Реферат: Алкалоиды рода Carex на Европейском северо-востоке России
СыктывкарскийГосударственный Университет
Химико-биологическийфакультет
РЕФЕРАТпо летней практике
“Алкалоиды рода Carex на Европейскомсеверо-востоке России”
Работу выполнил
студент 240 группы …….
Сыктывкар 2001
План реферата:
Введение.§1. Краткая характеристика алкалоидов(особенности структуры, история открытия).
§2. Распространение алкалоидов в растительноммире.
§3. Биосинтез и возможные функции врастениях.
§4. Методы выделения и установленияструктуры.
§5. Растения — продуценты алкалоидов (краткаяботаническая характеристика рода Carex. Биологические особенности. Распространениев природе).
§6. Данные о химическом составе.Использование в медицине.
Заключение. Актуализация темы.
Список используемой литературы.
Введение.
Алкалоиды являются достаточноинтересным классом органических соединений с точки зрения их структуры ифизиологических действий, оказываемых на животный организм.
Данная работа является большей частьюобзорной. В реферате рассмотрим краткую характеристику алкалоидов, в частностиотметим имеющуюся классификацию, затронем историю открытия некоторыхпредставителей. В следующих параграфах речь пойдет о распространении алкалоидовв природе и их локализации в растительном организме. Также, краткоотметим о возможных функциях алкалоидов в растениях, опишем биосинтез некоторыхгетероциклических оснований, а также пути их выделения и установленияструктуры.
Следующий блок будет включать информациюнепосредственно о продуцентах алкалоидов – растениях. Здесь бы хотелосьзаострить внимание на непосредственно интересующем роде Carex, отметив его краткуюботаническую характеристику.
Также, будет приведен химический состав иполезные свойства представителей рода Carex на интересующем нас географическомландшафте.
Дополнительно будетпредставлена информация поCarexBrevicollisDC.
(Осока парвская), интересной наличиемалкалоидов (бревиколлин, бревикарин, гарман), однако произрастающей запределами изучаемой нами ‘флоры’.
Информация для реферата была взята измонографии академика А.П.Орехова “Химия Алкалоидов”, “Биохимии растений”С.О.Гребинского, ‘Растительных ресурсов России и сопредельных государств’, идр., а также из источников глобальной информационной сети.
§1.Краткая характеристика алкалоидов (особенности структуры, история открытия).
C древнейших времен человек использовал алкалоидыкак лекарства, яды и колдовские зелья, однако структура многих из этих соединенийбыла определена относительно недавно. Термин «алкалоид» («похожий на щелочь») былпредложен в 1819 фармацевтом В.Мейснером. Первое современное определение(1910), данное Э.Винтерштейном и Г.Триром, описывает алкалоид в широком смысле каказотсодержащее вещество основного характера растительного или животного происхождения;при этом истинный алкалоид должен удовлетворять четырем условиям: 1) атом азотадолжен быть частью гетероциклической системы; 2) соединение должно иметь сложнуюмолекулярную структуру; 3) оно должно проявлять значительную фармакологическую активностьи 4) иметь растительное происхождение.
К настоящему времени выделено свыше 10000 алкалоидов разнообразных структурных типов, что превышает число известных соединенийлюбого другого класса природных веществ. Неудивительно, что классическое определениеВинтерштейна – Трира устарело: соединения, рассматриваемые большинством химикови фармакологов как алкалоиды, не отвечают всем его требованиям. Например, колхицини пиперин не имеют основного характера, в то же время колхицин и такие b-фенилэтиламины, как мескалин, не являютсягетероциклами:
/>
Сложность структуры – слишком расплывчатое понятие, чтобы входить в определение:то, что сложно для одних химиков, кажется простым для других. Фармакологическаяактивность – неудачный критерий, поскольку многие вещества проявляют ее, если присутствуютв достаточных дозах. Если включить ее в определение, придется оговорить уровеньдоз. Многие вещества со структурой классических алкалоидов получены из материаловнерастительного происхождения – тканей животных, грибов (в том числе плесневых),бактерий. Так что новое определение понятия «алкалоид», с одной стороны, должноохватывать, возможно, большее число соединений, относимых к алкалоидам большинствомисследователей, а с другой – исключать такие классы природных азотсодержащих соединений,как алифатические амины, аминокислоты, аминосахара, белки и пептиды, нуклеиновыекислоты, нуклеотиды, птерины, порфирины и витамины. Следующее определение, предложенноеУ.Пельтье, отвечает этим условиям и, поэтому получило широкое признание: алкалоид– это циклическое органическое соединение, содержащее азот в отрицательной степениокисления и имеющее ограниченное распространение среди живых организмов.
