烟草生物碱ppt课件

第四章烟草生物碱,1,第四章烟草生物碱,第五节烟草主要生物碱对烟质的影响,第一节生物碱概述,第二节烟草中的生物碱,第三节烟草主要生物碱结构和性质,第四节我国烟叶和卷烟主要生物碱含量及组成比例,2,第一节生物碱概述,五、学习生物碱的重要意义,一、生物碱定义,二、生物碱发现,三、生物碱分布,四、生物碱分类,3,一、生物碱定义,生物碱（alkaloids）：是一类存在于生物体内的含氮有机化合物(蛋白质、肽类、氨基酸、氨、氨基糖、核苷酸、核酸和VB除外)，一般含有杂环，具有碱性并表现出生理活性。,1来自烟草,2具有碱性，可以与酸形成盐,3含有杂环,4有生理活性,4,二、生物碱发现,在中国，17世纪初白猿经记述了从乌头中提炼出砂糖样毒物做箭毒用，从现在观点分析，它应该是乌头碱。,乌头碱aconitine,乌头（毛茛科）,5,在欧洲，1806年德国科学家F.Serturner首次从鸦片中分离出来吗啡碱(morphine），因具有碱性，称之为植物碱,吗啡碱,6,1897年德国拜耳制药公司化学合成专家菲历克斯霍夫曼首次合成二乙酰吗啡，商品名：海洛英（heroin）。这项新药被视为治疗气喘、下泻，胃溃疡、糖尿病与镇痛的药物，由于药效快速强劲，甫一上市即获消费者好评。可惜当时无人知道吗啡碱的严重成瘾性，而海洛英的状况更甚于吗啡碱。,7,人们对吗啡碱的研究发展了异喹啉类生物碱的研究，并导致了镇痛药杜朗丁（dolantien）的发现。,8,1810年西班牙医生Gomes从金鸡纳树皮中分得结晶，以后证明主要式奎宁和辛可宁的混合物。,喹啉碱,9,此后，人们对植物碱的研究产生了极大兴趣，越来越多的植物碱被发现,10,生物碱类化合物大多具有生物活性，是许多药用植物的有效成分。,吗啡镇痛麻黄碱平喘作用可待因止咳小檗碱抗菌、消炎作用罂粟碱松弛平滑肌莨菪碱解痉和解有机磷中毒阿托品解痉挛长春新碱抗癌,11,一般情况下，含量最高的生物碱往往是主要有效成分，但也有例外：,乌头碱是乌头的主要成分，但是乌头强心止痛成分并不是乌头碱，而是含量极微的去甲乌药碱,百部为止咳杀虫中药，其主要生物碱只有杀虫作用,抗癌药长春新碱和美登素也分别是长春花和美登木的微量成分,12,植物碱属于次生代谢产物,次生代谢产物与植物的生存竞争有关，是植物化学防御机制中的有效物质,13,三、生物碱分布,生物碱在植物中分布较广泛，尤以双子叶植物为多,单子叶植物、少数裸子植物和低等植物麦角菌中也会含有生物碱,有些海洋生物、微生物和昆虫代谢产物中也发现有生物碱,14,15,四、生物碱分类,1、按来源分：茄科生物碱、毛茛科生物碱、百合科生物碱和罂粟科生物碱等等,2、按生理作用分：降压生物碱、驱虫生物碱、镇痛生物碱,3、按化学结构分：异喹啉类、喹啉类、喹唑类、吡咯烷类莨菪烷类、百部生物碱类、喹喏里西定类二萜类、吲哚类、大环生物碱类等等。,16,表4.2生物碱类型及其基本结构,17,五、学习生物碱的重要意义,1、生物碱在植物系统分类上的应用,2、生物碱的药用价值,3、开发植物性杀虫剂,4、烟草生物碱是烟草生理强度的物质基础,18,1、生物碱在植物系统分类上的应用,各种植物由于新陈代谢类型的不同，产生了各种不同的化学物质生物碱类、甙类、萜类等等。这些化学成分在植物中的遗传和变异与植物系统位置和环境条件密切相关。