Alkaloide

Erste Seite der Publikation, in der Carl Friedrich Wilhelm Meißner definiert, was ein „Alkaloid “sei.

Strukturformel des Alkaloids Morphin

Alkaloide(Wortbildung ausarabischالقلية,DMGal-qalya‚diePflanzenasche‘ und griechisch-oides:„ähnlich “) sind natürlich vorkommende, chemisch heterogene, meistalkalische,stickstoffhaltigeorganischeVerbindungen desSekundärstoffwechsels,die auf den tierischen, also auch menschlichen Organismus wirken.

Über 10.000 verschiedene pflanzliche, tierische oder von Mikroorganismen produzierte Substanzen werden dieser Stoffgruppe zugeordnet. Der Begriff wurde 1819 zuerst für „alkaliähnliche “Pflanzenstoffe wieMorphin,StrychninundSolaninverwendet. Eine zufriedenstellende und allgemein akzeptierte Definition für den Begriff „Alkaloid “existiert jedoch bis heute nicht.

Definitionen

Der Begriff Alkaloid war ursprünglich eine allgemeine Bezeichnung für aus Pflanzen isolierte basische Stoffe. Später wurden Alkaloide auch aus anderen Organismen, wie Pilzen (z. B.Mutterkornalkaloide) und Tieren (z. B. das KrötenalkaloidBufotenin) isoliert, sodass die Definition erweitert wurde. Des Weiteren wurde der Alkaloidbegriff teilweise auch auf einige nicht basischeNaturstoffe,wie dasHerbstzeitlosen-AlkaloidColchicin,dasCapsaicindesCayennepfeffersoder diePurin-AlkaloideCoffein,TheophyllinundTheobromin,ausgedehnt.

Alle Alkaloide wirken charakteristisch auf den tierischen und menschlichen Organismus. Die meisten sindgiftigund haben einen bitteren Geschmack. Die Basizität ist ein häufiges, aber nicht essenzielles Merkmal dieser Substanzgruppe. BasischeAntibiotika,wie beispielsweiseStreptomycin,die aufMikroorganismenwirken, werden in der Regel nicht als Alkaloide bezeichnet. Darüber hinaus sind alle Alkaloide Produkte des Sekundärstoffwechsels. Sie werden für den Grundstoffwechsel der sie bildenden Organismen nicht benötigt, sondern dienen häufig als Schutz vor Fressfeinden. BasischeAminosäurenoderPeptide,die Primärstoffwechselprodukte sind, werden daher nicht den Alkaloiden zugeordnet.

Einige strenge Definitionen fordern, dass der Stickstoff Teil einesheterocyclischen,biogenetischvon Aminosäuren abgeleiteten Systems ist.Diese Definition gliedert beispielsweise dieProtoalkaloideEphedrinundMescalinsowie diePseudoalkaloideConiinund Coffein aus der Familie der Alkaloide aus. AuchAtropinist als künstlichesRacemisierungsproduktdes(S)-Hyoscyaminsnach strenger Auslegung kein Alkaloid.

Geschichte

Das erste isolierte Alkaloid warMorphin,dasFriedrich Wilhelm Sertürner1804 in Reinform ausSchlafmohnextrahierte.Das Kunstwort „Alkaloide “führte 1819 der Hallenser ApothekerCarl Friedrich Wilhelm Meißnerein.Mit der industriellen Produktion von Alkaloiden begannEmanuel Merck1827 inDarmstadt.1885 gelang dem ChemikerAugust Wilhelm von Hofmannerstmals die Strukturaufklärung und Synthese eines Alkaloids, des Coniins.

Einteilung

Alkaloide können nach verschiedenen Kriterien unterteilt werden. Üblich sind Kategorisierungen nach chemischer Struktur, Herkunft,Biogeneseund pharmakologischer Wirkung.

Einteilung nach chemischer Struktur

Die in der Literatur am häufigsten verwendete Einteilung der Alkaloide ist die Kategorisierung entsprechend ihrer chemischen Struktur. Namensgebend ist der Teil des Moleküls, der das Stickstoffatom enthält.

