Hiếm khi alkaloid và chất nào hiện diện trong cây

1. LỊCH SỬ • Các cây cỏ có alkaloid đã được con người biết và sử dụng từ rất sớm bởi tác dụng sinh lý mạnh của chúng – Thuốc phiện (Papaver somniferum)

– Mã tiền (Strycnos nux-vomica…) – Ma hoàng (Ephedra sinica) – Ô đầu (Aconitum napellus) – Curare (Strychnos toxifera, Chondrodendron tomentosum…) – Canhkina (Cinchona spp.)

– Coca (Erythoroxylon coca) – Độc cần (Conium muculatum)

1. LỊCH SỬ • Paracelsus: khái niệm về các chất tinh túy. • K. W. Scheele: các acid hữu cơ / thực vật, các base hữu cơ trong động vật. • Fourcroy (1792): chất kiềm dạng nhựa từ vỏ Canh ki na nhưng không tiếp tục NC.

• Derosne (1803) hỗn hợp narcotin + morphin trong opium → “muối thuốc phiện” và cho rằng tính kiềm của hỗn hợp là do quá trình chiết xuất có dủng chất kiềm vô cơ • Seguin (1804) cũng đã chiết xuất được morphin.

1. LỊCH SỬ • Serturner (1805): “principium opii ” đặt tên là morphium (1817) sau đó Gay Lussac → morphinium. • Pelletier & Caventou (1817-1826): strychnin, emetin (1817) brucin, caffein, piperin (1819) quinin, colchicine (1820) coniin (1826) • Gomes (1821): cinchonin

2. ĐỊNH NGHĨA ALKALOID Meissner (1819): sử dụng thuật ngữ “alkaloid” từ chữ Latin alkali = chất kiềm (từ chữ Ả rập al-qalwī: tro) oid = giống như (từ chữ Hy lạp ειδος) Alkaloid là những hợp chất hữu cơ có chứa nitơ, có phản ứng kiềm và được lấy ra từ thực vật. Thuật ngữ alkaloid chỉ được sử dụng rộng rãi từ những năm 1880 bởi tổng quan về các hợp chất này của Jacobsen.

2. ĐỊNH NGHĨA ALKALOID König (1880): “Alkaloid là những base hữu cơ tìm thấy trong tự nhiên có chứa nhân pyridin” Ladenburg: “Alkaloid là những hợp chất hữu cơ có chứa ít nhất một nguyên tử nitơ trong nhân dị vòng”. Winterstein và Trier (1910): “Alkaloid là những chất kiềm có chứa nitơ phân bố trong cả thực và động vật”. ‘Alkaloid proper’: “là những hợp chất có chứa nitơ dị vòng, ít nhiều có tính kiềm và có cấu trúc phức tạp. Những chất này giới hạn trong thực vật và phân bố rời rạc trong một số chi họ nào đó, hiếm khi hiện diện rộng rãi trong một nhóm lớn thực vật. Tất cả những chất này đều có tác động dược lý”

2. ĐỊNH NGHĨA ALKALOID Theo Polonovski (1910): Alkaloid là những hợp chất hữu cơ – có chứa nitơ, đa số có nhân dị vòng, – có phản ứng kiềm, – thường gặp trong thực vật, đôi khi gặp trong động vật, – thường có dược lực tính mạnh và – cho phản ứng hoá học với một số thuốc thử gọi là thuốc thử chung của alkaloid.

2. ĐỊNH NGHĨA ALKALOID • Dược lực tính mạnh của alkaloid – Liều dùng tối đa 1 lần (uống) • Aconitin: 0,2 mg • Arecolin, hyoscyamin: 0,5mg • Scopolamin: 1mg • Strychnin: 2 mg • Các chất chứa nitơ – Tổng hợp: Không được xem là các alkaloid • Promethazin, quinolon v.v... – Có cấu trúc tương tự: alkaloid • Homatropin, procain v.v...

