Alkaloidit ( myöhään latinan kielestä alkali - " alkali " tai arabiaksi al-qali - "kasvistuhka" ja muut kreikkalaiset εἶδος - "laji", "ulkonäkö") [1] - ryhmä luonnollista alkuperää olevia typpeä sisältäviä orgaanisia yhdisteitä (useimmat usein kasvis), pääasiassa heterosyklisiä , joista useimmilla on heikon emäksen ominaisuuksia ; ne sisältävät myös neutraaleja [2] ja jopa heikosti happamia yhdisteitä [3] , jotka liittyvät biogeneettisesti tärkeimpiin alkaloideihin . aminohapot ,Nukleotidit , aminosokerit ja niiden polymeerit eivät ole alkaloideja. Joskus samankaltaisia synteettisiä yhdisteitä kutsutaan myös alkaloideiksi [4] .
Alkaloidimolekyylit voivat sisältää hiilen , vedyn ja typen lisäksi rikkiatomeja , harvemmin klooria , bromia tai fosforia [ 5] . Monilla alkaloideilla on selvä fysiologinen aktiivisuus [6] . Alkaloideja ovat esimerkiksi aineet, kuten morfiini , kofeiini , kokaiini , strykniini , kiniini ja nikotiini . Monilla alkaloideilla pieninä annoksina on parantava vaikutus, ja suurina annoksina ne ovat myrkyllisiä . Alkaloidit ovat fysiologisesti erilaisia: toiset painavat tai kiihottavat hermostoa , toiset halvaantavat hermopäätteitä, laajentavat tai supistavat verisuonia , toisilla on kipua lievittävä vaikutus jne. [7]
Alkaloidien ja muiden typpeä sisältävien luonnonyhdisteiden välinen raja on eri kirjoittajien piirretty eri tavalla [8] . Joskus uskotaan, että luonnolliset yhdisteet, jotka sisältävät typpeä eksosyklisessä asemassa ( meskaliini , serotoniini , dopamiini jne.), kuuluvat biogeenisiin amiineihin , mutta eivät alkaloideihin [9] . Muut kirjoittajat päinvastoin pitävät alkaloideja amiinien erikoistapauksena [10] [11] tai luokittelevat biogeeniset amiinit alkaloideiksi [12] .
Nimen "alkaloids" ( saksa: Alkaloide ) esitteli vuonna 1819 saksalainen apteekkari Karl Meissner , ja se on peräisin Late Latista. alkali - "alkali" (joka puolestaan tulee arabiasta al qualja - "kasvien tuhka") ja muu kreikka. εἶδος - "samanlainen", "laji". Termi tuli laajaan käyttöön vasta O. Jacobsenin katsausartikkelin julkaisemisen jälkeen Albert Ladenburgin kemian sanakirjassa [13] .
Ei ole olemassa yhtä menetelmää triviaalien nimien antamiseksi alkaloideille [14] . Monissa tapauksissa alkaloideille annetaan nimiä, jotka muodostavat alkaloidien yksittäisiä nimiä lisäämällä pääte "-in" alkaloidien lajiin tai yleisnimiin. Esimerkiksi atropiinia eristetään Belladonna -kasvista ( Atropa belladonna L. ), strykniiniä saadaan emeettisistä pähkinöistä - Chilibukha -puun ( Strychnos nux- vomica L. ) siemenistä [5] . Kun yhdestä kasvista eristetään useita alkaloideja, käytetään usein päätteen "-in" sijaan jälkiliitteitä "-idin", "-anine", "-alin", "-inin" jne. Tämä käytäntö on johtanut siihen, että esimerkiksi vähintään 86 alkaloidin olemassaolo, jotka sisältävät nimessä juuren "vin" (eristetty sanasta periwinkle , lat. Vinca ) [15] .
Ihminen on käyttänyt alkaloideja sisältäviä kasveja muinaisista ajoista lähtien sekä lääketieteellisiin että virkistystarkoituksiin. Joten Mesopotamiassa lääkekasvit tunnettiin jo 2000 eKr. e. [16] Homeroksen Odysseia mainitsee Egyptin kuningattaren Helenalle antaman juoman , joka antaa "katastrofien unohduksen". Sen uskotaan olleen oopiumia sisältävä huume [17] . I-III vuosisadalla eKr. e. Kiinassa kirjoitettiin "huonekasvien kirja", jossa mainittiin efedran ja oopiumiunikon lääketieteellinen käyttö [18] . Myös Etelä-Amerikan intiaanit ovat käyttäneet kokanlehtiä muinaisista ajoista lähtien [19] .
Myrkyllisiä alkaloideja, kuten akonitiinia ja tubokurariinia , sisältäviä kasviuutteita käytettiin antiikin aikana myrkytettyjen nuolien valmistukseen [16] .