据此形成了植物的化学分类学。,亲缘关系相近的植物种类往往具有相似的生理生化特征,19,异喹啉类生物碱主要分布于多心皮类及其近缘类植物的一些科中：如木兰科、睡莲科、马兜铃科、防已科、毛莨科、小檗科、罂栗科、芸香科等。,小檗碱在中国主要分布在5个科（小檗科、防已科、毛莨科、罂粟科、芸香科）16个属的多种植物中,莨菪烷类生物碱主要集中分布于茄科茄族中的天仙子亚族、茄参亚族及曼陀罗族植物中,20,2、生物碱的药用价值,2.1抗肿瘤：喜树碱和喜树次碱对白血病和胃癌有疗效葫芦巴碱治疗宫颈癌美登素、长春新碱和野百合碱也有抗癌作用,2.2作用于神经系统：吗啡碱、杜朗丁镇痛普鲁卡因为局部麻醉药鹿尾草碱、广玉兰碱和环长绿黄杨碱降压去甲乌药碱起强心作用,2.3抗菌消炎：百部生物碱杀虫、黄连素消炎,21,3、开发植物性杀虫剂,苦参碱植物杀虫剂已经大规模生产，品种很多藜芦碱作用于钠离子通道，可以防治十字花科蔬菜菜青虫毒扁豆碱是广谱低毒杀虫剂，抑制胆碱酯酶的活性，阻断正常神经传导烟碱是广谱杀虫剂，作用于软体昆虫效果尤佳苦皮藤素生物碱杀虫剂对叶螨有较好的防治效果,22,4、烟草生物碱是烟草生理强度的物质基础,烟碱作用于人的中枢神经系统，通过传导而提供最强烈的生理感受,烟碱结合在大脑的乙酰胆碱受体上，对大脑产生多种作用，是吸烟成瘾的关键因素。,23,第二节烟草中的生物碱,二、烟草生物碱的存在状态与影响因素,一、烟草生物碱的种类,三、烟株内生物碱分布,24,一、烟草生物碱的种类,烟草生物碱是一个类群，包括近50种物质，存在于约60多个不同种的烟草中，它们的个别成分也存在于烟草以外的某些植物。烟草生物碱按照其分子结构划分主要有两类：,1、吡啶与氢化吡咯相结合的化合物,2、吡啶环与吡啶或氢化吡啶环相结合的化合物,25,烟草主要生物碱种类,26,烟草生物碱中，以烟碱为最重要，它约占烟草生物碱总量的95%以上，其次是去甲基烟碱、新烟草碱、假木贼碱等,烟草中四种最主要的生物碱,27,二、烟草生物碱的存在状态与影响因素,1、存在状态,烟草生物碱通常是与无机酸或有机酸结合成盐而存在于烟草体中，少量以游离碱的状态存在，也有少数生物碱分别以糖苷、酯或酰胺的状态存在。,常见的糖配体是鼠李糖、半乳糖和葡萄糖,当烟株损伤、病源微生物侵染时，糖苷生物碱含量迅速上升，并可促成绿原酸和咖啡酸等酚类物质的生物合成功能。,28,2、生物碱积累的影响因素,2.1品种,不同的烟草类型或品种积累的主要生物碱种类和数量差别很大：50-60烟草品种的主要生物碱是烟碱，30-40烟草品种的主要生物碱是降烟碱，还有4个烟草品种的主要生物碱是假木贼碱，没有一个烟草品种的主要生物碱是新烟草碱。不同品种生物碱总量变化也很大。,研究表明烟草总生物碱含量由2个位点的基因控制，栽培种为二显性，低生物碱种表现为纯合隐性,29,2.2栽培因素,2.2.1氮素营养,烤烟：生物碱含量与总氮正相关白肋烟：生物碱含量与总氮含量无明显关系,30,2.2.3土壤类型和水分供应,2.2.4气温和日照时数与生物碱含量正相关，降雨量表现负相关,土壤肥沃粘重，烟叶生物碱含量高；疏松沙质土：低土壤pH6对烟叶烟碱形成最有利土壤湿度低，烟碱低,31,三、烟株内生物碱分布,1不同器官间：叶根中脉茎花果实,2部位：对与打顶烟叶：上中下对不打顶烟叶