Alkaloide sind eine Gruppe natürlich vorkommender chemischer Zusammensetzungen, die größtenteils grundlegende Stickstoff-Atome enthalten. Diese Gruppe schließt auch einige zusammenhängende Zusammensetzungen mit dem neutralen und sogar schwach acidic Eigenschaften ein. Auch einige synthetische Zusammensetzungen der ähnlichen Struktur werden Alkaloiden zugeschrieben. Zusätzlich zu Kohlenstoff, Wasserstoff und Stickstoff, können Alkaloide auch Sauerstoff, Schwefel und seltener andere Elemente wie Chlor, Brom und Phosphor enthalten.

Alkaloide werden durch eine große Vielfalt von Organismen, einschließlich Bakterien, Fungi, Werke und Tiere erzeugt, und sind ein Teil der Gruppe von natürlichen Produkten (auch hat sekundären metabolites genannt). Viele Alkaloide können von groben Extrakten durch die Sauer-Grundförderung gereinigt werden. Viele Alkaloide sind für andere Organismen toxisch. Sie haben häufig pharmakologische Effekten und werden als Medikamente, als Erholungsrauschgifte, oder in entheogenic Ritualen verwendet. Beispiele sind das lokale betäubende und stimulierende Kokain; der psychedelische psilocin; das stimulierende Koffein; Nikotin; das schmerzlindernde Morphium; der antibakterielle berberine; die Antikrebs-Zusammensetzung vincristine; der Antihypertonie-Agent reserpine; der cholinomimeric galatamine; der spasmolysis Agent atropine; der vasodilator vincamine; die anti-arhythmia setzen quinidine zusammen; das Antiasthma therapeutischer ephedrine; und das Malariamittel-Chinin.

Obwohl Alkaloide einer Ungleichheit von metabolischen Systemen in Menschen und anderen Tieren folgen, rufen sie fast gleichförmig einen bitteren Geschmack an.

Die Grenze zwischen Alkaloiden und anderen Stickstoff enthaltenden natürlichen Zusammensetzungen ist nicht klar. Zusammensetzungen wie Aminosäure peptides, Proteine, nucleotides, Nukleinsäure, Amine und Antibiotika werden gewöhnlich Alkaloide nicht genannt. Natürliche Zusammensetzungen, die Stickstoff in der exocyclic Position (Meskalin, serotonin, dopamine, usw.) enthalten, werden gewöhnlich Aminen aber nicht Alkaloiden zugeschrieben. Einige Autoren betrachten jedoch Alkaloide als einen speziellen Fall von Aminen.

Das Namengeben

Der Name "Alkaloide" wurde 1819 vom deutschen Chemiker Carl F.W. Meissner eingeführt, und wird aus später lateinischer Wurzel abgeleitet (der abwechselnd aus dem arabischen al-qalwī - "Asche von Werken" kommt), und die Nachsilbe - "wie". Jedoch ist der Begriff in breiten Gebrauch nur nach der Veröffentlichung eines Übersichtsartikels von O. Jacobsen im chemischen Wörterbuch von Albert Ladenburg in den 1880er Jahren eingetreten.

Es gibt keine einzigartige Methode, Alkaloide zu nennen. Viele individuelle Namen werden durch das Hinzufügen der Nachsilbe "ine" zu den Arten oder dem Klasse-Namen gebildet. Zum Beispiel wird atropine vom Werk Tollkirsche von Atropa isoliert, Strychnin wird beim Samen des Strychnin-Baums (Strychnos nux-vomica L.) erhalten. Wenn mehrere Alkaloide aus einem Werk dann herausgezogen werden, enthalten ihre Namen häufig Nachsilben "idine", "anine", "richten" "sich", "inine" usw. "aus". Es gibt auch mindestens 86 Alkaloide, die die Wurzel "vin" (herausgezogen aus dem Werk von Vinca) enthalten.

Geschichte

Alkaloid enthaltende Werke wurden von Menschen seit alten Zeiten zu therapeutischen und Erholungszwecken verwendet. Zum Beispiel sind medizinische Werke in Mesopotamia mindestens 2000 v. Chr. Die Odyssee von Homer bekannt gewesen, der auf ein Geschenk verwiesen ist, das Helen von der ägyptischen Königin, einer Rauschgift-Holen-Vergessenheit gegeben ist. Es wird geglaubt, dass das Geschenk ein opiumenthaltendes Rauschgift war. Ein chinesisches Buch auf Zimmerpflanzen, die im 1. - 3. Jahrhunderte v. Chr. geschrieben sind, hat einen medizinischen Gebrauch von Ephedra und Opiummohnen erwähnt. Außerdem wurden Koka-Blätter von südamerikanischen Indern seit alten Zeiten verwendet.

