Alkaloid - Alkaloid

Das erste einzelne Alkaloid, Morphin , wurde 1804 aus dem Schlafmohn ( Papaver somniferum ) isoliert .

Alkaloide sind eine Klasse basischer , natürlich vorkommender organischer Verbindungen , die mindestens ein Stickstoffatom enthalten. Zu dieser Gruppe gehören auch einige verwandte Verbindungen mit neutralen und sogar schwach sauren Eigenschaften. Einige synthetische Verbindungen ähnlicher Struktur können auch als Alkaloide bezeichnet werden. Alkaloide können neben Kohlenstoff , Wasserstoff und Stickstoff auch Sauerstoff , Schwefel und seltener andere Elemente wie Chlor , Brom und Phosphor enthalten .

Alkaloide werden von einer Vielzahl von Organismen produziert, darunter Bakterien , Pilze , Pflanzen und Tiere . Sie können aus Rohextrakten dieser Organismen durch Säure-Base-Extraktion oder Lösungsmittelextraktionen gefolgt von Kieselgel- Säulenchromatographie gereinigt werden . Alkaloide haben ein breites Spektrum an pharmakologischen Wirkungen , einschließlich Antimalaria ( zB Chinin ), Antiasthma ( zB Ephedrin ), Antikrebs ( zB Homoharringtonin ), Cholinomimetikum ( zB Galantamin ), gefäßerweiternd ( zB Vincamin ), Antiarrhythmikum ( zB Chinidin ), Analgetikum ( zB Morphin ) , antibakterielle ( zB Chelerythrin ) und antihyperglykämische Aktivitäten ( zB Piperin ). Viele fanden Anwendung in der traditionellen oder modernen Medizin oder als Ausgangspunkt für die Wirkstoffforschung . Andere Alkaloide besitzen psychotrope ( zB Psilocin ) und stimulierende Wirkungen ( zB Kokain , Koffein , Nikotin , Theobromin ) und wurden in entheogenen Ritualen oder als Freizeitdrogen verwendet . Auch Alkaloide können toxisch sein ( zB Atropin , Tubocurarin ). Obwohl Alkaloide bei Menschen und anderen Tieren auf eine Vielzahl von Stoffwechselsystemen einwirken, rufen sie fast einheitlich einen bitteren Geschmack hervor .

Die Grenze zwischen Alkaloiden und anderen stickstoffhaltigen Naturstoffen ist nicht eindeutig. Verbindungen , wie Aminosäure- Peptiden , Proteinen , Nukleotiden , Nukleinsäure , Amine und Antibiotika sind in der Regel nicht genannt Alkaloide. Natürliche Verbindungen, die Stickstoff in der exocyclischen Position enthalten ( Meskalin , Serotonin , Dopamin usw.) werden normalerweise eher als Amine als als Alkaloide klassifiziert . Einige Autoren betrachten Alkaloide jedoch als Sonderfall von Aminen.

Benennung

Der Artikel, der das Konzept des "Alkaloids" einführte.

Der Name „Alkaloid“ (deutsch: Alkaloid ) wurde 1819 von dem deutschen Chemiker eingeführt Carl Friedrich Wilhelm Meißner und ist abgeleitet von später lateinischer Wurzel Alkali (was wiederum kommt aus der arabischen al-qalwī Bedeutung ‚Asche von Pflanzen‘ ) und das Suffix -οειδής -('like'). Der Begriff wurde jedoch erst nach der Veröffentlichung eines Übersichtsartikels von Oscar Jacobsen im chemischen Wörterbuch von Albert Ladenburg in den 1880er Jahren weit verbreitet.

Es gibt keine eindeutige Methode zur Benennung von Alkaloiden. Viele Einzelnamen werden gebildet, indem dem Art- oder Gattungsnamen das Suffix "ine" hinzugefügt wird. Atropin wird beispielsweise aus der Pflanze Atropa belladonna isoliert ; Strychnin wird aus den Samen des Strychninbaums ( Strychnos nux-vomica L.) gewonnen. Wenn mehrere Alkaloide aus einer Pflanze gewonnen werden, unterscheiden sich ihre Namen oft durch Variationen im Suffix: "idin", "anin", "aline", "inin" usw. Es gibt auch mindestens 86 Alkaloide, deren Namen die Wurzel "vin ." enthalten „weil sie aus Vinca- Pflanzen wie Vinca rosea ( Catharanthus roseus ) gewonnen werden; diese werden Vinca- Alkaloide genannt .

Geschichte

Friedrich Sertürner , der deutsche Chemiker, der als erster Morphin aus Opium isolierte.

