第九章-生物碱ppt课件.ppt

目的要求：生物碱的定义、分类 理化性质（溶解度、检识反应、碱性、C-N 键的裂解反应）提取分离方法 波谱鉴定,一、生物碱的定义及类型二、生物合成三、分类四、理化性质五、提取分离六、结构鉴定七、生物碱各论,1803年：Derosones首先从鸦片中分离出第一个生物碱那可汀（narcotine）1806年：德国学者F.W.Serturner 从鸦片中分出吗啡碱(morphine)1810年：西班牙医生Gomes从金鸡纳树皮中分得结晶，是奎宁（quinine)和辛可宁(cinchonine)的混合物1817年：发现士的宁(strychnine)、吐根碱(emetine),一 生物碱研究历史:,1819年：发现马钱子碱(brucine)、胡椒碱(piperine)、咖啡碱(caffeine)1820年：发现奎宁、秋水仙碱(colchicine)等1870年：确定第一个生物碱毒芹碱的结构式我国赵学敏 本草纲目拾遗记载：17世纪初白猿经一书中即记述了从乌头中提炼出砂糖样毒物作箭毒用，用现代的观点分析，该物质应是乌头碱(aconitine)。这比欧洲科学家发现的生物碱要早二百年左右。,现从自然界中分离得到约10000种 全国医药产品大全中收载的药物及其 制剂达六十余种 植物中存在的生物碱大多有明显的生理活性,比较重要的具生物活性的生物碱：镇痛作用：吗啡（morphine）止咳作用：可待因(codeine)平喘、抗哮喘作用：麻黄碱(ephedrine)松弛平滑肌作用：罂粟碱(papaverine)抗菌消炎作用：小檗碱(berberine),解痉和解有机磷中毒的作用：阿托品（atropine）、莨菪碱（hyoscyamine）降压作用：利血平（reserpine）抗疟作用：奎宁（quinidine）抗癌作用：长春碱（vinblastine）长春新碱（vincristine）喜树碱，美登木素等,比较重要的具生物活性的生物碱：,关附甲素抗心律不齐,近年来，我国自主开发研制的成为新药的生物碱类化合物,石杉碱甲防治早老性痴呆症,植物古柯中的有效成分古柯碱（cocaine）虽有很强的局部麻醉作用，但是毒性较大，久用容易成瘾。,普鲁卡因 procaine(合成品)局麻药,古柯碱 cocaine（可卡因）,生物碱化学结构的研究为合成药物提供了线索,广义 指天然产的一类含氮的有机化合物；多数具有碱性且能和酸结合生成盐；大部分为杂环化合物且氮原子在杂环内；多数有较强的生理活性。,二 生物碱的定义,例外,秋水仙碱几乎没有碱性，氮原子不在环上,胡椒碱为含氮杂环的衍生物，但不易与酸结合成盐,麻黄碱氮原子不在环上，应属于芳烃胺衍生物,新的定义：,指含有负氧化态氮原子 存在于生物有机体中的 环状化合物,负氧化态氮原子：胺(-3)、氮氧化物(-1)、酰胺(-3)和季胺 排除 NO2(+3)、NO(+1)生物有机体：限于植物、动物、其他生物有机体 排除合成的等环状结构:排除小分子胺类、非环的多胺和酰胺,三 生物碱的分布 主要分布于植物界，在动物中发现的生物碱极少。1、系统发育较低级的类群中生物碱分布较少或无 藻类、水生植物、异养植物-无生物碱 菌类-少数：麦角菌含有麦角生物碱类 地衣、苔藓-少数：简单吲哚类生物碱 蕨类-简单型生物碱除外,结构复杂者集中于小叶 型真蕨：木贼科、卷柏科、石松科等,2、生物碱集中分布在系统发育较高级的植物类群 裸子植物：少数科属：紫杉科红豆杉属、麻黄科麻黄属等 被子植物：单子叶植物-少数科：百合科、石蒜科和百部科等 双子叶植物-较多科：毛茛科、木兰科、小檗科、防己科、罂粟科、茄科、夹竹桃科、马钱科、芸 香科等3、生物碱极少与萜类和挥发油共存于同一植物类群中4、类型越特殊的生物碱，分布的植物类群越窄 如二萜生物碱主要分布于毛茛科乌头属和翠雀属,同种植物中往往含有数种甚至数十种结构类型相 同或不同的生物碱；同种植物中，生物碱的有无或含量的多少受到生 长条件与气候等因素的影响，因此对于含生物碱 类植物药材的采收应注意产地与季节；不同植物中生物碱的存在部位不同，如可能存在 于皮、茎、根、花、种子等。,在植物体的分布,麻黄生物碱：麻黄-髓部含量高 防己生物碱：防己-根部较多 黄柏生物碱：黄柏-树皮 三尖杉酯碱：三尖杉-枝、叶、根、种子 三棵针：小檗碱-9%金鸡纳树皮：生物碱-1.5%长春花：长春新碱-百万分之一 美登木：美登木碱-千万分之二,存在部位,含量,在植物体的分布,1.