Алкалоиды

Цель:
Углубить знания студентов о строении, особенностях химического поведения алкалоидов, обладающих биологической активностью

План:
1. Актуальность
2. Основная часть:
1) Алкалоиды и принципы их классификации.
2) Строение и свойства биологически важных гетероциклических соединений: никотин, кофеин, хинин, морфин.
3) Механизм действия этих соединений на организм человека
3. Заключение
4. Литература

Актуальность:
Понятие алкалоиды не является строгим. Принято алкалоидам называть азотсодержащие органические соединения гетероциклического строения, обладающие ярко выраженным физиологическим действием на организм человека и животных. Большинство алкалоидов обладает сложным строением. Лечебные и ядовитые свойства экстрактов многих растений были известны еще в глубокой древности. Термин «алкалоид» («похожий на щелочь») был предложен в 1819 фармацевтом В. Мейснером. Строение первого алкалоид – кониина – было установлено в 1886г., и после этого развитие химии алкалоидов пошло вперед гигантскими шагами. изучение алкалоидов по сей день является актуальным, т.к. их строение и свойства до конца не изучены, в частности - влияние алкалоидов на организм человека.

Основная часть
1) Алкалоиды и принципы их классификации
АЛКАЛО́ИДЫ (ОТ ПОЗДНЕЛАТ. ALKALI — ЩЕЛОЧЬ ИЛИ АРАБ. AL-QALI — РАСТИТЕЛЬНАЯ ЗОЛА И ДР.-ГРЕЧ. ΕἾΔΟΣ — ВИД, ОБЛИК)— группа азотсодержащих органических соединений природного происхождения (чаще всего растительного), преимущественно гетероциклических, большинство из которых обладает свойствами слабого основания; к ним также причисляются некоторые биогенетически связанные с основными алкалоидами нейтральные и даже слабокислотные соединения.

2) Строение и свойства биологически важных гетероциклических соединений: никотин, кофеин, хинин, морфин.
А) Строение и свойства никотина
Никотин открыли в 1828 году германские научные сотрудники Кристиан Вильгельм Посселтон и Карл Людвиг Райманнон. Химическая формула никотина C10H14N2 была выведена Луи Мельсеном в 1843 году. Современная наука уже хорошо изучила строение данного вещества и готова предоставить обширную информацию о никотине, есть даже классификация его производных и составляющих.

Характеристику вещества и описания свойства никотина наука химия начинает так: это жидкое вещество имеет горький вкус и легко смешивается с водой. Никотин при контакте с кислотами образует соли, молекула его не имеет заряда, малополярная и хорошо всасывается через кожу человека. С момента вдыхания дыма никотин мгновенно всасывается в кровь. Достаточно 10 секунд, чтобы он достиг головного мозга человека. Вследствие постоянного вдыхания табачный дым накапливается в сосудах и сужает их проходимость. Иногда образуются закупорки и тромбы, и тогда человеку требуется немедленная помощь в условиях стационара.

Физические и химические свойства никотина
Плотность никотина почти равна плотности воды (1,01 г/см3).
Молекула никотина состоит из пиридинового и пирролидинового циклов. Пирролидиновый цикл принимает конформацию «конверт» с транс-расположением пиридинового цикла и N-метильной группы. Сорбция никотина через биологические мембраны зависит от pH и для слизистых оболочек ускоряется при высоких значениях pH, когда молекула никотина не имеет заряда. При физиологических значениях pH никотин протонирован на 69 %. Никотин малополярен и хорошо растворим в средах с низкой полярностью, поэтому он хорошо всасывается через кожу и проникает в ткани мозга через гемато-энцефалический барьер. Никотин легко окисляется до нетоксичной никотиновой кислоты (витамин PP) — пирролидиновый цикл заменяется карбоксильной группой.

Б) Строение и свойства кофеина
Химическое название кофеина — 1,3,7-триметил-ксантин. В щелочной среде (при pH>9), превращается в кофеидин C7H12N4O. По строению и фармакологическим свойствам кофеин близок к теобромину и теофиллину; все три алкалоида относятся к группе метилксантинов. Кофеин лучше действует на ЦНС, а теофиллин и теобромин — в качестве стимуляторов сердечной деятельности и лёгких мочегонных средств.

