药物所研究生课件生物碱.资料.ppt

一、生物碱结构测定中常用的化学方法 1. C - N键裂解反应 了解氮原子的结合状态 （1）Hoffmann降解 季铵碱在碱性溶液中加热，产生裂解，脱水 生成烯键和叔胺。 第六节 生物碱的结构测定 *1 n反应条件：分子中必须具备-H；消除- H。 n喹啉、吡啶、异喹啉(C=N)不发生Hoffmann降解 。 *2 （2）Emde降解 不发生Hoffmann降解反应可用Emde降解。 *3 (3) Von Braun降解 三级胺与溴化氰反应，溴与碳原子结合，氰与 氮原子结合，生成溴代烷和二取代氨基氰化物。 *4 C-N键直接断裂，无-H也可反应 。 裂解方式： 在N-烷基取代基中体积小者易被取代裂除； 若C-N键中碳原子处于b、g-不饱和体系, 如苄基或丙 烯基中，则得到断裂该C-N键的产物； 若C-N键中碳原子处于苯环中, 则多不反应； 若C-N键中碳原子处于交叉链结构中,则该C-N键不易 反应; 立体效应影响。 *5 2 其它反应 脱氢发应、氧化反应、还原反 应、沟通反应等。 二、波谱分析在生物碱结构测定中的应用 异喹啉生物碱的波谱 (一) 紫外光谱 1. 简单异喹啉生物碱 max 284 nm ( log3.59) *6 n取代基的不同使最大吸收值稍有位移。值也 有变化。如四氢异喹啉酮： max 224，261，302 nm ( log4.41，3.78，3.77) *7 2. 苄基异喹啉和双苄基异喹啉碱 nmax 280285 nm ( log3.5-4.1)， B环带有共轭 双键，光谱变得比较复杂。 238 (4.80)， 297 (3.86)， 313327（3.67） *8 282 ( log3.71) 3. 具有四个环的异喹啉类生物碱 n四环异喹啉碱：普托品，苯骈菲里啶，原小檗 碱，粟碱， 异粟碱，螺苄基异喹啉等。 nB、C环若没有芳化，max 280295 nm nB、C环双键的增加，向长波位移，有时出现 多个吸收带。 *9 （1） 普托品类 nmax 240 nm（sh, 不易看到），280290 nm （ 主吸收带）。 n分子中羰基与氮上未用电子对的跨环作用，使 紫外光谱显示苯乙酮体系的吸收。 *10 （2） 苯骈菲里啶的白屈菜类碱 n240 nm（3.8），289 nm（3.92）主吸收带。 nB、C环增加了共轭双键，主要吸收带向长波移动 ，出现多个吸收带，呈现扩展菲啶的紫外光谱（ max 250，295，346，450 nm）。 *11 67个吸收带 复杂,一系列吸收 3个吸收带， 228232，278，311322 nm *12 （3）原小檗碱类 四氢原小檗碱类 max 282289 nm，230 nm偶见肩峰。 *13 二氢原小檗碱类 max 360375 nm 当13-位上有-CH3取代或N-甲基季铵盐向短波移动。 *14 原小檗碱季铵盐：三个吸收带 n以黄连素为例，max 269，347，426 nm，并与测定 溶剂及碱度有关。 n如9，10取代，紫外最小吸收在301310 nm；10，11 取代最大吸收在301310 nm(sh)，向紫移，其紫外光 谱有明显差别。 *15 去氢原小檗碱类 n9,10取代, 主吸收在248258 nm,长波在460 nm； n10,11 取代，主吸收在322332 nm，长波在390 nm。 *16 （4）粟碱与异粟碱类 nmax 287295nm，在极性溶剂中显宽带，而在环 己烷作溶剂时出现一组细微结构（284，288和 294 nm），对鉴别粟碱型生物碱有重要作用。 *17 （5）螺苄基异喹啉类 nC-8，13取代基不同，紫外呈现不同的吸收。 nC-13不含与D环共轭的取代基，紫外呈二个吸收带， 235（3.94），288（3.74）nm。 nC-13为羰基时，紫外呈复杂的吸收光谱，出现多个峰 203(4.60), 237(4.31), 263(4.05), 295(3.66), 355(3.51) nm 。 *18 n以上生物碱主要是属于四氢异喹啉环系，紫外 光谱相似，下面有一些生物碱虽然也为四个环 组成，但生色团不同，故紫外光谱也有不同。 *19 （6） 阿朴啡与原阿朴啡类 nUV由联苯体系生色团的电子跃迁引起，因此受取 代基的空间位阻影响而不同。 1、2位多带含氧取代基，UV取决于D环的含氧取代 。 *20 nD环无取代：max 270275 nm（4.3），310320 nm（3.5）。 n一取代： 8或10位有取代：max 270275 nm（4.2） ，290310 nm（3.5），260 nm(sh)。 9-位: 280285，310 nm，低波位吸收带向长波移动 10 nm。 n二取代：10，11二个取代，因受空间位阻影响，使 二苯环不在同一平面，紫外向短波移动，主要有三 个吸收带max 220225（最强），268276（较强） 及302310 nm。 n9，10；或8，9二取代，均在max 280285 nm及 303310 nm，两个带几乎相等。 *21 氧化阿朴啡： n全部芳化，并带共轭羰基，UV向长波移动至 可见，此类碱为黄色，有四组吸收带max 240250，270280，300320，380450 nm， 酸性溶液使向长波移动，溶液变成红色。 *22 n原阿朴啡类：四氢异喹啉及双烯环己酮二个生 色体系构成，紫外由二个生色团加合而成， n三个吸收带：max 215，228235，280290 nm ，长波位大多由二个带组成。 *23 （7）苯酞异喹啉碱类 max 209 ，235 (sh) ，291，309310 nm 四氢异喹啉和苯酞基两个生色团，但不共轭， 有三个吸收带： *24 （8）丽春定生物碱类 max 230240，285290 nm 含亚甲二氧基的化合物短波带略高。 *25 （9）枯拉灵类 与苄基异喹啉碱相似 主带max 285（3.64）nm， 也有max 226（4.40）nm 吸收。 *26 4. 五个环以上的异喹啉碱 max 285 nm n包括吗啡烷类、部分吐根碱类及各种二聚体异喹啉 生物碱。 n它们分子中生色团的分布情况，与异喹啉生色团是 否共轭等对紫外呈现色带都有一定影响。 *27 （二） 异喹啉生物碱的红外光谱 n官能团的定性和与已知碱对照鉴定。 n3350-3310 cm-1，2800-2700 cm-1（-NH， -NCH3）一组中等强度的峰； n1600-1500 cm-1（苯环）较强的峰。 n此外没有特征的吸收能断定结构特征。但某些 区域的吸收，可作为判断个别异喹啉碱类的特 征，有些特征可以判定分子的构型和构象。 *28 1. 普托品类 nC=O，应1700 cm-1，但1650 cm-1处，这是因为 氮上未用电子对与C=O产生了跨环效应，使双键 性加强，红外向短波移动。 *29 2. 苯酞类 n五元环内酯特征吸收：1745 cm-1 处。 *30 3. 原阿朴啡 n环状二烯酮特征吸收：1656 cm-1和1673 cm-1 （C=O）, 1605、1650 cm-1（CC）。 *31 4. 原小檗碱类 n2700 2800cm-1处有一组小峰，通常两个以上特征峰， 这种峰称Bohlman峰。 nB/C反式相连(14-H)，红外靠短波一侧出现两个以上特 征峰即Bohlman峰。 