Alkaloidy (z pozdně lat . alkálie – „ alkálie “ nebo arab . al-qali – „rostlinný popel“ a další řecké εἶδος – „druh“, „vzhled“) [1] – skupina organických sloučenin s obsahem dusíku přírodního původu (většina často rostlinné), převážně heterocyklické , z nichž většina má vlastnosti slabé báze ; zahrnují také některé neutrální [2] a dokonce i slabě kyselé sloučeniny [3] biogeneticky příbuzné hlavním alkaloidům . Aminokyseliny , nukleotidy , aminocukry a jejich polymery mezi alkaloidy nepatří. Někdy se syntetické sloučeniny podobné struktury nazývají také alkaloidy [4] .
Kromě uhlíku , vodíku a dusíku mohou molekuly alkaloidů obsahovat atomy síry , méně často - chloru , bromu nebo fosforu [5] . Mnoho alkaloidů má výraznou fyziologickou aktivitu [6] . Mezi alkaloidy patří například látky jako morfin , kofein , kokain , strychnin , chinin a nikotin . Mnohé alkaloidy v malých dávkách působí léčivě a ve velkých dávkách jsou jedovaté . Alkaloidy se liší svým fyziologickým působením: některé tlumí nebo vzrušují nervový systém , jiné paralyzují nervová zakončení, rozšiřují nebo stahují cévy , jiné působí analgeticky atd. [7]
Hranice mezi alkaloidy a dalšími přírodními sloučeninami obsahujícími dusík je různými autory nakreslena různě [8] . Někdy se má za to, že přírodní sloučeniny obsahující dusík v exocyklické poloze ( meskalin , serotonin , dopamin atd.) patří k biogenním aminům , nikoli však k alkaloidům [9] . Jiní autoři naopak považují alkaloidy za zvláštní případ aminů [10] [11] nebo biogenní aminy řadí mezi alkaloidy [12] .
Název „alkaloidy“ ( německy Alkaloid ) zavedl v roce 1819 německý lékárník Karl Meissner a je odvozen z pozdní lat. alkálie - „alkálie“ (což zase pochází z arabského al qualja - „popel rostlin“) a další řečtina. εἶδος - "podobný", "laskavý". Tento termín se začal široce používat až po publikaci přehledového článku O. Jacobsena v chemickém slovníku Alberta Ladenburga [13] .
Neexistuje jediná metoda, jak alkaloidům přiřadit triviální názvy [14] . V mnoha případech jsou alkaloidům přiřazeny názvy, které tvoří jednotlivé názvy alkaloidů přidáním přípony „-in“ k druhům nebo generickým názvům alkaloidů. Například atropin se izoluje z rostliny Belladonna ( Atropa belladonna L. ), strychnin se získává z emetických ořechů - semen stromu Chilibukha ( Strychnos nux-vomica L. ) [5] . Při izolaci více alkaloidů z jedné rostliny se místo přípony „-in“ často používají přípony „-idin“, „-anin“, „-alin“, „-inin“ atd. Tato praxe vedla k existence, například, alespoň 86 alkaloidů obsahujících kořen "vin" v názvu (izolovaný od brčál , lat. Vinca ) [15] .
Rostliny obsahující alkaloidy byly využívány člověkem již od starověku k léčebným i rekreačním účelům. Takže v Mezopotámii byly léčivé rostliny známé již 2000 let před naším letopočtem. E. [16] Homérova Odyssea se zmiňuje o lektvaru , který dala Heleně egyptská královna a který dává „zapomnění na katastrofy“. Předpokládá se, že šlo o drogu obsahující opium [17] . V I-III století před naším letopočtem. E. v Číně byla sepsána „Kniha pokojových rostlin“, která zmiňovala lékařské využití chvojníku a opiového máku [18] . Listy koky používali již od starověku také indiáni z Jižní Ameriky [19] .
Rostlinné extrakty obsahující jedovaté alkaloidy jako akonitin a tubokurarin byly ve starověku používány k výrobě otrávených šípů [16] .
