Alcaloïde

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Un alcaloïde dénomme de manière générique diverses molécules à bases azotées, le plus souvent hétérocycliques, très majoritairement d'origine végétale. En conséquence, les alcaloïdes peuvent se présenter sous forme de molécules organiques hétérocycliques azotées basiques[1]. Associés à l'essor de l'industrie pharmaceutique, ils ont permis d'ouvrir le domaine des "médicaments chimiques" à partir de la fin du XIXe siècle.

A l'instar d'un grand nombre de produits naturels, tous les noms communs d'alcaloïdes portent une terminaison en « -ine », comme la nicotine, la caféine, l'atropine, l'émétine, l'ergine ou la morphine[2]. Habituellement en chimie biologique, les alcaloïdes sont des dérivés des acides aminés. On les trouve sous forme de mélanges complexes, souvent à base de plusieurs, voire de dizaines de molécules d'alcaloïdes différentes, avec leurs précurseurs, en tant que métabolites secondaires, principalement chez les végétaux, les champignons et quelques groupes animaux peu nombreux[3]. Il existe un type d'alcaloïdes contenant deux atomes d'azote dans le noyau aromatique et qui n'est pas d'origine naturelle, c'est le groupe des pyrazoles.

Sous forme purifiée, ces molécules dévoilent très souvent une toxicité aiguë, ainsi qu'à plus faibles doses, une activité pharmacologique ou apaisante, non sans effets d'accoutumance ou une toxicité chronique à long terme. Mais les proportions infimes de caféine d'un café, de cocaïne d'une feuille sèche de coca, de nicotine du tabac mâché ou chiqué ont été acceptées dans diverses cultures humaines, souvent très anciennes : il est parfois difficile de préciser si c'est malgré ou en raison de leurs diverses actions psychotropes, psychoactives, stimulantes, dopantes, toniques, vomitives, calmantes, dormitives, et analgésiques[4].

En effet, les molécules d'alcaloïdes à l'état purifiées, les plus connues, sont souvent hautement toxiques comme la strychnine, l'aconitine, l'atropine, la cocaïne... mais certaines[5], du fait de leur action physiologique puissante, sont efficacement employées en dosage mesuré et contrôlé dans la médecine ou thérapeutique moderne. Il s'agit, par exemple, de propriétés analgésiques avec la morphine ou la codéine), dans le cadre de protocoles de sédation (anesthésie) souvent accompagnés d'hypnotiques, ou bien d'un usage comme agent antipaludéen (quinine, chloroquine) ou agent anticancéreux (vinblastine, vincristine).

Sorti des laboratoires chimiques entre 1819 et 1827, le mot alcaloïde indique à l'origine un "comportement chimique semblable à un alcali, c'est-à-dire à tout corps basique en milieu aqueux" au cours de l'opération d'extraction en milieu liquide de base forte, solubilisant le ou les solutés basiques dits alcaloïdes. Il a été employé au siècle suivant pour décrire n'importe quelle base de Lewis contenant un hétérocycle azoté ou improprement une fonction amine. À cause du doublet électronique non liant de l'azote, les alcaloïdes sont considérés comme des bases de Lewis.

Historique[modifier | modifier le code]

Le terme 'alcaloïde', attesté en français en 1827[6], peut être décomposé par la racine alcali* signifiant "base ou à caractère alcalin ou basique" et le suffixe -oïde* signifiant, "semblable à, de même forme, de même comportement". Le suffixe d'origine gréco-romaine dérive du grec είδος "forme". La racine vient du latin médiéval alkali, emprunté lui-même à l'arabe al-qétiyi par sa forme commune al qate, al qaly القالي "la soude", plante du genre Salsola dont on a extrait pendant longtemps un carbonate de sodium plus ou moins pur, dénommé "soude", à partir duquel on pouvait fabriquer de la soude caustique. Le terme al qali désignait aussi, à l'instar du mot soude en français à double emploi pour la plante salifère et la matière chimique soude, la cendre calcinée aux propriétés basiques.

