Alcaloizi (din latină târziu alcali - " alcali " sau arabă al-qali - " cenușă vegetală " și alți greci εἶδος - " fel ", " aspect") [1] - un grup de compuși organici de origine naturală care conțin azot (cei mai mulți adesea vegetal), predominant heterociclic , majoritatea având proprietățile unei baze slabe ; ele includ și unii compuși neutri [2] și chiar slab acizi [3] înrudiți biogenetic cu principalii alcaloizi . aminoacizi , nucleotidele , aminozaharurile și polimerii lor nu sunt alcaloizi. Uneori compușii sintetici cu o structură similară sunt numiți și alcaloizi [4] .
Pe lângă carbon , hidrogen și azot , moleculele de alcaloizi pot conține atomi de sulf , mai rar - clor , brom sau fosfor [5] . Mulți alcaloizi au o activitate fiziologică pronunțată [6] . Alcaloizii includ, de exemplu, substanțe precum morfina , cofeina , cocaina , stricnina , chinina și nicotina . Mulți alcaloizi în doze mici au un efect de vindecare, iar în doze mari sunt otrăvitori . Alcaloizii sunt diferiți prin acțiunea lor fiziologică: unii dintre ei deprimă sau excită sistemul nervos , alții paralizează terminațiile nervoase, dilată sau îngustează vasele de sânge , alții au efect analgezic etc. [7]
Granița dintre alcaloizi și alți compuși naturali care conțin azot este trasată diferit de diverși autori [8] . Se crede uneori că compușii naturali care conțin azot în poziție exociclică ( mescalină , serotonina , dopamină etc.) aparțin aminelor biogene , dar nu și alcaloizilor [9] . Alți autori, dimpotrivă, consideră alcaloizii ca fiind un caz special de amine [10] [11] sau clasifică aminele biogene drept alcaloizi [12] .
Numele „alcaloizi” ( germană: Alcaloide ) a fost introdus în 1819 de farmacistul german Karl Meissner și este derivat din Late Lat. alcali - „alcali” (care, la rândul său, provine din arabul al qualja - „cenusa plantelor”) și alte grecești. εἶδος - „asemănător”, „bine”. Termenul a intrat în uz pe scară largă abia după publicarea unui articol de recenzie al lui O. Jacobsen în dicționarul chimic al lui Albert Ladenburg [13] .
Nu există o metodă unică pentru atribuirea de nume triviale alcaloizilor [14] . În multe cazuri, alcaloizilor li se atribuie nume, formând nume individuale de alcaloizi prin adăugarea sufixului „-in” la speciile sau denumirile generice ale alcaloizilor. De exemplu, atropina este izolată din planta Belladonna ( Atropa belladonna L. ), stricnina este obținută din nuci emetice - semințe ale arborelui Chilibukha ( Strychnos nux-vomica L. ) [5] . La izolarea mai multor alcaloizi dintr-o plantă, în locul sufixului „-in”, se folosesc adesea sufixele „-idin”, „-anine”, „-alin”, „-inin”, etc. Această practică a condus la existența, de exemplu , a cel puțin 86 de alcaloizi care conțin rădăcina „vin” în nume (izolat din periwinkle , lat. Vinca ) [15] .
Plantele care conțin alcaloizi au fost folosite de om din cele mai vechi timpuri atât în scopuri medicinale, cât și recreative. Deci, în Mesopotamia , plantele medicinale erau cunoscute deja din anul 2000 î.Hr. e. [16] Odiseea lui Homer menționează o poțiune dată Helenei de regina egipteană care dă „uitarea dezastrelor”. Se crede că era un medicament care conținea opiu [17] . În secolele I-III î.Hr. e. în China, a fost scrisă „Cartea plantelor de apartament”, care menționa utilizarea medicală a efedrei și a macului de opiu [18] . Frunzele de coca au fost folosite și de indienii din America de Sud din cele mai vechi timpuri [19] .
Extractele de plante care conțin alcaloizi otrăvitori precum aconitina și tubocurarina erau folosite în antichitate pentru a face săgeți otrăvite [16] .
