ALKALOIDY. Pomocný studijní text pro žáky 4. ročníku gymnázia

Gymnázium Český Těšín, Frýdecká 30

Pomocný studijní text: Alkaloidy

ALKALOIDY Pomocný studijní text pro žáky 4. ročníku gymnázia

Alkaloidy jsou dusíkaté organické látky zásadité povahy, které vznikají v malém množství jako produkt metabolismu aminokyselin především v jedovatých rostlinách čeledi mákovitých, pryskyřníkovitých, lilkovitých, liliovitých a dalších. V těchto rostlinách se obyčejně vyskytuje více strukturně příbuzných alkaloidů, které mohou být v různých částech rostliny zastoupeny nerovnoměrně. Z chemického hlediska obsahují jeden nebo více atomů dusíku, které jsou zpravidla vázány v heterocyklickém kruhu. Tato struktura způsobuje jejich zásaditou povahu (alkali = zásada). Zásaditá povaha alkaloidů je též příčinou toho, že se nevyskytují samostatně – volně, ale jsou vázány s některou organickou kyselinou (kyselinou octovou, fumarovou, citronovou, jablečnou, vinnou aj.) ve formě solí. Tyto soli jsou rozpustné ve vodě (alkaloid jako kationt, zbytek kyseliny jako aniont). Alkaloidy jsou opticky aktivní, většinou levotočivé. Struktura alkaloidů bývá často velmi složitá, přesto u většiny byla již rozpoznána. Řada alkaloidů se pro léčebné účinky vyrábí i synteticky a některé jejich syntetické deriváty bývají dokonce účinnější než jejich přírodní formy. Farmakologické účinky mnohých alkaloidů jsou známy již od dávných dob. Po podání některých alkaloidů se u člověka zpočátku objevují zvláštní stavy jako lhostejnost, bezstarostnost, porušení duševní i tělesné rovnováhy, znecitlivění, halucinace, agresivita apod. Větší dávka, třeba jen několik miligramů, způsobuje celkovou otravu a smrt. Toxická dávka pro člověka je různá – podle druhu alkaloidu, tělesné hmotnosti a podle dalších faktorů. Podle účinku, užívání a zneužívání mohou být alkaloidy zařazovány do různých skupin látek, např. psychofarmaka, drogy, narkotika, jedy aj. S používáním a zneužíváním některých alkaloidů souvisí některé závažné zdravotní a společenské jevy, které známe pod názvy drogová závislost, narkomanie, drogová kriminalita, narkomafie apod. Vyhledejte si význam uvedených pojmů v dostupných zdrojích informací (naučný slovník, odborná literatura, Internet aj.).

Rozdělení alkaloidů podle chemické struktury • • • • • • • •

alkaloidy odvozené od pyridinu a piperidinu alkaloidy odvozené od tropanu alkaloidy odvozené od fenanthrenu alkaloidy odvozené od chinolinu a izochinolinu alkaloidy odvozené od indolu a imidazolu alkaloidy odvozené od purinu alkaloidy námelové alkaloidy nezařazené

1

Autor: © Miroslav Turjap, 2008



Přehled významných skupin a zástupců alkaloidů 1. Alkaloidy pyridinové a piperidinové NIKOTIN je hlavním alkaloidem z listů tabáku (Nicotiana tabacum). Stimuluje centrální nervový systém a dýchací centra, zvyšuje sekreci žaludečních šťáv. Jeho nežádoucí účinky se projevují na změnách věnčitých cév. Velké dávky mohou způsobit i smrt. Kouřením cigaret vznikají ještě karcinogenní produkty, které způsobují vznik rakoviny plic. Podle statistik se u kuřáků vyskytuje rakovina plic 40krát častěji než u nekuřáků. PIPERIN je obsažen v pepři (Piper nigrum), chutná typicky ostře.

N CH3

N nikotin

2. Alkaloidy tropanové Tyto alkaloidy jsou obsaženy v rostlinách čeledi lilkovitých, převážně v rulíku zlomocném, blínu a durmanu (alkaloidy atropin a skopolamin aj.). Jsou to opticky aktivní estery aromatické kyseliny s organickou bází - hydroxyderivátem tropanu. ATROPIN se od nepaměti používá v očním lékařství (rozšiřuje zornice) a při záchvatu žlučníku má protikřečové účinky. Získává se z kořene rulíku zlomocného (Atropa belladonna). O H2C

HC

C

CH2 CH

N CH3

O

HC CH2 OH

H2C

HC

CH2

atropin

2




KOKAIN je alkaloid z listů kokového keře – koky pravé (Erythroxylon coca) rostoucí v Jižní Americe. Má vysoce lokálně anestetický účinek, působí rychlé znecitlivění. U kosterních svalů navíc zvyšuje pracovní výkonnost. Vyvolává zpočátku příjemné senzuální vjemy, později halucinace, utlumuje únavu a hlad. Zvyšuje fyzickou aktivitu, někdy způsobuje výbušné chování. Jeho účinek je krátkodobý a rychle se objevuje tolerance k němu, proto se musí jeho dávky neustále zvyšovat. Ve vyšších dávkách způsobuje neklid, třes, poruchy svalové koordinace, křeče a smrt paralýzou dýchacích center. Dříve se v lékařství často používal jako lokální anestetikum, v současnosti je pro svou návykovost nahrazován syntetickými přípravky (např. prokain).

