中药化学35生物碱类化学成分的提取分离技术.ppt
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1、3.5 生物碱类化学成分的 提取分离技术,3.5.1 必备知识一、概述,十九世纪德国学者从鸦片中分离出吗啡碱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,概述,植物中存在的生物碱大多有明显的生理活性如:鸦片中的吗啡镇痛作用 麻黄中的麻黄碱止喘作用 长春花中的长春碱抗癌活性 黄连中的小檗碱抗菌消炎作用 山莨菪碱抗中毒性休克作用,概述,生物碱化学结构的研究为合成药物提供了线索,如:植物古柯中的有效成分古柯碱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(合成品)局麻药,古柯碱(可卡因),指存在于生物体内一类含氮的有机化合物;多数具有碱性且能和酸
2、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。,概述,分布 存在于一百多个科中如:豆科、茄科、防己科、罂粟科、毛茛科等植物中。,生物碱的定义,概述,1.游离碱:碱性极弱,以游离碱的形式存在。2.成 盐:有机酸:柠檬酸、酒石酸等;特殊的酸类:乌头酸、绿原酸等无机酸:硫酸、盐酸等。3.苷 类:以苷的形式存在于植物中;4.酯 类:多种吲哚类生物碱分子中的羧基,常以甲酯形式存在。5.N-氧化物:植物体中的氮氧化物约一百余种。,存在形式,二、结构与分类,有机胺类(苯丙氨酸/酪氨酸)氮原子不结合在环内的一类生物碱。,结构特点,C,H,C,H,O,H,C,H,3,N,H,C,H,3,
3、麻黄碱,(1R,2S),麻黄枝、茎,麻 黄,二、结构与分类,吡咯烷类生物碱由吡咯或四氢吡咯(吡咯烷)衍生的生物碱。,二、结构与分类,吡咯烷类生物碱简单的吡咯衍生物,红古豆碱,红古豆醇苦杏仁酸酯,(无活性),(有活性),似阿托品药物 的散瞳等作用,二、结构与分类,吡啶衍生物由吡啶或六氢吡啶衍生的生物碱。分类:简单吡啶衍生物、喹诺里西啶),二、结构与分类,吡啶衍生物,二、结构与分类,吡啶衍生物,matrine,oxymatrine,苦 参,二、结构与分类,莨菪烷衍生物由吡咯啶和哌啶骈合而成的杂环。分类:颠茄生物碱 古柯生物碱,二、结构与分类,1、颠茄生物碱,二、结构与分类,莨菪碱是由莨菪醇与莨菪酸
4、缩合而生成的酯:,莨菪醇,莨菪酸,莨菪碱(阿托品),+,缩合,二、结构与分类,莨菪碱(阿托品),东莨菪碱,山莨菪碱,樟柳碱,白花曼陀罗,山莨菪,二、结构与分类,2、古柯生物碱,古柯碱,古 柯 树,二、结构与分类,喹啉衍生物,喜树碱,治白血病和直肠癌,内酯结构,碱化开环,成盐溶于水,喜 树,二、结构与分类,(六)异喹啉类生物碱,黄 连,二、结构与分类,(七)吲哚衍生物,吲哚,麦角新碱,二、结构与分类,(七)吲哚衍生物,二、结构与分类,(八)甾体生物碱类,贝母碱,二、结构与分类,(九)萜生物碱类,二、结构与分类,(十)大环生物碱类,二、结构与分类,(十一)其他类型生物碱,三、理化性质,(一)一般性
5、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),三、理化性质,(一)一般性质2.颜色多为无色或白色,少数有色。,三、理化性质,一叶萩碱成盐后则无色。,一叶萩碱(黄色),(一)一般性质,三、理化性质,(一)一般性质3.味觉:多具苦味。4.挥发性:多无挥发性,少数具挥发性,如槟榔碱,麻黄碱。5.旋光性:多为左旋光性。有的产生变旋现象。如:烟碱 中性溶液:左旋光性;酸性溶液:右旋光性;多数左旋体呈显著生理活性。,三、理化性质(一)一般性质,6.溶解度(1)游离碱,类别 极性 溶解性 H2O CHCl3 H+OH-,叔胺仲胺 较弱 脂溶性-+-,季铵碱 强 水溶性+