Extrakte von Werken, die toxische Alkaloide, wie aconitine und tubocurarine enthalten, wurden seit der Altertümlichkeit verwendet, um Pfeile zu vergiften.

Studien von Alkaloiden haben im 19. Jahrhundert begonnen. 1804 hat der deutsche Chemiker Friedrich Sertürner von Opium einen "Schlafgrundsatz" isoliert , den er "morphium" zu Ehren von Morpheus, dem griechischen Gott von Träumen genannt hat; in Deutsch und einigen anderen mitteleuropäischen Sprachen ist das noch der Name des Rauschgifts. Der Begriff "Morphium", das in Englisch und Französisch verwendet ist, wurde vom französischen Physiker Joseph Louis Gay-Lussac gegeben).

Ein bedeutender Beitrag zur Chemie von Alkaloiden in den frühen Jahren seiner Entwicklung wurde von den französischen Forschern Pierre Joseph Pelletier und Joseph Bienaimé Caventou geleistet, der Chinin (1820) und Strychnin (1818) entdeckt hat. Mehrere andere Alkaloide wurden um diese Zeit, einschließlich xanthine (1817), atropine (1819), Koffein (1820), coniine (1827), Nikotin (1828), colchicine (1833), sparteine (1851), und Kokain (1860) entdeckt.

Die erste ganze Synthese eines Alkaloids wurde 1886 vom deutschen Chemiker Albert Ladenburg erreicht. Er hat coniine erzeugt, indem er 2-methylpyridine mit dem Acetaldehyd reagiert hat und das resultierende 2-propenyl Pyridin mit Natrium reduziert hat. Die Entwicklung der Chemie von Alkaloiden wurde durch das Erscheinen von spektroskopischen und chromatographic Methoden im 20. Jahrhundert beschleunigt, so dass vor 2008 mehr als 12,000 Alkaloide identifiziert worden waren.

Klassifikation

Im Vergleich zu den meisten anderen Klassen von natürlichen Zusammensetzungen werden Alkaloide durch eine große Strukturungleichheit charakterisiert, und es gibt keine gleichförmige Klassifikation von Alkaloiden. Die ersten Klassifikationsmethoden haben Alkaloide durch die allgemeine natürliche Quelle, z.B, einen bestimmten Typ von Werken historisch verbunden. Diese Klassifikation wurde durch die Unwissenheit über die chemische Struktur von Alkaloiden gerechtfertigt und wird jetzt veraltet betrachtet.

Neuere Klassifikationen basieren auf der Ähnlichkeit des Kohlenstoffgerüsts (z.B, indole-, isoquinoline-, und einem Pyridin ähnlich) oder biogenetic Vorgänger (ornithine, lysine, tyrosine, tryptophan, usw.). Jedoch verlangen sie Kompromisse in Grenzfällen; zum Beispiel enthält Nikotin ein Pyridin-Bruchstück von nicotinamide und pyrrolidine Teil von ornithine und kann deshalb beiden Klassen zugeteilt werden.

Alkaloide werden häufig in die folgenden Hauptgruppen geteilt:

1. "Wahre Alkaloide", die Stickstoff im heterocycle enthalten und aus Aminosäuren entstehen. Ihre charakteristischen Beispiele sind atropine, Nikotin und Morphium. Diese Gruppe schließt auch einige Alkaloide ein, dass außer dem Stickstoff heterocycle terpene (z.B, evonine) oder peptide Bruchstücke (z.B ergotamine) enthalten. Diese Gruppe schließt auch piperidine Alkaloide coniine und coniceine ein, obwohl sie aus Aminosäuren nicht entstehen.
2. "Protoalkaloids", die Stickstoff enthalten und auch aus Aminosäuren entstehen. Beispiele schließen Meskalin, Adrenalin und ephedrine ein.
3. Polyamin-Alkaloide - Ableitungen von putrescine, spermidine, und spermine.
4. Peptide und cyclopeptide Alkaloide.
5. Pseudalkaloids - Alkaloid ähnliche Zusammensetzungen, die aus Aminosäuren nicht entstehen. Diese Gruppe, schließt terpene ähnliche und einer Steroide ähnliche Alkaloide, sowie purine ähnliche Alkaloide wie Koffein, theobromine und theophylline ein. Einige Autoren klassifizieren als Pseudoalkaloide solche Zusammensetzungen wie ephedrine und cathinone. Diejenigen entstehen aus der Aminosäure phenylalanine, aber erwerben ihr Stickstoff-Atom nicht von der Aminosäure, aber durch transamination.