2. ĐỊNH NGHĨA ALKALOID Các ngoại lệ: • Một số alkaloid: tính kiềm rất yếu → không còn. – Ricinin (Ricinus communis)

– cafein, theobromin (Coffea, Camelia, Theobroma…) – Colchicin (Colchicum) • Alkaloid gặp trong động vật: – muscopiridin (Moschus berezovski), – samandarin, samanin (Salamadra maculosa, S. atra),

– bufotenin, bufotenidin (Bufo), • Alkaloid gặp trong vi khuẩn – Pseudomonas

3. TÊN GỌI CỦA ALKALOID Tên alkaloid = gốc từ + in Tên của loài thực vật + ~in (~ine) – Tên chi • Papaverin (Papaver) · Atropin (Atropa) • Strychnin (Strychnos) · Hyoscyamin (Hyocyamus) – Tên loài • Cocain (E. coca) · Rotundin (S. rotunda) • Palmatin (J. palmata) · Serpentin (R. serpentina) – Tên thông thường • Curarin, tubocurarin (Curare) • Hyndarin (Hyndaru) • Fanchinolin (Fanchi) • Liensimin (Lianzixin)

3. TÊN GỌI ALKALOID Tên người (rất hiếm gặp) – Pelletierin (Tanret - Areca catachu), – Hörhamericin (Tabernemontana holstii), Tên các nhân vật thần thoại – Morphin (Morpheus) Theo một tác dụng nào đó của nó – Emetin (emetos – εμετος) v.v… Chú ý: – Nicotin, cinchonin – Atropin, – Febrifugin,

3. TÊN GỌI ALKALOID Các alkaloid có cấu trúc tương tự thường được gọi tên theo alkaloid chính trong cây với các tiếp vĩ ngữ – ~idin: cinchonidin, quinidin – ~inin: ergosinin, ergocryptinin – ~ilin: reserpilin – ~icin: ajmalicin – ~amin: cinchonamin, emetamin, rescinamin – ~alin: anhalin

3. TÊN GỌI ALKALOID Các đồng phân thường được gọi với tiếp đầu ngữ – pseudo~: pseudoephedrin, pseudotropin

– iso~: isopelletierin, isoajmalin – epi~: epistephanin, epilupinin – allo~: allocryptopin, allosedamin – neo~: neostrychnin, neoberanidin – nor~: norchelidonoin, norlaudanosin – homo~: homolycorin

II. CẤU TRÚC VÀ PHÂN LOẠI ALKALOID

1. Sinh nguyên của các alkaloid

2. Phân loại các alkaloid 3. Các đặc điểm về cấu trúc

1. SINH NGUYÊN CỦA CÁC ALKALOID

1. SINH NGUYÊN CỦA CÁC ALKALOID Nhóm alkaloid Pyrrolidin

Cấu trúc

Tiền chất Acid aspartic, ornithin

N

Pyrrolizidin

N

Ornithin

Tropan

N

Ornithin

Quinolizidin

N

Lysin Lysin, Acetat

Piperidin N

Isoquinolein

N

Tyrosin, Phenylalanin Tryptophan, acid anthanilic

Quinolein N

Indol

N

Tryptophan

2. PHÂN LOẠI CÁC ALKALOID

2.1. Các cách phân loại alkaloid 2.2. Phân loại alkaloid 2.2.1. Proalkaloid (Alkaloid không nhân dị vòng)

2.2.2. Alkaloid thực (Alkaloid có nhân dị vòng) 2.2.3. Pseudoalkaloid

2.1. CÁC CÁCH PHÂN LOẠI CÁC ALKALOID • Phân loại theo tác dụng dược lý • Phân loại alkaloid theo địa lý - khí hậu

• Phân loại alkaloid theo dạng cây. • Phân loại theo nguồn gốc thực vật – Alkaloid chung nguồn gốc thực vật thường có cấu trúc đặc trưng. • alkaloid họ Amaryllidaceae,

• alkaloid họ Buxaceae, • alkaloid chi Solanum, – Còn ít nhiều được sử dụng trong các chuyên khảo.

2.1. CÁC CÁCH PHÂN LOẠI CÁC ALKALOID • Phân loại theo cấu trúc hóa học – Alkaloid được chia thành nhóm có cùng khung cơ bản.

– Những khung này có cấu trúc đơn giản chỉ có 1 hay 2 vòng – Trong mỗi nhóm alkaloid có thể được chia thành những nhóm nhỏ hơn. – Tương đối logic và tiện dụng.

– Tuy nhiên không luôn luôn phản ánh đúng mối liên hệ giữa các alkaloid trong các taxon thực vật. – Thường được các nhà hoá học sử dụng.