Alkaloidien tutkimus alkoi 1800-luvulla. Vuonna 1804 saksalainen apteekkari Friedrich Sertürner eristi oopiumista "hypnoottisen prinsiipin" ( latinaksi principium somniferum ), jonka hän antoi " morfiiniksi " antiikin kreikkalaisen unien jumalan Morpheuksen mukaan (nykyaikainen nimi "morfiini" kuuluu ranskalaiselle fyysikolle Gaylle -Lussac ).
Ranskalaiset tutkijat Pierre Pelletier ja Joseph Kavantou antoivat merkittävän panoksen alkaloidien kemiaan sen kehityksen kynnyksellä , jotka löysivät erityisesti kiniinin (1820) ja strykniinin (1818). Lisäksi muutaman seuraavan vuosikymmenen aikana ksantiini (1817), atropiini (1819), kofeiini (1820), koniini (1827), nikotiini (1828), kolkisiini (1833), sparteiini (1851), kokaiini (1860) ja muita alkaloideja eristettiin [20] .
Alkaloidin täydellisen synteesin koniinille suoritti ensimmäisen kerran vuonna 1886 saksalainen kemisti Albert Ladenburg saattamalla 2-metyylipyridiinin reagoimaan asetaldehydin kanssa ja pelkistämällä tuloksena olevan 2-propenyylipyridiinin natriumilla [21] [22] .
Spektroskopian ja kromatografian tulo 1900-luvulla toimi sysäyksenä alkaloidien kemian nopeutuneelle kehitykselle. Vuodesta 2008 lähtien tunnetaan yli 12 000 alkaloidia [23] .
Verrattuna useimpiin muihin luonnollisten yhdisteiden luokkiin, alkaloidien luokalle on ominaista suuri rakenteellinen monimuotoisuus. Alkaloideilla ei ole yhtä ainoaa luokitusta [24] .
Historiallisesti ensimmäiset alkaloidien luokitukset ryhmitelivät alkaloidit niiden alkuperän mukaan yhteisestä luonnollisesta lähteestä, esimerkiksi saman suvun kasveista. Tämä oli perusteltua alkaloidien kemiallista rakennetta koskevan tiedon puutteella. Tällä hetkellä tällaista luokitusta pidetään suurelta osin vanhentuneena [5] [25] .
Nykyaikaisemmat luokitukset käyttävät alkaloidien yhdistämistä luokkiin, jotka perustuvat hiilirungon rakenteiden samankaltaisuuteen ( indoli , isokinoliini , pyridiinialkaloidit jne.) tai biogeneettisiin esiasteisiin ( ornitiini , lysiini , tyrosiini , tryptofaani jne.) [5] ] . Tällaisia kaavioita käytettäessä on kuitenkin tehtävä kompromisseja rajatapauksissa [24] : esimerkiksi nikotiini sisältää sekä nikotiinihaposta peräisin olevan pyridiiniytimen että ornitiinista peräisin olevan pyrrolidiiniytimen [26] , ja siksi se voidaan luokitella molempiin luokkiin. [27] .
Alkaloidit jaetaan usein seuraaviin suuriin ryhmiin [28] :
Joillakin yhdisteillä, jotka on analogisesti liitetty yhteen tai toiseen rakenneluokkaan, ei ole vastaavaa hiilirungon elementtiä . Siten galantamiini ja homoaporfiinit eivät sisällä isokinoliiniydintä , vaan kuuluvat yleensä isokinoliinialkaloideihin [39] .
Tärkeimmät monomeeristen alkaloidien luokat on lueteltu seuraavassa taulukossa:
Luokka | Pääryhmät | Pääasialliset biosynteesireitit | edustajat |
---|---|---|---|
Alkaloidit typpipitoisten heterosyklien kanssa (todelliset alkaloidit) | |||
Pyrrolidiinijohdannaiset [ 40] | Ornitiini tai arginiini → putreskiini → N-metyyliputreskiini → N-metyyli-Δ1- pyrroliini [ 41] | Hygriini , hygroliini, kuskgigriini, stakhydriini [40] [42] | |
Tropaanijohdannaiset [ 43] | Atropiiniryhmä Korvausaineet kohdissa 3, 6 tai 7 |
Ornitiini tai arginiini → putreskiini → N-metyyliputreskiini → N-metyyli-Δ1- pyrroliini [ 41] | Atropiini , skopolamiini , hyoskyamiini [40] [43] [44] |
Kokaiiniryhmä Korvaavia aineita sijainneissa 2 ja 3 |
Kokaiini , ekgoniini [43] [45] | ||
Pyrrolitsidiinijohdannaiset [ 46] | ei-eetteriä | Ornitiini tai arginiini → putreskiini → homospermidiini → retronesiini [41] | Retronesiini , heliotridiini, laburniini [46] [47] |