Требование наличия циклического фрагмента в структуре молекулы исключает из спискаалкалоидов простые низкомолекулярные производные аммония, а также циклические полиамины,такие, как путресцин H2N(CH2)4NH2,спермидин H2N(CH2)4NH(CH2)3NH2и спермин H2N(CH2)3NH(CH2)4NH(CH2)3NH2.В то же время требование наличия азота в отрицательной степени окисления (с.о.)обусловливает включение в список алкалоидов аминов (с.о. –3), аминоксидов (–1),амидов (–3) и четвертичных аммониевых солей (–3), но исключает нитро- (+3) и нитрозо-(+1) соединения. При этом важно, чтобы соблюдалось условие ограниченной распространенностив живой природе, иначе почти все природные азотистые соединения пришлось бы причислитьк алкалоидам. Определение алкалоидов, предложенное Пельтье, удобно в том отношении,что подтверждает отнесение к алкалоидам большинства тех соединений, которые, хотятрадиционно считаются алкалоидами, должны были бы исключаться из их числа согласноклассическому определению Винтерштейна – Трира. Это, например, колхицин, пиперин,b-фенилэтиламины, рицинин,генцианин, буфотоксин. Поскольку структурой соединения определяется его принадлежностьк алкалоидам, антибиотики соответствующей структуры (например, циклосерин, глиотоксин,митомицин С, пенициллин, стрептомицин и стрептонигрин) тоже могут быть отнесенык алкалоидам.
Две обычно используемые системы классифицируют алкалоиды по родам растений, в которыхони встречаются, или на основании сходства молекулярной структуры. Классы алкалоидов,члены которых объединены по источнику выделения, – это алкалоиды аконита, аспидоспермы,хинного дерева, спорыньи, эфедры, ибоги, ипекакуаны, люпина, опийного мака, раувольфии,крестовника, картофеля, стрихноса (рвотного ореха) и иохимбе. Химическая классификацияоснована на особенностях молекулярного азотно-углеродного скелета, общих для членовданной группы алкалоидов. Главные структурные классы включают пиридиновые (никотин),пиперидиновые (лобелин), тропановые (гиосциамин), хинолиновые (хинин), изохинолиновые(морфин), индольные (псилоцибин, активное начало мексиканских галлюциногенных грибов,резерпин и стрихнин), имидазольные (пилокарпин), стероидные (томатидин из томатов),дитерпеноидные (аконитин), пуриновые (кофеин из чая и кофе, теофиллин из чая и теоброминиз чая и какао) алкалоиды:
/>
/>
Историяоткрытия некоторыхалкалоидов.
Началохимии алкалоидов обычно относят к 1803, когда Л.-Ш.Деронь выделил из опиума –высохшего на воздухе млечного сока снотворного (опийного) мака Papaversomniferum – смесь алкалоидов, которую он назвал наркотином. Затем в 1805Ф.Сертюрнер сообщил о выделении морфина из опиума. Он приготовил несколькосолей морфина и показал, что именно морфином обусловливается физиологическоедействие опиума. Позднее (1810) Б.Гомес обработал спиртовый экстракт корыхинного дерева щелочью и получил кристаллический продукт, который назвал «цинхонино,».П.Пельтье и Ж.Кавенту на фармацевтическом факультете Сорбонны (1820) выделилииз «цинхонино» два алкалоида, названные хинином и цинхонином. Позднееисследователи получили более двух десятков оснований из экстрактов коры хинногодерева и растений рода ремиджия (Remijia) сем. мареновых. Между 1820 и1850 было выделено и описано большое число алкалоидов новых разнообразныхтипов. Среди них аконитин из растений рода аконит (Aconitum, борец) –одно из наиболее токсичных веществ растительного происхождения; атропин –оптически неактивная форма гиосциамина и мощное мидриатическое средство (даже4*10–6г вызывают расширение зрачка); колхицин – алкалоидбезвременника осеннего, применяемый при лечении подагры; кониин представляетособый исторический интерес, поскольку именно он стал орудием казни Сократа в399 до н.э., когда великий философ был вынужден выпить чашу с настоемболиголова (Conium maculatum); кодеин – близкий к морфину алкалоид,являющийся ценным обезболивающим и противокашлевым средством; пиперин –алкалоид черного перца (Piper nigrum); берберин – алкалоид из корнейбарбариса обыкновенного (Berberis vulgaris); стрихнин – оченьядовитый алкалоид, содержащийся в семенах чилибухи (Strychnos nux-vomica)и используемый при некоторых сердечных болезнях и для истребления грызунов;эметин содержится в корне ипекакуаны (Cephaelis ipecacuanha, рвотныйкорень) – рвотное и противопротозойное средство, применяется для леченияамебной дизентерии; кокаин содержится в листьях тропических растений рода Erythroxylum,главным образом в коке (E. coca), используется в медицине какместноанестезирующее средство:
/>
/>
/>
§2. Распространение алкалоидов в растительноммире.
Согласно данным, берущим свои истоки изтрудов академика А.П.Орехова (1955), алкалоиды находятся не во всех растениях ичисло последних невелико. Но из-за малого изучения растений в этой областиможно ожидать определенных перемен в сторону увеличения числа видов алкалоидсодержащихрастений. Распределение алкалоидов между ботаническими видами довольно неравномерно.Некоторые семейства богаты алкалоидоносными представителями, в других царит отсутствиетаковых.
Часто растения, стоящие близко одно кдругому в системе ботанической классификации, заключают в себе ряд алкалоидов,весьма близких по своему строению и образующих естественную группу. Но известныслучаи, когда из двух весьма близких между собой ботанических видов один богаталкалоидами, а другой или совершенно их не содержит, или же содержит алкалоидыдругого строения. Раньше считалось, что определенные алкалоиды являютсяхарактерными и специфичными для определенных ботанических семейств или дажевидов, и не встречаются ни в каких других растениях. Однако по мерерассмотрения этого вопроса выявился ряд случаев, когда один и тот же алкалоидбыл найден в растениях, стоящих очень далеко одно от другого в ботаническойклассификации и принадлежащих к совершенно разным свойствам. Поскольку числотаких случаев довольно велико, их нельзя считать исключениями и не может идтиречи о строгой ботанической специфичности алкалоидов.
