天然药物化学教学资料 天然药化9生物碱.ppt

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1、第9章 生物碱Chapter 9 Alkaloids,天然药物化学,吡啶类：主要是喹喏里西啶类（苦参所含生物碱，如苦参碱）。莨菪烷类：洋金花所含生物碱，如莨菪碱。异喹啉类：主要有苄基异喹啉类（如罂粟碱）、双苄基异喹啉类（汉防己所含生物碱，如汉防己甲素）、原小檗碱类（黄连所含生物碱，如小檗碱）和吗啡类（如吗啡、可待因）。吲哚类：主要有色胺吲哚类（如吴茱萸碱）、单萜吲哚类（马钱子所含生物碱，如士的宁）、二聚吲哚类（如长春碱、长春新碱）。萜类：乌头所含生物碱（如乌头碱）、紫杉醇。甾体：贝母碱 有机胺类：麻黄所含生物碱，如麻黄碱、伪麻黄碱。,生物碱,生物碱概述,生物碱的分类和生源关系,生物碱的理化性质

2、,生物碱的提取和分离,生物碱的结构鉴定,I.性状II.旋光性III.溶解性IV.生物碱碱性V.生物碱的检识,第三节、生物碱的理化性质,一、性状,组成：一般由C、H、O、N四种元素组成，少数含有Cl、S等；形态多为结晶性固体，有些为非晶性粉末，少数为液体(如烟碱、槟榔碱)熔点：确定；双熔点（防己诺林碱）挥发性多无挥发性，少数小分子、游离状态生物碱具有挥发性和升华性（如咖啡碱具有升华性，麻黄碱能随水蒸气蒸馏）,一、性状,味 觉多具苦味，个别有甜味（如甜菜碱）、少数呈辛辣味（如胡椒碱）颜色多为无色或白色，少数含有较长共轭体系而有色，小檗碱：黄色；血根碱：红色；小檗红碱：红色；一叶萩碱：淡黄色,二、旋

3、光性,1.产生旋光的原因：含有手性碳、氮原子、或本身为手性分子2.影响旋光的因素：A.手性碳的构型:加和性 B.溶剂：麻黄碱-CHCl3（-)H2O C.pH值:烟碱-中性（-)-酸性 D.浓度：北美黄连碱-95%E（-)E.状态:吐根碱-CHCl3（-)-HCL盐3.旋光和活性有关：左旋体比右旋体活性强:莨菪碱、去甲乌药碱 L-莨菪碱的散瞳作用比D-莨菪碱大100倍 右旋体活性强:古柯碱,三、溶解性,（一）脂溶性生物碱 大多数叔胺碱和仲胺碱为亲脂性，一般能溶于有机溶剂，尤其易溶于亲脂性有机溶剂，如苯、乙醚、氯仿，特别易溶于氯仿。可溶于甲醇、乙醇，溶于酸水，不溶或难溶于水和碱水-特殊：伪石蒜碱

4、溶于水、喜树碱仅溶于氯仿,三、溶解性,（二）水溶性生物碱 含有季铵、胍基或氮氧化物的生物碱:易溶于水、酸水、碱水，可溶于甲醇、乙醇，难溶于亲脂性有机溶剂,水溶性：氧化苦参碱(半极性配位键）苦参碱（溶于乙醚）,三、溶解性,（三）亲脂又亲水生物碱：分子较小的叔胺碱或液体生物碱 可溶于低极性和极性有机溶剂，溶于碱水 苦参碱、烟碱、麻黄碱、秋水仙碱,三、溶解性,（四）具特殊官能团生物碱（1）两性生物碱：既含碱性氮原子，又含酸性基团，如酚羟基或羧基的生物碱 具酸碱两性，既可溶于酸水，也可溶于碱水溶液，但在pH89时溶解性最差，易产生沉淀。含酚羟基的叔胺碱（具酚羟基者常称为酚性生物碱），可溶于稀碱溶液：吗