nB/C顺式相连(14-H)，则靠短波一侧为肩峰。 *32 nBohlman峰: N 原子的邻位至少有二 个直立键C-H与N的孤电子对成反式. n有人研究了原小檗碱的Bohlman峰认为 n（a）C-1、C-13没取代，B/C反式占优势。 n（b）C-1没取代而C-13有取代，则C-13与C-14 氢为顺式， B/C环以反式为主。 n（c）C-13、C-14氢互为反式，B/C环以顺式构 象为主。 *33 Bohlman峰：2786 cm-1 反式 OH：3270 cm-1分子内氢键缔合 *34 n喹诺里西啶类 Bohlman峰：2765 cm-1 OH：3580 cm-1 （三） 异喹啉生物碱的质谱 n异喹啉碱的质谱结合核磁共振等光谱对该类 碱的结构研究是有重要意义的，不同种类异 喹啉碱，质谱裂解规律不同。现将各类碱的 裂解方式分述如下： *35 1. 简单四氢异喹啉碱类 M+(很弱) *36 a (基峰) 苄基裂解和C1-N 裂解的双重影响 裂解特征如下： （1）C-1位取代基易失去，产生强峰或基峰。 （2）M+很弱，M-1离子很明显。 n有N-CH3取代时，B环发生RDA裂解，失 -CH2=NCH3 碎片，得M-43离子。 C-1无取代也可获得M-43碎片。 *37 2.苄基四氢异喹啉类 *38 三甲氧基乌药碱的质谱裂解 n两个苄基裂解，C-N的裂解特征： nM+很弱，M-1离子稍强于M+， na碎片是基峰，与c碎片为互补离子。 n离子a及c可判断A、B和C环取代基数目和性质，对结构测定 有很大意义。 n由亚稳离子得知该碱首先是苄基裂解，生成含四氢异喹啉基 峰离子a（m/z 206）和一个弱的互补苄基离子c（m/z 121）。 na离子可继续裂解，先失去C6或C7任何一个甲基，得d1或d2（ m/z 191），所得奇数电子离子还继续失去一个氢原子，生成 偶数电子离子e1或e2（m/z 190）。 n离子e进一步失去-CO，得f1或f2 （m/z 162），再失去-CH2O 得离子g1或g2（m/z 132）。 n离子c可失去甲醛得苄基离子（m/z 91）。 n裂解特点：a和c碎片为互补离子，a碎片是基峰。B环的RDA 裂解很少见到。 *39 3. 双苄基异喹啉类 *40 （1）一个二苯基醚键型 *41 裂解方式: n与苄基四氢异喹啉碱一样，是苄基或双苄基裂解； n基峰是离子a1或a2，另一为接近基峰的次强峰。 n若两者的取代基有相同的质量数，则只有一个强峰 。 nM+稳定性很差， n其他裂解碎片如M- a1 或M - a2，a1 Me，a1-H - C=O等。 n由于醚键氧原子两侧不易裂解，故确定AB、CD、 E和F环的取代基较困难，醚键的连接位置也不容 易确定。 (2) 双二苯醚型 头对头、尾对尾的双二苯醚型 ： *42 小檗胺的质谱裂解 *43 醚键连接位置不同，但属双苄基裂解，质谱中有 以下碎片： nM+ 较强(丰度在10100%)， M+-1 (明显)； na3(单电荷分子离子失去E环和F环及取代基的离子)； na3-1，a3-15 ( a3-CH3)； na4(双电荷分子离子失去E、F环及取代基的离子)； na4-46（a4离子的两个甲氧基失去二甲醚得双电荷离子） ； nM-CD环，M-F环，M-E环； na2（AB环加取代基）；a2（CD环加取代基）。 头对尾的双二苯醚型： *44 n双苄基裂解 把分子裂解为两部分，都可带正电荷。 n两部分有同样的取代基 则只有一种质荷比的离子； n两部分有不同的取代基 得到两种质荷比的离子和增加一 个氢原子的离子。后者丰度较强。 