Alkaloidhaltige Pflanzen werden seit der Antike vom Menschen zu therapeutischen und Erholungszwecken verwendet. Heilpflanzen sind beispielsweise in Mesopotamien ab etwa 2000 v. Chr. bekannt. Die Odyssee von Homer bezog sich auf ein Geschenk der ägyptischen Königin an Helena, eine Droge, die in Vergessenheit gerät. Es wird angenommen, dass es sich bei dem Geschenk um ein opiumhaltiges Medikament handelte. Ein chinesisches Buch über Zimmerpflanzen, das im 1.-3. Jahrhundert v. Chr. geschrieben wurde, erwähnte eine medizinische Verwendung von Ephedra und Schlafmohn . Außerdem werden Kokablätter seit der Antike von südamerikanischen Indianern verwendet.

Extrakte aus Pflanzen, die giftige Alkaloide wie Aconitin und Tubocurarin enthalten , wurden seit der Antike zur Vergiftung von Pfeilen verwendet.

Studien über Alkaloide begannen im 19. Jahrhundert. 1804 isolierte der deutsche Chemiker Friedrich Sertürner aus Opium ein „schlafendes Prinzip“ (lateinisch: principium somniferum ), das er „Morphium“ nannte, in Anlehnung an Morpheus , den griechischen Gott der Träume; in Deutsch und einigen anderen mitteleuropäischen Sprachen ist dies immer noch der Name des Medikaments. Der im Englischen und Französischen verwendete Begriff "Morphin" stammt von dem französischen Physiker Joseph Louis Gay-Lussac .

Einen wesentlichen Beitrag zur Chemie der Alkaloide in den frühen Jahren ihrer Entwicklung leisteten die französischen Forscher Pierre Joseph Pelletier und Joseph Bienaimé Caventou , die Chinin (1820) und Strychnin (1818) entdeckten. Zu dieser Zeit wurden mehrere andere Alkaloide entdeckt, darunter Xanthin (1817), Atropin (1819), Koffein (1820), Coniin (1827), Nikotin (1828), Colchicin (1833), Spartein (1851) und Kokain (1860) . Die Entwicklung der Alkaloidchemie wurde durch das Aufkommen spektroskopischer und chromatographischer Methoden im 20. Jahrhundert beschleunigt , so dass bis 2008 mehr als 12.000 Alkaloide identifiziert wurden.

Die erste vollständige Synthese eines Alkaloids gelang 1886 dem deutschen Chemiker Albert Ladenburg . Er stellte Coniin her, indem er 2-Methylpyridin mit Acetaldehyd umsetzte und das resultierende 2-Propenylpyridin mit Natrium reduzierte .

Bufotenin , ein Alkaloid einiger Kröten, enthält einen Indolkern und wird in lebenden Organismen aus der Aminosäure Tryptophan hergestellt .

Klassifizierungen

Das Nikotinmolekül enthält sowohl Pyridin- (links) als auch Pyrrolidinringe (rechts).

Im Vergleich zu den meisten anderen Naturstoffklassen zeichnen sich Alkaloide durch eine große strukturelle Vielfalt aus. Es gibt keine einheitliche Klassifizierung. Bei fehlenden Kenntnissen über chemische Strukturen wurde zunächst auf die botanische Klassifikation der Quellpflanzen zurückgegriffen. Diese Klassifizierung gilt heute als veraltet.

Neuere Klassifikationen auf der Ähnlichkeit des Kohlenstoffgerüsts basieren ( zB , Indol -, Isochinolin - und Pyridin -ähnlichen) oder biochemischer Vorläufer ( Ornithin , Lysin , Tyrosin , Tryptophan , etc.). Sie erfordern jedoch in Grenzfällen Kompromisse; beispielsweise Nikotin enthält ein Pyridin - Fragment aus Nicotinamid und einem Pyrrolidin Teil aus Ornithin und kann daher für beide Klassen zugeordnet werden.

Alkaloide werden oft in die folgenden Hauptgruppen eingeteilt:

  1. "Echte Alkaloide" enthalten Stickstoff im Heterocyclus und stammen von Aminosäuren ab . Ihre charakteristischen Beispiele sind Atropin , Nikotin und Morphin . Zu dieser Gruppe gehören auch einige Alkaloide , die neben der Stickstoffheterocyclus enthält Terpen ( zB , evonine ) oder Peptidfragmente ( zB Ergotamin ). Die Piperidinalkaloide Coniin und Conicein können als echte Alkaloide (und nicht als Pseudoalkaloide: siehe unten) angesehen werden, obwohl sie nicht aus Aminosäuren stammen.
  2. „Protoalkaloide“, die Stickstoff enthalten (aber nicht den Stickstoffheterocyclus) und ebenfalls aus Aminosäuren stammen. Beispiele sind Meskalin , Adrenalin und Ephedrin .
  3. Polyaminalkaloide – Derivate von Putrescin , Spermidin und Spermin .
  4. Peptid- und Cyclopeptidalkaloide.
  5. Pseudoalkaloide – alkaloidähnliche Verbindungen, die nicht aus Aminosäuren stammen. Zu dieser Gruppe gehören Terpen -ähnliche und Steroid -ähnlichen Alkaloide, sowie Purin -ähnlichen Alkaloide wie Koffein , Theobromin , theacrine und Theophyllin . Einige Autoren klassifizieren solche Verbindungen wie Ephedrin und Cathinon als Pseudoalkaloide . Diese stammen von der Aminosäure Phenylalanin ab , erhalten ihr Stickstoffatom aber nicht von der Aminosäure, sondern durch Transaminierung .

Einige Alkaloide haben nicht das für ihre Gruppe charakteristische Kohlenstoffgerüst. Also, Galantamin und homoaporphines enthalten keine Isochinolin Fragment, sind aber im allgemeinen zugeschrieben Isochinolinalkaloide.

Die Hauptklassen der monomeren Alkaloide sind in der folgenden Tabelle aufgeführt:

Klasse Hauptgruppen Hauptsyntheseschritte Beispiele
Alkaloide mit Stickstoffheterocyclen (echte Alkaloide)
Pyrrolidin- Derivate
Pyrrolidin-Struktur.svg
Ornithin oder ArgininPutrescin → N-Methylputrescin → N-Methyl-Δ 1 -Pyrrolin Cuscohygrin , Hygrin , Hygrolin, Stachydrin
Tropan- Derivate
Tropane nummeriert.svg
Atropingruppe
Substitution in Position 3, 6 oder 7
Ornithin oder ArgininPutrescin → N-Methylputrescin → N-Methyl-Δ 1 -Pyrrolin Atropin , Scopolamin , Hyoscyamin
Kokaingruppe
Substitution in Position 2 und 3
Kokain , Ecgonin
Pyrrolizidin- Derivate
Pyrrolizidin.svg
Nicht-Ester In Pflanzen: Ornithin oder ArgininPutrescinHomospermidinRetronecin Retronecin , Heliotridin, Laburnin
Komplexe Ester von Monocarbonsäuren Indicin, Lindelopin, Sarracin
Makrozyklische Diester Schnabeltier , Trichodesmin
1-Aminopyrrolizidine ( Loline ) In Pilzen : L - prolin + L -homoserineN - (3-Amino-3-carboxypropyl) Prolin → norloline Loline, N -formylloline, N -acetylloline
Piperidin- Derivate
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LysinCadaverin → Δ 1 -Piperidein Sedamin , Lobelin, Anaferin, Piperin
Octansäure → Conicein → Coniin Coniin , Conicein
Chinolizidin- Derivate
Chinolizidine.svg
Lupinin- Gruppe LysinCadaverin → Δ 1 -Piperidein Lupinin , Nupharidin
Cytisin- Gruppe Cytisin
Spartein- Gruppe Spartein , Lupanin , Anahygrin
Matrine Gruppe. Matrine, Oxymatrin, Allomatridin
Ormosanin- Gruppe Ormosanin, Piptantin
Indolizidin- Derivate
Indolizidine.svg
Lysin → δ-Semialdehyd der α-AminoadipinsäurePipecolinsäure → 1 Indolizidinon Swainsonin , Castanospermin
Pyridin- Derivate
Pyridin.svg
Einfache Derivate von Pyridin Nicotinsäure → Dihydronicotinsäure → 1,2-Dihydropyridin Trigonellin , Ricinin , Arecolin
Polyzyklische nichtkondensierende Pyridinderivate Nikotin , Nornikotin , Anabasin , Anatabin
Polycyclische kondensierte Pyridinderivate Actinidin , Gentianin, Pediculinin
Sesquiterpen- Pyridin-Derivate Nikotinsäure , Isoleucin Evonin, Hippokratein, Triptonin
Isochinolin- Derivate und verwandte Alkaloide
Isochinolin nummeriert.svg
Einfache Derivate von Isochinolin Tyrosin oder PhenylalaninDopamin oder Tyramin (für Alkaloide Amarillis) Salsoline, Lophocerin
Derivate von 1- und 3-Isochinolinen N-Methylcoridaldin, Noroxyhydrastinin
Derivate von 1- und 4-Phenyltetrahydroisochinolinen Kryptostilin
Derivate von 5-Naftil-Isochinolin Ancistrocladin
Derivate von 1- und 2-Benzyl-izochinoline Papaverin , Laudanosin , Sendaverin
Kulinarische Gruppe Cularine, Yagonin
Pavinen und Isopavinen Argemonine, amurensine
Benzopyrrokoline Kryptoaustoline
Protoberberine Berberin , Canadin , Ophiocarpin, Mecambridin, Corydaline
Phthalidisochinoline Hydrastin , Narkotin (Noscapin)
Spirobenzylisochinolin Fumaricin
Ipecacuanha- Alkaloide Emetin, Protoemetin, Ipecoside
Benzophenanthridine Sanguinarin, Oxynitidin, Corynoloxin
Aporphine Glaucin , Coridin, Liriodenin
Proaporphine Pronuciferin, Glaziovin
Homoaporphine Kreysiginin, Multifloramin
Homoproaporphine Bulbocodin
Morphine Morphin , Codein , Thebain , Sinomenin
Homomorphine Kreysiginin, Androcymbin
Tropolisochinolinen Imerubrin
Azofluoranthene Rufescin, Imelutein
Amaryllis- Alkaloide Lycorin , Ambellin, Tazettin, Galantamin , Montanin
Erythrina- Alkaloide Erysodin, Erythroidin
Phenanthren- Derivate Atherosperminin
Protopine Protopin , Oxomuramin, Corycavidin
Aristolactam Doriflavin
Oxazol- Derivate
Oxazol-Struktur.svg
TyrosinTyramin Annulolin, Halfordinol, Texalin, Texamin
Isoxazol- Derivate
Isoxazol-Struktur.png
IbotensäureMuscimol Ibotensäure, Muscimol
Thiazol- Derivate
Thiazol-Struktur.svg
1-Desoxy-D-xylulose-5-phosphat (DOXP), Tyrosin , Cystein Nostocyclamid, Thiostrepton
Chinazolin- Derivate
Chinazolin nummeriert.svg
3,4-Dihydro-4-chinazolon-Derivate Anthranilsäure oder Phenylalanin oder Ornithin Febrifugin
1,4-Dihydro-4-chinazolon-Derivate Glycorin, Arborin, Glycosminin
Pyrrolidin- und Piperidin-Chinazolin-Derivate Vazicin (Peganin)
Acridin- Derivate
Acridin.svg
Anthranilsäure Rutacridon, Acronicin
Chinolin- Derivate
Chinolin nummeriert.svg
Einfache Derivate von Chinolin Derivate von 2–Chinolonen und 4-Chinolonen Anthranilsäure → 3-Carboxychinolin Cusparin, Echinopsin , Evocarpin
Trizyklische Terpenoide Flindersine
Furanochinolin-Derivate Diktamnin , Fagarine, Skimmianin
Chinine TryptophanTryptaminStrictosidin (mit Secologanin ) → Korinanteal → Cinhoninon Chinin , Chinidin , Cinchonin , Cinhonidin
Indol- Derivate
Indol nummeriert.svg
Nicht-Isopren-Indolalkaloide
Einfache Indolderivate TryptophanTryptamin oder 5-Hydroxytryptophan Serotonin , Psilocybin , Dimethyltryptamin (DMT), Bufotenin
Einfache Derivate von β-Carbolin Harman, Harmin , Harmalin , Eleagnine
Pyrroloindol-Alkaloide Physostigmin (Eserin), Etheramin, Physovenin, Eptastigmin
Semiterpenoide Indolalkaloide
Mutterkornalkaloide Tryptophan → Chanoclavin → Agroclavin → elimoclavine → PaspalsäureLysergsäure Ergotamin , Ergobasin, Ergosin
Monoterpenoide Indolalkaloide
Alkaloide vom Corynanthe- Typ TryptophanTryptaminStrictosidin (mit Secologanin ) Ajmalicin, Sarpagin, Vobasin, Ajmalin , Yohimbin , Reserpin , Mitragynin , Gruppe Strychnin und ( Strychnin Brucin , Aquamicin, Vomicin )
Alkaloide vom Iboga- Typ Ibogamin , Ibogain , Voacangine
Alkaloide vom Aspidosperma- Typ Vincamin , Vinca- Alkaloide , Vincotin, Aspidospermin
Imidazol- Derivate
Imidazol-Struktur.svg
Direkt aus Histidin Histamin , Pilocarpin, Pilosin, Stevensin
Purin- Derivate
9H-Purine.svg
Xanthosin (gebildet in Purinbiosynthese) → 7 → methylxantosine 7-methyl XanthinTheobrominCoffein Koffein , Theobromin , Theophyllin , Saxitoxin
Alkaloide mit Stickstoff in der Seitenkette (Protoalkaloide)
β- Phenylethylamin- Derivate
Phenylethylamin nummeriert.svg
Tyrosin oder PhenylalaninDioxyphenilalaninDopaminAdrenalin und Meskalin TyrosinTyramin Phenylalanin → 1-Phenylpropan-1,2-dion → CathinonEphedrin und Pseudoephedrin Tyramin , Ephedrin , Pseudoephedrin , Meskalin , Cathinon , Katecholamine ( Adrenalin , Noradrenalin , Dopamin )
Colchicin- Alkaloide
Colchicin.svg
Tyrosin oder PhenylalaninDopaminAutumnalinColchicin Colchicin , Colchamin
Muskarin
Muscarine.svg
Glutaminsäure → 3-Ketoglutaminsäure → Muscarin (mit Brenztraubensäure ) Muscarin , Allomuscarin, Epimuscarin, Epiallomuscarin
Benzylamin
Benzylamin.svg
Phenylalanin mit Valin , Leucin oder Isoleucin Capsaicin , Dihydrocapsaicin , Nordihydrocapsaicin, Vanillylamin
Polyamine Alkaloide
Putrescin- Derivate
Putrescine.svg
OrnithinPutrescinSpermidinSpermin Paucin
Spermidin- Derivate
Spermidin.svg
Lunarin, Codonocarpin
Sperma- Derivate
Spermine.svg
Verbascenin, Aphelandrin
Peptid (Cyclopeptid) Alkaloide
Peptidalkaloide mit einem 13-gliedrigen Zyklus Nummularin C-Typ Aus verschiedenen Aminosäuren Nummularin C, Nummularin S
Ziziphine- Typ Ziziphin A, Sativanin H
Peptidalkaloide mit einem 14-gliedrigen Zyklus Frangulanin-Typ Frangulanin, Scutianin J
Scutianin A-Typ Scutianine A
Ganzzahliger Typ Integerrine, Diskarine D
Amphibie F-Typ Amphibin F, Spinanin A
Amfibin B-Typ Amphibie B, Lotusin C
Peptidalkaloide mit einem 15-gliedrigen Zyklus Mucronin A-Typ Mucronin A
Pseudoalkaloide ( Terpene und Steroide )
Diterpene
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Lycoctonin-Typ MevalonsäureIsopentenylpyrophosphatGeranylpyrophosphat Aconitin , Delphinin
Steroidale Alkaloide
Cyclopentenophenanthren.svg
Cholesterin , Arginin Solanidin , Cyclopamin , Batrachotoxin

