Рослинні щелочеподобние речовини

Хоча роботи Шеєле мали величезне значення для розвитку хімії рослин, виділені їм органічні кислоти не знаходили практичного застосування і не привертали до себе уваги широкої публіки. У наукових колах під впливом цих робіт склалася думка, що до складу рослинних організмів входять тільки органічні речовини кислого або нейтрального характеру. Тому повною несподіванкою для дослідників було повідомлення німецького вченого Фрідріха Сертюрнером (1783 - 1841 рр.) Про лужних властивості органічної речовини, виділеного їм з опію (висушеного молочного соку коробочок маку).

Сертюрнер, як і Шеєле, був фармацевтом і працював в аптеці. З 1803 р він почав вивчення опію, з якого іншими дослідниками вже були отримані якісь кристалічні речовини. У 1806 р Сертюрнер виділив з опію речовину з дивними властивостями: воно поєднувалося з кислотами, утворюючи кристалічні продукти, з яких знову могло бути отримано обробкою лугом. Так могло вести себе тільки щелочеподобное речовина, але таке твердження йшло врозріз зі сталим думкою, що в рослинах можуть міститися лише речовини кислого або нейтрального характеру. Тому Сертюрнер ще і ще раз перевіряв властивості нового речовини і тільки після ретельних дослідів опублікував свою роботу у пресі. Так був відкритий перший представник великого класу рослинних речовин, які відіграли значну роль у розвитку медицини.

У 1819 р німецький вчений Мейснер назвав подібні речовини алкалоїдами (від арабського слова "жадали" - луг і грецького "ейдос" - подібний); цей термін прижився, він вживається і по сей день. Перший алкалоїд був названий Сертюрнером в честь бога сну Морфея - морфієм (зараз його називають морфіном), так як він мав яскраво вираженими наркотичними властивостями, набагато сильнішими, ніж у опію. Це сприяло тому, що на алкалоїди відразу ж звернули увагу як лікарі, так і фармацевти. Їм здавалося, що, нарешті, з рослин вдалося виділити ті, що залишалися досі невідомими діючі речовини або "квінтесенції", про які говорив Парацельс. Відкриття алкалоїдів мало настільки важливі наслідки, що Паризька Академія в 1831 р присудила Сертюрнером спеціальну премію в розмірі 2 тис. Франків. Слідом за морфіном був виділений ще ряд алкалоїдів, і всі вони чинили сильний фізіологічний вплив на організм людини і тварин.

Видатне місце в історії відкриття алкалоїдів займають імена французьких фармацевтів Пельтьє і Кавенту. У 1818 р вони виділили з чилибухи надзвичайно отруйні алкалоїди - стрихнін і Бруніні. Але особливу славу принесло їм відкриття в корі хінного дерева алкалоїду хініну, носія цілющих властивостей, єдиного на той час кошти від малярії. Відкриття алкалоїдів слідували одна за одною. Багато з них відразу ж ставали надбанням медицини. У 1819 р з кави була виділена кофеїн, в 1828 р з тютюну - нікотин, в 1833 р з беладони - атропін і т. Д.

Як правило, алкалоїди та їх солі з кислотами (соляної, сірчаної, азотної та ін.) Представляли собою досить стійкі кристалічні речовини, які було зручно приймати в розчині або у вигляді порошку. Але, головне, вперше з'явилася можливість розробити і здійснити точне дозування діючих речовин, виділених з лікарської рослини. В цьому відношенні застосування алкалоїдів відкрило нову епоху в розвитку медицини. Відомий російський вчений Е. А. Шацький, який написав першу монографію про алкалоидах, писав в 1889 р .: "Відкриття алкалоїдів, що послідувало на початку нинішнього століття, мало для медицини майже таке ж важливе значення, як відкриття заліза для світової культури".

Почалося детальне вивчення впливу алкалоїдів на організм тварин і людини, так зване фармакологічне вивчення. При цьому було встановлено, що алкалоїди володіють широким спектром дії. Одні з них можуть розширювати просвіти кровоносних судин і викликати посилене кровообіг (атропін), інші підвищувати тонус скелетних м'язів (стрихнін) або зовсім розслабляти їх (тубокурарин), усувати почуття болю (морфін, кокаїн), розширювати зіницю (атропін) і звужувати його ( пилокарпин), порушувати дихання (лобелін) і т. д. Таким чином, медицина отримала в своє розпорядження надійний інструмент впливу на багато фізіологічні процеси, що протікають в людському організмі, управління якими необхідно для успішного лікування мног їх захворювань.

