва, 2004. С.301-304, 306-312, 312-313.

2. Орехов А.П. Химия алкалоидов.-Изд.2-е исправленное и дополненное. Издательство Академии Наук СССР Москва-1995. С.10-13, 30-31.

3. Муравьева Д.А. Фармакогнозия (с основами биохимии лекарственных растений)-«Медицина»-Москва 1978. С. 278, 285-286

4. Племенков В. В. Введение в химию природных соединений. — Казань: 2001. — с. 376.

5. Тюкавкина Н.А., Зурабян С.Э., Белобородов В.Л. и др. – Органическая химия (специальный курс), кн.2 – Дрофа, М., 2008 г., с.228-236, 289-317.

6. Н.А.Тюкавкина, Ю.И.Бауков – Биоорганическая химия – ДРОФА, М., 2007 г., с. 444-464.

Код для цитирования: Скопировать