Monokarboksyylihappojen esterit | Indicin, Lindelofin, Sarracin [46] | ||
Makrosykliset diesterit | Platifilliini , senetioniini , trikodesmiini [46] | ||
Piperidiinijohdannaiset [ 48] | Lysiini → kadaveriini → Δ1 - piperideiini [49] | Sedamiin , lobeliini , anaferiini , piperiini [32] [50] | |
Oktaanihappo → konisiini → koniini [ 33] | Coniin , conicein [33] | ||
Kinolitsidiinijohdannaiset [ 51] [52] | Lupiiniryhmä _ | Lysiini → kadaveriini → Δ1 - piperideiini [53] | Lupiniini , nufaridiini [51] |
Sytisiini ryhmä | Sytisiini [51] | ||
Sparteine- ryhmä | Sparteiini , lupaniini , anagiriini , pakykarpiini [51] | ||
matriininen ryhmä | Matriini, oksimatriini, allomatridiini, soforanoli [51] [54] [55] | ||
Ormozanin ryhmä | Ormosaniini, piptantiini [51] [56] | ||
Ryhmä 9b -atsafenaleeni | Hippokasiini, convergegin, cocinellin [57] | ||
Fenantrokinolitsidiiniryhmä | Kryptopleuriini, kryptopleuridiini | ||
Indolitsidiinijohdannaiset [ 58] | Lysiini → α-aminoadipiinihappo δ-semialdehydi → pipekolihappo → 1-indolitsidinoni [59] | Swansonine, kastanospermiini [60] | |
Pyridiinijohdannaiset [ 61] [62] | Pyridiinin yksinkertaiset johdannaiset | Nikotiinihappo → dihydronikotiinihappo → 1,2-dihydropyridiini [63] | Trigoneliini, risiini , arekoliini [61] [64] |
Polysykliset fuusioimattomat pyridiinijohdannaiset | Nikotiini , nornikotiini , anabasiini , anatabiini [61] [64] | ||
Polysykliset fuusioidut pyridiinijohdannaiset | aktinidiini , gentianiini, pedikuliniini [ 65 ] | ||
Pyridiinin seskviterpenoidijohdannaiset | Nikotiinihappo , isoleusiini [12] | Evoniini, hippokrateiini, hypoglauniini, tryptoniini [62] [63] | |
Isokinoliinijohdannaiset ja niihin liittyvät alkaloidit [66] | Yksinkertaiset isokinoliinijohdannaiset [67] | Tyrosiini tai fenyylialaniini → dopamiini tai tyramiini (amaryllisalkaloidit) [68] [69] | Koripallin, salsolin, lofocerin [66] [67] |
1- ja 3-isokinolonien johdannaiset [70] | N-metyylikoridaldiini, noroksihydrastiini [70] | ||
1- ja 4-fenyylitetrahydroisokinoliinien johdannaiset [67] | Kryptostyliini, kherilliini [67] [71] | ||
5-naftyyli-isokinoliinin johdannaiset [72] | Ansistrokladiini, gamatiini [72] | ||
1- ja 2-bentsyyli-isokinoliinien johdannaiset [73] | Papaverine , Laudanosine , Sendaverine | ||
Culariiniryhmä [ 74] | Kulariini, jagoniini [74] | ||
Paviinit ja isopaviinit [75] | Argemoniini, amurensiini [75] | ||
Bentsopyrrokoliinit [76] | Kryptoustolin [67] | ||
Protoberberiinit [67] | Berberiini , kanadiini , ofiokarpiini, mekambridiini, koridaliini [77] | ||
Ftalidisokinoliinit [67] | Hydrastiini , narkotiini (noskapiini) [78] | ||
Spirobentsyyli-isokinoliinit [67] | Fumarisiini, hotensiini [75] | ||
Ipecacin alkaloidit [79] | Emetiini, protoemetiini, ipekosidi [79] | ||
Bentsofenantridiinit [67] g | Sanguinariini, oksinitidiini, korinoloksiini [80] | ||
Aporfiinit [67] | Glausiini , koridiini, liriodeniini [81] | ||
Proaporfiinit [67] | Pronusiferiini, glazioviini [67] [76] | ||
Homoaporfiinit [82] | Creysigin, multifloramiini [82] | ||
Homoproaporfiinit [82] | Bulbodin [74] | ||
Morfiiniryhmä [ 83] | Morfiini , kodeiini , tebaiini , sinomeniini [84] | ||
Homomorfiinit [85] | Kreysiginiini, androsymbiini [83] | ||
Tropoisokinoliinit [67] | Imebriini [67] | ||
Atsofluoranteenit [67] | Rufescin, imyluteiini [86] | ||
Amaryllis- alkaloidit [87] | Lykoriini , ambelliini, hippeastriini, tazettiini, galantamiini , montaniini [88] | ||
Erytriinialkaloidit [ 71] | Erisodin, erytroidiini [71] | ||
