Alkaloide: Betäubungsmittel, Halluzinogene und andere Wirkstoffe, Leitstrukturen aus der Natur

188 Pages·1997·4.73 MB·German

by  Prof. Dr. rer. nat. Eberhard Breitmaier (auth.)

Teubner Studienbucher Chemie
E. Breitmaier
Alkaloide
Teubner Studienbucher Chemie
Herausgegeben von
Prof. Dr. rer. nat. Christoph Eischenbroich, Marburg
Prof. Dr. rer. nat. Friedrich Hensel, Marburg
Prof. Dr. phil. Henning Hopf, Braunschweig
Die Studienbucher der Reihe Chemie sollen in Form einzel
ner Bausteine grundlegende und weiterfuhrende Themen
aus allen Gebieten der Chemie umfassen. Sie streben nicht
die Breite eines Lehrbuchs oder einer umfangreichen Mo
nographie an, sondern soli en den Studenten der Chemie -
aber auch den bereits im Berufsleben stehenden Chemiker
- kompetent in aktuelle und sich in rascher Entwicklung be
findende Gebiete der Chemie einfOhren. Die Bucher sind
zum Gebrauch neben der Vorlesung, aber auch - da sie
haufig auf Vorlesungsmanuskripten beruhen - anstelle von
Vorlesungen geeignet. Es wird angestrebt, im Laufe der Zeit
aile Bereiche der Chemie in derartigen Lehrbuchern vorzu
stellen. Die Reihe richtet sich auch an Studenten anderer
Naturwissenschaften, die an einer exemplarischen Darstel
lung der Chemie interessiert sind.
Alkaloide
Betaubungsmittel, Halluzinogene
und andere Wirkstoffe,
Leitstrukturen aus der Natur
Von Prof. Dr. rer. nat. Eberhard Breitmaier
Universitat Bonn
EI3
Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH 1997
Prof. Dr. rer. nat. Eberhard Breitmaier
Studium in TObingen, Promotion 1966, anschlieBend Post-Doctoral
Fellow und Assistant Professor im Department of Chemistry, Uni
versityof Houston, Texas, USA, Habilitation 1971 (organische Che
mie). Univ.-Dozent und apl. Professor an der Universitat TObingen,
seit 1975 Professor an der Universitat Bonn (organische Chemie
und instrumentelle Analytik).
Anschrift: Kekule-Institut fOr Organische Chemie und Biochemie
der Rheinischen Friedrich-Wilhelms-Universitat Bonn
Gerhard-Domag~-StraBe 1
D-53121 Bonn
Titelbild: zur Opiumgewinnung angeritzte Mohnkapsel
nach T. Amann und M. H. Zenk, "Endogenes Morphin, Schmerzmittelsyn
these in Mensch und Tier", Abb. 1, Deutsche Apotheker Zeitung 136 (1996)
Nr. 7, S. 519, mit freundlicher Genehmigung des Deutschen Apotheker Ver
lags, Stuttgart
Die Deutsche Bibliothek - CIP-Einheitsaufnahme
Breitmaier, Eberhard:
Alkaloide : Betaubungsmittel, Halluzinogene und andere Wirkstoffe,
Leitstrukturen aus der Natur / Eberhard Breitmaier.
(feubner-Studienbucher: Chemie)
ISBN 978-3-519-03542-8 ISBN 978-3-322-96361-1 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-322-96361-1
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Verwertung auBerhalb derengen Grenzen des Urheberrechtsgesetzes ist ohne
Zustimmung des Verlages unzulassig und striifbar. Das gilt besonders fUr
Vervielfaltigungen, Obersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeiche
rung und Verarbeitung in elektronischen Systemen.
© Springer Fachmedien Wiesbaden 1997
Ursprunglich erschienen bei B.G. Teubner, Stutt9art 1997
Vorwort
Alkaloide sind pharmakologisch vielseitig aktive und entsprechend anwendbare Wirk
stoffe iiberwiegend pflanzlicher Herkunft. Die meisten Lehrbiicher der organischen,
pharmazeutischen und heterocyclischen Chemie skizzieren nur wenige typische Ver
treter. Andererseits sind einige mehrbandige, teilweise jahrlich aktualisierte Fort
schrittsberichte iiber diese Naturstoffklasse fur einen Einstieg zu umfangreich und
uniibersichtlich, fur den Spezialisten freilich unentbehrliche Faktensammlungen und
bequeme Wege zu den Originalarbeiten. Die Liicke zwischen beiden Extremen soli der
vorliegende Text fullen.
