IХ. Стероидные алкалоиды (гликоалкалоиды)

Стероидные алкалоиды представляют собой природные соединения, в которых сочетаются свойства алкалоидов и стероидных сапонинов. Подобно сапонинам, они содержат сахарные компоненты, связанные с агликоном гликозидной связью. Агликоны их содержат азот и токсичны при приеме внутрь, эти алкалоиды широко распространены в семействе пасленовых (Solanaceae)в разных видах паслена, например, паслен дольчатый (SolanumlaciniatumAit), содержащий соласодин (азотсодержащий аналог диосгенина), соланидин из картофеля и др.

СОЛАНИДИН

Х. Алкалоиды дитерпеновой структуры

Эти алкалоиды содержатся в различных видах живокости – живокость сетчатоплодная (метилликаконитин, дельсемин, кондельфин, элатин) и аконита (аконитин и зонгорин).

Имеются и другие классификации алкалоидов: фармакологическая (алкалоиды подразделяются на группы в зависимости от фармакологического действия – желчегонные (берберин), болеутоляющие (морфин) и др.), биогенетическая, где алкалоиды подразделяются на группы по характеру предшественников, из которых они биосинтезируются (триптофан – производное пирролидина, лизин – производное пиперидина и др.)

Распространение и накопление алкалоидов

В растениях

Наиболее широко алкалоиды распространены среди покрытосеменных. Особенно ими богаты растения семейств: Papaveraceae, Fabaceae, Equisetaceae, Liliaceae, Apocynaceae, Rubiaceae, Loganiaceae и др. В водорослях, грибах, мхах, папоротниках и голосеменных растениях они встречаются сравнительно редко. Алкалоиды находятся в виде солей органических кислот: яблочной, лимонной, щавелевой и др. и кислот специфических для ряда алкалоидов (хинной, меконовой и др.). Реже алкалоиды встречаются в виде солей неорганических кислот (серной, фосфорной).

Алкалоиды находятся в активно растущих тканях, эпидермальных и гиподермальных клетках, в обкладках сосудистых пучков и латексных ходах. Они растворены в клеточном соке, накапливаются в листьях, плодах, семенах, коре, подземных органах, Обычно концентрация алкалоидов в растениях невелика и составляет сотые и десятые доли процента. При содержании 1-3% растения считаются высокоалкалоидоносными. Только немногие растения, например, культивируемые формы хинного дерева (цинхона красносоковая – CinchonasuccirubraPav.) и др. виды содержат до 15-20% алкалоидов. Растение, как правило, включает не один, а несколько алкалоидов (катарантус розовый – Catharanthusroseus (L) G.Don содержит свыше 60 алкалоидов.

Биологические функции алкалоидов еще окончательно не выявлены, но в последнее время все больше предпочтения отдается их активной роли в обмене веществ. Их считают своеобразными стимуляторами и регуляторами биологических процессов. Есть данные об участии алкалоидов в окислительно-восстановительных процессах. Несомненна защитная роль алкалоидов.

Физико-химические свойства

Большинство алкалоидов – твердые кристаллические вещества, бесцветные или слабо окрашенные в желто-бурый, желтый цвет, иногда жидкие (анабазин, никотин и др.), без запаха, горького вкуса. Многие алкалоиды оптически активны. Алкалоиды существуют в форме солей и оснований. Как правило, алкалоиды основания мало растворимы или совсем не растворимы в воде, но хорошо растворимы в различных органических растворителях: спирте, эфире, хлороформе, бензоле и т.д. Соли алкалоидов, наоборот, растворимы в воде и мало или совсем не растворимы в органических растворителях. Исключение составляет спирт, который растворяет многие соли алкалоидов, особенно при нагревании. Однако, из этого общего правила есть исключение – некоторые основания алкалоидов сравнительно хорошо растворимы в воде (кофеин, никотин, анабазин, эфедрин). В то же время, известны соли алкалоидов, которые или совсем не растворяются или трудно растворяются в воде (азотнокислые соли гармина, тропококаина), но хорошо растворяются в органических растворителях (в хлороформе растворяются бромистоводородные соли скополамина и хинина).

Методы выделения алкалоидов

из растительного сырья

Существует два основных метода выделения алкалоидов из растительного сырья:

1. Выделение алкалоидов в виде солей.

Растительное сырье, содержащее алкалоиды обрабатывают водой или спиртом с содержанием 1-2%-ной кислоты (чаще органической – щавелевой, виннокаменной), т.к. их соли хорошо растворимы в спирте. После такой обработки растительного сырья все алкалоиды переходят в кислую вытяжку в виде солей. Экстракция обычно ведется в перколяторах.

При экстракции алкалоидов в виде их солей одновременно с солями алкалоидов спирт, и особенно, вода извлекают из растений большое количество экстрактивных веществ (белки, смолы, дубильные вещества и др.). Для того, чтобы очистить алкалоиды от сопутствующих примесей, кислую вытяжку солей алкалоидов подщелачивают и образовавшиеся при этом алкалоиды-основания извлекают соответствующими органическими растворителями. Однако, вместе с основаниями алкалоидов в органический растворитель переходит и большинство примесей и одной обработки раствора солей щелочью и извлечения оснований алкалоидов органическим растворителем недостаточно. Поэтому к органическому растворителю, в котором находятся основания, снова добавляют 1-5% раствор кислоты до рН 3-4. При этом алкалоиды-основания снова переходят в соли алкалоидов, которые переходят в водно-кислый слой, а все примеси остаются в органическом растворителе. Водно-кислый слой солей алкалоидов отделяют и снова подщелачивают, а затем основания алкалоидов извлекают органическим растворителем. Органический растворитель отгоняют, остаток, содержащий сумму алкалоидов, подвергают соответствующей обработке (разделению на отдельные алкалоиды хроматографическими методами).

