Arecolin
Arecolin ist eine chemische Verbindung aus der Gruppe der Alkaloide. Es ist der Methylester des Arecaidins und wirkt auf das vegetative Nervensystem als Acetylcholinrezeptor-Agonist. Arzneilich verarbeitet wurden die wasserlöslichen Salze (Arecolinhydrobromid, Arecolinhydrochlorid); als freie Base ist die Substanz eine ölige Flüssigkeit.
Vorkommen und Geschichte
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Arecolin kommt in den Steinkernen der Früchte der Betelnusspalme natürlich vor. Es wurde erstmals 1888 von Ernst Friedrich Jahns isoliert.
Synthese
Jahns erhitzte Nicotinsäuremethylester mit Methyliodid und reduzierte das entstandene N-Methylpyridiniumsalz (das „Jodmethylat“) mit Zinn und Salzsäure.<ref>E. Jahns: Über die Alkaloide der Arekanuß. In: Archiv der Pharmazie, 1891, 229, S. 669–704; doi:10.1002/ardp.18912290812.</ref> Die Lage der C=C-Doppelbindung war jedoch damit nicht bewiesen.
A. Johnson, ein Doktorand von Alfred Wohl, synthetisierte Arecolin aus Methylamin in mehreren Reaktionsschritten.<ref>A. Wohl, A. Johnson: Über Arecaidin und Arecolin. In: Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft, Volume 51, Issue 1, S. 4712–4719. doi:10.1002/cber.190704004119</ref>
Von der Wohl-Johnson-Synthese wurden mehrere Alternativen ausgearbeitet.<ref>Vorlage:Literatur</ref> Besonders effizient ist die im Jahr 1957 publizierte Synthese von Preobraschenskii und Mitarbeitern.<ref>N. A. Preobrazhensky, K. M. Malkow, M. E. Maurit, M. A. Vorobyev, A. S. Vlazov: Synthesis of Alkaloid Arecoline and its Homologs. In: Journal of General Chemistry of the USSR (englische Übersetzung), Jg. 1957, Band 27, S. 3200–3206.</ref><ref>M. E. Maurit, N. A. Preobrazhenskii, Synthesis of N-Methyl-3-carbomethoxy-4-hydroxypiperidines and a Study of their steric Structures. In: Journal of General Chemistry of the USSR (englische Übersetzung), Jg. 1958, Band 28, S. 943–948.</ref> Die russischen Forscher gingen ebenfalls von Methylamin aus, das an Methylacrylat addiert wurde. Der gebildete 4-Aza-heptandisäuredimethylester (im Original: Methyldi(beta-carbethoxyethyl)amin) wurde der Dieckmann-Kondensation unterworfen, wodurch der Piperidin-Ring geschlossen wurde. Reduktion der Carbonylgruppe ergab ein Piperidinol, welches dehydratisiert wurde. Arecolin wurde u. a. als Hydrobromid isoliert. Ersetzte man Methylamin durch andere primäre Amine, so erhielt man Analoga des Arecolins, d. h. die Methylgruppe am Stickstoffatom wurde durch die entsprechenden Substituenten ersetzt.
Jahns’ Versuch aus dem Jahr 1888, Arecolin durch Reduktion von N-Methylpyridinium-3-carbonsäuremethylesteriodid zu gewinnen, konnte verbessert werden, nachdem Kaliumborhydrid zugänglich geworden war. Dieses Reagens führte zur selektiven Addition von Wasserstoffatomen an die Positionen 2, 5 und 6 des Pyridiniumsalzes.<ref>J. J. Panouse: Comptes Rendus Heptomadaires des Séances de l’Acadadémie des Sciences, 1951, Band 233, S. 1200. Zitiert nach I. A. Kozello, A. Ya. Gasheva, V. I. Khmelevskii: Improvement of the Synthesis of Nicotinic Acid. In: Pharm. Chem. Journal, 1976, Band 10, S. 1515–1516. Englische Übersetzung aus Khimiko-Farmatsevticheskii Zhurnal 1976, Band 10, S. 90–91.</ref><ref>Nadao Kinoshita et al. In: Chemical and Pharmaceutical Bulletin (Tokyo), 1962, Band 8, S. 753. Zitiert nach I. A. Kozello, A. Ya. Gasheva, V. I. Khmelevskii: Improvement of the Synthesis of Nicotinic Acid. In: Pharm. Chem. Journal, 1976, Band 10, S. 1515–1516. Englische Übersetzung aus Khimiko-Farmatsevticheskii Zhurnal 1976, Band 10, S. 90–91.</ref><ref>I. A. Kozello, A. Ya. Gasheva, V. I. Khmelevskii: Improvement of the Synthesis of Nicotinic Acid. In: Pharm. Chem. Journal, 1976, Band 10, S. 1515–1516. Englische Übersetzung aus Khimiko-Farmatsevticheskii Zhurnal 1976, Band 10, S. 90–91.</ref>
Molekülstruktur
Auf Grund der Synthesen bestanden keine Zweifel an der Konstitution von Arecolin. Wegen der pharmakologischen Bedeutsamkeit des Alkaloids wurden mehrere spektroskopische Untersuchungen und Berechnungen zur Struktur unternommen. Vom Hydrobromid des Arecolins wurde eine Röntgenstrukturanalyse angefertigt.<ref>R. W. Baker, C. H. Chotia, P. Pauling, T. J. Petcher: Structure and Activity of Muscarinic Stimulants. In: Nature (London), 1971, Band 230, S. 439–445. doi:10.1038/230439a0</ref> Das durch Umsetzung von Arecolin mit Methyliodid erhaltene quartäre Ammoniumsalz (Arecolin-methoiodid) zeigt laut Röntgen-Kristallstrukturanalyse eine Halbsessel-Konformation des Piperidin-Rings.<ref>D. J. H. Mallard, D. P. Vaughan, T. A. Hamor: Crystal and Molecular Structure of Arecoline Methiodide. In: Acta Chrystallographica, 1975, Band B31, S. 1109–1112.</ref>
Verwendung
In vielen asiatischen Kulturen werden unreife Betelnüsse kleingehackt, in mit gelöschtem Kalk bestrichene Blätter des Betelpfeffers gerollt und dann als Betelbissen gekaut (Sirih-Pinang). Arecolin als die darin aktive Substanz wirkt auf den Konsumenten ähnlich wie Nicotin.