5、啡、青藤碱、药根碱 含羧基的生物碱类似于水溶性碱：槟榔次碱、那碎因。易溶于水、酸水、碱水，可溶于甲醇、乙醇，难溶于亲脂性有机溶剂,三、溶解性,槟榔次碱,三、溶解性,（四）具特殊官能团生物碱（2）含内酯结构生物碱：类似一般叔胺碱，但在碱水中可以开环形成羧酸盐溶于水，加酸又复原。如喜树碱,三、溶解性,（五）生物碱盐：具碱性的生物碱和酸成盐，一般易溶于水，可溶于醇。生物碱盐+OH-可溶于有机溶剂无机酸盐有机酸盐；无机酸盐中含氧酸盐卤代酸盐；小分子有机酸盐大分子有机酸盐盐酸盐氢溴酸盐氢碘酸盐,三、溶解性,（六）溶解性特殊的化合物吗啡：为酸性叔胺碱，难溶于氯仿、乙醚，可溶于水，盐酸盐可溶于氯仿石蒜碱：叔

6、胺碱，难溶于有机溶剂，溶于水喜树碱：不溶于一般有机溶剂，而溶于酸性氯仿,石蒜碱,三、溶解性,（六）溶解性特殊的化合物 特殊生物碱盐溶解度举例：盐酸盐可溶于氯仿的有吗啡、奎宁、奎尼定、吐根酚碱、罂粟碱、半边莲碱.难溶于水的有紫堇碱盐酸盐、普托品盐酸盐、高石蒜碱的盐酸盐；普托品硝酸盐；麻黄碱草酸盐；小檗碱等季胺碱的卤代酸盐）,生物碱的溶解性小结,碱性来源表示方法与结构关系,四、生物碱的碱性,四、生物碱的碱性,（一）碱性来源 根据Lewis酸碱电子理论，凡是能给出电子的分子、基团或离子为碱；能接受电子的分子、基团或离子为酸。生物碱分子中氮原子上的孤电子对，能给出电子或接受质子而使生物碱显碱性。,4.

7、2 化学性质,（二）表示方法：生物碱碱性大小可用碱的碱式离解常数pKb表示，也可用其共轭酸的酸式离解常数pKa表示。目前，生物碱碱性大小统一用pKa表示，pKa越大，碱性越强,四、生物碱的碱性,（三）碱性强度与分子结构的关系,四、生物碱的碱性,杂化方式,电子效应-诱导、共轭,空间效应,氢键效应,碱性与分子结构的关系,（三）碱性强度与分子结构的关系1N杂化方式 N原子核外电子排布：2s2 2px1 2py1 2pz1生物碱分子中氮原子的孤电子对在有机胺分子中为不等性杂化，其碱性强弱随杂化程度的升高而增强杂化轨道中P轨道的成分增多、能量升高，成对电子的能量也随之升高，易接受质子，碱性增强。故碱性为

8、sp3sp2sp。季铵碱分子中的氮原子离子状态存在，同时含负离子态的OH，所以碱性强（pKa11）。,四、生物碱的碱性,1N杂化方式,四、生物碱的碱性,四氢异喹啉（SP3 pKa9.5）,异喹啉（SP2 pKa5.4）,氰类（SP 中性）电效应,生物碱分子中碱性基团的pKa值大小顺序一般是：季铵碱N-烷杂环脂肪胺芳香胺N-芳杂环酰胺吡咯。,四、生物碱的碱性,1N杂化方式小结,生物碱的碱性强弱主要取决于分子结构中氮原子的电子云密度，若电子云密度升高，则碱性增强，反之碱性下降。（1）诱导效应（2）诱导-场效应（3）共轭效应,2.电子效应,（1）诱导效应 氮原子连接供电子基，使N上电子云密度增多，碱