La connaissance et l'usage des plantes à alcaloïdes, comme le pavot à opium ou l'aconit, sont très anciens, mais la connaissance de leurs substances actives ne date que du début du XIXe siècle. En 1803, Charles Derosne, pharmacien et industriel français, est le premier à isoler un alcali végétal[7] en extrayant de l'opium un mélange de narcotine et de morphine, mais il attribue la nature alcaline de son extrait à des résidus de préparation. L'année suivante, en 1804, Armand Seguin rapporte avoir trouvé un procédé de préparation de la morphine, mais il ne publie ses résultats qu'en 1814. Enfin, en 1805 en Westphalie, un assistant en pharmacie, Friedrich Sertürner, reconnaît la nature alcaline du principe somnifère de l'opium. Une dizaine d'années plus tard, il le nommera morphium en référence à Morphée, divinité des rêves dans la Grèce antique[8]. Passées inaperçues à l'époque, ces découvertes faites en France et en Allemagne ne sont reconnues qu'en 1817, avec la preuve apportée par Sertürner que la morphine réagit avec l'acide pour former un sel.

La rivalité franco-allemande continue à être féconde puisque, entre 1817 et 1820, deux pharmaciens français, Pelletier et Caventou, découvrent une impressionnante série de composés actifs : caféine, émétine (de l'ipéca), strychnine (de la noix vomique), quinine et cinchonine (de l'écorce de quinquina).

Le terme « alcaloïde » est créé en 1819 par un pharmacien de Halle, Wilhelm Meissner (1792-1853).

L'élucidation des structures chimiques des alcaloïdes ne débute qu'en 1870 avec celle de la plus simple, la coniine, par Schiff, et certains ne révéleront leur structure qu'à la fin du XXe siècle, au long duquel Maurice-Marie Janot et ses élèves en auront isolé, analysé et synthétisé plus d’une centaine, établissant, en 1953, la structure de la corynanthéine, étape majeure dans le progrès de la chimie des alcaloïdes.

Détection des alcaloïdes[modifier | modifier le code]

Les alcaloïdes ont la propriété de former des sels et d'avoir un goût amer.

La caractérisation de la présence d'alcaloïde peut se faire par précipitation à l'aide de :

De nombreuses autres méthodes comme la chromatographie sont également employées pour identifier et doser la molécule.

Extraction des alcaloïdes[modifier | modifier le code]

Comme les alcaloïdes se trouvent le plus souvent sous forme de sels d’acides minéraux ou organiques, et parfois leur combinaison (dont les tanins en particulier), on pulvérise les plantes avec un alcalin. Leur mode d'extraction est très variable selon la nature de l'alcaloïde, mais on trouve typiquement deux schémas d'extraction : par un solvant apolaire en milieu alcalin ou par un solvant polaire en milieu acide (de Brönsted).

Solvant non polaire en milieu alcalin[modifier | modifier le code]

  • La plante sèche est pulvérisée et humectée avec une solution aqueuse alcaline (chaux, l'ammoniaque NH4+OH-, soude pour déplacer les bases fortes)
  • Extraction avec un solvant organique non polaire
  • Le marc est éliminé
  • La solution organique (alcaloïdes, lipides, pigments) est conservée
  • On concentre par un chauffage doux, ou par un évaporateur rotatif
  • On effectue sur le concentré un épuisement par un acide dilué (généralement on utilise l’acide sulfurique 0.5 N), puis on procède à une extraction (liquide – liquide)
  • La solution aqueuse acide est alcalinisée
  • On procède à un nouvel épuisement par un solvant organique non miscible (éther, chloroforme, xylène)
  • On obtient une solution organique alcaloïde, qu’il faut alors concentrer par évaporation
  • On obtient alors un résidu d’alcaloïdes bruts

Alcool acide[modifier | modifier le code]

  • la plante sèche est pulvérisée en présence d'alcool acide
  • on procède à une lixiviation
  • le marc est rejeté
  • la solution extraite (alcaloïdes, amines, résines, pigments) est évaporée
  • cette solution est reprise par un acide dilué (la solution aqueuse acide obtenue contient des sels d’alcaloïdes impurs)
  • la solution aqueuse acide est alors alcalinisée pour saponifier les sels d'alcaloïdes
  • on procède ensuite à l'épuisement par un solvant non miscible (ether, xyléne, chloroforme)
  • on sépare la solution organique d’alcaloïdes
  • on évapore cette solution pour obtenir un résidu d’alcaloïdes bruts

On procède enfin aux réactions de précipitation des alcaloïdes pour vérification.

