中药化学10生物碱.ppt

第十章生物碱教学内容 10 1概述10 2结构与分类10 3理化性质与检识10 4提取分离10 5结构研究10 6实例 麻黄 黄连 洋金花 延胡索 乌头 苦参 防己 马钱子 紫杉 10 1概述 一 定义生物碱是指除了生物界必需的含氮有机化合物氨基酸 氨基糖 肽 蛋白质 核酸 核苷酸 含氮维生素以外的所有含氮有机化合物 大多结构复杂 具有碱性且生物活性显著 二 分布1 多分布于双子叶植物中 少数单子叶植物和裸子植物也有分布 双子叶 防己科 婴粟科 夹竹桃科 毛茛科 豆科 马钱科 茄科 小檗科等 单子叶 兰科 百合科 石蒜科 禾本科等 裸子 麻黄科 红豆杉科 三尖杉科等 2 多集中分布于植物的某一器官 金鸡纳 树皮 麻黄 髓 3 多种生物碱共存且结构类似 三 存在形式盐的形式 在植物体中 多数生物碱往往和有机酸结合成盐 游离形式 少数碱性极弱的生物碱以游离态存在 如酰胺类 苷的形式 生物碱苷 四 生物活性镇痛 吗啡 延胡索乙素解痉 阿托品抗菌消炎 小檗碱 蝙蝠葛碱抗癌 喜树碱 秋水仙碱 长春新碱止咳平喘 麻黄碱 10 2结构与分类按氮原子所在基本母核的结构来分类 一 杂环类生物碱1 吡咯类生物碱 2 哌啶类生物碱简单哌啶类和双稠哌啶类 3 吲哚里西啶吡咯和哌啶共用一个氮原子 4 莨菪烷类生物碱 茄科生物碱 是由四氢吡咯和六氢吡啶并合而成的杂环 莨菪碱是由莨菪醇和莨菪酸缩合而生成的酯 5 喹啉类 6 异喹啉类 1 简单异喹啉 2 苄基异喹啉 双苄基异喹啉 3 原小檗碱型 4 阿朴芬型 5 原阿朴芬型 6 吗啡烷型 7 普托品型 7 吲哚类 二 萜类生物碱基本骨架为萜类 氮原子在环状结构内或侧链上 单萜生物碱 肉苁蓉碱 龙胆碱倍半萜生物碱 石斛碱二萜生物碱 乌头碱类 紫杉醇三萜生物碱 小叶黄杨碱A 三 甾体生物碱主要分布于百合科藜芦属 贝母属和茄科的茄属植物中 四 有机胺类生物碱N原子不在杂环内 在环外 伪 麻黄碱 五 肽类生物碱 环肽类生物碱 结构特点是含有二个以上酰胺基 且大多属于大环结构 不同于一般的肽类 组成它们的氨基酸大多是不常见的氨基酸 有十三环 十四环 十五环肽生物碱 10 3生物碱的理化性质与检识一 物理性质 一 性状多数为结晶形固体 少数为非晶形粉末 少数为液体 烟碱 毒芹碱 槟榔碱等 多数无色或白色 少数有颜色 小檗碱 蛇根碱为黄色 多数味苦 少数小分子生物碱和液态生物碱有挥发性 麻黄碱 烟碱 二 旋光性大多数生物碱有旋光性 多呈左旋 三 溶解性 1 游离生物碱亲脂性生物碱 叔胺碱 仲胺碱 易溶于亲脂性有机溶剂 酸水 难溶于水 亲水性生物碱 季胺碱 含氮氧化物 可溶于水 甲醇 乙醇 难溶于亲脂性有机溶剂 特殊官能团生物碱 含酚羟基 羧基 既溶于酸水也溶于碱水 PH8 9时溶解度最差 易沉淀 2 生物碱盐 一般易溶于水 可溶于醇 难溶于亲脂性有机溶剂 水溶性大小规律 