游离碱：碱性极弱，以游离碱的形式存在。,四 存在形式,那可丁 narcotine,2.成 盐：有机酸：柠檬酸、酒石酸、苹果酸、草酸、琥珀酸等；特殊的酸：乌头酸、罂粟酸、奎宁酸、绿原酸、延胡 索酸、黎芦酸、白屈菜酸、千里光酸等；无机酸：硫酸、盐酸、硝酸等。,小檗碱盐酸盐,另外，尚有生物碱苷存在,3.酰胺类：如秋水仙碱、胡椒碱；4.N-氧化物：如氧化苦参碱；,氧化苦参碱,colchicine 秋水仙碱,5.氮杂缩醛类（O，N混合缩醛）：如阿替生；6.其它：如亚胺（C=N）、烯胺（N-C=CN-CN）等。,阿替生,N-cyano-seco-pseudo-strychine geneserine(N-CN)(-N-O-),xylostostidineN,S杂环,其他类,五 命名规则 1.类型的命名 以基核的化学结构，如吡啶、喹啉、萜类等；以来源植物命名，如石蒜科生物碱等。2.单体成分的命名 以植物来源的属、种的名称命名,如：一叶萩碱 以生理活性或药效命名，如：吐根碱(使呕吐)以人名命名的；如：石榴碱 pelletierine(Pierre Joseph Pelletier),一、概述二、分类三、理化性质四、提取分离五、结构鉴定六、生物碱各论,六、生物碱的分类,1.按植物来源分类；如：石蒜生物碱，长春花生物碱；2.按化学结构分类；如：异喹啉生物碱、甾体生物碱；3.按生源结合化学分类；如：来源于鸟氨酸的吡咯生物碱。,（一）来源于鸟的生物碱 主要分为：简单的吡咯烷类、吡咯里西丁类和托品类。,1.简单吡咯烷类（pyrrolidines）结构较简单，数目较少，生理活性不太显著。,吡咯烷 水苏碱(stachydrine)党参碱(codonopsine)益母草：祛痰镇咳 党参：降压作用,红古豆碱 cuscohygrine,红古豆苦杏仁酸酯,（无活性）,（有活性）,似阿托品作用散瞳,舒张平滑肌等,1.简单吡咯烷类（pyrrolidines）,野百合碱 monocrotaline 农吉利:,有（抗癌活性）,吡咯里西啶,2.吡咯里西丁类（pyrrolizidines）这类生物碱的生物活性较强，但毒性也较大，特别能导致肝中毒。主要分布在菊科千里光属植物中。,3.莨菪烷（tropane）衍生物 分：颠茄生物碱（belladonna alkaloids）古柯生物碱（coca alkaloids）,莨菪碱是由莨菪醇（tuopine）与莨菪酸（tuopic acid）缩合而生成的酯：,莨菪醇,莨菪酸,莨菪碱（阿托品）,+,缩合,颠茄生物碱（belladonna alkaloids）,解痉镇痛解有机磷中毒散瞳,莨菪碱 hyoscyamine,阿托品 atropine,东莨菪碱 scopolamine,山莨菪碱 anisodamine,樟柳碱 anisodine,颠茄生物碱（belladonna alkaloids）,古柯生物碱（coca alkaloids）,爱康宁 ecgonine,古柯碱 cocaine,哌啶类 吲哚里西丁类 喹诺里西丁类 piperidines indolizidines quinolizidines,（二）来源于赖的生物碱,1.哌啶类（piperidines）,哌啶 槟榔碱（arecoline）烟碱（nicotine）槟榔：驱绦虫 烟草：杀虫,胡椒碱 镇静、抗惊厥,石杉碱甲 抗老年性痴呆,2、吲哚里西丁类（indolizidines）哌啶和吡咯啶共用一个氮原子的稠环衍生物。数目较少，但有较强的生物活性。,吲哚里西丁 indolizidine,一叶萩碱(securinine）一叶萩：中枢神经兴奋作用,娃儿藤碱 抗癌,3、喹诺里西丁类（quinolizidines）两个哌啶共用一个N原子的稠环衍生物。数目不多，主要分布在豆科和千屈菜科、石松科。,苦参碱(matrine)苦参：抗癌,金雀花碱(cytisine)野决明：兴奋呼吸,氧化苦参碱(oxymatrine)抗癌、抗心律失常、平喘,（三）来源于邻氨基苯甲酸的生物碱,1.喹啉类生物碱（quinolines）,喜树碱（camptothecine）喜树:抗癌活性 白血病、直肠癌,喹啉,奎宁（quinine）R=OCH3 金鸡宁（chiconine）R=H 金鸡纳属植物：抗疟活性,（三）来源于邻氨基苯甲酸的生物碱,1.喹啉类生物碱（quinolines）,2.吖啶酮（acridone）衍生物,（三）来源于邻氨基苯甲酸的生物碱,吖啶酮,（四）来源于苯丙aa和酪aa的生物碱,1.