Fenantreenijohdannaiset [ 67] | Aterosperminiini, taliktuberiini [67] [77] | ||
Protopiinit [67] | Protopiini, oksomuramiini, korikavidiini [80] | ||
Aristolaktaamit [67] | Doriflaviini [67] | ||
Oksatsolijohdannaiset [ 89] | Tyrosiini → tyramiini [90] | Annuloliini, halfordinoli, teksaliini, teksamiini [91] | |
Tiatsolijohdannaiset [ 92] | 1-deoksi-D-ksyluloosi-5-fosfaatti (DOXP), tyrosiini , kysteiini [93] | Argokeliini, nostosyklamidi, tiostreptoni [92] [94] | |
Kinatsoliinijohdannaiset [ 95] | 3,4-dihydro-4-kinatsolonijohdannaiset | Antraniilihappo tai fenyylialaniini tai ornitiini [96] | Febrifugin [97] |
1,4-dihydro-4-kinatsolonin johdannaiset | Glykoriini, arboriini (glykosiini), glykosminiini [97] | ||
Pyrrolidino- ja piperidinokinatsoliinien johdannaiset | Vasisiini (peganiini) [89] | ||
Akridiinijohdannaiset [ 89] | Antraniilihappo [98] | Rutakridoni, akronisiini , evoksantiini [99] [100] | |
Kinoliinijohdannaiset [ 101] [102] | Yksinkertaiset kinoliinijohdannaiset, 2 - kinoloni- ja 4-kinolonijohdannaiset | Antraniilihappo → 3-karboksikinoliini [103] | Kuspariini , ekinopsiini , evokarpiini [102] [104] [105] |
Trisykliset terpenoidit | Flindersin [102] [106] | ||
Furanokinoliinijohdannaiset | Dictamnin , fagarin, skimmian [102] [107] [108] | ||
Kiniini ryhmä | Tryptofaani → tryptamiini → striktosidiini (sisältää sekologaniinia ) → corynanteal → sinkoninoni [ 69] [103] | Kiniini , kinidiini , sinkoniini , kinkonidiini [106] | |
Indolijohdannaiset [ 84] | Ei-isoprenoidiset indolialkaloidit | ||
Indolin yksinkertaiset johdannaiset [109] | Tryptofaani → tryptamiini tai 5-hydroksitryptofaani [110] | Serotoniini , psilosybiini , dimetyylitryptamiini (DMT), bufoteniini [111] [112] | |
β-karboliinin yksinkertaiset johdannaiset [113] | Harman , harmiini , harmaliini , eleagniini [109] | ||
Pyrroloindolialkaloidit [114] | Fysostigmiini (ezeriini), ezeramiini, fysoveniini, eptastigmiini [114] | ||
Hemiterpenoidi-indolialkaloidit | |||
Ergoalkaloidit ( ergoalkaloidit) [84] | Tryptofaani → kanoklaviini → agroklaviini → elimoklaviini → paspaliinihappo → lysergihappo [ 114 ] | Ergotamiini , ergobatsiini, ergosiini [115] | |
Monoterpenoidi-indolialkaloidit | |||
Corynanthe- tyyppiset alkaloidit [110] | Tryptofaani → tryptamiini → striktosidiini (sisältää sekologaniinia ) [110] | Aimalysiini, sarpagiini, vobatsiini, aimaliini, akvamysiini, johimbiini, reserpiini, mitragyniini [ 116 ] [ 117 ] , strykniiniryhmä ( strykniini , brusiini , akvaamysiini, vomysiini [118] ) | |
Iboga- tyyppiset alkaloidit [110] | Ibogamine , ibogaine , voakangin [110] | ||
Aspidosperma- tyyppiset alkaloidit [110] | Vinamiini, vinkotiini, aspidospermiini, kebrakamiini [119] [120] | ||
Imidatsolijohdannaiset [ 89] | Suoraan histidiinistä [121] | Histamiini , pilokarpiini, dolikoteliini, pilosiini, stevensiini [89] [121] | |
Puriinijohdannaiset [ 122] | Ksantosiini (muodostuu puriinien biosynteesin aikana) → 7-metyyliksantosiini → 7-metyyliksantiini → teobromiini → kofeiini [ 69] | Kofeiini , teobromiini , teofylliini , saksitoksiini [123] [124] | |
Alkaloidit, joiden sivuketjussa on typpeä (protoalkaloidit) | |||
β- fenyylietyyliamiinijohdannaiset [76] | Tyrosiini tai fenyylialaniini → dihydroksifenyylialaniini → dopamiini → epinefriini ja meskaliini ; tyrosiini → tyramiini ; fenyylialaniini → 1-fenyylipropaani-1,2-dioni → katinoni → efedriini ja pseudoefedriini [12] [38] [125] | Tyramiini , hordeniini , efedriini , pseudoefedriini , meskaliini , katinoni , katekoliamiinit ( epinefriini , norepinefriini , dopamiini ) [12] [126] | |