n这类生物碱的其他裂解不强。 n但当C-7或C-7位有甲氧基，8位或邻位有醚键，可出现 强的m/z 204离子。 *45 （3）三二苯醚类 n双苄基裂解，三个醚键大大抑制裂解，M+或 M+-1很强， n得到ABCD环的单电荷和双电荷离子a3和a4，a3 -1离子，a3-CH3离子，未见到M-CD，M-E， M-F及含有AB或CD环的离子，因此与前两种 双二苯醚双苄基异喹啉碱容易区分。 *46 4. 阿朴啡碱类 nM+和M-1离子较强。 n有M-1， M-CH3， M-17，M-31,或M-1-30等碎片峰。 n特征离子M-29或 M-43，它们是B环经RDA裂解失去 HN=CH2或CH3N=CH2。由此可判断氮原子上有无取代基 。但这种离子往往不强。 *47 M-15，M-30（CH2O），M-43（CO +CH3），M-58（ CH2O+ CO）和M-73（CH2O+ CO+ CH3），及M-CO碎片 。这类碱不进行RDA裂解，故M-43不是-H2CNCH3碎片， 未见M-1的离子。 *48 n去氢阿朴啡（C环带双键）：裂解是失去甲基或 甲醛等一般功能基。 n胺乙基啡类是B环开裂，裂解是苄基或-裂解， 得小质量的胺碎片（基峰）和大质量失去胺碎片 的互补离子。 n酮式阿朴啡 5. 四氢原小檗碱类 49 nM+（强）和M-1（稍弱）， nC环经RDA裂解产生的离子a、b、c和d离子， nC环的RDA裂解把分子分为两部分（a，c），它们的强度 可判断A环和D环上取代基的性质和数目。 n D环OR3 、OR4为-OCH3时，c碎片为基峰，无c-1碎片。 n D环OR3、OR4为OH，OCH3时，a碎片为基峰。 n D环上有二个OCH3时，d离子及M-OCH3离子均较强。 6. 普托品碱类 裂解方式与四氢原小檗碱类相似 *50 n基峰是离子c，a碎片不是主要离子。分子离子可裂解 成互补离子b和d。 *51 nD环9-OH，基峰a离子，可能在形成a离子时发生氢 的转移，根据上述其它离子又可判断A，D环取代基 的性质和数目。 7. 苯酞异喹啉碱类 nC1-C9键是A环和D环的苄基位和C-N键的位，生 成a和b互补离子，离子a为基峰，M+非常极弱。 *52 8. 原阿朴啡类 nM+为基峰，M-1很强，均有M-29的离子（M+-1-28）；另 外由B环经RDA裂解：R=H时为M-29，R=CH3时是M-43。 *53 斯特法林和原荷叶碱的质谱主要离子裂解 （四） 核磁共振谱 *54 1. 简单的四氢异喹啉 （1）氢谱 nH-1： 4.24.4；H-4： 2.83.1； nC-8没有取代，H2-1两个质子以单峰出现； nC-8有取代， H2-1为AB系统， 4.3。 nH-1，H-3：在N原子两边，H-1 H-3； H-1为苯环的位，H-3 3.2附近， n芳环H： 6.57.5； n -OCH3：s，3.8。 *55 （2）碳谱： C-1 C-3，因为C-1为苯环的位。 *56 2. 苄基四氢异喹啉碱 n氮原子有取代（A环与C环处于分子的同侧）：H -7，H-8的化学位移受C环-苯环屏蔽效应， H-7 ， H-8的化学位移或C-7上取代基的化学位移向 高场； n氮原子无取代（A环与C环处于分子的异侧）：H -7，H-8的化学位移影响不大。 *57 *58 3.原小檗碱类 nNOE：定取代基位置。判断C-1和C-4是否有取 代时，照射H-14和H-5，观察其NOE效应，以 与D环的取代基区别。 n B/C环构象：1H谱看H-8 值：当H-8的两个氢 化学位移值相差较大时（3.49，4.19左右）， B/C环以反式稠合；相差较小（3.97，4.14） 为顺式稠合。 *59 n 13C谱C-6值： 判断B/C环稠合方式 nC-1位有-OCH3取代时，高场，一般 48.3，则B/C 环为顺式稠合。 nC-1无取代时，51.3， B/C环为反式稠合。 *60 4. 阿朴啡类 n氢谱对取代基的定位有较大的意义。 *61 n H-11的值： n1，2位为-OCH3或-OH取代时, 7.808.21。 n 1，2位为-OCH2O-取代时， 7.477.86； n取代基为-OCH2O-时： n取代位置在 C-1，C-2 位时，亚甲基上的两个氢的 偶合常数J 值：J 412 Hz； n在C-2，C-3 位，J 24 Hz； n在C-9，C-10 位单峰； n在10，11位, J=8 Hz。 n取代基为OCH3时值： n在C-1位时， OCH3 3.4-3.7 ； n在 C-11位 3.63.8； n在C-2，C-9或C-10 位时 3.8-3.9（低场）。 *62 5. 苯酞异喹啉碱类 n通常H-1： 4.0，H-9： 5.0，d，J=3.44.2 Hz 。C=O：167左右。 n利用1H-NMR 解决复杂的构象问题： 1-9键是单键相连，这类化合物有较复杂的构象， Shamma等应用200 MHz 1H-NMR结合NOE技术对 这类碱的构象进行分析。 *63 n赤式（1，9位氢在同侧）：去甲基或N-CH3苯酞 异喹啉碱，它们的构象都属于1A型。 n苏式（1，9位氢在异侧）：去甲基苯酞异喹啉构 象为2 A型， N-甲基苯酞异喹啉构象为4 A型。 n判断构象主要根据：H-2和3-OMe的值，H-1, H-8和H-9的NOE增益变化。 *64 1 A式构象（赤式）： nD环处在A环上方，H-2、C-3-OMe受A环屏蔽作用。 nH-2、C-3-OMe： 5.78和3.60。 nNOE：照H-8和H-1, H-9增益;照H-9和H-1,H-8增益。 *65 2 A式构象（苏式）： C环与D环不在A环上方，H-9与H-8接近。 nH-2 ： 7.02， 3-OMe： 3.93 nNOE：照射H-8，H-9增益，而H-1不增益。 *66 4 A式构象（苏式）： 苯酞环羰基接近A环, H-2和3-OMe离A环较远。 nH-2： 7.15 ，3-OMe: 3.93 nNOE：照H-9时H-1与H-8没有NOE效应，说明H-1 与H-8接近，照N-CH3时H-2 有NOE效应。 *67 （五）绝对构型测定 n异喹啉生物碱分子中带有不对称碳原子或不对称因素 时,当确定平面结构式以后，还须对它们的构型及绝对 构型加以阐述。 n经典的方法：化学氧化、还原、降解等方法，将最终 产物与绝对构型已知化合物比较，从而推断化合物的 绝对构型。 n圆二色谱（ CD ）和旋光光谱（ ORD ）： 根据曲线 的变化与已知绝对构型化合物的圆二色谱或旋光光谱 曲线进行比较而确定化合物的绝对构型。它们的优点 用量小，样品还可回收。 nX衍射也是测定结构和绝对构型的好方法。 *68 n Corrdi 和Hardegger报道： (-)N-norlaudanosine 经氧化以后, 获得已知构型的酸, 由此可推断出N-norlaudanosine的绝对构型。 *69 n 其他的四氢异喹啉生物碱绝对构型测定也是利用各 种反应,最终直接或间接的与(-)N-norlaudanosine或其衍 生物进行比较而确定绝对构型的。 *70 ORD 和CD谱： nORD谱：D系： 200-225nm后尾部往上,为R构型 ； L系：后尾部往下,为S构型。 *71 nCD谱: cotton效应270-290 nm和240-