Studium alkaloidů začalo v 19. století. V roce 1804 německý lékárník Friedrich Sertürner izoloval z opia „hypnotický princip“ ( latinsky principium somniferum ), který pojmenoval „ morfium “ po Morfeovi , starořeckém bohu snů (moderní název „morfium“ patří francouzskému fyzikovi Gayovi -Lussac ).
Významný příspěvek k chemii alkaloidů na úsvitu jejího vývoje přinesli francouzští badatelé Pierre Pelletier a Joseph Kavantou , kteří objevili zejména chinin (1820) a strychnin (1818). Během několika příštích desetiletí také xanthin (1817), atropin (1819), kofein (1820), koniin (1827), nikotin (1828), kolchicin (1833), spartein (1851), kokain (1860) a byly izolovány další alkaloidy [20] .
Kompletní syntézu alkaloidu poprvé provedl v roce 1886 pro koniin německý chemik Albert Ladenburg reakcí 2-methylpyridinu s acetaldehydem a redukcí vzniklého 2-propenylpyridinu sodíkem [21] [22] .
Nástup spektroskopie a chromatografie ve 20. století posloužil jako impuls pro urychlený rozvoj chemie alkaloidů. Od roku 2008 je známo přes 12 000 alkaloidů [23] .
Ve srovnání s většinou ostatních tříd přírodních sloučenin se třída alkaloidů vyznačuje velkou strukturní rozmanitostí. Neexistuje jednotná klasifikace alkaloidů [24] .
Historicky první klasifikace alkaloidů seskupovaly alkaloidy podle jejich původu ze společného přírodního zdroje, například z rostlin stejného rodu. To bylo odůvodněno nedostatkem znalostí o chemické struktuře alkaloidů. V současnosti je taková klasifikace považována za značně zastaralou [5] [25] .
Modernější klasifikace využívají sdružování alkaloidů do tříd na základě podobnosti struktur uhlíkového skeletu ( indolové , isochinolinové , pyridinové alkaloidy atd.) nebo na biogenetických prekurzorech ( ornitin , lysin , tyrosin , tryptofan atd.) [5 ] . Při použití takových schémat je však třeba v hraničních případech dělat kompromisy [24] : například nikotin obsahuje jak pyridinové jádro odvozené od kyseliny nikotinové, tak pyrrolidinové jádro z ornithinu [26] , a proto jej lze zařadit do obou tříd. [27] .
Alkaloidy se často dělí do následujících velkých skupin [28] :
Některé sloučeniny, přisuzované analogicky jedné nebo jiné strukturální třídě, nemají odpovídající prvek uhlíkové kostry . Galanthamin a homoaporfiny tedy neobsahují isochinolinové jádro, ale obvykle patří k isochinolinovým alkaloidům [39] .
Hlavní třídy monomerních alkaloidů jsou uvedeny v následující tabulce:
Třída | Hlavní skupiny | Hlavní biosyntetické dráhy | zástupci |
---|---|---|---|
Alkaloidy s dusíkatými heterocykly (pravé alkaloidy) | |||
Deriváty pyrolidinu [ 40] | Ornithin nebo arginin → putrescin → N-methylputrescin → N-methyl-Δ 1 - pyrrolin [41] | Hygrin , hygrolin, kuskgigrin, stachydrin [40] [42] | |
Deriváty tropanu [ 43] | Substituenty atropinové skupiny na pozicích 3, 6 nebo 7 |
Ornithin nebo arginin → putrescin → N-methylputrescin → N-methyl-Δ 1 -pyrrolin [41] | Atropin , skopolamin , hyoscyamin [40] [43] [44] |
Substituenty skupiny kokainu na pozicích 2 a 3 |
Kokain , ekgonin [43] [45] | ||
Deriváty pyrolizidinu [46] | neéterické | Ornitin nebo arginin → putrescin → homospermidin → retronecin [41] | Retronecin , heliotridin, laburnin [46] [47] |
Estery monokarboxylových kyselin | Indicin, Lindelofin, Sarracin [46] | ||