Kolkisiinialkaloidit [127] | Tyrosiini tai fenyylialaniini → dopamiini → automaliini → kolkisiini [128] | Kolkisiini , kolkamiini [127] | |
Muskariinit [129] | Glutamiinihappo → 3-ketoglutamiinihappo → muskariinit (sisältää palorypälehappoa ) [130] | Muskariini , allomuskariini, epimuskariini, epiallomuskariini [129] | |
Bentsyyliamiinit [131] | Fenyylialaniini , joka sisältää väliiniä , leusiinia tai isoleusiinia [132] | Kapsaisiini , dihydrokapsaisiini, nordihydrokapsaisiini [131] [133] | |
Polyamiinialkaloidit | |||
Putreskiinijohdannaiset [ 134] | Ornitiini → putreskiini → spermidiini → spermiini [135] | Hämähäkki [134] | |
Spermidiinijohdannaiset [ 134] | Inadenin-12-oni, lunariini, kodonokarpiini [134] | ||
Spermiinijohdannaiset [ 134] | Verbascenin, afelandriini [134] | ||
Peptidialkaloidit (syklopeptidi). | |||
Peptidialkaloidit, joissa on 13-jäseninen rengas [34] [136] | Numularin Type C | Eri aminohapoista [34] | Numularin C, Numularin S [34] |
Zizifiinin tyyppi A | Zitsipiini A, sativaniini H [34] | ||
Peptidialkaloidit, joissa on 14-jäseninen rengas [34] [136] | Frangulaniinin tyyppi | Frangulanin, Scutianin J [136] | |
Scutian tyyppi A | Scutianin A [34] | ||
Kokonaislukutyyppi | Integerrin, Discarin D [136] | ||
Sammakkoeläin tyyppi F | Amfibiini F, spinaniini A [34] | ||
Sammakkoeläin tyyppi B | Amfibiini B, Lotusin C [34] | ||
Peptidialkaloidit, joissa on 15-jäseninen rengas [136] | Mucronin tyyppi A | Mucronin A [31] [136] | |
Pseudoalkaloidit ( terpeenit ja steroidit ) | |||
Diterpeenit [31] | Lyoktoniinin tyyppi | Mevalonihappo → isopentenyylipyrofosfaatti → geranyylipyrofosfaatti [137] [138] | Akonitiini , delfiniini [31] [139] |
Heteratisiinin tyyppi | Heteratsiini [31] | ||
Atisine tyyppi | Atizin [31] | ||
säätyyppinen | Sää [31] | ||
Steroidialkaloidit [ 140] | Kolesteroli , arginiini [141] | Solasodiini, solanidiini , veralkamiin [142] |
Alkaloidit, joiden molekyylit sisältävät happiatomeja (mikä koskee suurinta osaa alkaloideista) normaaleissa olosuhteissa , ovat yleensä värittömiä kiteitä . Alkaloidit, joiden molekyylit eivät sisällä happiatomeja, ovat useimmiten haihtuvia värittömiä öljymäisiä nesteitä [143] (kuten nikotiini [144] tai koniini [21] ). Jotkut alkaloidit eivät ole värittömiä: esimerkiksi berberiini on keltaista, sanguinariini on oranssia [143] .
Useimmat alkaloidit ovat heikkoja emäksiä, mutta jotkut ovat amfoteerisia (kuten teobromiini ja teofylliini ) [145] .
Yleensä alkaloidit liukenevat huonosti veteen, mutta liukenevat hyvin moniin orgaanisiin liuottimiin ( dietyylieetteri , kloroformi ja 1,2-dikloorietaani ). Poikkeuksena on esimerkiksi kofeiini , joka liukenee hyvin kiehuvaan veteen [145] . Kun alkaloidit ovat vuorovaikutuksessa happojen kanssa , ne muodostavat eri vahvuisia suoloja . Alkaloidien suolat ovat yleensä hyvin liukoisia veteen ja alkoholeihin ja huonosti useimpiin orgaanisiin liuottimiin, vaikka tunnetaankin suoloja, jotka liukenevat huonosti veteen ( kiniinisulfaatti ) ja liukenevat hyvin orgaanisiin liuottimiin ( skopolamiinihydrobromidi ) [143] .
Useimmilla alkaloideilla on katkera maku . Oletetaan, että tällä tavalla luonnonvalinta suojeli eläimiä kasvien tuottamilta alkaloideilta, joista monet ovat erittäin myrkyllisiä [146] .
Erilaiset elävät organismit syntetisoivat alkaloideja . Ne ovat levinneimpiä korkeammissa kasveissa : on arvioitu, että 10-25 % korkeammista kasvilajeista sisältää alkaloideja [147] [148] . Aikaisemmin termiä "alkaloidi" käytettiin useimmiten vain kasviperäisten aineiden yhteydessä [6] .
