天然药物化学(第二版）第七章-生物碱

第七章 生物碱,alkaloids,知识目标：,掌握生物碱的理化性质（碱性、溶解性、检识）、提取分离和鉴定方法熟悉生物碱的结构、理化性质（性状、旋光性）了解生物碱的含义、分布和生物活性,能力目标：,熟练掌握生物碱提取分离的基本操作技能学会化学检识法和色谱法鉴别生物碱的基本技术能按天然药物中生物碱成分的性质，提出合理的提取分离步骤和方案,概 述基本知识应用实例本章小结,本 章 内 容,生物碱的定义： 一类含氮的有机化合物； 多数具有较复杂的环状结构且氮原子在杂环内； 具有碱性，能和酸结合生成盐； 有较强的生理活性。,分布： 主要存在于植物界，如：茄科、防己科、罂粟科和毛茛科等植物中。,概 述,结 构性 质提 取分 离鉴 定,基 本 知 识,结 构,按化学结构分类,有机胺类生物碱吡啶类生物碱莨菪烷类生物碱异喹啉类生物碱吲哚类生物碱其他类生物碱,结构特点:氮原子不结合在环内,有机胺类生物碱,麻黄碱（ephedrine）,结 构,麻黄碱麻黄科草麻黄、中麻黄或木贼麻黄 干燥草质茎止咳平喘,结 构,有机胺类生物碱,结 构,吡啶类生物碱,槟榔碱棕榈科植物槟榔的干燥成熟种子能减慢心率，并可做驱肠虫剂,结 构,吡啶类生物碱,苦参（matrine）,结 构,吡啶类生物碱,苦参碱豆科植物苦参的干燥根 抗癌作用,结 构,吡啶类生物碱,结 构,莨菪烷类生物碱,莨菪碱茄科植物白花曼陀罗的干燥花 解痉、镇痛和解毒,结 构,莨菪烷类生物碱,结 构,异喹啉类生物碱,吗啡碱（morphine）,罂粟碱和吗啡碱罂粟科罂粟罂粟碱-解痉吗啡碱-镇痛,结 构,异喹啉类生物碱,豆科越南槐防己科蝙蝠葛降压,N,H,3,CO,H,3,CO,H,N,C,H,3,H,OCH,3,OCH,3,OH,O,C,H,3,蝙蝠葛碱（dauricine）,结 构,异喹啉类生物碱,小檗碱（berberine）,结 构,异喹啉类生物碱,小檗碱毛茛科植物黄连、三角叶黄连或云连芸香科植物黄皮树的干燥树皮小檗科植物阔叶十大功劳和细叶小檗抗菌消炎,结 构,异喹啉类生物碱,十字花科菘蓝杀菌,结 构,吲哚类生物碱,夹竹桃科萝芙木降压,利血平（reserpine）,结 构,吲哚类生物碱,夹竹桃科长春花-抗癌,长春碱 （vinblastine） R=CH3长春新碱 （vincristine） R=CHO,结 构,吲哚类生物碱,豆科野百合抗癌,结 构,其他类生物碱,茜草科小果咖啡山茶科茶兴奋中枢神经,结 构,其他类生物碱,镇痛,乌头碱（aconitine）,结 构,其他类生物碱,扩张支气管平滑肌,贝母碱（peimine）,结 构,其他类生物碱,性 质,1. 形态,多为结晶固体或粉末少数常温下为液体（分子中多不含氧或成酯键 ）,（一）性 状,性 质,2. 颜色,多为无色或白色，少数有色,小檗碱 （黄色）,性 质,（一）性 状,3. 气味 多苦味4. 挥发性 少数，如麻黄碱5. 升华性 极少数，如咖啡因,性 质,（一）性 状,多为左旋光性多数左旋体呈显著生理活性左旋莨菪碱的散瞳作用大于右旋莨菪碱 100倍,（二）旋 光 性,性 质,生物碱,生物碱盐,1. 碱性的产生及其强度的表示方法,氮原子具有孤电子对能给出电子或接受质子而显碱性,（三）碱 性,性 质,pKa=pKwpKb=14pKb,碱性强度用酸式离解常数pKa 和碱式离解常数pKb表示,pKw 为水的离解常数pKa越大，碱性越强,性 质,（三）碱 性,生物碱分类：,性 质,弱碱性生物碱（pKa27）中强碱性生物碱（pKa711）强碱性生物碱（pKa11）,（三）碱 性,碱性基团的pKa值大小顺序：胍基季铵碱N-烷杂环脂肪胺芳胺N-芳杂环酰胺基吡咯,性 质,（三）碱 性,性 质,影响因素,氮原子的杂化方式诱导效应共轭效应空间效应分子内氢键形成,2. 