Методы выделения и установления структуры

Методы выделения и установления структуры. Главной проблемой при выделении алкалоидов является отделение вещества от балластного материала, составляющего главную массу растительного сырья.

В случае с легколетучими алкалоидами, выделение производится путем отгонки с водяным паром, однако такие случаи редки. Так как обычно алкалоиды находятся в растении в виде различных кислот, то необходимо сначала освободить их путем смачивания измельченного растения раствором щелочи. Нередко для извлечения алкалоидов прибегают к экстракции при помощи подходящих растворителей. Подобные методики выделения делятся на две группы экстракция в виде солей и экстракция в виде свободных оснований.

В первом случае растительное сырье обрабатывается подходящим растворителем, к которому прибавляется небольшое количество какой-либо кислоты уксусной, соляной, винной, лимонной и др Экстракция ведется обычно в конических экстракционных аппаратах перколяторах, в которые загружается мелко размолотое сырье и заливается растворитель. После настаивания в течение нескольких часов раствор медленно выпускают через кран, имеющийся в нижней части перколятора, а сырье снова заливают свежим растворителем и продолжают так до полного извлечения, т.е. до того момента, когда в пробе жидкости, стекающей из перколятора, при помощи подходящих качественных реакций не удается больше открыть присутствие алкалоида. Еще более совершенной является непрерывная перколяция при этом способе, по мере того как из крана перколятора медленно сливается раствор, в верхнюю его часть автоматически добавляется такое же количество свежего растворителя.

При наличии аппаратуры целесообразно использование экстракцию в нескольких перколяторах по принципу противотока раствор, вытекающий из первого перколятора, поступает на свежее сырье, находящееся в во втором перколяторе из второго обогащенный раствор поступает на свежее сырье в третьем перколяторе и т.д. Этим путем удается получить более концентрированные растворы алкалоида и обойтись с меньшим количеством растворителя.

На производстве устанавливаются экстракционные батареи, состоящие из 5-10 перколяторов.

Соли алкалоидов обычно растворимы в воде, спиртах метиловом и этиловом и нерастворимы в эфире и углеводородах. Поэтому при извлечении алкалоидов в виде солей в качестве растворителя обычно применяется вода или спирт. Хотя экстракция алкалоидов идет в большинстве случаев легко и быстро, однако этот способ имеет недостаток, что спирт, а особенно вода, извлекает из растений наряду с алкалоидами большое количество так называемых экстрактивных веществ белки, смолы, дубители, слизи и др присутствие которых часто сильно затрудняет обработку таких растворов.

Экстракция алкалоидов в виде свободных оснований. При этом методе необходимо предварительно выделить алкалоиды, находящиеся в растении в виде солей, что достигается обработкой щелочью. Иногда для этого слегка влажный порошок растительного сырья тщательно смешивают с сухим основанием окись магния или известь, а затем подвергают экстракции. В других случаях растение смачивают и тщательно растирают с раствором щелочи аммиак, сода, едкий натр и затем подвергают экстракции в перколяторе.

Так как свободные алкалоиды растворимы не только в воде и спирте, но и в большем числе органических растворителей, то выбор подходящего растворителя в этом случае гораздо богаче. Чаще всего для этой цели применяют бензол, дихлорэтан, реже пользуются эфиром, хлороформом, четыреххлористым углеводородом, петролейным эффиром и керосином. Сама экстракция ведется путем перколирования совершенно так же, как в случае экстракции в кислой среде.

Выбор подходящей щелочи является очень важным моментом, так как многие алкалоиды очень чувствительны к действию сильных щелочей и могут при этом подвергаться нежелательным изменениям, также могут встретить случаи, когда алкалоид представляет собой настолько сильное основание, что для его выделения из солей недостаточно слабых оснований вроде аммиака. Предварительная экстракция. Для разделения смеси алкалоидов от балластных веществ применяется способ предварительной очистки сырья.

Для этого сырье сначала обрабатывают какой-либо слабой кислотой или солью, имеющей слабокислую реакцию и подвергают экстракции бензолом или петролейным эфиром. Алкалоиды, будучи связаны в виде солей, в эти растворители не переходят, а растворитель извлекает только нейтральные или кислые экстрактивные вещества. После этой предварительной обработки растительный материал снова обрабатывают подходящей щелочью и вторично извлекают по тому же способу.

