第四章 生物碱课件.ppt
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1、第四章,生物碱alkaloids,重点和难点:,生物碱的含义、分布及存在形式。 生物碱的生源关系,及结构类型。 生物碱的理化性质、检识方法及CN键裂解反应。 生物碱的一般提取、分离方法。 生物碱的结构鉴定与测定方法。,主要内容,第一节 概述第二节 生物碱的分类第三节 生物碱的性质第四节 生物碱的提取与分离第五节 生物碱的鉴定和结构测定第六节 有代表性的生物碱,生物碱是研究得最早的一类具有生物活性的天然有机化合物。 在我国的本草纲目拾遗中记载:17世纪初白猿经即记述了从乌头中提炼出砂糖样毒物做箭毒用,用现代的经验分析推测,它应该是乌头碱。 在欧洲,1806年德国学者F. W. Serturner
2、第一次从鸦片中分出吗啡碱;1810年西班牙医生Gomes从金鸡纳的树皮当中分得结晶,后来证明是奎宁与辛可宁的混合物。,生物碱发展简史,植物体内生物碱含量虽少,但与人类关系密切,许多生物碱是治病良药。 如:毛莨科黄连根茎中的小蘖碱是黄连素的主要成分,有抗菌消炎作用; 萝芙木中的利血平能降血压; 石蒜中的加兰他敏对小儿麻痹后遗症有疗效; 奎宁碱是有价值的治疗疟疾的药物(奎宁作为唯一有效的药物,它一直使用了300年); 三尖杉碱和长春花碱、喜树碱是治癌良药。,一、生物碱的定义,目前大多定义为: 生物碱是指天然的含氮有机化合物,但不包括氨基酸、肽类、蛋白质、核酸、核苷酸及含氮维生素等简单脂肪胺。 它的
3、氮原子结合在环内,大多有较复杂的环状结构,多呈碱性,可与酸成盐;具有显著的生理活性。,二、生物碱在植物界的分布,1. 在系统发育较低的类群中,生物碱分布较少或无。 表现在: 1)藻类、水生植物(伸出水面部分如睡莲科植物除外)、异养植物中未发现生物碱; 2)地衣、苔藓类植物中仅发现少数简单的吲哚类生物碱; 3)蕨类植物中简单类型的生物碱如烟碱。,二、生物碱在植物界的分布,2.生物碱集中地分布在系统发育较高级的植物类群中。 表现在: 1)裸子植物中,仅紫杉科红豆杉属,松柏科松属、云杉属、油杉属,麻黄科麻黄属等植物含有生物碱; 2)少数被子植物的单子叶植物中,生物碱主要分布于百合科、石蒜科和百部科等
4、植物中; 3)在被子植物双子叶植物中,生物碱主要分布于毛茛科、木兰科、防己科、马兜铃科、芸香科、龙胆科、夹竹桃科、马钱科等植物中。,3. 生物碱极少与萜类和挥发油共存于同一植物类群中;4. 越是特殊类型的生物碱,其分布的植物类群就越窄。,二、生物碱在植物界的分布,主要内容,第一节 概述第二节 生物碱的分类第三节 生物碱的性质第四节 生物碱的提取与分离第五节 生物碱的鉴定和结构测定第六节 有代表性的生物碱,第二节 生物碱的分类,生物碱的分类主要有三种方法: 1)按来源分类,根据分离到的生物碱的植物的属名或种名进行分类,如鸦片生物碱、喜树碱等; 2)按化学结构分类,根据生物碱具有的化学结构母核分类
5、,如托品烷生物碱、异喹啉生物碱等 3)生源结合化学分类,如来源于鸟氨酸的吡咯生物碱等。,一、有机胺(amine)和酰胺(acylamide)生物碱,1. 有机胺类生物碱结构比较简单,通常氮原子不在环上,但同样有很强的生理功能等。 如麻黄碱,它是毒品之一,具有兴奋中枢神经、升高血压、扩大支气管作用,可治哮喘等;益母草碱,中药益母草的有效成分,能收缩子宫,对子宫有增加其紧张性与节律性作用。,麻黄碱 益母草碱,2. 酰胺类生物碱中氮原子以酰胺的形式存在,例如:来自从植物狗牙根的内生真菌发酵液中分离到的新酰胺类生物碱Aspernigrin A;从传统药用植物雷公藤的内生真菌栎拟隐壳孢的培养物内获得化合
