Tropan-Alkaloide
Die Tropan-Alkaloide sind in der Natur vorkommende chemische Verbindungen aus der Gruppe der Alkaloide, die sich chemisch vom Tropan ableiten. Meist handelt es sich um Ester verschiedener Carbonsäuren mit den Tropanolen.
Vorkommen
Es sind etwa 140 unterschiedliche Tropan-Alkaloide bekannt. Sie kommen vor allem in den Nachtschattengewächsen (Solanaceae), Windengewächsen (Convolvulaceae), Rotholzgewächsen (Erythroxylaceae), Silberbaumgewächsen (Proteaceae) und Rhizophoragewächsen vor. Vereinzelt wurden sie auch in Wolfsmilchgewächsen (Euphorbiaceae) und Kreuzblütlern (Brassicaceae) nachgewiesen.
Struktur
Bei den Tropan-Alkaloiden handelt es sich vielfach um Ester des 3α-Tropanols (Synonym: Tropin) oder seltener des 3β-Tropanols (Pseudotropin).
3α-Tropanol, Tropin
3β-Tropanol, Pseudotropin
Vom 3α-Tropanol leiten sich die Solanum-Alkaloide Atropin (auch (±)-Hyoscyamin, ein Stereoisomerengemisch), das L-(−)-Hyoscyamin und das Scopolamin ab.
Atropin
Hyoscyamin
Scopolamin
Die in den Rotholzgewächsen zu findenden Coca-Alkaloide Cocain und Ecgonin sind dagegen an C-2 funktionalisierte und teilweise veresterte Derivate des 3β-Tropanols.
Cocain
Ecgonin
Auch polyhydroxylierte 3β-Tropanol-Derivate (Calystegine) sind bekannt, diese zeigen eine ausgeprägte Hemmwirkung der Glycosidase.
Häufig finden sich als Begleiter der Tropan-Alkaloide die nicht veresterten Pyrrolidin-Alkaloide, beispielsweise Hygrin und Cuscohygrin.
Biosynthese
Biosynthetisch entstehen die Tropan-Alkaloide aus Ornithin und Arginin. Über N-Methylputrescin entsteht N-Methylpyrrolin, das seinerseits entweder mit zwei Acetat-Einheiten verknüpft über Methylecgonin zu Cocain führt oder nach Decarboxylierung über Tropinon zu den 3-Tropanolen.
Veresterung von 3α-Tropanol mit Tropasäure (die sich aus der Aminosäure Phenylalanin ableitet) führt zum Hyoscyamin.
Entstehungsort der Solanum-Alkaloide ist die Wurzel der Pflanze; bei den Gattungen Atropa, Hyoscyamus und Datura werden die Verbindungen über den Pflanzensaft in die oberirdischen Teile der Pflanze transportiert und gespeichert.
Gewinnung
Die Tropan-Alkaloide können durch Extraktion mit Ethanol aus den Pflanzen gewonnen werden. Der Extrakt wird eingedampft, der Rückstand mit Wasser und Salzsäure extrahiert und die als Salze vorliegenden Alkaloide fraktioniert kristallisiert.
Ecgonin wird aus Cocablättern extrahiert und kann durch Veresterung mit Methanol und anschließende Acylierung in Cocain überführt werden.
Tropan-Alkaloide können auch biotechnologisch aus Zellkulturen gewonnen werden. Das mit Hilfe der Zellkultur von Hyoscyamus niger zugängliche Hyoscyamin ist in Scopolamin überführbar. Mit Hilfe transgener Atropa belladonna-Pflanzen konnte die Ausbeute an Scopolamin im Vergleich zu natürlichen Pflanzen gesteigert werden.
Verwendung
Einige Tropan-Alkaloide sind von pharmazeutischer Bedeutung und finden Verwendung als Mydriatika und Spasmolytika für die Atemwege und den Magen-Darm-Trakt, sowie gegen Asthma und als Beruhigungsmittel.
Literatur
- Thieme Chemistry (Hrsg.): Eintrag zu Tropan-Alkaloide im Römpp Online. Version 3.29. Georg Thieme Verlag, Stuttgart 2012, abgerufen am 4. August 2014.