9、性增强(如烷基等；但仲胺叔胺）氮原子附近有吸电子基时，可降低氮上电子云密度，则碱性下降。吸电子基：苯环、羟基、双键、酰基、酯酰基,2.电子效应,（1）诱导效应 碱性：二甲胺甲胺氨(CH3)2NH CH3-NH2(CH3)3N NH3 PKa 10.7 10.64 9.8 9.75 碱性：仲胺伯胺叔胺氨,2.电子效应,如：苯异丙胺麻黄碱去甲麻黄碱,麻黄碱（pKa9.58）（甲基供电诱导效应）,去甲基麻黄碱（pKa9.00）（羟基的吸电诱导效应）,苯异丙胺（pKa9.80）（无羟基的吸电作用）,（1）诱导效应:酯酰基,四、生物碱的碱性,（1）诱导效应:双键具有吸电子诱导效应。,四、生物碱的碱性,四

10、、生物碱的碱性,（1）诱导效应:氮杂缩醛(酮)生物碱的氮原子不处在桥头，强碱性 具有氮杂缩醛结构的生物碱常易于质子化而显强碱性。如氮原子的邻位碳上具、双键或-羟基者，可异构成季铵碱，使碱性增强。,醇型小檗碱（pKa11.5）季胺型小檗碱,在稠环中，氮杂缩醛体系中氮原子处于桥头N时，因其具有刚性结构不能发生质子化异构，相反由于OH的吸电效应使碱性减小，碱性相对较弱。,strychnine pseudostrychnine N:处在桥头，为刚性结构，不发生未共用电子对的转移，故不形成季铵碱。,pka 8.2,pka 5.6,甲基,苯环,氨基,其他烷基,酰基、双键,羟基、醚氧,供电子基,吸电子基,碱

11、性增强,碱性减弱,（2）诱导-场效应:生物碱分子中同时含有两个氮原子时，第一个氮原子质子化后产生一个强的吸电基团+NHR2，此时对第二个氮原子产生两种降低其碱性的作用：诱导和场效应。诱导效应通过碳链传递，且随碳链增长而渐降低。场效应通过空间直接作用，又称为直接效应。若此时强的吸电基团和第二个氮原子在空间上接近时，则直接效应对其碱度的影响就更显著。,四、生物碱的碱性,（2）诱导-场效应:,（2）诱导-场效应:,（3）共轭效应当生物碱分子结构中氮原子的孤电子对处于p-共轭状态时，其碱性较未形成p-共轭的氮原子的碱性弱。苯胺型、酰胺型、烯胺型注意：氮原子的孤电子对p电子的轴与共轭体系的电子轴共平面是

12、产生p-共轭效应的必要条件。,四、生物碱的碱性,（3）共轭效应,苯胺型 酰胺型 烯胺型,（3）共轭效应 1）苯胺型 碱性（pKa 4.58）比相应的环己胺（pKa 10.14）弱的多,四、生物碱的碱性,环己胺（pKa10.64）,苯胺（pKa4.58）,（3）共轭效应：毒扁豆碱,2）烯胺型若为仲烯胺碱性较弱。若为叔烯胺，其氮原子的孤对电子与双键的电子可发生转位生成季胺型共轭酸，则碱性较强。,（3）共轭效应,四、生物碱的碱性,pka 11.94,烯胺型特例：稠环叔烯胺，N原子,-位有双键可能转化为季铵,蛇根碱（serpentine）,pka 10.8,2）烯胺型,strychnine pseud

13、ostrychnine neostrychnineN:处在桥头，为刚性结构，不发生未共用电子对的转移，故不形成季铵碱。反而受双键的诱导效应影响，碱性减弱。,pka 8.2,pka 5.6,pka 3.8,2）烯胺型,吡咯：,吡咯 pka 0.4 吲哚 吡啶 pka 5.25,2）烯胺型,咪唑：7.2,脒：12.4,胍基：13.6,接受质子形成季胺离子，共轭酸的高度共振稳定性,使共轭酸稳定，pKa大，碱性强。,（3）共轭效应 3）酰胺型 碱性极弱，其氮原子上所结合的氢，甚至可被苛性碱置换。通常苯胺型生物碱碱性大于酰胺型,四、生物碱的碱性,（3）共轭效应,秋水仙碱（酰胺共轭 pKa1.84）,3）