Studiul alcaloizilor a început în secolul al XIX-lea. În 1804, farmacistul german Friedrich Sertürner a izolat din opiu „principiul hipnotic” ( în latină principium somniferum ), pe care l-a numit „ morfină ” după Morpheus , vechiul zeu grec al viselor (numele modern „morfină” aparține fizicianului francez Gay. -Lussac ).
O contribuție semnificativă la chimia alcaloizilor la începutul dezvoltării lor a fost adusă de cercetătorii francezi Pierre Pelletier și Joseph Kavantou , care au descoperit, în special, chinina (1820) și stricnina (1818). De asemenea, în următoarele câteva decenii, xantina (1817), atropina (1819), cofeina (1820), coniina (1827), nicotina (1828), colchicina (1833), sparteina (1851), cocaina (1860) și alți alcaloizi au fost izolați. [20] .
Sinteza completă a alcaloidului a fost efectuată pentru prima dată în 1886 pentru coniina de către chimistul german Albert Ladenburg prin reacția 2-metilpiridinei cu acetaldehida și reducerea 2-propenilpiridinei rezultată cu sodiu [21] [22] .
Apariția spectroscopiei și cromatografiei în secolul al XX-lea a servit ca un impuls pentru dezvoltarea accelerată a chimiei alcaloizilor. Din 2008, sunt cunoscuți peste 12.000 de alcaloizi [23] .
În comparație cu majoritatea celorlalte clase de compuși naturali, clasa alcaloizilor se distinge printr-o mare diversitate structurală. Nu există o clasificare unică a alcaloizilor [24] .
Din punct de vedere istoric, primele clasificări ale alcaloizilor grupau alcaloizii în funcție de originea lor dintr-o sursă naturală comună, de exemplu, din plante din același gen. Acest lucru a fost justificat de lipsa de cunoștințe despre structura chimică a alcaloizilor. În prezent, o astfel de clasificare este considerată în mare măsură învechită [5] [25] .
Clasificări mai moderne folosesc asocierea alcaloizilor în clase bazate pe asemănarea structurilor scheletului de carbon ( indol , izochinolină , alcaloizi piridinici etc.) sau pe precursori biogenetici ( ornitină , lizină , tirozină , triptofan etc.) [5] ] . Cu toate acestea, atunci când se utilizează astfel de scheme, trebuie să se facă compromisuri în cazuri limită [24] : de exemplu, nicotina conține atât un nucleu de piridină derivat din acidul nicotinic, cât și un nucleu de pirolidină din ornitină [26] și, prin urmare, poate fi atribuită ambelor clase [27] .
Alcaloizii sunt adesea împărțiți în următoarele grupuri mari [28] :
Unii compuși, atribuiți prin analogie uneia sau alteia clase structurale, nu au elementul corespunzător al scheletului de carbon . Astfel, galantamina și homoaporfinele nu conțin nucleu de izochinolină , dar aparțin de obicei alcaloizilor de izochinolină [39] .
Clasele majore de alcaloizi monomeri sunt enumerate în următorul tabel:
Clasă | Grupurile principale | Principalele căi de biosinteză | Reprezentanți |
---|---|---|---|
Alcaloizi cu heterocicli azotați (alcaloizi adevărați) | |||
Derivați de pirolidină [ 40] | Ornitina sau arginină → putrescină → N-metilputrescină → N-metil-Δ 1 -pirolină [41] | Higrină , higrolină, kuskgigrină, stachidrină [40] [42] | |
Derivate tropane [ 43] | Grupa atropină Substituenți în pozițiile 3, 6 sau 7 |
Ornitina sau arginină → putrescină → N-metilputrescină → N-metil-Δ 1 -pirolină [41] | Atropină , scopolamină , hiosciamină [40] [43] [44] |
Grupul de cocaină Substituenți în pozițiile 2 și 3 |
Cocaină , ecgonină [43] [45] | ||
