|
АлкалоидыАлкалоиды, азотсодержащие органические соединения преимущественно растительного происхождения, обладающие свойствами оснований. А. — физиологически активные соединения. Открытие А. в растениях имело большое значение, т. к. ещё в начале 19 в. считали, что растительные вещества, в отличие от веществ животного происхождения, не содержат азота. Первыми были открыты А. опия (1803) в виде смеси кристаллических веществ, из которых в 1806 выделили индивидуальный А. — морфин. В 19 в. были открыты также стрихнин, хинин, кофеин, атропин, эфедрин и др. К 60-м гг. 20 в. стало известно уже более 1000 А. как природных, так и полученных синтетическим путём. Большинство А. — бесцветные кристаллические вещества, по химической природе представляющие собой гетероциклические соединения с атомами азота в цикле. Простейшие А. содержат до 10 атомов углерода, наиболее сложные — более 50. А. образуют кристаллические соли с кислотами, например с серной, соляной, салициловой, щавелевой и др.; этот процесс используется для их выделения и очистки. Установление строения А. — часто очень сложная задача, для решения которой обычно определяют природу групп, содержащих атомы кислорода и азота, а также расщепляют молекулу А. до осколков уже известного строения. Правильность представлений о строении подтверждается синтезом. В определении строения А. достигнуты большие успехи. Установлена структура таких сложных веществ, как морфин, стрихнин, резерпин, предложены возможные формулы строения аконитина и родственных ему А. Большое разнообразие строения А. затрудняет их классификацию. Чаще всего основным признаком при классификации является строение азотсодержащей части молекулы А. (например, производные пирролидина, пиридина, хинолина, индола и т.д.). Вещества неустановленного строения классифицируют по систематическому принципу, объединяя в одну группу все А., выделенные из близких растений. Во флоре земного шара А. распространены неравномерно: в одних семействах (маковые, паслёновые, лютиковые, бобовые и т.п.) они содержатся во многих видах растений, в других А. пока не обнаружены. В одном и том же растении обычно встречается несколько А., близких по строению, число которых может доходить до 15—20 (опийный мак, кора хинного дерева) и меняться в зависимости от условий произрастания растения. Содержание А. колеблется от долей процента до нескольких процентов. Алкалоидоносность растений определяется характером почвы и её агротехнической обработкой, высотой местности над уровнем моря, водным режимом, продолжительностью дня, интенсивностью солнечной радиации и др. факторами. А. участвуют в химических реакциях обмена растительного организма. Так, в созревающих семенах табака наблюдается постепенное исчезновение никотина параллельно с накоплением белка. Из высушенного измельченного растительного сырья выделяют смесь А. экстракцией разбавленными кислотами или спиртами. В некоторых случаях растительный материал обрабатывают смесью водного раствора щёлочи и бензола, дихлорэтана или др. не смешивающимися с водой органическими растворителями. Для разделения смеси А. прибегают к различным приёмам: дробной кристаллизации солей, хроматографированию и др. Для производства различных тонизирующих и наркотизирующих препаратов (из табака, чая, кофе и др.), действие которых зависит от присутствия в них А., созданы специальные отрасли сельского хозяйства и промышленности. Ряд А., например кофеин, теобромин, эфедрин, ареколин, получают синтетически. В некоторых случаях выделенные природные А. превращают в более эффективные лекарственные средства. В промышленности синтезируются близкие по строению к А. эффективные синтетические лекарственные средства, например новокаин (вместо кокаина), акрихин (вместо хинина) и др. Большинство А. — ценные лекарственные препараты; многие из них сильнейшие яды. Некоторые А. обладают избирательным действием на различные отделы нервной системы, сосуды, мышцы и т. д. Например, стрихнин и кофеин возбуждают центральную нервную систему, морфин и скополамин действуют на неё успокаивающе; пилокарпин усиливает выделения желёз (противоположное действие оказывает атропин); хинин убивает малярийных плазмодиев; апоморфин вызывает рвоту; теобромин оказывает мочегонное действие; адреналин повышает кровяное давление и т.