Tärkeimpiä teolliseen käyttöön saaneita alkaloideja sisältäviä kasveja ovat oopiumiunikko , cinchona , tupakka , belladonna , scopolia , Datura vulgaris , anabasis , kaakao , kokapensas , pilocarpus , havupuu , chilibuha , ragwort , teepensas [14] .
Alkaloidien pitoisuus kasveissa ei yleensä ylitä muutamaa prosenttia. Yleensä pitoisuus on pieni ja on prosentin sadasosia ja kymmenesosia. Pitoisuudella 1-3 % kasvia pidetään runsaasti alkaloideja sisältävänä (erittäin alkaloidipitoinen). Vain harvat kasvit, esimerkiksi viljellyt cinchona-muodot, sisältävät jopa 15-20 % alkaloideja. Erityisen runsaasti alkaloideja ovat muun muassa Unikko , Solanaceae , Palkokasvit , Kutrovye , Rubiaceae , Ranunculaceae , Loganiaceae . Levissä , sienissä , sammalissa , saniaisissa ja siemenissä ne ovat suhteellisen harvinaisia [150] . Useimmissa kasveissa alkaloidien jakautuminen kudoksiin on epätasaista. Kasvityypistä riippuen suurin mahdollinen alkaloidien pitoisuus voidaan saavuttaa lehdissä ( musta henbane ), hedelmissä tai siemenissä (chilibukha), juurissa ( serpentine rauwolfia ) tai kuoressa (cinchona) [151] . Kasveissa alkaloideja esiintyy orgaanisten ja epäorgaanisten happojen suolojen muodossa aktiivisesti kasvavissa kudoksissa, epidermaalisissa ja hypodermaalisissa soluissa , verisuonikimppujen ja lateksikanavien vuorauksessa . Ne liukenevat solumahlaan [150] . Lisäksi saman kasvin eri kudokset voivat sisältää erilaisia alkaloideja [152] , esimerkiksi rose catharanthus sisältää yli 60 alkaloidia [150] ; useita alkaloideja sisältää cinchona-kuori, henbane, belladonna, scopolia [149] .
Kasvien lisäksi alkaloideja löytyy tietyntyyppisistä sienistä ( psilosybiini , joka sisältyy psilocybe -sukuun ) ja eläimissä ( bufoteniini , joka sisältyy joidenkin rupikonnaiden ihoon ) [ 14] . Biogeeniset amiinit , kuten adrenaliini tai serotoniini , joilla on tärkeä rooli korkeammissa eläinorganismeissa, ovat rakenteeltaan ja biosynteettisiltä reiteiltä samanlaisia kuin alkaloidit, ja niitä kutsutaan joskus myös alkaloideiksi [153] .
Lisäksi alkaloideja löytyy monista meren organismeista [154] .
Alkaloidien rakenteellisen monimuotoisuuden vuoksi ei ole olemassa yhtä menetelmää niiden eristämiseksi luonnollisista raaka-aineista [155] . Useimmat menetelmät perustuvat siihen tosiasiaan, että alkaloidiemäkset liukenevat yleensä hyvin orgaanisiin liuottimiin ja heikosti veteen, kun taas suolat ovat päinvastoin.
Useimmat kasvit sisältävät useita alkaloideja. Kun alkaloideja eristetään luonnollisista raaka-aineista, ensin uutetaan alkaloidien seos ja sitten seoksesta eristetään yksittäisiä alkaloideja [156] .
Ennen alkaloidien uuttamista kasvimateriaalit murskataan huolellisesti [155] [157] .
Useimmiten alkaloideja löytyy kasvimateriaaleista orgaanisten happojen suolojen muodossa [155] . Tässä tapauksessa alkaloidit voidaan uuttaa sekä emästen että suolojen muodossa [156] .
Kun alkaloideja uutetaan emästen muodossa, raaka-aine käsitellään emäksisillä liuoksilla alkaloidisuolojen muuttamiseksi emäksiksi, minkä jälkeen alkaloidiemäkset uutetaan orgaanisilla liuottimilla ( 1,2-dikloorietaani , kloroformi , dietyylieetteri , bentseeni ). Sitten saatua alkaloidiemästen liuosta käsitellään epäpuhtauksien poistamiseksi heikolla happoliuoksella, kun taas alkaloidit muodostavat suoloja, jotka eivät liukene orgaanisiin liuottimiin ja siirtyvät veteen. Tarvittaessa alkaloidien suolojen vesiliuos emäksoidaan uudelleen ja käsitellään orgaanisella liuottimella. Prosessi jatkuu, kunnes saadaan riittävän puhdas alkaloidien seoksen liuos.
