આલ્કેલૉઇડ (રસાયણ)

આલ્કેલૉઇડ (રસાયણ) : વાનસ્પતિક ઉદગમ ધરાવતાં નાઇટ્રોજની (nitrogenous) બેઝિક સંયોજનો. આલ્કેલૉઇડ છોડ/વૃક્ષમાં ઑક્ઝેલિક, સાઇટ્રિક, ટાર્ટરિક અને ગૅલિક જેવા સામાન્ય કાર્બનિક ઍસિડ સાથેના ક્ષાર રૂપે રહેલાં હોય છે. અફીણનાં આલ્કેલૉઇડ મૅકોનિક ઍસિડ અને સિંકોના આલ્કેલૉઇડ ક્વિનિક ઍસિડ જેવા વિશિષ્ટ ઍસિડના ક્ષાર રૂપે રહેલાં હોય છે. સોલેનીન ગ્લુકોઆલ્કેલૉઇડ છે, પિપેરીન (મરીમાંનું) ઍમાઇડ છે, જ્યારે કોકેન ઍસ્ટરરૂપ છે.

અલગીકરણ (isolation), શુદ્ધીકરણ અને પરખ (detection) : વૃક્ષના આલ્કેલૉઇડયુક્ત અંગને સૂકવી, ભૂકો કરી તેમાંના આલ્કેલૉઇડને 1થી 5 ટકા ઍસિડવાળા પાણી કે આલ્કોહૉલ વડે નિષ્કર્ષિત કરાય છે. આમાં એમોનિયા કે સોડિયમ કાર્બોનેટ ઉમેરતાં મુક્ત થતાં આલ્કેલૉઇડ જો ઘન હોય તો ગાળણથી અને પ્રવાહી હોય તો જલ-અદ્રાવ્ય કાર્બનિક દ્રાવકથી અલગ કરાય છે. બીજી પદ્ધતિમાં વનસ્પતિના ભૂકામાં મંદ આલ્કલીનું દ્રાવણ નાખીને ક્ષારરૂપમાંથી મુક્ત થયેલ આલ્કેલૉઇડને કાર્બનિક દ્રાવક વડે નિષ્કર્ષિત કરાય છે. દ્રાવણ દૂર કરતાં મળતા આલ્કેલૉઇડને શુદ્ધ રૂપમાં અલગ મેળવવા માટે નિસ્યંદન (distillation), સ્ફટિકીકરણ, વર્ણલેખન(chromato-graphy)ની વિવિધ પદ્ધતિઓ, આયનવિનિમય (ion exchange) અને વિપરીત ધારાવિતરણ (counter current distribution) જેવી પ્રવિધિઓ ઉપયોગમાં લેવાય છે. આલ્કેલૉઇડની બેઝિકતાના તફાવતનો લાભ લઈને તેમનું વિભાગીય અલગન (separation) પણ કરી શકાય છે.

કોઈ પદાર્થ આલ્કેલૉઇડ છે કે નહિ તે જાણવા માટે વિશિષ્ટ કસોટીઓ યોજવામાં આવેલી છે. આ માટે વપરાતા પ્રક્રિયકો આલ્કેલૉઇડ પ્રક્રિયકો તરીકે ઓળખાય છે. કેટલાંક પ્રક્રિયકો આલ્કેલૉઇડ સાથે વિશિષ્ટ રંગ આપે છે (જુઓ કોષ્ટક). જ્યારે કેટલાંક પ્રક્રિયકો અવક્ષેપ (precipitate) આપે છે.

પ્રક્રિયક	આલ્કેલૉઇડ	રંગ
ફૉસ્ફૉરિક ઍસિડ	કોનીન	લીલાશ પડતો પીળો
ફૉસ્ફૉરિક ઍસિડ	નિકોટીન	સિંદૂરી
ઍન્ટિમની ટ્રાયક્લોરાઇડ	બ્રુસીન	કાળાશ પડતો લાલ
	મૉર્ફિન-કોડીન	લીલો
કેરેમલક	થિબેન	લાલ
આલ્કોહૉલ	કોકેન (HClમાં)	કાળો

અવક્ષેપ આપનાર પ્રક્રિયકોમાં મેયરનું પ્રક્રિયક (HgCl₂ + KI), પિક્રિક ઍસિડ, ક્લૉરોપ્લૅટિનિક ઍસિડ અને પિક્રોલિનિક ઍસિડ અગત્યના છે. આલ્કેલૉઇડ ઔષધ તરીકે ઉપયોગી હોઈ તેમના આમાપન(assay)ની પદ્ધતિઓ પણ વિકસાવવામાં આવી છે.

સામાન્ય રીતે આલ્કેલૉઇડ રંગવિહીન સ્ફટિકરૂપ પદાર્થો હોય છે. ફક્ત કાર્બન, હાઇડ્રોજન અને નાઇટ્રોજન ધરાવતાં આલ્કેલૉઇડ પ્રવાહી હોય છે (દા.ત., કોનીન, નિકોટીન). ઍસિડ સાથે આલ્કેલૉઇડ સ્ફટિકરૂપ ક્ષારો બનાવે છે. ઘણાં આલ્કેલૉઇડ પ્રકાશક્રિયાશીલ (optically active) અને તેમાં પણ ઘણુંખરું વામ-ભ્રમણીય (laevorotatory) હોય છે. કોનીન દક્ષિણ(daxtro)-ભ્રમણીય છે.