Раствор алкалоидов при этом получается значительно более чистым, содержащим гораздо меньше посторонних веществ, и выделение из него чистых оснований значительно облегчается. Однако, вследствие громоздкости и большой затраты времени этот метод применяется только в исключительных случаях, там где приходится иметь дело с сырьем, особо богатым балластными веществами, или в случае очень чувствительных и легко изменяющихся алкалоидов. Экстракты, полученные тем или иным способом, содержат алкалоиды и балластные вещества, или в виде солей, или уже в свободном виде. Сообразно с этим дальнейшая обработка их несколько отличается.

Далее проводится обработка экстрактов. При этом для выделения алкалоидов из водных, кислых растворов их солей эти растворы подщелачиваются и алкалоиды отсасываются если они труднорастворимы в воде и прямо выпадают в твердом виде или же извлекаются подходящим растворителем эфиром, хлороформом, бензолом, амиловым спиртом и др не смешивающимся с водой.

Такую обработку часто проводят многократно. В случае спиртовых кислых растворов необходимо сначала удалить спирт, что делается путем отгонки на водяной бане остающаяся после этого густая масса обрабатывается водой или разбавленной кислотой, причем часть смолистых веществ остается нерастворенной и отделяется путем фильтрации. Эти смолы часто адсорбируют значительное количество алкалоидов, так что приходиться обрабатывать их несколько раз горячей водой или разбавленной кислотой до полного выделения из них алкалоидов.

В последнее время для выделения алкалоидов из водных или кислых диффузионных соков применяется более простой метод адсорбции. В качестве адсорбента обычно применяются угли и ионообменные адсорбенты природные глины или искусственные смолы. Растворы свободных алкалоидов в не смешивающемся с водой растворителе, полученные путем щелочной экстракции растения, обычно значительно чище, чем водные и спиртовые экстракции, т.е. содержат меньше балластных веществ.

Для получения из них алкалоидов эти растворы сначала взбалтываются с разбавленной кислотой 1-5 , в которую переходят все алкалоиды. Последние, таким образом, сразу концентрируются в сравнительно небольшом объеме жидкости. Этот кислый раствор подвергается обычной очистке, подщелачивается и алкалоидная смесь или отсасывается или снова извлекается органическим растворителем. Разделение алкалоидов. Разделение алкалоидов на основании различных температур кипения. Этот метод используется в случае, когда алкалоиды, находящиеся в смеси, сильно отличаются один от другого по своей температуре кипения.

Таким образом, возможно разделить их путем дробной перегонки. Методы, основанные на различии растворимости. Различие в растворимости алкалоидов и их солей в различных растворителях является основой наиболее часто применяемых методов их разделения и очистки. Уже при извлечении суммы алкалоидов из первичного кислого раствора, полученного при экстракции, можно, путем применения различных несмешивающихся органических растворителей, достигнуть частичного разделения смеси.

Так, например, при взбалтывании подщелоченного раствором эфиром в последний переходит часть алкалоидов, тогда как часть остается в водном растворе и извлекается из него только применением другого растворителя, например хлороформа или бензола. Такое частичное разделение алкалоидной смеси на две или более группы, применялось например, в случае алкалоидов кактуса - Anhalonium. Это разделение, конечно, никогда не бывает полным и представляет собой только грубую первую фракционировку.

Разделение на основании различной силы основности. Метод основан на том, что различные алкалоиды обладают различной силой основности. Если к смеси таких алкалоидов прибавить количество кислоты, недостаточное для нейтрализации всей массы, то в первую очередь с кислотой свяжутся наиболее сильные основания, тогда как более слабые останутся свободными. Наоборот, если к раствору смеси алкалоидов в теоретическом количестве какой-либо кислоты прибавить количество щелочи, недостаточное для освобождения всей суммы алкалоидов, то в первую очередь разложатся соли наиболее слабых оснований, тогда как сильные останутся в связанном с кислотой виде. Разделение этим способом обычно бывает неполным, в особенности при сложных смесях, и в отдельных фракциях наблюдается обогащение одним из оснований.

Для полного разделения и очистки этот метод комбинируют с другими способами, основанными на кристаллизации солей или свободных оснований.

Разделение на основании различной адсорбционной способности хроматография. Метод хроматографии состоит в том, что через колонку, наполненную адсорбентом, пропускается испытуемый раствор, содержащий несколько алкалоидов. После того как раствор полностью проникает в слой адсорбента, колонку промывают органическим растворителем или смесью нескольких растворителей и собирают отдельные фракции вытекающей из колонки жидкости. Дальнейшая обычная обработка отдельных фракций позволяет выделять индивидуальные соединения.