д. А. оказывают действие либо на причину заболевания (например, хинин при малярии), либо только устраняют отдельные симптомы болезни (например, морфин, опий как снотворные и болеутоляющие, кофеин как возбуждающее). В медицине используют А. в чистом виде (кодеин), их соли (хлористоводородный хинин) и производные (апоморфин). Кроме того, А. применяют в сельском хозяйстве как инсектициды. Лит.: Орехов А. П., Химия алкалоидов, 2 изд., М., 1955; Генри Т. А., Химия растительных алкалоидов, пер. с англ., М., 1956; Преображенский Н. А., Генкин Э. И., Химия органических лекарственных веществ, М. — Л., 1953. АЛКАЛОИДЫ («подобные щелочам», от арабск. алкали — щёлочь) — вещества главным образом растительного происхождения, содержащие азот и обладающие подобно аммиаку основными свойствами, т. е. способные соединяться с кислотами с образованием солей. Исторический обзор. Открытие А. в растениях имело большое значение в истории химии, т. к. в начале 19 в. считали, что растительные вещества, в отличие от веществ животного происхождения, не содержат азота. Первыми были открыты в 1803—04 А. опия, сначала в виде смеси кристаллич. веществ; в 1817 нем. химик Сертюрнер выделил в чистом виде наиболее важный А. опия — морфий (или морфин) и установил его свойства. Вскоре франц. химики Пельтье и Каванту открыли и исследовали два главных А. растения челибухи, или рвотного ореха, — стрихнин (1818) и бруцин (1819), а затем главные А. коры хинного дерева — хинин и цинхонин (1820). В 1821 был открыт А. чая и кофе — кофеин; затем последовало открытие многих других А., например кониина (1827) в семенах болиголова, никотина (1828) в табаке, атровина (1831) в дурмане, белладонне, белене и др., кодеина (18Я2) в опии, теобромина (А. А. Воскресенский, I8'i2) в бобах какао, кокаина (1860) в листьях кока, пилокарпина (1875), эфедрина (1887), скопо- ламина (1888), иохимбина (1896), лобелина (1921), анабазина (А. П. Орехов, 1929). Ежегодно открывают несколько новых А. В настоящее время их выделено около 700, Вплоть до 80-х гг. 19 в. строение молекул А. оставалось почти неизвестным, и принадлежность веществ к этому классу определялась их растительным происхождением, содержанием азота, физиологическими свойствами. Искусственное получение (синтез) А. давно было предметом стремления химиков. Но им сперва удавалось произвести лишь так называемый «частичный синтез» немногих А., т. е. получение А. из менее сложных продуктов распада их молекулы, иногда встречающихся в природе или получаемых искусственно из родственных малоценных А. Нек-рые синтезы этого рода приобрели практическое значение, напр. технические синтезы кокаина из побочных А. листьев кока, кодеина из морфина и т. п. Выяснение строения А. и полный синтез их стали возможными только после создания А. М. Бутлеровым теории строения органич. соединений. Бго ученик, рано умерший русский химик А. II. Вышнеградский, на основании своих экспериментальных работ (1878— 1880), впервые пришёл к выводу, что А. следует рассматривать как производные более простых органич. оснований: пиридина C5II5N и хинолина C9I17N. Этот взгляд в дальнейшем оправдался лишь частично, но долгое время имел руководящее значение нри синтезе А., многие из к-рых действительно оказались производными пиридина и хинолина. Уже после смерти Вышнеградского, немецкий химик А. Ладенбург осуществил в 1886 полный синтез А.— кониина C8H,jN с помощью предложенного Вышнеградским в 1880 метода восстановления пиридина и его гомологов металлическим натрием в присутствии спирта. За этим последовали синтезы теофиллина (1895), кофеина (1897), теобромина (1898), атропина (1903), никотина (1904), кокаина (1923), хинина (1944). Однако промышленный синтез А. во многих случаях представил значительные затруднения; были получены лишь кофеин, теобромин, теофиллин, адреналин и нек-рые другие А. Хотя начало полного синтеза А. было положено русскими учёными, в дореволюционной России не существовало своего производства А. и не велось систематических исследований в этой области. Только в 1915 в Москве В. М. Родионов с сотрудниками начал работы по нолучешпо А. опия, к-рый до того времени ввозился из-за границы. Основателем химии А. в СССР был А. П. Орехов, который начал свои исследования в 1928; он обследовал флору СССР на содержание А., изучил строение новых А., физиологич. действие к-рых изучалось советскими фармакологами. Советскими учёными проведены большие работы по изучению А. В 1929 был открыт анабазин (А. П. Орехов), а в 1936 этот А. синтезирован (Г. П. Меньшиков и А. А. Григорович); в 1932 открыты конвольвин и конволамин (А. П. Орехов и Р. А. Коновалова); в 1933 выделены сальсолин и сальсолидин (А. И. Орехов и Н. Ф. Нроскурнина), синтезирован пилокарпин (Н. А. Преображенский с сотрудниками); в 1935 выделен сферофизин (Г. 11. Меньшиков и М. М. Рубинштейн). Многие из А. нашли широкое применение в медицине как лекарственные препараты и в сельском хозяйстве — как средство борьбы с