વર્ગીકરણ : આલ્કેલૉઇડનું વર્ગીકરણ કરવા માટે વિવિધ બાબતોને લક્ષમાં લેતાં વિવિધ પ્રકારની વર્ગીકરણપદ્ધતિઓ સૂચવવામાં આવેલી છે. નીચે દર્શાવેલાં ચાર પ્રકારનાં વર્ગીકરણ વપરાશમાં છે. આ બધાંમાં પહેલાં ત્રણ વર્ગીકરણોની ઉપયોગિતા મર્યાદિત છે. રાસાયણિક વર્ગીકરણ રાસાયણિક અભ્યાસ માટે વધુ ઉપયોગી હોઈ સામાન્ય વપરાશમાં છે :

(1) વનસ્પતિના વર્ગ પ્રમાણે : એક જ વંશની વનસ્પતિમાં મળતાં આલ્કેલૉઇડને એક વર્ગનાં ગણવામાં આવે છે; દા.ત., ઇફેડ્રામાં મળતાં આલ્કેલૉઇડ ઇફેડ્રા વર્ગનાં અને સિંકોના વૃક્ષમાંથી મળતાં આલ્કેલૉઇડને સિંકોના વર્ગનાં આલ્કેલૉઇડ ગણવામાં આવે છે.

(2) શરીરક્રિયાત્મક અસર પ્રમાણે : આલ્કેલૉઇડને તેમની ભિન્ન ભિન્ન શરીરક્રિયાત્મક અસરો અનુસાર વિવિધ વર્ગમાં મૂકવામાં આવે છે; દા.ત., મલેરિયારોધી આલ્કેલૉઇડ, પીડાશામક(analgesic) આલ્કેલૉઇડ વગેરે.

(3) જીવસંશ્લેષણ પ્રમાણે : જે સાદાં સંયોજનો(દા.ત., ઍમિનોઍસિડ)માંથી કુદરતમાં આલ્કેલૉઇડ બનતાં હોવાનું મનાતું હોય તે સંયોજન અનુસાર વર્ગ રચવામાં આવે છે; દા.ત., ઇન્ડોલ સમૂહ ધરાવતાં આલ્કેલૉઇડ ટ્રિપ્ટોફેન નામના ઍમિનોઍસિડમાંથી મળી શકે તેમ હોઈ આ આલ્કેલૉઇડને ટ્રિપ્ટોફેન વર્ગમાં મુકાય છે.

(4) રાસાયણિક વર્ગીકરણ : આલ્કેલૉઇડના બંધારણમાં પાયાના ઘટક તરીકે રહેલ વિષમચક્રીય વલય અનુસાર આલ્કેલૉઇડનું વર્ગીકરણ કરવામાં આવે છે :

વલય	આલ્કેલૉઇડનું નામ
સાદા ઍરોમૅટિક એમાઇન	ઇફેડ્રીન, કૅપ્સેઇસીન (મરચાના તીખા સ્વાદ માટે જવાબદાર), પિપેરીન (મરીમાં), મૅસ્કેલીન (વિભ્રમજનક)
	હાઇગ્રીન, કુસ્કોહાઇગ્રીન
	કોનીન, ઍરેકોલીન (સોપારીમાં), પૅલેટિયરીન (દાડમમાં), લોબેલીન, રિસિસીન (એરંડામાં)
	નિકોટીન (તમાકુમાં), એનાબેસીન, કાર્પેન (પપૈયામાં)
	એટ્રોપીન, હાયોસાયમીન, કોકેન
	લ્યુપિનીન
	ક્વિનીન, ક્વિનિડીન, સિંકોનીન
	અફીણમાંના પેપેવેરીન, મૉર્ફિન, કોડીન, અને નાર્કોટીન; ઇમેટીન
	વેસિસીન (અરડૂસીમાં)
	સ્ટ્રિકનીન, રિસર્પીન, લિસર્જિક ઍસિડ ઍમાઇડ, વિનબ્લાસ્ટીન, વિનક્રિસ્ટીન
ટર્પીન સ્ટૅરોઇડ્ઝ	એકોનિટીન(વછનાગમાં), કોનેસીન (કડાછાલમાં)
	પિલોકાર્પીન (કીકીસંકોચક)

કેટલાક ઍરોમૅટિક એમાઇન અને કોલ્ચિસીન વગેરેને અપવાદરૂપ લેખવામાં આવે છે; કારણ તેમના અણુમાં વિષમચક્રીય વલય હોતું નથી. વિષમચક્રીય વલય અનુસાર દરેક વર્ગીકરણ નીચે દર્શાવ્યું છે. દરેક વર્ગના પાયાના ઘટકના સૂત્રની સામે તે વર્ગના આલ્કેલૉઇડનાં નામો આપેલાં છે :