2.1. CÁC CÁCH PHÂN LOẠI CÁC ALKALOID • Phân loại theo sinh nguyên: – Phân loại alkaloid theo nguồn gốc phát sinh. • Alkaloid dẫn xuất từ tyrosin,

• Alkaloid dẫn xuất từ tryptophan, • Alkaloid dẫn xuất từ ornithin v.v... – Thấy sự liên hệ giữa các loài trong hệ thống tiến hóa. – Được các nhà sinh lý, sinh hóa thực vật sử dụng. – Tuy nhiên, không luôn đủ bằng chứng thực nghiệm.

– Theo con đường sinh tổng hợp người ta phân ra: • Protoalkaloid. • Alkaloid “thực”.

• Pseudoalkaloid.

2.1. CÁC CÁCH PHÂN LOẠI CÁC ALKALOID • Protoalkaloid (tiền alkaloid) – Là sản phẩm của sự decarboxyl hóa acid amin và dẫn chất. • Alkaloid “thực” (alkaloid proper) – Là những alkaloid sinh tổng hợp từ các acid amin và dẫn

chất. – Có nitơ trong dị vòng.

• Pseudoalkaloid (alcaloida imperfecta) – Tổng hợp từ tiền chất không phải acid amin. – Nguyên tử nitơ được đưa vào sau này.

2.1. CÁC CÁCH PHÂN LOẠI CÁC ALKALOID • Phân loại theo sinh nguyên và cấu trúc hóa học – Kết hợp giữa phân loại theo sinh nguyên và hóa học.

– Các nhóm lớn được xếp thành theo sinh nguyên – Các phân nhóm chia theo cấu trúc hóa học. – Không khác nhiều với phân loại hóa học. Trừ một vài trường hợp cùng cấu trúc - khác sinh nguyên. – Hiện sử dụng nhiều. Đơn giản và logic hơn, đảm bảo tính chất tự nhiên về nguồn gốc.

2.2. PHÂN LOẠI CÁC ALKALOID 2.2.1. Proalkaloid (Alkaloid không có nhân dị vòng) 2.2.2. Alkaloid thực (Alkaloid có nhân dị vòng) 2.2.2.1. Alkaloid có nhân pyrol - pyrolidin 2.2.2.2. Alkaloid có nhân tropan 2.2.2.3. Alkaloid có nhân pyrolizidin 2.2.2.4. Alkaloid có nhân indolizidin 2.2.2.5. Alkaloid có nhân quinolizidin 2.2.2.6. Alkaloid có nhân pyridin - piperidin 2.2.2.7. Alkaloid có nhân indol - indolin ... 2.2.3. Pseudoalkaloid 2.2.3.1. Alkaloid có nhân purin 2.2.3.2. Alkaloid có cấu trúc terpen ...

2.2.1. PROTOALKALOID • Cấu trúc đơn giản, là Δ' decarboxyl của acid amin. • Thường là hợp chất thơm có nitơ ngoài mạch nhánh.

• Cũng được xem là các amin thơm • Không có mùi và thường có hoạt tính sinh lý mạnh.

• Một số thấy trong cả thực vật và động vật. – Noradrenalin và serotonin.

• Cũng có tác giả không coi là các alkaloid. • Vài tác giả vẫn xếp amin mạch thẳng vào alkaloid.

2.2.1.1. Alkaloid phenyl alkylamin Alkaloid có cấu trúc phenyl alkylamin COOH

COOH NH2

NH2

HO

Phenyl alanin

NH2

HO Tyramin

Capsella bursa-pastoris

HO

Tyrosin MeO

Me

N

OMe

Me

Hordenin (anhalin)

OMe Mescalin

Hordeum vulgare

Lolophora williamsii O

OH MeO HN

NH2

N

HO

Ephedrin

Capsaicin

Ephedra sinica

Capsicum annum

2.2.1.2. Alkaloid indol đơn giản Alkaloid indol đơn giản

– Tryptamin, serotonin, gramin, abrin...