苯丙胺类（phenylalkylamines）,结构特点,氮原子不结合在环内的一类生物碱。,秋水仙碱 colchicine,治疗急性痛风，并有 抑制癌细胞生长的作用,1.苯丙胺类（phenylalkylamines）,（四）来源于苯丙aa和酪aa的生物碱,（四）来源于苯丙aa和酪aa的生物碱,2.异喹啉衍生物（isoquinolines）,异喹啉 isoquinoline,分：四氢异喹啉型 苄基异喹啉型 双苄基异喹啉型 阿朴啡型 吗啡烷型 原小檗碱型 苯乙基四氢异喹啉类 菲啶类,2.异喹啉类生物碱（isoquinolines）,1）四氢异喹啉类（tetrahydroisoquinolines)数量少,分布散,萨苏林 R=H萨苏里丁 R=CH3鹿尾草 降血压,四氢异喹啉,（四）来源于苯丙aa和酪aa的生物碱,厚朴碱(magnocurarine)解痉,去甲乌药碱（demethylcoclaurine）乌头:强心,罂粟碱(papaverine)解痉,苄基四氢异喹啉,2）苄基(四氢)异喹啉 benzyl(tetrahydro)isoquinolines,粉防己:粉防己碱（tetrandrine）镇痛、消炎,3）双苄基四氢异喹啉类(bisbenzyltetrahydroisoquinolines)2分子苄基异喹啉通过 l-3 个醚键(C-O-C)或C-C相连接。以异喹啉为头，苄基为尾，则有头头相连、尾尾相连和头尾相连。,单醚（1）尾尾相连,（2）头头相连,（3）头尾相连,二醚（1）头头、尾尾相连,（2）头尾相连,三醚,4）阿朴菲类（aporphines）阿朴菲类生物碱数目较多，已近200多个。,阿朴菲 紫堇定（corydine）木兰碱（magnoflorine）番荔枝：抗癌 马兜铃：降压,5）吗啡烷类（morphanes）具有部分饱和的菲核。,吗啡烷 鸦片：吗啡碱 R=H 镇痛 可待因 R=CH3 镇咳,6）原小檗碱和小檗碱类(protoberberines and berberines)可视为两个异喹啉环稠合而成，二者D环氢化程度不同。D环饱和为原小檗碱类，不饱和为小檗碱类，多为季铵碱。,原小檗碱类 小檗碱类,D,原小檗碱型,四氢黄连碱 tetrahydrocoptisine,延胡索乙素 corydalis B,小檗碱型,7）苯乙基四氢异喹啉类(phenethyltetrahydroisoquinolines),奥特那明,8）菲啶类（phenanthridines）苯骈菲啶类 吡咯骈菲啶类,吡咯骈菲啶类,苯骈菲啶类,菲啶,8）菲啶 苯骈菲啶类,吡咯骈菲啶类,白屈菜:镇痛,抗菌,催吐,祛痰,抗癌,（五）来源于色氨酸的生物碱,1.吲哚（indoles）衍生物,吲哚,色氨酸,吲哚衍生物,麦角新碱(产后子宫收缩)ergonovine ergometrine,2.半萜吲哚类（麦角碱类）生物碱（semiterpenoid indoles）,利血平（reserpine）萝芙木：降压、镇静,士的宁（strychnine）番木鳖：中枢兴奋作用,3.单萜吲哚类生物碱（monoterpenoid indoles）,长春碱（vinblastine）R=CH3长春新碱（vincristine）R=CHO 长春花：抗癌,4.双吲哚类生物碱（bisindole alkanoids),（六）萜类生物碱（terpenoid alkaloids）萜类生物碱形成过程中没有氨基酸参与生物合成,具有较强的生物活性。包括：单萜类生物碱 倍半萜类生物碱 二萜类生物碱 三萜类 生物碱,肉苁蓉碱 龙胆碱（boschniakine）（gentianine）肉苁蓉:强壮 龙胆：抗炎、镇痛,单萜类生物碱（monoterpenoid alkanoids）环烯醚萜和裂环环烯醚萜衍生,（六）萜类生物碱,2.倍半萜类生物碱（sesqueterpenoid alkaloids),石斛碱dendrobine镇痛、退热,（六）萜类生物碱,乌头碱（aconitine）C19乌头:强心、止痛、局麻,二萜类生物碱（diterpenoid alkaloids）（去甲二萜生物碱C19、二萜生物碱C20）,（六）萜类生物碱,乌头原碱（aconine),4.三萜类（triterpenoid alkaloids）C-30 交让木科交让木属 交让木碱（daphniphylline）,（六）萜类生物碱,（七）甾体类生物碱（steroid alkaloids）孕甾烷C21生物碱 环孕甾烷C24生物碱 胆甾烷C27生物碱 具有甾体母核，含有氮原子，氮原子可 构成杂环，也可存在环外，但都不存在 于甾体母核内。