Як запам’ятати формули алкалоїдів 2
Спочатку зупинимося на двох сполуках, які належать до групи протоалкалоїдів. Вони не мають атома азоту в кільцях, однак містять його в складі бічних ланцюгів.
Ефедрин – це бензольне кільце з розгалуженим ланцюгом, який складається з чотирьох атомів основного звена та двох розгалужень. Азот у вигляді –NH– групи входить до складу основного ланцюга. Протоалкалоїд ефедрин міститься в траві рослин роду ефедра (Ephedra sp., Ephedraceae).
Ефедрин
Колхамін – колхіциновий протоалкалоїд – має досить складну структуру. Він складається з трьох зчленованих кілець різної ступені насиченості: одного 6-членного та двох 7-членних.
Колхамін
Намалювати його простіше, почавши малюнок з «вісімки» – двох з’єднаних вісімкою 7-членних кілець, а потім до верхнього з них зліва дорисуйте 6-членне кільце.
Молекула колхаміну має чотири –ОСН3 групи, три з яких відходять від 6-членного кільця, а четверта – від самого нижнього положення «вісімки». Азот у вигляді –NH– групи розташований у двучленному ланцюгу, який відходить від верхньої частини «вісімки» і закінчується –СН3 групою.
Колхамін, поряд з іншими алкалоїдами колхіцинової групи, міститься в клубнелуковицях видів роду безвременник Colchicum sp. (Liliaceae).
Серед істинних алкалоїдів Вам слід вивчити 13 сполук (дійсно: складне число – складний матеріал).
До похідних пирролізидину належить платіфілін. Окрім пирролізидинового остова, в його склад входить кислотний залишок, тобто платіфілін є складним ефіром.
Платіфілін
Структуру платіфіліну можна порівняти з «бобровими зубами» – різцями, такими ж міцними, як у бобра. Кріпляться вони на «яснах», нижня частина яких з правого боку спирається на –СН2О– (по-видимому, дірява), а з лівого – на –О– (ціленька); верхня частина «ясен» відгалужує в обидва боки по «парі нервів» (=О групи); самі ж «ясна» складаються з шести атомів вуглецю, один з яких вільний, а від інших відходять зв’язки: від крайніх (як вже було сказано) – =О, від ближніх до крайніх – з лівого боку =СН–СН3, справа – –ОН і –СН3, а далі зліва атом залишається вільним, справа від нього відходить –СН3 група. Тобто, іннервація у нашого «бобра» непогана: вважаємо, що «нерви» відходять і до «вух» (дві крайні =О), і до очей (зліва =СН–СН3, справа –ОН і –СН3), і до носа (одна –СН3 група).
Платіфілін міститься в кореневищах і траві жовтушника плосколистного Senecio platyphylloides Somm. et Lev. (Asteraceae); своє ім’я він отримав від видового назви рослини.
До похідних тропану належать гіосціамін і скополамін. Вони дуже схожі між собою за структурою, але скополамін містить додатково ще гетероциклічне (з атомом кисню) тричленне кільце.
Гіосціамін Скополамін
Гіосціамін утворюється додаванням до молекули тропану кислотного залишку, тобто він, як і платіфілін, є складним ефіром. У склад цього залишку входить бензильний радикал (бензольне кільце С6Н5) і, крім того, ланцюг –СОО–СН(СН2ОН) –.
Поширений у листях белени чорної (Hyoscyamus niger L., Solanaceae), звідки і назва.
При утворенні скополаміну до лівої частини гіосціаміну достраюємо трициклічне лактонне кільце. Отримана при цьому структура за зовнішнім виглядом дуже схожа на заточений олівець.
Слово «скополамін» походить від назви рослини, в кореневищі якого цей алкалоїд виявлений, – скополії карніолійської (Scopolia carniolica Jacq., Solanaceae).
Серед похідних хінолізидину розглянемо пахікарпін і цитизин.