вредителями. Значение А. в народном хозяйстве огромно и побуждает к поискам новых алкалоидных растений, к глубокому изучению А., выяснению их химического строения. В результате за сравнительно короткий период в СССР выделено 108 новых А. В годы сталинских пятилеток создана отечественная промышленность А. Химия А. На основании работ Вышнеградского, немецкий химик Ь'енигс (1880) предложил считать А. только растительные основания, являющиеся производными пиридина. Это определение некоторое время было общепринятым, но согласно ему пришлось исключить из класса А. такие типичные А., как кофеин, теобромин и мн. др. Более близкое изучение природных веществ, дающих реакции А., выяснило, что многие из них иногда не содержат пиридинового кольца, но являются производными других гетероциклических соединений, особенно часто — кольца ниррола, индола, имидазола, пиримидина; советским химиком, лауреатом Сталинской премии (1947) Г. 11. Меньшиковым открыта новая гетероциклическая система, названная 1-метилпирролизидином, лежащая в основе большой группы алкалоидов. Кроме того, оказалось, что и в животных организмах содержатся дающие реакции А. вещества, иногда очень близкие, по строению молекулы, к растительным А. Таковы, напр., ксантин, открытый еще в 1817 в мочевых камнях, позднее найденный в крови в разных органах животных, а затем и в растениях, гииоксан- тин и аденин, родственные кофеину и теобромину. Поэтому под названием «А.» стали объединять все основного характера вещества как животного, так и растительного происхождения, содержащие в молекуле кольца из атомов углерода и азота, т. е. природные основания, относящиеся к ряду гетероциклических азотистых соединений. Большинство химиков относили к алкалоидам все азотистые основания органического происхождения, за исключением белковых веществ и непосредственных продуктов их гидролитического распада (мочевина, аминокислоты, иолипептиды). Согласно такому широкому определению, среди А. имеются и простейшие газообразные вещества, и более сложные жидкие, и твёрдые. Иногда А. состоят только из углерода, водорода и азота, но большая часть их содержит и кислород, а в редких случаях и серу. Для А. более простого состава швейцарский химик А. Пикте предложил иногда применяемое название «протоалкалоиды». В наст, время под А. подразумеваются природные органич. соединения основного характера, имеющие сложное химическое строение, в основе к-рого лежат гетероцикпические ядра: пирролидпн, пиридии, хиполин, изохинолин, индол, имндазол, хииоксалии, пурин, 1-метилпиролизидин. Классификацию А. целесообразно производить на основании строения главного углеродно-азотного скелета их молекулы (А.П. Орехов). Существует ряд специальных реактивов, осаждающих А в водном растворе: иод в иодистом калии, йодная ртуть в иодистом калии, йодистый висмут в иодистом калии, кремневольфрамовая кислота, фосфорновольфрамовая кислота, пикриновая кислота, таннин и др. Простота этих реакций позволяет широко использовать их для предварительного испытания растений на содержание в них А. А. в растениях. Алкалоиды являются продуктами обмена растительного организма Пока еше не выяснены закономерности распространения А. среди различних семейств цветковых растений. Большое число алкалоидных растении имеется среди сем. лютиковых, маковых, бобовых, пасленовых, кутровых и др.; из однодольных А. найдены только у лилейных. Не выявлены А. в сем. розовых и в ряде других семейств цветковых растении, а также у бактерий, лишайников, мхов, сосудистых споровых (папоротников). Среди голосеменных растений и грибов А. найдены лишь у очень немногих представителей (из нервых, напр., у тисса, эфедры, из вторых— у спорыньи, мухомора). В результате обследования флоры СССР на содержание А. открыты новые алкалоидные растения в семействах маревых, вьюнковых, бурачниковых, ворсянковых, злаков, горечавковых, магнолиевых. А., близкие по своему химическому строению, часто встречаются в пределах одного и того же семейства растений. Однако в наст, время установлено, что нек-рые растения, принадлежащие к разным, далеко стоящим друг от друга, семействам, также могут содержать один и тот же А. Напр. анабазин открыт в Anabasis aphylla (сем. маревых) и в Nicotiana glauca (сем. паслёновых). Берберин содержится в растениях 5 различных семейств. Следовательно, нельзя говорить о специфичности А. только для данного семейства. До сих пор не существует единого мнения но вопросу об образовании и роли А. в растениях. А. рассматриваются как продукты конечного обмена, вещества запаса, средство защиты. В последнее время советские учёные (А. П. Орехов, 1938 Р. А. Коновалова, 