Alkaloide Flashcards
Definition Alkaloide
Alkaloide sind Naturstoffe mit vorwiegend heterocyclisch eingebautem Stickstoff und häufig komplizierter Struktur. Die N-Atome entstammen vorwiegend aus Aminosäuren. Es handelt sich also um in der Natur vorkommende, nicht allgemein verbreitete Verbindungen mit einem oder mehreren N-Atomen im Molekül. Viele Alkaloide sind basisch, es gibt aber durchaus auch nicht-basische Vertreter, wie z.B. Alkaloide mit Säureamid-Strukutr, quarternäre Amonium-Verbindungen, Lactame und N-Oxid-Derivate (alkaliähnlich).
Die Abgrenzung der Alkaloide zu anderen N-haltigen Naturstoffen ist schwierig und unterliegt im Prinzip einer gewissen Willkür. So zählen zu den Alkaloiden im weiteren Sinn z.B. auch Ephedrin und Colchicin, bei denen der Stickstoff nicht heterocyclisch gebunden ist. Diese Verbindungen entstehen aber über den gleichen Syntheseweg. Zu den Alkaloiden im im engeren Sinn zählt man nur Verbindungen, bei denen der N heterocyclisch gebunden ist.
Alkaloide kommen in Pflanzen vor und haben eine starke Wirkung.
Einteilung
Derzeit sind weit über 10.000 Vertreter der Alkaloide bekannt. Eine so große Stoffgruppe bedarf der Unterteilung. Es gibt bislang allerdings kein ideales Einteilungsprinzip, das nicht zu Überscheidungen führt. Jedes bisher aufgestellte Klassifizierungssystem muss in Grenzfällen Kompromisse schließen. Eine Einteilung kann erfolgen nach:
- der Herkunft
- dem Strukturtyp
- der Biogenese
Einteilung nach Herkunft
- Aconitiumalkaloide
- Vincaalkaloide
- Papaveralkaloide
- Veratrumalkaloide
- Secalealkaloide
- Amaryllidaceenalkaloide
- Senecioalkaloide
- Cantharanthusalkaloide
- Strychnosalkaloide
- Cinchonaalkaloide
Einteilung nach Strukturtyp
chemische Einteilung, bzw. Einteilung nach Heterocyclen (Strukturen siehe Karteikarten)
Einteilung nach Biogenese
Biogenetisch sind die Alkaloide fast ausschließlich Produkte der Aminosäuren Ornithin, Lysin, Tyrosin, Phenylalanin und Tryptophan. Eher selten sind Abkömmlinge der Anthranilsäure, Glutaminsäure und der Asparaginsäure.
Protoalkaloide
Einfach aufgebaute Basen, die unmittelbar aus einer AS gebildet werden durch Abspaltung von CO2
Pseudoalkaloide
Basen, deren Grundstruktur deutliche Beziehungen zu Nicht-Alkaloiden hat. Pseudoalkaloide sind strukturell mit anderen Naturstoffen verwandt und stammen nicht aus dem AS-Stofwechsel. Ihre Struktur weist zwar eine gewisse Verwandtschaft zu den Alkaloiden auf, sie haben aber einen anderen Biosyntheseweg.
Steroidalkaloide:
entstammen dem Isoprenstoffwechsel (C10-C20)
Glykolalkaloide:
N-haltige Steroid-Agylka mit Zucker glykosidisch verknüpft, Pseudoalkaloide mit Saponineigenschaften
Esteralkaloide:
sie haben ein N-haltiges Grundgerüst mit OH-Gruppen, die mit Säuren verestert sind, wie z.B. Essigsäure oder C5-Säuren aus dem Isoprenstoffwechsel.
