Department of Pharmacy LMU Munich - Center for Drug Research - Pharmaceutical Biology. Alkaloide. Einführungsseminar PBIII Fabian Bischoff

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1 Department of Pharmacy LMU Munich - Center for Drug Research - Pharmaceutical Biology Alkaloide Einführungsseminar PBIII Fabian Bischoff

2 Alkaloide Alkaloide sind pflanzliche Naturstoffe, die meist basisch reagieren mit mindestens einem (meist heterozyklisch gebundenen) Stickstoff und einer charakteristischen physiologischen Wirkung auf den menschlichen/ tierischen Organismus. 2

3 Ionenfalle Vakuole als Speicherkomponente sehr lipophile, ungeladene Alkaloidmoleküle gelangen durch bloße Diffusion in die Vakuole Vakuole: ph von ca. 5 Alkaloide liegen als Salze vor keine Diffusion durch Vakuolen-Membran möglich Verhinderung der pflanzlichen Auto-Vergiftung 3

4 Einteilungsmöglichkeiten 1. nach Vorkommen Vincaalkaloide, Cinchonaalkaloide, Solanumalkaloide 2. nach Strukturtyp Benzylisochinolinalkaloide, Indolalkaloide, Tropanalkaloide 3. nach Biogenese Echte Alkaloide, Protoalkaloide, Pseudoalkaloide 4

5 Einteilung nach Vorkommen Apocynaceae Rauvolfia, Vinca Fabaceae Physostigma, Lupinus Papaveraceae Papaver, Chelidonium Rubiaceae Cinchona, Cephaelis, Coffea Solanaceae Atropa, Datura, Hyoscyamus, Scopolia, Solanum darüber hinaus vereinzelt auch in wenigen Pilzen (Claviceps) und Tieren (Bufo bufo) vorkommend 5

6 Einteilung nach Strukturtyp 6

7 Einteilung nach Biogenese Protoalkaloide Pseudoalkaloide Echte Alkaloide Einfache Basen, die direkt aus Aminosäuren z.b. durch Decarboxylierung entstanden sind Tyramin, Cholin, Ephedrin Alkaloide, die strukturell mit anderen Naturstoffen verwandt und nicht Produkte des Aminosäurenstoffwechsels sind Steroid-, Terpenalkaloide leiten sich fast ausschließlich von folgenden Aminosäuren ab: Ornithin, Lysin, Phenylalanin, Tyrosin, Tryptophan 7

8 Isolierung + Gehaltsbestimmung allgemein Ausgangsdroge (gemahlen, pulverisiert) Alkalisieren (mit Base mischen) freie Base Begleitstoffen abgetrennt mit organischem LM ausschütteln ansäuern Salz aufgereinigtes Alkaloid mit polarem LM ausschütteln 8 umgekehrte Reihenfolge ebenso möglich!

9 Isolierung + Gehaltsbestimmung allgemein aufgereinigtes Alkaloid Gravimetrisch Morphin, Coffein Titration Chinin, Atropin HPLC Morphin Spektralphotometrisch Chinin, Reserpin direkte oder indirekte Bestimmung 9

10 Allgemeine Nachweise von Alkaloiden Dragendorffs Reagenz K(BiI 4- ) Mayers Reagenz K 2 (HgI 4 ) 2 R 3 N + 2H + + K 2 [HgI 4 ] [R 3 NH + HgI - 3 ] + R 3 N + H + + I - [(R 3 NH) 2 2+ HgI 4 2- ] gelblich-weißer NS orange Reinecke-Salz NH 4 [Cr(SCN) 4 (NH 3 ) 2 ] rosafarbener NS 10

11 Spezifische Nachweise von Alkaloiden Name der Reaktion Reaktion Alkaloide Murexid-Reaktion H 2 O 2, HCl, NH 3 Xanthine (Coffein) Van Urk-Reaktion Dimethylaminobenzaldehyd, Fe 3+, H 2 SO 4 Mutterkornalkaloide Marquis-Reaktion H 2 SO 4, HCHO Morphin Vitali-Morin-Reaktion HNO 3, OH - Tropanalkaloide 11

12 Tropanalkaloide I Tollkirsche Belladonnae folium Atropa belladonna Solanaceae Anwendung: Atropin als Parasympatholytikum (kompetitive Antagonisten des Acetylcholins an den Muscarinrezeptoren ) Inhaltsstoffe: 0,3-1,0% Tropanalkaloide (v.a. (S)-Hyoscyamin) ca. 20:1 (Hyoscyamin:Scopolamin) 12

