WikiDer > Alkaloid

Alkaloïde
Strukturformel von Strychnin.

Alkaloide (von dem Arabischal qualja, Asche von Pflanzen und die griechisch-oides, ähnlich) bilden eine natürliche Gruppe Stickstoff- enthält, normalerweise Basic reagierende Stoffe. Dabei handelt es sich oft um Wirkstoffe, die hauptsächlich im Pflanzenreich vorkommen, nämlich in Pflanzen, die häufig als giftig angegeben werden. In seltenen Fällen kommen Alkaloide auch in anderen Organismen wie Bakterien, Pilzen und Tieren (insbesondere Kröten) vor.

Alkaloide sind natürliche Produkte und werde der sekundäre Pflanzenstoffe gezählt. Für die Pflanze haben Alkaloide wahrscheinlich eine gefräßig Funktion.

Alkaloide haben oft eine starke physiologisch oder pharmakologisch Wirkung auf den tierischen und menschlichen Körper, zumal sie vor allem auf die zentrales Nervensystem einleben. Viele Alkaloide haben neuroaktive und psychoaktive Eigenschaften und manche werden wie Stimulans oder entheogen benutzt.

Einige Alkaloide haben wie Medizin eine wichtige Rolle in der Medizin. Dies sind starke pharmakologische Substanzen wie Atropin, Koffein, Morphium, Kodein, Kokain, Neostigmin, Chinin, Pilocarpin, Pseudoephedrin und vincristin.

Im Allgemeinen haben Alkaloide eine komplizierte chemische (heterozyklische) Strukturformel. Das eine oder die mehreren Stickstoffatome in der Molekülstruktur bestimmen den Grundcharakter des Stoffes. Die Biosynthese erfolgt aus (auch stickstoffhaltigen) Aminosäuren, wie Tryptophan, Phenylalanin, Tyrosin, Glutamin und Lysin. Wenn nicht, werden sie Pseudoalkaloide erwähnt. Beispiele für diese letzte Gruppe sind Koffein und Theobromin.

Alkaloide und ihre Salze

Alkaloide sind oft gebunden an organische Säuren wie Apfel-, Milch- und Essigsäure. Arzneimittel binden normalerweise Alkaloide an Salzsäure weil Hydrochloridsalze von Alkaloiden im Labor leicht zu handhaben sind.

Definition

Der Begriff Alkaloid war ursprünglich eine allgemeine Bezeichnung für aus Pflanzen isolierte basische (alkalische) Stoffe. Später wurden Alkaloide auch in anderen Organismen wie Pilzen und Tieren gefunden, was die Definition erweitert. Die Erweiterung der Definition gilt auch für andere nicht basische Naturstoffe, wie z Colchicin von Herbst zeitlos, Capsaicin von Pfeffersorten, theophyllin und Theobromin.

Für die Alkaloide gibt es keine allgemein charakteristische Grundstruktur. Die meisten Alkaloide sind Basen, komplizierte Verbindungen mit einer großen strukturellen Variation (verschiedene Ringe und Stereozentren). Eine scharfe Begrenzung der Alkaloide gegenüber anderen Klassen stickstoffhaltiger Naturstoffe ist daher ohne gewisse Willkür nicht möglich. Es gibt daher keine allgemein akzeptierte Definition des Begriffs Alkaloid.

Eine Anzahl von medizinischer Chemiker verwendet daher eine engere Definition für Alkaloide.[1] Sie verlangen neben den oben genannten Kriterien auch, dass die Stoffe in reiner Form fest sein müssen und dass das Stickstoffatom Teil der heterocyclischer Ring sollte wichtig sein. Viele dieser Alkaloide sind indol-, Pyridin-, pyrrol-, Pyrimidin- oder PurinDerivate.

Auf diese Weise definiert, eine Reihe von Arzneimittel pflanzlichen Ursprungs, die auch eine starke pharmakologische Wirkung haben, oder nicht zu den Alkaloiden. Einige Beispiele für Stoffe, die nach dieser Definition keine Alkaloide mehr sind, sind:

Alkaloide sind schwer löslich in Wasser, aber leicht löslich in organische Lösungsmittel (z.B. tierische und pflanzliche Fette und Öle) sowie in Wasser-Alkohol-Gemischen, sofern der Alkoholgehalt hoch genug ist.