В растительном организме обычнораспределение алкалоидов бывает довольно неравномерно. Локализация алкалоидовпроисходит преимущественно в определенных частях. Например, в видах Cincona алкалоиды находятсяглавным образом в коре, тогда как у аконитов главная их масса находится вклубнях. У ракитника алкалоиды сосредоточены главным образом в семенах, в кокаиновомкактусе в листьях.
Известны случаи, когда одни части растенийочень богаты алкалоидами, тогда как в других частях того же растения ониполностью отсутствуют или содержаться в гораздо меньшем количестве.
Различные части одного и того жерастения могут отличаться между собой также и качественными содержаниемалкалоидов, т.е. в различных частях растений могут находиться разные алкалоиды.Например, корень мачка бахромчатого содержит исключительно хелеретрин и сангвинарин,тогда как в надземных его частях находятся только протопин, коридин иаллокриптопин. Поэтому при изучении новых растений необходимо исследоватьотдельно различные их части. Кроме того, как процентное содержание, так икачественный состав алкалоидной смеси могут меняться в течение года взависимости от стадий развития растений.
Процентное содержание алкалоидов,заключающихся в каком-либо органе растения, обычно невелико. Известно, правда,несколько примеров – хинное дерево, барбарис, коридалис и др., когда содержаниеалкалоидов доходит до 10-15 %. Но такие случаи являются редкими исключениями, ирастения, содержащие 1-2 % алкалоидов, считаются уже богатым сырьем. В ряде жеслучаев содержание алкалоидов измеряется десятыми, а иногда и сотыми долями процента.Процентное содержание алкалоидов подвержено сильным колебаниям, зависящим нетолько от изучаемой части растения, но и от времени года (периода вегетации) иусловий произрастания: климата, почвы, удобрения, влажности и т.д. При этом завремя вегетации оно может или непрерывно расти, или же сначала увеличиваться, азатем падать. Поэтому для тех алкалоидоносных растений, которые имеютпроизводственное значение, нужно знать, в какой момент количество алкалоидов достигаеммаксимума, что может быть достигнуто путем изучения динамики их накопления иизменения их состава, чтобы установить таким образом оптимальный момент сбора.
Для культивируемых видов алкалоидоносныхрастений путем селекции и агромероприятий не только увеличить общее содержаниеалкалоидов, но и изменить их качественный состав в желательную дляисследователя сторону.
Количественное и качественное содержаниеалкалоидов может сильно меняться от перенесения дикорастущего растения в инуюобстановку. Иногда такое дикорастущее алкалоидоносное растение в культуретеряет свои алкалоиды или же их состав сильно меняется, что, конечно, объясняетсятолько нецелесообразными условиями культуры, не соответствующими тем, к которымдикорастущее растение приспособилось в процессе эволюции.
Один алкалоид растение содержит только вочень редких случаях, т.к. при детальном изучении не исключена возможность, чтов нем будут найдены другие алкалоиды. В большинстве случаев в растениинаходится смесь нескольких алкалоидов, число которых может доходить до 15-20 идаже более.
Обычно алкалоиды находятся в растении ввиде солей различных органических или минеральных кислот. Особенно частовстречаются они в виде солей яблочной, лимонной, щавелевой, янтарной идубильной кислот (таннин). Далее встречаются соли уксусной, пропионовой имолочной кислот. Из минеральных кислот встречаются серная, фосфорная,роданистоводородная. В некоторых растениях алкалоиды связаны с кислотой,являющейся характерной для данного растения, например аконитовой (в аконите),хинной (в хинной корке), меконовой (опий).
§3. Биосинтез и возможные функции врастениях. Фармакологическая активность.
В основе биосинтеза алкалоидов лежит образование соответствующих гетероциклов.Исходными веществами для образования гетероциклов, содержащих азот, являются аминокислотыили продукты их декарбоксилирования — амины. Приведем конкретные схемыобразования ряда гетероциклов на основании опытов по кормлению растений меченымиаминокислотами. Меченые атомы углерода обозначены звездочками.
Глутаминоваякислота и орнитин служат источниками образования пирролидина:
/>
Орнитин, введенный влистья белены, включается в тропановое кольцо гиосциамина:
/>
Никотиновая кислота иорнитин в листьях табака превращаются в никотин:
/>
Из никотиновойкислоты у клещевины образуется рицинин, а сама никотиновая кисота возникает изаспаргиновой кислоты и глицеринового альдегида:
/>
При кормлении мака Papaver somniforum меченымифенилаланином и тирозином был получен морфин, содержащий изохинолиновое кольцо.
/>
Лизин превращается вамин кадаверин, который является непосредственным предшественником анабазина,лупинина, спартеина и других алкалоидов:
/>
Тирозин служитисточником горденина; из фенилаланина образуется эфедрин.
/>
/>
Алкалоид из проростковячменя грамин образуется из триптофана:
/>
При синтезестероидных алкалоидов атом азота внедряется в кольцо при помощи реакции трансаминирования.
Большинствоалкалоидов содержит /> группу. Метильные группы у такихалкалоидов, как никотин, рицинин, гиосциамин, морфин и др., появляются в результатепереноса их от метионина и аналогичных соединений. Источником метильных группмогут служить также муравьиная кислота, формальдегид, серин и гликолат.