2.Выделение алкалоидов в виде оснований.

Алкалоиды в растительном материале содержатся обычно в виде солей, поэтому, чтобы выделить их в виде оснований, растительный материал обрабатывают щелочью (раствором аммиака, гидрокарбоната натрия и др.). При подборе щелочи, как правило, учитывают свойства алкалоидов. Сильные щелочи, например, гидроксид натрия используют при выделении сильных оснований алкалоидов и алкалоидов, находящихся в растительном сырье в виде прочных соединений с дубильными веществами (кора хинного дерева, кора гранатового дерева), но не применяют при выделении алкалоидов, имеющих в своей структуре фенольные гидроксилы. Алкалоиды морфин, сальсолин и др., вследствие образования фенолятов, не извлекаются органическим растворителем, поскольку феноляты, как правило, хорошо растворимы в воде и нерастворимы в органических растворителях. Для переведения их солей в основания используют аммиак. При выделении же алкалоидов, имеющих сложноэфирную группировку (атропин, скополамин, кокаин и др.), так же нельзя использовать сильные щелочи, т.к. последние могут вызвать разрушение алкалоидов. Не рекомендуется применять гидроксид натрия и при выделении алкалоидов из семян, содержащих жирные масла, т.к. едкие щелочи вызывают омыление жиров, что способствует образованию эмульсий и затрудняет или делает невозможным выделение алкалоидов.

Образующиеся основания алкалоидов экстрагируют органическим растворителем, в который переходит сумма алкалоидов-оснований и некоторые сопутствующие вещества. Далее сумму алкалоидов-оснований в органическом растворителе обрабатывают 1-5%-ной кислотой. Основания алкалоидов с кислотой образуют соответствующие соли, которые, растворяясь в воде, переходят в водный слой, а основная масса сопутствующих веществ остается в органическом растворителе. К водному раствору солей алкалоидов добавляют щелочь для перевода солей алкалоидов в основания. При этом, если содержание алкалоидов высокое, основания алкалоидов выпадают в осадок, который можно собрать на фильтре. Если этого нет, то водное извлечение после подщелачивания обрабатывают несмешивающимся органическим растворителем, куда переходят основания алкалоидов. Эти операции повторяют до тех пор, пока не будет достигнуто более полное отделение алкалоидов от сопутствующих веществ. Далее органический растворитель отгоняют и получают смесь (сумму) алкалоидов.

Отделить один “нужный” алкалоид от остальных или разделить сумму на индивидуальные компоненты сложно. В виду того, что большинство алкалоидов обладают различными физическими и химическими свойствами, нет единой схемы их разделения. Имеется много методов и модификаций, позволяющих разделять сумму алкалоидов. Отметим основные принципы их разделения.

Методы разделения алкалоидов

Разделяют алкалоиды следующими методами:

1. Дробной перегонкой – используя различия в температурах кипения. В случае наличия в смеси летучих алкалоидов их разделяют путем фракционной перегонки (кониин и конгидрин из болиголова пятнистого).

2. По различной растворимости алкалоидов солей и оснований.

Сумму алкалоидов оснований обрабатывают последовательно органическими растворителями: эфиром, хлороформом и др. Одни алкалоиды переходят в эфир, другие остаются в сумме, но переходят в хлороформ или другой растворитель.

3. По различной силе основности алкалоидов.

Различные алкалоиды обладают разной силой основности. Если к смеси алкалоидов оснований прибавить количество кислоты, недостаточное для нейтрализации всей суммы алкалоидов, то в первую очередь с кислотой будут образовывать соли наиболее сильные основания, а более слабые останутся свободными. При обработке этой смеси органическим растворителем он извлекает оставшиеся свободные основания.

Наоборот, если к раствору смеси алкалоидов – солей прибавить количество щелочи, недостаточное для освобождения всей суммы алкалоидов, то в первую очередь разложатся соли наиболее слабых оснований и тогда при обработке смеси органическим растворителем освободившиеся основания извлекутся им и будут отделены от разложившихся солей алкалоидов.

4. На основании химических особенностей.

Подбирают реактивы, которые реагируют с одним алкалоидом и не реагируют с другим. Свойство полученного продукта резко отличается от другого алкалоида, и их разделяют. Например, сумму алкалоидов обрабатываем щелочью. Алкалоиды с фенольным гидроксилом образуют растворимые в воде феноляты, а другие экстрагируют органическим растворителем (отделение морфина от наркотина) и другие способы.

5. По различной адсорбционной способности (хроматография).

Через колонку, наполненную адсорбентом, пропускают раствор алкалоидов, а потом колонку промывают органическим растворителем или смесью растворителей и получают фракции, в которых могут содержаться индивидуальные алкалоиды или их смеси с содержанием нескольких алкалоидов. Контроль за разделением осуществляют с помощью ТСХ или бумажной хроматографии.