Makrocyklické diestery | Platifillin , senetionin , trichodesmin [46] | ||
Deriváty piperidinu [ 48] | Lysin → kadaverin → Δ 1 -piperidein [49] | Sedamin , lobelin , anaferin, piperin [ 32] [50] | |
Kyselina oktanová → konicein → koniin [ 33] | Coniin , conicein [33] | ||
Chinolizidinové deriváty [ 51] [52] | Lupinin skupina | Lysin → kadaverin → Δ 1 -piperidein [53] | Lupinin , nufaridin [51] |
Cytisinová skupina | Cytisin [51] | ||
Sparteinská skupina | Spartein , lupanin , anagirin , pachykarpin [51] | ||
matriční skupina | Matrín, oxymatrin, allomatridin, soforanol [51] [54] [55] | ||
skupina ormozaninů | ormozanin, piptantin [51] [56] | ||
Skupina 9b -azafenalen | Hippocasin, konvergegin, cocinellin [57] | ||
Fenanthrochinolizidinová skupina | Kryptopleurin, kryptopleuridin | ||
Deriváty indolizidinu [58] | Lysin → kyselina α-aminoadipová δ-semialdehyd → kyselina pipekolová → 1-indolizidinon [59] | Swansonin, kastanospermin [60] | |
Deriváty pyridinu [ 61] [62] | Jednoduché deriváty pyridinu | Kyselina nikotinová → kyselina dihydronikotinová → 1,2-dihydropyridin [63] | Trigonelin, ricinin , arecolin [61] [64] |
Polycyklické nekondenzované deriváty pyridinu | Nikotin , nornikotin, anabasin , anatabin [61] [64] | ||
Polycyklické kondenzované pyridinové deriváty | Actinidin, gentianin , pediculinin [65] | ||
Seskviterpenoidní deriváty pyridinu | Kyselina nikotinová , isoleucin [12] | Evonin, hippokratein, hypoglaunin, tryptonin [62] [63] | |
Deriváty isochinolinu a příbuzné alkaloidy [66] | Jednoduché deriváty isochinolinu [67] | Tyrosin nebo fenylalanin → dopamin nebo tyramin (pro amarylové alkaloidy) [68] [69] | Koripallin, salsolin, lofocerin [66] [67] |
Deriváty 1- a 3-isochinolonů [70] | N-methylcoridaldin, noroxyhydrastin [70] | ||
Deriváty 1- a 4-fenyltetrahydroisochinolinů [67] | Kryptostylin, kherillin [67] [71] | ||
Deriváty 5-naftylisochinolinu [72] | Ancistrokladin, gamatin [72] | ||
Deriváty 1- a 2-benzylisochinolinů [73] | Papaverin , Laudanosin , Sendaverin | ||
Cularin skupina [74] | kularin, yagonin [74] | ||
Paviny a isopaviny [75] | Argemonin, amurensin [75] | ||
Benzopyrokoliny [76] | kryptoustolin [67] | ||
Protoberberiny [67] | Berberin , kanadin , ophiokarpin, mecambridin, korydalin [77] | ||
Ftalidisochinoliny [67] | Hydrastin , narkotin (noskapin) [78] | ||
Spirobenzylisochinoliny [67] | Fumaricin, hotensin [75] | ||
Ipecac alkaloidy [79] | Emetin, protoemetin, ipekosid [79] | ||
benzofenanthridiny [67] g | sanguinarin, oxynitidin, korinoloxin [80] | ||
aporfiny [67] | Glaucin , koridin, liriodenin [81] | ||
proaporfiny [67] | Pronuciferin, glaziovin [67] [76] | ||
homoaporfiny [82] | Creysigin, multifloramin [82] | ||
homoproaporfiny [82] | Bulbodin [74] | ||
Morfinová skupina [83] | Morfin , kodein , thebain , sinomenin [84] | ||
homomorfiny [85] | Creysiginin, androcymbin [83] | ||
Tropoisochinoliny [67] | Imerubrin [67] | ||
azofluorantheny [67] | Rufescin, imylutein [86] | ||
Amaryllis alkaloidy [87] | Lykorin , ambelin, hippeastrin, tazettin, galantamin , montanin [88] | ||
Erythrinové alkaloidy [71] | Erisodin, erythroidin [71] | ||
Deriváty fenantrenu [ 67] | Aterosperminin, taliktuberin [67] [77] | ||