14、酰胺型,（3）共轭效应,氮原子的孤电子对p电子的轴与共轭体系的电子轴共平面是产生p-共轭效应的必要条件。N,N-二甲基苯胺 邻甲基N,N-二甲基苯胺(4.39)（5.15）不在同平面,3空间效应 如果氮原子周围的取代基分子较大，对氮原子构成屏蔽作用，使氮原子难于接受质子，造成碱性降低。,四、生物碱的碱性,莨菪碱（pka9.65）,东莨菪碱（环氧位阻pka6.20）,麻黄碱（pKa9.58）,甲基麻黄碱（pKa9.30）,利血平（pKa6.07）,利血平 N1-吲哚氮，中性；N2-脂环叔氮，一般叔氨pKa89，因C19 20直立键立体位阻碱性降低，pKa6.07,当生物碱成盐后，氮原子附近如有羟

15、基、羰基，并处于有利于形成稳定的分子内氢键时，氮上的质子不易离去，碱性强。,4氢键效应,成盐时接受的质子能形成稳定的分子内氢键,生物碱结构中的碱性基团与碱性强弱之间的关系为：胍基季铵碱脂肪胺和脂杂环芳胺和吡啶环多氮同环芳杂环酰胺基和吡咯环,四、生物碱的碱性,胍 季铵碱 烷胺类（仲胺，叔胺）芳胺类（芳杂环）酰胺类（pKa13.6）小檗碱（11.5）四氢异喹啉（9.5）异喹啉（5.4）（pKa 2）共轭酸高度 离子型 SP3杂化 SP2杂化 P共轭 共振稳定性 类似无机碱（无双键）（有双键）,通常情况下碱性强弱与pKa大小的关系如下pKa 11 为强碱（胍、季胺碱）pKa 7 11 中强碱（脂肪胺

16、类仲胺、叔胺）pKa 2 7 弱碱（芳胺、芳氮杂环）pKa 2 极弱碱（酰胺类）,对于具体生物碱来说，若影响碱性的因素不止一个，则需综合考虑。一般来说，空间效应与诱导效应共存，空间效应居主导地位；共轭效应与诱导效应共存，共轭效应居主导地位。,练习题,比较碱性强弱：,练习题,比较碱性强弱：,五、生物碱检识,（一）沉淀反应（二）显色反应（定义；常用试剂）（三）色谱检识,五、生物碱检识,（一）沉淀反应 生物碱在酸性水或稀醇中，与某些试剂生成难溶于水的复盐或配合物的反应 1-原理：难溶的复盐，络合物 2-沉淀剂：3-条件：酸性水，稀醇溶液 4-用途：判断有无，定性鉴别，提取分离,五、生物碱检识,1-反

17、应原理：生成复盐和络盐,（一）沉淀反应,2-沉淀试剂,（一）沉淀反应,（一）沉淀反应,3-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）,（二）沉淀反应,4结果判断（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,（二）沉淀反应,5反

18、应用途1）检识反应：是否存在生物碱，试管定性反应（注意假阳性，假阴性）2）指导生物碱的提取分离 作为追踪手段了解其是否提完全3）分离纯化 季铵型水溶性生物碱的雷氏铵盐沉淀法：用于生物碱的鉴定和含量测定（晶型，熔点）雷氏铵提取分离季铵，小分子生物碱不能沉淀。4）薄层或纸层色谱的显色剂：改良碘化铋钾（Dragendorff）试剂-橘黄色,（二）沉淀反应,沉淀反应小结 1）生物碱在酸水中或稀醇中与某些试剂生成难溶于水的复盐或配合物的反应，称为生物碱沉淀反应。大多数生物碱能发生沉淀反应（个别如仲胺麻黄碱、咖啡碱不反应）。2）反应一定要在酸性条件下，生物碱成盐溶于水方可反应（个别如苦味酸在中性条件进行）