પૃથક્કરણ અને બંધારણ : દહન (combustion) પૃથક્કરણથી આલ્કેલૉઇડમાં રહેલ કાર્બન, હાઇડ્રોજન, નાઇટ્રોજન અને ઑક્સિજનનું પ્રમાણ નક્કી કરાય છે. આ ઉપરથી તેનું પ્રમાણસૂચક (empirical) સૂત્ર અને અણુભાર મેળવીને અણુસૂત્ર નક્કી કરવામાં આવે છે. અણુસૂત્ર નક્કી કર્યા પછી આલ્કેલૉઇડના અણુમાં રહેલ ક્રિયાશીલ સમૂહોની પ્રકૃતિ નક્કી કરવામાં આવે છે.

ઑક્સિજન એ હાઇડ્રૉક્સિલ (-OH), મિથૉક્સિલ (અથવા મિથૉક્સિ) (-OCH₃), મિથિલીન ડાયૉક્સિલ, કાર્બૉક્સિલ (-COOH), કાર્બોનિલ (=CO) અથવા ઈથર (≡ C-O-C ≡) સમૂહ રૂપે હાજર હોઈ શકે છે. આ સમૂહો પારખવાની તથા તેમની સંખ્યા નક્કી કરવાની વિશિષ્ટ પદ્ધતિઓ વિકસાવવામાં આવી છે.

હાઇડ્રૉક્સિલ સમૂહ, પ્રાથમિક, દ્વિતીયક કે તૃતીયક સ્વરૂપે હોઈ શકે. ફિનોલીય હાઇડ્રૉક્સિલ સમૂહ તેના ઍસિડગુણ તથા ફેરિક ક્લોરાઇડ સાથેની તેની પ્રક્રિયાથી પારખી શકાય છે. હાઇડ્રૉક્સિલ સમૂહોની સંખ્યા ઍસાઇલેશન તથા મિથાઇલ મૅગ્નેશિયમ આયોડાઇડ (CH₃MgI) સાથેની પ્રક્રિયામાં મળતા મિથેન(CH₄)ના પ્રમાણ ઉપરથી નક્કી કરી શકાય છે. (ઝેરેવિટિનૉવ્ પદ્ધતિ)

R-OH + CH₃MgI → ROMgI + CH₄

મિથૉક્સિલ સમૂહની સંખ્યા નીચે દર્શાવેલ ઝીસેલ પદ્ધતિ પ્રમાણે અવક્ષિપ્ત થતા સિલ્વર આયોડાઇડ (AgI)ના પ્રમાણ ઉપરથી નક્કી કરી શકાય છે :

પ્રક્રિયા(i)માં ઉત્પન્ન થતાં CH₃Iને આલ્કોહૉલીય AgNO₃માં પસાર કરતાં AgIના અવક્ષેપ મળે છે. મિથિલીન ડાયૉક્સિલ સમૂહ માટે આલ્કેલૉઇડને સાંદ્ર સલ્ફ્યુરિક ઍસિડ સાથે ગરમ કરતાં ફૉર્માલ્ડિહાઇડ (HCHO) ઉત્પન્ન થાય છે, જેના પ્રમાણ ઉપરથી મિથિલીન ડાયૉક્સિલ સમૂહની સંખ્યા નક્કી કરી શકાય છે.

નાઇટ્રોજન, દ્વિતીયક કે તૃતીયક રૂપમાં હાજર હોય છે. દ્વિતીયક નાઇટ્રોજન મિથાઇલ આયોડાઇડ સાથે શરૂઆતમાં = N – CH₃ વ્યુત્પન્ન અને વધુ મિથાઇલ આયોડાઇડ સાથે ચતુર્થક ક્ષાર આપે છે, જ્યારે તૃતીયક નાઇટ્રોજન મિથાઇલ આયોડાઇડ સાથે ચતુર્થક ક્ષાર આપે છે. આ પ્રક્રિયાનો ઉપયોગ કરીને નાઇટ્રોજનની પ્રકૃતિ અંગે માહિતી મેળવી શકાય છે. = N – CH₃ સમૂહની સંખ્યા નીચે દર્શાવેલ પ્રક્રિયા (હર્ઝિંગની પદ્ધતિ) અનુસાર ઉત્પન્ન થતા સિલ્વર આયોડાઇડના પ્રમાણ ઉપરથી નક્કી કરી શકાય છે :

આલ્કેલૉઇડમાંના વિષમચક્રીય વલયની પ્રકૃતિ અંગેની માહિતી તેનું બંધારણ નક્કી કરવામાં અતિઉપયોગી છે. આ માટેની એક પદ્ધતિ હૉફમૅનની સંપૂર્ણ (exhaustive) મિથિલેશન પદ્ધતિ છે. આ પદ્ધતિમાં વિષમચક્રીય વલયમાંથી કાર્બન-માળખાને ખલેલ પહોંચાડ્યા વગર નાઇટ્રોજન દૂર કરવામાં આવે છે. કાર્બન-માળખું અસંતૃપ્ત હાઇડ્રોકાર્બનના રૂપમાં સચવાઈ રહે છે, જેના બંધારણ ઉપરથી વિષમચક્રીય પ્રણાલીનો ખ્યાલ મેળવવામાં આવે છે. આ પદ્ધતિ સમીકરણ રૂપે નીચે વર્ણવી છે :