Protopiny [67] | Protopin, oxomuramin, korikavidin [80] | ||
aristolaktamy [67] | Doriflavin [67] | ||
Oxazolové deriváty [89] | Tyrosin → tyramin [90] | Annulolin, halfordinol, texalin, texamin [91] | |
Thiazolové deriváty [ 92] | 1-deoxy-D-xylulóza-5-fosfát (DOXP), tyrosin , cystein [93] | Argochelin, nostocyklamid, thiostrepton [92] [94] | |
Deriváty chinazolinu [95] | 3,4-dihydro-4-chinazolonové deriváty | Kyselina anthranilová nebo fenylalanin nebo ornithin [96] | Febrifugin [97] |
Deriváty 1,4-dihydro-4-chinazolonu | Glykorin, arborin (glykosin), glykosminin [97] | ||
Deriváty pyrrolidino- a piperidinochinazolinů | Vasicin (peganin) [89] | ||
Akridinové deriváty [ 89] | Kyselina anthranilová [98] | Rutakridon, akronicin , evoxanthin [99] [100] | |
Chinolinové deriváty [ 101] [102] | Jednoduché chinolinové deriváty, 2 - chinolonové a 4-chinolonové deriváty | Kyselina anthranilová → 3-karboxychinolin [103] | Kusparin , echinopsin , evokarpin [102] [104] [105] |
Tricyklické terpenoidy | Flindersin [102] [106] | ||
Furanochinolinové deriváty | Dictamnin , fagarin, skimmian [102] [107] [108] | ||
Chininová skupina | Tryptofan → tryptamin → strictosidin (včetně secologaninu ) → korynanteal → cinchoninon [69] [103] | Chinin , chinidin , cinchonin , cinchonidin [106] | |
Indolové deriváty [ 84] | Neisoprenoidní indolové alkaloidy | ||
Jednoduché deriváty indolu [109] | Tryptofan → tryptamin nebo 5-hydroxytryptofan [110] | Serotonin , psilocybin , dimethyltryptamin (DMT), bufotenin [111] [112] | |
Jednoduché deriváty β-karbolinu [113] | Harman , harmine , harmaline , eleagnin [109] | ||
Pyrroloindolové alkaloidy [114] | Fysostigmin (ezerin), ezeramin, fysovenin, eptastigmin [114] | ||
Hemiterpenoidní indolové alkaloidy | |||
Námelové alkaloidy ( ergoalkaloidy) [84] | Tryptofan → chanoclavin → agroklavin → elimoklavin → kyselina paspalová → kyselina lysergová [114] | Ergotamin , ergobazin, ergosin [115] | |
Monoterpenoidní indolové alkaloidy | |||
Alkaloidy typu Corynanthe [110] | Tryptofan → tryptamin → strictosidin (obsahující secologanin ) [110] | Aimalycin, Sarpagin, Wobazin, Aimaline, Aquamycin, Yohimbine , Reserpin , Mitragynin [116] [117] , Skupina strychninu ( Strychnin , brucin , Aquaamycin, Vomycin [118] ) | |
Alkaloidy typu iboga [110] | Ibogamin , ibogain , voakangin [110] | ||
Alkaloidy typu aspidosperma [ 110] | Vinkamin, vinkotin, aspidospermin, quebrachamin [119] [120] | ||
Imidazolové deriváty [ 89] | Přímo z histidinu [121] | Histamin , pilokarpin, dolichotelin, pilosin, stevensin [89] [121] | |
Purinové deriváty [122] | Xanthosin (vzniká při biosyntéze purinů) → 7-methylxanthosin → 7-methylxanthin → theobromin → kofein [ 69] | Kofein , theobromin , theofylin , saxitoxin [123] [124] | |
Alkaloidy s dusíkem v postranním řetězci (protoalkaloidy) | |||
deriváty β- fenylethylaminu [76] | Tyrosin nebo fenylalanin → dihydroxyfenylalanin → dopamin → epinefrin a meskalin ; tyrosin → tyramin ; fenylalanin → 1-fenylpropan-1,2-dion → katinon → efedrin a pseudoefedrin [12] [38] [125] | Tyramin , hordenin , efedrin , pseudoefedrin , meskalin , katinon , katecholaminy ( epinefrin , norepinefrin , dopamin ) [12] [126] | |
Kolchicinové alkaloidy [127] | Tyrosin nebo fenylalanin → dopamin → automalin → kolchicin [128] | kolchicin , kolchamin [127] | |