19、。3）对生物碱的有无定性时，应用三种以上试剂分别进行反应，均阳性或阴性方有可信性。,沉淀反应小结4）水溶液中如有蛋白质、鞣质亦可与此类试剂产生阳性反应，应在被检液中除掉这些成分。除掉方法工艺如图：,（二）沉淀反应,五、生物碱检识,（二）显色反应某些试剂能与一些生物碱反应生成有颜色的 溶液，该类反应称为生物碱显色反应，所使用的化学试剂称为生物碱显色试剂。显色反应可用于检识和区别个别生物碱。常用的显色剂有：Mandelin试剂、Frohde试剂、Marquis试剂,五、生物碱检识,Labats 反应-亚甲二氧基,理化检识 色谱检识（补充）（薄层色谱；纸色谱；HPLC）,五、生物碱检识,薄层色谱(T

20、LC)吸附剂：硅胶，氧化铝，活性炭，纤维素 移动相：各种溶剂系统,纸色谱(PC)固定相：水、甲酰胺或缓冲溶液 移动相：各种溶剂系统,高效液相色谱法(HPLC)对结构相似的生物碱的分离检识可获得满意 的效果,3.色谱检识,1,2,3,五、生物碱检识,色谱检识（一）薄层色谱 1吸附薄层色谱法 极性吸附剂一般用来分离和检识弱极性和中等极性的生物碱，常用的极性吸附剂有硅胶和氧化铝。活性炭等非极性吸附剂常用于分离极性较强的生物碱。生物碱薄层色谱所用流动相系统有中性和碱性两种。,五、生物碱检识,硅胶（吸附能力弱 弱酸性）适用于大多数生物碱，但强碱性生物碱可能出现 Rf太小和复斑或拖尾（与硅胶的弱酸性成盐）

21、，解决这一问题的办法：1、碱液（0.10.5mol/L NaOH）制板2、碱性展开剂（中性展开剂+少许二乙胺或氨水）3在层析槽中放一盛有氨水的小器皿,五、生物碱检识,显色,日光下（有颜色的生物碱 小檗碱显黄色斑点）观察看荧光（有荧光的生物碱 小檗碱有黄绿色荧光）喷显色剂（碘化铋钾，对大多数生物碱显橘红色），注意排除甲酰胺的干扰（1100C加热）,2分配薄层色谱法 常见的生物碱，移动相采用氯仿为主的溶剂系统（先用固定相饱和）；以水为固定相选用硅胶、纤维素为支持剂，以甲酰胺为固定相的薄层色谱，适于分离弱极性和中等极性的薄层色谱，分离检识水溶性的生物碱（盐），可用BAW系统展开。,五、生物碱检识,（

22、三）高效液相色谱法 高效液相色谱法对结构相似的生物碱的分离检识可获得满意的效果。L.Kursinszki,Improved RP-HPLC Method for Analysis of Isoquinoline Alkaloids in Extracts of Chelidonium majus L,J Chromatographia,Online Publication:19 May 2006 A.Sarkozi1,Alkaloid Composition of Chelidonium majus L Studied by Different Chromatographic Techniqu

23、es,J Chromatographia,Online publication:8 March 2006（四）毛细管电泳法,五、生物碱检识,中国药典委员会.中华人民共和国药典 中药薄层色谱彩色图集M.广东科技出版社，1993.,黄连的TLC图谱,中国药典委员会.中华人民共和国药典 中药薄层色谱彩色图集M.广东科技出版社，1993.,黄连的TLC条件,中国药典委员会.中华人民共和国药典 中药薄层色谱彩色图集M.广东科技出版社，1993.,黄柏的TLC图谱,中国药典委员会.中华人民共和国药典 中药薄层色谱彩色图集M.广东科技出版社，1993.,黄柏的TLC条件,中国药典委员会.中华人民共和国药典 中药薄层色谱彩色图集M.广东科技出版社，1993.,