天然药物化学教案计划课时6实授课时本章名称生物碱教

天然药物化学教案 计划课时6实授课时本章名称第九章生物碱教 具PPT教案、电脑教学目的和要求：1.掌握生物碱的含义和结构特征。2.掌握生物碱的理化性质及检识方法。3.掌握生物碱的提取分离方法。4.熟悉生物碱结构鉴定的一般方法。5.了解生物碱的生源及分类。重点、难点：1.重点：（1）生物碱的定义，生物碱的分类与生源关系。 （2）生物碱的理化性质：性状、旋光性、溶解性、生物碱的检识、生物碱的化学性质与反应。2.难点：（1）生物碱的提取与分离：总生物碱的提取，生物碱的分离，生物碱的提取与分离实例。（2）生物碱的结构鉴定与测定：光谱在生物碱结构测定中的应用，生物碱结构测定实例。作业布置：1.生物碱的分类及生源关系有哪些？2.生物碱的碱性强弱与哪些因素有关？3.生物碱有哪些理化性质？常用的检识试剂有哪些？4.生物碱的提取、分离方法有哪些？内容提要：第一节 概述一、定义生物碱是天然产的含氮有机化合物。但不包括：低分子胺类（如甲胺、乙胺等）、氨基酸、氨基糖、肽类、蛋白质、核酸、核苷酸、卟啉类和维生素等。二、特点生物碱是含负氧化态氮原子、存在于生物有机体中的环状化合物。但不包括小分子的环状胺类。负氧化态氮包括胺(-3)、氮氧化物(-1)、酰胺(-3)化合物，但排除含硝基(+3)和亚硝基(+1)的化合物，如马兜铃酸(aristolochic acid)等。绝大多数生物碱的英文名称均以-ine结尾。第二节 生物碱生物合成的基本原理一、生物合成的研究表明存在于植物界的上万种生物碱，仅来源于有限的前体氨基酸、甲戊二羟酸和醋酸酯等。与生物碱生物合成有关的主要氨基酸有鸟氨酸、脯氨酸、赖氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸、邻氨基苯甲酸、组氨酸和烟酸等。二、生物碱的生物合成涉及环合反应、C-N键和C-C键的裂解反应以及某些重排、取代基的形成、增减、消除、转化等。三、生物碱骨架类型的形成与转化的生物化学本质是生物体在其本身存在的酶的参与下所发生的C-C键、C-N键、C-O键的形成与裂解。第三节 生物碱的分类、生源关系及其分布一、生物碱的分类主要有3种方法1.根据来源分类2.根据化学结构类别分类3.根据生源关系结合化学结构类别分类二、生源关系1.来源于鸟氨酸的生物碱吡咯类托品烷类吡咯里西丁类2.来源于赖氨酸的生物碱哌啶类吲哚里西丁类喹喏里西丁类3.来源于邻氨基苯甲酸的生物碱4.来源于苯丙氨酸和络氨酸的生物碱苯丙胺类四氢异喹啉类苄基四氢异喹啉类苯乙基四氢异喹啉类苄基苯乙胺类吐根碱类5.来源于色氨酸类的生物碱简单吲哚碱类简单-卡波林碱类半萜吲哚(4)单萜吲哚类6.来源于萜类的生物碱单萜类倍半萜类二萜类三萜类7.来源于甾体的生物碱孕甾烷C21类环孕甾烷C24类胆甾烷C27类第四节 生物碱的理化性质一、性状1.绝大多数生物碱由C、H、O、N组成，极少数分子含有Cl、S等元素；2.多数生物碱呈结晶形粉末，少数为液体，如烟碱、毒芹碱等；某些液体生物碱可随水蒸气蒸馏而逸出；3.多数生物碱有苦味；4.少数生物碱有升华性，如咖啡因等；5.绝大多数生物碱呈无色状态，仅少数呈色。二、旋光性1.凡是具有手性碳原子或本身为手性分子的生物碱，有旋光性质，反之，则无。2.生物碱的生理活性与其旋光性密切相关。一般来说，左旋光性呈显著的生理活性，而右旋体则无或很弱。三、溶解度1.生物碱及其盐类的溶解度与其分子中N原子的存在形式、极性基团的有无及其数目、溶剂等密切相关。2.一般来说，游离生物碱为脂溶性，但其盐类为水溶性。四、检识最常用的是生物碱的沉淀反应与显色反应。1.沉淀反应是利用大多数生物碱在酸性条件下，与某些沉淀剂生成弱酸不溶性复盐或络合物沉淀。生物碱的沉淀剂很多，常用的有：碘化铋钾试剂、改良的碘化铋钾试剂、碘-碘化钾试剂、碘化汞钾试剂和硅钨酸试剂。2.对大多数生物碱来说，最常用的显色剂是改良的碘化铋钾试剂，主要用于薄层层析中。五、化学性质与反应（一）碱性1.