Eigenschaften

Kopf eines Lammes, geboren von einem Schaf, das Blätter der Maislilie gefressen hat . Die Cyclopie wird durch das in der Pflanze vorhandene Cyclopamin induziert .

Die meisten Alkaloide enthalten Sauerstoff in ihrer Molekülstruktur; diese Verbindungen sind bei Umgebungsbedingungen normalerweise farblose Kristalle. Sauerstofffreie Alkaloide wie Nikotin oder Coniin sind typischerweise flüchtige, farblose, ölige Flüssigkeiten. Einige Alkaloide sind gefärbt, wie Berberin (gelb) und Sanguinarin (orange).

Die meisten Alkaloide sind schwache Basen, aber einige, wie Theobromin und Theophyllin , sind amphoter . Viele Alkaloide lösen sich schlecht in Wasser, aber leicht in organischen Lösungsmitteln wie Diethylether , Chloroform oder 1,2-Dichlorethan . Koffein , Kokain , Codein und Nikotin sind in Wasser leicht löslich (mit einer Löslichkeit von ≥ 1 g/l), während andere, einschließlich Morphin und Yohimbin, sehr schwer wasserlöslich sind (0,1-1 g/l). Alkaloide und Säuren bilden Salze unterschiedlicher Stärke. Diese Salze sind normalerweise in Wasser und Ethanol gut löslich und in den meisten organischen Lösungsmitteln schlecht löslich. Ausnahmen sind Scopolaminhydrobromid , das in organischen Lösungsmitteln löslich ist, und das wasserlösliche Chininsulfat.