13 Tropanalkaloide II Stechapfel Stramonii folium Datura stramonium Solanaceae Anwendung: Atropin als Parasympatholytikum Inhaltsstoffe: 0,1-0,65% Tropanalkaloide 4:1 (Hyoscyamin:Scopolamin) Alkaloidmindestgehalt nach PhEur: 0,25% 13

14 Tropanalkaloide III Bilsenkraut Hyoscyami herba Hyoscyamus niger Solanaceae Anwendung: Atropin als Parasympatholytikum Inhaltsstoffe: < 0,1% Tropanalkaloide 2:1 bis 1:1 (Hyoscyamin:Scopolamin) 14

15 Tropanalkaloide IV Glockenbilsenkraut (Tollkraut) Scopoliae radix Scopolia carniolica Solanaceae Anwendung: krampfhafte Magenbeschwerden Urtinktur der Pflanze wird in der Homöopathie vielfach angewendet Inhaltsstoffe: 0,3-0,8% Gesamtalkaloidgehalt 15

16 Tropanalkaloide Scopin Tropasäure Atropin: Racemat aus (R)- und (S)-Hyoscyamin 16

17 Wirkungen von Atropin auf das vegetative Nervensystem Atropin ist das Parasympatholytikum belladonna = schöne Frau Mydriasis (große Pupillen) Reduzierung der Speichelsekretion Verminderte Darmmotilität Blasenatonie Verminderte Schweißsekretion Erschlaffung der Bronchienmuskulatur Erhöhung der Körpertemperatur Erhöhung der Herzfrequenz ZNS: motorische Erregung 17

18 Tropanalkaloide- Identitätsbestimmung I Detektion mit weinsaurem Dragendorffs Reagenz Scopolamin (Rf 0,4) Hyoscyamin (Rf 0,25) Bellad. Stram. Scopolia Hyosc. Referenz Scopolamin (Rf 0,4) Hyoscyamin (Rf 0,25) Referenz: Hyoscyamin, Scopolamin Nachbehandlung mit 5%iger NaNO 2 18

19 Tropanalkaloide- Identitätsbestimmung II Detektion mit Naturstoff-PEG-Reagenz (UV365nm) Kaffeesäure Quercitrin Hyperosid Chlorogensäure Rutin Bellad. Hyosc. Scopolia Stram. Ref. 1 Ref Ref. 1: Kaffeesäure, Chlorogensäure Ref. 2: Quercitrin, Rutin, Hyperosid

20 Tropanalkaloide- Gehaltsbestimmung Belladonna Ausgangsdroge (pulverisiert) freie Base Mazeration mit NH 3, organ. LM Dauer: 2 Tage! 1. Perkolation mit DCM und Ether, einengen Salz 2. Ausschütteln mit 0,25 M H 2 SO 4 alkalisieren freie Base 1. Ausschütteln mit DCM, eindampfen min Erhitzen auf C Entfernen flüchtiger Basen Indirekte maßanalytische Bestimmung 20

21 Chinolinalkaloide Chinarinde Cinchonae cortex Cinchona pubescens (=succirubra) C. calisaya, C. ledgeriana Rubiaceae Anwendung: Chinin: Antimalariamittel Chinidin: Antiarrhytmikum Inhaltsstoffe: 5-15% Chinolinalkaloide, meist gebunden an Chinasäure 21

22 Inhaltsstoffe der Chinarinde - Chinaalkaloide Chinintyp: Cinchonintyp: 8S, 9R 8R, 9S getrennte Erfassung der Chinaalkaloide? 22

23 Chinaalkaloide Identitätsbestimmung Cinchona Detektion mit wasserfreier Ameisensäure (UV365nm) Cinchonidin Cinchonin Chinidin Chinin Ref. 1 Ref. 2 Chinarinde Ref. 1: Chinin und Cinchonidin Ref. 2: Chinidin und Cinchonin 23

24 Chinaalkaloide Gehaltsbestimmung Cinchona Ausgangsdroge (pulverisiert) Salz freie Base Salz ansäuern, Wasser, Rückfluss alkalisieren, DCM, Tragant eindampfen, in HCl lösen spektralphotometrische Bestimmung 24

25 Chinaalkaloide Gehaltsbestimmung Cinchona A (ges) = a A(A) + b A(B) + + n A(N) a, b,, n: Konzentrationen der Stoffe A, B,, N A(A), A(B),, A(N): spezifische Absorptionen der Substanzen A, B,, N A 316 (ges) = c (c) A 316 (c) + c (q) A 316 (q) A 348 (ges) = c (c) A 348 (c) + c (q) A 348 (q) 25