Разделение путем получения производных. Он используется в случаях, когда алкалоиды, находящиеся в смеси, отличаются одни от других такими химическими особенностями, которые позволяют произвести их разделение путем получения каких-либо подходящих производных. Этот метод разделения основывается на том, что один из алкалоидов вступает в реакцию с каким-либо реактивом, тогда как другой остается неизменным. Свойства образовавшегося таким образом производного первого алкалоида растворимость и пр. часто сильно отличаются от свойств исходного вещества и позволяют провести разделение его обычным методом кристаллизации.

Основным условием при этом является то, что алкалоид должен легко обратно получаться из полученного производного и не должен претерпевать при этом никаких существенных изменений. Общие методы изучения структуры. При изучении структуры алкалоидов особо важную роль играют реакции размыкания гетероциклических колец, так как они позволяют перейти от сложных полициклических структур к более простым.

Наряду с этими реакциями большое значение имеют также реакции, ведущие к установлению основного азотно-углеродистого скелета изучаемого алкалоида, т.е. той упрощенной структуры, которая остается после удаления боковых групп и цепей. Типичными примерами являются реакции раскрытия кольца, в частности одной из важнейших является гофманский распад и его модификация распад по Эмде. Это удается осуществить благодаря тому, что при нагревании четвертичных оснований, последние распадаются с образованием воды, третичного амина и ненасыщенного углеводорода. При изучении алкалоидов, являющихся третичным основаниями с метильной труппой при азоте, бывает важно перейти к соответствующему вторичному основанию, лишенному этой группы, т.е. надо провести диметилирование.

Эта реакция осуществляется действием бромциана сухой перегонкой хлор- или иодгидрата с отщеплением хлорметана или иодметана действием хлоргидритов на основание, дающее сначала хлорамин, восстанавливающийся до вторичного амина метод Вильштеттера окислением основания перманганатом, дающее соответствующую N-карбоновую кислоту, самопроизвольно теряющую CO2 действием азотной кислоты при повышенной температуре на третичное основание.

Наиболее часто применяются разнообразные методы окисления и восстановления, имеющие своей целью либо видоизменение тех или иных групп молекул, или провести распад молекулы на более простые части.

В качестве окислителей используют перманганат в различных средах и хромовую кислоту в кислой среде. В качестве восстановителей применяют водород в момент выделения или же элементарный водород в присутствии металлических катализаторов. 5. Растения - продуценты алкалоидов краткая ботаническая характеристика. Биологические особенности распространение в природе. Особенности культивирования. CAREX L Осока. сем. Осоковые Cyperaceae Краткое описание. Осоки похожи на травы, и большинство их растут на болотистых местах и вдоль водоемов.

С первого взгляда растения можно спутать со злаками, но есть одна особенность, которая позволяет узнать их в лицо это трехгранный стебель, ребра которого могут быть острыми или закругленными. Большинство осок - многолетники с длинным или укороченным корневищем. Род Саrех охватывает множество видов, отличающихся друг от друга не только по облику и высоте, но и по экологическим требованиям. Среди них найдутся горные виды, арктические, а также низменные и болотные виды, растущие на мокрых кислых лугах, торфяниках, песчаниках. Одни образуют небольшие плотные подушки, другие большие кустарники или зеленые ковры.

Цветки однодомные или двудомные, состоящие из одного или двух колосков, которые могут быть двуполыми, мужскими или женскими. Плод пушистая семянка. Осоки декоративны в период цветения своими пыльниками, повисающими на тонких нитях. Род Carex - крупнейший род, включающий около 2000 видов. Представители Carex произрастают по всему земному шару от высокой Арктики до самых южных пределов распространения покрытосеменных, встречаясь во всех климатических зонах, но наиболее характерен этот род для умеренных и холодных областей северного полушария.

На территории бывшего СССР встречается около 400 видов осок. 87 видов с подвидами произрастают на территории флоры северо-востока европейской части. Самая многочисленная группа осок представлена здесь бореальными видами, из которых наибольшее распространение имеют C.aquatilis ssp.aquatilis, C.rostrata, C.vesicaria, C.globularis, C.caespitosa, C.diandra, C.cinerea.

Небольшая часть осок является арктическими видами C.aquatilis ssp.stans, C.bigelowii ssp.arctisibirica, C.rariflora, C.glacialis, C.rotundata, C.misandra, C.ursina. К арктоальпийской группе видов принадлежит C.atrata, C.rupestris, C.fuscidula, C.crause, C.ledebouriana, C.atrofusca, C.bicolor, C.tripartita. Неморальными элементами флоры являются C.digitata, C.ornithopoda, C.pediformis ssp.rhizodes, C.muricata, C.contigua.