Zwei einleitenden Abschnitten zur Definition der Alkaloide und iiber ihre Isolierung
aus pflanzlichem Material sowie einem Kapitel iiber altere und neuere Methoden der
Strukturaufklarung folgt eine nach chemischen Kriterien (heterocyclische und andere,
nicht heterocyclische Grundskelette) geordnete Obersicht der bekanntesten Alkaloide,
ihres Vorkommens in Pflanzen und anderen Organismen sowie ggf ihrer pharmako
logischen Wirkungen. Ein weiterer Abschnitt erlautert bisherige Erkenntnisse zur
Biogenese einiger bedeutender Alkaloid-Klassen in Pflanzenfamilien neben chemota
xonomischen und akochemischen Aspekten. Komplementar zu den Biosynthesen fol
gen einige nach didaktischen und methodischen Gesichtspunkten ausgewahlte Total
synthesen bekannter Alkaloide. Systematische, mit Grundkenntnissen der organischen
Chemie gut nachvollziehbare retrosynthetische Zerlegungen soli en dabei zum besseren
Verstandnis der Synthesestrategien beitragen. SchlieBlich sind die Alkaloide Leit
strukturen, Vorbilder zur Entwicklung synthetischer Wirkstoffe; darunter sind Betau
bungsmittel und Halluzinogene besonders bedeutend und bekannt. Dieser Thematik
widmet sich ein letztes Kapitel iiber halbsynthetische und synthetische Opioide sowie
iiber synthetische Rausch-und Suchtstoffe.
Der Text entwickelte sich aus Spezialvorlesungen, die bei den Studenten reges Inter
esse fanden. Er ist weder umfassend noch zu tiefschiirfend, vielmehr ein Versuch, den
Konflikt zwischen naturgegebener Fiille des Stoffes und erwiinschter Darstellungstiefe
in maglichst iibersichtlicher und einpragsamer Form zu lasen.
Dank gebiihrt der Deutschen Forschungsgemeinschaft, Bonn, fur die Farderung eini
ger eigener Arbeiten, sowie Herrn Prof Dr. G. Rucker, Pharmazeutisches Institut der
Universitat Bonn, Herrn Prof Dr. K-A. Kovar, Pharmazeutisches Institut der Uni
versitat Tiibingen, und Herrn Prof Dr. H. Hop/, Institut fur Organische Chemie der
Universitat Braunschweig, fur wertvolle Hinweise und die kritische Durchsicht der zur
Realisierung eines giinstigen Verkaufspreises elektronisch erstellten Druckvorlage.
Weitere Korrektur- und Verbesserungsvorschlage fur eine eventuelle Neuauflage
werden gerne entgegengenommen.
Bonn, im Sommer 1997, E. Breitmaier
Inhaltsverzeichnis
1 Der Begriff Alkaloid ................................. 11
2 Vorkommen und Isolierung ..... ........................................ 13
3 Analytik und StrukturaufkHirung ........ . ....................... 16
3.1 Chemischer Abbau. . .................... 16
3. I. 1 Chemischer Abbau zur Klarung der absoluten Konfiguration ........... 16
3.1.2 Chemischer Abbau zur Klarung der Konstitution...... . ...................... 17
3.2 UV- und Lichtabsorptionsspektroskopie........ . ............... 19
3.3 IR-Spektroskopie....................................... ................................. 20
3.4 Massenspektrometrie .............................................................................. 21
3.5 NMR-Spektroskopie .............. ............................................................... 23
3.5.1 Konstitution ............................................................................................ 24
3.5.2 Relative Konfiguration.. . ........... 30
3.5.3 Absolute Konfiguration ........................................................................... 33
3.6 Kristallstruktu .. bestimmung ............................................................... 34
4 Heterocyclische Alkaloide. ....................... 35
4.1 Py .... olidine und Pipe .. idine ......................... .. .................... 35
4.2 Py .. idine .................................................................................................. 37
4.3 T .. opane ................................................................................................. 39
4.4 Py .... olizidine, Indolizidine, Chinolizidine..... .. ............... .42
4.4.1 Pyrrolizidine .............. . ............. .. ............................. .42
4.4.2 Indolizidine............... ...................................... . .................. 44
4.4.3 Chinolizidine........... . ..................................................................... .45
4.5 Indole .............................. .................................................................... .48
4.5.1 Substituierte Indole ................................................................................. .48
4.5.2 Carbazole ..................... ................................. . ................................ .49
4.5.3 Polycyclische Hydrocarbazole ............................................................... 50
4.5.4 Bisindole....................................................... . ................................ 51
4.5.5 13-Carboline.................................. .................. . ................ 52
4.5.6 Hydro-13-carboline ........... ................................. .. ................ 53
4.5.7 Indolo[2,3-d]azepine (Iboga-Alkaloide) ..... . ............... 55
4.5.8 Dihydropyrrolidino[2,3-b ]indole ......................... .. .............. 56
4.5.9 Ergoline (Mutterkorn-Alkaloide) .... .. ..................................... 57
Inhaitsverzeichnis 7
4.6 Isochinoline .......................................................................................... 60
4.6.1 1,2,3,4-Tetrahydroisochinoline ................................................................. 61
4.6.2 Benzo[ a ]hexahydrochinolizine .................................................................. 61
4.6.3 I-Benzylisochinoline, I-Benzyl-l ,2,3, 4-tetrahydroisochinoline ................. 62
4.6.4 Bisbenzylisochinoline ............................................................................... 63
4.6.5 Phthalidisochinoline .................................................................................. 64
4.6.6 Aporphine und Homoaporphine ................................................................ 65
4.6.7 Proaporphine und Homoproaporphine ...................................................... 66
4.6.8 Berbine .................................................................................................... 66
4.6.9 Protopine ................................................................................................. 67