muskaríny [129] | Kyselina glutamová → kyselina 3-ketoglutamová → muskariny (včetně kyseliny pyrohroznové ) [130] | Muskarin , allomuskarin, epimuskarin, epiallomuskarin [129] | |
Benzylaminy [131] | Fenylalanin , zahrnující valin , leucin nebo isoleucin [132] | Kapsaicin , dihydrokapsaicin, nordihydrokapsaicin [131] [133] | |
Polyaminové alkaloidy | |||
Deriváty putrescinu [134] | Ornitin → putrescin → spermidin → spermin [135] | Pavouk [134] | |
Deriváty spermidinu [134] | Inadenin-12-one, lunarin, kodonokarpin [134] | ||
Deriváty spermií [134] | Verbascenin, afelandrin [134] | ||
Peptidové (cyklopeptidové) alkaloidy | |||
Peptidové alkaloidy s 13členným kruhem [34] [136] | Numularin typu C | Z různých aminokyselin [34] | Numularin C, Numularin S [34] |
Typ ziziphinu A | Zizipin A, sativanin H [34] | ||
Peptidové alkaloidy se 14členným kruhem [34] [136] | Druh frangulaninu | Frangulanin, Scutianin J [136] | |
Scutian typ A | Scutianin A [34] | ||
Typ Integerrin | Integerrin, Discarin D [136] | ||
Obojživelník typu F | Amfibin F, spinanin A [34] | ||
Obojživelník typu B | Amfibin B, Lotusin C [34] | ||
Peptidové alkaloidy s 15členným kruhem [136] | Mucronin typu A | Mucronin A [31] [136] | |
Pseudoalkaloidy ( terpeny a steroidy ) | |||
diterpeny [31] | Typ lyoktoninu | Kyselina mevalonová → isopentenylpyrofosfát → geranylpyrofosfát [137] [138] | Akonitin , delfinin [31] [139] |
Heteratisinový typ | Heteratizin [31] | ||
Typ Atisine | Atizin [31] | ||
Weatherin typ | Počasí [31] | ||
Steroidní alkaloidy [140] | Cholesterol , arginin [141] | solasodin, solanidin , veralkamin [142] |
Alkaloidy, jejichž molekuly obsahují atomy kyslíku (což platí pro naprostou většinu alkaloidů), jsou za standardních podmínek zpravidla bezbarvé krystaly . Alkaloidy, jejichž molekuly neobsahují atomy kyslíku, jsou nejčastěji těkavé bezbarvé olejovité kapaliny [143] (jako nikotin [144] nebo koniin [21] ). Některé alkaloidy nejsou bezbarvé: například berberin je žlutý, sanguinarin je oranžový [143] .
Většina alkaloidů jsou slabé báze, ale některé jsou amfoterní (jako theobromin a theofylin ) [145] .
Obecně jsou alkaloidy špatně rozpustné ve vodě, ale vysoce rozpustné v mnoha organických rozpouštědlech ( diethylether , chloroform a 1,2-dichlorethan ). Výjimkou je například kofein , který je vysoce rozpustný ve vroucí vodě [145] . Při interakci s kyselinami tvoří alkaloidy soli různého stupně síly. Soli alkaloidů jsou zpravidla vysoce rozpustné ve vodě a alkoholech a špatně rozpustné ve většině organických rozpouštědel, ačkoli jsou známy soli, které jsou špatně rozpustné ve vodě ( chinin sulfát ) a dobře rozpustné v organických rozpouštědlech ( skopolamin hydrobromid ) [143] .
Většina alkaloidů má hořkou chuť . Předpokládá se, že tímto způsobem přírodní výběr ochránil živočichy před alkaloidy produkovanými rostlinami, z nichž mnohé jsou prudce jedovaté [146] .
Alkaloidy jsou syntetizovány různými živými organismy. Nejvíce jsou distribuovány ve vyšších rostlinách : odhaduje se, že 10 až 25 % vyšších rostlinných druhů obsahuje alkaloidy [147] [148] . V minulosti se termín „alkaloid“ používal nejčastěji pouze ve vztahu k látkám rostlinného původu [6] .