2.2.1.3. Alkaloid có nhân tropolon Alkaloid có cấu trúc tropolon

3.2.2. ALKALOID THỰC •

Alkaloid thực (chính thức): – Có nitơ nằm trong nhân dị vòng

– Sinh tổng hợp từ các tiền chất là các acid amin. – Là nhóm lớn và quan trọng nhất. •

Tuỳ theo cấu trúc cơ bản của dị vòng nitơ – Chia thành nhiều nhóm. – Trong các nhóm có thể có các phân nhóm

3.2.2. ALKALOID THỰC 3.2.1.1. Alkaloid nhân pyrol và pyrolidin 3.2.1.2. Alkaloid nhân tropan

3.2.1.3. Alkaloid nhân pyrrolizidin 3.2.1.4. Alkaloid nhân indolizidin 3.2.1.5. Alkaloid nhân quinolizidin 3.2.1.6. Alkaloid nhân pyridin và piperidin 3.2.1.7. Alkaloid nhân indol và indolin

3.2.1.8. Alkaloid nhân nhân quinolein 3.2.1.9. Alkaloid nhân quinazolin 3.2.1.10. Alkaloid nhân isoquinolein 3.2.1.11. Alkaloid nhân imidazol

3.2.2.1. Alkaloid pyrol và pyrolidin

N H

N H

Pyrrol

Pyrrolidin O

O N N-Methyl pyrrolidin

N Hygrin

Erythroxylon coca

N

N

Cuscohygrin (belladonoin)

Atropa belladonna Datura metel

3.2.2.2. Alkaloid tropan N

N

Tropan

Tropanol - tropin OOC

N

OH

Hyoscyamin

O OH

N

O

Scopanol - scopin OOC

N

Scopolamin

Atropa, Hyoscyamus, Datura, Scopolia... COOCH3

COOH N Ecgonin

OH

N

OH

OOC Cocain

Erythroxylon coca

OH

3.2.2.3. Alkaloid pyrrolizidin

HO

H

N

N

Pyrrolizidin

Retronecin

CH 2OH

Senecio, Heliotropium

3.2.2.4. Alkaloid indolizidin HO

OH H

OH

N N

HO Castanospermin

Indolizidin (Fabaceae)

O N O Elaeocarpceae alkaloid

N

Phenanthroidipyrrolizidin (Asclepiadaceae)