Derivați de pirolizidină [46] | neeterică | Ornitina sau arginină → putrescină → homospermidină → retronecină [41] | Retronecină , heliotridină, laburnină [46] [47] |
Esteri ai acizilor monocarboxilici | Indicin, Lindelofin, Sarracin [46] | ||
Diesteri macrociclici | Platifillină , senetionină , tricodesmină [46] | ||
Derivați de piperidină [ 48] | Lizină → cadaverină → Δ 1 -piperideină [49] | Sedamină , lobelină , anaferină, piperină [32] [50] | |
Acid octanoic → coniceină → coniină [ 33] | Coniin , conicein [33] | ||
Derivați de chinolizidină [ 51] [52] | grupa lupinină | Lizină → cadaverină → Δ 1 -piperideină [53] | Lupinină , nufaridină [51] |
Grupa citizină | Citizina [51] | ||
Grupul Sparteinei | Sparteină , lupanină , anagirină , pahicarpină [51] | ||
grup matern | Matrină, oximatrină, alomatridină, soforanol [51] [54] [55] | ||
grupa ormozaninei | Ormozanină, piptantina [51] [56] | ||
Grupa 9b -azafenalen | Hipocazină, convergegină, cocinelină [57] | ||
Grupa fenantrochinolizidină | Criptopleurină, criptopleuridină | ||
Derivați de indolizidină [58] | Lizină → acid α-aminoadipic δ-semialdehidă → acid pipecolic → 1-indolizidinonă [59] | Swansonine, castanospermină [60] | |
Derivați de piridină [ 61] [62] | Derivați simpli ai piridinei | Acid nicotinic → acid dihidronicotinic → 1,2-dihidropiridină [63] | Trigonelină, ricinină , arecolină [61] [64] |
Derivați policiclici de piridină necondensați | Nicotină , nornicotină, anabazină , anatabină [61] [64] | ||
Derivați policiclici de piridină condensată | Actinidin, gentianin , pediculin [65] | ||
Derivați sesquiterpenoizi ai piridinei | Acid nicotinic , izoleucină [12] | Evonină, hipocrateină, hipoglaunină, triptonină [62] [63] | |
Derivați de izochinolină și alcaloizi înrudiți [66] | Derivați simpli de izochinolină [67] | Tirozină sau fenilalanină → dopamină sau tiramină (pentru alcaloizii amaryllis) [68] [69] | Koripallin, salsolin, lofocerin [66] [67] |
Derivați de 1- și 3-izochinolone [70] | N-metilcoridaldină, noroxihidrastină [70] | ||
Derivați de 1- și 4-feniltetrahidroizochinoline [67] | Criptostilină, kherilină [67] [71] | ||
Derivați ai 5-naftilizochinolinei [72] | Ancistrocladin, gamatin [72] | ||
Derivați de 1- și 2-benzilizochinoline [73] | Papaverină , Laudanozină , Sendaverină | ||
Grupul Cularin [74] | Cularină, yagonină [74] | ||
Pavine și izopavine [75] | Argemonină, amurenzină [75] | ||
Benzopirocoline [76] | Cryptoustolin [67] | ||
Protoberberine [67] | Berberină , canadină , ofiocarpină, mecambridină, coridalină [77] | ||
Ftalidisochinoline [67] | Hidrastină , narcotină (noscapină) [78] | ||
Spirobenzilizochinoline [67] | Fumaricină, hotensină [75] | ||
Alcaloizi Ipecac [79] | Emetină, protoemetină, ipecozidă [79] | ||
Benzofenantridine [67] g | Sanguinarină, oxinitidină, corinoloxină [80] | ||
Aporfine [67] | Glaucină , Coridină, Liriodenină [81] | ||
Proaporfine [67] | Pronuciferin, glaziovin [67] [76] | ||
Homoaporfine [82] | Creysigin, multifloramină [82] | ||
Homoproaporfine [82] | Bulbodin [74] | ||
Grupa morfină [83] | Morfină , codeină , tebaină , sinomenină [84] | ||
Homomorfine [85] | Creysiginin, androcimbină [83] | ||
Tropoizochinoline [67] | Imerubrina [67] | ||
Azofluorantene [67] | Rufescin, imiluteină [86] | ||
Alcaloizi de Amaryllis [87] | Licorina , ambelina, hippeastrin, tazetin, galantamina , montanin [88] | ||
Alcaloizi eritrini [71] | Erisodin, eritroidin [71] | ||