Mezi nejdůležitější rostliny s alkaloidy, které byly průmyslově využity, patří mák opiový , mochyně , tabák , belladonna , scopolia , Datura vulgaris , anabasis , kakao , keř koky , pilocarpus , jehličnan , chilibuha , starček , čajovník [149] .
Obsah alkaloidů v rostlinách zpravidla nepřesahuje několik procent. Obvykle je koncentrace malá a činí setiny a desetiny procenta. Při obsahu 1-3% je rostlina považována za bohatou na alkaloidy (vysoce alkaloidní). Jen málo rostlin, například pěstované formy mochyně, obsahuje až 15-20 % alkaloidů. Obzvláště bohaté na alkaloidy jsou rostliny z čeledí Mák , Solanaceae , Luštěniny , Kutrovye , Rubiaceae , Ranunculaceae , Loganiaceae . U řas , hub , mechů , kapradin a nahosemenných rostlin jsou poměrně vzácné [150] . U většiny rostlin je distribuce alkaloidů v pletivech nerovnoměrná. V závislosti na druhu rostliny lze maximálního obsahu alkaloidů dosáhnout v listech ( kurník černý ), plodech nebo semenech ( chilibukha ), kořenech ( rauwolfia hadí ) nebo kůře ( mochna) [151] . V rostlinách se alkaloidy nacházejí ve formě solí organických a anorganických kyselin v aktivně rostoucích tkáních, epidermálních a hypodermálních buňkách , ve výstelce cévních svazků a latexových pasážích. Jsou rozpuštěny v buněčné míze [150] . Kromě toho mohou různá pletiva téže rostliny obsahovat různé alkaloidy [152] , například růžový catharanthus obsahuje více než 60 alkaloidů [150] ; několik alkaloidů je obsaženo v kůře mochyně, kurníku, belladonu, scopolia [149] .
Kromě rostlin se alkaloidy nacházejí v některých typech hub ( psilocybin , obsažený v rodu psilocybe ) a zvířatech ( bufotenin , obsažený v kůži některých ropuch ) [14] . Biogenní aminy , jako je adrenalin nebo serotonin , které hrají důležitou roli ve vyšších živočišných organismech, jsou strukturou a biosyntetickými cestami podobné alkaloidům a někdy se jim také říká alkaloidy [153] .
Kromě toho se alkaloidy nacházejí v mnoha mořských organismech [154] .
Vzhledem k velké strukturální rozmanitosti alkaloidů neexistuje jediná metoda pro jejich izolaci z přírodních surovin [155] . Většina metod je založena na skutečnosti, že alkaloidové báze jsou zpravidla vysoce rozpustné v organických rozpouštědlech a špatně rozpustné ve vodě, zatímco soli jsou naopak.
Většina rostlin obsahuje několik alkaloidů. Při izolaci alkaloidů z přírodních surovin se nejprve extrahuje směs alkaloidů a poté se ze směsi izolují jednotlivé alkaloidy [156] .
Před extrakcí alkaloidů se rostlinné materiály pečlivě rozdrtí [155] [157] .
Nejčastěji se alkaloidy nacházejí v rostlinných materiálech ve formě solí organických kyselin [155] . V tomto případě lze alkaloidy extrahovat jak ve formě bází, tak ve formě solí [156] .
Při extrakci alkaloidů ve formě bází se surovina zpracovává alkalickými roztoky, aby se soli alkaloidů přeměnily na báze, poté se alkaloidové báze extrahují organickými rozpouštědly ( 1,2-dichlorethan , chloroform , diethylether , benzen ). Poté se k odstranění nečistot na výsledný roztok alkaloidních bází působí roztokem slabé kyseliny, přičemž alkaloidy tvoří soli, které jsou nerozpustné v organických rozpouštědlech a přecházejí do vody. V případě potřeby se vodný roztok solí alkaloidů opět zalkalizuje a zpracuje organickým rozpouštědlem. Proces pokračuje, dokud se nezíská roztok směsi alkaloidů dostatečné čistoty.