• Alkaloide mitheterocyclischemStickstoff
  • Pyrrolidin-Alkaloide:z. B.Hygrin
  • Pyrrolizidin-Alkaloide:z. B.Senecionin
  • Steroid-Alkaloide:z. B.Solanin
  • Pyridin-Alkaloide:z. B.Nicotin,Anabasin
  • Piperidin-Alkaloide:z. B.Piperin
  • Tropan-Alkaloide:z. B.Hyoscyamin,Scopolamin,Kokain
  • Chinolin-Alkaloide:z. B.Chinin,Chinidin
  • Isochinolin-Alkaloide:z. B.Morphin,Codein,Papaverin,Berberin,Tubocurarin
  • Indolalkaloide:z. B.Ajmalin,Ergotamin,Yohimbin,Reserpin,Strychnin
  • Purinalkaloide:z. B.Coffein,Theophyllin,Theobromin
  • Imidazolalkaloide:z. B.Pilocarpin,Cynodin,Cynometrin,Odilin
  • Acridon-Alkaloide:z. B.Acronycin,Melicopicin,Rutacridon
  • Chinolizidin-Alkaloide:z. B.Lupinin,Spartein
  • Benzylisochinolinalkaloide:z. B.Papaverin,Reticulin,Laudanosin
• Alkaloide mit acyclischem Stickstoff: z. B.Ephedrin,Mescalin

Einteilung nach Herkunft

RoggenähremitMutterkorn

Schlafmohn (Papaver somniferum) aus dessen Milch Opiate gewonnen werden

Alkaloide können auch nach charakteristischen Organismen, die sie produzieren, oder nachDrogen,in denen sie enthalten sind, benannt und eingeteilt werden.

• Curare-Alkaloide:z. B.Toxiferin,Tubocurarin,Alcuronium
• Mutterkorn-Alkaloide:z. B.Ergotamin,Ergometrin
• Opiate:z. B.Morphin,Codein,Thebain,Papaverin,Noscapin,Cryptopin
• Vinca-Alkaloide:z. B.Vincristin,Vinblastin
• Lobelia-Alkaloide:z. B.Lobelin,Lelobanidin,Lobelanidin
• Strychnos-Alkaloide:z. B.Akuammicin,Brucin,Strychnin
• Catharanthus-Alkaloide:z. B.Catharanthin,Vindolin
• Amaryllidaceen-Alkaloide:z. B.Lycorin,Galantamin
• Dendrobates-Alkaloide:z. B.Histrionicotoxin,Pumiliotoxin A,Pumiliotoxin B
• Lupinen-Alkaloide:z. B.Lupinin,Lupanin,Spartein
• China-Alkaloide:z. B.Chinin,Chinidin
• Coca-Alkaloide:z. B.Cocain,Ecgonin,Hygrin

Einteilung nach Biogenese

Eine weitere Einteilung der Alkaloide kann anhand von Gemeinsamkeiten und Unterschieden derBiosyntheseerfolgen. Dabei werden Alkaloide entsprechend denAminosäurengeordnet, die als Stickstoffquelle in der Biosynthese genutzt werden.

• VonAsparaginsäureoderLysinabgeleitete Alkaloide: z. B.Nicotin,Lupinin
• VonGlycinabgeleitete Alkaloide: z. B.Coffein,Theophyllin,Theobromin
• VonHistidinabgeleitete Alkaloide: z. B.Pilocarpin
• VonOrnithinabgeleitete Alkaloide: z. B.Hyoscyamin,Scopolamin,Kokain
• VonPhenylalaninoderTyrosinabgeleitete Alkaloide: z. B.Colchicin,Morphin,Codein,Papaverin,Tubocurarin,Berberin
• VonTryptophanabgeleitete Alkaloide: z. B.Ergotamin,Ergometrin,Ajmalin,Reserpin,Strychnin

Demgegenüber weist der SammelbegriffTerpenalkaloide,zu denen beispielsweise das DiterpenalkaloidAconitinund dieSteroidalkaloidezählen, auf die biogenetische Herkunft des Kohlenstoffgrundgerüstes aus demTerpenstoffwechselhin.