પાણીના અણુનું વિલોપન (elimination) શક્ય બનાવવા માટે β-હાઇડ્રોજનની હાજરી જરૂરી છે. વળી ક્વિનોલીન, આઇસોક્વિનોલીન અને ટેટ્રાહાઇડ્રોક્વિનોલીનમાં આ પ્રક્રિયા શક્ય બનતી નથી. આ માટે એમ્ડેનો સુધારો ઉપયોગી છે. આ પ્રક્રિયામાં ચતુર્થક એમોનિયમ હેલાઇડનું સોડિયમ સંરસ (amalgam) અને આલ્કોહૉલ, સોડિયમ અને પ્રવાહી એમોનિયા અથવા હાઇડ્રોજન (ઉદ્દીપકની હાજરીમાં) વડે અપચયન (reduction) કરવામાં આવે છે. હૉફમૅન પદ્ધતિથી અસંતૃપ્તતા ઉત્પન્ન થાય છે જે અવક્રમણ માટે ઉપયોગી છે. આ ઉપરાંત ફોનબ્રોન પદ્ધતિ પણ વલય વિવૃત કરવા માટે ઉપયોગી છે :

અવક્રમણ (degradation) : આગળ ચર્ચેલી પદ્ધતિઓ વડે આલ્કેલૉઇડના બંધારણના અગત્યના ઘટકોનો ખ્યાલ મેળવવામાં આવે છે. બંધારણના માળખાનું સ્વરૂપ સમજવા માટે તેના અણુનું વ્યવસ્થિત અવક્રમણ કરવામાં આવે છે. વિવિધ પ્રક્રિયકોનો ઉપયોગ કરીને અણુના ટુકડા કરવામાં આવે છે અને ટુકડાના બંધારણ ઉપરથી મૂળ બંધારણ અંગે અનુમાન કરવામાં આવે છે. ઘણી વાર આ ટુકડાનું બંધારણ જાણીતું ન હોય તો તેનું અવક્રમણ/સંશ્લેષણ કરીને તે નક્કી કરવામાં આવે છે. બહુ જ નાના ટુકડાઓમાં થતું વિખંડન ઉપયોગી નથી. અવક્રમણ માટે ઉપચયન (oxidation), આલ્કલી સાથે ગલન (fusion), જસતરજ સાથે નિસ્યંદન (આમાં ઑક્સિજન દૂર થવા ઉપરાંત અણુનું વિખંડન પણ થાય છે) અને સિલિનિયમ સાથે નિસ્યંદન વગેરે પ્રક્રિયાઓ ઉપયોગમાં લેવાય છે. અણુમાંના અસંતૃપ્તિના કેન્દ્ર, ઈથરસમૂહ વગેરે મારફત અણુનું વિખંડન શક્ય બને છે. ઉપચયન માટે વિવિધ પ્રબળતાવાળાં પ્રક્રિયકો વપરાય છે. હાઇડ્રોજન પેરૉક્સાઇડ, ઓઝોન, આયોડિન (આલ્કોહૉલમાં) તથા આલ્કલીયુક્ત પોટૅશિયમ ફેરિસાયનાઇડ મૃદુ પ્રક્રિયકો છે. પોટૅશિયમ પરમગેનેટ અને ક્રોમિક ઍસિડ (એસેટિક ઍસિડમાં) મધ્યમ ઉગ્રતાવાળાં પ્રક્રિયકો છે, જ્યારે પોટૅશિયમ ડાયક્રોમેટ (સલ્ફ્યુરિક ઍસિડ સાથે), ક્રોમિક ઍસિડ (સલ્ફ્યુરિક ઍસિડ સાથે), નાઇટ્રિક ઍસિડ અને મૅંગેનીઝ ડાયૉક્સાઇડ (સલ્ફ્યુરિક ઍસિડ સાથે) ઉગ્ર પ્રક્રિયકો છે. આ રાસાયણિક પદ્ધતિઓથી કોઈ વાર ઝડપી પરિણામ આવે છે, પણ સામાન્ય રીતે આ પદ્ધતિ ઘણો લાંબો સમય લે છે અને કોઈ વાર તેનાં પરિણામો ખોટે માર્ગે દોરી જાય છે. આ કારણથી કેટલાંક જાણીતાં આલ્કેલૉઇડનાં બંધારણનું કાર્ય દસકાઓ સુધી ચાલ્યું હતું.