Кофеин, как и другие пуриновые алкалоиды, даёт положительную мурексидную реакцию, при нагревании с реактивом Несслера кофеин образует красно-бурый осадок, в отличие от теобромина, дающего в таких условиях светло-коричневое окрашивание. Белые игольчатые кристаллы горьковатого вкуса, без запаха. Хорошо растворим в хлороформе, плохо растворим в холодной воде (1:60), легко — в горячей (1:2), трудно растворим в этаноле (1:50). Растворы имеют нейтральную реакцию; стерилизуют при +100 °C в течение 30 мин. Т пл. 234 °C

В) Строение и свойства хинина
Строение хинина установлено на основании анализа продуктов его окисления хромовой к-той, главные из к-рых хининовая (6-метокси-4-хинолинкарбоновая) к-та и мерохинен (3-винил-4-пиперидинуксусная к-та), и подтверждено полным синтезом (1945).
Известны 4 диастереомера хинина; все они синтезированы. Наиб. значение имеет хинидин, отличающийся от хинина конфигурацией при атоме С-9.

Физические и химические свойства хинина
Хинин - бесцв. кристаллы горького вкуса, мол. м. 324,4, т. пл. 177 °С,6001-3.jpg -158 °С (этанол), плохо раств. в воде, хорошо - в этаноле, хлороформе, диэтиловом эфире. Из воды кристаллизуется в виде тригидрата, т. пл. 57 °С. Хинин имеет два атома N разной основности, образует два ряда солей, в к-рых протонируется либо хинуклидиновый атом N, либо оба атома азота. Соли представляют собой бесцв. кристаллы горького вкуса. Важнейшие из них: сульфат, т. пл. 205 °С (с разл.), плохо раств. в воде и этаноле; гидрохлорид, т. пл. 158-160 °С, раств. в этаноле, хуже - в воде; дигидрохлорид, хорошо раств. в воде и этаноле. л. легко окисляется мн.окислителями; под действием к-т при нагр. происходит перегруппировка в хинотоксин (II)

Г) Строение и свойства морфина
Морфин-главный алкалоид опия, содержание которого в опии составляет в среднем 10 %, то есть, значительно выше всех остальных алкалоидов. Содержится в маке снотворном и в других видах мака. В них содержится только один стереоизомер — (−)-морфин. (+)-Морфин был получен в результате синтеза и не обладает фармакологическими свойствами (−)-морфина.

Физические и химические свойства морфина гидрохлорида
Бесцветные призматические кристаллы, горького вкуса. Химическая формула: C17H21NO4 (по системе Хилла)
Молекулярная масса: 303,37 а. е. м.
Температура плавления: 254 °C
Плотность: 1,317 (20 °C, г/см3).
Белые игольчатые кристаллы или белый кристаллический порошок; слегка желтеющий или сереющий при хранении.
Медленно растворим в воде, трудно растворим в спирте (1:50). Несовместим со щелочами. Растворы стерилизуют при +100 °C в течение 30 мин, для стабилизации прибавляют 0,1 н. раствор хлористоводородной кислоты до рН 3,0—3,5.

МЕХАНИЗМ ДЕЙСТВИЯ ЭТИХ СОЕДИНЕНИЙ НА ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА
А) Никотин
Точкой действия никотина является никотиновый ацетилхолиновый рецептор. Ацетилхолиновые рецепторы — одни из самых важных рецепторов у всех позвоночных (в том числе у человека). Они бывают мускариновые и никотиновые.
В головном мозге человека представлены минимум пять вариантов — никотин действует на все, но с разной интенсивностью. Самая высокая чувствительность к никотину у рецепторов, которые в основном расположены на телах дофаминовых нейронов, участвующих в системе вознаграждения. Именно через них реализуется механизм никотиновой зависимости.
Сами по себе H-холинорецепторы не являются возбуждающими, но они модулируют и влияют на другие активирующие нейромедиаторы. Никотин провоцирует выброс дофамина и глутамата (главный возбуждающий нейромедиатор мозга), в меньшей степени — серотонина и катехоламинов (адреналин и норадреналин).

Таким образом, никотин оказывает небольшое положительное действие на когнитивные процессы и мышление, концентрацию и внимание, стабилизирует эмоциональный фон, повышает устойчивость к стрессовым факторам, оказывает противотревожное действие, ускоряет реакцию, улучшает избирательную аудиальную и визуальную чувствительность.

Б) Кофеин
СВОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ КОФЕИН ОКАЗЫВАЕТ НА ЧЕЛОВЕКА:
СТИМУЛИРУЯ ЦНС;
УСИЛИВАЯ СЕРДЕЧНУЮ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ;
УСКОРЯЯ ПУЛЬС;
ВЫЗЫВАЯ СУЖЕНИЕ КРОВЕНОСНЫХ СОСУДОВ;
УСИЛИВАЯ МОЧЕОТДЕЛЕНИЕ И ПР.