6、-+,氮氧化物 半极性 中等水溶+,两性:Ar-OH 较弱 脂溶性-+-COOH 强 水溶性+-+,三、理化性质(一)一般性质,6.溶解度(1)游离碱 少数酚性碱,由于各种原因而导致不溶碱水中。如:,三、理化性质(一)一般性质,6.溶解度(2)成盐 多易溶于水,不溶或难溶有机溶剂。含氧酸盐的水溶性往往较大。与大分子有机酸所形成的盐水溶性差 与小分子有机酸或无机酸成盐水溶性较好。,三、理化性质(二)碱性,1.碱性强弱的表示方法,三、理化性质(二)碱性,2.影响碱性强弱的因素(1)杂化方式,三、理化性质(二)碱性,2.影响碱性强弱的因素(2)电子效应 1)诱导效应,连接供电基团则使碱性增强。,三、
7、理化性质(二)碱性,2.影响碱性强弱的因素(2)电子效应 2)共轭效应,氮原子孤电子对处于P共轭体系时,碱性减弱。,三、理化性质(二)碱性,2.影响碱性强弱的因素(3)立体因素,叔胺分子,碱性降低。但如:苦参碱,使碱性增强。,三、理化性质(二)碱性,2.影响碱性强弱的因素(4)分子内氢键,若能形成稳定的分子内氢键,可使碱性增强。(指成盐时接受的质子能形成稳定的分子内氢键),三、理化性质(二)碱性,2.影响碱性强弱的因素(4)分子内氢键,三、理化性质(二)碱性,2.影响碱性强弱的因素(4)分子内氢键,三、理化性质(二)碱性,2.影响碱性强弱的因素 碱性强弱:,诱导供电,碱性增强;共轭,诱导吸电,
8、碱性减弱。,四、生物碱的鉴定(一)沉淀反应,1.沉淀试剂 金属盐类 碘-碘化钾(Wagner)KI-I2 棕褐色,红棕色沉淀 碘化铋钾(Dragendoff)BiI3KI 黄色到橘红色沉淀 碘化汞钾(Mayer试剂)HgI22KI 类白色沉淀 若加过量试剂,沉淀又被溶解。,1.沉淀试剂 硅钨酸(Bertrand试剂)SiO212WO3 类白色沉淀苦味酸(Hager试剂)2,4,6-三硝基苯酚黄色沉淀雷氏铵盐(Ammoniumreineckate)硫氰酸铬铵试剂,与季铵型生物碱反应生成红色沉淀或结晶。,四、生物碱的鉴定(一)沉淀反应,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;
9、(若在碱性条件下则试剂本身将产生沉淀)(2)在稀醇或脂溶性溶液中时,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、生物碱的鉴定(一)沉淀反应,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,则 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、生物碱的鉴定(一)沉淀反应,(1)矾酸铵-浓硫酸溶液(Mandelin试剂)为1%矾酸铵的浓硫酸溶液。如遇阿托品显红色,可待因显蓝色,士的宁
10、显紫色到红色。(2)钼酸铵-浓硫酸溶液(Frohde试剂)为1%钼酸钠或钼酸铵的浓硫酸溶液,如遇乌头碱显黄棕色,小檗碱显棕绿色,阿托品不显色。(3)甲醛-浓硫酸试剂(Marquis试剂)为30%甲醛溶液0.2ml与10ml浓硫酸的混合溶液。如遇吗啡显橙色至紫色,可待因显红色至黄棕色。,四、生物碱的鉴定(二)显色反应,1、薄层色谱 吸附剂:硅胶、氧化铝 展开剂:以苯、氯仿为主 显色剂:改良碘化铋钾因硅胶为弱酸性,因此需加碱处理:1)在湿法铺板时加一定量的NaOH溶液,使板呈碱性。2)在中性展开剂中加入一定量的二乙胺或氨水(如氯仿-二乙胺95或91)3)在层析槽中放一盛有氨水的小杯。,四、生物碱的
11、鉴定(三)色谱检识,2、纸色谱 固定相:水、甲酰胺、酸性缓冲液3、高效液相色谱,四、生物碱的鉴定(三)色谱检识,一、提取(一)总生物碱的提取植物中生物碱的性质和存在状态决定提取方法。常用提取方法:水蒸气蒸馏法:用于具有挥发性的生物碱,如麻黄碱及液体生物碱。升华法:用于具有升华性的生物碱,如咖啡因。溶剂法:用于大多数生物碱。主要介绍溶剂提取法,第二节 生物碱的提取和分离,1.水或酸水提取法 原理:利用生物碱盐易溶于水,难溶或不溶于亲脂性有机溶剂的溶解性能,用水进行提取。用酸水提取可使生物碱都以盐的形式被提出,提高提取率。常用的酸:0.51的乙酸、硫酸、盐酸或酒石酸等。提取方法:浸渍法、渗漉法、煎