હાઇડ્રેસ્ટીનનું મંદ નાઇટ્રિક ઍસિડ વડે ઉપચયન કરતાં હાઇડ્રેસ્ટેનીન અને ઓપિયાનિક ઍસિડ મળે છે. તેના ઉપરથી હાઇડ્રેસ્ટીનનું બંધારણ નક્કી કરી શકાયું છે. એક જ પ્રક્રિયાથી બંધારણ નક્કી થઈ શકે તેવાં ઉદાહરણો જવલ્લે જ જોવા મળે છે. ઘણી વાર ઉપચયનથી સમગ્ર અણુનો નાશ થતાં બંધારણ નક્કી કરવામાં ખાસ મદદ થતી નથી. નિકોટીનના ઉપચયનમાં નિકોટિનિક ઍસિડ સિવાયનો ભાગ તદ્દન નાના ટુકડાઓમાં વિભાજિત થાય છે. લગભગ સો વર્ષ પર્યંત સ્ટ્રિકનીનનું બંધારણ કોયડારૂપ રહ્યું હતું. પરંપરાપ્રાપ્ત અવક્રમણ-પદ્ધતિની નોંધપાત્ર સિદ્ધિ તે સ્ટ્રિકનીનના બંધારણનો ઉકેલ છે. બ્રિટિશ રસાયણજ્ઞ સર રૉબર્ટ રૉબિન્સન અને અમેરિકન રસાયણજ્ઞ રૉબર્ટ બર્ન્સ વૂડવર્ડની અત્યંત કુનેહભરી વ્યૂહરચનાને કારણે આ શક્ય બન્યું હતું. અફીણમાંના આલ્કેલૉઇડ મૉર્ફિનના રાસાયણિક અવક્રમણ દરમિયાન થતા પુનર્વિન્યાસનું અર્થઘટન યોગ્ય રીતે ન કરી શકાતાં તેનું બંધારણ નક્કી કરવામાં સારો એવો સમય પસાર થઈ ગયો હતો. સર રૉબિન્સનના પ્રયત્નોથી તેમાં પણ સફળતા મળી.

એક વાર આલ્કેલૉઇડનું બંધારણ નક્કી થાય તે પછી અસંદિગ્ધ પ્રક્રિયાઓનો ઉપયોગ કરીને તેનું સંશ્લેષણ કરવામાં આવે છે. સંશ્લેષિત પદાર્થ અને કુદરતી આલ્કેલૉઇડ બધા જ ગુણધર્મો(ભૌતિક, રાસાયણિક અને શરીરક્રિયાત્મક)માં અભિન્ન માલૂમ પડે ત્યારે જ બંધારણ સો ટકા સાબિત થયેલું ગણાય છે. કેટલાક કિસ્સાઓમાં આ કાર્ય ઘણા રસાયણજ્ઞોની કેટલાંય વર્ષોની જહેમત માંગી લે છે; દા.ત., ક્વિનીન સિંકોનાની છાલમાંથી 1820માં પેલેટિયરે મેળવ્યું અને 1907માં તેનું બંધારણ નક્કી થયું. વૂડવર્ડ અને ડોરિંગે 1940-45માં ક્વિનીનનું સંશ્લેષણ કરીને છેવટે આ બંધારણને પુષ્ટિ આપી. સર્પગંધામાંનાં આલ્કેલૉઇડને 1950માં અલગ પાડવામાં આવ્યાં. તેમના બંધારણ અને સંશ્લેષણ અંગેનું કાર્ય ફક્ત પાંચ વર્ષમાં જ પૂરું કરવામાં આવ્યું હતું. આ ઝડપનું કારણ રસાયણશાસ્ત્રમાં થયેલી પ્રગતિ ગણાય.

ભૌતિક પદ્ધતિઓ : વીસમી સદીના મધ્યાહનથી કાર્બનિક સંયોજનોના બંધારણીય અભ્યાસ માટે આ પદ્ધતિઓ વધુ ને વધુ વપરાશમાં આવી રહી છે. આનાથી બંધારણ નક્કી કરવાનું કાર્ય અતિ ઝડપી બન્યું છે. આમાંની કેટલીક પદ્ધતિઓ રોજિંદી વપરાશમાં આવતાં નવું આલ્કેલૉઇડ કુદરતમાંથી મળતાં જ તેની પ્રાથમિક ચકાસણી આ પદ્ધતિઓ વડે કરવામાં આવે છે.

દળ (mass) સ્પેક્ટ્રમિતિમાં અણુનું વિખંડન કરીને તેના દરેક ટુકડાનું અને મૂળ અણુનું દળ (અણુભાર) મેળવવામાં આવે છે. આ ટુકડાઓના બંધારણના અભ્યાસ ઉપરથી મૂળ પદાર્થનું બંધારણ મેળવી શકાય છે.

ઇન્ફ્રારેડ સ્પેક્ટ્રમિતિ (IR) વડે અણુમાં રહેલ વિવિધ ક્રિયાશીલ સમૂહો (દા.ત., -OH, >CO, -NR₁R₂) અંગેની માહિતી મળે છે.

