中药化学-10第十章++生物碱.ppt

生物碱 第十章 第一节生物碱概述 生物碱的含义 是指来源于生物界 主要是植物界 的一类含氮有机化合物 大多数有较复杂的环状结构 氮原子结合在环内 多数具有碱性 可以和酸成盐 大都具有特殊而显著的生理活性 生物体内普遍存在在的含氮有机化合物 氨基酸 蛋白质 核酸 及某些含氮维生素除外 1 在植物的各部位都有分布 但多集中在某一器官 2 植物体内生物碱的含量差别很大 但一般都较低 1 以下 通常把含量在0 01 的植物称为生物碱植物 3 同一植物体内的生物碱 往往是多种生物碱共存 而且母核结构相似 生物碱的分布特点 生物碱的存在形式 多数以盐的形式存在 以有机酸盐为主 少数为无机酸盐 少数以游离形式存在 主要是一些碱性极弱的生物碱 如酰胺类生物碱 其他尚有以酯 苷及N O化合物的形式存在 乌头碱 氧化苦参碱 第二节生物碱的结构和分类 1 按植物来源分类 黄连生物碱 苦参生物碱2 按化学结构类型分类 喹啉类生物碱 吲哚类生物碱等3 按生源途径和化学结构类型分类 1 鸟氨酸系生物碱 1 吡咯烷类 水苏碱 益母草 水苏碱 2 莨菪烷类 莨菪碱 洋金花 大叶千里光碱 3 吡咯里西啶类 大叶千里光碱 千里光属 2 赖氨酸系生物碱蒎啶类 胡椒碱 胡椒 槟榔碱 槟榔次碱 槟榔 喹诺里西啶类 苦参碱 氧化苦参碱 苦参 吲哚里西啶类 一叶楸碱 一叶楸 槟榔碱 槟榔次碱 一叶楸碱 3 苯丙氨酸和酪氨酸系生物碱 1 苯丙胺类 麻黄碱 麻黄 麻黄碱 伪麻黄碱 2 异喹啉类小檗碱类 小檗碱 黄连 黄柏 原小檗碱类 元胡索乙素 元胡 苄基异喹啉类 罂粟碱 罂粟 厚朴碱 厚朴 罂粟碱 双苄基异喹啉类 小檗胺 三棵针 汉防己甲素 乙素 防己 蝙蝠葛碱 北豆根 蝙蝠葛碱 吗啡烷类 吗啡 可待因 罂粟 青风藤碱 青风藤 青风藤碱 3 苄基苯乙胺类 石蒜碱 石蒜 石蒜碱 4 色氨酸系生物碱 1 简单吲哚类 靛青苷 蓼蓝 靛青苷 2 色胺吲哚类 吴茱萸碱 吴茱萸胺 吴茱萸 吴茱萸碱 3 半萜吲哚 麦角新碱 麦角菌类 4 单萜吲哚 利血平 萝芙木 士的宁 番木鳖 利血平 5 邻氨基苯甲酸系生物碱喹啉类 白鲜碱 白鲜皮 丫啶酮类 三油柑碱 鲍氏三油柑 6 组氨酸系生物碱咪唑类生物碱 毛果芸香碱 毛果芸香 7 萜类生物碱单萜类生物碱 龙胆碱 龙胆科 倍半萜类生物碱 石斛碱 石斛 二萜类生物碱 乌头碱 乌头 附子 三萜类生物碱 少 龙胆碱 石斛碱 8 甾体类生物碱环常绿黄杨碱D 黄杨科 常见氮杂环类生物碱基本母核类型 吡咯 四氢吡咯 咪唑 吡咯里西啶 吲哚里西啶 吲哚 蒎啶 吡啶 吡嗪 莨菪烷 喹喏里西啶 嘌呤类 噻嗪类 丫啶酮类 喹啉 异喹啉 吗啡烷类 苄基异喹啉 原小檗碱型 小檗碱型 第三节生物碱的性质 1 性状形态 多呈结晶状态 有一定熔点 有的呈液态 小分子 无氧或氧呈酯键 菸碱 槟榔碱 个别小分子固体生物碱有挥发性 麻黄碱 升华性 咖啡因 川嗪 颜色 大多无色 小檗碱呈黄色 具黄绿色荧光 血根碱呈红色 共轭体系 气味 苦 个别具甜味 甜菜碱 旋光性 大多有旋光 不对称碳原子或不对称中心 且多呈左旋性 2 溶解性 1 游离水酸水碱水 甲 乙 醇 苯 乙醚 CHCL3 CCL4 石油醚亲脂性生物碱 亲水性生物碱 季铵碱 离子型含NO配位键氧化苦参碱小分子或液体生物碱菸碱 麻黄碱 