Алкалоиды (alkaloida, от заимствованного из арабского языка латинского alkali — «щёлочь» и греческого εἶδος — «вид», то есть «подобный щёлочи») — сложные азотсодержащие органические соединения природного, главным образом растительного происхождения, обладающие основными свойствами (щелочной реакцией) и оказывающие биологическое действие вследствие выраженной физиологической активности.
Термин «алкалоиды» неоднократно изменялся в своём значении: сначала алкалоидами именовались все содержащие азот основания, затем они включали только группы производных пиридина, потом название распространилось и на другие группы соединений, содержащих азот в кольце, или в кольце и открытой цепи.
Известно более 1000 различных алкалоидов, многие из них (например, никотин, мускарин) токсичны, некоторые алкалоиды растений применяют в качестве лекарственных средств.
Классификация алкалоидов
Алкалоиды имеют много общего в свойствах, строении и биологическом действии. Классифицируются алкалоиды по строению ядра и способу связи азота.
Первым из алкалоидов был получен морфин, выделенный из опия Сертюрнером и описанный им в 1817 году как щелочное основание, способное давать соли и сходное в этом отношении с аммиаком.
Выделяемые из растений основания стали называть алкалоидами по предложению Мейснера, открывшего вератрин в 1819 году.
Содержание алкалоидов в растениях
Содержание алкалоидов в растениях невелико — от следовых количеств до 1–2%, очень редко (в коре хинного дерева, опии) может достигать 10–15%. Значительное влияние на содержание алкалоидов в оказывают тип почвы, климат, а также возраст растения.
Алкалоиды редко встречаются в свободном состоянии (наркотин, папаверин), в большинстве случаев они содержатся в растениях в виде солей органических кислот (лимонной, щавелевой, малоновой, янтарной, уксусной), изредка — неорганических (серной, фосфорной, азотной), или кислот, специфических для данного растения (хинной, аконитовой, хелидоновой, меконовой).
Как правило, в растении содержится не один, а несколько сходных по химическому строению и свойствам алкалоидов, иногда их число может превышать 20. Каждое семейство растений имеет специфические алкалоиды, и только немногие из них, такие как кофеин и берберин, обнаружены у различных семейств.
Больше всего алкалоидов выделено из двудольных растений семейств маковые, паслёновые, лютиковые, лилейные, мотыльковые, зонтичные.
Свойства алкалоидов
Обычно алкалоиды бесцветны, иногда окрашены (особенно соли) в жёлтый или жёлто-красный цвет.
Свободные алкалоиды за немногими исключениями нерастворимы или труднорастворимыd в воде, в спирте же растворяются все без исключения; эфир основания алкалоидов растворяет мало или не растворяет совсем (морфий). Соли алкалоидов, в отличие от свободных оснований, в большинстве случаев легко растворимы в воде; в бензоле, эфире и хлороформе, наоборот, труднорастворимы или нерастворимы. Растворы алкалоидов в воде обладают щелочной реакцией и имеют горький вкус.
В ультрафиолетовой области алкалоиды имеют характерные спектры поглощения. Растворы некоторых алкалоидов обладают флуоресценцией (хинин). Большинство алкалоидов оптически активны, вращая плоскость поляризации влево или вправо.
Некоторые алкалоиды чувствительны к свету и воздуху, буреют и осмоляются.
При нагревании большинство алкалоидов разлагается и только немногие возгоняются в кристаллах (кофеин, атропин и др.), в вакууме возгоняется большинство их них. Алкалоиды имеющие характер сложных эфиров (атропин, кокаин) разлагаются при длительном нагревании растворов их солей, что нужно иметь в виду при приготовлении стерильных препаратов.
Получение алкалоидов
Способы получения алкалоидов из растений зависят от их физических и химических свойств. Для извлечения из растений летучих алкалоидов применяется перегонка с водяным паром, после подщелачивания сырья известковым молоком, чаще применяется экстракция, при этом алкалоиды извлекаются в виде оснований или солей. Если алкалоиды представляют собой аммониевые основания, не разлагающиеся щелочами, они осаждаются из растворов алкалоидными реактивами, затем для извлечения из этих труднорастворимых осадков алкалоидов они разлагаются гидроксидом бария, сероводородом и др.
Для получения некоторых алкалоидов (адреналина, кофеина, теобромина, теофилина) применяется полный синтез, чаще проводится частичный синтез натуральных алкалоидов: например, из сопутствующих кокаину алкалоидов получают экгонин, а затем бензоилированием и метилированием его превращают в кокаин.
Применение алкалоидов в медицине
Лечебные свойства алкалоидов чрезвычайно многообразны — каждый из алкалоидов обладает определённым, присущим только ему действием, которое может распространяться на периферические нервы и ЦНС, оказывая угнетающее или возбуждающее действие.
Малые дозы некоторых алкалоидов используются в медицине, наиболее известные и широко применяемые из них содержатся в следующих растениях: в головках мака снотворного — морфин, кодеин; в беладонне лекарственной — атропин, скополамин; в листьях табака — никотин, в листьях чая китайского и зёрнах кофе — кофеин, в корнях раувольфии змеиной — резерпин, в коре хинного дерева — хинин.
В медицине нашли применение такие алкалоидоносные растения, как барбарис, чистотел, спорынья и др.
Фармакологическая промышленность выпускает препараты алкалоидов главным образом в виде солей.
Лекарства, изготовленные из алкалоидоносных растений оказывают сложное и многогранное действие на организм — активизируют деление клеток, повышают артериальное давление, ускоряют общий обмен веществ, улучшают секрецию пищеварительных желез.
Ко многим алкалоидам организм привыкает.
Отравление алкалоидами
Соли алкалоидов хорошо всасываются в пищеварительном канале, при приёме их внутрь симптомы отравления появляются в первые 30 минут.
Алкалоиды — нервные яды, действующие только резорбтивно и обладающие избирательной способностью поражать определённые части центральной и периферической нервной системы, а через неё и другие органы.
Цветные реакции на алкалоиды
С некоторыми реактивами многие из алкалоидов дают цветные реакции:
- Концентрированная серная кислота дает жёлтое окрашивание, затем оранжевое, переходящее в фиолетово-красное с вератрином.
- Концентрированная серная кислота со следами азотной кислоты даёт кроваво-красное окрашивание при бруцине; окрашивание, подобное окрашиванию с чистой серной кислотой — при вератрине; жёлто-красное — при папаверине; красное, переходящее при нагревании в фиолетово-красное — при наркотине.
- Реактив Фреде (концентрированная серная кислота с молибденовой кислотой) даёт фиолетовое окрашивание с морфином; красное — с бруцином; жёлтое, переходящее в фиолетово-красное — с вератрином.
- Реактив Маркиза (концентрированная серная кислота с формальдегидом) даёт фиолетовое окрашивание с морфином, кодеином, героином, наркотином и папаверином; фиолетовое, быстро переходящее в чёрно-зелёное — с апоморфином.
- Концентрированная серная кислота с кристаллом двухромовокислого калия даёт синее окрашивание (в виде струек), переходящее в фиолетовое, красное, а затем исчезающее — со стрихнином.
Следует учитывать, что сходные реакции окрашивания могут давать также продукты распада белков.