À l'instar d'un grand nombre de produits naturels, la quasi-totalité des noms communs d'alcaloïdes portent une terminaison en « -ine », comme lanicotine, lacaféine, l'atropine, l'ibogaïne, l'émétine, l'ergine ou lamorphine[2]. Habituellement en chimie biologique, les alcaloïdes sont des dérivés desacides 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 quemétabolites secondaires, principalement chez lesvégétaux, leschampignons 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 despyrazoles.
Sorti deslaboratoires chimiques entre 1819 et 1827, le motalcaloïde se rapporte à l'origine à un « comportement chimique semblable à unalcali, 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 lessolutés basiques dits alcaloïdes. Il a été employé au siècle suivant pour décrire n'importe quellebase de Lewis contenant un hétérocycle azoté ou, improprement, une fonctionamine. À cause dudoublet électronique non liant de l'azote, les alcaloïdes sont considérés comme des bases de Lewis.
Le termealcaloïde, attesté en français en 1827[7], peut être décomposé par la racinealcali* 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 dugrec ancienεἶδος /eīdos, «forme ». La racine vient dulatin médiévalalkali, emprunté lui-même à l'arabeal-qétiyi par sa forme communeal qate, al qaly القالي "la soude", plante du genreSalsola dont on a extrait pendant longtemps uncarbonate de sodium plus ou moins pur, dénommé "soude", à partir duquel on pouvait fabriquer de lasoude caustique. Le termeal 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 lepavot à opium ou l'aconit, sont très anciens, mais la connaissance de leurs substances actives ne date que du début duXIXe siècle.En 1803,Charles Derosne, pharmacien et industriel français, est le premier à isoler un alcali végétal[8] en extrayant de l'opium un mélange denarcotine et demorphine, 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 nommeramorphium en référence àMorphée, divinité des rêves dans la Grèce antique[9]. 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 etCaventou, découvrent une impressionnante série de composés actifs :caféine,émétine (de l'ipéca),strychnine (de la noix vomique),quinine etcinchonine (de l'écorce de quinquina).
Le terme « alcaloïde » est créé en 1819 par un pharmacien de Halle,Wilhelm Meissner(de) (1792-1853)[10].
L'élucidation des structures chimiques des alcaloïdes ne débute qu'en 1870 avec celle de la plus simple, laconiine, par Schiff, et certains ne révéleront leur structure qu'à la fin duXXe siècle, au long duquelMaurice-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.
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 solvantapolaire en milieu alcalin ou par un solvantpolaire en milieuacide (de Brönsted).
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 estime actuellement que plus de 8 000 composés naturels ont été identifiés comme alcaloïdes[11]. Tous les ans, une centaine de nouvelles molécules seraient ajoutées par les scientifiques du monde entier. Afin de pouvoir mieux maîtriser cette grande liste, trois types de classification des alcaloïdes ont été proposées suivant :
groupe desbétaïnes (composés d'ammonium quaternaire, ce ne sont pas des alcaloïdes au sens propre, même si régulièrement classés comme tels) :muscarine,choline,neurine ;
Les alcaloïdes peuvent être classés en fonction de leur précurseur avant leur synthèse dans une voie biologique. On distingue alors trois grandes classes[11] selon qu'ils possèdent ou non unacide 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 desamines 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 detransamination dans une voie connectée avec les précurseurs ou les postcurseurs d'acides aminés.
Tadeusz Aniszewski[11] propose la classification suivante, basée sur les précurseurs dans la voie biologique de synthèse.
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 milliard de francs, au même rang que les hormones, chiffre dépassé par les vitamines comptant 1,8 milliard de francs, mais dépassant en valeur les antibiotiques représentant 1,2 milliard de francs[12].
La nicotine est un insecticide végétal naturel. Ses effets sont multipliés si le composé toxique est ajouté à une émulsion d'huile végétale, cette dernière étant un insecticide de contact agissant par obstruction du système respiratoire.Le mécanisme d'action étant l'asphyxie, l'apparition d'une résistance aux effets insecticides est donc impossible.L'ensemble est assez vite biodégradable. Laryanodine a été employée comme insecticide végétal.
↑Le chimisteMaurice-Marie Janot définissait cinq critères : 1. Appartenance à une classe de molécules organiques, à structure formée d'agencement d'atomes deCarbone,Hydrogène,Oxygène.. 2. Présence d'azote dans la structure moléculaire 3. formation de sels (à l'exception notable de la colchicine, non salifiable 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.
↑Le nom d'origine rappelle la plante ou l'organisme d'origine ou associée à la découverte :herbe à Nicot ou tabac, le breuvagecafé, la fleur de la Belle Dame ouAtropa 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 »...
↑Le domaine d'étude, au départ limité au règne végétal, s'est étendu aux animaux terrestres et marins, ainsi qu'à divers micro-organismes.
↑Il est plus facile de trancher pour lesDatura, espèces végétales provoquant hallucinations et transes, recherchées dans les anciennes cultures chamaniques.
↑Il s'agit souvent des mêmes. Ainsi la strychnine en très faible quantité pour ses propriétés stimulantes, lacaféine...
↑Paul Schauenberg et Ferdinand Paris,Guide des plantes médicinales : Analyse, description et utilisation de 400 plantes, Paris, Delachaux et Niestlé,, 396 p.(ISBN9782603017395),p. 20
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]. À 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, articleAlcaloïdes,Encyclopædia Universalis, 2011.
A.-MathieuVillon et PierreGuichard,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), (réimpr. 1902), non paginées en trois tomes(lire en ligne)