Эти виды приурочены, как правило, к карбонатным почвам и встречаются большей частью на возвышениях рельефа. На территории европейского северо-востока Росии лежат единичные местонахождения горно-степных C.praecox, C.obtusata видов. Большинство видов Carex связано в своем распространении с различного типа болотами, луговыми ассоциациями преимущественно гигрофильного характера, заболоченными тундрами, берегами водоемов. Некоторые осоки C.recta, C.paleacea, C.salina, C.subspathacea, C.maritima, C.glareosa, C.mackenziei, C.ursina обитают по морским побережьям на приморских лугах, песках, галечниках.

Отдельные виды, ксерофильные, встречаются на сухих местообитаниях щебенистых, каменистых и мелкозернистых склонах, песчаных местах, известняковых обнажениях C.rupestris, C.obtusata, C.praecox, C.ornithopoda, C.pediformis ssp.pediformis, C.glacialis, C.fuscidula. Лесными видами являются C.digitata, C.pediformis ssp.rhizodes, C.macrouta. Осокам принадлежит весьма существенная роль в сложении растительного покрова флоры территории европейского северо-востока Росии. В особенности это относится к видам, произрастающим обычно в массовом количестве и занимающим нередко большие пространства C.aquatilis ssp.stans, C.aquatilis ssp.aquatilis, C.bigelowii ssp.arctisibiria, C.rotundata, C.rostrata, C.rhycchophysa, C.rariflora, C.globularis и др Полезные свойства.

Хим.состав. Применение. По данным об известном химическом составе, полезных свойствах и применении различных видов представителей рода Carex, произрастающих на интересующей нас территории составим таблицу.

Таблица 1. ВидХим.составПолезные свойстваC.acuta L. C.gracilis Сurt О.острая. ФитонцидыФитонциды обладают антибактериальными свойствами. В Беларуси входит в состав сбора для мытья головы при себорее. Пригодна как сырье для целлюлозно-бумажной промышленности. Как плетеночный материал. Кормовое для сх животных. Декоративное. C.acutiformis Ehrh О.заостренная. Листья фенолкарбоновые кислоты и их производные хлорогеновая. Флавоноиды изоориентин, трицин, 5-глюкозид трицина.

C.cespitosa L О.дернистая. Входят в состав полюстровского торфа, используемого в практической медицине для стимуляции регенеративных процессов поврежденных тканей, нормализации обмена веществ, улучшения местного кровообращения, как аналгезирующее. Входят в состав полюстровского торфа, используемого в практической медицине для стимуляции регенеративных процессов поврежденных тканей, нормализации обмена веществ, улучшения местного кровообращения, как аналгезирующее.

Мягчительное, при цинге, часотке. C.dioica L О.двудомная. Экстракт проявляет бактерицидную активность. Подз.ч Диуретическое, при ревматизме. Кормовое для сх животных. C.hirta L О.волосистая. ФитонцидыФитонциды обладают антибактериальными свойствами. Настой-отхаркивающее при заболеваниях верхних дыхательных путей, родовспомогательное, диуретическое отвар при ларингите, бронхите, женских болезнях, неврозах, мягчительное при цинге, часотке.

C.nigra L. Reichard- О.черная. Циклитолымезоинозит. Витамины группы B,PP,H. Листья Флавоноиды трицин. Хиноны пластохинон. C.praecox Schreb О.ранняя. Подз.ч. В Беларуси и Брянской обл. отвар внутри ванны-при ревматизме и радикулите. Надз.ч. пригодна как плетеночный, набивочный, упаковочный материал, для изготовления веревок. Кормовое для сх животных. C.riparia Curt. О.береговая. Листья. Фенолкарбоновые кислоты и их производные хлорогеновая. Флавоноиды изоориентин гомоориентин, 6-С-глюкозид лютеолина, трицин 5-глюкозид трицина.

В Сибири при женских болезнях. Надз.ч. Пригодна как сырье для целлюлозно-бумажной промышленности, как плетеночный, набивочный, упаковочный материал. Перганос. Кормовое для КРС. Декоративное. Таким образом, осоки обладают рядом лечебных свойств, применяются в качестве сырья целлюлозно-бумажной промышленности, для поделочных целей. Некоторые виды используются в качестве декоративных растений и для озеленения территорий.