碱性强弱与分子结构的关系,（三）碱 性,（）氮原子的杂化方式,p电子成分比例越大，越易供电子碱性越强（sp3sp2sp）,性 质,（三）碱 性,（）诱导效应,N原子连接供电基团则使碱性增强,性 质,（三）碱 性,（）诱导效应,N原子连接吸电基团则使碱性减弱,苯异丙胺 去甲麻黄碱pKa 9.8 9.0,性 质,（三）碱 性,（）共轭效应,氮原子孤电子对处于p-共轭体系时，碱性减弱。,性 质,（三）碱 性,胍基接受质子后形成铵离子，共振稳定性高呈强碱性(pKa=13.6),（）共轭效应,性 质,（三）碱 性,（）空间效应,莨菪碱（pKa=9.65）,东莨菪碱（pKa=7.50）,性 质,（三）碱 性,（）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）,性 质,（三）碱 性,（）分子内氢键,性 质,（三）碱 性,（）分子内氢键,性 质,（三）碱 性,生物碱在植物体内存在状态大多数与共存的有机酸（如酒石酸和草酸等） 结合成生物碱盐少数与无机酸（硫酸和盐酸等）成盐还有的生物碱呈游离状态,生物碱分类脂溶性生物碱水溶性生物碱,（四）溶 解 性,性 质,脂溶性生物碱易溶于亲脂性有机溶剂，特别易溶于氯仿可溶于甲醇、乙醇、丙酮、酸水不溶于水、碱水生物碱盐易溶于水可溶于甲醇、乙醇难溶于亲脂性有机溶剂,性 质,（四）溶 解 性,生物碱盐水溶性无机酸盐有机酸盐含氧酸盐（如硫酸）卤代酸盐（如盐酸）小分子有机酸盐（如醋酸）大分子有机酸盐,性 质,（四）溶 解 性,水溶性生物碱：季铵型生物碱 氮-氧化合物生物碱 （如氧化苦参碱）可溶于水、甲醇、乙醇难溶于亲脂性有机试剂,性 质,（四）溶 解 性,分子较小（如麻黄碱）有配位键（如氧化苦参碱）为液体（如烟碱）既可溶于水，又溶于有机试剂,性 质,（四）溶 解 性,性 质,两性生物碱：生物碱分子中具有酚羟基或羧基等酸性基团既可溶于酸水，又可溶于碱水溶液，但在pH89时溶解性最差，易产生沉淀,（四）溶 解 性,性 质,游离碱,（四）溶 解 性,性 质,生物碱盐 多易溶于水，不溶或难溶有机溶剂 含氧酸盐的水溶性较大 小分子有机酸盐或无机酸盐水溶性较好 大分子有机酸盐水溶性差,（四）溶 解 性,（五）沉淀反应,性 质,1. 概念在酸性水溶液或稀醇溶液中，大多数生物碱能和某些试剂生成难溶于水的复盐或分子络合物的反应,性 质,2. 用途： 鉴别试管、TLC显色剂 提取分离预试生物碱的存在 检查提取分离是否完全 生物碱的精制,（五）沉淀反应,性 质,3. 常用沉淀试剂 金属盐类： 碘-碘化钾（Wagner）KI-I2 红棕色沉淀 碘化铋钾（Dragendoff）BiI3KI 棕红至黄色沉淀 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,（五）沉淀反应,性 质,3. 常用沉淀试剂：酸 类硅钨酸(Bertrand试剂)SiO212WO3 乳白色酚酸类苦味酸(Hager试剂) 2,4,6-三硝基苯酚黄色复 盐雷氏铵盐(Ammoniumreineckate) 硫氰酸铬铵 试剂， 生成难溶性复盐（ 紫红色）,（五）沉淀反应,性 质,4. 反应原理：生成大分子复盐和络盐,（五）沉淀反应,性 质,5. 