Při extrakci alkaloidů ve formě solí se surovina zpracovává slabým roztokem kyseliny (například octové ) ve vodě , ethanolu nebo methanolu . Vzniklý roztok se zalkalizuje, aby se soli alkaloidů přeměnily na báze, které se extrahují organickým rozpouštědlem (pokud byla extrakce provedena alkoholem, je nutné jej nejprve oddestilovat a zbytek rozpustit ve vodě). Roztok alkaloidních bází v organickém rozpouštědle se čistí jak je popsáno výše [155] [158] .
Separace směsi alkaloidů na složky se provádí s využitím rozdílu v jejich fyzikálních a chemických vlastnostech. To lze provést destilací , separací na základě různých rozpustností alkaloidů v konkrétním rozpouštědle, separací na základě rozdílů v síle zásaditosti a separací derivatizací [159] .
Biogenetickými prekurzory většiny alkaloidů jsou aminokyseliny : ornitin , lysin , fenylalanin , tyrosin , tryptofan , histidin , kyselina asparagová a kyselina anthranilová . Všechny tyto aminokyseliny, kromě kyseliny anthranilové, jsou proteinogenní [160] . Kyselina nikotinová může být syntetizována z tryptofanu nebo kyseliny asparagové. Biosyntetické dráhy alkaloidů nejsou o nic méně rozmanité než jejich struktury a nelze je kombinovat do obecného schématu [69] . Existuje však několik charakteristických reakcí, které se účastní biosyntézy různých tříd alkaloidů [160] :
Schiffovy báze lze získat reakcí aminů s ketony nebo aldehydy [161] . Tato reakce je běžný způsob, jak vytvořit vazbu C=N [162] .
Během biosyntézy alkaloidů může reakce tvorby báze probíhat i intramolekulárně [160] . Příkladem je reakce tvorby Δ 1 -piperideinu, ke které dochází při syntéze piperidinového cyklu [27] :
Mannichova reakce kromě aminu a karbonylové sloučeniny zahrnuje také karbanion , který hraje roli nukleofilu v procesu adice k iontu vzniklému interakcí aminu a karbonylové sloučeniny [162] .
Mannichova reakce může být také provedena intermolekulárně i intramolekulárně [163] . Příkladem intramolekulární Mannichovy reakce je syntéza pyrrolizidinového jádra [164] :
Obměnou intramolekulární Mannichovy reakce je Pictet-Spenglerova reakce - cyklizace Schiffových bází vzniklých z β-fenylethylaminů za vzniku tetrahydroisochinolinového systému. V rostlinách probíhá biosyntéza alkaloidů vždy působením enzymů, ale u zvířat existují případy neenzymatické syntézy isochinolinových alkaloidů, která zahrnuje dvě po sobě jdoucí fáze - tvorbu Schiffovy báze z katecholaminů a aldehydu a Pictet- Spenglerova reakce. Obě tyto reakce mohou probíhat za fyziologických podmínek a v nepřítomnosti enzymů. Obvykle k neenzymatické syntéze alkaloidů dochází při metabolických poruchách nebo intoxikacích, kdy je v těle nadbytek aminů nebo aldehydů. Vysoká hladina katecholaminů v lidském mozku je tedy pozorována u schizofrenie, parkinsonismu. Duševní poruchy spojené s těmito onemocněními jsou částečně spojeny s neenzymatickou syntézou isochinolinových alkaloidů. V důsledku příjmu alkoholu z dopaminu a acetaldehydu vzniká alkaloid salsolinol, který je jedním z faktorů vzniku závislosti na alkoholu . [165]
Kromě výše popsaných monomerních alkaloidů existuje také určité množství dimerních (méně často - trimerních, mnohem méně často - tetramerních) alkaloidů vznikajících v procesu kondenzace dvou (tří, čtyř) monomerních alkaloidů. Dimerní alkaloidy jsou zpravidla výsledkem kondenzace dvou alkaloidů stejného typu. Nejběžnější jsou bisindolové alkaloidy a dimerní isochinolinové alkaloidy. Hlavní mechanismy dimerizace alkaloidů [166] :
Voakamine
Villalstonin
Toxiferin
Dauricin
Karpain
Význam alkaloidů pro živé organismy, které je syntetizují, nebyl dosud dostatečně prozkoumán [167] . Zpočátku byly alkaloidy považovány za konečné produkty metabolismu dusíku v rostlinách, jako je močovina u savců . Později se ukázalo, že v mnoha rostlinách se může obsah alkaloidů v průběhu času buď zvyšovat, nebo snižovat; tím byla tato hypotéza vyvrácena [8] .