Der Name der Alkaloide endet auf -ine, normalerweise nach dem Pflanzennamen angehängt. Atropin zum Beispiel ist isoliert von der Wolfskresse (Atropa belladonna). Wenn mehrere Alkaloide von einer Pflanze stammen, werden Suffixe verwendet wie -ich diniere, -inine, -icin, -isine, -Anine, - Absatz, -arine, -ecine und -etine.

Im Allgemeinen sind Alkaloide weiß, aber einige sind stark gefärbt. Berberin ist zum Beispiel gelb und Sanguinarin ist rot.

Geschichte

Präparate aus alkaloidhaltigen Pflanzen werden seit 4000 Jahren als Medizin verwendet, Giftpfeil auf der Jagd und in schamanisch Rituale.

Alkaloide waren die ersten Arzneimittel, die aus Pflanzen isoliert wurden. Im Jahr 1803 Isolate Charles Derosne ein halbreines Alkaloid aus Opium und 1806 ist es die Apotheke Friedrich Serturner von Paderborn Das hier schlafinduzierendes Prinzip (Morphium) isoliert und charakterisiert. Er nennt es Morphium, zu Morpheus, das griechischer Gott der Träume.

Anfangs suchten sie nach sauer Pflanzenstoffe, aber am Ende stellte sich heraus, dass Alkaloide in Kombination mit Säure Salze gebildet, und somit Base Waren. Diese Fähigkeit, mit Metallionen Salze und Komplexe zu bilden, unterstützte die Isolierung und den Nachweis im Laufe der Zeit Chromatographie war noch nicht erfunden.

Der Name Alkaloid war 1819 vom Apotheker Wilhelm Meissner eingeführt, um alkaliähnliche Pflanzenstoffe wie Morphin, Strychnin und Solanin.[2]

Einen wichtigen Beitrag zur Chemie der Alkaloide leisteten in diesen Jahren die französischen Forscher Pierre Joseph Pelletier und Joseph Bienaime Caventou, die zwischen 1817 und 1820 eine Vielzahl pharmazeutisch wichtiger Alkaloide isolierte. In dieser kurzen Zeit haben sie sich unter anderem isoliert Strychnin, emetin, brucine, Piperin, Koffein, Chinin, Cinchonin und Colchicin. In diesen Jahren wurden mehrere andere Alkaloide entdeckt, darunter Xanthin (1817), Atropin (1819), coniine (1827), Nikotin (1828), spartein (1851) und Kokain (1860).[3]

Mit der industriellen Produktion von Alkaloiden begann Heinrich Emanuel Merck, Gründer der Merck-Gruppe. Er hatte in Darmstadt baute eine pharmazeutisch-chemische Fabrik und begann 1827 mit der Produktion und dem Verkauf einer Reihe von Alkaloiden.

Das erste vollständig synthetisch hergestellte Alkaloid war coniine. Im Jahr 1885 wurde der Chemiker August Wilhelm von Hofmann bei der Klärung seiner Struktur[4] und ein Jahr später war es der deutsche Chemiker Albert Ladenburg wer war der erste, der Coniine produzierte? 2-Propenylpyridin mit Natrium reagieren.[5]

Das Wissen über Alkaloide gewann an Bedeutung mit der Entdeckung von Spektroskopie und Chromatographie zu Beginn des 20. Jahrhunderts. 1930 waren etwa 200 Alkaloide bekannt[6] und 2008 wurden mehr als 12.000 Alkaloide identifiziert.[7]

Operation

Alkaloide (als sekundäre Pflanzenstoffe) spielen eine Rolle im chemischen Abwehrsystem (Phytoalexine) und schützen die Pflanze unter anderem vor isst. Der oft stark bittere Geschmack schreckt Insekten ab und Pflanzenfresser aus.

Auf Säugetiere (einschließlich des Menschen) haben Alkaloide in der Regel toxische Wirkungen. Das Ziel vieler Alkaloide ist die nervöses System und vor allem die Neurotransmitter-System in dem zentrales Nervensystem und der vegetatives Nervensystem. Darüber hinaus können sie sowohl anregend sein (Parasympathomimetikum) als hemmend (parasympatholytisch) arbeite daran Parasympathisches Nervensystem oder orthosympathisches Nervensystem.

Die starke Wirkung hängt mit der Anwesenheit von Stickstoff und den daraus resultierenden besonderen physikalisch-chemischen Eigenschaften zusammen, zum Beispiel die Fähigkeit, Ionen und Salze zu bilden, was ihnen eine Bindungsaffinität zu polaren und lipophilen Strukturen (z. Zellmembranen, Ionenkanäle und Rezeptoren) entwickeln kann. Viele der pharmakologischen Eigenschaften von Alkaloiden hängen einerseits mit ihrer Fähigkeit zusammen, Blut-Hirn-Schranke und andererseits in der Lage zu sein, mit verschiedenen Neurotransmitter-Rezeptoren zu interagieren.