苦参碱酰胺类生物碱 秋水仙碱 咖啡碱 两性生物碱 含酚羟基 吗啡 青藤碱 NaOH 隐性酚羟基 汉防己乙素 NaOH 具脂溶性生物碱通性 羧基生物碱 槟榔次碱 NaHCO3 内酯型生物碱 喜树碱 热NaOH 碱水解 皂化 内酰胺生物碱 苦参碱 碱水解 2 盐 离子型 极性大 水酸水碱水 甲 乙 醇 苯 乙醚 CHCL3 CCL4 石油醚 在水中的溶解度与酸有关 无机酸盐的水溶度大于有机酸盐的水溶度 无机酸盐中 含氧酸盐的水溶度大于卤代酸盐 卤代酸盐中 盐酸盐的水溶度最大 氢碘酸盐的水溶度最小 有机酸盐中 小分子有机酸盐的水溶度大于大分子有机酸盐 沉淀 多元有机酸盐的水溶度大于一元有机酸盐 注意 有些生物碱或盐不符合上述规律1 生物碱盐不溶于水 小檗碱盐酸盐 麻黄碱草酸盐 而能溶于氯仿 盐酸奎宁 2 游离生物碱难溶于有机溶剂而溶于水 石蒜碱 吗啡难溶于氯仿 乙醚 可溶于碱水 喜树碱不溶于一般有机溶剂 而溶于酸性氯仿 3 碱性极弱的生物碱 酰胺类生物碱 和酸生成的盐不稳定 其酸水溶液用氯仿萃取时 生物碱可转溶于氯仿而被分离 应用 可用于生物碱的提取和分离 注 示易溶 示可溶 示不溶或难溶 3 碱性71S22S22P3来源N H 接受质子或提供电子 碱性强弱的表示方法pka 碱共轭酸解离常数的负对数 其值的大小与碱性呈正比 pKa lgKa Ka越小 碱的共轭酸越稳定 pKa越大 碱性越强 影响碱性强弱的因素 1 氮原子的杂化方式 SP3 SP2 SP 四氢异喹啉 SP3pKa9 5 异喹啉 SP2pKa5 4 氰类 SP中性 电效应 2 诱导效应 供电诱导效应 烷基 可使氮原子周围电子云密度增加 碱性增强 吸电诱导效应 含氧基团 双键 苯环 电子云密度降低 碱性减弱 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 3 共轭效应 苯胺型 P 共轭 氮原子周围电子云密度下降 碱性降低 酰胺型 P 共轭 氮原子周围电子云密度下降 碱性降低 胍基型 供电基和氮原子上未共享电子对共轭 碱性增强 共轭酸的高度共振稳定性 使共轭酸稳定 Ka小 则pKa大 碱性强 环己胺 pKa10 64 苯胺 pKa4 58 胍 pKa13 6 秋水仙碱 酰胺共轭pKa1 84 胡椒碱 酰胺共轭pKa1 42 4 空间效应 阻碍质子靠近氮原子 使碱性降低 莨菪碱和东莨菪碱 莨菪碱 pka9 65 东莨菪碱 环氧位阻pka6 20 5 氢键效应 氮原子周围的羟基所处的位置有利于生物碱共轭酸分子内氢键形成时 则共轭酸稳定 碱性增强 麻黄碱共轭酸 稳定性差 pKa9 58 碱性弱 伪麻黄碱共轭酸 稳定 pKa9 74 碱性强 常见生物碱碱性规律 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 pKa7 11中强碱 脂肪胺类 仲胺 叔胺 pKa2 7弱碱 芳胺 芳氮杂环 pKa 2极弱碱 酰胺类 4 生物碱沉淀反应 生物碱的酸水溶液 生物碱沉淀试剂 沉淀 应用注意 1 在酸性环境中进行 2 检识时 至少用三种以上试剂同时进行 应用 碘化铋钾试剂 桔红色沉淀碘化汞钾 类白色沉淀碘 碘化钾 红棕色沉淀磷钼酸试剂 白色或黄褐色沉淀硅钨酸试剂 淡黄或灰白色沉淀苦味酸试剂 黄色结晶硫氰酸铬钾 雷氏铵盐 红色沉淀或结晶应用 