In der Veterinärmedizin diente Arecolin als Anthelmintikum. So wurde es zur Entwurmung von Nutztieren, wie Hunden eingesetzt. In dieser Funktion wird es jedoch nicht mehr verwendet.<ref name="Milne2005">Vorlage:Literatur</ref> Dabei kam das auch schwer resorbierbare Salz (Arecolinacetarsol) zum Einsatz.<ref>W. Löscher, H. Potschka, A. Richter (Hrsg.): Pharmakotherapie bei Haus und Nutztieren. Begründet von W. Löscher, F.R. Ungemach und R. Kroker. 9. Auflage. Georg Thieme Verlag, 2014, S. 384.</ref>
Wirkung
Arecolin hat eine dem Nicotin vergleichbare Wirkung; dieses wirkt jedoch primär auf den nikotinischen Acetylcholinrezeptor, während Arecolin ein Partialagonist der muskarinischen Acetylcholinrezeptoren ist und damit vor allem auf die – für die parasympathetischen Effekte des Alkaloids wie Pupillenkonstriktion (Musculus sphincter pupillae), Bronchialkonstriktion etc. verantwortlichen – Acetylcholinrezeptoren M1, M2, M3 und M4<ref name="ArecolineM2-Yang">Vorlage:Literatur</ref><ref name="ArecolineM3-Xie">Vorlage:Literatur</ref><ref name="PMID1956992">K. C. Raffaele, A. Berardi, P. P. Morris, S. Asthana, J. V. Haxby, M. B. Schapiro, S. I. Rapoport, T. T. Soncrant: Effects of acute infusion of the muscarinic cholinergic agonist arecoline on verbal memory and visuo-spatial function in dementia of the Alzheimer type. In: Progress in neuro-psychopharmacology & biological psychiatry, 1991, Band 15, Nummer 5, S. 643–648, PMID 1956992.</ref> wirkt.
Andere Toxine, die an Acetylcholinrezeptoren wirken, sind u. a. das Anatoxin A einiger Cyanobakterien, das Coniin des Gefleckten Schierlings, Cytisin des Goldregens, Epibatidin der Baumsteigerfrösche sowie Curare.<ref name="PMID19660486">R. Aráoz, J. Molgó, N. Tandeau de Marsac: Neurotoxic cyanobacterial toxins. In: Toxicon, Oktober 2010, Band 56, Nummer 5, S. 813–828; doi:10.1016/j.toxicon.2009.07.036, PMID 19660486 (Review).</ref><ref name="PMID23086230">B. T. Green, S. T. Lee, K. D. Welch, J. A. Pfister, K. E. Panter: Fetal muscle-type nicotinic acetylcholine receptor activation in TE-671 cells and inhibition of fetal movement in a day 40 pregnant goat model by optical isomers of the piperidine alkaloid coniine. In: The Journal of pharmacology and experimental therapeutics, Januar 2013, Band 344, Nummer 1, S. 295–307; doi:10.1124/jpet.112.199588, PMID 23086230.</ref><ref name="PMID22580045">R. L. Papke, F. Ono, C. Stokes, J. M. Urban, R. T. Boyd: The nicotinic acetylcholine receptors of zebrafish and an evaluation of pharmacological tools used for their study. In: Biochemical pharmacology, August 2012, Band 84, Nummer 3, S. 352–365; doi:10.1016/j.bcp.2012.04.022, PMID 22580045, Vorlage:PMC.</ref><ref name="PMID7476906">V. Gerzanich, X. Peng, F. Wang, G. Wells, R. Anand, S. Fletcher, J. Lindstrom: Comparative pharmacology of epibatidine: a potent agonist for neuronal nicotinic acetylcholine receptors. In: Molecular pharmacology, Oktober 1995, Band 48, Nummer 4, S. 774–782; PMID 7476906.</ref><ref name="PMID6283380">A. Trautmann: Curare can open and block ionic channels associated with cholinergic receptors. In: Nature, Juli 1982, Band 298, Nummer 5871, S. 272–275, PMID 6283380.</ref>
Literatur
- The Alkaloids: Chemistry and Physiology. Volume 1. 1965.
Einzelnachweise
<references />