天然药物化学第十一章生物碱PPT课件.ppt

1、第十一章 生物碱,知识要求 掌握生物碱的理化性质、提取、分离及鉴定的基本知识。 熟悉生物碱的结构特征和实际应用。 了解生物碱的含义、生源途径、分类、分布和生理活性。 能力要求 熟练掌握生物碱的提取分离基本操作技能，能提出合理的提取分离步骤和方案。 学会化学检识法和色谱法初步鉴别生物碱的基本技术,概述,生物碱的含义及特点 1 含义 生物碱指来源于生物界的一类含氮有机化合物。 2 特点 大多有较复杂的环状结构，氮原子结合在环内；多呈碱性，可与酸成盐；多具有显著的生理活性。 下列除外：低分子胺类：甲胺、乙胺；氨基酸、氨基糖、肽类、蛋白质、核酸、核苷酸、卟啉类、维生素,生物碱的在生物界的分布,植物界,

2、动物界生物碱极少 如：麝香中的麝香吡啶,生物碱在植物体中的积累和储藏,1.生物碱的代谢分为积累、转移、储藏三个阶段，不同阶段是在植物的不同细胞内进行的； 2.生物碱的积累主要在生长活跃的组织如子房、心皮等； 3.生物碱的储藏主要是在液泡细胞、乳汁管细胞中进行；因此，不同植物中生物碱存在的部位不同； 4.生物碱在转移阶段往往发生许多甲基化、氧化、去甲基化等次级结构修饰,存在形式 1.游离碱：碱性极弱，以游离碱的形式存在。 2.成 盐：有机酸（绝大多数）有：柠檬酸、酒石酸等；特殊的酸类：乌头酸、绿原酸等；无机酸（少数）：硫酸、盐酸等。 3.苷 类：以苷的形式存在于植物中； 4.酯 类：多种吲哚类生

3、物碱分子中的羧基，常以甲酯形式存在。 5.N-氧化物：植物体中的氮氧化物约一百余种,生物碱的生物活性 生物碱多具有显著而特殊的生物活性。如吗啡、延胡索乙素具有镇痛作用；阿托品具有解痉作用；小檗碱、苦参生物碱、蝙蝠葛碱有抗菌消炎作用；利血平有降血压作用；麻黄碱有止咳平喘作用；奎宁有抗疟作用；苦参碱、氧化苦参碱等有抗心律失常作用；喜树碱、秋水仙碱、长春新碱、三尖杉碱、紫杉醇等有不同程度的抗癌作用等,结构特点,第一章 结 构 类 型,有机胺类（苯丙氨酸/酪氨酸） 氮原子不结合在环内的一类生物碱,麻黄碱的特点,有机胺类（苯丙氨酸/酪氨酸） 游离时可溶于水，能与酸生成稳定的盐，有挥发性，不易与大多数生物

4、碱沉淀试剂反应生成沉淀,秋水仙碱 colchicine,治疗急性痛风，并有 抑制癌细胞生长的作用,益母草碱 leonurine,对动物子宫有增加其 紧张性与节律性的作用,吡咯衍生物 由吡咯或四氢吡咯衍生的生物碱,重要的分：简单的吡咯衍生物 吡咯里西啶衍生物（又称双稠吡咯啶） 吲哚里西啶衍生物,简单的吡咯衍生物,红古豆碱 cuscohygrine,红古豆苦杏仁酸酯,无活性,有活性,似阿托品药物 的散瞳等作用,野百合碱 monocrotaline,有抗癌活性,吡咯里西啶,吡咯里西啶（pyrrolizidine）衍生物,吲哚里西啶（indolizidine）衍生物,吲哚里西啶 indolizidin

5、e,一叶萩碱 securinine,吡啶衍生物 由吡啶或六氢吡啶衍生的生物碱。 分：简单吡啶衍生物、喹诺里西啶（quinolizidine,吡啶衍生物,matrine,oxymatrine,莨菪烷（tropane）衍生物 由吡咯啶和哌啶骈合而成的杂环。 分：颠茄生物碱（belladonna alkaloids） 古柯生物碱（coca alkaloids,莨菪碱是由莨菪醇（tuopine）与莨菪酸（tuopic acid）缩合而生成的酯,五）喹啉衍生物,六）异喹啉衍生物,分：1-苯甲基异喹啉型 双苯甲基异喹啉型 原小檗碱型 阿朴啡型 原阿朴啡型 吗啡烷型 原托品碱型,异喹啉 isoquinoli

6、ne,1-苯甲基异喹啉型,1-benzyl-isoquinoline,双苯甲基异喹啉型,唐松草碱 thalicarpine,原小檗碱型 protoberberine,阿朴啡型,原阿朴啡型,吗啡烷型,吗啡烷 morphinane,原托品碱型,原托品碱 protopine,七）菲啶（phenanthridine）衍生物 属异喹啉类衍生物，重要的类型有： 苯骈菲啶类 吡咯骈菲啶类,八）吖啶酮（acridone）衍生物,吖啶,九）吲哚（yinduo）衍生物,吲哚,麦角新碱 ergonovine ergometrine,十）咪唑（imidazole）衍生物,十一) 喹唑酮（quinazolidone）衍