,结构特点,锥丝碱（conessine）辣茄碱（solanocapsine）止泻木：杀原虫作用 辣茄：减慢心率、抗菌,（七）甾体类生物碱,（八）大环类生物碱（macrocyclic alkaloides）,美登木碱（maytansine）美登木：高效低毒、安全幅度大的抗癌成分,（九）其他类生物碱1.嘌呤及黄嘌呤类生物碱（purine and xanthine）,嘌呤,香菇嘌呤（降脂）,黄嘌呤,咖啡因：R1=R2=R3=CH3 中枢兴奋茶碱：R1=R2=CH3，R3=H 平滑肌松弛 用于支气管哮喘；利尿，扩冠可可碱：R1=H，R2=R3=CH3 利尿，扩冠,（九）其他类生物碱1.嘌呤及黄嘌呤类生物碱（purine and xanthine）,2.喹唑啉类生物碱（quizoline alkaloids）,喹唑啉 常山碱 抗疟,（九）其他类生物碱,3.咪唑类生物碱（mizon alkaloids）,咪唑 毛果芸香碱（匹鲁卡品）治疗青光眼,（九）其他类生物碱,一、概述二、分类三、理化性质四、提取分离五、结构鉴定六、生物碱各论,（一）性状（二）旋光（三）溶解度（四）检识（五）化学性质与反应 碱性 成盐 C-N键的裂解,第二节 生物碱的理化性质,1.形态多为结晶固体，少为粉末；有熔点。少数常温下液体（多不含氧，若含多成酯键）,（一）性状,2.颜色 多为无色或白色，少数有色。,（一）性状,颜色与共轭系统有关，共轭系统长则颜色深，共轭系统短则颜色浅。,2.颜色,（一）性状,小檗红碱（红色）,血根碱（红色）,3.味觉 多具苦味，奎宁碱105 克分子浓 度，即具有显著的苦味。有些刺激唇舌有焦灼感。少数具有其他味觉，如甜菜碱具 甜味。4.挥发性 多无挥发性，少数具挥发性。,（一）性状,凡是具有手性碳原子的生物碱，有旋光性质。多为左旋光性,有些存在变旋现象。A.与pH有关 如：菸碱 中性溶液（游离状态）左旋光性 酸性溶液（成盐状态）右旋光性,（二）旋光性,（二）旋光性,氯仿中吐根碱（l）、其盐酸盐（d）,B.与溶剂有关；麻黄碱 氯仿（l）、水（d）C.存在状态有关；,D.旋光性与生理活性密切相关 一般左旋体呈显著的生理活性，右旋体则无或弱 l-莨菪碱散瞳作用是d-的100倍 去甲乌药碱仅l-体有强心作用少数右旋活性大于左旋 d-古柯碱局部麻醉作用大于l-古柯碱,（二）旋光性,影响因素：N原子存在形式（游离生物碱，生物碱盐）极性基团（有无、数目和位置）分子大小 溶剂等诸多因素,（三）溶解度,1.游离生物碱 脂溶性生物碱：大多数仲胺、叔胺 溶于甲醇、乙醇、丙酮、乙醚、苯和卤代烷（CH2Cl2、CHCl3、CCl4），不溶于水和碱水，溶于酸水。例外：伪石蒜碱不溶于有机溶剂，溶于水；喜树碱仅溶于酸性氯仿；亲脂性的吗啡碱难溶于一般有机溶剂中；小分子的麻黄碱同时溶于有机溶剂和水。,（三）溶解度,水溶性生物碱：含N-氧化物的生物碱：氧化苦参碱分子中含COO-的：本身形成内盐溶于水，如槟榔次碱小分子叔胺和液体生物碱：烟碱溶于水苷类生物碱：水溶性较大,槟榔次碱,烟碱,（三）溶解度,氧化苦参碱,2.季铵碱或生物碱盐类 易溶于水，难溶于有机溶剂，但可以溶于甲醇和乙醇。生物碱盐的溶解度与酸的种类有关：无机酸盐 有机酸盐 含氧酸盐 卤代酸盐（盐酸盐 氢溴酸盐 氢碘酸盐）小分子有机酸盐或多羟基酸盐 大分子有机酸盐,（三）溶解度,小檗碱盐酸盐在水中溶解度很小,奎宁硫酸盐溶于氯仿,罂粟碱盐酸盐溶于氯仿,例外,3.其他 分子中有酚性基团：溶于稀碱水 含内酯环的生物碱：遇碱水（常需加热）内酯环开裂 成盐而溶解，加酸还原。,例外：少数酚性碱，由于各种原因而导致不溶碱水中。,（三）溶解度,（四）检识,沉淀反应 显色反应,沉淀反应 用途：鉴别试管、TLC或纸色谱显色剂；提取分离检查是否提取完全。,（四）检识,1.沉淀试剂*大多数生物碱能和某些酸类、重金属盐类以及一些较大分子量的复盐反应，生成单盐、复盐或络盐沉淀。这些能与生物碱产生沉淀的试剂称为生物碱的沉淀试剂。,（四）检识,金属盐类 碘-碘化钾（Wagner）KI-I2 棕褐色沉淀 碘化铋钾（Dragendoff）BiI3KI 红棕色沉淀 碘化汞钾（Mayer试剂）HgI22KI 类白色沉淀,（四）检识,1.沉淀试剂,1.