Classifications[modifier | modifier le code]

On estime actuellement que plus de 8 000 composés naturels ont été identifiés comme alcaloïdes[9]. Tous les ans, une centaine de nouvelles molécules seraient ajoutées par les scientifiques du monde entier. Afin de pouvoir mieux maitriser cette grande liste, trois types de classification des alcaloïdes ont été proposées suivant :

  1. leurs activités biologiques et écologiques,
  2. leurs structures chimiques,
  3. leurs voies de biosynthèse.

Classification structurale[modifier | modifier le code]

Ils ont longtemps été catégorisés et nommés en fonction du végétal ou de l'animal dont ils étaient isolés.

À partir du XXIe siècle, ils sont catégorisés en fonction de leur structure chimique :

Classification biogénétique[modifier | modifier le code]

Les alcaloïdes peuvent être classés en fonction de leur précurseur avant leur synthèse dans une voie biologique. On distingue alors trois grandes classes[9]selon qu'ils possèdent ou non un acide aminé comme précurseur direct, et qu'ils comportent ou non un atome d'azote dans un hétérocycle.

Dérivé d'acide aminé Hétérocycle azoté
Alcaloïdes vrais oui oui
Proto-alcaloïdes oui non
Pseudo-alcaloïdes non

Les alcaloïdes vrais dérivent d'acides aminés et comportent un atome d'azote dans un système hétérocyclique. Ce sont des substances douées d'une grande activité biologique, même à faibles doses. Ils apparaissent dans les plantes, soit sous forme libre, soit sous forme d'un sel, soit comme N-oxide.

Les proto-alcaloïdes sont des amines simples, dont l'azote n'est pas inclus dans un hétérocycle. Ils dérivent aussi d'acides aminés.

Les pseudo-alcaloïdes ne sont pas dérivés d'acides aminés. Ils peuvent cependant être indirectement liés à la voie des acides aminés par l'intermédiaire d'un de leurs précurseurs, ou d'un de leurs postcurseurs (dérivés). Ils peuvent aussi résulter d'amination, ou de réaction de transamination dans une voie connectée avec les précurseurs ou les postcurseurs d'acides aminés.

Tadeusz Aniszewski[9] propose la classification suivante, basée sur les précurseurs dans la voie biologique de synthèse.

Alcaloïdes vrais
Précurseur Groupe d'alcaloïdes Noyau caractéristique Exemples
L-ornithine L-Ornithine structure.png Alcaloïdes pyrrolidiniques Pyrrolidine Pyrrolidine structure.svg Cuscohygrine, Hygrine
Alcaloïdes tropaniques Tropane Tropan - Tropane.svg Atropine, Cocaïne, Hyoscyamine, Scopolamine
Alcaloïdes pyrrolizidiniques Pyrrolizidine Pyrrolizidine.svg Acétyl-lycopsamine, Europine, Homospermidine,
Ilamine, Mételoidine, Rétronécine
L-lysine Lysin - Lysine.svg Alcaloïdes pipéridiniques Pipéridine Piperidin.svg Anaférine, conine, Lobélanine, Lobéline,
Pelletiérine,Pipéridine, Pipérine, Sédamine
Alcaloïdes quinolizidiniques Quinolizidine Quinolizidine.svg Cytisine, Lupinine, Spartéine
Alcaloïdes indolizidiniques Indolizidine Indolizidine.svg Castanospermine, Swansonine
L-tyrosine Tyrosin - Tyrosine.svg Alcaloïdes tétrahydroisoquinoliniques
simples
Benzyltétrahydroisoquinoline Codéine, Morphine, Norcoclaurine, Papavérine,
Tétrandine, Thébaïne, Tubocurarine
L-tyrosine ou L-phénylalanine Alcaloïdes phényléthylisoquinoliniques Alcaloïdes des Amaryllidacées Crinine, Floramultine, Galantamine, Lycorine
L-tryptophane