：下中上,3成熟度：随成熟度增加而增加,4一片叶：叶尖和叶缘高于叶基和叶中部,测定整片叶平均生物碱含量的最佳取样部位：距叶尖13向下（叶基）取3-6cm的横切面,32,第三节烟草主要生物碱结构和性质,二、其他生物碱的结构和性质,一、烟碱的结构和性质,33,一、烟碱的结构和性质1烟碱的结构,1561年法国驻葡萄牙大使琼尼可特（JeanNicot）把黄花烟草献给法国皇后卡萨林，开始作为观赏植物种在花园里,发现其中有一种刺激性物质,将其命名为nicotine,1825年，瑞士化学家培柯特（A.Pikete）首次从烟草中分离出nicotine。,1893年，培聂尔（Pinner）完全以化学方法最早确定nicotine的化学结构,1928年，Spath和Bretschneider用化学合成法证实了这种结构,34,烟碱是由一个吡啶环和一个氢化吡咯环构成的生物碱,35,2烟碱的性质2.1物理性质,纯烟碱在室温下为无色油状液体，沸点246.1，比重D420=1.00925，具有左旋性；有强烈的刺激性，味辛辣；,36,烟碱易溶于水，也能溶于乙醇、乙醚及轻质石油等有机溶剂。结合烟碱在水中的溶解度较游离烟碱高；烟碱有潮解性，在60以下能与水反应生成水合物；,37,烟碱对259nm波段的短波光（即紫外光）具有最大吸收能力，并且在一定范围内其吸光度与烟碱的含量成正比,38,2.化学性质,39,烟碱是弱碱性化合物,烟叶中烟碱的提取方法：,2.1碱性及成盐作用,40,2.2氧化作用,浓HNO3KMnO4,空气氧气紫外线,烟碱应该避光保存,观看动画,41,烟碱氧化产物,42,烟碱氧化产物(续),43,2.3沉淀作用,硅钨酸磷钨酸苦味酸碘-碘化钾,酸性条件下进行,烟碱的沉淀剂：能使烟碱沉淀的试剂。,观看动画,44,2.4显色反应,田间快速检测烟碱,生物碱显色剂：能使生物碱显色的试剂。,碘化铋钾显色,观看动画,45,2.5烟碱的毒性,纯烟碱有剧毒：一此性内服40mg以上致人亡死,微量吸入具有提神镇静作用,46,游离烟碱毒性大于结合态的烟碱,开发杀虫剂,各种脂肪酸与烟碱形成的盐溶于水后有杀虫活性,烟碱盐水溶液的杀虫活性依次为：碱性溶液中性溶液酸性溶液,47,2.6烟碱的挥发性,48,游离烟碱易挥发，结合态烟碱没有挥发性,常温下烟碱的挥发性并不强,49,2.7烟碱的降解,烟叶中的烟碱在陈化和发酵过程中因为酶或非酶作用而易发生降解转化,烟酸麦斯明氧化烟碱烟酰胺吡啶吡咯衍生物,降解产物,50,2.8烟碱的稳定性,密封完整的纯烟碱试剂在低温储存过程中降解缓慢，仅有少量降解产物:cotinine和myosmine,水是烟碱储存的主要影响因子,51,2.9亚硝化反应,烟碱及其它生物碱在酸性条件下可以与亚硝基衍生物NO2、N2O3、N2O4发生亚硝化反应生成烟草特有亚硝胺（TSNAs）,52,二、其它烟草生物碱的结构和性质,注：引自徐汉虹.