沉淀反应条件 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） 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） 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）,（五）沉淀反应,性 质,6. 结果的判断 鉴别生物碱时采用三种沉淀试剂； （沉淀试剂对各种生物碱的灵敏度不同） 直接对中药酸提液进行沉淀反应，则 阳性结果不能判定生物碱的存在 阴性结果可判断无生物碱存在干扰物质：氨基酸、蛋白质、多糖、鞣质等,（五）沉淀反应,性 质,碘-碘化钾试剂碘化铋钾试剂硅钨酸试剂,（五）沉淀反应,性 质,7.提纯方法（排除水溶性成分的干扰）,（五）沉淀反应,（六）显色反应,性 质,概念生物碱单体能与某些试剂反应，生成具有特殊颜色的产物，不同结构的生物碱产生不同的颜色。要求生物碱的纯度高用途检识个别生物碱,性 质,（六）显色反应,提 取,渗漉法、浸渍法0.1% 1%H2SO4、HCl、HOAc等,（一）酸水提取法,提 取,缺点： 提取液体积较大（浓缩困难） 提取液中水溶性杂质多 解决方法： 1.离子交换树脂法 2.有机溶剂萃取法 3. 沉淀法,（一）酸水提取法,提 取,1. 离子交换树脂法,（一）酸水提取法,提 取,离子交换树脂法动画,离子交换树脂法视频,（一）酸水提取法,离子交换树脂提取装置,（一）酸水提取法,提 取,离子交换树脂连续回流装置,（一）酸水提取法,提 取,2. 有机溶剂萃取法,（一）酸水提取法,提 取,3. 沉淀法,（一）酸水提取法,提 取,（二）醇类溶剂提取法,原理利用生物碱及其盐都可溶于乙醇的性质进行提取特点易浓缩，水溶性杂质少方法提取液浓缩后，用酸水溶解，碱化后有机溶剂萃取法纯化,提 取,（二）醇类溶剂提取法,提 取,原理生物碱易溶于亲脂性有机溶剂特点溶剂价格高，安全性差对设备要求严格，以防溶剂泄露,（三）亲脂性溶剂提取法,提 取,加碱水目的（1）药材吸水膨胀（2）使生物碱游离,（三）亲脂性溶剂提取法,提 取,（三）亲脂性溶剂提取法,分离方法 依据方法 溶解性重结晶法 、沉淀法 碱性pH梯度萃取法 极性色谱法,分 离,分 离,分 离,根据生物碱及其盐的溶解度不同进行分离 已知成分查文献选择结晶溶剂 未知成分色谱方法进行溶剂的选择根据生物碱碱性不同pH梯度萃取法,分 离,（一）总生物碱的分离,流程见教材生物碱,分 离,1. 利用生物碱碱性的差异进行分离2. 利用生物碱或生物碱盐溶解度的差异进行分离3. 利用生物碱特殊功能基不同进行分离4. 利用色谱法进行分离,（二）单体生物碱的分离,分 离,1. 利用生物碱碱性的差异,分 离,pH梯度萃取法,1. 利用生物碱碱性的差异,分 离,确定pH值的方法缓冲纸色谱,1. 利用生物碱碱性的差异,2.利用生物碱（盐）溶解度的差异,分 离,苦参总碱中分离氧化苦参碱氧化苦参碱：苦参碱的氮氧化物，亲水性强 乙醚中溶解度小总碱的氯仿溶液中加入大约10倍量乙醚氧化苦参碱沉淀析出,3.利用生物碱特殊功能基不同,分 离,酚羟基生物碱 NaOH生成酚盐而溶于水非酚性生物碱不溶于碱水吗啡和可待因用NaOH溶液萃取,吗啡碱 R=H 可待因 R=CH3,吸附剂：常用氧化铝（少用硅胶）展开剂：游离生物碱以乙醚、氯仿等溶剂洗脱化合物极性判断：相似结构：双键多、含氧官能团多则极性大在含氧官能团中：,4. 利用色谱法进行分离,分 离,1. 沉淀法2. 溶剂法,分 离,（三）水溶性生物碱的分离,雷氏铵盐沉淀法-适用于季铵碱,雷氏铵盐反应如下：,分 离,1. 沉淀法,分 离,水溶性生物碱能溶于极性较大又与水不混溶的有机溶剂（如正丁醇）两相溶剂萃取法,分 离,2. 