L-Tryptophan - L-Tryptophan.svg
Alcaloïdes indoliques IndoleIndole structure.png - Arundacine, Psilocine, Sérotonine, Tryptamine, Zolmitriptan
- Elaeagnine, Harmine
- Ajmalicine, Catharantine, Tabersonine
Alcaloïdes quinoléiniques Quinoléine Quinoline structure.png Chloroquinine, Cinchonidine, Quinine, Quinidine
Alcaloïdes pyrroloindoliques Indole A-yohimbine, Chimonanthéine, Corynanthéidine
Alcaloïdes de l'ergot de seigle Ergoline Ergoline.png Ergotamine, Ergokryptine
L-histidine L-Histidin - L-Histidine.svg Alcaloïdes imidazoliques Imidazole Imidazole structure.svg Histamine, Pilocarpine, Pilosine
Alcaloïdes manzaminiques Xestomanzamine Xestomanzamine A et B
L-arginine Arginin - Arginine.svg Alcaloïdes marins β-carboline Beta-Carboline.svg Saxitoxine, Tétrodotoxine
Acide anthranilique Anthranilic acid.svg Alcaloïdes quinazoliniques Quinazoline1,3-naphthyridine quinazoline.svg Péganine
Alcaloïdes quinoléiniques Quinoléine Quinoline structure.png Acutine, Bucharine, Dictamine, Foliodine,
Perforine, Skimmianine
Alcaloïdes acridoniques Acridine Acridin.svg Acronycine, Rutacridone
Acide nicotinique Niacin structure.svg Alcaloïdes pyridiniques Pyridine Pyridine.svg
Pyrrolidine Pyrrolidine svg.svg
Anabasine, Cassinine, Evoline, Nicotine, Wilforine

Les proto-alcaloïdes sont des composés dans lesquels l'atome d'azote N dérivé d'un acide aminé ne fait pas partie d'un hétérocycle.

PROTO-ALCALOÏDES
Précurseur Groupe d'alcaloïdes Noyau caractéristique Exemples
L-tyrosine
Tyrosin - Tyrosine.svg
Alcaloïdes phényléthylaminés Phényléthylamine
Fenyloetyloamina.svg
Adrénaline, Anhalamine, Dopamine, Noradrénaline, Hordenine,
Mescaline : mescaline
L-tryptophane

L-Tryptophan - L-Tryptophan.svg
Alcaloïdes indoloterpéniques IndoleIndole structure.png Yohimbine
L-ornithine
L-Ornithine structure.png
Alcaloïdes pyrrolizidiniques Pyrrolizidine Pyrrolizidine.svg

4-hydroxy-stachydrine, Stachydrine

Les pseudo-alcaloïdes sont des composés dont le squelette carboné de base ne dérive pas d'acides aminés.

PSEUDO-ALCALOÏDES
Précurseur Groupe d'alcaloïdes Noyau caractéristique Exemples
acétate Acetat-Ion.svg Alcaloïdes pipéridiniques Pipéridine Piperidin.svg Coniine, Conicéine, Pinidine
Alcaloïdes sesquiterpéniques Sesquiterpène Cassinine, Évonine,
Maymyrsine, Wilforine
acide pyruviquePyruvic-acid-2D-skeletal.png Alcaloïdes de l'Ephédra Phényle C Cathine, Cathinone,
Éphédrine, Noréphédrine
acide férulique Ferulic acid acsv.svg Alcaloïdes aromatiques Hényle General struct phenyl group.svg Capsaicine
géraniol Geraniol structure.png Alcaloïdes terpéniques Terpénoïdes Aconine, Aconitine, Méthyllycaconitine,
Actinidine, Atisine, Gentianine
saponines Alcaloïdes stéroïdiques Cholestane, Conessine, Jervine,
Etioline, Pregnenolone, Solanidine

De l'intérêt actuel des alcaloïdes[modifier | modifier le code]

Du fait de leurs rôles physiologiques ou de leurs activités biologiques spécifiques, les molécules alcaloïdes restent des importants réactifs biologiques. Elles présentent un intérêt toujours actuel en thérapeutique. Si la recherche des principes actifs continue activement en ce qui concerne les plantes médicinales et/ou toxiques, les alcaloïdes connus sont des produits de base de la pharmacie. En 1995, ils représentaient en valeur dans l'industrie pharmaceutique environ 1,5 milliards de Francs, au même rang que les hormones, chiffre dépassé par les vitamines comptant 1,8 milliards de Francs, mais dépassant en valeur les antibiotiques représentant 1,2 milliards de Francs[10].