Derivați de fenanteren [ 67] | Aterosperminină, taliktuberină [67] [77] | ||
Protopine [67] | Protopin, oxomuramin, korikavidin [80] | ||
Aristolactame [67] | Doriflavină [67] | ||
Derivați de oxazol [89] | Tirozină → tiramină [90] | Anulolină, semiordinol, texalină, texamină [91] | |
Derivați de tiazol [ 92] | 1-deoxi-D-xiluloz-5-fosfat (DOXP), tirozină , cisteină [93] | Argochelină, nostociclamidă, tiostrepton [92] [94] | |
Derivați de quinazolină [95] | derivați de 3,4-dihidro-4-chinazolonă | Acid antranilic sau fenilalanină sau ornitină [96] | Febrifugin [97] |
Derivați ai 1,4-dihidro-4-chinazolonei | Glicorina, arborină (glicozină), glicosminină [97] | ||
Derivați de pirolidino- și piperidinochinazoline | Vasicina (peganina) [89] | ||
Derivați de acridină [ 89] | Acid antranilic [98] | Rutacridonă, acronicină , evoxantină [99] [100] | |
Derivați de chinolină [ 101] [102] | Derivați simpli de chinolină, 2 - chinolonă și derivați de 4-chinolonă | Acid antranilic → 3-carboxichinolină [103] | Kusparină , echinopsină , evocarpină [102] [104] [105] |
Terpenoide triciclice | Flindersin [102] [106] | ||
Derivați de furanochinolină | Dictamnin , fagarin, skimmian [102] [107] [108] | ||
Grupul chininei | Triptofan → triptamină → strictosidină (care implică secologanină ) → corynanteal → cinchoninonă [ 69] [103] | Chinină , chinidină , chinonină , chinonidină [106] | |
Derivați de indol [ 84] | Alcaloizi indolici non-izoprenoizi | ||
Derivați simpli ai indolului [109] | Triptofan → triptamina sau 5-hidroxitriptofan [110] | Serotonină , psilocibină , dimetiltriptamina (DMT), bufotenină [111] [112] | |
Derivați simpli ai β-carbolinei [113] | Harman , harmine , harmaline , eleagnin [109] | ||
Alcaloizi piroloindol [114] | Fizostigmină (ezerin), ezeramină, fizovenină, eptastigmină [114] | ||
Alcaloizi indolici hemiterpenoizi | |||
Alcaloizi din ergot ( ergoalcaloizi) [84] | Triptofan → chanoclavin → agroclavin → elimoclavin → acid paspalic → acid lisergic [114] | Ergotamina , ergobazină, ergozină [115] | |
Alcaloizi indolici monoterpenoizi | |||
Alcaloizi de tip Corynanthe [110] | Triptofan → triptamina → strictosidină (cu secologanină ) [110] | Aimalycin, Sarpagin, Wobazin, Aimaline, Aquamycin, Yohimbin , Reserpin , Mitragynine [116] [117] , Stricnine group ( Strychnine , brucină , Aquaamycin, Vomycin [118] ) | |
Alcaloizi de tip iboga [110] | Ibogamină , ibogaină , voakangin [110] | ||
Alcaloizi de tip Aspidosperma [110] | Vincamină, vincotină, aspidospermină, quebrachamină [119] [120] | ||
Derivați de imidazol [ 89] | Direct din histidină [121] | Histamina , pilocarpină, dolicotelină, pilozină, stevensină [89] [121] | |
Derivați de purină [122] | Xantozina (formată în timpul biosintezei purinelor) → 7-metilxantozină → 7-metilxantină → teobromină → cafeină [ 69] | Cofeină , teobromină , teofilină , saxitoxină [123] [124] | |
Alcaloizi cu azot în lanțul lateral (protoalcaloizi) | |||
derivați de β - feniletilamină [76] | Tirozina sau fenilalanina → dihidroxifenilalanina → dopamina → epinefrina si mescalina ; tirozină → tiramină ; fenilalanină → 1-fenilpropan-1,2-dionă → catinonă → efedrina și pseudoefedrina [12] [38] [125] | Tiramină , hordenină , efedrină , pseudoefedrină , mescalină , catinonă , catecolamine ( epinefrină , norepinefrină , dopamină ) [12] [126] | |
Alcaloizi de colchicină [127] | Tirozină sau fenilalanină → dopamină → automalin → colchicină [128] | Colchicină , colchamină [127] | |