26 Chinaalkaloide Gehaltsbestimmung Cinchona c (q) = [A 316(ges) A 348 (c)] [A 316 (c) A 348 (ges)] [A 316 (q) A 348 (c)] [A 316 (c) A 348 (q)] 100 m c (c) = [A 316(ges) A 348 (q)] [A 316 (q) A 348 (ges)] [A 316 (c) A 348 (q)] [A 316 (q) A 348 (c)] 100 m c Cinchonin q Chinin (engl. Quinine) 26

27 Chinaalkaloide Gehaltsbestimmung Cinchona I. Man misst jeweils bei 316 nm und 348 nm die Absorptionen A 316 bzw. A 348 Diese entsprechen jeweils der Summe der Einzelabsorptionen von Chinin (q) und Cinchonin (c) bei diesen Wellenlängen Auf diese Weise lassen sich 2 Gleichungen mit je 2 Unbekannten aufstellen (c[q] und c[c]): A (316) 316 (ges) = A316 [q] + A316 [c] = A(316) [q] c[q] d + A [c] c[c] d II. A (348) 348 (ges) = A348 [q] + A348 [c] = A(348) [q] c[q] d + A [c] c[c] d Durch Referenzlösungen der Reinstoffe werden die spezifischen Absorptionen beider Verbindungen bei 316nm und 348nm bestimmt. 27

28 Chinaalkaloide Gehaltsbestimmung Cinchona Es ergeben sich also 4 Werte: A 316 (q) A 316 (c) A 348 (q) A 348 (c) A (316) 316 (ges) = A316 [q] + A316 [c] = A(316) [q] c[q] d + A [c] c[c] d A (348) 348 (ges) = A348 [q] + A348 [c] = A(348) [q] c[q] d + A [c] c[c] d Man löst die Gleichungen nach c[q] und c[c] auf und setzt sie ineinander ein 28

29 Chinaalkaloide Gehaltsbestimmung Cinchona c (q) = [A 316(ges) A 348 (c)] [A 316 (c) A 348 (ges)] [A 316 (q) A 348 (c)] [A 316 (c) A 348 (q)] 100 m c (c) = [A 316(ges) A 348 (q)] [A 316 (q) A 348 (ges)] [A 316 (c) A 348 (q)] [A 316 (q) A 348 (c)] 100 m c Cinchonin q Chinin (engl. Quinine) 29

30 Indolalkaloide Rauwolfiawurzel Rauwolfiae radix Rauvolfia serpentina Rauvolfia obversa, Rauvolfia trifoliata Apocynaceae Anwendung: Bei leichter essentieller Hypertonie Beruhigungsmittel bei Angst- und Spannungszuständen Inhaltsstoffe: 1-2 % Gesamtalkaloide (Reserpin, Ajmalin) 30

31 Indolalkaloide Yohimberinde Yohimbe cortex Pausinystalia yohimbe Rubiaceae Anwendung: pflanzliches Aphrodisiaka Inhaltsstoffe: 1-2 % Gesamtalkaloide (v.a. Yohimbin) 31

32 Indolalkaloide Quebrachorinde Quebracho cortex Aspidosperma quebracho blanco Apocynaceae Anwendung: verschiedene Hustenmittel spastische Bronchitis Inhaltsstoffe: 1-2 % Gesamtalkaloide (v.a. Aspidospermin, Yohimbin) 32

33 Indolalkaloide Yohimbin Ajmalin Reserpin 33

34 Indolalkaloide- Identitätsbestimmung Rauwolfia Detektion direkt unter UV365nm Reserpin Yohimbin-HCl x Yohimbe cortex+ Quebracho cortex: Unterscheidung: Fluoreszenzzone bei Rf ca. 0,7 (x) Auftragevolumen beachten! Ref. Rauvolfiae radix Yohimbe cortex Quebracho cortex Ref.: Reserpin, Yohimbinhydrochlorid 34

35 Indolalkaloide- Gehaltsbestimmung Rauwolfia Ausgangsdroge (pulverisiert) alkalisieren, DCM freie Base Eriochromschwarz-T- Lösung (Indikatorsäure) Alkaloide bilden mit sauren Indikatorfarbstoffen Salze Photometrische Bestimmung Ausschütteln mit DCM 35

36 Viel Erfolg im Praktikum! 36