Die meisten Alkaloide haben einen bitteren Geschmack oder sind bei Einnahme giftig. Die Alkaloidproduktion in Pflanzen schien sich als Reaktion auf die Nahrungsaufnahme durch pflanzenfressende Tiere entwickelt zu haben; Einige Tiere haben jedoch die Fähigkeit entwickelt, Alkaloide zu entgiften. Einige Alkaloide können bei den Nachkommen von Tieren, die die Alkaloide konsumieren, aber nicht entgiften können, Entwicklungsstörungen hervorrufen. Ein Beispiel dafür ist das Alkaloid Cyclopamin , in den Blättern der erzeugten Mai Lilie . In den 1950er Jahren hatten bis zu 25 % der Lämmer, die von Schafen geboren wurden, die auf Maislilie gegrast hatten, schwere Gesichtsdeformationen. Diese reichten von deformierten Kiefern bis hin zu Zyklopie (siehe Bild). Nach jahrzehntelanger Forschung wurde in den 1980er Jahren die für diese Missbildungen verantwortliche Verbindung als das Alkaloid 11-Desoxyjervin identifiziert, das später in Cyclopamin umbenannt wurde.

Verbreitung in der Natur

Strychnin-Baum . Seine Samen sind reich an Strychnin und Brucin .

Alkaloide werden von verschiedenen Lebewesen erzeugt , insbesondere von höheren Pflanzen  – etwa 10 bis 25 % davon enthalten Alkaloide. Daher wurde in der Vergangenheit der Begriff "Alkaloid" mit Pflanzen in Verbindung gebracht.

Der Alkaloidgehalt in Pflanzen liegt normalerweise innerhalb weniger Prozent und ist über das Pflanzengewebe inhomogen. Je nach Pflanzenart wird die maximale Konzentration in den Blättern (zum Beispiel Schwarzes Bilsenkraut ), Früchten oder Samen ( Strychnin-Baum ), Wurzel ( Rauvolfia serpentina ) oder Rinde ( Cinchona ) beobachtet. Darüber hinaus können verschiedene Gewebe derselben Pflanze verschiedene Alkaloide enthalten.

Neben Pflanzen finden sich Alkaloide in bestimmten Pilzarten wie Psilocybin im Pilz der Gattung Psilocybe und in Tieren wie Bufotenin in der Haut einiger Kröten und einer Reihe von Insekten, insbesondere Ameisen. Viele Meeresorganismen enthalten auch Alkaloide. Einige Amine , wie Adrenalin und Serotonin , die bei höheren Tieren eine wichtige Rolle spielen, ähneln in ihrer Struktur und Biosynthese den Alkaloiden und werden manchmal als Alkaloide bezeichnet.

Extraktion

Kristalle von Piperin aus extrahierten schwarzem Pfeffer .

Aufgrund der strukturellen Vielfalt der Alkaloide gibt es kein einheitliches Verfahren zu ihrer Gewinnung aus natürlichen Rohstoffen. Die meisten Verfahren nutzen die Eigenschaft der meisten Alkaloide, in organischen Lösungsmitteln, aber nicht in Wasser löslich zu sein, und die entgegengesetzte Tendenz ihrer Salze.

Die meisten Pflanzen enthalten mehrere Alkaloide. Ihr Gemisch wird zuerst extrahiert und dann werden einzelne Alkaloide getrennt. Pflanzen werden vor der Extraktion gründlich gemahlen. Die meisten Alkaloide liegen in den rohen Pflanzen in Form von Salzen organischer Säuren vor. Die extrahierten Alkaloide können Salze bleiben oder in Basen übergehen. Die Basenextraktion erfolgt durch Aufarbeitung des Rohstoffs mit alkalischen Lösungen und Extraktion der Alkaloidbasen mit organischen Lösungsmitteln wie 1,2-Dichlorethan, Chloroform, Diethylether oder Benzol. Dann werden die Verunreinigungen durch schwache Säuren gelöst; dabei werden Alkaloidbasen in Salze umgewandelt, die mit Wasser ausgewaschen werden. Falls erforderlich, wird eine wässrige Lösung von Alkaloidsalzen erneut alkalisch gestellt und mit einem organischen Lösungsmittel behandelt. Der Vorgang wird wiederholt, bis die gewünschte Reinheit erreicht ist.

In der sauren Extraktion wird das rohe Pflanzenmaterial durch eine schwach saure Lösung verarbeitet werden ( zB , Essigsäure in Wasser, Ethanol oder Methanol). Anschließend wird eine Base zugegeben, um Alkaloide in basische Formen umzuwandeln, die mit einem organischen Lösungsmittel extrahiert werden (wenn die Extraktion mit Alkohol durchgeführt wurde, wird es zuerst entfernt und der Rest wird in Wasser gelöst). Die Lösung wird wie oben beschrieben gereinigt.

Alkaloide werden aufgrund ihrer unterschiedlichen Löslichkeit in bestimmten Lösungsmitteln und unterschiedlicher Reaktivität mit bestimmten Reagenzien oder durch Destillation aus ihrem Gemisch getrennt .