沉淀试剂 酸类硅钨酸(Bertrand试剂)SiO212WO3 乳白色 酚酸类苦味酸(Hager试剂)2,4,6-三硝基苯酚黄色 复盐 雷氏铵盐(Ammoniumreineckate)硫氰酸铬铵试剂 生成难溶性复盐 紫红色,（四）检识,2.沉淀反应条件（1）通常在酸性水溶液中生物碱成盐状态下进行；（若在碱性条件下则试剂本身将产生沉淀）（2）在稀醇溶液中时，含水量50%；（当醇含量50%时可使沉淀溶解）（3）沉淀试剂不易加入多量。（如：过量的碘化汞钾可使产生的沉淀溶解）,（四）检识,3.结果的判断（1）鉴别时每种Alk需采用三种以上沉淀试剂；（沉淀试剂对各种Alk的灵敏度不同）（2）直接对中药酸提液进行沉淀反应 阳性结果不能判定Alk的存在 阴性结果可判断无Alk存在 氨基酸、蛋白质、多糖、鞣质等+沉淀试剂沉淀,（四）检识,注意：1、假阳性反应：蛋白质、多肽、氨基酸、多糖、鞣质、某些苷 类及有共轭双键的羰基化合物，需排除干扰、进行预处理,2、极少数生物碱无沉淀反应 麻黄碱、咖啡碱与碘化铋钾阴性,碱水层,中药提取物,碱化，氯仿萃取,氯仿层,酸水萃取,氯仿层 酸水层,鞣质、蛋白、酸性皂苷等,亲脂性物质,进行生物碱定性试验,生物碱常用的显色反应,（四）检识,无机酸可与一些生物碱显色，如浓硫酸、浓硝酸、浓盐酸等。浓硫酸可使秋水仙碱显黄色，可待因显淡蓝色，小檗碱显绿色，阿托品、古柯碱、吗啡及士的宁等不显色。生物碱与酸性染料如溴麝香草酚蓝、溴甲酚绿等，在一定pH的缓冲液中也可形成复合物而显色，此种复合物定量地被氯仿等有机溶剂提出而用于比色测定，是应用广泛的一种微量测定生物碱的方法。,（四）检识,（五）化学性质与反应,碱性*1.碱性的来源,Bronsted 酸碱质子理论：接受质子（H+）-碱给出质子（H+）-酸,Lewis 酸碱电子理论：给出电子对-碱接受电子对-酸,2.碱性强弱的表示方法,碱性,pKa越大，碱性越强,碱的强度接受质子或提供电子对的能力一般用酸式离解指数pKa表示,2.碱性强弱的表示方法,碱性,pKb越小，碱性越强,碱式离解指数pKb,碱性基团的pka值顺序：胍基 季铵碱 脂肪胺 芳杂环（吡啶）酰胺 吲哚,碱性,碱性强度与pKa值的关系：,季铵碱羟基以负离子形式存在，强碱性,小檗碱pKa=11.53,OH-,H+,3.影响碱性强弱的因素（1）N原子杂化方式（2）电子效应（3）立体因素（4）分子内氢键（5）分子内互变异构,碱性,3.影响碱性强弱的因素*（1）N原子杂化方式 碱性随杂化度的升高而增强,氰基中的氮原子为SP杂化呈中性；吡啶（pKa=5.17）和异喹啉（pKa=5.4）的氮原子均 为SP2杂化，其碱性较弱；吡咯啶的氮原子为SP3杂化（pKa=11.27），其碱 性较强。,碱性,3.影响碱性强弱的因素（1）N原子杂化方式,碱性,碱性,（2）电子效应 诱导效应（供电、吸电）共轭效应 诱导场效应,（2）电子效应诱导效应,连接供电基团（烷基）则使碱性增强。,碱性,氨 伯胺 仲胺 叔胺,（2）电子效应诱导效应,pKa 9.0,pKa 9.6,pKa 9.3,碱性,去甲基麻黄碱,麻黄碱,甲基麻黄碱,（2）电子效应诱导效应,氮原子附近若有吸电基团（芳环、酰基、醚键、双键、羟基等），碱性减弱。,碱性,氮原子孤电子对处于p共轭体系（3种：酰胺、苯胺、烯胺）时，通常碱性减弱。,（2）电子效应共轭效应,碱性,a)酰胺型,共轭效应b)苯胺型,pKa 4.58 10.14,毒扁豆碱,碱性,1,2,3,1.76 7.88,C)烯胺型 enamines,仲烯胺(R或R=H)：B不稳定 向C进行 碱性弱叔烯胺(R,R=烷基)：B稳定 向B进行 碱性强,pKa 11.94,N甲基2甲基二氢吡咯,A.叔烯胺若N处于稠环桥头,不能发生上述质子化（Bredts 规则限制）,且因双键的吸电性,弱碱性,新士的宁 pKa=3.8,注意,B.并非所有的p共轭效应都降低碱性强度，如：“胍”。接受质子后形成季铵离子，存在共振平衡体系，稳定性增加，为碱性最强的碱，pKa13.6。,注意,C.N孤对电子和共轭体系中的电子要产生p共轭，两者必须共平面，否则，这种共轭效应会减弱或消失，从而使碱性增强。,注意,pKa 4.39 5.15 2.93,A,B,C,（2）电子效应诱导-场效应,碱性,分子中同时含有2个氮原子时，第一个氮原子质子化后，产生一个强的吸电基团（-+NHR2），对第二个氮原子产生两种碱性降低的效应：诱 导 效 应：通过碳链传递(碳链长,作用减弱)静电场效应：通过空间直接作用(空间近,作用强),诱导场效应：碱性降低。