Die nebenstehende Tabelle zeigt für einige Alkaloide, die Rezeptorsystem besonders in den Betrieb eingebunden.

RezeptorsystemAlkaloid
Cholinerge SystemTubocurarin, Hyoscyamin, Lobeline, Physostigmin, Berberin, Sempervirin, Galantamin
Adrenerge SystemKokain, Harmala-Alkaloide, Nikotin, Ephedrin
OpiatrezeptorenMorphium.
serotoninerge RezeptorenMeskalin, Psilocin, harmin, Ableitungen von Lysergsäure
PurinrezeptorenKoffein, theophyllin
AminorezeptorenStrychnin (Glycin-Rezeptor), bikukullin (GABAein Rezeptor)

Viele dieser Alkaloide haben als Vorbilder in der Arzneimittelentwicklung gedient:[6]

Alkaloide als Modell für die Medikamentenentwicklung[6]
AlkaloidQuelleModell zur Entwicklung von:
Hyoscyamin und ScopolaminWolfskirsche und daturParasympatholytika
PhysostigminPhysostigma venenosumParasympathomimetika
TubocurarinChondrodendron tomentosumMuskelrelaxantien
KokainErythroxylum cocaLokalanästhetika
MorphiumPapaver somniferumSchmerzmittel
KodeinPapaver somniferumAntitussiva (Antitussiva)

Viele dieser Alkaloid-inspirierten Medikamente unterscheiden sich strukturell nur geringfügig von den Alkaloiden. Beispielsweise Naloxon, ein Opiatrezeptor-Antagonist, ist ein Derivat von thebain das ist vorhanden in Opium.[8]

Einstufung

Alkaloide lassen sich nach verschiedenen Kriterien unterteilen und sehr oft lässt sich ein Alkaloid in mehrere Klassen einteilen. Gängig sind Einteilungen nach chemischer Struktur, Herkunft, Art und Weise Biogenese und pharmakologische Wirkung. Traditionell werden Alkaloide in drei Hauptgruppen eingeteilt:

  • Echte Alkaloide: Diese haben ein Stickstoffatom in einem Ring und ihre Biosynthese lässt sich auf eine oder mehrere Aminosäuren zurückführen
  • Protoalkaloide: Diese haben ein Stickstoffatom außerhalb eines Rings und ihre Biosynthese lässt sich auf eine oder mehrere Aminosäuren zurückführen
  • Pseudoalkaloide: Ihre Biosynthese basiert nicht auf Aminosäuren

Klassifizierung nach Herkunft

Die ersten Versuche, Alkaloide zu klassifizieren, klassifizierten die Alkaloide nach der Pflanzenfamilie, aus der sie stammen. Diese Klassifikationsmethode war damals die offensichtlichste, wird aber kaum noch verwendet:[9]

Klassifizierung nach chemischer Struktur

Die am häufigsten verwendete Klassifizierung von Alkaloiden basiert auf Ähnlichkeiten in der chemischen Struktur. Maßgeblich für die Namensgebung ist der stickstoffhaltige Teil des Moleküls.

Klassifizierung nach Biosynthese

Eine andere Klassifizierung basiert auf Ähnlichkeiten und Unterschieden in der Biosynthese. Alkaloide werden nach der Aminosäure klassifiziert, die als Stickstoffquelle in der Biosynthese verwendet wird.

Nicht alle Alkaloide stammen aus Aminosäuren. Diese werden Pseudoalkaloide genannt, die in drei Gruppen unterteilt werden:

Die letzten beiden Gruppen werden immer größer, da immer mehr Alkaloide in Insekten und Insekten vorkommen Marine Organismen entdeckt werden.

Klassifizierung nach pharmakologischer Wirkung

Die Hauptklasse der pharmakologisch interessanten Alkaloide bilden die Halluzinogene. Die Anwesenheit der freies Elektronenpaar auf Stickstoff, der basisch ist, nukleophil und koordinieren Eigenschaften ist das auffälligste Element.

Eine weitere große Gruppe toxischer Verbindungen pflanzlichen Ursprungs bilden die Glykosidewie die Digitalis-Präparate. Alkaloide können auch selbst Teil eines Glykosids sein: diese heißen Glykoalkaloide erwähnt.