અલ્ટ્રાવાયોલેટ (UV) સ્પેક્ટ્રમિતિ વડે કાર્બોનિલ સમૂહ તથા ઍરોમેટિક સમૂહ સાથેની સંયુગ્મી અસંતૃપ્તતા (conjugated unsaturation) અંગેની માહિતી મળે છે.

ન્યૂક્લિયર મૅગ્નેટિક રેઝોનન્સ (NMR) સ્પેક્ટ્રમિતિ વડે હાઇડ્રોજન પરમાણુઓની પ્રકૃતિ તથા તેમની આજુબાજુના હાઇડ્રોજન પર્યાવરણ અંગેની કીમતી માહિતી મેળવી શકાય છે. આ પદ્ધતિ આલ્કેલૉઇડના ત્રિવિમ રસાયણ (stereochemistry) અંગેની વિસ્તૃત માહિતી આપી શકે છે. C-13 NMR પણ 1970 પછીનાં વર્ષોમાં કાર્બનમાળખાના અભ્યાસમાં ઘણું ઉપયોગી સાબિત થયેલ છે.

X-કિરણ વિવર્તન(X-ray diffraction)થી આલ્કેલૉઇડનું સંપૂર્ણ બંધારણ નક્કી કરી શકાય છે. આ માટે આલ્કેલૉઇડના ભારે પરમાણુ (બ્રોમીન, આયોડિન) સાથેના ક્ષારના સ્ફટિક જરૂરી ગણાય છે. હાલમાં કમ્પ્યૂટરની મદદથી જરૂરી ફોરિયર સમીકરણોનો ઉકેલ ઝડપથી મળી શકતો હોઈ જે ગણતરી માટે વર્ષો લાગે તે હવે થોડાં અઠવાડિયાંમાં જ કરી શકાય છે.

આલ્કેલૉઇડના સંરૂપણ (conformation) માટે પ્રકાશીય ધ્રુવણ વર્ણ-વિક્ષેપણ (optical rotatory dispersion) અને વૃત્તીય ધ્રુવણ-દ્વિવર્ણતા (circular dichroism) પદ્ધતિઓ પણ ઉપયોગમાં લેવાય છે. ભૌતિક પદ્ધતિઓની મદદથી જ મહદ્અંશે વિન્ડોલીન જેવા અતિ સંકીર્ણ આલ્કેલૉઇડનું બંધારણ નક્કી કરી શકાયું છે. આ આલ્કેલૉઇડનું સૂત્ર બધા હાઇડ્રોજનની NMR વડે પ્રાપ્ય δ-કિંમતો સાથે નીચે દર્શાવેલ છે :

ભૌતિક પદ્ધતિઓથી આલ્કેલૉઇડનું સંપૂર્ણ બંધારણ નક્કી કરી શકાય તોપણ કાર્બનિક રસાયણશાસ્ત્રી અવક્રમણથી બંધારણ અંગેની વિસ્તૃત માહિતી મેળવવા ઇચ્છતો હોય છે. આ ઉપરાંત તેનું સંશ્લેષણ પણ જરૂરી જ ગણાય છે. આલ્કેલૉઇડના અભ્યાસથી વિવિધ રોગોના ઉપચાર માટેનાં આધુનિક સફળ ઔષધો સીધી કે આડકતરી રીતે ઉપલબ્ધ થયાં છે. વળી આલ્કેલૉઇડ રસાયણના ખેડાણથી જ કાર્બનિક રસાયણ, ખાસ કરીને વિષમચક્રીય સંયોજનોનું રસાયણ વધુ સમૃદ્ધ થયું છે તેમ કહી શકાય. વિવિધ વિષમચક્રીય વલયોની વિસ્મય પમાડે તેવી અટપટી ગોઠવણી ફક્ત આલ્કેલૉઇડ પદાર્થોમાં જ જોવા મળે છે.

સંશ્લેષણ : આલ્કેલૉઇડનું બંધારણ અવક્રમણ-પદ્ધતિઓથી નક્કી થયા પછી તેનું સંશ્લેષણ જરૂરી ગણાય છે. સૌપ્રથમ સંશ્લેષિત રીતે મેળવાયેલું આલ્કેલૉઇડ કોનીન છે. તેનું સંશ્લેષણ નીચે દર્શાવ્યું છે. છેલ્લા સોપાનમાં પદાર્થનું d-ટાર્ટરિક ઍસિડ વડે વિભેદન (resolution) કરીને d-કોનીન મેળવાયું હતું જે કુદરતી કોનીન સાથે બધા જ ગુણધર્મોમાં સમાન હતું. નમૂનારૂપ સંશ્લેષણ તરીકે કોકેનનું સંશ્લેષણ સમીકરણ રૂપે જ નીચે વર્ણવ્યું છે. આ સંશ્લેષણનું પ્રથમ સોપાન શરીરક્રિયાધર્મી પરિસ્થિતિમાં કરવામાં આવેલ હોઈ સંશ્લેષણની દૃષ્ટિએ આ સોપાન અગત્યનું ગણાય છે :