用于中药中生物碱的预试 注意假阳性 假阴性 作为生物碱分离提取过程中的追踪指标 用于分离纯化生物碱 季铵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 作为生物碱薄层层析和纸层析的显色剂 碘化铋钾 第四节生物碱的提取分离 生物碱的提取 除个别具有生物碱挥发性的生物碱 麻黄碱 可用水蒸汽蒸馏法提取外 一般情况下 总生物碱的提取均采用溶剂法提取 溶剂提取法 关键溶剂的选择 溶剂 选择依据生物碱的存在状态 游离 盐 及溶解性 1 盐易溶于水 水或酸水提取法 盐酸 硫酸 醋酸 酒石酸 浸渍 渗漉 煎煮 酸水提取液 盐 离子交换树脂法有机溶剂萃取法 总生物碱 2 盐游离均易溶于醇 醇 甲 乙 类溶剂提取法 渗漉 浸渍 回流 醇提取液 盐游离 回收 总生物碱 酸碱处理 较纯的总生物碱 3 游离易溶于有机溶剂 原料须碱化 亲脂性有机溶剂提取法 苯 二氯甲烷 氯仿 冷浸 回流 提取液 游离 回收 总生物碱 附注 离子交换树脂法中药酸水提取液 盐 过阳离子交换树脂柱 RSO3 H 流出液 水性杂质 树脂柱 RSO3BH 氨液碱化 游离 氯仿提取回收溶剂 总生物碱 2 酸碱处理法 提取浓缩液 水 或浓缩物 酸水处理 过滤 不溶物 脂溶性杂质 酸水液 盐 碱化 游离 氯仿萃取 碱水液 水溶性杂质 水溶性生物碱 氯仿液 游离 回收 较纯的总生物碱 第五节水溶性生物碱 季铵类 的提取 1 雷氏铵盐沉淀法 上述碱水液 酸化至弱酸性 酸水液 雷氏铵盐 硫氰酸铬钾 雷氏铵盐沉淀 生物碱雷氏盐 丙酮溶解 过滤 丙酮液 丙酮液交换树脂柱 生物碱盐酸盐 过氧化铝柱 丙酮洗脱 丙酮液 加硫酸银饱和水溶液 过滤 漉液 生物碱硫酸盐 加硫酸钡溶液 生物碱盐酸盐 2 溶剂法 上述碱水液 用极性有机溶剂 正丁醇 异戊醇 氯仿 甲醇 萃取 水溶液 水溶性杂质 有机溶剂 回收 水溶性生物碱 第六节生物碱的分离 1 生物碱的初步分离分离依据 生物碱的碱性 弱碱性生物碱的盐不稳定 中强碱在pH9 10时可以游离 特殊官能团 酚羟基的酸性 可溶于NaOH溶液 分离流程 总生物碱的酸水液 盐 氯仿萃取 1 氯仿液 弱碱性生物碱 1 2 NaOH萃取 碱水液 CHCl3液 NH4Cl或CO2处理 CHCl3萃取 CHCl3液 回收 酚性弱碱性生物碱 回收 非酚性弱碱性生物碱 2 酸水液 强 中强碱性生物碱 氨水碱化pH9 10CHCl3萃取 CHCl3液 碱水液 1 2 NaOH萃取 酸化 雷氏铵盐沉淀 沉淀 分解沉淀 水溶性生物碱 强 季铵碱 碱水液 CHCl3液 NH4Cl或CO2处理 CHCl3萃取 回收 非酚性中强碱性生物碱 CHCl3液 回收 酚性中强碱性生物碱 2 生物碱的单体分离 1 利用生物碱的碱性差异分离 依操作方式的不同 分离方法有二种 混合总生物碱 酸水溶解 酸水液 盐 加碱进行梯度碱化同时用CHCl3萃取 分别回收CHCl3 生物碱由弱到强依次被分离 CHCl3溶解 CHCl3溶液 游离 用不同酸度 酸度由弱到强 pH由大到小 的酸水进行梯度萃取 酸水液分别碱化 同时CHCl3萃取 回收CHCl3 生物碱由强到弱依次被分离 附注 用方法二分离时 应采用多缓冲纸色谱 分配原理 进行先导分离 碱性弱的生物碱易游离 脂溶性 易溶于CHCl3 碱性强的生物碱易成盐 