1938, Г. С. Ильин, 1948) высказывают мнение, что А. являются не отбросами растительного обмена, как предполагалось прежде, а активными его участниками в качестве катализаторов, веществ, обезвреживающих ядовитые продукты обмена, и т. д. Нек-рые А., как никотин в Nicotiana glutinosa и конволамин в Convolvus pseudocantabricus, могут передавать свои метильные группы другим соединениям, в чём может выражаться их физиологич. роль. Другие А., как платифиллин и сенецефиллин в Senecio plati phyllus, в виде N-оксидных соединений могут отдавать кислород и тем принимать участие в окислительно-восстановительных реакциях клетки. Сходство строения нек-рых А. с активными группами ферментов и с витаминами также не позволяет считать эти вещества отбросами обмена и делает вероятным пх активное участие в жизнедеятельности клетки. Интересные результаты по вопросу о закономерностях образования А. дали исследования с применением метода прививок растений. Опыты в последнее время проводились глазным образом в Советском Союзе (А. А. Шмук, 1941 Г. С. Ильин, 1948, А. П. Смирнов и др.) и показали, что в синтезе А. никотина и норникотина в табаке исключительная роль принадлежит корневой системе. Роль корневой системы растений установлена и для синтеза атропина, гиосциамина и люпиновых А. Синтез этих А. неразрывно связан с белковым обменом. Содержание А. в разных органах растения колеблется. В частности установлено, что никотин исчезает полностью из семян табака при созревании и появляется вновь при прорастании. В растениях А. содержатся обычно в небольших количествах (от долей % до 1—2%). Эти колебания наблюдаются в разных органах растения и в пределах одного и того же органа. Часто А. концентрируются только в нек-рых органах растения (листья, семена, корни). Количество А. в растениях определяется условиями произрастания (интенсивность освещения, температура и пр.) и стадией развития. Кроме того, количество А. в растениях зависит от агротехнических приёмов (удобрение, орошение, вершкование). При этом часто может меняться и качественный состав А. За единичными исключениями, в растениях наряду с главным А. присутствуют и сопутствующие ему А., имеющие сходную с ним структуру. Являясь основаниями, А. находятся в соке растений в виде растворов солей органических или минеральных кислот. В таком виде А. хорошо растворимы в воде, спирте, но нерастворимы в эфире, углеводородах. Свободные алкалоиды-основания растворимы в большинстве органических растворителей. С целью выделения А. и получения их в чистом виде из растительного материала как в лабораториях, так и в производственных условиях материал измельчают, и затем А. извлекают водой или спиртом, иногда кислотами, причём в раствор переходят соли А. В иных случаях к измельчённому материалу прибавляют щёлочь (аммиак, соду, известь и пр.) и извлекают А. бензолом, эфиром, бензином, дихлорэтаном и т. п. растворителями, причём в раствор переходят свободные А. После испарения или отгонки растворителей, продукты извлечения, содержащие А., подвергают разделению и очистке. Более простым способом выделения А. оказалась адсорбция их на глинах. Медицинское значение А. Многие А. являются сильнейшими ядами, другие А. являются ценными лекарственными веществами. Отдельные А. обладают избирательным действием на те или иные органы: на различные отделы нервной системы, мышцы, сосуды и т. п. Так, возбуждают центральную нервную систему стрихнин и кофеин; успокаивают — морфин и скополамин; уменьшает, чувствительность периферия, нервов кокаин, усиливает выделение желез пилокарпин; ослабляют выделение желез атропин и скополамин-, парализует окончания двигательных нервов курарин; вызывают сокращения матки эрготоксин, эрготамин, эргометрин (А. спорыньи); губит плазмодиев малярии хинин; вызывают рвоту апо- морфин и эметин; расширяет зрачок атропин, суживает его физостигмин; действует мочегоино теобромин, повышает кровяное давление адреналин и т. д. А. имеют широкое применение в медицине. В одних случаях А являются специфическим средством, воздействующим на причину болезни (хинин при малярии); в других — они только устраняют отдельные симптомы (напр. морфин, опий как снотворные и болеутоляющие; кофеин как возбуждающее). В медицине пользуются к ж А. в чистом виде (напр. коюин), их солями (напр. хлористоводородный хинин) и производными (апоморфин, эйхинин), так и растительным сырьём, содержащнм А. (напр. хинная кора), или соками растений (оний). Лит.: Советская химия за двадцать пять лет. 1917 — XXV—1942 Сб.статей, М,—-Л..1 944; Орехов А П., Химия алкалоидов М , 19:18; Ш м у к А А., Химия габака и махорки. 2 изд., М., 1938. |
Loading
|