કોકેન અને Ψ કોકેનને વિભાગીય સ્ફટિકીકરણથી અલગ કરીને (±) કોકેનનું (+)ટાર્ટરિક ઍસિડથી વિભેદન કરીને (-) પ્રતિબિંબરૂપ (enantiomorph) મેળવાય છે, જે કુદરતી કોકેનથી અભિન્ન છે. કોકેનમાં ચાર અસમમિત કેન્દ્રો છે (C₁, C₂, C₃, અને C₅). N-CH₃ સેતુ સાત સભ્યવાળા કાર્બનવલયના મધ્યતલના સંદર્ભમાં સપક્ષ (cis) હોવો જરૂરી છે; કારણ, વિપક્ષ (trans) રચનામાં ઘણી વિકૃતિ થતી હોઈ તે અશક્ય બને છે. આથી 2⁴ = 16 ભિન્ન પ્રકાશક્રિયાશીલ રૂપોને બદલે આઠ રૂપો જ – પ્રતિબિંબરૂપોની ચાર જોડી જ – શક્ય છે. કોકેનનું સંરૂપીય સૂત્ર ઉપર દર્શાવ્યું છે. તેનો નિરપેક્ષ વિન્યાસ 2(R) – કાર્બોમિથૉક્સિ – 3 (5) બેન્ઝોઇલૉક્સિ – 1(R)  ટ્રોપેન છે.

દક્ષિણ અમેરિકાની આદિવાસી પ્રજા થાક તથા ક્ષુધાની અસર દૂર કરવા કોકેન પેદા કરતા છોડનાં પાંદડાં પાનની માફક ચાવતી. વૉહ્લર નામના જર્મન રસાયણજ્ઞે આની નિશ્ચેતક (anesthetic) અસર શોધી કાઢી અને આંખની શસ્ત્રક્રિયામાં આ પાંદડામાં રહેલ પદાર્થ કોકેન વપરાશમાં આવ્યું. કોકેનમાં સુખાભાસ (euphoria) પેદા કરવાનો ગુણ રહેલો હોવાથી તેનો દુરુપયોગ થવા માંડ્યો. આ કારણથી કોકેનના ગેરકાયદેસરના વેચાણ/વપરાશ ઉપર પ્રતિબંધ મૂકતા કાયદાઓ બધા જ દેશોએ કર્યા. રસાયણજ્ઞોએ કોકેનના અણુબંધારણના અભ્યાસ ઉપરથી આવી આડઅસરથી મુક્ત એવા સંશ્લેષિત નિશ્ચેતકો બેન્ઝોકેન, પ્રોકેન, ઝાયલોકેન વગેરે બનાવ્યા, જે કોકેનને સ્થાને વપરાય છે. કોકેનના છોડ દક્ષિણ અમેરિકામાં થાય છે અને કોકેનનું ગેરકાયદેસર ઉત્પાદન ત્યાં મોટા પ્રમાણમાં થાય છે. બોલિવિયાની સરકારે આ રોકવાનો પ્રયત્ન કરતાં કોકેનના ઉત્પાદનવેપાર સાથે સંકળાયેલ માફિયાઓએ ત્યાંની સરકાર સામે લોહિયાળ જંગ માંડેલો.

સ્ટ્રિકનીનનું સંશ્લેષણ તેના બંધારણની જટિલતા તથા તેમાં રહેલ છ અસમ (asymmetric) કાર્બન-પરમાણુઓને કારણે રસાયણજ્ઞો માટે એક પડકારરૂપ હતું. 1954માં પંદર આનુક્રમિક પ્રક્રિયાઓ-(જેમાંની કેટલીક પ્રક્રિયાઓ ત્રિવિમવિશિષ્ટ-stereospecific છે)ને અંતે તે શક્ય બન્યું. કુદરતી પદાર્થોના સંશોધનક્ષેત્રે સીમાસ્તંભરૂપ આ અગત્યના પ્રદાન માટે સર રૉબર્ટ રૉબિન્સન અને રૉબર્ટ બર્ન્સ વૂડવર્ડને નોબેલ પારિતોષિક એનાયત થયાં હતાં.