无机酸盐 有机酸盐含氧酸盐 卤代酸盐小分子有机酸盐 大分子有机酸盐 二 化学性质 一 碱性生物碱分子中氮原子具有孤电子对 可以给出电子 也可以接受质子 因此具有碱性 1 碱性强弱的表示方法取决于它吸引质子或给出电子的能力 主要和氮原子的杂化方式 电子云密度及立体效应有关 用其共轭酸的pKa值表示 pKa值越大 碱性越强 2 碱性强弱的一般规律季铵碱 强碱pKa 11 脂胺 脂氮杂环 中强碱pKa8 11 芳胺 芳氮杂环 弱碱pKa3 7 酰胺类 极弱碱pKa 2 3 影响碱性的因素 1 氮原子的杂化方式SP3 SP2 SP 2 电效应1 诱导效应氮原子周围引入供电子基 使之电子云密度增加 碱性增强 引入吸电子基 则电子云密度减小 碱性减弱 常见吸电子基 苯基 羰基 羟基 双键 醚键 酯键 常见供电子基 烷基 2 共轭效应当有供电子基或吸电子基与氮原子处在同一共轭体系中 引起氮原子的电子云密度增加或降低 使碱性增强或降低的效应 此效应不受碳链长短的限制 3 立体效应氮原子的周围取代基的构型 构象等立体因素 如果阻碍氮原子与质子的结合 则使其碱性降低 4 氢键效应生物碱成盐后 氮原子附近如有羟基 羰基并可与氮上的氢形成分子内氢键 使质子不易离去 从而碱性增强 二 沉淀反应1 反应条件 酸水或酸性稀醇中进行 2 沉淀试剂 碘化物复盐 重金属盐 大分子有机酸 常用的有 碘化铋钾 橘红色沉淀 碘化汞钾 类白色沉淀 碘 碘化钾 红棕色沉淀 硅钨酸 类白色或淡黄色沉淀 苦味酸 黄色沉淀 雷氏铵盐 即硫氰酸铬铵 与季铵碱生成红色沉淀 3 应用 1 检识生物碱的存在 预试 2 鉴定 检识 反应 薄层显色 3 追踪提取分离生物碱 4 分离纯化季铵碱 5 定量 组成固定 4 注意事项 假阳性干扰成分 蛋白质 多肽 鞣质解决方法 酸水提取液碱化后用氯仿萃取 再用酸水反萃氯仿 得到的酸水再进行沉淀反应 三 显色反应不同生物碱可与特殊试剂生成不同颜色 用于鉴别 Mandelin试剂 1 铬酸铵浓硫酸 莨菪碱 阿托品 红色奎宁 淡橙色吗啡 士的宁 蓝紫色可待因 兰色Marquis试剂 30 甲醛0 2ml与10ml硫酸的混合液 吗啡 橙色至紫色可待因 洋红色至黄棕色 10 4生物碱的提取分离 一 总碱的提取1 水或酸水提取法可直接用水 提取盐 季铵碱 或用0 5 1 的酸水提取 常用酸 盐酸 硫酸 醋酸 酒石酸方法 渗漉 浸渍缺点 提取液体积大 杂质多 需净化 净化方法 1 阳离子交换树脂法用强酸型阳离子交换树脂 多为磺酸型 交联度4 8 先用中性水洗脱杂质 再用酸水或盐水洗脱生物碱 也可先将树脂用氨水碱化 PH10左右 再用有机溶剂回流提取生物碱 2 有机溶剂萃取法 先碱化 后萃取 3 加碱沉淀法 一般加石灰乳沉淀 此法用于生产 2 醇提法游离生物碱及生物碱盐的提取均可 方法 渗漉 浸渍 回流 连续回流 缺点 常含有亲脂性杂质 