O H2C

HC

CH

N CH3 H2C

C

CH2

HC

O

HC

O

C

H3C

O

kokain

3. Alkaloidy odvozené od fenanthrenu MORFIN je alkaloid izolovaný z opia. Opium je sušená šťáva z nezralých makovic máku setého (Papaver somniferum). Je to hnědá hmota, z níž se dosud izolovalo přes 20 různých alkaloidů. Morfin působí ospalost, dobrou náladu (euforii), ve vyšších dávkách spánek až bezvědomí. Je silně návykový. U morfinisty je typickým příznakem mióza, tj. zúžení zornic do velikosti špendlíkové hlavičky. Morfin (morfium) se hojně používá v lékařství. Odstraňuje subjektivní pocity, které doprovázejí bolest, proto se podává u lidí s velkými bolestmi. HEROIN je velmi účinným polosyntetickým derivátem morfinu, chemicky je to diacetylmorfin. Protože na používání této drogy vzniká rychlá závislost a její léčení je velmi obtížné, byla z popudu OSN jeho legální výroba zastavena. KODEIN je rovněž polosyntetickým derivátem morfinu (methylether morfinu), má však menší možnost vzniku závislosti na něj. Již v malých dávkách výrazně tlumí kašel, proto je využíván v lékařství.

3




CH3

N

H

HO

O

OH

morfin (morfium)

4. Alkaloidy chinolinové a izochinolinové K první skupině se řadí alkaloidy odvozené od struktury chinolinového jádra. Tyto se připravují z kůry, větví i kořenů různých druhů chinovníků, rostoucích v Jižní Americe. CHININ je z mnoha chinolinových alkaloidů nejznámější, byl izolován již na počátku 19. století z kůry chinovníku červeného (Cinchona succirubra). Působí na určitá stádia původce malarie (Plasmodium malarie aj.), proto se užívá společně s jinými léky proti této nemoci i v současnosti. Používá se rovněž v porodnictví a jako antipyretikum (proti horečce).

CH2 CH2 N

CH2

chinin

N

4




PAPAVERIN je izochinolinový alkaloid získávaný z opia, zaschlé šťávy makovic máku setého (Papaver somniferum). Působí především jako spazmolytikum, tj. látka tlumící bolesti vyvolané stahy hladkého svalstva. Je to výborný lék proti bolestem žlučníku a zažívacího ústrojí.

H3C

O

H3C

O

N

H2C

O O

CH3

papaverin

CH3

5. Alkaloidy indolové RESERPIN je nejdůležitějším alkaloidem obsaženým v rostlině rodu Rauwolfia. Četné rostliny z rodu Rauwolfia rostou v tropických a subtropických oblastech Afriky, Ameriky a Asie. Domorodci je odpradávna používali jako léky proti hadímu uštknutí, proti bodnutí hmyzem i jako uklidňující prostředek. V lékařství se reserpin používá především na snižování krevního tlaku. Působí rovněž tlumivě na centrální nervovou soustavu, proto se často používá při poruchách nervových a duševních. V současnosti je vyráběn i synteticky. STRYCHNIN je alkaloid ze semen africké rostliny kulčiby dávivé (Strychnos nux vomica). Patří mezi nejprudší jedy! Dříve se používal na hubení potkanů a je všeobecně známo jeho zneužívání v travičství. V dnešní době se nejvíce používá jako účinný protijed při otravách hypnotiky, především barbituráty.

5




N H

H N

H

H

H

O

strychnin

6. Alkaloidy purinové Základem chemické struktury alkaloidů purinové skupiny je 2,6-dioxopurin čili xanthin. Nahrazením atomů vodíku methylovými skupinami na heteroatomech dusíku (polohy 1, 3 a 7) vzniknou tři přírodní alkaloidy: 1,3,7-trimethylxanthin = kofein; 3,7-dimethylxanthin = teobromin; 1,3-dimethylxanthin = teofylin. Purinové alkaloidy se vyznačují působením na centrální nervovou soustavu a diuretickým (močopudným) účinkem. Nejsilnější centrálně stimulační účinek má kofein. Diureticky nejsilněji působí teofylin. Alkaloidy kofein a teofylin se u nás vyrábějí synteticky, naproti tomu teobromin se získává izolací z přírodních surovin.

KOFEIN (1,3,7-trimethylxanthin) se nachází v některých pěstovaných rostlinách. Kávové boby ho obsahují 1 až 2 %, čajové listy 3 až 5 %, semena koly 2 až 3 %. Pro farmacii se získává z čajových odpadků a při výrobě kávy bez kofeinu. Vyrábí se jednak methylací teobrominu, jednak úplně synteticky. Jeho používání ve formě odvaru je rozšířeno po celém světě. V nízkých dávkách (50 až 100 mg, tj. množství v jenom šálku kávy) působí stimulačně na ústřední nervstvo, srdce a žaludek. Při předávkování vzniká podrážděnost ústředního nervstva, což se projevuje nespavostí, bušením srdce apod. V lékařství se kofein často používá jako součást léků proti bolesti (analgetika).