4.6.10 Morphinane .............................................................................................. 67
4.6.11 Benzophenanthridine ................................................................................ 70
4.6.12 Isochinoline vom Lycorin-Typ .................................................................. 70
4.7 Chinoline ............................................................................................... 71
4.7.1 Chinoline .................................................................................................. 71
4.7.2 Chinolone ................................................................................................. 73
4.7.3 Furochinoline und Furochinolone ............................................................. 73
4.8 Acridine und Chinazoline ...................................................................... 74
4.9 Imidazole und Pyrimidine ..................................................................... 74
4.10 Purine ................................................................................................... 75
5 Nichtheterocyclische Alkaloide ...................................................... 76
5.1 Alkaloide mit exocyclischem N-Atom ................................................... 76
5.l.l Phenethylamine (p-Phenylethylamine) ....................................................... 76
5.l.2 Acylamine ................................................................................................ 77
5.2 Amide und makrocyclische Lactame biogener Amine ......................... 78
5.3 Cyclopeptid-Alkaloide ........................................................................... 79
5.4 Terpen-Alkaloide .................................................................................. 81
5.4.1 Hemi-und Monoterpen-Alkaloide ............................................................ 81
5.4.3 Sesquiterpen-Alkaloide ............................................................................ 81
5.4.3 Diterpen-Alkaloide ................................................................................... 83
5.5 Steroid-Alkaloide ....................................................................... 85
5.6 Cannabinole .... . .......................................................................... 87
6 Biosynthese der Alkaloide ............................................................... 90
6.1 Aminosiiuren, biogenetische Vorstufen der Alkaloide ......................... 90
6.2 Biogenese der Pyrrolizidin-Alkaloide in Senecionae ............................. 91
6.3 Biogenese der Lysergsiiure in Claviceps purpurea ................................ 93
6.4 Biogenese der Isochinolin-Alkaloide im Schlafmohn ............................ 94
8 Inha/tsverzeichnis
6.4.1 Biogenese der Aminosaure-Vorstufen .................................... . ....... 94
6.4.2 Biogenese der Benzylisochinolin-Alkaloide im Schlafmohn .. .. ........ 94
6.4.3 Biogenese der Morphinan-Alkaloide im Schlafmohn .. . ........ 98
6.5 Chemotaxonomie und okochemische Funktion .... ............... 98
6.5.1 Chemotaxonomie ............................................ . ............... 98
6.5.2 Okochemische Funktion ................. 102
7 Exemplarische Alkaloid-Synthesen ............ 103
7.1 Pyrrolidine .......... .. .... 103
Mesembrin.. .. .......... .. . ............. 103
7.2 Pyridine und Piperidine ........................... . ................. 104
Coniin... .. ............ . . ........... 104
Nicotin ..................... .. . ....... 105
Actinidin ... . . ............... 105
7.3 Tropane..... .. .............. .. ...................... 106
Tropinon .................................................... . .. ......... 106
7.4 Pyrrolizidine, Indolizidine, Chinolizidine ..... 107
7.4.1 Pyrrolizidine ............. ....... .. .......... . ......... 107
Platynecin .. . ...... 107
7.4.2 lndolizidine ..... ............. 109
Swainsonin .......................................... . ....... IW
Tylophorin .. . .................................................................... III
7.4.3 Chinolizidine .... ..................................................................... 113
Porantherin. .. ..................... Il3
7.5 Indole .............. .. . ..................... 116
7.5.1 Lysergsaure .. . .. ........ 116
7.5.2 Reserpin. ............ 119
7.5.3 Ibogamin .................................................. .. .............. In
7.5.4 Vincadifformin ...... . .... 125
7.5.5 Vincamin ............ .. ............................... 126
7.6 lsochinoline .. . . .................................... 130
7.6.1 Benzylisochinoline, Aporphine ......... ............. . .... 130
7.6.2 O-Methylsalutaridin .. ........................................ 132
7.6.3 Codein und Morphin ... ......... 133
7.6.4 Protoberberine, Xylopinin ............. .. ................ 138
7.6.5 Chelidonin ....................... . ...... 140
7.7 Chinoline ... ......... .. ... 143
Chinin ..................................... 143
7.8 Lactame biogener Amine. ......................................................... 145
Oncinotin-l1-on . .145
7.9 Partialsynthese des Taxols .... .... 147
Inhaltsverzeichnis 9
7.10 Cannabinole ...... . ........................................................................ 148
Hexahydrocannabinol ............................................................................. 148
8 Wirkstoffe mit Alkaloid-Leitstrukturen ................................... 150
8.1 Wirkungsprofile einiger Alkaloide ...................................................... 150
8.2 Halbsynthetische Opioide .................................................................... 153
8.3 Synthetische Opioide .......................................................................... 155
8.4 Synthetische Phenethylamine .............................................................. 161
8.5 Tryptamin-Halluzinogene .................................................................... 164
Bibliographie .................................................................................... 166
Sachverzeichnis ................................................................................ 175