Eine Reihe von Alkaloiden aus identifiziert Insekten , unter denen die Feuerameise Gift Alkaloide wie bekannt solenopsins mehr Aufmerksamkeit von Forschern erhalten haben. Diese Insektenalkaloide können effizient durch Eintauchen lebender Feuerameisen in Lösungsmittel oder durch Zentrifugieren lebender Ameisen, gefolgt von einer Silicagel-Chromatographie-Reinigung, extrahiert werden. Die Verfolgung und Dosierung der extrahierten Solenopsin-Ameisenalkaloide wurde basierend auf ihrem Absorptionspeak bei etwa 232 Nanometern als möglich beschrieben.

Biosynthese

Biologische Vorläufer der meisten Alkaloide sind Aminosäuren wie Ornithin , Lysin , Phenylalanin , Tyrosin , Tryptophan , Histidin , Asparaginsäure und Anthranilsäure . Nicotinsäure kann aus Tryptophan oder Asparaginsäure synthetisiert werden. Die Wege der Alkaloidbiosynthese sind zu zahlreich und lassen sich nicht einfach einordnen. Es gibt jedoch einige typische Reaktionen, die an der Biosynthese verschiedener Klassen von Alkaloiden beteiligt sind, einschließlich der Synthese von Schiff-Basen und der Mannich-Reaktion .

Synthese von Schiffschen Basen

Schiffsche Basen können durch Umsetzung von Aminen mit Ketonen oder Aldehyden erhalten werden. Diese Reaktionen sind ein übliches Verfahren zur Herstellung von C=N-Bindungen.

Schiff-Basen-Bildung.svg

Bei der Biosynthese von Alkaloiden können solche Reaktionen innerhalb eines Moleküls ablaufen, wie bei der Synthese von Piperidin:

Bildung von Schiff-Basen intramolekular.svg

Mannich-Reaktion

Ein integraler Bestandteil der Mannich-Reaktion ist neben einem Amin und einer Carbonylverbindung ein Carbanion , das bei der nukleophilen Addition an das durch die Reaktion des Amins und des Carbonyls gebildete Ion die Rolle des Nukleophils spielt .

Mannich.png

Die Mannich-Reaktion kann sowohl intermolekular als auch intramolekular ablaufen:

Mannich-Reaktion intramolekular.svg

Dimere Alkaloide

Zusätzlich zu den oben beschriebenen monomeren Alkaloiden gibt es auch dimere und sogar trimere und tetramere Alkaloide, die bei der Kondensation von zwei, drei und vier monomeren Alkaloiden gebildet werden. Dimere Alkaloide werden normalerweise aus Monomeren des gleichen Typs durch folgende Mechanismen gebildet:

Es gibt auch dimere Alkaloide, die aus zwei verschiedenen Monomeren gebildet werden, wie die Vinca- Alkaloide Vinblastin und Vincristin, die durch die Kupplung von Catharanthin und Vindolin gebildet werden . Das neuere halbsynthetische Chemotherapeutikum Vinorelbin wird zur Behandlung von nicht-kleinzelligem Lungenkrebs eingesetzt . Es ist ein weiteres abgeleitetes Dimer von Vindolin und Catharanthin und wird aus Anhydrovinblastin synthetisiert , entweder ausgehend von Leurosin oder den Monomeren selbst.

Vinorelbin aus Leurosin und aus Catharanthin plus Vindolin.jpg

Biologische Rolle

Alkaloide gehören zu den wichtigsten und bekanntesten Sekundärmetaboliten , dh biogenen Substanzen, die nicht direkt am normalen Wachstum , der Entwicklung oder der Fortpflanzung des Organismus beteiligt sind. Stattdessen vermitteln sie im Allgemeinen ökologische Wechselwirkungen , die dem Organismus einen selektiven Vorteil verschaffen können, indem er seine Überlebensfähigkeit oder Fruchtbarkeit erhöht . In einigen Fällen bleibt ihre Funktion, falls vorhanden, unklar. Eine frühe Hypothese, dass Alkaloide die Endprodukte sind Stickstoffmetabolismus in Pflanzen, wie Harnstoff und Harnsäure bei Säugetieren sind, durch die Feststellung widerlegt wurde , dass ihre Konzentration schwankt , anstatt ständig zu.