O H3C

CH3 N

N N

O

kofein

N CH3

6




7. Alkaloidy námelové Námel (Secale cornutum) je podhoubí vřeckovýtrusé houby paličkovice nachové (Claviceps purpurea), která parazituje na obilninách, především na květech žita. Námel obsahuje různé alkaloidy, které se nejčastěji dělí na skupinu ergometrinovou, ergotaminovou a ergotoxinovou. Tyto alkaloidy obsahují asymetrické uhlíky, což způsobuje jejich optickou aktivitu. Levotočivé enantiomery jsou fyziologicky velmi účinné, proto jsou velmi ceněné ve farmacii. Na izolaci alkaloidů se převážně používá námel pěstovaný v umělých kulturách, které umožňují získávat surovinu s vysokým obsahem určité skupiny námelových alkaloidů. Kromě přírodních námelových alkaloidů se stále více uplatňují jejich hydrogenované nebo polosyntetické deriváty. Námelové alkaloidy jsou složité sloučeniny, jejich struktura je odvozená od kyseliny lysergové. Přírodní námelové alkaloidy vyvolávají nebo zesilují stahy hladkého svalstva dělohy, proto se používají zejména v gynekologii a v porodnictví. Hydrogenované deriváty rozšiřují cévy a snižují tlak krve, uplatňují se proto při léčení cévních onemocnění. LYSERGID, LSD (diethylamid kyseliny D-lysergové) je polosyntetický derivát, který patří mezi halucinogenní drogy. Po podání LSD se nejdříve objevují vegetativní příznaky (únava, husí kůže, pocení, závrati, nevolnost, zvracení), později přistupují příznaky psychické charakterizované emočními změnami, zrakovými přeludy, depersonalizací aj. Zneužívání této drogy má za následek vážné ohrožení zdraví, často i smrt.

O C

OH

H N CH3

kyselina D-lysergová HN

8. Alkaloidy nezařazené (ostatní) Do této skupiny patří alkaloidy, které pro odlišnou strukturu nemohly být zařazeny do předešlých skupin. Z farmaceuticky důležitých alkaloidů je to kolchicin a efedrin. KOLCHICIN je obsažen v hlíze a semenech ocúnu jesenního (Colchicum autumnale). Patří mezi nejprudší jedy! Maximální dávka je 0,002 g. Používá se při akutních záchvatech dny (kloubní onemocnění). Je rovněž využíván při genetických pokusech (jako mitotický jed).

7




EFEDRIN se nachází jako hlavní alkaloid v malém keři chvojníku (rod Ephedra, rostliny nahosemenné). Vyrábí se i synteticky. Používá se jako součást léků při astmatických záchvatech a při různých alergických stavech (rozšiřuje průdušky a podporuje činnost srdce). V poslední době je, stejně jako synteticky vyrobený alkaloid amfetamin, často zneužíván pro nelegální výrobu různých stimulačních drog, např.: pervitin (metamfetamin), extáze (MDMA = 3,4-methylendioxy-N-methylamfetamin), DOB (4-bromo-2,5-dimethoxyamfetamin) aj.

HN CH

CH

CH3 CH3

OH

efedrin

Literatura: KOPŘIVA, J.: Chemie pro III. ročník gymnázií, 1. díl. 2. vyd. Praha, SPN 1977. 197 s. SALAŠ, J. – HARTMANN, M.: Farmaceutická chémia. 3. vyd. Martin, Vydavatelstvo Osveta 1975. 357 s. POLANECKÝ, V.: Drogy – poznej svého nepřítele. (Propagační brožura, odb. poradce MUDr. Jiří Presl). Praha, Nakl. Media kultur, s.r.o. 2005. 27 s. BLAŽEK, Z. a kol.: Léčivé rostliny ve sběru a v kultuře. 2. vyd. Praha, SZN 1956. 455 s. KLOUDA, P.: Chemie na počítači. 1. vyd. Ostrava, Nakl. Pavel Klouda 2001. 48 s. K tvorbě chemických vzorců byl použit program ChemSketch 10.0, který je poskytován jako freeware kanadskou firmou ACD (www.acdlabs.com).

Didaktická poznámka: Toto pojednání se nezabývá problematikou drog a narkomanie. Zasvěcené informace k uvedené problematice lze vyhledat v odborné literatuře, v propagačních brožurách event. na Internetu (např. www.drogy-info.cz ). Osobní problémy s drogami a jinými zdraví škodlivými látkami Vám na naší škole pomůže řešit pověřený učitel (prevence negativních jevů). Mimo naši školu se můžete obrátit na svého lékaře, centrum drogové pomoci apod. Výše uvedené vzorce alkaloidů slouží především pro ilustraci a nejsou součástí základního rozsahu učiva 4. ročníku. Žákům maturujícím z chemie se doporučuje naučit se alespoň tři uvedené vzorce alkaloidů.

8


ALKALOIDY. Pomocný studijní text pro žáky 4. ročníku gymnázia

Recommend Documents