Terpenalkaloide: Terpenalkaloide entstammen dem Isoprenstoffwechsel (C10, C15, C20, C30) - Monoterpenalkaloide - Sesquterpenalkaloide - Diterpenalkaloide - Triterpenalkaloide
Echte Alkaloide
sind komplex aufgebaut mit heterocyclische gebundenem N. Die echten Alkaloide entstehen im AS-Stoffwechsel
Verbreitung im Pflanzenreich
in etwa jeder fünften Pflanze sind Alkaloide enthalten (20%)
Angiospermae (Bedecktsamer)
- Dicotyledonae (zweikeimblättrig): Magnoliidae, Gentianales
- Monokotyledonae (einkeimblättrig): Liliatae
Gymnospermae (Nacktsamer): nur vereinzelt in z.B. Taxaceae, Ephedraceae, Lycopodiaceae, Equsetaceae, Clavicipitaceae
Alkaloidhaltige Familien
- Apocynaceae –> Tryptophan
- Fabaceae –> Lysin
- Loganiaceae –> Tryptophan
- Papaveraceae –> Tryptophan
- Rubiaceae –> Tryptophan
- Solanaceae –> Ornithin
- Borginaceae
- Cactaceae
- Erythroxylaceae
- Convolvulaceae
- Buxaceae
- Rutaceae
- Lobeliaceae
Vorkommen innerhalb der Pflanze
Alkaloide findet man vor allem in Samen, Rinde, Wurzel und Rhizom. Alkaloide sind aber meist nicht gleichmäßig verteilt, z.B. findet man um die Blattnervatur mehr als im restlichen Blatt.
Häufig kommen Alkaloide gebunden an diverse Säuren (z.B. Weinsäure, Chinasäure, Fumarsäure) als Salze vor (kristallin). Als freie Basen liegen sie kaum vor. Nikotin und Coniin sind flüssig.
Der Bildungsort der Alkaloide ist uneinheitlich. Tee- und Kaffeealkaloide Weden z.B. in den Laubblättern gebildet (in den Idioplasten). Solanaceen-Alkaloide entstehen im Spross, während Tropanalkaloide in den Wurzeln synthetisiert werden und in den Blätter abgelagert werden.
Verbreitung im Tierreich
In Kröten, Fröschen und Salamandern (Steroide-Alakloide) und in Tausendfüßlern (Chinozilidin-Alkaloide). Alkaloide, die in Tieren vorkommen, werden teilweise von diesen produziert, teilweise sind sie aber auch über Nahrung aufgenommen.
Chemische Eigenschaften von Alkaloiden
Die meisten Alkaloide sind optisch aktiv (meist linksdrehend). Optisch inaktiv sind Piperin, Papaverin, berberin und Atropin (da Racemate, Hyoscyamin ist sehr wohl optisch aktiv).
Die freien Basen sind löslich in halbpolaren bis polaren LM, wie EtOH, Benzol, Chloroform und Eher (Ausnahme: Morphin und Narcein), sie könne in kristalliner Form gewonnen werden, aber sind praktisch unlöslich in Wasser (Ausnahme: Nicotin). Die Alkaloid-Salze sind hingegen gut wasserlöslich.
Löslichkeit
Löslichkeit // Alkaloidbase // Alkaloidsalze (wie in der Pflanze)
- in Wasser // unlöslich // löslich
- in mit Wasser nicht mischbarem organischen LM // löslich // unlöslich
Bedeutung der Alkaloide für die Pflanze
Alkaloide sind die Endprodukte des Aminosäuren-Stoffwechsels in Pflanzen und MO. In der pflanze seinen sie außerdem als Speicher- und Transportform für den Stickstoff.
Der Alkaloid-Gehalt einer Pflanze ist abhängig von der Jahreszeit, Tageszeit usw. Die Pflanze kann nämlich das GGW zwischen Biosynthese, Speicherung und Abbau von Alkaloiden je nach Bedarf verlagern, so dass nicht immer gleich viele Alkaloide in der Pflanze zu finden sind.
Alkaloide spielen als Sekundärstoffe eine wichtige Rolle im ökologischen Gefüge der Natur. Sie dienen der Abwehr gegen Viren, Bakterien, Pilze, Schnecken, Insekten, Vögel und Säuger. Viele Alkaloide wirken antiviral, antibakteriell, fungistatisch (z.B. Nicotin aus N. tabaccum, als Bioinsektizide gegen Blattläuse).
Für Wirbeltiere sind die meisten Alkaloide giftig. Ausnahme: Kaninchen, Hasen und Rehe können Tollkirschenblätter fressen, da die Alkaloide im Metabolismus rasch hydrolasiert werden und damit unwirksam gemacht werden. Manchen Tiere bilden auch selbst alkaloidähnliche Substanzen (Fische, Kröten, Marienkäfer).
Alkaloide sind potentielle Arzneistoffe, aber die richtige Dosierung ist entscheidend.