,碱性,（2）电子效应,诱导场效应,金雀花碱 pka 8.1,吐根碱 pka 0.89,碱性,（3）立体因素,莨菪碱 碱性较强 pKa 9.65,东莨菪碱 碱性弱 pKa 7.50,碱性,（4）分子内氢键,若成盐时接受的质子能形成稳定的分子内氢键，可使碱性增强。,和钩藤碱,异和钩藤碱,碱性,（4）分子内氢键,10-羟基二氢去氧可待因,顺式,反式,碱性,（4）分子内氢键,pKa 9.58,pKa 9.74,碱性,（4）分子内氢键,碱性,（5）分子内互变异构,蛇根碱,碱性,（5）分子内互变异构,碱性,N原子处在稠环的“桥头”张力较大,（5）分子内互变异构,碱性,例外,互变异构的条件：环叔胺分子，氮原子的、位有双键；环叔胺分子，氮原子的位有-OH；处于稠环桥头的N，不能异构化。,（5）分子内互变异构,碱性,具体到某个化合物的碱性强弱的判断，需要将几个影响碱性强度的因素综合起来考察。一般来说，空间效应与诱导效应共存时，前者居主导地位；诱导效应与共轭效应共存时，后者居主导地位。,碱性强弱小结,碱性,碱性强弱小结,供电碱性 吸电碱性 共轭碱性立体因素碱性增强、降低（视结构而定）；结构中有-COOH、Ar-OH基团，则为两性生物碱。,碱性,作业：,周维善，含氮有机药物的碱性与结构关系，药学通报，1984,19(2)：39-43,比较碱性强弱：,作业：,比较碱性强弱：,比较碱性强弱：,A C B,比较碱性强弱：,C A B D,比较碱性强弱：,（一）溶剂法（二）离子交换树脂法（三）沉淀法,第三节 生物碱的提取与分离,提取,提取速率与下列因素有关：溶剂用量 原料粉碎度 操作条件 温度 搅拌 操作工艺,（一）溶剂法,1、酸水提取法 2、醇提法(醇-酸水-有机溶剂法)3、碱化-有机溶剂提取法,（一）溶剂法,1、酸水提取法原理：生物碱盐类易溶于水溶剂：0.5l 矿酸水溶液（HCl、H2SO4）方法：冷提法（浸泡和渗滤）优点：简便、易行、安全、便宜缺点：体积大，难浓缩，水溶杂质多，难成盐的 生物碱可能提取不完全纯化:离子交换树脂法、碱化后有机溶剂萃取、沉淀法,若不沉淀可用有机溶剂萃取，然后蒸去溶剂,2、醇提法(醇-酸水-有机溶剂法)原理：游离生物碱、生物碱盐均易溶于醇溶剂：甲醇、乙醇方法：冷提取（浸渍、渗漉）热提取（回流、连续回流）优点：溶剂易回收，水溶杂质少缺点：亲脂性杂质多纯化方法：酸碱处理后有机溶剂萃取,醇提浓缩液,MeOH/EtOH,酸水溶液 沉淀 树脂、叶绿素 油脂、甾萜,Na2CO3 或 NH4OH 碱化/CHCl3萃取,有机溶剂层 酸水层亲脂性杂质,有机溶剂萃取,有机溶剂层 碱水层 粗生物碱 水溶性杂质 水溶性生物碱,生药粗粉,加稀酸使生物碱成盐，放置,CHCl3、CH2Cl2Ether、EtOAc,3、碱化-有机溶剂提取法前处理：药材粗粉用（NH4OH、Na2CO3、石灰 乳等）湿润方法：冷浸、回流、连续回流溶剂：氯仿、二氯甲烷、乙醚、苯等优点：溶剂回收容易，水溶性杂质少缺点：亲脂性杂质多纯化方法：酸碱处理方法,3、碱化-有机溶剂提取法,生 药,残 渣,CHCl3,CHCl3,H+/H2O,碱化（如NH4OH）（使Alk游离）渗滤（或浸渍）（如CHCl3等）,H+/H2O,OH-/H2O,Alk沉淀,亲水性Alk,碱性较弱的Alk,（二）离子交换树脂法,一叶萩叶及嫩茎粗粉,0.3%H2SO4，渗漉,渗漉液,阳离子交换树脂柱,流出液 树脂不能产生交换作用的亲水性杂质,水洗，干燥10%NH4OH 湿润碱化树脂,碱化的树脂,Et2O沙氏提取,Et2O提取液,回收Et2O,黄色一叶萩碱粗品,（三）沉淀法 酸提取碱沉淀法,（三）沉淀法 盐析法：适用于中等强度碱,黄藤1%H2SO4水溶液,H2O,沉淀,碱化至pH=9；加NaCl达饱和,掌叶防已碱,（三）沉淀法 雷氏铵盐沉淀法,季铵碱的水溶液,水溶液,沉淀(雷氏复盐),雷氏铵盐沉淀,沉 淀,滤 液,滤液(B2SO4),硫酸钡沉淀,季铵碱的盐酸盐,加酸水调至弱酸性 加新配制的雷氏铵盐饱和/H2O,溶丙酮（乙醇）中 加Ag2SO4饱和水溶液,加入氯化钡（BaCl2）,生物碱的分离,系统分离,特定分离,多用于基础研究,侧重于生产实用,总 碱,单体Alk的分离,类别 指酸碱性强弱,部位 指极性不同,依据Alk的理化性质,分 离,（一）总生物碱的分离（二）生物碱单体的分离,分 离,总生物碱,酸水提取，浓缩/氯仿(苯),水溶性生物碱,酸化 沉淀剂,（二）生物碱单体分离*1、利用生物碱碱性差异（pH 梯度萃取法）,2、利用生物碱及其盐的溶解度差异,3、利用特殊官能团分离,4、利用色谱法,（二）生物碱单体分离1、利用生物碱碱性差异（pH 梯度萃取法）,脂溶生物碱总碱（CHCl3）,弱酸液/中等/强酸,弱酸液 中等酸液 强酸液,强碱 中强碱 弱碱,总碱稀酸溶液,弱碱调pH/CHCl3,CHCl3 水液,弱碱,中强/强碱调pH/CHCl3,中强碱 强碱,1.Alk碱性不同pH梯度萃取法 首先考虑的问题：所选溶剂pH值多少为宜？