Většina známých funkcí alkaloidů se vztahuje k ochraně rostlin před vnějšími vlivy. Například aporfinový alkaloid liriodenin , produkovaný tulipánem liriodendronem , chrání rostlinu před parazitickými houbami. Kromě toho, rostlinný obsah alkaloidů brání tomu, aby byly sežrány hmyzem a býložravými strunatci , ačkoli zvířata zase vyvinula způsoby, jak čelit toxickým účinkům alkaloidů; některé z nich dokonce využívají alkaloidy ve svém vlastním metabolismu [168] .
Alkaloidy mají také endogenní význam. Látky jako serotonin , dopamin a histamin , někdy také označované jako alkaloidy, jsou důležité neurotransmitery u zvířat. Známá je také role alkaloidů v regulaci růstu rostlin [169] .
Léčivé využití rostlin obsahujících alkaloidy má dlouhou historii. V 19. století, kdy byly získány první alkaloidy v čisté formě, našly okamžitě své využití v klinické praxi jako lék [170] . Mnoho alkaloidů se stále používá v lékařství (častěji ve formě solí), například [8] [171] :
Alkaloid | farmakologický účinek |
---|---|
Aymalin | antiarytmikum |
Atropin , skopolamin , hyoscyamin | anticholinergní léky |
Vinblastin , vinkristin | protinádorové |
Vinkamin | vazodilatátor, antihypertenziv |
Kodein | antitusikum |
Kokain | anestetikum |
kolchicin | lék na dnu |
Morfium | narkotické analgetikum |
Reserpin | antihypertenzivum |
tubokurarin | svalový relaxant |
fysostigmin | inhibitor acetylcholinesterázy |
Chinidin | antiarytmikum |
Chinin | antipyretikum, antimalarikum |
Krystalický alkaloid | emetické, antiprotozoální |
Ergoalkaloidy | sympatolytické, vazodilatační, antihypertenzní |
Mnoho syntetických a polosyntetických drog jsou strukturální modifikace alkaloidů navržených tak, aby zesílily nebo změnily hlavní účinek drogy a snížily nežádoucí vedlejší účinky [172] . Například naloxon , antagonista opioidního receptoru , je derivát thebainového alkaloidu obsaženého v opiu [173] :
Před vývojem široké škály relativně málo toxických syntetických pesticidů byly některé alkaloidy široce používány jako insekticidy ( soli nikotinu a anabasinu ). Jejich použití bylo omezeno jejich vysokou toxicitou pro člověka [174] .
Mnoho alkaloidů jsou psychoaktivní látky . Jako stimulant a/nebo narkotikum se používaly přípravky z rostlin obsahující alkaloidy, jejich extrakty a později čisté přípravky z alkaloidů . Kokain a katinon jsou stimulanty centrálního nervového systému [175] [176] . Meskalin a mnoho indolových alkaloidů (jako je psilocybin , dimethyltryptamin , ibogain ) jsou halucinogenní [ 177 ] [178] . Morfin a kodein jsou silné narkotické léky proti bolesti [179] .
Kromě toho existují alkaloidy, které nemají silný psychoaktivní účinek, ale jsou prekurzory pro polosyntetické psychoaktivní látky. Z efedrinu a pseudoefedrinu se například syntetizují methcathinon (efedron) a metamfetamin [180] .
alkaloidů | Hlavní typy|
---|---|
pyrrolidin | Gigrine |
Tropan | |
piperidin | |
Chinolizidin | |
pyridin | |
isochinolin | |
Chinolin | |
Indol | |
Purin | |
fenylethylamin | |
Terpeny | |
jiný |
biochemických molekul | Hlavní skupiny|
---|---|
![]() |
|
---|---|
V bibliografických katalozích |
|