3.2.2.5. Alkaloid quinolizidin

H N

H N

N H

Quinolizidin

H

Spartein

Sarothamnus scoparius

3.2.2.6. Alkaloid pyridin và pipreridin Pyridin

Piperidin N

N H

COOCH3

O

N Arecolin

Areca catechu

N

N H

N

Isopelletierin

Nicotin

Punica granatum Nicotiana tabacum O

O N Lobelin

Lobelia inflata

3.2.2.7. Alkaloid indol và indolin COOH NH2 N H Tryptophan

N Indol H

N Indolin H

Các indolalkylamin Me

R NH2

N Tryptamin R = H Acacia Serotonin R = OH Juglans regia N

N Abrin

Me COOH

Abrus precatorius

N Me

N Gramin Graminae OR

Me + N Me

N Psilocin R = H Psilocibin R = HPO3-

Psylocib aztecorum

3.2.2.7. Alkaloid indol và indolin • Alkaloid kiểu eserin

Me N

Me

Me

N O

N N Me Me

N

Eserin (Physostigmin) • Alkaloid kiểu b-carbolin

N b-cabolin

N

Physostigma

N

N

Harmin Me

Passiflora

3.2.2.7. Alkaloid indol và indolin • Alkaloid kiểu ergolin

Me HOOC

N

O

CH2OH

N Me

N

N Me

N Acid lysergic

N Ergolin

• Alkaloid kiểu strychnan

N Ergobasin

Clavicep purpurea H N

R1 N

H R2

N

N O

O Strychnan

H

H O

H Strychnin R1 = R2 = H Brucin R1 = R2 = OMe

Strycnos nux-vomica

3.2.2.7. Alkaloid indol và indolin • Alkaloid kiểu yohimban

N

N

N

N H

MeO

MeO H

H

N H

H

MeO

O

H

OMe

O O

O OH Yohimbin

Yohimban

N

OMe

OMe

Reserpin

Yohimba

OMe

Rauwolfia serpentina

• Alkaloid heteroyohimban

N

MeO

N

O

Heteroyohimban

N

N

MeO Ajmalicin

H

H H O

H O OMe

3.2.2.8. Alkaloid quinolein

N Quinolein Alkaloid của Canhkina HO

HO

N

R

N

R N Quinin : R = OCH3 Cinchonin : R = H

N Quinidin : R = OCH3 Cinchonidin : R = H

Alkaloid có nhân acridin N Acridin

3.2.2.9. Alkaloid quinazolin

N N Quinazolin O

O N

N

OH

N N O HO

b-Dichroin

N

O

-Dichroin

Dichroa febrifuga

N

3.2.2.10. Alkaloid isoquinolein

N • Các isoquinolein đơn giản

Meo

Meo OMe

N Me Salsolin

OMe

N OH Me Anhalonidin

3.2.2.10. Alkaloid isoquinolein • Benzylisoquinolein

MeO

MeO N

N

MeO

Benzylisoquinolein

Papaverin

• Bisbenzylisoquinolein Me N

N Me

MeO OMe OMe

OMe

Laudanosin

OMe

MeO OMe O O OMe Tetrandrin

N Me

3.2.2.10. Alkaloid isoquinolein • Aporphin OMe N R

Aporphin

O N Me

OMe

Nuciferin

N Me

O

Roemerin HO

• Morphinan O HO N R Khung morphinan

N R Morphin : R = H Codein : R = CH3

3.2.2.10. Alkaloid isoquinolein • Protoberberin O N

+

N

O

+

N OMe OMe

Protoberberin

Berberin

• Protopin N

Tetrahydro protoberberin

R

O

Khung protopin

3.2.2.10. Alkaloid isoquinolein • Phtalidisoquinolein O

N O

N Me O O

O OMe

Phthalidisoquinolein

OMe OMe

Narcotin

• Benzophenanthridin O

+

+

N R Benzophenanthridin

O

N Me O Sanguinarin

O

3.2.2.10. Alkaloid isoquinolein • Emetin MeO N

+

N

MeO

+

OMe OMe

H N Khung emetin

H N Emetin

Cephaelis ipecacuanha

3.2.2.11. Alkaloid imidazol N N H Imidazol Me

Me

N N

O

Pilocarpin

O

N N

O

Isopilocarpin

Pilocarpus jaborandi

O

3.2.3. PSEUDO ALKALOID

3.2.3.1. Alkaloid nhân purin 3.2.3.2. Alkaloid nhân mono và diterpen

3.2.3.3. Alkaloid nhân steroid 3.2.3.4. Alkaloid có cấu trúc peptid

3.2.3. PSEUDO ALKALOID 3.2.3.1. Alkaloid nhân purin O Me N O

N N

O

O

N

Me

Theobromine Theobroma cacao

Me O

Me N

N N

N

Me

Theophyllin Theobroma cacao

O

N

N N

Me

N

Me

Cafein Camellia sinensis Coffea spp.

3.2.3. PSEUDO ALKALOID 3.2.3.2. Alkaloid nhân mono và diterpen

3.2.3. PSEUDO ALKALOID 3.2.3.2. Alkaloid nhân mono và diterpen

Paclitaxel (Taxol) Taxus spp.

3.2.3. PSEUDO ALKALOID 3.2.3.3. Alkaloid nhân steroid

3.2.3. PSEUDO ALKALOID 3.2.3.4. Alkaloid có cấu trúc peptid

3. ĐẶC ĐIỂM CHUNG VỀ CẤU TRÚC CỦA ALKALOID Đa dạng về cấu trúc, các đặc điểm chung nhất: • Sinh nguyên: – Là các chất chuyển hóa bậc II có nitơ. – Phần lớn tổng hợp từ acid amin (alkaloid thực). • Cấu tạo:

– M: 100-900 (cao hơn ở các peptid alkaloid). – Công thức cấu tạo chung là CxHyNz(Ow),

– Ða số có oxy, môt số ít alkaloid chỉ có CxHyNz. – Một số alkaloid có S, Cl, hay P trong phân tử.

3. ĐẶC ĐIỂM CHUNG VỀ CẤU TRÚC CỦA ALKALOID

• Cấu tạo:

– Có 1-2 nguyên tử nitơ, có thể hơn (alkaloid dimer). – Là các hợp chất có mạch vòng • Dị vòng (phần lớn) • Vòng carbon (protoalkaloid)

– Số lượng vòng • 1 vòng (ít, thường là protoalkaloid) • 2 – 5 vòng (phần lớn). • Có thể tới 14 (dimer). Không vòng - không alkaloid!