6、物cryptocin(内酰胺),都是这一类生物碱。,Aspernigrin A cryptocin,二、吡咯烷衍生物类生物碱,吡咯烷类生物碱生源上来自鸟氨酸或赖氨酸。简单吡咯烷类 简单的吡咯烷生物碱如古豆碱,沸点195;与另一种红古豆碱,沸点是188-170,都是从古柯叶中分出的液体生物碱。,古豆碱 红古豆碱,2. 双稠吡咯烷类双稠吡咯烷类生物碱由叔氮稠合两个吡咯烷而成。 例如:大叶千里光碱,分子式C13H21O3N,熔点为44,D为+35(EtOH)。 黑麦碱以及一个新的该类化合物5,6-去氢-N-乙酰基黑麦碱属于此类。,大叶千里光碱 黑麦碱 5,6-去氢-N-乙酰基黑麦碱,三、吡啶衍生物类
7、生物碱,由吡啶衍生出的生物碱,如蓖麻碱,分子中有氰基,毒性较大,内服后能致吐,损伤肝和肾;猕猴桃碱,具有强壮补精作用。,蓖麻碱 猕猴桃碱,四、喹啉类生物碱,喹啉类生物碱的基核是喹啉环,主要分布于芸香科植物中。 最简单的如茵芋叶所含的茵芋碱,熔点194,具有镇静止痛的作用;白鲜根所含的白鲜碱,熔点133,他们是呋喃喹啉衍生物。,茵芋碱 白鲜碱,四、喹啉类生物碱,喹啉类生物碱中最重要的一类是金鸡纳生物碱。 治疗疟疾有效成分是奎宁。 奎宁是继吗啡后研究得最早的生物碱之一,早在1972年,Fourcroy即分离得到粗品,现今已从各种金鸡纳植物中分离得到30多个生物碱,大多都是奎宁类衍生物 。,奎宁,五
8、、异喹啉类生物碱,异喹啉类生物碱是最大的一类生物碱,以异喹啉或四氢异喹啉为母核。 1单异喹啉类生物碱 最简单的该类生物碱为鹿尾草中降血压成分鹿尾草碱和鹿尾草定。,鹿尾草碱 鹿尾草定,2. 苄基异喹啉类生物碱 一般的异喹啉核的1位接有苄基,如阿片中具有解痉作用的罂粟碱。3. 双苄基异喹啉类生物碱 由两个苄基异喹啉在酚羟基位置以醚键方式相连。有单醚、双醚和三醚等。如莲子芯中的莲心碱属头尾相连的单醚类生物碱。,罂粟碱,莲心碱,4. 阿扑芬类生物碱,阿扑芬类生物碱由苄基异喹啉生物碱中两个苯环相连组成四环化合物, 如千金藤碱、广玉兰中的季铵盐生物碱木兰碱。,千金藤碱,5. 原小檗碱类生物碱,原小檗碱类生
9、物碱为两个异喹啉环的稠合。 如:黄连与三颗针等植物所含的抗菌成分小檗碱、延胡索中的镇静止痛成分延胡乙素。,小檗碱,6. 普鲁托品类生物碱 延胡索中常见的普鲁托品、隐品碱,它们实际上是含羰基的小檗碱开环化合物。7. 吐根碱类生物碱 吐根碱类生物碱为异喹啉环带苯骈喹啉啶环。吐根碱为吐根中治疗阿米巴痢疾的有效成分。,普鲁托品 吐根碱,8.-萘菲啶类生物碱 如博落回中的血根碱与白屈菜红碱。9. 吗啡类生物碱,血根碱,吗啡碱,六、吲哚衍生物类生物碱,生源来自于色氨酸,这类生物碱是最复杂的一类生物碱,约占已知生物碱的1/4。 主要分为简单吲哚和二吲哚类衍生物。 最简单的如相思豆中的相思豆碱,作用于中枢神经
10、会产生狂躁、精神错乱;另如可治疗青光眼的毒扁豆碱。,相思豆碱 毒扁豆碱,七、嘌呤衍生物类生物碱,含有嘌呤母核的生物碱。 如咖啡碱,是一种中枢神经兴奋剂和利尿、强心药;如香菇嘌呤,具降血脂作用。,咖啡碱 香菇嘌呤,八、萜类生物碱 氮原子在萜的环状结构中或在萜结构的侧链上,分为单萜类生物碱、倍半萜、二萜、三萜等生物碱。 例如:乌头碱,属二萜类生物碱,具强心与止痛作用。 九、甾体类生物碱 萜类生物碱统称为伪生物碱。 根据甾核的骨架分为1.孕甾烷生物碱; 2.环孕甾烷生物碱; 3. 胆甾烷生物碱,包括胆甾烷碱类与异胆甾烷碱类。 十、大环类生物碱 美登素,它是一个19元大环的内酰胺化合物,含有8个手性中
11、心。,主要内容,第一节 概述第二节 生物碱的分类第三节 生物碱的性质第四节 生物碱的提取与分离第五节 生物碱的鉴定和结构测定第六节 有代表性的生物碱,生物碱的性质,一、性状 大多数生物碱由C、H、O、N元素组成。极少数分子中含有Cl、S等元素。 多数生物碱呈结晶形固体,有些是非晶形粉末,少数为液体,如烟碱、毒芹碱等。 生物碱多数有苦味,如盐酸小檗碱,有些刺激唇舌有焦灼感。多数生物碱是无色的,但分子中有共轭结构可呈现颜色,如小檗碱为黄色、蛇根碱为黄色,小檗红碱为红色。,二、旋光性 很多生物碱具有手性碳原子,具有旋光性,生物碱多数是左旋光体。 生物碱的生理活性与旋光性有关。通常左旋光体的生理活性比