离子型 易溶于水 2 利用生物碱的极性 溶解性 差异分离分子结构的不同极性的差异对特殊溶剂的溶解性能不同而分离 苦参碱和氧化苦参碱混合物 少量CHCl3溶解 CHCl3液 加入10倍量的乙醚 沉淀 氧化苦参碱 母液 苦参碱 苦参碱 氧化苦参碱 流程说明 氧化苦参碱的NO半极性配位键 极性大 水中的溶解度较大 而在乙醚中的溶解度较小 汉防己甲素和汉防己乙素混合物 冷苯溶解 不溶物 汉防己乙素 冷苯液 回收 汉防己甲素 流程说明 汉防己乙素的隐性酚羟基 使其极性较大 而在冷苯中的溶解度较小 汉防己甲素R CH3汉防己乙素R H 3 利用生物碱盐的溶解度不同分离麻黄碱和伪麻黄碱混合物 甲苯溶解 甲苯溶液 流经1 2 草酸溶液 草酸溶液 减压浓缩 冷置 过滤 结晶 草酸麻黄碱 母液 草酸伪麻黄碱 CaCl2转化 CaCl2转化 盐酸麻黄碱 盐酸伪麻黄碱 流程说明 利用麻黄碱草酸盐的水溶度小于伪麻黄碱草酸盐的水溶度进行分离 4 利用特殊官能团的性质进行分离 含羧基的生物碱可用碳酸氢钠水溶液萃取分离 含酚羟基的生物碱可用氢氧化钠水溶液萃取分离 吗啡和可待因 含内酯或内酰胺结构的生物碱用热的氢氧化钠开环 加酸环合的性质予以分离 喜树碱 吗啡和可待因混合物 CHCl3溶解 氯仿溶液 1 2 NaOH溶液萃取 碱水液 CHCl3液 弱酸酸化CHCl3萃取 回收 可待因 CHCl3液 吗啡 回收 吗啡R H可待因R CH3 5 利用色谱法进行分离 生物碱 游离 为脂溶性成分 适合于采用吸附原理进行分离 吸附剂多用硅胶 氧化铝 流动相为中性的苯 氯仿 乙醚等有机溶剂或混合有机溶剂 对一些极性很近似或极性较大的生物碱的分离 可以利用分配原理进行分离 效果可能更佳 三三尖杉酯碱和高三尖杉酯碱 的分离 高效液相色谱 三尖杉混合酯碱的分离 气相色谱 挥发性生物碱 干柱色谱 制备性薄层色谱等也经常用于生物碱的分离 三尖杉酯碱和高三尖杉酯碱混合物 支持剂硅胶固定相pH5 0缓冲液洗脱剂pH5 0缓冲液饱和的氯仿液 高三尖杉酯碱二者混合物三尖杉酯碱 流程说明 利用高三尖杉酯碱较三尖杉酯碱结构中多一个 CH2 极性较小 流动相中易于分配 而先被洗脱下来 三尖杉酯碱则后被洗脱下来 中间为二者的混合物 三尖杉酯碱R 高三尖杉酯碱R 第七节生物碱的检识 一 生物碱的薄层层析 以吸附原理为主 吸附剂氧化铝 吸附能力强 弱碱性 适应范围极性较小 亲脂性较强 生物碱展开剂中性展开剂 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 解决这一问题的办法 1 碱液 0 1 0 5mol LNaOH 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 显色剂 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 1100 加热 以分配原理进行的薄层色谱 支持剂硅胶固定相甲酰胺 有机碱 极性小 以利于生物碱在其中的分配 展开剂以甲酰胺饱和的中性展开剂 亲脂性的有机溶剂 苯 氯仿等 显色剂同上 二 生物碱的纸色谱 分配原理 色谱条件与生物碱的存在状态有关 游离态生物碱 脂溶性 极性小 的检识 样品液为氯仿溶液 固定相甲酰胺 有机碱 展开剂偏碱性 使生物碱以游离状态存在 