3. ĐẶC ĐIỂM CHUNG VỀ CẤU TRÚC CỦA ALKALOID • Không được xem là alkaloid – Các chất đã xếp vào nhóm khác theo truyền thống.

• Vitamin B1, histamin, acid amin v.v... – Các base động vật

• Nucleosid. • Ngoại lệ: serotonin...

– Các chất tổng hợp (trừ Δ' alkaloid).

NH2

N N

Histamin

3. ĐẶC ĐIỂM CHUNG VỀ CẤU TRÚC CỦA ALKALOID • Nguyên tử nitơ trong alkaloid – Nitơ bậc I, II, III hay IV, thường nhất là bậc III.

– Nitơ thường liên kết với carbon hay hydro. – N liên kết với oxy → genalkaloid = alkaloid N→oxid. • Genalkaloid thường gặp: nitơ bậc III. • Có trong cây song song với alkaloid thông thường. • Được tạo thành khi oxy hóa NIII bằng hydroperoxid. • Khử hóa sẽ thu được alkaloid ban đầu.

III. TÍNH CHẤT CỦA ALKALOID 1. Tính chất vật lý của alkaloid 1.1. Các đặc điểm cảm quan 1.2. Điểm chảy, khả năng quay cực 1.3. Các đặc điểm phổ học 1.4. Tính tan của alkaloid 2. Tinh chất hoá học của alkaloid 2.1. Tính kiềm của alkaloid 2.2. Phản ứng oxy hoá – khử 2.3. Phản ứng với thuốc thử chung 2.4. Phản ứng với các màu acid

1. TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA ALKALOID 1.1. Các đặc điểm cảm quan 1.1.1. Thể chất Thể rắn • Các alkaloid có oxy: chất rắn kết tinh. – Lỏng: arecolin (C8H13NO2), pilocarpidin (C10H14N2O2). • Các alkaloid không có oxy: lỏng sánh, mùi mạnh:

nicotin (C10H14N2), coniin (C8H17N), spartein (C15H26N2). – Rắn: conessin (C24H40N2), sempervirin (C19H16N2).

1. TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA ALKALOID 1.1.2. Màu sắc, mùi vị Không màu, không mùi, vị đắng. • Một số alkaloid: vàng nhạt tới cam hay đỏ. – berberin, palmatin, chelidonin có màu vàng, – jatrorrhizin có màu đỏ cam v.v...

• Alkaloid ở thể lỏng: mùi mạnh. • Một số alkaloid có thể có vị cay, nóng: – piperin (Piper nigrum), – capsaicin (Capsicum annum), – aconitin (Aconitum).

1. TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA ALKALOID 1.2. Ðiểm chảy, khả năng quay cực và phổ tử ngoại 1.2.1. Ðiểm chảy • Điểm chảy cao và rõ ràng. • Một số chất bị phân hủy trước khi chảy. • Alkaloid lỏng: bay hơi, bền nhiệt, cất kéo hơi nước. • Vài alkaloid: thăng hoa ở 1 atm (cafein, ephedrin) 1.2.2. Năng quay cực • Tả triền (quay trái, đồng phân l-), – Quay phải: cinchonin, quinidin, aconitin, pilocarpin. – Một số chất: racemic: atropin, atropamin – Vài alkaloid không quay cực: piperin, papaverin, narcein, berberin, palmatin, jatrorrhizin. • Dạng tả triền thường có tác dụng sinh lý mạnh hơn.

1. TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA ALKALOID 1.2. Ðiểm chảy, khả năng quay cực và phổ tử ngoại 1.2.3. Phổ hấp thu tử ngoại

• Hầu hết alkaloid: lmax 250-310 nm • Một số alkaloid: vùng sóng dài hơn → khả kiến • Ứng dụng: phát hiện sắc ký, định tính, định lượng. 1.2.4. Huỳnh quang • Một số alkaloid: xanh lơ, xanh lá mạ, vàng • Ứng dụng: phát hiện, phân biệt, định lượng.