Muscarines [129] | Acid glutamic → acid 3-cetoglutamic → muscarine (care implică acid piruvic ) [130] | Muscarină , alomuscarină, epimuscarină, epialomuscarină [129] | |
Benzilamine [131] | Fenilalanina , care implică valină , leucină sau izoleucină [132] | Capsaicina , dihidrocapsaicina, nordihidrocapsaicina [131] [133] | |
Alcaloizi poliaminici | |||
Derivați putrescinei [134] | Ornitină → putrescină → spermidină → spermină [135] | Păianjen [134] | |
Derivați de spermidină [134] | Inadenin-12-one, lunarin, codonocarpină [134] | ||
Derivați de spermină [134] | Verbascenin, aphelandrin [134] | ||
Alcaloizi peptidici (ciclopeptidici). | |||
Alcaloizi peptidici cu un inel cu 13 membri [34] [136] | Numularin tip C | Din diferiți aminoacizi [34] | Numularin C, Numularin S [34] |
Tipul de zizifină A | Zizipină A, sativanin H [34] | ||
Alcaloizi peptidici cu un inel cu 14 atomi [34] [136] | Tipul de frangulanină | Frangulanin, Scutianin J [136] | |
Scutian tip A | Scutianin A [34] | ||
Tipul întregii | Integerrin, Discarin D [136] | ||
Amfibieni de tip F | Amfibina F, spinanina A [34] | ||
Amfibieni de tip B | Amphibin B, Lotusin C [34] | ||
Alcaloizi peptidici cu un inel cu 15 membri [136] | Mucronină de tip A | Mucronin A [31] [136] | |
Pseudoalcaloizi ( terpene și steroizi ) | |||
Diterpene [31] | Tipul de lioctonină | Acid mevalonic → izopentenil pirofosfat → geranil pirofosfat [137] [138] | Aconitină , delfinină [31] [139] |
tip Heteratisin | Heteratizină [31] | ||
tip atizin | Atizin [31] | ||
tip de vreme | Vremea [31] | ||
Alcaloizi steroizi [140] | Colesterol , arginină [141] | Solasodină, solanidină , veralkamină [142] |
Alcaloizii ale căror molecule conțin atomi de oxigen (ceea ce este valabil pentru marea majoritate a alcaloizilor) în condiții standard sunt , de regulă, cristale incolore . Alcaloizii, ale căror molecule nu conțin atomi de oxigen, sunt cel mai adesea lichide uleioase incolore volatile [143] (cum ar fi nicotina [144] sau coniina [21] ). Unii alcaloizi nu sunt incolori: de exemplu, berberina este galbenă, sanguinarina este portocalie [143] .
Majoritatea alcaloizilor sunt baze slabe, dar unii sunt amfoteri (cum ar fi teobromina și teofilina ) [145] .
În general, alcaloizii sunt slab solubili în apă, dar foarte solubili în mulți solvenți organici ( eter dietilic , cloroform și 1,2-dicloretan ). O excepție este, de exemplu, cofeina , care este foarte solubilă în apă clocotită [145] . Atunci când interacționează cu acizii , alcaloizii formează săruri de diferite grade de rezistență. Sărurile alcaloizilor, de regulă, sunt foarte solubile în apă și alcooli și slab solubile în majoritatea solvenților organici, deși se cunosc săruri care sunt slab solubile în apă ( sulfat de chinină ) și bine solubile în solvenți organici ( bromhidrat de scopolamină ) [143] .
Majoritatea alcaloizilor au un gust amar . Se presupune că în acest fel selecția naturală a protejat animalele de alcaloizii produși de plante, dintre care mulți sunt foarte otrăvitori [146] .
Alcaloizii sunt sintetizați de diferite organisme vii. Ele sunt cel mai larg răspândite în plantele superioare : se estimează că 10 până la 25% din speciile de plante superioare conțin alcaloizi [147] [148] . În trecut, termenul „alcaloid” era folosit cel mai des numai în legătură cu substanțele de origine vegetală [6] .