Kun alkaloideja uutetaan suoloina, raaka-ainetta käsitellään heikolla hapon (esimerkiksi etikka ) liuoksella vedessä , etanolissa tai metanolissa . Tuloksena oleva liuos alkaloidaan alkaloidisuolan muuttamiseksi emäksiksi, jotka uutetaan orgaanisella liuottimella (jos uutto suoritettiin alkoholilla, se on ensin tislattava pois ja jäännös liuotettava veteen). Alkaloidiemästen liuos orgaanisessa liuottimessa puhdistetaan edellä kuvatulla tavalla [155] [158] .
Alkaloidien seoksen erottaminen komponenteiksi suoritetaan käyttämällä niiden fysikaalisten ja kemiallisten ominaisuuksien eroa. Tämä voidaan tehdä tislaamalla , erottamalla alkaloidien erilaisiin liukoisuuksiin tiettyyn liuottimeen, erottamalla emäksisyysvahvuuseroihin ja erottamalla derivatisoinnilla [159] .
Useimpien alkaloidien biogeneettisiä esiasteita ovat aminohapot : ornitiini , lysiini , fenyylialaniini , tyrosiini , tryptofaani , histidiini , asparagiinihappo ja antraniilihappo . Kaikki nämä aminohapot antraniilihappoa lukuun ottamatta ovat proteiinogeenisiä [160] . Nikotiinihappoa voidaan syntetisoida tryptofaanista tai asparagiinihaposta. Alkaloidien biosynteettiset reitit eivät ole yhtä monipuolisia kuin niiden rakenteet, eikä niitä voida yhdistää yleiseksi kaavioksi [69] . Eri alkaloidiluokkien biosynteesiin liittyy kuitenkin useita tunnusomaisia reaktioita [160] :
Schiff-emäksiä voidaan saada amiinien reaktiolla ketonien tai aldehydien kanssa [161] . Tämä reaktio on yleinen tapa muodostaa C=N-sidos [162] .
Alkaloidien biosynteesin aikana emäksenmuodostusreaktio voi edetä myös molekyylin sisällä [160] . Esimerkki on A 1 -piperideiinin muodostumisreaktio, joka tapahtuu piperidiinisyklin synteesin aikana [27] :
Amiinin ja karbonyyliyhdisteen lisäksi Mannich-reaktiossa on mukana myös karbanioni , jolla on nukleofiilin rooli lisäysprosessissa amiinin ja karbonyyliyhdisteen vuorovaikutuksessa muodostuvaan ioniin [162] .
Mannich-reaktio voidaan myös suorittaa sekä molekyylienvälisesti että molekyylinsisäisesti [163] . Esimerkki molekyylinsisäisestä Mannich-reaktiosta on pyrrolitsidiiniytimen synteesi [164] :
Muunnelma molekyylinsisäisestä Mannich-reaktiosta on Pictet-Spengler-reaktio - β-fenyylietyyliamiineista muodostuneiden Schiff-emästen syklisointi muodostaen tetrahydroisokinoliinijärjestelmän. Kasveissa alkaloidien biosynteesi tapahtuu aina entsyymien vaikutuksesta, mutta eläimissä esiintyy tapauksia isokinoliinialkaloidien ei-entsymaattista synteesiä, joka sisältää kaksi peräkkäistä vaihetta - Schiff-emäksen muodostumisen katekoliamiineista ja aldehydistä sekä Pictet- Spenglerin reaktio. Molemmat näistä reaktioista voivat edetä fysiologisissa olosuhteissa ja ilman entsyymejä. Yleensä alkaloidien ei-entsymaattinen synteesi tapahtuu aineenvaihduntahäiriöiden tai myrkytysten yhteydessä, kun elimistössä on ylimäärä amiineja tai aldehydejä. Joten korkea katekoliamiinitaso ihmisen aivoissa havaitaan skitsofreniassa, parkinsonismissa. Näihin sairauksiin liittyvät mielenterveyden häiriöt liittyvät osittain isokinoliinialkaloidien ei-entsymaattiseen synteesiin. Kun dopamiinista ja asetaldehydistä otetaan alkoholia , muodostuu alkaloidi salsolinolia, joka on yksi alkoholiriippuvuuden kehittymisen tekijöistä . [165]
Edellä kuvattujen monomeeristen alkaloidien lisäksi on olemassa myös tietty määrä dimeerisiä (harvemmin - trimeerisiä, paljon harvemmin - tetrameerisiä) alkaloideja, jotka muodostuvat kahden (kolmen, neljän) monomeerisen alkaloidin kondensaatioprosessissa . Yleensä dimeeriset alkaloidit ovat tulosta kahden samantyyppisen alkaloidin kondensaatiosta . Yleisimmät ovat bisindolialkaloidit ja dimeeriset isokinoliinialkaloidit . Alkaloidien dimerisoitumisen päämekanismit [166] :
Voakamine
Villalstonin
Toksiferiini
Dauricin
Karpain
Alkaloidien merkitystä niitä syntetisoiville eläville organismeille ei ole vielä tutkittu riittävästi [167] . Aluksi alkaloidien uskottiin olevan typen aineenvaihdunnan lopputuotteita kasveissa, kuten urea on nisäkkäissä . Myöhemmin osoitettiin, että monissa kasveissa alkaloidien pitoisuus voi joko kasvaa tai laskea ajan myötä; näin ollen tämä hypoteesi kumottiin [8] .