可利用生物碱溶于酸水 杂质不溶而加以纯化 3 亲脂性有机溶剂提取法操作 先用碱水湿润药材 使生物碱游离 再用有机溶剂提取 方法 浸渍 回流 连续回流 碱水 10 氨水 石灰乳或碳酸钠 如为弱碱 可直接用有机溶剂提取 二 生物碱的分离1 粗分 不同类型生物碱的分离 总碱酸水溶解 氯仿萃取氯仿层酸水层1 NaOH萃取氨水PH9 10 氯仿萃取碱水层氯仿层氯仿层碱水层NH4Cl盐析 非酚性弱碱 1 NaOH萃取 季胺碱 氯仿萃取碱水层氯仿层氯仿层NH4Cl盐析 非酚性叔胺碱 酚性弱碱 氯仿萃取氯仿层 酚性叔胺碱 2 生物碱单体的分离 1 利用碱性差异 PH梯度萃取法将生物碱混合物溶于酸水中 逐步加碱 每调节一次 用氯仿萃取 则生物碱依照碱性由弱到强被依次提出 将生物碱溶于有机溶剂中 用PH由高到低的酸性缓冲液依次萃取 生物碱则由强到弱被依次萃出 2 利用生物碱或生物碱盐的溶解度不同氧化苦参碱极性大于苦参碱 难溶于乙醚 将总碱溶于氯仿后加乙醚 氧化苦参碱则沉淀析出 草酸麻黄碱的水溶性小于草酸伪麻黄碱 浓缩后草酸麻黄碱则析出结晶 3 利用特殊功能基分离酚性生物碱溶于稀氢氧化钠中 含羧基的生物碱溶于碳酸氢钠中 含内酯的生物碱溶于热氢氧化钠中 4 色谱法常用氧化铝 硅胶作吸附剂 用石油醚 氯仿 二氯甲烷 甲醇等混合溶剂作洗脱剂 注意 硅胶作吸附剂时 需加碱在洗脱剂中 抑制硅胶的酸性 HPLC 反相 离子交换 碱性流动相 三 水溶性生物碱的提取分离1 沉淀法 雷氏铵盐NH4 Cr SCN 4 NH3 2 含季铵碱的水溶液加稀无机酸调PH2 3 加新鲜配制的雷氏铵盐饱和水溶液 即可生成生物碱雷氏盐沉淀 过滤 沉淀过氧化铝柱净化 用丙酮洗脱 在洗脱液中加硫酸银分解生物碱雷氏盐沉淀 生成生物碱的硫酸盐 再加氯化钡使生物碱转化为盐酸盐 浓缩析2 溶剂法用正丁醇 异戊醇或氯仿 甲醇混合液反复萃取 10 5生物碱的检识 一 理化检识利用生物碱的沉淀反应可检识某中药中是否含有生物碱 方法 取中药酸水提取液 用氨水碱化 氯仿萃取 氯仿层 再用酸水萃取 分取酸水层 置3支试管中 分别加入三种生物碱沉淀试剂 如都产生沉淀 则该中药含有生物碱 避免蛋白质 多肽 鞣质引起假阳性反应 二 色谱检识1 TLC吸附剂 1 硅胶 常用缓冲液或0 1 0 5mol L的稀氢氧化钠代替水铺板 克服拖尾 或在展开剂中加入二乙胺 氨水等 或用浓氨水饱和 2 氧化铝 分离亲脂性较强的生物碱 展开剂 多用亲脂性的混合溶剂 分离季铵碱多用正丁醇 冰醋酸 水系统 显色剂 常用改良碘化铋钾 显橘红色 2 纸层析 PC 以水 甲酰胺为固定相 或以酸性缓冲液作为固定相进行多缓冲纸色谱 PH65432原点 以水为固定相时 用正丁醇 冰醋酸 水为展开剂 以甲酰胺或酸性缓冲液为固定相时 多以氯仿 乙酸乙酯等亲脂性有机溶剂为展开剂 3 HPLC 反相 离子交换碱性流动相 10 