Функцииалкалоидов в растениях не вполнепонятны. Возможно, алкалоиды – это побочные продукты обмена веществ (метаболизма)в растениях, или они служат резервом для синтеза белков, химической защитой от животныхи насекомых, регуляторами физиологических процессов (роста, обмена веществ и размножения)или конечными продуктами детоксикации, обезвреживающей вещества, накопление которыхмогло бы повредить растению. Каждое из этих объяснений может быть справедливым вконкретных случаях, однако 85–90% растений вовсе не содержат алкалоидов.
Фармакологическаяактивность алкалоидов изменяетсяв широких пределах в зависимости от структуры. Среди них имеются обезболивающиесредства и наркотики (морфин, кодеин); мощные стимуляторы центральной нервной системы(стрихнин, бруцин), мидриатические (т.е. расширяющие зрачок) средства (атропин,гиосциамин) и миотические (т.е. суживающие зрачок) средства (физостигмин, пилокарпин).Некоторые алкалоиды обнаруживают адренергическую активность, возбуждают симпатическуюнервную систему, стимулируют сердечную деятельность и повышают кровяное давление(эфедрин, эпинефрин). Другие – снижают кровяное давление (резерпин, протовератринА). Благодаря своей физиологической активности многие алкалоиды, будучи сильнымиядами, находят применение в медицине.
§4. Методы выделения и установленияструктуры.
Главной проблемой при выделенииалкалоидов является отделение вещества от “балластного ” материала, составляющегоглавную массу растительного сырья. В случае с легколетучими алкалоидами,выделение производится путем отгонки с водяным паром, однако такие случаиредки. Так как обычно алкалоиды находятся в растении в виде различных кислот,то необходимо сначала освободить их путем смачивания измельченного растенияраствором щелочи.
Нередко для извлечения алкалоидовприбегают к экстракции при помощи подходящих растворителей. Подобные методикивыделения делятся на две группы: экстракция в виде солей и экстракция в видесвободных оснований. В первом случае растительное сырье обрабатывается подходящимрастворителем, к которому прибавляется небольшое количество какой-либо кислоты(уксусной, соляной, винной, лимонной и др.). Экстракция ведется обычно в коническихэкстракционных аппаратах (перколяторах), в которые загружается мелко размолотоесырье и заливается растворитель. После настаивания в течение нескольких часовраствор медленно выпускают через кран, имеющийся в нижней части перколятора, асырье снова заливают свежим растворителем и продолжают так до полногоизвлечения, т.е. до того момента, когда в пробе жидкости, стекающей изперколятора, при помощи подходящих качественных реакций не удается большеоткрыть присутствие алкалоида. Еще более совершенной является непрерывнаяперколяция; при этом способе, по мере того как из крана перколятора медленносливается раствор, в верхнюю его часть автоматически добавляется такое жеколичество свежего растворителя. При наличии аппаратуры целесообразно использованиеэкстракцию в нескольких перколяторах по принципу противотока: раствор, вытекающийиз первого перколятора, поступает на свежее сырье, находящееся в во второмперколяторе; из второго обогащенный раствор поступает на свежее сырье – втретьем перколяторе и т.д. Этим путем удается получить более концентрированныерастворы алкалоида и обойтись с меньшим количеством растворителя. Напроизводстве устанавливаются “экстракционные батареи”, состоящие из 5-10 перколяторов.
Соли алкалоидов обычно растворимы вводе, спиртах (метиловом и этиловом) и нерастворимы в эфире и углеводородах.Поэтому при извлечении алкалоидов в виде солей в качестве растворителя обычноприменяется вода или спирт. Хотя экстракция алкалоидов идет в большинстве случаевлегко и быстро, однако этот способ имеет недостаток, что спирт, а особенновода, извлекает из растений наряду с алкалоидами большое количество такназываемых “экстрактивных веществ” (белки, смолы, дубители, слизи и др.),присутствие которых часто сильно затрудняет обработку таких растворов.
Экстракция алкалоидов в виде свободных оснований.При этом методе необходимопредварительно выделить алкалоиды, находящиеся в растении в виде солей, чтодостигается обработкой щелочью. Иногда для этого слегка влажный порошок растительногосырья тщательно смешивают с сухим основанием (окись магния или известь), а затемподвергают экстракции. В других случаях растение смачивают и тщательнорастирают с раствором щелочи (аммиак, сода, едкий натр) и затем подвергаютэкстракции в перколяторе. Так как свободные алкалоиды растворимы не только вводе и спирте, но и в большем числе органических растворителей, то выборподходящего растворителя в этом случае гораздо богаче. Чаще всего для этой целиприменяют бензол, дихлорэтан, реже пользуются эфиром, хлороформом, четыреххлористымуглеводородом, петролейным эффиром и керосином. Сама экстракция ведется путемперколирования совершенно так же, как в случае экстракции в кислой среде.
Выбор подходящей щелочи является оченьважным моментом, так как многие алкалоиды очень чувствительны к действиюсильных щелочей и могут при этом подвергаться нежелательным изменениям, такжемогут встретить случаи, когда алкалоид представляет собой настолько сильноеоснование, что для его выделения из солей недостаточно слабых оснований вродеаммиака.