碱性的产生及其强度表示：生物碱由于其分子中氮原子上的孤电子对能接受质子故显碱性；碱度分别用酸式离解指数pKa和碱式离解指数 pKb来表示：pKa值越小，酸性越大；相反， pKa值越大，碱性越强。为统一强度标准，碱度也可用pKa表示：pKa pKw - pKb=14 pKb碱性强度与pKa值的关系： pKa12（强碱）。 碱性基团的pKa值大小顺序：胍基-NH(C=NH)NH2 季铵碱脂肪胺基芳杂环（吡啶）酰胺基2.碱性与分子结构的关系生物碱的碱性强弱与氮原子的杂化度、诱导效应、诱导-场效应、共轭效应、空间效应以及分子内氢键等有关。氮原子的杂化度：其碱性强度随杂化度升高而增强，即：sp3 sp2 sp。诱导效应生物碱分子中氮原子上电荷密度受到分子中供电基（如烷基等）和吸电基（如芳环、酰基、醚基、双键、羟基等）诱导效应的影响。供电基使电荷密度增多，碱性变强；吸电基则降低电荷密度，碱性减弱。诱导-场效应生物碱分子中如同时含有2个氮原子时，即使其化学环境完全相同，碱度也是有差异的。因为一旦第一个氮原子质子化后，就产生一个强的吸电子基团-+NHR2。此时，它对第二个氮原子产生两种碱性降低的效应：诱导效应和静电场效应。前者通过碳链传递，且随碳链增长而逐渐降低。后者则是通过空间直接作用的，故又称为直接效应。二者统称诱导-场效应。共轭效应若生物碱分子中氮原子孤电子对成p-共轭体系时，碱性较弱。常见的p-共轭效应主要有三种类型：苯胺型、烯胺型和酰胺型。空间效应：尽管质子的体积很小，但生物碱氮原子质子化后，仍受到空间效应的影响，使其碱性增强或减弱。分子内氢键形成：碱性增强对具体化合物，上述几种影响生物碱强度的因素须综合考虑。一般来说，空间效应和诱导效应共存时，前者居于主导地位。诱导效应和共轭效应共存时，往往后者的影响为大。(二) 成盐绝大多数生物碱可与酸形成盐类。仲胺、叔胺生物碱成盐时，质子多结合于氮原子上。但是，对于季胺碱、烯胺以及具有涉及氮原子的跨环效应形式存在的生物碱，质子化并不一定发生在氮原子上。（三）涉及氮原子的氧化许多生物碱在氧化剂作用下，被氧化生成亚胺及其盐类、去N胺基、酰胺化、氮杂缩醛以及氮氧化物。除N-氧化物外，这些反应绝大多数都是经过中间体亚胺离子A进行。故通称为涉及氮原子的氧化。（四）C-N键裂解在经典的化学法测定生物碱结构中，生物碱分子中C-N键的裂解曾经扮演过重要角色；而且，其中的某些反应也是生物碱生物合成所关注的重要内容。随着现代科学技术的进步和其它结构鉴定方法的出现，C-N键的裂解反应在生物碱结构鉴定中的作用已大不如以前。第五节 生物碱的提取与分离一、提取1. 酸水提取法: 离子交换树脂法、沉淀法冷提法（渗漉法、冷浸法）（酸性水：0.1% 1%H2SO4、HCl、HOAc等）此法缺点： 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：离子交换树脂法 沉淀法（1）离子交换树脂法（2）沉淀法 酸提碱沉法盐析法：适用于中等及弱碱性生物碱。雷氏铵盐沉淀法2. 醇类溶剂提取法3. 与水不相混溶的有机溶剂提取法二、分离溶解性重结晶法 碱性强弱pH梯度萃取 色谱法1. 根据Alk及其盐的溶解度不同进行分离 （1）已知成分查文献选择结晶溶剂 （2）未知成分色谱方法进行溶剂的选择2. Alk碱性不同pH梯度萃取法确定pH值判断分离的难易程度萃取次数萃取溶剂的最佳体积容积比（R）3. 色谱法吸附剂：柱色谱法常用氧化铝（偶用硅胶）；展开剂：游离Alk常以苯、乙醚、氯仿等溶剂洗脱第六节 生物碱的结构鉴定与测定一、色谱法测定理化常数，与文献报道的数据进行对照，与对照品共薄层，测定其理化数据等。1.薄层色谱法2.纸色谱法二、光谱法：紫外光谱、红外光谱、质谱、核磁共振UV反映分子中所含共轭系统情况；IR利用特征吸收峰，鉴定结构中主要官能团；NMR各种技术图谱测定结构；MS依据文献，结合主要生物碱类型的质谱特征进行解析。生物碱MS的一般规律：1.难于裂解或由取代基或侧链的裂解产生特征离子 特点：M+或M+-1多为基峰或强峰，一般观察不到由骨架裂解产