溶剂法,鉴 定,物理方法形态、 颜色、 熔点 化学方法 沉淀反应 、显色反应,（一）理化鉴定,鉴 定,1. 薄层色谱法（TLC）2. 纸色谱法（PC）3. 高效液相色谱法（HPLC）4. 气相色谱法（GC）,（二）色谱鉴定,吸附剂：氧化铝或硅胶 展开剂：以氯仿为基本溶剂生物碱极性很弱加一些极性较小的有机溶剂（如石油醚和环己烷等）生物碱的极性较强加一些极性较大的有机溶剂（如甲醇和乙醇等）,鉴 定,1. 薄层色谱法（TLC）,加碱克服硅胶TLC中拖尾现象的方法有三种： 在湿法制板时，用0.1mol/L0.5mol/L的 氢氧化钠溶液代替水。 向展开剂中加入一定量的二乙胺或氨水。 在色谱槽中放一盛有氨水的小玻璃皿。,鉴 定,1. 薄层色谱法（TLC）,以离子状态层析时选择极性较大的展开剂 正丁醇醋酸水（415上层）以分子状态层析时用甲酰胺作固定相，以甲酰胺饱和的亲脂性有机溶剂（氯仿等）作展开剂显色试剂不能含有硫酸,鉴 定,2. 纸色谱法（PC）,反相分配色谱 固定相：Rp C18（C8）烷基键合相 流动相：甲醇（乙腈）-水含有约0.01mol/L0.1mol/L磷酸缓冲液碳酸铵或醋酸钠（pH4pH7）,鉴 定,3. 高效液相色谱法（HPLC）,挥发性生物碱的分离检识麻黄碱的分离 色谱柱：HP-5石英毛细管柱，5.25m2mm， 柱温90（1min）3/min124（3min） 20/min250检测器：NPD。He（载气）1.4ml/min，H2 3.2ml/min，空气90ml/min。检测器温度280，进样口220。内标物：二苯胺,鉴 定,4.气相色谱法（GC）,麻 黄黄 连苦 参洋金花防 己川乌（附子）,应 用 实 例,麻黄科植物草麻黄中麻黄木贼麻黄干燥草质茎,1.麻黄来源,麻 黄,草麻黄Ephedra sinica Stapf,麻 黄,中麻黄Ephedra intermedia Schrenk et C.A.Mey.,麻 黄,木贼麻黄Ephedra equisetina Bge.,麻 黄,以麻黄碱为主，占总生物碱的80%85%其次是伪麻黄碱麻黄碱-收缩血管兴奋中枢作用伪麻黄碱-升压、利尿作用,2.成分与活性,麻 黄,麻 黄,3. 结 构,l-麻黄碱（1R,2S）d-伪麻黄碱（1S,2S）,R=H,R=CH3 l-麻黄碱 d-伪麻黄碱R=R=CH3 l-甲基麻黄碱 d-甲基伪麻黄碱R=R=H l-去甲麻黄碱 d-去伪麻黄碱,麻 黄,性状：无色结晶挥发性：水蒸气蒸馏法提取碱性：氮原子在侧链上，为仲胺生物碱 伪麻黄碱的碱性（pKa=9.74） 略强于麻黄碱（pKa=9.58） 伪麻黄碱的共轭酸与C1OH形成 分子内氢键稳定性大,4. 性 质,麻 黄,溶解性易溶于氯仿、乙醇、苯等溶剂麻黄碱可溶于水，而伪麻黄碱难溶于水伪麻黄碱形成较稳定的分子内氢键麻黄碱盐与伪麻黄碱盐的溶解性不同-分离,4. 性 质,麻 黄,流程见教材生物碱,提取分离方法,麻 黄,鉴定方法,1.化学方法 （1）二硫化碳硫酸铜反应：在麻黄碱或伪麻黄碱的乙醇溶液中，加二硫化碳、硫酸铜和氢氧化钠试剂各1滴，可产生黄棕色沉淀。（2）铜络盐反应：在麻黄碱或伪麻黄碱的水溶液中加硫酸铜试剂和氢氧化钠试剂，溶液呈蓝紫色。加入乙醚振摇放置后，乙醚层显紫红色，水层变蓝色。紫红色铜络盐可溶于乙醚，在水中转变成四水合物显蓝色。2.气相色谱法,气相色谱图,麻 黄,a.去伪麻黄碱b.去甲麻黄碱c.麻黄碱d.伪麻黄碱e.甲基麻黄碱f.甲基伪麻黄碱g.内标物 （二苯胺）,黄 连,1.