6生物碱的结构研究 一 化学法根据C N裂解产物推测N原子的连接方式 1 Hofmann降解 彻底甲基化反应 1 原理伯 仲 叔胺经CH3I和Ag2O全甲基化生成季胺碱 季胺碱经加热脱水 C N裂解 生成烯烃 三甲胺 根据烯烃的结构推测N原子的连接方式 脂肪胺 一烯 一次降解 N原子二价连接在环上 二烯 二次降解 N原子三价连接在环上 三烯 三次降解 2 反应条件N原子的 位碳上有H 且能在反应中被消除 喹啉 吡啶 异喹啉等不能进行Hofmann降解 2 Emde降解是改进的Hofmann降解 将季铵碱用钠汞齐还原 使C N裂解 从而使不能发生Hofmann降解的生物碱发生降解反应 3 vonBraun降解试剂 溴化氰 CN Br 原理 直接使叔胺的C N断裂 生成二取代氨基氰和溴代烷 二取代氨基氰水解 脱羧生成仲胺 不含 H的生物碱也可降解 二 波谱法 一 紫外光谱特征1 吡啶类 喹啉类等生物碱2 与溶液的PH值有关 二 红外光谱 三 氢谱 碳谱 四 质谱1 裂解 N原子的 C和 C之间的键2 RDA裂解 原小檗碱型生物碱C环的裂解 产生a b c d四个离子碎片 可推测A环和D环的取代基类型和数目 10 7实例一 麻黄 来源 麻黄科草麻黄 中麻黄 木贼麻黄的干燥茎与枝 功效 发汗 平喘 利水 成分 生物碱 鞣质 挥发油 黄酮等 一 主成分结构与性质1 生物碱类l 麻黄碱 发汗 平喘d 伪麻黄碱 升压 利尿 R1R2l 麻黄碱 1R 2S CH3Hl 甲基麻黄碱CH3CH3l 去甲基麻黄碱HH R1R2d 伪麻黄碱 1S 2S CH3Hd 甲基麻黄碱CH3CH3d 去甲基麻黄碱HH 麻黄碱 伪麻黄碱的性质 1 均为仲胺衍生物 中强碱 2 麻黄碱的碱性 伪麻黄碱 3 游离碱具有挥发性 可随水蒸气蒸馏 4 不发生沉淀反应 5 鉴别反应 二硫化碳 硫酸酮 氢氧化钠产生棕黄色沉淀仲胺为阳性 伯胺 叔胺为阴性 硫酸酮 氢氧化钠溶液显蓝紫色 加入乙醚振摇 乙醚层为红色 水层为蓝色 2 挥发油鞣质黄酮 有机酸 多糖 二 麻黄碱与伪麻黄碱的提取分离1 溶剂法 利用两者既可溶于水又可溶于有机溶剂 其盐则可溶于水不溶有机溶剂进行提取 利用草酸麻黄碱的溶解度小于草酸伪麻黄碱进行分离 2 水蒸气蒸馏法 游离麻黄碱和伪麻黄碱具有挥发性 先用水提取 碱化后再用水蒸气蒸馏法 3 离子交换树脂法 利用两者碱性差异 控制洗脱液量来分离 二 黄连 来源 毛茛科黄连 味连 三角叶黄连 雅连 云连的根茎 功效 清热燥湿 清心除烦 泻火解毒 成分 生物碱 一 主成分结构和性质小檗碱含量约5 8 有的可高达10 其它尚含黄连碱 甲基黄连碱 巴马亭 药根碱 表小檗碱等 小檗碱 1 作用 抗菌消炎 抗病毒等 2 分布 毛茛科黄连属和唐松草属 防己科古山龙属 芸香科黄柏属 小檗科小檗属和十大功劳属 黄柏 三颗针均含较多的小檗碱 3 性质 黄色或橘黄色结晶 