杀虫植物与植物性杀虫剂，北京：中国农业出版社，2001.,表4.3烟草和性质结构,53,第四节我国烟叶和卷烟主要生物碱含量及组成比例,二、不同类型卷烟主要生物碱含量及组成比例,一、不同类型烟叶主要生物碱含量及组成比例,三、烟气中烟碱变化情况,54,一、不同类型烟叶主要生物碱含量及组成比例,烟草（Nicotianatabacum）栽培品种主要有四种生物碱：烟碱、降烟碱、新烟草碱和假木贼碱，其中烟碱含量最高，其他三种碱所占比例一般不超过6,四种主要生物碱含量在烟叶类型间变化：白肋烟烤烟香料烟,55,我国香料烟和白肋烟中烟碱向降烟碱转化问题比较突出影响烟叶色泽和吸食品质,H,56,二、不同类型卷烟主要生物碱含量及组成比例,表4.4我国不同类型卷烟烟丝生物碱含量（2001）,57,三、烟气烟碱变化情况,58,第五节烟草主要生物碱对烟质的影响,二、烟草特有亚硝胺,一、烟碱对烟质的影响,59,一、烟碱对烟质的影响,（一）烟碱对烟草及其制品的色、香、味的影响（二）烟碱的生理和药理作用（三）烟碱的独特作用,60,（一）烟碱对烟草及其制品的色、香、味的影响,1烟碱对烟叶色泽的影响,烟碱去甲基酶,去甲基烟碱与酚类氧化产物和酶本身的蛋白质结合形成棕色物质，使烟叶呈现棕红色，而起使吸食品质下降,61,烟碱向去甲基烟碱转化受以下因素影响：,基因型：香料烟和白肋烟较烤烟更易发生氮肥多落黄慢的上部烟叶转化较多调制过程：烤烟调制时间断，温度高，烟碱去甲基酶失活快，转化过程终止快，转化率低。白肋烟则相反,62,2烟碱对烟叶香气的影响,烟碱3-甲基吡啶4-甲基吡啶3-乙烯基吡啶,63,烟碱本身具有烟草独特香味,烟碱高温分解会产生吡啶类化合物，具有类似烟叶的树脂香味,烟碱含量低于1的烟叶香气明显不足，但是如果加入吡啶衍生物，则可以大大改善吸食品质,64,3烟碱对烟叶吃味的影响,3.1烟碱在烟叶和烟气中都以游离和结合两种形式存在,游离烟碱含量高，烟气虽然刺激性强，但对味觉感观有明显的满足效果,65,3.2烟碱应该与其他化学成分保持协调比例,上式可以用来评价烤烟的劲头和舒适程度，比值6-10为佳,66,3.3降烟碱对烟草吃味产生不利影响,樱桃红色烤烟降烟碱含量较高，热解时产生myosmine，具有老鼠样气味,67,（二）烟碱的生理和药理作用,1烟碱在肺内吸收，经血液循环进入大脑，并结合在乙酰胆碱受体上，对大脑产生多种作用。,烟碱可以激活多种神经化学通道，调节人的情绪达到良好状态烟碱是吸烟成瘾的主要因素过量吸入烟碱会危及健康,68,2烟碱在人体内的代谢,大部分转变为无毒物质，少部分在短时间内经尿液排出在人体器官和组织中尚未发现烟碱残留,烟碱代谢的主要中间体可的宁毒性很小,可的宁降解产生的氨基丁酸是中枢神经的重要神经递质,69,（三）烟碱的独特作用,烟碱是人类行为的调节剂,烟碱可以提高人的免疫能力，对帕金森氏病患者具有正疗效,70,二、烟草特有亚硝胺,（一）亚硝胺化合物的种类,（二）TSNA的结构及其前体物,（三）TSNA的毒性,71,（一）亚硝胺化合物的种类,1亚硝胺化合物定义：胺类化合物在酸性条件下与亚硝基衍生物NO2、N2O3、N2O4发生亚硝化反应生成的,72,2亚硝胺化合物种类,2.1挥发性亚硝胺2.2非挥发性亚硝胺2.3烟草特有亚硝胺,73,（二）TSNA的结构及其前体物,1TSNA定义：烟草生物碱和亚硝基反应生成的复合物,2TSNA形成前体物,3TSNA形成时期,烟草生物碱和亚硝酸盐,常发生在烟叶调制阶段,74,4TSNA形成过程,75,5TSNA形成机制,TSNA的形成和积累通常在调制期间发生。假设焦点是在调制期间硝酸盐被微生物还原成亚硝酸盐，和其它氮氧化物一起作用，与烟草生物碱起反应形成TSNA。TSNA