Предварительная экстракция.
Для разделения смеси алкалоидов отбалластных веществ применяется способ предварительной очистки сырья. Для этогосырье сначала обрабатывают какой-либо слабой кислотой (или солью, имеющейслабокислую реакцию) и подвергают экстракции бензолом или петролейным эфиром.Алкалоиды, будучи связаны в виде солей, в эти растворители не переходят, арастворитель извлекает только нейтральные или кислые экстрактивные вещества.После этой предварительной обработки растительный материал снова обрабатываютподходящей щелочью и вторично извлекают по тому же способу. Раствор алкалоидовпри этом получается значительно более чистым, содержащим гораздо меньшепосторонних веществ, и выделение из него чистых оснований значительнооблегчается. Однако, вследствие громоздкости и большой затраты времени этотметод применяется только в исключительных случаях, там где приходится иметьдело с сырьем, особо богатым балластными веществами, или в случае оченьчувствительных и легко изменяющихся алкалоидов.
Экстракты, полученные тем или иным способом,содержат алкалоиды (и балластные вещества), или в виде солей, или уже всвободном виде. Сообразно с этим дальнейшая обработка их несколько отличается.
Далее проводитсяобработкаэкстрактов. При этом для выделения алкалоидов из водных, кислых растворових солей эти растворы подщелачиваются и алкалоиды отсасываются (если онитруднорастворимы в воде и прямо выпадают в твердом виде) или же извлекаютсяподходящим растворителем (эфиром, хлороформом, бензолом, амиловым спиртом идр.), не смешивающимся с водой. Такую обработку часто проводят многократно.
В случае спиртовых кислых растворовнеобходимо сначала удалить спирт, что делается путем отгонки на водяной бане;остающаяся после этого густая масса обрабатывается водой (или разбавленнойкислотой), причем часть смолистых веществ остается нерастворенной и отделяетсяпутем фильтрации. Эти смолы часто адсорбируют значительное количествоалкалоидов, так что приходиться обрабатывать их несколько раз горячей водой(или разбавленной кислотой) до полного выделения из них алкалоидов.
В последнее время для выделенияалкалоидов из водных или кислых диффузионных
соков применяется более простой методадсорбции.
Вкачестве адсорбента обычно применяются угли и ионообменные адсорбенты:природные глины или искусственные смолы.
Растворы свободных алкалоидов в несмешивающемся с водой растворителе, полученные путем щелочной экстракциирастения, обычно значительно чище, чем водные и спиртовые экстракции, т.е.содержат меньше балластных веществ. Для получения из них алкалоидов этирастворы сначала взбалтываются с разбавленной кислотой (1-5 %), в которуюпереходят все алкалоиды. Последние, таким образом, сразу концентрируются всравнительно небольшом объеме жидкости. Этот кислый раствор подвергается обычнойочистке, подщелачивается и алкалоидная смесь или отсасывается или сноваизвлекается органическим растворителем.
Разделение алкалоидов.
Разделение алкалоидов наосновании различных температур кипения. Этот метод используется в случае,когда алкалоиды, находящиеся в смеси, сильно отличаются один от другого посвоей температуре кипения. Таким образом, возможно разделить их путем дробнойперегонки.
Методы, основанные на различиирастворимости.
Различие в растворимости алкалоидов иих солей в различных растворителях является основой наиболее часто применяемыхметодов их разделения и очистки.
Уже при извлечении “суммы алкалоидов” изпервичного кислого раствора, полученного при экстракции, можно, путемприменения различных несмешивающихся органических растворителей, достигнутьчастичного разделения смеси. Так, например, при взбалтывании подщелоченного растворомэфиром в последний переходит часть алкалоидов, тогда как часть остается вводном растворе и извлекается из него только применением другого растворителя,например хлороформа или бензола. Такое частичное разделение алкалоидной смесина две или более группы, применялось например, в случае алкалоидов кактуса — Anhalonium. Это разделение,конечно, никогда не бывает полным и представляет собой только грубую первуюфракционировку.
Разделение на основании различной“силы основности”.
Метод основан на том, что различныеалкалоиды обладают различной “силой основности”. Если к смеси таких алкалоидовприбавить количество кислоты, недостаточное для нейтрализации всей массы, то впервую очередь с кислотой свяжутся наиболее сильные основания, тогда как болееслабые останутся свободными. Наоборот, если к раствору смеси алкалоидов втеоретическом количестве какой-либо кислоты прибавить количество щелочи,недостаточное для освобождения всей суммы алкалоидов, то в первую очередьразложатся соли наиболее слабых оснований, тогда как сильные останутся всвязанном с кислотой виде. Разделение этим способом обычно бывает неполным, вособенности при сложных смесях, и в отдельных фракциях наблюдается обогащениеодним из оснований. Для полного разделения и очистки этот метод комбинируют сдругими способами, основанными на кристаллизации солей или свободных оснований.
Разделение на основании различнойадсорбционной способности (хроматография).
Метод хроматографии состоит в том, что черезколонку, наполненную адсорбентом, пропускается испытуемый раствор, содержащийнесколько алкалоидов. После того как раствор полностью проникает в слойадсорбента, колонку промывают органическим растворителем или смесью несколькихрастворителей и собирают отдельные фракции вытекающей из колонки жидкости.Дальнейшая обычная обработка отдельных фракций позволяет выделять индивидуальныесоединения.