Вивчення хімічного складу алкалоїдів показало, що це досить складні органічні сполуки, вони, крім звичайних для органічних сполук вуглецю і водню, містять азот, який і зумовлює лужні властивості цих речовин.

Вчені не тільки точно встановили їх склад і будова, але і навчилися штучно отримувати, синтезувати їх. Однак якщо в рослинах синтез алкалоїдів здійснюється з незначними витратами енергії і вихідних матеріалів, то штучний синтез більшості алкалоїдів вимагає великих витрат і того і іншого. Економічно доцільніше виділяти вже готові алкалоїди з природних хімічних лабораторій - рослин.

Незабаром після відкриття перших алкалоїдів постало питання про промислове виробництво їх. І тут вчені зіткнулися ще з однією загадкою. Кількість алкалоїдів, що отримується з різних партій сировини, сильно коливалося, а іноді дорівнювало нулю. Спочатку всю провину за це покладали на недосконалу технологію виробництва. Однак з появою методів кількісного аналізу алкалоїдів стало ясно, що винна не технологія: різні партії сировини містили різну кількість алкалоїдів, що впливало на їх промисловий вихід. Тоді хіміки провели такий досвід: від рослин, які ростуть в одних і тих же умовах, стали брати на аналіз сировину в різні терміни. Виявилося, що в різні терміни розвитку вміст алкалоїдів в рослині неоднаково. Зазвичай ранньою весною, коли рослина тільки починає розвиватися, кількість алкалоїдів найменше і поступово зростає до початку цвітіння; в період цвітіння воно залишається на максимальному рівні або дещо знижується.

Така залежність кількісного вмісту була відзначена у багатьох діючих речовин лікарських рослин. Звичайно, як завжди, із загального правила можуть бути винятки, так, алкалоїд тріакантіна присутній тільки в молодому листі гледичии, в листі старше 10 днів його вже немає.

Таким чином, дослідження динаміки накопичення алкалоїдів в рослинах дозволили відповісти на дуже важливе практичне питання: коли в рослинній сировині міститься максимальна кількість алкалоїдів і коли слід його заготовляти. При цьому було також з'ясовано ще одна обставина, а саме: не всі частини рослини рівноцінні за змістом алкалоїдів. Так, морфін міститься тільки в молочному соку коробочок маку, в листі, стеблах і насінні його немає; кофеїн міститься переважно в зернах кави; нікотин - в листі тютюну; хінін в корі хінного дерева і т. д. Так була отримана відповідь на ще одне важливе питання, які частини рослин можуть служити сировиною для отримання алкалоїдів.

До теперішнього часу на вміст алкалоїдів досліджені тисячі рослин і виділено кілька сотень алкалоїдів. Не всі вони знайшли застосування в медицині: одні не мають корисним для людського організму фізіологічним дією, фізіологічна дія інших ще не вивчено.

Рослини, що містять алкалоїди, виростають в тропіках і в більш холодних областях земної кулі. Однак в країнах з жарким і вологим тропічним кліматом їх набагато більше, ніж в країнах помірного пояса. У нашій країні найбільш багаті алкалоідоносамі райони середньоазіатських і закавказьких республік. Алкалоідоноси зустрічаються головним чином серед дводольних рослин, серед однодольних їх значно менше. Алкалоїди містяться і в багатьох культурних рослинах: чаї, каві, тютюні, маці, какао, навіть в добре всім відомому картоплі є так звані глікоалкалоіди, з якими більш докладно ми познайомимося нижче.

У рослині алкалоїди перебувають у вигляді солей різних органічних, а в деяких випадках і мінеральних кислот - яблучної, лимонної, щавлевої, сірчаної та ін. Більшість алкалоїдів майже нерозчинні у воді, але їх солі прекрасно розчиняються у воді і, отже, в клітинному соку, де вони і містяться.