12、煮法。此方法的缺点是提取液体积大,浓缩困难,水溶性杂质多。,2.醇类溶剂提取法 原理:游离生物碱及其盐一般都能溶于乙醇和甲醇。提取方法:浸渍法、渗漉法、加热回流(连续回流)提取法。此方法的缺点是含有大量脂溶性杂质。,3.亲脂性有机溶剂提取法原理:利用游离生物碱易溶于低极性有机溶剂,进行提取。提取方法:冷浸法、加热回流(连续回流)提取法。此方法的特点是 提取前需用碱碱化。只能提取亲脂性生物碱,亲水性生物碱不被提出。杂质少,易于进一步纯化。毒性大,易燃易爆。,(二)水溶性生物碱碱的提取,1、沉淀法2、溶剂法,二、分离(一)总生物碱的初步分离,(二)生物碱单体的分离 1、利用生物碱碱性的差异进行分离
13、,即在不同pH条件下进行分离pH梯度法,有两种操作:方法1总生物碱/酸水溶解 用碱调节PH由低到高每调一次用氯仿萃取一次氯仿液 氯仿液氯仿液氯仿液 PH值:低 高得到的生物碱碱度:弱 强,方法2总生物碱/氯仿溶解 用不同pH缓冲酸溶液依次 萃取缓冲液缓冲液缓冲液缓冲液PH值:高 低得到的生物碱碱度:强 弱,采用pH梯度法分离前,通常先用多缓冲纸色谱法对总碱中各生物碱的碱度强弱作初步了解,据此调节pH值。,2、利用生物碱或生物碱盐溶解度的差异进行分离生物碱以及生物碱盐在不同溶液的溶解度存在明显的差异,可用于分离。如:氧化苦参碱是苦参碱的氮氧化物,极性稍大,不溶于乙醚。而苦参碱溶于乙醚,于两者的氯
14、仿液中加入乙醚,氧化苦参碱即可析出。如:麻黄碱草酸盐在水中的溶解度比伪麻黄碱草酸盐的溶解度小,可以自水溶液中先行析出。,某些生物碱特殊功能团(羟基、内酯键和内酰胺键等)能发生可逆性化学反应,导致其溶解性改变,从而与其他成分分离。1)酚性碱的分离 2)内酯类和内酰胺类生物碱的分离,3、利用生物碱的特殊官能团分离,4、利用色谱法分离 1)吸附柱色谱(常用)常用氧化铝或硅胶作为吸附剂,以氯仿、苯等为底剂的溶剂系统作为洗脱剂,其中加少量碱性试剂,可改善分离效果。2)分配柱色谱 例如三尖衫酯碱和高三尖衫酯碱的分离。3)高效液相色谱法(HPLC)这是一种现代高效的分离分析方法。常用C18反相色谱柱,流动相
15、以甲醇-水、乙腈-水为底剂。,麻黄(herba ephedrae)为麻黄科草麻黄(Ephedra sinica Stapf.)、中麻黄(Ephedra intermedia Schrenk et.)或木贼麻黄(Ephedra equisetina Bge.)的干燥草质茎。具有发汗解表、宣肺平喘、利水消肿的作用。麻黄中含有多种生物碱,因产地和品种的不同有一定的差异,一般以麻黄碱和伪麻黄碱为主,此外还含少量甲基麻黄碱、甲基伪麻黄碱和去甲基麻黄碱、去甲基伪麻黄碱。,第三节 应用一、麻黄中生物碱类成分的提取分离技术,(一)麻黄中主要有效成分及结构,麻黄中含有多种生物碱,以麻黄碱和伪麻黄碱为主,其次是甲
16、基麻黄碱和去甲基麻黄碱。它们的结构如下:,(二)麻黄生物碱的理化性质,1.性状 麻黄碱和伪麻黄碱的分子量较小,为无色结晶,游离麻黄碱含水物熔点为40。两者都具有挥发性。2.碱性 麻黄碱和伪麻黄碱为仲胺生物碱,且氮原子在侧链上,碱性较强,而且伪麻黄碱的碱性(pKa9.74)稍强于麻黄碱(pKa9.58)。3.溶解性 由于麻黄碱和伪麻黄碱的分子较小,且属芳烃仲胺生物碱,其溶解性与一般生物碱不完全相同。游离的麻黄生物碱可溶于水,而伪麻黄碱由于形成较稳定的分子内氢键,所以在水中的溶解度比麻黄碱小。麻黄碱和伪麻黄碱也能溶解于氯仿、乙醚、苯及醇类溶剂中。麻黄碱草酸盐比伪麻黄碱草酸盐在水中溶解度小。,根据前
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- 中药 化学 35 生物碱 化学成分 提取 分离 技术
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