Anwendungen

In Behandlung

Die medizinische Verwendung von Alkaloiden hat eine lange Geschichte, und als Alkaloide im 19. Jahrhundert erstmals synthetisiert wurden, wurden sie fast sofort in der klinischen Praxis eingesetzt. Viele Alkaloide werden noch immer in der Medizin verwendet, meist in Form von Salzen, darunter die folgenden[10][11]:

AlkaloidOperation
ajmalin, spartein, ChinidinAntiarrhythmikum
Atropin, Scopolamin, HyoscyaminAnticholinergika
Indole, vincristin, VinblastinAntitumor
VincaminVasodilatator, blutdrucksenkendes Medikament
Kodeingegen Husten
KokainNarkose
Colchicingegen Gicht
MorphiumSchmerzmittel
reserpinblutdrucksenkendes Medikament
TubocurarinMuskelrelaxans
PhysostigminAcetylcholinesterase-Hemmer
Chininfiebersenkend, Malaria-Medikament
Emetinantiprotozoisch
MutterkornalkaloideSympathomimetikum, Vasodilatator, Antihypertensiva

in der Landwirtschaft

Vor der Entwicklung von synthetischen Pestizide, einige Alkaloide, wie Nikotinsalze und Anabasin, benutzt als Insektizide. Seine Verwendung wurde durch seine relativ hohe Toxizität für den Menschen eingeschränkt.[12]

Verwendung als psychoaktive Substanz

Zubereitungen alkaloidhaltiger Pflanzen, später auch die reinen Alkaloide, werden seit langem als psychoaktive Substanzen. Durch Schamanen werden sie wie? entheogen verwendet (zB ayahuasca). Kokain und Cathinon sein Stimulanzien von dem zentrales Nervensystem. Meskalin und viele Indolalkaloide (wie z Psilocybin, Dimethyltryptamin und Ibogain) haben halluzinogen Auswirkungen. Morphium und Kodein sind starke Schmerzmittel.

Einige Alkaloide haben selbst keine starken psychoaktiven Wirkungen, sind aber Vorläufer für halbsynthetische Psychopharmaka. Beispielsweise, Ephedrin und Pseudoephedrin werden bei der Herstellung von Methcathinon und Methamphetamin.

Aussehen

Mehr als 12.000 Stoffe gehören zur Gruppe der Alkaloide. Die größte Gruppe davon stammt von blütenbildenden Pflanzen (Angiospermie), wo ca. 20 % diese Inhaltsstoffe enthalten.

Oft gehören Pflanzen zum selben Familie oder das gleiche Sex eine Reihe chemisch verwandter Alkaloide. Die wichtigsten Pflanzenfamilien, die Alkaloide enthalten, sind die Berberitzenfamilie (Berberidaceae), Menispermaceae, Mohnfamilie (Papaveraceae), Erythroxylaceae, Hülsenfrüchte-Familie (Fabaceae), rue familie (Rutaceae), Loganiaceae, Immergrünfamilie (Apocynaceae), sternblättrige Familie (Rubiaceae), Zusammengesetzte Familie (zusammengesetzt) und fallen krokusfamilie (Colchicaceae).

Die Nachtschattengewächse, wo die Kartoffel gehört, hat viele Arten, die Alkaloide enthalten, wie z Dornenapfel, es bittersüß, das schwarzer nachtschatten und der Wolfskresse, aber auch Kulturpflanzen wie die Kartoffel (besonders die grünen Teile), die Aubergine, das Paprika und der Tomate.

Alkaloide kommen recht selten vor in Bakterien, Algen, Pilze, Moose, Insekten und Tiere. In den letzten Jahren wurden jedoch vermehrt Alkaloide in diesen Gruppen entdeckt. Einige bekannte Beispiele sind in der folgenden Tabelle aufgeführt.
Es Tetradotoxin im Kugelfisch ist kein Alkaloid, sondern eine mit Alkaloiden strukturell verwandte Verbindung.

Alkaloide aus nicht-pflanzlichen Quellen
QuelleAlkaloidSpezifikation
BakterienPyocyaninPseudomonas aeruginosa
PilzeMutterkornalkaloideMutterkorn
PilzePsilocybinpsilocybe
TiereBufoteninKröten
TiereCastoraminkanadischer Biber
TiereMuscopyridinMoschustier

Saxitoxin bei bestimmten Arten Dinoflagellaten.

Siehe die Kategorie Alkaloide von Wikimedia Commons für Mediendateien zu diesem Thema.