Einteilung nach pharmakologischer Wirkung

• Nach pharmakologischer Wirkung; z. B.Halluzinogene

Gewinnung

Die im biologischen Material hauptsächlich in Form ihrerEssig-,Oxal-,Milch-,Wein-,Aconit-oderChinasäure-Salze, seltener in Reinform oder alsEstervorliegenden Alkaloide werden auf klassische Weise durchExtraktiongewonnen. Das Verfahren der Extraktion hängt von den physikochemischen Eigenschaften der zu isolierenden Alkaloide ab. Für die meisten Alkaloide hat sich die Verwendung des polaren LösungsmittelsMethanolunter Zusatz von Essigsäure bewährt. NachEindampfenund Aufnahme in einem wässrigen sauren Medium (z. B. verdünnteSalzsäure) können Fremdbestandteile, wieFetteund anderelipophileStoffe, durch Extraktion mit dem lipophilen LösungsmittelEtherentfernt werden. Für die Extraktion der Alkaloide aus der wässrigen Phase hat sichChloroformnach Alkalisierung mitNatronlaugeoder einer anderen geeigneten Base bewährt. Aus der Chloroformphase geht nach Trocknen und Eindampfen in der Regel ein Alkaloidgemisch hervor, das bevorzugt durchChromatographieaufgetrennt werden kann. Zur Isolierung lipidunlöslicher Alkaloide mit einer quartären Ammoniumstruktur kann eine Fällung mitPikrin-oderReineckesäuredienen.

Zudem ist für zahlreiche Alkaloide eine Partialsynthese oder chemischeTotalsynthesemöglich. Diese wendet man insbesondere an, wenn sie preisgünstiger als die Extraktion sind. Ein Beispiel für üblicherweise synthetisch hergestellte Alkaloide istTheophyllin.

Analytik

Als klassischesNachweisreagenzfür Alkaloide wirdDragendorff-Reagenzverwendet. In Gegenwart von Alkaloiden bildet es einIonenpaarmit der Zusammensetzung [BiI₄]⁻[NHR₃]⁺,das, je nach Alkaloid, als gelboranges bis braunesPräzipitatzu erkennen ist. Alternativ dazu werden auchMayers Reagenz(Tetraiodomercurat),Silicowolframsäure,Wagners Reagenz(Iod-Kaliumiodid),Sonnenscheins Reagenz(Phosphomolybdänsäure),Iodoplatinatund weitere als Nachweisreagenz verwendet. Die Selektivität dieser Nachweisreagenzien variiert stark und ist innerhalb der Gruppe der Alkaloide begrenzt. Um die Selektivität zu erhöhen, kombiniert man sie in der Regel mit chromatographischen Verfahren wie derDünnschichtchromatographie.

Literatur

• Jürgen Müller:Die Konstitutionserforschung der Alkaloide: Die Pyridin-Piperidin-Gruppe.Deutscher Apotheker Verlag, 1998,ISBN 3-7692-0899-4.
• Eberhard Breitmaier:Alkaloide. Betäubungsmittel, Halluzinogene und andere Wirkstoffe, Leitstrukturen aus der Natur.3. Auflage. Vieweg + Teubner Verlag, Wiesbaden 2008,ISBN 978-3-8348-0531-7.
• Waltraud Stammel, Helmut Thomas:Endogene Alkaloide in Säugetieren. Ein Beitrag zur Pharmakologie von körpereigenen Neurotoxinen.In:Naturwissenschaftliche Rundschau.Band 60, Nr. 3, 2007, S. 117–124.
• Manfred Hesse:Alkaloide. Fluch oder Segen der Natur?Verlag Helvetica Chimica Acta, Zürich 2000,ISBN 3-906390-19-5.
• Wolf-Dieter Müller-Jahncke:Alkaloide.In:Werner E. Gerabek,Bernhard D. Haage,Gundolf Keil,Wolfgang Wegner (Hrsg.):Enzyklopädie Medizingeschichte.de Gruyter, Berlin/New York 2005,ISBN 3-11-015714-4,S. 39.

Weblinks

Commons:Alkaloide– Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Wiktionary: Alkaloid– Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

• Biosynthese der Alkaloide(Mementovom 22. April 2009 imInternet Archive)