Разделение путем получения производных.
Он используется в случаях, когдаалкалоиды, находящиеся в смеси, отличаются одни от других такими химическимиособенностями, которые позволяют произвести их разделение путем получениякаких-либо подходящих производных. Этот метод разделения основывается на том,что один из алкалоидов вступает в реакцию с каким-либо реактивом, тогда какдругой остается неизменным. Свойства образовавшегося таким образом производногопервого алкалоида (растворимость и пр.) часто сильно отличаются от свойств исходноговещества и позволяют провести разделение его обычным методом кристаллизации.Основным условием при этом является то, что алкалоид должен легко обратно получатьсяиз полученного производного и не должен претерпевать при этом никаких существенныхизменений.
Общие методы изучения структуры.
При изучении структуры алкалоидов особоважную роль играют реакции размыкания гетероциклических колец, так как онипозволяют перейти от сложных полициклических структур к более простым. Наряду сэтими реакциями большое значение имеют также реакции, ведущие к установлениюосновного азотно-углеродистого “скелета” изучаемого алкалоида, т.е. тойупрощенной структуры, которая остается после удаления боковых групп и цепей.
Типичными примерами являются реакциираскрытия кольца, в частности одной из важнейших является “гофманский распад” иего модификация “распад по Эмде”. Это удается осуществить благодаря тому, чтопри нагревании четвертичных оснований, последние распадаются с образованиемводы, третичного амина и ненасыщенного углеводорода.
При изучении алкалоидов, являющихсятретичным основаниями с метильной труппой при азоте, бывает важно перейти ксоответствующему вторичному основанию, лишенному этой группы, т.е. надопровести диметилирование. Эта реакция осуществляется: действием бромциана;сухой перегонкой хлор- или иодгидрата с отщеплением хлорметана или иодметана;действием хлоргидритов на основание, дающее сначала хлорамин,восстанавливающийся до вторичного амина (метод Вильштеттера); окислениемоснования перманганатом, дающее соответствующую N-карбоновую кислоту,самопроизвольно теряющую CO2; действием азотной кислоты (при повышеннойтемпературе) на третичное основание.
Наиболее часто применяются разнообразныеметоды окисления и восстановления, имеющие своей целью либо видоизменение техили иных групп молекул, или провести распад молекулы на более простые части.
В качестве окислителей используютперманганат (в различных средах) и хромовую кислоту (в кислой среде). В качествевосстановителей применяют водород в момент выделения или же элементарныйводород в присутствии металлических катализаторов.
§5. Растения — продуценты алкалоидов (краткаяботаническая характеристика. Биологические особенности – распространение вприроде. Особенности культивирования).
CAREX L.-Осока. сем.Осоковые Cyperaceae
Краткое описание.
Осоки похожи натравы, и большинство их растут на болотистых местах и вдоль водоемов. С первоговзгляда растения можно спутать со злаками, но есть одна особенность, котораяпозволяет «узнать их в лицо», — это трехгранный стебель, ребракоторого могут быть острыми или закругленными. Большинство осок — многолетникис длинным или укороченным корневищем. Род Саrех охватывает множество видов,отличающихся друг от друга не только по облику и высоте, но и по экологическимтребованиям. Среди них найдутся горные виды, арктические, а также низменные иболотные виды, растущие на мокрых кислых лугах, торфяниках, песчаниках. Одниобразуют небольшие плотные подушки, другие — большие кустарники или зеленыековры. Цветки однодомные или двудомные, состоящие из одного или двух колосков,которые могут быть двуполыми, мужскими или женскими. Плод — пушистаясемянка. Осоки декоративны в период цветения своими пыльниками,повисающими на тонких нитях.
Род Carex — крупнейший род,включающий около 2000 видов. Представители Carex произрастают повсему земному шару – от высокой Арктики до самых южных пределов распространенияпокрытосеменных, встречаясь во всех климатических зонах, но наиболее характеренэтот род для умеренных и холодных областей северного полушария.
На территории бывшего СССР встречаетсяоколо 400 видов осок. 87 видов с подвидами произрастают на территории флорысеверо-востока европейской части.
Самая многочисленная группа осок представленаздесь бореальными видами, из которых наибольшее распространение имеют C.aquatilis ssp.aquatilis, C.rostrata, C.vesicaria, C.globularis, C.caespitosa, C.diandra, C.cinerea. Небольшая частьосок является арктическими видами: C.aquatilis ssp.stans, C.bigelowii ssp.arctisibirica, C.rariflora, C.glacialis, C.rotundata, C.misandra, C.ursina.
К арктоальпийской группе видовпринадлежит C.atrata, C.rupestris, C.fuscidula, C.crause, C.ledebouriana, C.atrofusca, C.bicolor, C.tripartita. Неморальными элементамифлоры являются C.digitata, C.ornithopoda, C.pediformis ssp.rhizodes, C.muricata, C.contigua. Эти видыприурочены, как правило, к карбонатным почвам и встречаются большей частью навозвышениях рельефа. На территории европейского северо-востока Росии лежатединичные местонахождения горно-степных (C.praecox, C.obtusata) видов.
Большинство видов Carex связано в своемраспространении с различного типа болотами, луговыми ассоциациями(преимущественно гигрофильного характера), заболоченными тундрами, берегамиводоемов. Некоторые осоки (C.recta, C.paleacea, C.salina, C.subspathacea, C.maritima, C.glareosa, C.mackenziei, C.ursina) обитают по морскимпобережьям на приморских лугах, песках, галечниках.