При їх побудові до молекули хінолізидину, що має два циклогексанових кільця (пам’ятаємо, «Хіна у Лізи …»), додаються додатково два (в пахікарпіні) або одне (в цитизині) циклогексанових кільця.
Пахікарпін Цитизин
Пахікарпін – молекула полярна. Як ми бачимо з її структури, атоми азоту в ній 4–валентні, чого не може бути, якщо молекула нейтральна. Таким чином, атоми азоту несуть позитивний заряд, а сусідні з ними атоми вуглецю – негативний.
Пахікарпін – головний алкалоїд трави софори товстоплодної Sophora pachycarpa C.a. Mey (Fabaceae). Назва його походить від видового латинського назви рослини.
Цитизин – алкалоїд термопсиса ланцетного Thermopsis lanceolata R.Br. (Fabaceae), хоча своє ім’я отримав від іншого рослини родини бобові, в насінні якого міститься в великій кількості (до 3%), – золотий дощ звичайний Cytisus laburnum L.
При утворенні цитизину з молекулою хінолізидину конденсується одне 6-членне гетероцикл, що містить атом азоту (таким чином, цитизин має 2 атоми азоту в молекулі). Крім того, цитизин є хіноном, тобто одне з хінолізидинових кілець у нього ненасичене, і по ньому приєднана карбонільна група.
Серед похідних ізохіноліну розглянемо папаверин, морфін, кодеїн і глауцин.
Папаверин Глауцин
Перші три алкалоїди містяться в коробочках маку снотворного Papaver somniferum L. (Papaveraceae) – тому папаверин і носить таку назву; глауцин – в траві мачка жовтого Glaucium flavum Crantz (Papaveraceae).
Папаверин належить до бензилізохінолінових алкалоїдів, оскільки в його молекулі до основного циклу ізохіноліну приєднано бензольне кільце. Інші перераховані алкалоїди – фенантренізохінолінові, оскільки структура їх базується на двох молекулах – фенантрена (фенантрен має 3 бензольних кільця, як і антрацен, але в молекулі антрацену бензольні кільця приєднані одне до одного лінійно, а в молекулі фенантрена – два – лінійно і одне – ангулярно, тобто, під кутом) та ізохіноліну.
Щоб побудувати молекулу папаверину, додаємо до молекули ізохіноліну через –СН2 групу бензольне кільце по нижньому вуглецевому атому азотсодержащого циклу (в положенні, сусідньому з атомом азоту). Крім того, молекула папаверину містить 4 групи –ОСН3 – по дві в кожному бензольному кільці. Формула папаверину в тому вигляді, як вона зображена у Вас на малюнку, нагадує безголового робота, який механічно крокує вперед з простягнутими руками (роль кінцівок якраз і грають групи –ОСН3).
Молекула глауцина за розташуванням –ОСН3 груп дещо нагадує молекулу папаверину, але характер зв’язків між кільцями у першого трохи інший. У глауцині ми маємо вже 4 кільця: два бензольних, одне повністю насичене 6-членне гетероциклічне з атомом азоту і одне – циклогексанове. Гетероциклічне кільце в глауцині стає насиченим за рахунок приєднання до азоту метильної групи.
Якщо ж у молекулі глауцина розірвати гетероциклічне кільце в верхньому положенні його приєднання до бензольного кільця і провести внутрішньомолекулярну конденсацію з циклогексановим кільцем, зв’язати між собою бензольні кільця за допомогою нового гетероцикла – 3-членного лактонного, – а також найнижчу групу –ОСН3 прибрати зовсім, а замість самої верхньої додати –ОН, то така молекула буде називатися кодеїном.
Продовжуючи подальші модифікації, змінюємо і останню групу –ОСН3 на –ОН, – отримаємо морфін.
R = H – Морфін
Але найскладнішу формулу серед усіх тих алкалоїдів, що ми з Вами розглядаємо, має похідне індолу – алкалоїд стрихнін, – виділений з насіння чилибухи Strichnos nux vomica L. (Loganiaceae).