Cele mai importante plante purtătoare de alcaloizi care au primit utilizare industrială includ macul de opiu , china, tutunul, belladona, scopolia , Datura vulgaris , anabasis , cacao , tufișul de coca , pilocarpus , coniferul , chilibuha , șarpeta , tufa de ceai [ 149] .
Conținutul de alcaloizi din plante, de regulă, nu depășește câteva procente. De obicei, concentrația este mică și se ridică la sutimi și zecimi de procent. La un conținut de 1-3%, planta este considerată bogată în alcaloizi (foarte alcaloizi). Doar câteva plante, de exemplu, formele cultivate de china, conțin până la 15-20% alcaloizi. Deosebit de bogate în alcaloizi sunt plantele din familii precum Macul , Solanaceae , Leguminoase , Kutrovye , Rubiaceae , Ranunculaceae , Loganiaceae . La alge , ciuperci , mușchi , ferigi și gimnosperme , acestea sunt relativ rare [150] . La majoritatea plantelor, distribuția alcaloizilor în țesuturi este neuniformă. În funcție de tipul de plantă, conținutul maxim de alcaloizi poate fi atins în frunze ( black henbane ), fructe sau semințe (chilibukha), rădăcini ( serpentine rauwolfia ) sau scoarță (cinchona) [151] . La plante, alcaloizii se găsesc sub formă de săruri ale acizilor organici și anorganici în țesuturile în creștere activă, celulele epidermice și hipodermice , în căptușeala fasciculelor vasculare și a pasajelor de latex . Sunt dizolvate în seva celulară [150] . În plus, diferite țesuturi ale aceleiași plante pot conține alcaloizi diferiți [152] , de exemplu, trandafirul catharanthus conține mai mult de 60 de alcaloizi [150] ; mai mulți alcaloizi sunt conținuti în scoarța de chinonă, henbane, belladonna, scopolia [149] .
Pe lângă plante, alcaloizii se găsesc în unele tipuri de ciuperci ( psilocibina , conținută în genul psilocybe ) și animale ( bufotenină , conținută în pielea unor broaște râioase ) [14] . Aminele biogene , precum adrenalina sau serotonina , care joacă un rol important în organismele animale superioare, sunt asemănătoare cu alcaloizii în structură și în căile biosintetice și sunt uneori numite și alcaloizi [153] .
În plus, alcaloizii se găsesc în multe organisme marine [154] .
Având în vedere marea diversitate structurală a alcaloizilor, nu există o metodă unică de izolare a acestora din materii prime naturale [155] . Majoritatea metodelor se bazează pe faptul că bazele alcaloide , de regulă, sunt foarte solubile în solvenți organici și slab solubile în apă, în timp ce sărurile sunt invers.
Majoritatea plantelor conțin mai mulți alcaloizi. La izolarea alcaloizilor din materii prime naturale, se extrage mai întâi un amestec de alcaloizi, iar apoi se izolează alcaloizii individuali din amestec [156] .
Înainte de extragerea alcaloizilor, materialele vegetale sunt zdrobite cu grijă [155] [157] .
Cel mai adesea, alcaloizii se găsesc în materialele vegetale sub formă de săruri ale acizilor organici [155] . În acest caz, alcaloizii pot fi extrași atât sub formă de baze, cât și sub formă de săruri [156] .
La extragerea alcaloizilor sub formă de baze, materia primă este tratată cu soluții alcaline pentru a transforma sărurile alcaloide în baze, după care bazele alcaloidelor sunt extrase cu solvenți organici ( 1,2-dicloretan , cloroform , dietil eter , benzen ). Apoi, pentru a elimina impuritățile, soluția rezultată de baze alcaloide este tratată cu o soluție de acid slab, în timp ce alcaloizii formează săruri care sunt insolubile în solvenți organici și trec în apă. Dacă este necesar, o soluție apoasă de săruri de alcaloizi se alcalinizează din nou și se tratează cu un solvent organic. Procesul continuă până când se obține o soluție dintr-un amestec de alcaloizi de puritate suficientă.