Die meisten der bekannten Funktionen von Alkaloiden beziehen sich auf den Schutz. Zum Beispiel schützt das vom Tulpenbaum produzierte Aporphin- Alkaloid Liriodenin ihn vor parasitären Pilzen. Darüber hinaus verhindert das Vorhandensein von Alkaloiden in der Pflanze, dass Insekten und Chordatier- Tiere sie essen. Einige Tiere sind jedoch an Alkaloide angepasst und verwenden sie sogar in ihrem eigenen Stoffwechsel. Alkaloid-verwandte Substanzen wie Serotonin , Dopamin und Histamin sind wichtige Neurotransmitter bei Tieren. Alkaloide sind auch dafür bekannt, das Pflanzenwachstum zu regulieren. Ein Beispiel für einen Organismus, der Alkaloide zum Schutz verwendet, ist die Utetheisa ornatrix , besser bekannt als die verzierte Motte. Pyrrolizidinalkaloide machen diese Larven und erwachsenen Falter für viele ihrer natürlichen Feinde wie Kokzinalkäfer, Florfliegen, insektenfressende Hemiptera und insektenfressende Fledermäuse ungenießbar. Ein weiteres Beispiel für die Verwendung von Alkaloiden ist die Gift-Hemlock-Motte ( Agonopterix alstroemeriana). Dieser Falter ernährt sich während seines Larvenstadiums von seinem hochgiftigen und alkaloidreichen Wirtspflanzengift Schierling ( Conium maculatum ). A. alstroemeriana kann zweifach von der Toxizität der natürlich vorkommenden Alkaloide profitieren, sowohl durch die Unschmackhaftigkeit der Art für Räuber als auch durch die Fähigkeit von A. alstroemeriana , Conium maculatum als den richtigen Ort für die Eiablage zu erkennen. Ein Feuerameise Gift Alkaloid bekannt als Solenopsin hat zum Schutz der Königinnen gezeigt, invasiver Feuerameisen bei der Gründung neuer Nester, damit eine zentrale Rolle bei der Verbreitung dieses Schädlinge Ameisenart spielte auf der ganzen Welt.

Anwendungen

In Behandlung

Die medizinische Verwendung alkaloidhaltiger Pflanzen hat eine lange Geschichte und so fanden sie, als im 19. Jahrhundert die ersten Alkaloide isoliert wurden, sofort Anwendung in der klinischen Praxis. Viele Alkaloide werden immer noch in der Medizin verwendet, normalerweise in Form von Salzen, die weit verbreitet sind, einschließlich der folgenden:

Alkaloid Handlung
Ajmaline antiarrhythmisch
Emetin Antiprotozoenmittel ,

Erbrechen

Mutterkornalkaloide Vasokonstriktion , halluzinogen , uterotonisch
Glaucin Antitussivum
Morphium Analgetikum
Nikotin Stimulans , nikotinischer Acetylcholin-Rezeptor-Agonist
Physostigmin Inhibitor der Acetylcholinesterase
Chinidin Antiarrhythmika
Chinin Antipyretikum , Antimalariamittel
Reserpin blutdrucksenkend
Tubocurarin Muskelrelaxans
Vinblastin , Vincristin Antitumor
Vincamin gefäßerweiternd , blutdrucksenkend
Yohimbin anregend , aphrodisierend

Viele synthetische und halbsynthetische Medikamente sind strukturelle Modifikationen der Alkaloide, die entwickelt wurden, um die Hauptwirkung des Medikaments zu verstärken oder zu verändern und unerwünschte Nebenwirkungen zu reduzieren. Zum Beispiel ist Naloxon , ein Opioid-Rezeptor- Antagonist , ein Derivat von Thebain , das in Opium vorhanden ist .

In der Landwirtschaft

Vor der Entwicklung einer breiten Palette relativ gering toxischer synthetischer Pestizide wurden einige Alkaloide wie Nikotin- und Anabasinsalze als Insektizide verwendet . Ihre Verwendung wurde durch ihre hohe Toxizität für den Menschen eingeschränkt.

Verwendung als Psychopharmaka

Als psychoaktive Substanzen werden seit langem alkaloidhaltige Pflanzenpräparate und deren Extrakte und später reine Alkaloide verwendet . Kokain , Koffein und Cathinon sind Stimulanzien des zentralen Nervensystems . Meskalin und viele Indolalkaloide (wie Psilocybin , Dimethyltryptamin und Ibogain ) haben eine halluzinogene Wirkung. Morphin und Codein sind starke narkotische Schmerzmittel.

Es gibt Alkaloide, die selbst keine starke psychoaktive Wirkung haben, aber Vorläufer für halbsynthetische Psychopharmaka sind. Zum Beispiel Ephedrin und Pseudoephedrin zu produzieren verwendet Methcathinon und Methamphetamin . Thebain wird bei der Synthese vieler Schmerzmittel wie Oxycodon verwendet .

Siehe auch

Anmerkungen

Verweise

Literaturverzeichnis

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