જીવસંશ્લેષણ (biosynthesis) : આલ્કેલૉઇડનું વનસ્પતિમાં કેવી રીતે સંશ્લેષણ થતું હશે તે અંગે કાલ્પનિક પ્રક્રિયાયોજનાઓ રજૂ કરવામાં આવી છે. આવી યોજનાઓ જીવજનન (biogenetic) સિદ્ધાંત તરીકે ઓળખાય છે. આલ્કેલૉઇડ જેવા સંકીર્ણ અણુઓનું ઍમિનોઍસિડ, ઍસેટેટ એકમ, મિથિયોનીન વગેરે સાદા પુરોગામીઓ(precursors)નો તથા ઉત્સેચકોનો ઉપયોગ કરીને વૃક્ષો સંશ્લેષણ કરે છે. આ વિચાર ઉપરની યોજનાના પાયામાં રહેલો છે. આ કાલ્પનિક માળખાને નજર સમક્ષ રાખીને જીવંતકોષમાં ખરેખર થતી ચયાપચયપ્રક્રિયાઓ, પુરોગામીઓ, મધ્યસ્થીઓ, ઉત્સેચકો વગેરે અંગેની માહિતી મેળવાય છે. આ અભ્યાસમાં સમસ્થાનિકો વડે અંકિત (labelled) સંયોજનો મળવા માંડતાં જીવસંશ્લેષણના અભ્યાસમાં સારી પ્રગતિ શક્ય બની છે. અંકન (labelling) માટે C-13, C-14, ડ્યુટેરિયમ, ટ્રિટિયમ, O-18 વગેરે સમસ્થાનિકો વપરાય છે. અંકિત પૂર્વગામીઓ છોડ કે વૃક્ષમાં દાખલ કરી અમુક સમય પછી ઉત્પન્ન થતું આલ્કેલૉઇડ અલગ પાડીને તેનું અવક્રમણ કરાય છે. આ ઉપરથી અંકિત પરમાણુનું પદાર્થના અણુમાંનું સ્થાન નક્કી કરાય છે. અંકિત પરમાણુ એક જ ચોક્કસ સ્થાન ઉપર દાખલ થયેલ હોય તો અંકિત પરમાણુવાળો મૂળ પદાર્થ પુરોગામી ગણી શકાય. વિકિરણધર્મી સમસ્થાનિકોનું પૃથક્કરણ અતિશય અલ્પ પ્રમાણમાં પણ શક્ય છે. સ્થાયી સમસ્થાનિકોના અભ્યાસ માટે માસ સ્પેક્ટ્રોમીટર વપરાય છે. અંકિત સંયોજનોનો ઉપયોગ કરતી આ પદ્ધતિ પ્રદર્શક (tracer) પ્રવિધિ તરીકે ઓળખાય છે. આ પ્રકારના અભ્યાસ વડે કુદરતમાં થતા આલ્કેલૉઇડના સંશ્લેષણ અંગેની રૂપરેખા તૈયાર કરવામાં આવે છે. ફિનાઇલ એલેનાઇન, લાયસીન, અને ઓર્નિથાઇન જેવા ઍમિનોઍસિડ તથા એસેટિક ઍસિડ, વિષમચક્રીય પ્રણાલીઓના પુરોગામી તરીકે હોવાનું આ ઉપરથી માલૂમ પડ્યું છે. વળી ફૉર્મિક ઍસિડ C-CH₃ સમૂહ અને મિથિયોનીન N-CH₃ સમૂહ આપતા હોય તેમ માનવાને કારણ છે. મેનિખ પ્રક્રિયાનો આલ્કેલૉઇડ સંશ્લેષણમાં કુદરત ઘણો ઉપયોગ કરે છે. પુરોગામીઓ અને નીપજો વચ્ચેના સંબંધ ઉપરાંત વિવિધ પ્રક્રિયાસોપાનો અંગે પણ માહિતી મેળવાય છે. આ પ્રક્રિયાઓનું નિયંત્રણ ઉત્સેચકો મારફત થતું હોય છે. આમાં ડીકાર્બૉક્સિલેશન, ટ્રાન્સઍમિનેશન, ડીઍમિનેશન મિથિયોનીનના S-CH₃ સમૂહના -CH₃નું સ્થાનાન્તરણ, α-કિટો ઍસિડનું ડીકાર્બૉક્સિલેશન અગત્યની પ્રક્રિયાઓ ગણાય છે. જીવસંશ્લેષણનાં કેટલાંક અગત્યનાં ઉદાહરણો નીચે વર્ણવ્યાં છે.

કોનીન અને પૅલેટિયરીનના બંધારણના પાયામાં પિપેરિડીન સમૂહ હોઈ બંનેનું સંશ્લેષણ સમાન રીતે થઈ શકે તેમ જીવજનન સિદ્ધાંત અનુસાર માનવામાં આવે છે. પણ અંકિત પદાર્થોના ઉપયોગથી સાબિત થયું છે કે કોનીનનો પુરોગામી એસેટિક ઍસિડ છે, જ્યારે પૅલેટિયરીનનો પુરોગામી લાયસીન છે. નીચે દર્શાવેલાં સમીકરણોમાં અંકિત પરમાણુ C-14 + અથવા • થી દર્શાવેલ છે :

(3) 2 C-14 ઑર્નિથિન, નિકોટીન અને ટ્રોપીનમાં સમાવિષ્ટ થાય છે. પણ આ અંગેની ક્રિયાવિધિ ભિન્ન હોવી જોઈએ, કારણ, નિકોટીનમાં પાયરોલિડીન ઘટકમાં બે સ્થાન સરખા પ્રમાણમાં અંકિત હોય છે. જ્યારે ટ્રોપીનમાં બધી જ ક્રિયાશીલતા એક જ સ્થાન પર કેન્દ્રિત થાય છે.

જયસુખલાલ ર. મરચંટ

ગોરધનભાઈ છનાભાઈ ભાવસાર

પ્રવીણસાગર સત્યપંથી