Осоки также находят применение в качестве корма для сельскохозяйственных животных. Информация о культивировании осок автору не встречалась, однако тот факт, что различные виды рода Carex применяются в декоративных целях, свидетельствует о том, что на практике это применяется. Вероятно, эта процедура проводится по стандартным ботаническим приемам. Также приведем информацию об осоке парвской. Этот представитель достаточно изучен, но произрастает исключительно в южных регионах. Из этого вида осок был извлечен ряд алкалоидов и изготовляемые препараты на этой основе нашли применение в медицинской практике, в частности в акушерской.

Осока парвская, Carex Brevicollis DC. Многолетнее растение 30-45 см высоты, с укороченным густодернистым корневищем, семейства осоковых Cyperaceae. Листья тонкокожистые, гладкие, 3-5 мм ширины. Соцветие состоит из 2-3 колосков, из которых один мужской толстый, ржавый, остальные женские. Плод орешек. Растет в светлых лесах, кутсарниках Среднеднепровья, по склонам гор Западного и Южного Закавказья.

Листья и корни растения содержат алкалоиды, причем содержание их в указанных органах растения неодинакого. По данным Г.В.Лазурьевского, И.В.Терентьевой и А.В.Боровкова, содержание бревиколлина в листьях достигает 95 от всей суммы алкалоидов, в корнях 50 , содержатся также бревикарин, гарман и др. Бревиколлин относится к производным индола. Это бескислородное основание состава C17H19N3. Второй алкалоид осоки парвской относится к производным карболина бревикарин C17H21N3, близкий по своему строению к бревиколлину.

Фармакологические свойства алкалоидов осоки парвской. Впервые фармакологическое исследование алкалоида бревиколлина было проведено В.М.Черновым, показавшим, что гидрохлоргидрат бревиколлина стимулирует дыхание, понижает артериальное давление, снимает сосудистые спазмы, усиливает сокращения кишечника и матки, обладает ганглиоблокирующими свойствами. В дальнейшем исследования бревиколлина были продолжены А.И.Лесковым в лаборатории фармакологии ВИЛАР. Им подтверждены данные, полученные В.М.Черновым, выявлены ведущие фармакологические свойства алкалоида и дано обоснование возможности использования его в медицинской практике.

Бревиколлин усиливает сократительную функцию мускулатуры матки, повышает ее тонус в дозах, которые еще не оказывают влияния на другие систамы и органы. С этой точки зрения можно считать действие бревиколлина на матку избирательным. Бревиколлин изучался в сравнении с пехикарпином и отчасти изоверином.

Внутривенное введение алкалоида в дозе 0,35-1 мгкг вызывает повышение тонуса матки у наркотизированных кошек и морских свинок с одновременным учащением и увеличением амплитуды ее сокращений. Пехикарпин и изоверин в таких дозах вызывают меньший эффект. По токсичности у мышей бревиколлин близок к пахикарпину. Повышение тонуса матки, усиление и учащение ее сокращений отмечены также у кошек при введении алкалоида в двенадцатиперстную кишку в дозе 1 мгкг. Препарат обладает ганглиоблокирующими свойствами, которые, по-видимому, можно объяснить его гипотензивное действие. Применение в медицине.

Бревиколлин применяют в акушерской практике в качестве средства для ускорения родовой деятельности в случаях родовых потуг и раннем отхождении вод, а также при заболеваниях, когда целесообразно уменьшить возбудимость узлов вегетативного отдела нервной системы облитерирующий эндартериит, перемежающаяся хромота, ганглиониты и др Препарат бревиколлина гидрохлорид Brevicollini hydrochloridum.

Светло-кремовый с желтоватым оттенком кристаллический порошок. Растворим в воде, легко растворим в спирте. Как маточное средство бревиколлин назначают внутрь в виде 3 раствора по 20-25 капель на прием 4-5 раз в день с интервалами 1 час. Для более быстрого эффекта назначают в мышцу по 1-2 мл 2 раствора 0,02-0,04 г 3-4 раза в день с интервалом 1 час между инъекциями. Как спазмолитическое при спазмах периферических сосудов и ганглиотитах бревиколлин назначают в 3 растворе по 20-25 капель на прием 2 раза в день. При применении бревиколлина иногда могут возникнуть шум в ушах, чувство оглушения, исчезающие при уменьшении дозы. Не следует назначать внутрь при язвенной болезни желудка и острых гастритах в стадии обострения из-за местного раздражающего действия препарата.

Его нельзя вводить под кожу.