Einige Alkaloide haben die Kohlenstoffgerüst-Eigenschaft ihrer Gruppe nicht. Also, galantamine und homoaporphines enthalten isoquinoline Bruchstück nicht, aber werden im Allgemeinen isoquinoline Alkaloiden zugeschrieben.

Hauptklassen von monomeric Alkaloiden werden im Tisch unten verzeichnet:

Eigenschaften

Die meisten Alkaloide enthalten Sauerstoff; jene Zusammensetzungen sind gewöhnlich farblose Kristalle an umgebenden Bedingungen. Alkaloide ohne Sauerstoff, wie Nikotin oder coniine, sind normalerweise flüchtige, farblose, ölige Flüssigkeiten. Einige Alkaloide, werden wie berberine (gelb) und (orange) sanguinarine gefärbt.

Die meisten Alkaloide sind schwache Basen, aber einige sind amphoteric, zum Beispiel theobromine und theophylline. Die meisten Alkaloide sind in Wasser schlecht auflösbar, aber lösen sich sogleich in organischen Lösungsmitteln, wie Diethyl-Äther, Chloroform und 1,2-dichloroethane auf. Jedoch löst sich Koffein gut in kochendem Wasser auf. Mit Säuren bilden Alkaloide Salze von verschiedenen Kräften. Jene Salze sind gewöhnlich in Wasser und Alkohol auflösbar und in den meisten organischen Lösungsmitteln schlecht auflösbar. Ausnahmen schließen scopolamine Hydrobromid ein, das in organischen Lösungsmitteln und wasserlöslichem Chinin-Sulfat auflösbar ist.

Die meisten Alkaloide haben einen bitteren Geschmack. Es wird geglaubt, dass Werke die Fähigkeit entwickelt haben, diese bitteren Substanzen zu erzeugen, von denen viele giftig sind, um sich von Tieren zu schützen; jedoch haben Tiere der Reihe nach die Fähigkeit entwickelt, Alkaloide zu entgiften. Einige Alkaloide können Entwicklungsdefekte in der Nachkommenschaft von Tieren erzeugen, die sie verbrauchen, aber sie nicht entgiften können. Ein charakteristisches Beispiel ist das Alkaloid cyclopamine, der in den Blättern der Getreide-Lilie da ist. Während der 1950er Jahre haben bis zu 25 % Lämmer, die von Schafen geboren sind, die auf der Getreide-Lilie gestreift hatten, ernste Gesichtsdefekte ertragen. Jene Defekte haben sich von verformten Kiefern bis cyclopia erstreckt (sieh Bild). Nach Jahrzehnten der Forschung, in den 1980er Jahren, wurde die Substanz, die für die Missbildungen verantwortlich war, als das 11-deoxyjervine Alkaloid identifiziert, der cyclopamine umbenannt wurde.

Vertrieb in der Natur

Alkaloide werden durch verschiedene lebende Organismen besonders von höheren Werken erzeugt - ungefähr 10 bis 25 % von denjenigen enthalten Alkaloide. Deshalb in der Vergangenheit wurde der Begriff "Alkaloid" mit Werken vereinigt.

Der Alkaloid-Inhalt in Werken ist gewöhnlich innerhalb von einigem Prozent und ist inhomogeneous über die Pflanzengewebe. Abhängig vom Typ von Werken wird die maximale Konzentration in den Blättern (schwarzes Bilsenkraut), Früchte oder Samen (Strychnin-Baum), Wurzel (Rauwolfia serpentina) oder Rinde (Chinarindenbaum) beobachtet. Außerdem können verschiedene Gewebe derselben Werke verschiedene Alkaloide enthalten.