Алкалоїди знаходять застосування не тільки в медицині, хоча вона і є головним їх споживачем. Алкалоїд анабазин, виділений з середньоазіатського рослини анабазис, досить широко застосовується як інсектицид в боротьбі з шкідниками бавовнику та інших рослин. Алкалоїд пізньоцвіту колхіцин застосовується в рослинництві для виведення поліплоїдних форм рослин. Такі рослини, як чай, кава, тютюн увійшли в побут всіх народів саме через наявність в них алкалоїдів (кофеїну - в чаї та кава, нікотину - в тютюні).

В даний час багато алкалоїди міцно увійшли в арсенал лікувальних засобів медицини. Важко собі уявити сучасну медицину без таких лікарських засобів, як атропін, кодеїн, морфін, лобелії, пілокарпін, скополамін, стрихнін, ефедрин та ін.

Багато нових алкалоїдів було виділено з рослин радянськими вченими. Радянська школа хіміків-алкалоідніков, створена академіком А. П. Горіховим (1881 - 1939 рр.), Займає одне з провідних місць в світі.

Олександр Павлович Орєхов народився в 1881 р За участь у студентському русі 1905 був виключений з Катеринославського вищого гірничого училища і емігрував до Німеччини, де в 1908 році закінчив Ґісенський університет, а в 1909 році захистив дисертацію на ступінь доктора філософії. Протягом багатьох років А. П. Орєхов працював в Женеві і Парижі і став відомим завдяки своїм дослідженням в області так званих внутрішньо молекулярних перегрупувань - одному з найскладніших розділів хімії органічних речовин. У 1928 р А. П. Орєхов повернувся в СРСР і тут в Науково-дослідному хіміко-фармацевтичному інституті ім був організований алкалоїдний відділ, який став школою радянських хіміків-алкалоідніков. Відділ під керівництвом А. П. Орєхова почав систематичне вивчення флори СРСР з метою виявлення нових акалоідоносов. До приїзду А. П. Орєхова в СРСР така робота проводилася досить повільними темпами. Під керівництвом А. П. Орєхова вона набула великого розмаху. У всі кінці нашої великої батьківщини щорічно споряджалися експедиції, якими беззмінно керував великий знавець лікарської флори і народної медицини Питирим Сергійович массагетах. За 6 років існування алкалоідного відділу невеликого колективу співробітників вдалося виділити близько 40 нових алкалоїдів. За цей же самий час в Індії було виділено 20 нових алкалоїдів, в Японії - 18, в Англії - 12, в Китаї - 10. Всього за ці 6 років було відкрито 113 нових алкалоїдів, з них 35,5% припадало на частку алкалоідного відділу науково-дослідного хіміко-фармацевтичного інституту, очолюваного А. П. Горіховим.

А. П. Орєхов спільно з професором Г. П. Меншиковим виділили з середньоазіатського рослини анабазис алкалоїд анабазин, який знайшов широке застосування в сільському господарстві для боротьби з комахами. З середньоазіатського рослини солянки Ріхтера їм було виділено алкалоїд сальсолін, що знайшов застосування в медицині як засіб, що знижує кров'яний тиск. У 1939 р А. П. Орєхов обраний академіком.

Практичне значення алкалоїдів не вичерпується тільки їх застосуванням в медицині. Важливе значення вони мають як моделі, або зразки для синтезу нових лікарських речовин з наперед заданими властивостями. Проведення таких робіт стало можливим після того, як вчені розшифрували хімічну будову цих дуже складних органічних сполук. Поступово стали накопичуватися відомості про зв'язки між будовою алкалоїдів і їх дією, після чого були зроблені перші спроби синтезу аналогічних з'єднань. Так, використовуючи в якості моделі молекулу алкалоїду кокаїну, що володіє болезаспокійливими властивостями, був синтезований новий надзвичайно цінний лікарський препарат новокаїн. Новокаїн, на відміну від кокаїну, не викликає небезпечного звикання, молекула його більш проста і синтез обходиться порівняно дешево. Молекула алкалоїду хініну послужила моделлю для синтезу численних протималярійних препаратів, з яких найбільш відомі акрихін і плазмоцид.