Отдельные виды, ксерофильные,встречаются на сухих местообитаниях: щебенистых, каменистых и мелкозернистыхсклонах, песчаных местах, известняковых обнажениях (C.rupestris, C.obtusata, C.praecox, C.ornithopoda, C.pediformis ssp.pediformis, C.glacialis, C.fuscidula). Лесными видамиявляются C.digitata, C.pediformis ssp.rhizodes, C.macrouta.
Осокам принадлежит весьма существенная роль всложении растительного покрова флоры территории европейского северо-востокаРосии. В особенности это относится к видам, произрастающим обычно в массовомколичестве и занимающим нередко большие пространства (C.aquatilis ssp.stans, C.aquatilis ssp.aquatilis, C.bigelowii ssp.arctisibiria, C.rotundata, C.rostrata, C.rhycchophysa, C.rariflora, C.globularis и др.).
Полезные свойства. Хим.состав.Применение.
По данным об известном химическомсоставе, полезных свойствах и применении различных видов представителей рода Carex, произрастающих наинтересующей нас территории составим таблицу.
Таблица №1.
Вид Хим.состав Полезные свойства
C.acuta L.
(C.gracilis Сurt.)
— О.острая.
Фитонциды Фитонциды обладают антибактериальными свойствами. В Беларуси входит в состав сбора для мытья головы при себорее. Пригодна как сырье для целлюлозно-бумажной промышленности. Как плетеночный материал. Кормовое для с/х животных. Декоративное.C.acutiformis Ehrh.
— О.заостренная.
Листья: фенолкарбоновые кислоты и их производные: хлорогеновая. Флавоноиды: изоориентин, трицин, 5-глюкозид трицина.C.cespitosa L.
— О.дернистая.
Входят в состав полюстровского торфа, используемого в практической медицине для стимуляции регенеративных процессов поврежденных тканей, нормализации обмена веществ, улучшения местного кровообращения, как аналгезирующее. Входят в состав полюстровского торфа, используемого в практической медицине для стимуляции регенеративных процессов поврежденных тканей, нормализации обмена веществ, улучшения местного кровообращения, как аналгезирующее. Мягчительное, при цинге, часотке. C.dioica L.- О.двудомная.Экстракт проявляет бактерицидную активность.
Подз.ч: Диуретическое, при ревматизме. Кормовое для с/х животных.
C.hirta L.- О.волосистая. ФитонцидыФитонциды обладают антибактериальными свойствами.
Настой-отхаркивающее при заболеваниях верхних дыхательных путей, родовспомогательное, диуретическое; отвар – при ларингите, бронхите, женских болезнях, неврозах, мягчительное при цинге, часотке.
C.nigra (L.) Reichard- О.черная. Циклитолы: мезоинозит. Витамины группы B,PP,H. Листья: Флавоноиды: трицин. Хиноны: пластохинон. C.praecox Schreb.- О.ранняя. Подз.ч. В Беларуси и Брянской обл. (отвар – внутри ванны)-при ревматизме и радикулите. Надз.ч. пригодна как плетеночный, набивочный, упаковочный материал, для изготовления веревок. Кормовое для с/х животных. C.riparia Curt. – О.береговая. Листья. Фенолкарбоновые кислоты и их производные: хлорогеновая. Флавоноиды: изоориентин (гомоориентин, 6-С-глюкозид лютеолина), трицин 5-глюкозид трицина. В Сибири – при женских болезнях. Надз.ч. Пригодна как сырье для целлюлозно-бумажной промышленности, как плетеночный, набивочный, упаковочный материал. Перганос. Кормовое для КРС. Декоративное.Такимобразом, осоки обладают рядом лечебных свойств, применяются в качестве сырья целлюлозно-бумажнойпромышленности, для поделочных целей. Некоторые виды используются в качестведекоративных растений и для озеленения территорий. Осоки также находят применениев качестве корма для сельскохозяйственных животных.
Информация о культивировании осок автору невстречалась, однако тот факт, что различные виды рода Carex применяются в декоративныхцелях, свидетельствует о том, что на практике это применяется. Вероятно, этапроцедура проводится по стандартным ботаническим приемам.
Также приведем информацию об осокепарвской. Этот представитель достаточно изучен, но произрастает исключительно вюжных регионах. Из этого вида осок был извлечен ряд алкалоидов и изготовляемыепрепараты на этой основе нашли применение в медицинской практике, в частности вакушерской.
Осока парвская, CarexBrevicollisDC.
Многолетнее растение 30-45 см высоты, сукороченным густодернистым корневищем, семейства осоковых (Cyperaceae). Листьятонкокожистые, гладкие, 3-5 мм ширины. Соцветие состоит из 2-3 колосков, изкоторых один мужской – толстый, ржавый, остальные женские. Плод – орешек. Растетв светлых лесах, кутсарниках Среднеднепровья, по склонам гор Западного и ЮжногоЗакавказья.
Листья и корни растения содержаталкалоиды, причем содержание их в указанных органах растения неодинакого.
По данным Г.В.Лазурьевского, И.В.Терентьевойи А.В.Боровкова, содержание бревиколлина в листьях достигает 95 % от всейсуммы алкалоидов, в корнях – 50 %, содержатся также бревикарин, гарман и др.