萃取几次能完全？萃取溶剂的最佳体积？,1 乌藤碱 insularine,2 表千金藤碱 epistephine,3 千斤藤碱 stephanine,千斤藤中生物碱的分离,千金藤总碱,千金藤总碱,溶液 不溶物酚性生物碱 非酚性生物碱,溶于CHCl3,CHCl3液,缓冲液萃取,pH 5.8 pH 4.4 pH 2.8,10%NaOH碱化乙醚萃取,乙醚液,1,同左,2,3,5%NaOH溶解,2、利用生物碱及其盐的溶解度差异,麻黄草,水煎煮,草渣 煎煮液,NaOH碱化pH 10-12,碱液,甲苯萃取,甲苯溶液 碱液,流经草酸溶液吸收塔,甲苯 草酸溶液,减压浓缩,草酸麻黄碱结晶 母液,CaCl2溶液,草酸钙沉淀 溶液（盐酸麻黄碱）,麻黄碱：草酸盐溶解度小伪麻黄碱,饱和CaCl2,盐酸伪麻黄碱,碘,金鸡纳树皮粉末,Ca(OH)2 湿润苯提取,苯提液,稀H2SO4,酸水液,NaOH调pH6.5,硫酸奎宁结晶 母液,氨水碱化,奎宁,碱化，过滤,沉淀 滤液,乙醚,不溶物 乙醚液 金鸡宁,稀HCl,酸水液 乙醚液,酒石酸钾钠,酒石酸 母液金鸡宁丁,碱化,金鸡宁丁,1,2,3,4,KI,氢碘酸 母液奎尼丁,碱化,奎尼丁,3、利用特殊官能团分离,R=H CH3吗啡 可待因,1)酚-OH可溶于NaOH,2）COOH可溶于NaHCO3,槟榔次碱,3)内酯、内酰胺等 加碱开环形成溶于水的羧酸盐,加酸环合自水溶液中析出。,喜树碱,苦参碱,3)内酯、内酰胺等 加碱开环形成溶于水的羧酸盐,加酸环合自水溶液中析出。,4、利用色谱法（1）吸附色谱（2）分配色谱（3）离子交换树脂色谱（4）HPLC等,相似结构：双键多、含氧官能团多则极性大 在含氧官能团中：,五、提取分离,（1）吸附色谱吸附剂：硅胶和氧化铝溶剂：苯，氯仿，乙醚，乙酸乙酯等有时需加碱（氨水，二乙胺，三乙胺等）,化合物极性判断,长春花全草粗粉,长春碱 长春新碱,0.3倍水湿润，苯提取,总游离生物碱,Al2O3柱,苯-CHCl3(1:2),药渣 苯提取物,经二次酸碱处理,长春碱 R=CH3长春新碱 R=CHO,混合生物碱,硅胶分配色谱Na2HPO4/枸橼酸（pH=5）为固定相CHCl3为流动相,高三尖杉碱 三尖杉酯碱 n=3 n=2,2）分配色谱（极性较大的生物碱或苷或极性差别较小）,3）离子交换树脂,洋金花粗粉,流出液 树脂,水洗，干燥，10%NaHCO3 碱化乙醚沙氏提取,0.1%HCl渗漉,渗漉液,磺酸型阳离子交换树脂,乙醚液 树脂,干燥，回收溶剂,莨菪碱,母液 结晶（HBr 东莨菪碱）,油状物,NH3H2O碱化，洗脱,溶于3倍量丙酮，滴加40%HBr，使刚果红试纸显蓝色，冰箱放置,3）离子交换树脂,1 R=,2 R=,3 R=,4 R=,LI-Chrosorb SL-60(正相)正己烷-二氯甲烷-甲醇-二乙胺(85:40:1:0.6)1ml/min,290nm,4）HPLC,提取分离实例长春碱与长春新碱,五、提取分离,长春花全草,(干粉80目),苯渗漉液,药 渣,苯 液,H+/H2O,苯渗漉,pH=4,6%酒石酸水溶液萃取,氨水碱化至 pH=67 CHCl3提,水杂,脂杂,五、提取分离,H2O,CHCl3,Alk硫酸盐,回收氯仿，蒸干 溶于无水乙醇 H2SO4调pH=3.84.1 Alk沉淀,溶于H2O，氨水碱化至 pH=89 CHCl3萃取,除脂杂,除水杂,精 制,五、提取分离,碱性较强的成分,H2O,CHCl3,游离Alk,长春碱,醛基长春碱,回收氯仿,溶于苯:氯仿(1:2)液中 通过Al2O3吸附柱 用苯:氯仿(1:2)洗脱,色谱分离,五、提取分离,某中药材中主要含有生物碱类成分，且已知在其总碱中含有如下成分：季铵碱、酚性叔胺碱、非酚性叔胺碱、水溶性杂质、脂溶性杂质 现有下列分离流程，试将每种成分可能出现的部位填入括号中。