在水中溶解度大 为强碱 易溶于热水 热乙醇 难溶与苯 氯仿 丙酮 加热220 左右分解成红棕色的小檗红碱 285 熔融 小檗碱的盐酸盐微溶于冷水 易溶于热水 盐酸盐 1 500 硫酸盐 1 30 小檗碱和大分子有机酸形成的盐在水中的溶解度很小 如与甘草酸和大黄鞣质生成难溶于水的分子复合物沉淀 4 互变异构 279结构式 季铵式 醛式和醇式 以季铵式最稳定 碱性最强 于硫酸小檗碱中加入计算量的氢氧化钡 生成红棕色的强碱性游离小檗碱 易溶于水 难溶于乙醚 为季铵式 如果加入过量碱 生成游离小檗碱的沉淀 为醇式 如果用过量的氢氧化钠处理则生成醛式小檗碱 能溶于乙醚 与羟胺反应成肟 5 特殊检识反应丙酮 氢氧化钠 黄色结晶性丙酮小檗碱 漂白粉或次氯酸钙 樱红色 巴马丁也为阳性反应 二 提取分离1 从三颗针中提取小檗碱和小檗胺 双苄基异喹啉 350流程 2 从黄柏中提取小檗碱黄柏含大量黏液质 用石灰乳法 3 黄连中小檗碱 甲基黄连碱的提取分离 349 三 洋金花 来源 茄科植物毛曼陀罗 白曼陀罗的花 功效 镇痛解痉 止咳平喘 中药麻醉剂 成分 主要含莨菪烷类生物碱莨菪碱 dl 阿托品 解痉 镇痛 解毒 有机磷 散瞳东莨菪碱 镇静 麻醉 其余作用同莨菪碱山莨菪碱 樟柳碱 抗胆碱 扩张小动脉 改善微循环 一 结构由莨菪醇类和芳香族有机酸结合形成的一元酯类生物碱 R1R2R3R4莨菪碱HHCH3莨菪酰基东莨菪碱 O CH3莨菪酰基N 去甲莨菪碱HHH莨菪酰基山莨菪碱HOHCH3莨菪酰基樟柳碱 O CH3羟基莨菪酰基 二 性质1 溶解性莨菪碱 阿托品 易溶于乙醇 氯仿 可溶于四氯化碳 苯 难溶于水 东莨菪碱 可溶于水 易溶于乙醇 乙醚 丙酮 氯仿 难溶于四氯化碳 苯 樟柳碱 与东莨菪碱相似 亲水性较强 山莨菪碱 可溶于水 乙醇 2 碱性除N 去甲莨菪碱是仲胺外 其余均为叔胺 由于氮原子周围化学环境 立体效应的影响 碱性有差异 莨菪碱 N 去甲莨菪碱 山莨菪碱 东莨菪碱 樟柳碱 3 与碱的作用含酯键 易被碱水解 生成醇和酸 但东莨菪碱和樟柳碱生成的东莨菪醇会立即异构化 4 沉淀反应 1 生物碱沉淀试剂 2 氯化汞莨菪碱生成黄色沉淀 加热后转为红色 氧化汞 东莨菪碱只生成白色的分子复盐沉淀 3 发烟硝酸和苛性碱 Vitali反应 现象 深紫色 渐转暗红色 最后消失 检识官能团 莨菪酸部分检识化合物 莨菪碱 东莨菪碱 山莨菪碱 4 过碘酸氧化乙酰丙酮缩合反应 DDL反应 试剂 过碘酸 乙酰丙酮 乙酸铵反应官能团 邻二羟基现象 黄色检识化合物 樟柳碱 三 提取分离1 自洋金花中提取东莨菪碱 354 2 阿托品的提取及制备 354 四 乌头 附子 来源 毛茛科植物乌头的干燥母根为乌头 子根为附子 功效 乌头 祛风除湿 温经止痛 附子 回阳救逆 补火助阳 逐风寒湿痹 成分 生物碱为二萜生物碱 乌头生物碱中以乌头碱型及牛扁碱型为主