La nicotine est un insecticide végétal naturel. Ses effets sont multipliés si le composé toxique est ajouté à une émulsion d'huile végétale, dite huile blanche. L'ensemble est assez vite biodégradable. La ryanodine a été employée comme insecticide végétale.


Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. Le chimiste Maurice-Marie Janot définissait cinq critères : 1. Appartenance à une classe de molécules organiques, à structure formée d'agencement d'atomes de Carbone, Hydrogène, Oxygène.. 2. Présence d'azote dans la structure moléculaire 3.formation de sels (à l'exception notable de la caféine et de la colchicine, non salifiables 4. Activité physiologique reconnue 5. Obtention de dérivés insolubles avec une gamme de réactifs généraux des alcaloïdes. D'autres chimistes trouvent que la définition cohérente de ce groupe hétérogène de molécules de taille assez grande est délicate, voire impossible si on n'oublie pas les dérivés de ces molécules à propriétés comparables. En effet, les structures moléculaires et les propriétés chimiques, mais aussi les effets biologiques observés sont très variés. Au-delà des essais de classifications, la découvertes et les études des alcaloïdes ont été un puissant levier et joué un rôle stimulant en chimie des substances naturelles.
  2. Le nom d'origine rappelle la plante ou l'organisme d'origine ou associée à la découverte : herbe à Nicot ou tabac, le breuvage café, la fleur de la Belle Dame ou Atropa belladona... Dans une moindre proportion, il rappelle l'activité physiologique ou le rôle pharmacologique : émétine pour la fonction vomitive, morphine pour l'endormissement "dans les bras de Morphée"...
  3. Le domaine d'étude, au départ limité au règne végétal, s'est étendu aux animaux terrestres et marins, ainsi qu'à divers micro-organismes.
  4. Il est plus facile de trancher pour les Datura, espèces végétales provoquant hallucinations et transes, recherchées dans les anciennes cultures chamaniques.
  5. Il s'agit souvent des mêmes. Ainsi la strychnine en très faible quantité pour ses propriétés stimulantes, la théine...
  6. selon le Grand Robert
  7. Bruneton, J., Pharmacognosie - Phytochimie, plantes médicinales, 4e éd., revue et augmentée, Paris, Tec & Doc - Éditions médicales internationales,‎ 2009, 1288 p. (ISBN 978-2-7430-1188-8)
  8. (en) Paul Bernard Foley, Beans, roots, and leaves : a history of the chemical therapy of Parkinsonism, Tectum Verlag,‎ 2003
  9. a, b et c (en) Tadeusz Aniszewski, Alkaloids - Secrets of Life, Alkaloid Chemistry, Biological significance, Applications and Ecological Role, Elsevier,‎ 2007
  10. Quid 1998

Bibliographie[modifier | modifier le code]

  • Arnold Brossi, The Alkaloïds, Chemistry and Pharmacology, Academic Press, 1989.
  • R. H. F. Manske (dir.), The Alkaloids: Chemistry and Physiology, Chemistry and Physiology, Volume 1 à 20, Academic Press Inc., 1950 à 1981.[1]. A partir de 1981, la série a été poursuivie par l'édition scientifique de H.L Holmes, puis Arnold Brossi. Elle compte maintenant une trentaine de volumes.
  • Jacques E. Poisson, article Alcaloïdes, Encyclopædia Universalis, 2011.
  • A.-Mathieu Villon et Pierre Guichard, Dictionnaire de chimie industrielle : contenant les applications de la chimie à l'industrie, à la métallurgie, à l'agriculture, à la pharmacie, à la pyrotechnie et aux arts et métiers, Paris, Librairie scientifique et industrielle (Bernard Tignol puis Henri Nolo),‎ 1880 (réimpr. 1902), non paginées en trois tomes p. (lire en ligne)

Voir aussi[modifier | modifier le code]

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