Neben Werken werden Alkaloide in bestimmten Typen von Fungi, wie psilocybin im Fungus der Klasse Psilocybe, und in Tieren wie bufotenin in der Haut von einigen Kröten gefunden. Viele Seeorganismen enthalten auch Alkaloide. Einige Amine, wie Adrenalin und serotonin, die eine wichtige Rolle in höheren Tieren spielen, sind Alkaloiden in ihrer Struktur und Biosynthese ähnlich und werden manchmal Alkaloide genannt.

Förderung

Wegen der Strukturungleichheit von Alkaloiden gibt es keine einzelne Methode ihrer Förderung von natürlichen Rohstoffen. Die meisten Methoden nutzen das Eigentum von den meisten Alkaloiden aus, in organischen Lösungsmitteln, aber nicht in Wasser und der entgegengesetzten Tendenz ihrer Salze auflösbar zu sein.

Die meisten Werke enthalten mehrere Alkaloide. Ihre Mischung wird zuerst herausgezogen, und dann werden individuelle Alkaloide getrennt. Werke sind gründlich Boden vor der Förderung. Die meisten Alkaloide sind im Naturzustand Werke in der Form von Salzen von organischen Säuren da. Die herausgezogenen Alkaloide können Salze oder Änderung in Basen bleiben. Grundförderung wird durch die Verarbeitung des Rohstoffs mit Laugen und das Extrahieren der alkaliartigen Basen mit organischen Lösungsmitteln, solcher als 1,2-dichloroethane, Chloroform, diethyl Äther oder Benzol erreicht. Dann werden die Unreinheiten durch schwache Säuren aufgelöst; das wandelt alkaliartige Basen in Salze um, die mit Wasser abgewaschen werden. Nötigenfalls wird eine wässrige Lösung alkaliartiger Salze wieder alkalisch und behandelt mit einem organischen Lösungsmittel gemacht. Der Prozess wird wiederholt, bis die gewünschte Reinheit erreicht wird.

In der acidic Förderung wird das rohe Pflanzenmaterial durch eine schwache acidic Lösung (z.B, essigsaure Säure in Wasser, Vinylalkohol oder Methanol) bearbeitet. Eine Basis wird dann hinzugefügt, um Alkaloide zu grundlegenden Formen umzuwandeln, die mit dem organischen Lösungsmittel herausgezogen werden (wenn die Förderung mit Alkohol durchgeführt wurde, wird es zuerst entfernt, und der Rest wird in Wasser aufgelöst). Die Lösung, wird wie beschrieben, oben gereinigt.

Alkaloide werden von ihrer Mischung mit ihrer verschiedenen Löslichkeit in bestimmten Lösungsmitteln und verschiedener Reaktionsfähigkeit mit bestimmten Reagenzien oder durch die Destillation getrennt.

Biosynthese

Biologische Vorgänger von den meisten Alkaloiden sind Aminosäuren, wie ornithine, lysine, phenylalanine, tyrosine, tryptophan, histidine, aspartic Säure und anthranilic Säure. Säure von Nicotinic kann von tryptophan oder aspartic Säure synthetisiert werden. Wege der alkaliartigen Biosynthese sind zu zahlreich und können nicht leicht klassifiziert werden. Jedoch gibt es einige typische Reaktionen, die an der Biosynthese von verschiedenen Klassen von Alkaloiden, einschließlich der Synthese von Basen von Schiff und Reaktion von Mannich beteiligt sind.

Synthese von Basen von Schiff

Basen von Schiff können durch das Reagieren von Aminen mit ketones oder Aldehyden erhalten werden. Diese Reaktionen sind eine übliche Methodik, C=N Obligationen zu erzeugen.

In der Biosynthese von Alkaloiden können solche Reaktionen innerhalb eines Moleküls, solcher als in der Synthese von piperidine stattfinden:

Reaktion von Mannich

Ein integrierter Bestandteil der Reaktion von Mannich, zusätzlich zu einem Amin und einer Carbonyl-Zusammensetzung, ist ein carbanion, der die Rolle des nucleophile in der nucleophilic Hinzufügung zum Ion spielt, das durch die Reaktion des Amins und des carbonyl gebildet ist.