黄连来源,毛莨科植物黄连三角叶黄连云连干燥根茎,黄 连,黄连Coptis chinensis Franch.,黄 连,三角叶黄连Coptis deltoidea C.Y.Cheng et Hsiao,黄 连,云连Coptis teeta Wall.,小檗碱、巴马丁黄连碱、甲基黄连碱药根碱、表小檗碱小檗碱含量最高（大约10）小檗碱-抗菌作用,2.成分与活性,黄 连,3. 结 构,黄 连,小檗碱巴马丁黄连碱甲基黄连碱药根碱表小檗碱,性状小檗碱为黄色针状结晶（水或稀乙醇），含5.5分子结晶水，在100干燥后仍保留2.5分子结晶水，加热至110变为棕黄色，160分解盐酸小檗碱为黄色小针状结晶，在220左右分解，形成小檗红碱（红棕色），在285左右完全熔融,黄 连,4. 性 质,黄 连,溶解性小檗碱缓溶于冷水（120），易溶于热水和热乙醇，难溶于丙酮、氯仿、苯小檗碱以季铵型状态存在，能溶于水，水溶液呈强碱性（pKa=11.50），溶液为红棕色小檗碱和酸结合成盐，其盐类在水中的溶解度不同,4. 性 质,黄 连,小檗碱盐在水中的溶解度（室温）,4. 性 质,流程见教材生物碱,提取分离方法,黄 连,1.黄连中小檗碱、甲基黄连碱的提取分离 2.盐酸黄连素的提取3.黄柏中小檗碱的提取,鉴定方法,化学方法 （1）在小檗碱盐酸盐水溶液中，加入氢氧化钠呈强碱性后，滴加丙酮数滴，即可生成黄色结晶性的小檗碱丙酮加成物 （2）在小檗碱的酸性水溶液中，加入适量漂白粉（或通氯气），溶液即可显樱红色,黄 连,豆科植物苦参干燥根,1.苦参来源,苦 参,苦 参,苦参Sophora flavescens Ait.,苦参碱和氧化苦参碱抗癌活性,2.成分与活性,苦 参,3. 结 构,苦 参,苦参碱有、和四种异构体常见苦参碱，呈针状或棱柱状结晶溶于水、氯仿、乙醚难溶于石油醚氧化苦参碱为无色柱状结晶（Me2CO）溶于水、氯仿、乙醇难溶于乙醚、石油醚利用溶解性分离,苦 参,4. 性 质,流程见教材生物碱,提取分离方法,苦 参,1. 总生物碱的提取2.苦参总生物碱中苦参碱、氧化苦参碱 及其他生物碱的分离,洋金花,1.洋金花来源,茄科植物白曼陀罗干燥花,洋金花,白曼陀罗Datura metel L.,生物碱0.30.43其中：东莨菪碱约占85莨菪碱和阿托品约占15。都有解痉镇痛、解有机磷中毒和散瞳作用东莨菪碱还具有镇痛麻醉作用,2.成分与活性,洋金花,3. 结 构,洋金花,洋金花,莨菪碱由莨菪醇和莨菪酸以一元酯结合存在经消旋化可转变成阿托品,消旋化：因为莨菪碱中莨菪酸部分的手性碳原子上的氢位于羰基的位，与碱接触或受热时，易消旋化，所以在提取、制备或贮存时，易发生消旋化，而难于控制制剂的质量，临床常用外消旋体阿托品。,4. 性 质,碱性：受到氮原子周围立体效应的影响 东莨菪碱的碱性（pKa=7.50） 莨菪碱的碱性（pKa=9.65） 利用碱性的不同分离,洋金花,4. 性 质,溶解性：莨菪碱为四方细针状结晶（乙醇），阿托品为莨菪碱的外消旋体，呈长斜方棱柱状结晶（丙酮），难溶于水和乙醚。临床常用硫酸阿托品为白色结晶，极易溶于水，易溶于乙醇，难溶于氯仿、乙醚和丙酮。东莨菪碱为粘稠状液体，可溶于水，易溶于乙醇、氯仿和丙酮，难溶于四氯化碳、苯。临床用氢溴酸东莨菪碱为白色结晶，易溶于水，可溶于乙醇，不溶于乙醚。,洋金花,4. 性 质,流程见教材生物碱,提取分离方法,洋金花,1. 洋金花中总生物碱的提取2. 洋金花中东莨菪碱和莨菪碱的提取和分离 3. 曼陀罗叶中莨菪碱的提取和阿托品的制备,鉴定方法,1. 氯化汞试验莨菪碱（或阿托品）和东莨菪碱在氯化汞的乙醇溶液中产生不同的产物莨