,习 题,一、概述二、生物合成三、分类四、理化性质五、提取分离六、结构鉴定七、生物碱各论,鉴定纯度结构鉴定（一）化学方法（二）波谱方法,六、结构鉴定,步 骤,1.外观色泽均匀、晶型较一致；2.TLC在三种以上溶剂系统中展开均为一个点；3.熔距小于等于2C；4.HPLC、GC单峰,鉴定纯度,六、结构鉴定,辅助用于功能团的测定酚羟基FeCl3 兰或绿内酯的异羟戊酸铁反应 红亚甲二氧基浓硫酸没食子酸 翠绿色（Labat反应）*,化学方法:,六、结构鉴定,六、结构鉴定,波谱法 紫外光谱、红外光谱、质谱、核磁共振谱 UV反映分子中所含共轭系统情况；IR利用特征吸收峰，鉴定结构中主要官能团；NMR各种技术图谱测定结构；MS依据文献，结合主要生物碱类型的质谱特征进行解析；确定分子量（HR-MS),（一）UV 确定结构骨架类型 当生色团组成分子的基本骨架（共轭体系）时，如吡啶、喹啉、吲哚碱等，其UV光谱可反映生物碱的基本骨架和类型特征。,六、结构鉴定,毒藜碱 261nm（log3.52）,（二）IR 1.确定官能团 OH（3200-3650）C=O（1690-1760）正常；（16601690)跨环效应 Ar（1500，1600）,六、结构鉴定,（925）,普罗托品16611658,反式喹喏里西丁,顺式喹喏里西丁,反式喹喏里西丁的盐、季胺盐、N-O化合物、内酰胺无N上孤对电子,2.判断立体构型,（三）MS*高分辨：分子式分子离子峰：分子量碎片峰：结构信息,六、结构鉴定,生物碱MS的一般规律：特点：M+或M+-1多为基峰或强峰。一般观察不到由骨架裂解产生的特征离子。主要包括两大类：芳香体系组成分子的整体或主体结构；如喹啉类、吖啶酮类等 具有环系多、分子结构紧密的生物碱；如苦参碱类、秋水仙碱类等,1.难于裂解或由取代基或侧链的裂解产生特征离子,六、结构鉴定,m/z:226(M+),168(M-COOCH3),苦木碱乙,分子紧密排列的多环体系,丰土那明丙素,芳环体系,72（基峰）,六、结构鉴定,六、结构鉴定,2.主要裂解受氮原子支配 主要裂解方式是以氮原子为中心的-裂解(-C与-C之间键的裂解)，且多涉及骨架的裂解。特征：基峰或强峰多是含氮的基团或部分。主要类型生物碱：金鸡宁类、甾体生物碱类等。,M+294 a,153 b,136(基峰),当-C与-C之间的键在N杂环外时更容易裂解.,六、结构鉴定,金鸡宁,六、结构鉴定,3.主要由 RDA 裂解产生的特征离子 特点：裂解后产生一对强的互补离子，由此可确定环上取代基的性质和数目。主要有：四氢原小檗碱类、无N-烷基取代的阿朴菲类等。,六、结构鉴定,轮环藤酚碱（cyclanoline）的裂解过程,六、结构鉴定,4.主要由苄基裂解产生特征离子 特点：裂解后产生一对强的互补离子 如：苄基四氢异喹啉类、双苄基四氢异喹啉类等。其在裂解过程中易失去苯甲基，得到以四氢异喹啉碎片为主的强谱线。,六、结构鉴定,苄基四氢异喹啉类型的生物碱的裂解：,（四）NMR1H NMR(化学位移、偶合常数、积分面积)13C NMR（碳的个数、类型）,六、结构鉴定,于德泉、杨峻山主编，分析化学手册（第七分册）第二版，化学工业出版社，1999,参考文献,UV:,（五）举例阿朴菲类生物碱的波谱特征,六、结构鉴定,UV max nm(log)280(4.23)302(4.22),原果唐松草碱,（二）IR 判断官能团 OH：3200-3500 Ar：1600,1500 Ar-O：1000-1300,六、结构鉴定,MS:M+,M-1+,M-15+,M-17+,M-31+,M-43+,（三）MS 分子离子峰、失取代基及RDA裂解碎片峰,（四）1H NMR,Ar-H:苯环无取代 7.2 7.4 ppm 苯环有氧取代 发生变化1和2-氧取代影响C11-H，使低场位移,C1-OCH3 C11-H 8.09-8.74C1-OCH2O-C2 C11-H 7.49-8.00,N-CH3 2.35 3.10-OCH3 3.4 4.0 O-CH2-O 5.80 6.10 有时为一个宽单峰；有时为两个d峰 6.02(d,J=1.5-2.0Hz),5.87(d,J=1.5-2.0Hz)-CH2-,-CH-m 高场,2.55(3H,s)3.87(3H,s)5.92(1H,d,J=1.5Hz)6.05(1H,d,J=1.5Hz)6.52(1H,s)6.80(1H,d,J=2.5Hz)6.85(1H,dd,J=9.0,2.5Hz)8.00(1H,d,J=9.0Hz),is