Стрихнін
Щоб трохи полегшити Вам її вивчення, запам’ятовуйте її по частинах. По-перше, намалюйте формулу індолу, потім до неї біля гетероциклічного кільця додавайте циклогексанове кільце. Від цього кільця побудуйте ще одне гетероциклічне кільце – ніби дзеркальне відображення першого гетероцикла (ніби, тому що верхню частину побудуйте як будинок або гараж, кому як зручно вважати). Тепер зробіть над «будинком» «дах» від гетероатома азоту до «стінки будинку», до якої він пристроєний до індолу. З верхньою частиною формули ми розібралися.
Далі до гетероциклу молекули індолу будемо дорисовувати ще одне 6-членне кільце – воно гетероциклічне, тому що має атом азоту, спільний з індолом. Біля наступного з азотом атома вуглецю приєднуємо =О групу, а симетрично до неї починаємо пристраювати будівлю з ще одного гетероциклічного кільця – цього разу з кисневим атомом, тобто приєднуємо –О–, який циклізуємо з ще двома вуглецевими атомами, а їх з’єднуємо з крайнім пунктом «фундаменту будинку». При цьому утворюється 7-членне лактонне кільце (ще й, до речі, ненасичене в місці приєднання до «фундаменту»).
Якщо Ви поступово крок за кроком будете будувати цю складну структуру, вона вже не буде здаватися Вам такою страшною, як з першого погляду.
Ви ще не забули, що ми розглядали стрихнін? Від вигляду його молекули дійсно можна «струхнути». Але справжнього студента нічого не налякає, – чи не так?
Нас будуть цікавити також три похідних пурину – теофілін, кофеїн і теобромін.
Кофеїн Теофілін Теобромін
Перший з них виділений з листя чаю Thea sinensis L. (Theaceae), хоча і міститься в них у слідових кількостях; кофеїн, як Ви вже здогадалися, – з насіння кави Coffea arabica L. (Rubiaceae), де в залежності від сорту його вміст варіює від 0,65 до 2,7% (а в листях чаю, до речі, – 1,5–3,5%!); теобромін – з насіння какао Theobroma cacao L. (Sterculiaceae), де його вміст коливається від 0,4 до 1%.
Як ми вже знаємо, молекула пурину містить 4 атоми азоту.
Розгляд формул цих трьох сполук почнемо, по-видимому, з кофеїну, у якого всі атоми, крім нижнього азоту в 5-членному кільці та сусіднього з ним вільного вуглеця, мають замісники. По трьом атомам азоту в кофеїні приєднані групи –СН3, а по двом вуглецевим атомам – карбонільні групи (=О).
Щоб побудувати на основі кофеїну теофілін, забираємо –СН3 групу від азоту 5-членного кільця, замінюючи її на водень.
Якщо ж відняти –СН3 групу в іншому місці, а саме – від азоту, розташованого між =О групами в 6-членному кільці, отримаємо теобромін.
Таку послідовність досить легко запам’ятати, згадавши свій розпорядок дня: вранці ми п’ємо каву (кофеїн), вдень – чай (теофілін), а вже ввечері найкраще – це какао (теобромін).
І, нарешті, серед псевдоалкалоїдів ми зупинимося на розгляді стероїдного алкалоїда соласодина. Він міститься в траві паслена дольчатого Solanum laciniatum Ait. (Solanaceae) і використовується головним чином для отримання стероїдного гормону прогестерону, який є важливим продуктом у синтезі кортизону.
Соласодин – це, по суті, стероїдний сапонін–монодесмозид діосгенін (згадайте, не лінуйтеся!), але замість атома кисню в положенні С27 він містить атом азоту.
Соласодин
Можна зітхнути з полегшенням! Ви подолали і алкалоїди. Тепер ще два невеликих кроки, і екзамен з фармакогнозії Вам зовсім не страшний.