La extragerea alcaloizilor sub formă de săruri, materia primă este tratată cu o soluție slabă de acid (de exemplu, acetic ) în apă , etanol sau metanol . Soluția rezultată este alcalinizată pentru a transforma sărurile alcaloide în baze, care sunt extrase cu un solvent organic (dacă extracția a fost efectuată cu alcool, acesta trebuie mai întâi distilat și reziduul dizolvat în apă). O soluție de baze alcaloide într-un solvent organic este purificată așa cum este descris mai sus [155] [158] .
Separarea unui amestec de alcaloizi în componente se realizează folosind diferența dintre proprietățile lor fizice și chimice. Acest lucru se poate face prin distilare , separare pe baza diferitelor solubilități ale alcaloizilor într-un anumit solvent, separare pe baza diferențelor de rezistență a bazicității și separare prin derivatizare [159] .
Precursorii biogenetici ai majorității alcaloizilor sunt aminoacizii : ornitina , lizina , fenilalanina , tirozina , triptofanul , histidina , acidul aspartic și acidul antranilic . Toți acești aminoacizi, cu excepția acidului antranilic, sunt proteinogeni [160] . Acidul nicotinic poate fi sintetizat din triptofan sau acid aspartic. Căile biosintetice ale alcaloizilor nu sunt mai puțin diverse decât structurile lor și nu pot fi combinate într-o schemă generală [69] . Cu toate acestea, există mai multe reacții caracteristice implicate în biosinteza diferitelor clase de alcaloizi [160] :
Bazele Schiff pot fi obținute din reacția aminelor cu cetonele sau aldehidele [161] . Această reacție este o modalitate comună de a forma o legătură C=N [162] .
În timpul biosintezei alcaloizilor, reacția de formare a bazei poate avea loc și intramolecular [160] . Un exemplu este reacția de formare a Δ 1 -piperideinei, care are loc în timpul sintezei ciclului piperidinic [27] :
Pe lângă amină și compusul carbonil , reacția Mannich implică și carbanionul , care joacă rolul unui nucleofil în procesul de adăugare la ionul format prin interacțiunea aminei și compusului carbonil [162] .
Reacția Mannich poate fi, de asemenea, efectuată atât intermolecular, cât și intramolecular [163] . Un exemplu de reacție Mannich intramoleculară este sinteza nucleului pirolizidină [164] :
O variație a reacției Mannich intramoleculare este reacția Pictet-Spengler - ciclizarea bazelor Schiff formate din β-feniletilamine cu formarea unui sistem tetrahidroizochinolin. La plante, biosinteza alcaloizilor are loc întotdeauna sub acțiunea enzimelor, dar la animale există cazuri de sinteză neenzimatică a alcaloizilor izochinoline, care include două etape succesive - formarea unei baze Schiff din catecolamine și aldehidă și pictet- Reacția lui Spengler. Ambele reacții pot avea loc în condiții fiziologice și în absența enzimelor. De obicei, sinteza neenzimatică a alcaloizilor are loc cu tulburări metabolice sau intoxicații, atunci când în organism există un exces de amine sau aldehide. Deci, un nivel ridicat de catecolamine în creierul uman este observat în schizofrenie, parkinsonism. Tulburările mintale asociate cu aceste boli sunt parțial asociate cu sinteza neenzimatică a alcaloizilor izochinolin. Ca urmare a consumului de alcool din dopamină și acetaldehidă , se formează alcaloidul salsolinol, care este unul dintre factorii de dezvoltare a dependenței de alcool . [165]
Pe lângă alcaloizii monomerici descriși mai sus, există și o anumită cantitate de alcaloizi dimerici (mai rar - trimerici, mult mai rar - tetramerici) formați în procesul de condensare a doi (trei, patru) alcaloizi monomerici. De regulă, alcaloizii dimerici sunt rezultatul condensării a doi alcaloizi de același tip. Cei mai des întâlniți sunt alcaloizii bisindol și alcaloizii izochinolin dimerici . Principalele mecanisme de dimerizare a alcaloizilor [166] :
Voakamine
Villalstonin
Toxiferină
Dauricin
Karpaină
Semnificația alcaloizilor pentru organismele vii care le sintetizează nu a fost încă suficient studiată [167] . Inițial, se credea că alcaloizii sunt produsele finale ale metabolismului azotului la plante, așa cum este ureea la mamifere . Ulterior s-a demonstrat că la multe plante conținutul de alcaloizi poate fie să crească, fie să scadă în timp; astfel, această ipoteză a fost infirmată [8] .
