title: Studies on possible complex formation between aconitines and flavonoids as a key to reduce toxicity of aconitum spp.
Creators: name: Itzenthaler, Christoph
Publisher: name: :none
Year: 2024

description: Heilkräuter werden seit Jahrtausenden in der traditionellen Naturheilkunden verwendet und kommen auch heute noch zum Einsatz. Auch heute noch werden manche Kräutermischungen verwendet, welche teilweise hochgiftige Pflanzen beinhalten. Ein Beispiel dafür ist Aconitum (Eisenhut), welches verschiedene Alkaloide wie Aconitin, Mesaconitin und Hypaconitin enthält. Jeder der aufgezählten Giftstoffe weist einen LD50 - Wert zwischen 1,0 mg/kg und 1,9 mg/kg in Mäusen. Dieses ist ein wesentlicher Bestandteil der Kräutermischung „Sini Tang“. Dabei handelt es sich um ein abgekochtes Extrakt von Aconitum carmichaelii Debeaux (blauer Eisenhut), den Wurzeln von Zingiber officinale Roscoe (Ingwer) und den Wurzeln von Glycyrrhiza uralensis Fisch (chinesischem Süßholz). Die pharmakologischen und toxikologischen Eigenschaften wurden bereits in zahlreichen wissenschaftlichen Arbeiten thematisiert. Dabei wurden bereits mögliche Interaktionen zwischen Naturstoffen, welche in „Sini Tang“ vorkommen und den Alkaloiden des Eisenhuts untersucht. Es konnte eine Komplexbildung zwischen Aconitin und dem Flavanon Liquiritin festgestellt werden. Dabei wurde die Theorie aufgestellt, dass der A - ring des Flavonoids, besonders die Protonen an den Kohlenstoffen C6 und C8, eine wichtige Rolle in der Bildung des Komplexes spielen. Die Beteiligung einzelner funktioneller Gruppen und der zugrundeliegende Mechanismus konnten allerdings noch nicht vollständig geklärt werden. Diese Masterarbeit beschäftigt sich mit der Strukturaufklärung und den Bedingungen für eine Komplexbildung. Dafür wurden drei verschiedene Versuchsreihen durchgeführt. Zuerst wurden äquimolare Zweikomponenten Systeme aus einem der drei bereits erwähnten Giftstoffe sowie einem vorher ausgewähltem Reaktionspartner, meist ein Flavonoid, auf mögliche Komplexbildung untersucht. Anschließend wurden die Resultate mit bisherigen Forschungsarbeiten verglichen. Aufbauend darauf wurde mittels NMR -, UV/Vis - und IR - Spektroskopie sowie Massenspektrometrie ein Modell für mögliche Komplexe entwickelt. Die Hypothesen basieren auf folgenden Annahmen und Ergebnissen. Erstens, die Resultate der spektroskopischen und spektrometrischen Untersuchungen legen nahe, dass die Komplexbildung hauptsächlich in der Region der Acetylgruppe des Alkaloids stattfindet. Zweitens konnten bisherige Vermutungen bekräftigt werden, da die stärksten Änderungen der chemischen Verschiebungen von Flavonoiden an den A - und C - Ringen stattfanden. Zuletzt wird angenommen, dass die Carbonylgruppe an der Position 5 und die Hydroxygruppe an der Position C5 des Flavonoids essenziell für die Komplexbildung beziehungsweise die Stabilität des Komplexes sind. Im Rahmen dieser Masterarbeit konnten nicht alle Zusammenhänge geklärt werden.
description: Herbs have been a stable in medicine for millennia and remain important in traditional medicine until today. While most herbal medicines have a rather low toxicity and therefore can be used without caution, some ingredients had always to be handled with care. One prime example of these is the genus Aconitum, whose representatives contain various alkaloid toxins such as aconitine, hypaconitine and mesaconitine, all showing LD50 values between 1.0 mg/kg and 1.9 mg/kg in mice. Despite this high toxicity, there are still applied today in various herbal formulations in different parts of the world. One of the most prominent ways of administration is a decocted aqueous extract of Aconitum carmichaelii Debeaux (Aconitum), the rhizome of Zingiber officinale Roscoe (ginger), and the roots of Glycyrrhiza uralensis Fisch, known as ”Sini Tang”. Its pharmacological and toxicological effects were already topic of various publications. Researchers already tried to identify and elucidate possible interactions between natural substances contained in Sini Tang and the alkaloid toxins leading to a detoxification. They were able to identify a complexation behaviour between the flavanone liquiritin and aconitine but were unable to elucidate the underlying mechanisms. Their most promising theory suggests that the A - ring of the flavonoid, especially the protons located on C6 and C8 of the scaffold, play a crucial role in the formation of the complexes. This master´s thesis focusses on the structure elucidation of the complexation behaviour of alkaloids. Hence, preliminary test series of binary systems of three representatives (aconitine, hypaconitine and mesaconitine) and a library of previously selected substances, were implemented via NMR-spectroscopy. The results were re - examined and compared to previous findings and were used as the foundation for various examinations via NMR - , UV/Vis - , IR - spectroscopy and mass spectrometry. Based on these data, various hypotheses were developed. First, it is assumed that the complexation mainly takes place in the molecular moiety of aconitine, in which the acetyl group is located. Secondly, the results of the experiments support previous hypotheses on the crucial influence of the A - and C - rings of the flavonoid backbone. Lastly, it is assumed that the carbonyl-moieties on C5 and hydroxy groups on C7 - position of the flavonoid backbone influence the stability of the complexes heavily. Despite these results, many crucial correlations are still unclear.