Suurin osa alkaloidien tunnetuista toiminnoista liittyy kasvien suojaamiseen ulkoisilta vaikutuksilta. Esimerkiksi tulppaani liriodendronin tuottama aporfiinialkaloidi liriodeniini suojaa kasvia loissieniltä . Lisäksi kasvin alkaloidipitoisuus estää hyönteisiä ja kasvinsyöjiä syömästä niitä , vaikka eläimet ovat puolestaan kehittäneet tapoja torjua alkaloidien myrkyllisiä vaikutuksia; Jotkut heistä jopa käyttävät alkaloideja omassa aineenvaihdunnassaan [168] .
Alkaloidilla on myös endogeeninen merkitys. Aineet, kuten serotoniini , dopamiini ja histamiini , joita joskus kutsutaan myös alkaloideiksi, ovat tärkeitä välittäjäaineita eläimissä. Alkaloidien rooli kasvien kasvun säätelyssä tunnetaan myös [169] .
Alkaloideja sisältävien kasvien lääkekäytöllä on pitkä historia. 1800-luvulla, kun ensimmäiset alkaloidit saatiin puhtaassa muodossa, niitä käytettiin heti kliinisessä käytännössä lääkkeenä [170] . Lääketieteessä käytetään edelleen monia alkaloideja (useammin suoloina), esimerkiksi [8] [171] :
Alkaloidi | farmakologinen vaikutus |
---|---|
Aymalin | antiarytminen |
Atropiini , skopolamiini , hyoskamiini | antikolinergiset lääkkeet |
Vinblastiini , vinkristiini | kasvainten vastainen |
Vincamiini | verisuonia laajentava, verenpainetta alentava |
Kodeiini | yskää hillitsevä |
Kokaiini | anestesia |
Kolkisiini | lääke kihtiin |
Morfiini | huumausaine kipulääke |
Reserpiini | verenpainetta alentava |
tubokurariini | lihasrelaksantti |
Fysostigmiini | asetyylikoliiniesteraasin estäjä |
Kinidiini | antiarytminen |
Kiniini | antipyreettinen, malarialääke |
Emetine | oksentelua, alkueläimiä estävä |
Ergoalkaloidit | sympatolyyttinen, verisuonia laajentava, verenpainetta alentava |
Monet synteettiset ja puolisynteettiset huumeet ovat alkaloidien rakenteellisia muunnelmia, jotka on suunniteltu parantamaan tai muuttamaan lääkkeen päävaikutusta ja vähentämään ei-toivottuja sivuvaikutuksia [172] . Esimerkiksi naloksoni , opioidireseptorin antagonisti , on oopiumin sisältämän tebaiinialkaloidin johdannainen [173] :
Ennen laajan valikoiman suhteellisen vähän myrkyllisiä synteettisiä torjunta -aineita kehitettiin joitakin alkaloideja, joita käytettiin laajalti hyönteismyrkkyinä ( nikotiini- ja anabasiinisuolat ). Niiden käyttöä on rajoittanut niiden korkea myrkyllisyys ihmisille [174] .
Monet alkaloidit ovat psykoaktiivisia aineita . Piristeenä ja/tai huumeena käytettiin alkaloideja sisältäviä kasvivalmisteita, niiden uutteita ja myöhemmin puhtaita alkaloidivalmisteita . Kokaiini ja katinoni ovat keskushermostoa stimulantteja [175] [176] . Meskaliini ja monet indolialkaloidit (kuten psilosybiini , dimetyylitryptamiini , ibogaiini ) ovat hallusinogeenisia [ 177 ] [178] . Morfiini ja kodeiini ovat vahvoja huumausaineita kipulääkkeitä [179] .
Lisäksi on alkaloideja, joilla ei ole voimakasta psykoaktiivista vaikutusta, mutta jotka ovat puolisynteettisten psykoaktiivisten aineiden esiasteita . Esimerkiksi metkatinonia ( efedronia ) ja metamfetamiinia syntetisoidaan efedriinistä ja pseudoefedriinistä [180] .
Alkaloidien päätyypit | |
---|---|
pyrrolidiini | Gigrin |
Tropan | |
Piperidiini | |
Kinolitsidiini | |
pyridiini | |
isokinoliini | |
kinoliini | |
Indoli | |
Puriini | |
Fenyylietyyliamiini | |
Terpeenit | |
muu |
Biokemiallisten molekyylien pääryhmät | |
---|---|
Sanakirjat ja tietosanakirjat |
|
---|---|
Bibliografisissa luetteloissa |
|