Die Mannich Reaktion kann sowohl zwischenmolekular als auch intramolekular weitergehen:

Alkaloide von Dimer

Zusätzlich zum beschriebenen über monomeric Alkaloiden gibt es auch dimeric, und sogar trimeric und tetrameric Alkaloide, die nach der Kondensation zwei, drei, und vier monomeric Alkaloide gebildet sind. Alkaloide von Dimeric werden gewöhnlich von monomers desselben Typs durch die folgenden Mechanismen gebildet:

• Reaktion von Mannich, z.B, voacamine hinauslaufend
• Reaktion von Michael (villalstonine)
• Kondensation von Aldehyden mit Aminen (toxiferine)
• Hinzufügung von Oxidative von Phenol (dauricine, tubocurarine)
• Lactonization (carpaine).

File:Voacamine chemische Struktur png|Voacamine

File:Villalstonine.svg|Villalstonine

File:Toxiferine ich png|Toxiferine

File:Dauricine.svg|Dauricine

File:Tubocurarine.svg|Tubocurarine

File:Carpaine.png|Carpaine

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Die biologische Rolle

Die Rolle von Alkaloiden für lebende Organismen, die sie erzeugen, ist noch unklar. Es wurde am Anfang angenommen, dass die Alkaloide die Endprodukte des Stickstoff-Metabolismus in Werken als Harnstoff in Säugetieren sind. Es wurde später gezeigt, dass sich alkaliartige Konzentrationen mit der Zeit ändern, und diese Hypothese widerlegt wurde.

Die meisten bekannten Funktionen von Alkaloiden sind mit dem Schutz verbunden. Zum Beispiel, aporphine Alkaloid liriodenine erzeugt durch den Tulpe-Baum schützt es vor parasitischen Pilzen. Außerdem hält die Anwesenheit von Alkaloiden im Werk Kerbtiere und chordate Tiere davon ab, es zu essen. Jedoch verwenden einige Tiere, die an Alkaloide angepasst sind, und sie sogar in ihrem eigenen Metabolismus. Solche Alkaloid-zusammenhängenden Substanzen als serotonin, dopamine und Histamin sind wichtiger neurotransmitters in Tieren. Wie man auch bekannt, regeln Alkaloide Pflanzenwachstum.

Anwendungen

In der Medizin

Der medizinische Gebrauch von alkaliartigen Werken hat eine lange Geschichte, und so, als die ersten Alkaloide im 19. Jahrhundert synthetisiert wurden, haben sie sofort Anwendung in der klinischen Praxis gefunden. Viele Alkaloide werden noch in der Medizin gewöhnlich in der Form von Salzen einschließlich des folgenden verwendet::

Viele synthetische und halbsynthetische Rauschgifte sind Strukturmodifizierungen der Alkaloide, die entworfen wurden, um die primäre Wirkung des Rauschgifts zu erhöhen oder zu ändern und unerwünschte Nebenwirkungen zu reduzieren. Zum Beispiel ist naloxone, ein opioid Empfänger-Gegner, eine Ableitung von thebaine, der in Opium da ist.

File:Thebaine Skelett-svg|Thebaine

File:Naloxone.svg|Naloxone

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In der Landwirtschaft

Vor der Entwicklung einer breiten Reihe von relativ niedrig-toxischen synthetischen Schädlingsbekämpfungsmitteln wurden einige Alkaloide, wie Salze von Nikotin und anabasine, als Insektizide verwendet. Ihr Gebrauch wurde durch ihre hohe Giftigkeit auf Menschen beschränkt.

Verwenden Sie als psychoactive Rauschgifte

Vorbereitungen von Werken, die Alkaloide und ihre Extrakte und spätere reine Alkaloide enthalten, sind lange als psychoactive Substanzen verwendet worden. Kokain und cathinone sind Anreize des Zentralnervensystems. Meskalin und viele indole Alkaloide (wie psilocybin, dimethyltryptamine und ibogaine) haben halluzinogene Wirkung. Morphium und Kodein sind starke Rauschgiftschmerzmörder.

Es gibt Alkaloide, die starke psychoactive Wirkung selbst nicht haben, aber Vorgänger für halbsynthetische psychoactive Rauschgifte sind. Zum Beispiel werden ephedrine und pseudoephedrine verwendet, um methcathinone und methamphetamine zu erzeugen.

Siehe auch

• Amin
• Basis (Chemie)
• Natürliche Produkte
• Sekundärer metabolite

Zeichen

Bibliografie

• N. B. Veselovskaya, Rauschgifte von AE Kovalenko, M.: Triada-X, 2000