Бревиколлин относится к производным индола.Это бескислородное основание состава C17H19N3. Второй алкалоидосоки парвской относится к производным карболина – бревикарин C17H21N3,близкий по своему строению к бревиколлину.
Фармакологические свойства алкалоидовосоки парвской.
Впервые фармакологическое исследованиеалкалоида бревиколлина было проведено В.М.Черновым, показавшим, чтогидрохлоргидрат бревиколлина стимулирует дыхание, понижает артериальноедавление, снимает сосудистые спазмы, усиливает сокращения кишечника и матки,обладает ганглиоблокирующими свойствами. В дальнейшем исследования бревиколлинабыли продолжены А.И.Лесковым в лаборатории фармакологии ВИЛАР. Им подтвержденыданные, полученные В.М.Черновым, выявлены ведущие фармакологические свойстваалкалоида и дано обоснование возможности использования его в медицинскойпрактике. Бревиколлин усиливает сократительную функцию мускулатуры матки,повышает ее тонус в дозах, которые еще не оказывают влияния на другие систамы иорганы. С этой точки зрения можно считать действие бревиколлина на маткуизбирательным. Бревиколлин изучался в сравнении с пехикарпином и отчасти изоверином.
Внутривенное введение алкалоида в дозе0,35-1 мг/кг вызывает повышение тонуса матки у наркотизированных кошек иморских свинок с одновременным учащением и увеличением амплитуды ее сокращений.Пехикарпин и изоверин в таких дозах вызывают меньший эффект. По токсичности умышей бревиколлин близок к пахикарпину.
Повышение тонуса матки, усиление иучащение ее сокращений отмечены также у кошек при введении алкалоида вдвенадцатиперстную кишку в дозе 1 мг/кг.
Препарат обладает ганглиоблокирующимисвойствами, которые, по-видимому, можно объяснить его гипотензивное действие.
Применение в медицине.
Бревиколлин применяют в акушерскойпрактике в качестве средства для ускорения родовой деятельности в случаях родовыхпотуг и раннем отхождении вод, а также при заболеваниях, когда целесообразноуменьшить возбудимость узлов вегетативного отдела нервной системы (облитерирующийэндартериит, перемежающаяся хромота, ганглиониты и др.).
Препарат бревиколлина гидрохлорид (Brevicollini hydrochloridum). Светло-кремовый сжелтоватым оттенком кристаллический порошок. Растворим в воде, легко растворимв спирте. Как маточное средство бревиколлин назначают внутрь в виде 3 %раствора по 20-25 капель на прием 4-5 раз в день с интервалами 1 час. Для болеебыстрого эффекта назначают в мышцу по 1-2 мл 2 % раствора (0,02-0,04 г) 3-4раза в день с интервалом 1 час между инъекциями. Как спазмолитическое приспазмах периферических сосудов и ганглиотитах бревиколлин назначают в 3 %растворе по 20-25 капель на прием 2 раза в день. При применении бревиколлинаиногда могут возникнуть шум в ушах, чувство оглушения, исчезающие приуменьшении дозы. Не следует назначать внутрь при язвенной болезни желудка иострых гастритах в стадии обострения из-за местного раздражающего действияпрепарата. Его нельзя вводить под кожу.
Заключение.
В реферате была рассмотрена характеристику алкалоидов: отмечена классификация, история открытия некоторых представителей, отмечен вопрос о распространении алкалоидовв природе и их локализации в растительном организме и о возможных функцияхалкалоидов в растениях, был представлен биосинтез некоторых гетероциклическихоснований на конкретных примерах, а также пути их выделения и установленияструктуры.
Рассматривая вопрос о продуцентах алкалоидов, был рассмотрен предложенный род Carex, в представителяхкоторого на территории Европейского северо-востока Росии ранее алкалоиды обнаруженыне были. С этой целью была приведена информация об осоке парвской, интересной наличиемалкалоидов (бревиколлин, бревикарин, гарман), однако произрастающей запределами изучаемой нами ‘флоры’. Относительно этого представителя хотелось бысказать пару слов.
Наличие алкалоидов в осоке парвской,дает надежду того, что нам возможно удастся обнаружить таковые (даже вничтожных количествах) и в представителях рода Carex, произрастающих нанаших северных территориях. Если это удастся сделать, то возможно, изучивалкалоидоноскость как можно большего числа видов из различных популяций интересующейнас флоры, может обнаружить какую-нибудь (пусть даже абсурдную) закономерностьвстечаемости этих уникальных азотсодержащих оснований на примере рода Carex.
Список используемой литературы.
· ОреховА.П. Химия алкалоидов.- М.: Издательство Академии Наук СССР, 1955.
· ГребинскийС.О. Биохимия растений.-Львов: Вища школа, 1975. 280 с.
· Растительныересурсы России и сопредельных государств: Цветковые растения, их химическийсостав, использование; Семейства Butomaceae-Typhaceae.-СПб.: Наука, 1994.-271с.
· Флорасеверо-востока европейской части СССР. т.II. Семейство Cyperaceae-Caryophyllaceae. Под ред.А.И.Толмачева.-Л.: Наука, Ленингр.отд., 1976. 316 с.
· ТуроваА.Д. Лекарственные растения СССР и их применение. – М.: Медицина, 1974. – 424 с.