12、右旋光体强。 如乌头中左旋体去甲乌药碱具有强心的作用,而其它植物中右旋体无强心作用。L-莨菪碱的扩瞳作用比D-莨宕碱强100倍。,生物碱的性质,三、酸碱性 生物碱分子中氮原子具有孤对电子,可接受质子而显碱性,因此除酰胺生物碱呈中性外,大多生物碱呈碱性。 一般碱性强弱顺序为:季胺碱脂仲胺碱 脂叔胺碱 芳叔胺碱 酰胺碱。 生物碱大多能与无机酸或有机酸成盐而溶于水。 另外,含有酚羟基或羧基的生物碱也能溶于碱水溶液。因而显现两性,例如吗啡。,生物碱的性质,四、溶解性 1.绝大多数生物碱是仲胺和叔胺,是亲脂性生物碱,易溶于苯、乙醚、卤代烃、氯仿等有机溶剂,不溶于碱水中。2.少数季铵型生物碱和某些含N-氧
13、化物的生物碱,易溶于水,如小檗碱、氧化苦参碱等。3.某些生物碱分子中具有酸性基团如酚、羧基、内酯等易溶于稀碱水中,如含酚基的药根碱,含内酯的喜树碱。4.少数小分子生物碱既能溶于水,也溶于有机溶剂,如麻黄碱。5.生物碱盐类一般易溶于水,但仍有不少例外,如高石蒜碱的盐酸盐不溶于水,而溶于氯仿。,生物碱的性质,五、生物碱的检识1沉淀生物碱反应 (1)Drugendroff试剂(碘化铋钾试剂):BiI3KI,在酸性溶液中与生物碱反应生成红棕色沉淀。(2)Mayer试剂(碘化汞钾试剂):HgI2 2KI, 在酸性溶液中与生物碱反应生成类白色沉淀,若加过量试剂,沉淀又被溶解。(3)Bertrand试剂(硅
14、钨酸试剂):12WO3SiO2,在酸性溶液中与生物碱反应生成灰白色沉淀。(4)Sonnenschein试剂(磷钼酸试剂):H3PO412MoO3,在中性或酸性溶液中与生物碱反应生成棕黄色沉淀。,生物碱的性质,2. 显色反应常用的显色剂有以下几种:(1)Frohde试剂(1%钼酸钠或5%钼酸铵的浓硫酸溶液):乌头碱显黄棕色,吗啡显紫色转棕色,可待因显暗绿色至淡黄色,黄连素显棕绿色,阿托品等不显色。(2)Mandelin 试剂(1%钒酸铵的浓硫酸溶液):吗啡显棕色,可待因显蓝色,莨菪碱显红色。(3)Marquis试剂(0.2mL30%甲醛溶液与10mL浓硫酸的混合溶液):吗啡显橙色至紫色,可待因显
15、红色至黄棕色。,主要内容,第一节 概述第二节 生物碱的分类第三节 生物碱的性质第四节 生物碱的提取与分离第五节 生物碱的鉴定和结构测定第六节 有代表性的生物碱,第四节 生物碱的提取与分离,一、总生物碱的提取 总生物碱的提取方法有:溶剂法、离子交换树脂法和沉淀法。1. 溶剂法1)水或酸水有机溶剂法。2)碱化有机溶剂法。3)醇类溶剂提取法。,水或酸水有机溶剂法,原理:生物碱是以盐的形式存在时,能溶于水或酸水中;其游离碱易溶于有机溶剂,难溶于水。 把植物切碎,用水或稀酸水萃取,浓缩后,用碱如氨水、石灰乳等碱化,变成游离生物碱,再用有机溶剂萃取,再浓缩得到生物碱。,碱化有机溶剂法,以盐形式存在的生物碱
16、,用碱处理,变成游离的生物碱,用有机溶剂萃取,从植物中分离出来,最后浓缩溶液,得生物碱。,醇类溶剂提取法,本法基于生物碱及其盐类易溶于甲醇或乙醇,故用醇代替水或酸水提取生物碱。 乙醇(95%)或稀乙醇(60%-80%)浸泡、渗漉或加热提取,浓缩液加酸酸化,过滤后,酸水用氯仿、乙醚洗涤,再碱化,最后用氯仿或乙醚提取,浓缩得较纯的总碱,此法易浓缩,水溶杂质少,但脂溶杂质多。,2、离子交换树脂法,将酸水提取液与阳离子交换树脂进行交换,以与非生物碱成分分离。交换后树脂,用碱液或10%氨水碱化后,再用有机溶剂(如乙醚、氯仿、甲醇等)进行洗脱,回收有机溶剂得总生物碱。 许多药用生物碱如筒箭毒碱、奎宁、麦角
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