Касаясь вопросы дозировки, оказывается:
малые дозы действительно помогают стимулировать ЦНС на определенное время;
в дозах превышающих средний уровень вещество приводит к истощению нервной системы и утрачивает свой стимулирующий эффект. Кстати, длительное употребление способно вызвать определенную зависимость, степень которой определяется индивидуальными особенностями организма. Правда, сколько нужно времени для выработки зависимости сказать сложно, так как каждый организм реагирует на раздражитель по-разному;
большие дозы (около 200 мг на 1 кг веса) могут стать летальными и привести к смерти.

В) Хинин
Еще с самого начала использования этого средства люди знали о его полезных свойствах. Порошок хинного дерева оказывает такое действие на организм: эффективно понижает температуру; снижает явления интоксикации при лихорадочных состояниях; облегчает боли; повышает аппетит благодаря стимуляции выработки желудочного сока; обладает слабым седативным эффектом; повышает тонус матки; нормализует ритм сердца и снижает возбудимость сердечной мышцы. Но самое главное свойство, из-за которого этот препарат популярен уже несколько сотен лет, - это его способность уничтожать малярийного плазмодия. Только применение хинина помогло справиться с малярией и снизить смертность от этого заболевания.

ПРЕПАРАТ ПРИМЕНЯЕТСЯ И В ДРУГИХ СЛУЧАЯХ:
ПРИ СЛАБОЙ РОДОВОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ТОНУСА МАТКИ;
В ПОСЛЕРОДОВОМ ПЕРИОДЕ С ЕГО ПОМОЩЬЮ ЛЕЧАТ ГИПОТОНИЮ МАТКИ;
В КОМПЛЕКСНОЙ ТЕРАПИИ СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТОЙ НЕДОСТАТОЧНОСТИ.

Г) Морфин
Весьма выражено угнетающее действие морфина на дыхание. В терапевтических дозах он вызывает урежение и углубление дыхательных движений (рис. 1). При этом явления кислородного голодания организма не наступают, так как уменьшение частоты дыхательных движений компенсируется за счет увеличения их объема (глубины). При применении морфина в токсических дозах урежение дыхания сопровождается уменьшением глубины дыхательных движений (см. рис. 1, в), вентиляция легких снижается и развиваются признаки гипоксии. В случае тяжелого отравления морфином дыхание становится неправильным, прерывистым и вслед за этим наступает остановка дыхания.

Механизм действия морфина на дыхание обусловлен прямым угнетающим влиянием препарата на дыхательный центр. Под влиянием морфина понижается чувствительность дыхательного центра к содержащейся в крови углекислоте, которая является естественным физиологическим раздражителем этого центра.
Морфин угнетает возбудимость кашлевого центра, оказывая тем самым противокашлевой эффект. Таким образом, на центры болевой чувствительности, а также на дыхательный и кашлевой центры морфин действует угнетающе.
К числу нервных центров, которые возбуждаются под влиянием морфина, относятся центры глазодвигательных и блуждающих нервов, а также рвотный центр.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В данной работе я попытался составить с помощью научной литературы общее представление об алкалоидах.
Таким образом, можно заключить, что алкалоиды – весьма обширный класс органических соединений, оказывающих самое различное действие на организм человека.
В этом состоит их важная роль, которую играют алкалоиды в химической науке в целом и в повседневной жизни в частности.

Список использованной литературы
1. Органическая химия/ Под ред. Н.А. Тюкавкиной.-М.:Дрофа, 2002.Гл.14 стр 383.
2. Н.А. Тюкавкина, Ю.И. Байкова. Биорганическая химия.-М.:Медицина, 1985. Гл.15.7.
3. Руководство к лабораторным занятиям по биоорганической химии/ Под ред.Н.А.Тюкавкина.-М.:Медицина, 1985. Часть 4, тема 4.2.
4. Большая медицинская энциклопедия/ Под ред. Б.В. Петровского. –М.: Медицина, 1985. Т.15,26.
5. В.И. Добрынина, Биологическая химия. – М.1976.
6. М.Д. Швайкова. Токсикологическая химия. – М.1975.
7. Б.Н. Степаненко. Курс органической химии. – М.: Высшая школа, 1976, Гл.21. стр.275.