Cele mai multe dintre funcțiile cunoscute ale alcaloizilor se referă la protecția plantelor de influențele externe. De exemplu, alcaloidul aporfină liriodenina , produs de lalelele liriodendron , protejează planta de ciupercile parazite . În plus, conținutul de alcaloizi al plantei le împiedică să fie consumate de insecte și cordate erbivore , deși animalele au dezvoltat, la rândul lor, modalități de a contracara efectele toxice ale alcaloizilor; unii dintre ei chiar folosesc alcaloizi în propriul metabolism [168] .
Alcaloizii au, de asemenea, semnificație endogenă. Substanțe precum serotonina , dopamina și histamina , uneori denumite și alcaloizi, sunt neurotransmițători importanți la animale. Este cunoscut și rolul alcaloizilor în reglarea creșterii plantelor [169] .
Utilizarea medicinală a plantelor purtătoare de alcaloizi are o istorie lungă. În secolul al XIX-lea, când primii alcaloizi au fost obținuți în formă pură, aceștia și-au găsit imediat utilizarea în practica clinică ca medicament [170] . Mulți alcaloizi sunt încă utilizați în medicină (mai des sub formă de săruri), de exemplu [8] [171] :
Alcaloid | efect farmacologic |
---|---|
Aymalin | antiaritmic |
Atropină , scopolamină , hiosciamină | medicamente anticolinergice |
Vinblastină , vincristină | antitumoral |
Vincamine | vasodilatator, antihipertensiv |
Codeina | antitusiv |
Cocaină | anestezic |
colchicina | remediu pentru guta |
Morfină | analgezic narcotic |
rezerpină | antihipertensiv |
tubocurarina | relaxant muscular |
Fizostigmină | inhibitor de acetilcolinesteraza |
Chinidină | antiaritmic |
Chinină | antipiretic, antimalaric |
Emetină | emetic, antiprotozoar |
Ergoalcaloizi | simpatolitic, vasodilatator, antihipertensiv |
Multe medicamente sintetice și semisintetice sunt modificări structurale ale alcaloizilor menite să sporească sau să modifice efectul principal al medicamentului și să reducă efectele secundare nedorite [172] . De exemplu, naloxona , un antagonist al receptorilor opioizi , este un derivat al alcaloidului tebaină conținut în opiu [173] :
Înainte de dezvoltarea unei game largi de pesticide sintetice relativ scăzute , unii alcaloizi au fost utilizați pe scară largă ca insecticide ( săruri de nicotină și anabazină ). Utilizarea lor a fost limitată de toxicitatea lor ridicată pentru oameni [174] .
Mulți alcaloizi sunt substanțe psihoactive . Preparatele din plante care conțin alcaloizi, extractele acestora , iar ulterior preparatele pure de alcaloizi au fost folosite ca stimulent și/sau narcotic . Cocaina și catinona sunt stimulente ale sistemului nervos central [175] [176] . Mescalina și mulți alcaloizi indolici (cum ar fi psilocibina , dimetiltriptamina , ibogaina ) sunt halucinogene [ 177 ] [178] . Morfina și codeina sunt analgezice narcotice puternice [179] .
În plus, există alcaloizi care nu au un efect psihoactiv puternic, dar sunt precursori pentru substanțele psihoactive semi-sintetice. De exemplu, methcathinone (efedron) și metamfetamina sunt sintetizate din efedrin și pseudoefedrin [180] .
de alcaloizi | Principalele tipuri|
---|---|
pirolidină | Gigrin |
Tropan | |
Piperidina | |
Chinolizidină | |
piridină | |
izochinolină | |
Chinolina | |
indol | |
purină | |
Feniletilamină | |
Terpenele | |
Alte |
molecule biochimice | Principalele grupe de|
---|---|
![]() |
|
---|---|
În cataloagele bibliografice |
|