极性较小的有机溶剂 甲酰胺饱和的苯 氯仿 以生物碱盐的状态 离子型 极性大 的检识 样品液为酸水溶液 固定相水展开剂偏酸性 使生物碱以盐的状态存在 极性较大的有机溶剂 正丁醇 冰醋酸 水4 1 5上层 即BAW系统 显色剂纸色谱的显色方法同薄层色谱 注意排除甲酰胺的干扰 但不能用硫酸组成的试剂 以防滤纸炭化 检识方法用Rf检识 在相同条件下 同一成分的Rf值应该一致 与对照品共色谱 同一成分在相同位置应该呈现相同颜色 相同大小的斑点另外 高效液相色谱 HPLC 气相色谱 GL 也可以用于生物碱的检识 第八节生物碱各论 麻黄生物碱 麻黄碱 伪麻黄碱 有机胺类 苯丙胺衍生物 性质 l 麻黄碱 1R2S d 伪麻黄碱 1S2S 麻黄 1234 1 无色结晶 有旋光性 有挥发性 水蒸汽蒸馏法提取 2 不能和多数生物碱沉淀试剂发生沉淀 CS2 CuSO4 NaOH呈棕或黄色沉淀 仲胺特有 CuSO4 NaOH反应 紫红色铜络盐 乙醚中 3 碱性较强 有机胺类 伪麻黄碱 碱的共轭酸稳定9 74 强于麻黄碱 9 58 可用于二者分离 4 麻黄碱在水乙醚氯仿苯中均溶 伪麻黄碱难溶于水 麻黄碱草酸盐难溶于水 伪麻黄碱易溶于水 可用于二者分离 麻黄碱共轭酸 稳定性差 苯环和甲基在同侧 伪麻黄碱共轭酸 稳定 苯环和甲基在异侧 防己 防己生物碱 汉防己甲素汉防己乙素 防己诺林碱 双苄基异喹啉类生物碱 性质 汉防己甲素R CH3汉防己乙素R H 123 1 白色结晶 有旋光性 2 具脂溶性生物碱的溶解性特点 汉防己乙素的隐性酚羟基 使极性较大 冷苯中不溶 汉防己甲素的甲氧基 极性较小 溶于冷苯 用于分离 3 中强碱 叔胺碱 具有生物碱的通性 溶解性 沉淀反应 隐性酚羟基 连结在苯环上的羟基称为酚羟基 具有酸性 可以和氢氧化钠反应成盐 而汉防己乙素的酚羟基处于两个含氧基团之间 由于空间位阻等原因 不显示酚羟基的通性 难溶于氢氧化钠溶液 所以称为隐性酚羟基 洋金花 洋金花生物碱 莨菪碱 阿托品 东莨菪碱山莨菪碱 樟柳碱 山莨菪 解痉镇痛 解有机磷中毒散瞳作用 还有镇静麻醉作用 中药麻醉主要组成 抗胆碱作用 莨菪烷类生物碱 性质 1234 1 阿托品 外消旋体 无旋光 其它均有旋光 2 碱性 莨 9 65 山 东 6 20 和樟 无羟基环氧位阻 用于莨菪碱和东莨菪碱的分离 NaHCO3 用于莨菪碱和东莨菪碱的鉴别 和氯化汞加热 莨 红色沉淀 东 白色沉淀 3 与生物碱沉淀试剂产生沉淀 莨 山 东 樟Vitali反应 莨菪酸特有 阳性阴性 过碘酸氧化乙酰丙酮缩合反应 阴性阳性 羟基莨菪酸特有 4 极性 东和樟 山 莨 阿 水可溶热水易溶难溶CCL4难溶可溶易溶可用于莨菪碱和东莨菪碱的分离 CCl4 注 莨 莨菪碱 阿 阿托品 山 山莨菪碱 樟 樟柳碱 莨菪碱 阿托品 东莨菪碱 樟柳碱 山莨菪碱 黄连 黄连生物碱 小檗碱 黄连素 苄基异喹啉类生物碱 原小檗碱型 性质 具有明显抗菌作用 1234 三棵针 所含化学成分同黄连 尚含小檗胺 叔胺碱 具生物碱的通性 工业提取原料 1 黄色针晶 无旋光 具黄绿色荧光 2 水溶液呈强碱性 季铵碱 pKa11 5 3 与大多数生物碱沉淀试剂呈阳性反应 在碱性条件下与丙酮加成 生成黄色结晶型加成物 有一定熔点 酸水液加漂白粉 或通氯气 溶液即变樱红色 4 游离小檗碱易溶于热水和热乙醇 难溶于苯