7、生物,十二) 嘌呤（purine）衍生物,嘌呤,十三) 甾体生物碱类,贝母碱 peimine verticine,十四）萜生物碱类,十五) 大环生物碱类,十六) 其他类型生物碱,第二节 理 化 性 质,一、性状 1 形态 生物碱多数为结晶形固体， 少数为非晶形粉末；个别为液体， 如烟碱(nicotine)、槟榔碱等。 2 味 生物碱多具苦味。 3 颜色 生物碱一般无色或白色，少数有颜色，如小檗碱、蛇根碱呈黄色等。 有机化合物产生颜色一般要具备长链共轭结构，并有助色团，或同时为离子型。 一叶萩碱为淡黄色，是因为氮原子上孤电子对与共轭系统形成跨环共轭,4 挥发性与升华性 少数液体状态及个别小分子固

8、体生物碱如麻黄碱、烟碱等具挥发性，可用水蒸汽蒸馏提取。 咖啡因等个别生物碱具有升华性,二、旋光性生物碱结构中如有手性碳原子或本身为手性分子即有旋光性。 生物碱的生理活性与其旋光性密切相关，通常左旋体的生理活性比右旋体强。如l-莨菪碱的散瞳作用比d-莨菪碱大100倍。去甲乌药碱（higenaenine）仅左旋体具强心作用,三、碱 性,一）碱性的产生与强度表示： 碱性由来：N上孤对电子，与质子H+结合,强度表示：pKa,pKa与碱性的关系： pKa越大，碱性越强 用Bronsted（勃朗斯德）理论解释,BH ：生物碱盐的浓度；B：游离生物碱的浓度。 pKa值越大， BH越大，表示生物碱的碱性越强,

9、各种强度生物碱的pKa范围,碱性基团的pKa值大小顺序： 胍基-NH(C=NH)NH2 季铵碱N-烷杂环脂肪胺基 N-芳杂环（吡啶）酰胺基吡咯,二）碱性与分子结构的关系,杂化度 诱导效应 诱导-场效应 共轭效应 空间效应 氢键效应,杂化度：SP3 SP2 SP P电子比例：3/4 2/3 1/2,又如异喹啉（sp2）杂化成四氢异喹啉（sp3）后，碱性增强（ pKa 9.5）。季氨碱（如小檗碱）因羟基以负离子形式存在而显强碱性（ pKa 11.5,氰基（sp,吡啶,2-甲基-甲基吡咯（sp3,诱导效应：（碱性减弱或增强） 供电子基团：使 N 电子云密度增高，碱性增强,吸电子基团：使N 电子云密度

10、降低，碱性减弱,氮原子附近有吸电性基团，碱性减弱,前提：生物碱中2个N原子,诱导场效应,结果：2个N原子碱度差异较大pKa 原因：,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 （苯胺型、烯胺型、酰胺型,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,苯胺型：如毒扁豆碱（physostigmine）分子中的N1和N2碱性

11、相差悬殊，前者为pKa 7.88,后者仅为1.76,毒扁豆碱,苯胺pKa 4.58 pKa 10.14 pKa 11.2,烯胺(enamines)型:仲烯胺（R或R=H）A的共轭酸B极不稳定，平衡向C发展，碱性较弱。反之，如叔胺 (R,R为烷基)A的共轭酸B比较稳定，平衡易向B进行，碱性较强,酰胺型： 若氮原子处于酰胺结构中，由于氮原子孤电子对与酰胺羰基的p-共轭效应，其碱性很弱,但胍例外，由于接受质子后形成季铵离子，故呈强碱性,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。附近取代基的空间立体障碍或分子构象因素，可使质子难于接近氮原子,分子内氢

12、键碱性增强 生物碱的盐（共轭酸）中的H与生物碱结构中O 形成氢键，使得生物碱的盐稳定，故碱性增强,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,四、溶解性,1）绝大多数仲胺和叔胺生物碱的游离碱具亲脂性； （2）绝大多数生物碱盐具亲水性； （3）季铵生物碱具亲水性； （4）具酚羟基、羧基等酸性基团的生物碱具酸碱两性； （5）具内酯基的生物碱，遇碱水开环成盐而溶解，遇酸又闭环而析出； (6) 生物碱成盐后多易溶于水，不溶或难溶有机溶剂,一）亲脂性生物碱：仲胺、叔胺等游离生物碱 （二） 亲水性

