Химические свойства и химические модификации алкалоидов

Уже при первом знакомстве с химическими структурами алкалоидов можно отметить высокую степень полифункциональности большинства их них и, можно сказать, бессистемность набора функциональных групп.

К реакциям общего характера следует отнести те реакции, которые обусловлены присутствием основного атома азота во всех соединениях этого природного класса органических веществ. Исключением являются лишь некоторые представители индольных алкалоидов по причине делокализации и включения неподеленной пары электронов атома азота этого гетероцикла в ароматическую л-систему (аймалин), а также алкалоиды, атом азота которых

находится в тетраалкиламмонийном состоянии(мускарин, берберин)и,следовательно, вообще не имеют избыточных электронных пар: ни делокализованных, ни типа НЭП (в спектроскопии и в квантовой химии их обычно обозначают как п-уровни).

При анализе химических возможностей алкалоидов также необходимо учитывать и степень замещенности атома азота: они могут быть первичными (изредка), вторичными (часто) и третичными (самый распространенный вариант). Суммируя все вышесказанное о валентном состоянии атома азота в молекулах алкалоидов, химические свойства последних, обусловленные азотистой функцией, могут быть определены набором следующих главных структурных фрагментов (схема 9.5.1).

Какие же это реакции? Во-первых, это реакции солеобразования с различными кислотами, которые в зависимости от вида кислоты могут образовывать либо соли с хорошей растворимостью в воде (хлориды, ацетаты), что и используется для извлечения алкалоидов из растений, либо окрашенные

соли различной степени растворимости с такими кислотами, как фосфор-молибде- новая, фосфор-вольфрамовая, кремневольфрамовая.

К реакциям общего характера алкалоидов можно, очевидно, отнести все характерные свойства аминов вне зависимости от типа гетероцикла. К таковым можно отнести взаимодействие их кислотами Льюиса, комлексо- образование с молекулярным йодом

и серным ангидридом, N-алкилирова- ние галогенпроизводными, образование N-окисей при действии перекис- ных реагентов (схема 9.5.3).

Для алкалоидов с первичной и вторичной аминной функцией следует не забывать их отношения к азотистой

кислоте, для соединений с пиррольным фрагментом — N-H-кислотные свойства, способность всех азотистых функций (кроме тетралкиламмонийной) менять свое валентное состояние реакциями алкилирования-ацилирования. Если третичные амины с перекисью водорода образуют N-окиси, то вторичные амины (при наличии соответствующего катализа) — нитроксильные радикалы (схема 9.5.4).

Реакции частного типа могут быть определены теоретическим анализом и экспериментально для каждого конкретного алкалоида, при этом многие из них предоставляют богатую гамму химических возможностей. Например, если мы исследуем возможности

хинина в реакции с хлороводородом, то обнаружим, что взаимодействие их возможно по четырем различным центрам молекулы алкалоида: селеобразо- вание по хинолиновому азоту, солеоб- разование по хинуклидиновому азоту, присоединение по олефиновому фрагменту, замещение спиртового гидроксила. Теоретически мы можем ожидать образования 15-ти различных продуктов в этой реакции (схема 9.5.5).

Следует заметить, что некоторые алкалоиды, при наличии уникального физиологического воздействия на организм человека, в то же время обладают побочным, очень нежелательным наркотическим эффектом, по-своему тоже уникальным. В связи с этим,

исследователи пошли по пути химической модификации этих веществ с надеждой получить такие их производные, которые оставались бы при своем основном физиологическом действии и лишались бы нежелательных побочных.

Так, было синтезировано немало достаточно эффективных производных морфина, в молекуле которого проведены достаточно простые преобразования: гидрирование двойной связи, окисление спиртовой функции до ке- тонной, полное восстановление цик- логексенольного фрагмента, этерификация спиртового и фенольного

гидроксилов, переалкилирование атома азота (схема 9.5.6).

Продукты, полученные в результате всех этих химических модификаций морфина, как правило, сохраняли свой и анальгетический, и наркотический эффекты, т.е. желаемое не было достигнуто. В тоже время, введение ненасыщенных и псевдо-ненасыщенных функций к атому азота привело к достаточно кардинальному изменению активности морфиновых производных: полученные производные этого типа являлись уже антагонистами наркотиков, т.е. блокаторами опиодных рецепторов (схема 9.5.7).

9.6.