Bedeutung der Alkaloide für den Menschen
Alkaloide sind die biologisch am stärksten aktiven Naturstoffe. Sie wirken unmittelbar auf den Säugetier-Organismus (nur die Herzglykoside sind noch aktiver). Weniger als 1mg/ 70kg KG zeigen bereits eine deutliche biologische Wirkung.
Ein großer Teil der therapeutisch genutzten Alkaloide wirkt auf das Nervensystem. Die Neurotransmitter im menschlichen Nervensystem enthalten ebenfalls einen basischen Stickstoff, sie sind aber wesentlich einfacher aufgebaut als die Alkaloide. Trotzdem ist die Struktur ähnlich, da auch hier Aminosäuren die biogenetische Vorstufen sind (z.B. aus Tyrosin entstehen Noradrenalin und Adrenalin, aus Tryptophan entsteht Serotonin). Zum Teil fungieren auch die Aminosäuren selbst als neurotransmitter (z.B. Glycin, GABA, Glutamat, usw.). Alkaloide wirken auf Grund der strukturellen Ähnlichkeit also häufig als volle oder partielle Agonisten/ Antagonisten an den Neurotransmitter.Rezeptoren. Daneben gibt es auch andere Wirkungsmechnanismen, wie Enzyminhibition, Neurotransmitter-Freisetzung und cytostatische Wirkung..
Hybride Pharmaka
Die Wirkung des AM beruht auf mehreren verschiedenen WIrkungsmechanismen:
- Cocain: anästhetisch, vasokonstriktorisch, zentral stimulierend, durch unterschiedliche Mechanismen
- Koffein: Steigerung der Diurese, Erhöhung des Wachheitsgrades
Nicht-hybride Pharmaka
Alle Wirkungen eines solchen AM beruhen auf demselben Wirkungsemechanismus, z.B. der Blockade der Muscarin-Rezeptors.
Nachweisreaktionen auf Alkaloide
Fällungsreaktionen/ Nachweis durch Bildung eines schwerlöslichen Salzes:
Grundsätzlich wird aus dem Alkaloid BH+ mit Hilfe von hochmolekularem X- ein schwer lösliches Salz gebildet.
- Draggendorf-Reagens: Das Draggendorf-Reagens (BiJ4)- wird aus basischem Bsimutnitrat (BiNO3) mit Kj und verdünnter HOAc hergestellt (es entsteht K(BiJ4) - Bismutiodid in saurer Lösung). Zusammen mit einem Alkaloid bildet das Draggendorf-Reagens einen gelborangen bis roten Niederschlag. Auch synthetische Basen, die den Alkaloiden ähneln, können so nachgewiesen werden. Das Draggendorf-Reagens wird auch als Sprühreagens in der DC eingesetzt.
- Meyer’s Reagens: K2(HgI4) und KI in Wasser ergeben mit Opium-Alkaloiden einen gelblich-weißen Niederschlag
Farbreaktionen:
Farbreaktionen von Alkaloiden werden generell in einer Lösung aus konzentrierter H2SO4 zusammen mit farbverstärkenden Zusätzen in der Porzellanschale oder im Reagenzglas durchgeführt. Bei den ablaufenden Reaktionen handelt es sich um Provozierungen, Dehydratisierungen und Kondensationen.
- Erdmann- oder Husemann-Reagens: konz. H2SO4 und konz. HNO3
- Freude-Reagens: konz. H2SO4 und Ammoniummolybdat (NH4)6Mo7O24
- Marquis-Reagens: konz. H2SO4 und CH2O (Morphinalkaloide werden violett)
Spezifische Reaktionen:
- Talleiochin-Reaktion auf China-Alkaloide
- Van-Urk-Reaktion auf Seeaale-Alkaloide und Mutterkornalkaloide: 4-Dimethylaminobenzaldehyd in Fe(II)-haltiger H2SO4: blau
- Vitali-Reaktion auf Tropanalkaloide: HNO3 und KOH: violett
- Murexid-Reaktion auf Purine: konz. H2O2 + HCl + NH3: mit Purinen rot-violette Färbung
Isolierung von Alkaloide
Historisch gesehen war es die Basizität, die es möglich machte, aus einer Vielfalt von Extraktivstoffen die therapeutisch wichtigen Pflanzenalkaloide zu isolieren. Die Isolierung basiert auf der Löslichkeit der freien Base in lipohilen LM (Chloroform, Ether) und der der Löslichkeit der Alkaloid-Salze in Wasser.