13、生物碱：季胺碱，N-氧化物，生物碱盐等 含氧酸盐的水溶性往往较大。 与大分子有机酸所形成的盐水溶性差。 与小分子有机酸或无机酸成盐水溶性较好。 生物碱盐具有特殊的溶解性质，如高石蒜碱 的盐酸盐不溶于水，而溶于氯仿，盐酸小檗碱难溶于水,五、检识反应,一）沉淀反应 生物碱在酸性水溶液或稀醇液中能和某些试剂生成难溶于水的复盐或者分子络合物的反应称为生物碱沉淀反应，这些试剂被称为生物碱沉淀试剂。 反应意义和作用 1）用于检查生物碱的有无，在生物碱的定性鉴别时，这些试剂可用于试管定性反应和作为平面色谱的显色剂。 2）另外在生物碱的提取分离中还可指示提取、分离终点。 3）个别沉淀试剂可用于分离纯化生物碱，

14、如雷氏铵盐可用于沉淀分离季铵碱,常见沉淀试剂 金属盐类 碘-碘化钾（Wagner）KI-I2 棕褐色沉淀 碘化铋钾（Dragendoff）BiI3KI 红棕色沉淀 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 氯化金(3%)（Suric chloride）HAuCl4 黄色晶形沉淀,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,反应原理：生成更大多分子复盐和络盐,沉淀反应条件 （1）通常在

15、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） （2）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） （3）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,结果的判断 （1）鉴别时每种Alk需采用三种以上沉淀试剂； （沉淀试剂对各种Alk的灵敏度不同） （2）直接对中药酸提液进行沉淀反应，则 阳性结果不能判定Alk的存在 阴性结果可判断无Alk存在 氨基酸、蛋白质、多糖、鞣质等 + 沉淀试剂沉淀,注意事项： 1 反应一定要在酸性条件下，生物碱成盐溶于水方可反应。 2 对生物碱的有无定性时，应用三种以上试剂分别进行反应，均阳性

16、或阴性方有可信性。 3 仲胺一般不与生物碱沉淀试剂反应。如麻黄碱。 4 水溶液中如有蛋白质、鞣质亦可与此类试剂产生阳性反应，应在被检液中除掉这些成分。除掉方法工艺如下,小结,思考？ 生物碱沉淀反应所需的环境和净化处理的方法有哪些,如何用化学方法鉴别苦参中的总生物碱,二）显色反应,有些生物碱能和某些试剂反应生成特殊的颜色，叫做显色反应，常用于鉴识某种生物碱。这种生物试剂称为生物碱的显色试剂 但显色反应受生物碱纯度的影响很大，生物碱愈纯，颜色愈明显。 生物碱的显色反应原理尚不太明了，一般认为是氧化反应、脱水反应、缩合反应或氧化、脱水与缩合的共同反应,常用的显色剂,1）矾酸铵一浓硫酸溶液（Mande

17、lin试剂）为1矾酸铵的浓硫酸溶液。如遇阿托品显红色，可待因显蓝色，士的宁显紫色到红色。 （2）钼酸铵一浓硫酸溶液（Frohde试剂）为1钼酸钠或钼酸铵的浓硫酸溶液，如遇乌头碱显黄棕色，小檗碱显棕绿色，阿托品不显色。 （3）甲醛一浓硫酸试剂（Marquis试剂）为30甲醛溶液0.2ml与10ml浓硫酸的混合溶液。医学教|育网|收集整理如遇吗啡显橙色至紫色，可待因显红色至黄棕色。 （4）浓硫酸如遇乌头碱显紫色、小檗碱显绿色，阿托品不显色。 （5）浓硝酸 如遇小檗碱显棕红色，秋水仙碱显蓝色，咖啡碱不显色,补充：成盐（Alk成盐的机理） 生物碱与酸成盐，对质子化来说，仲胺、叔胺生物碱成盐时，质子多结

18、合于氮原子。 季胺碱、氮杂缩醛、烯胺以及具有涉及氮原子的跨环效应形式存在的生物碱，质子化则往往并非发生在氮原子上,1.季胺碱的成盐,2.含氮杂缩醛Alk的成盐,2.含氮杂缩醛Alk的成盐,3.具有烯胺结构Alk的成盐,3.具有烯胺结构Alk的成盐,稠环桥头N原子不能形成亚胺形式的盐,4.涉及氮原子跨环效应Alk的成盐,N原子孤电子对空间上靠近酮基时，则产生跨环效应,4.涉及氮原子跨环效应Alk的成盐,一）提取 1.酸水提取法 （离子交换树脂法、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,第四节 提取与分离,1.酸水提取法：冷提法（渗漉法、冷浸法） 原理：利用生物碱盐易溶于水

19、，难溶于或不 溶于亲脂性有机溶剂的溶解性能，用 水进行提取 酸性水0.5% 1%H2SO4、HCl、HOAc等,提取过程,优点： 将生物碱的大分子有机盐转变为小分子无机盐，增大在水中溶解度 方法简单 溶剂廉价,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： （1）离子交换树脂法 （2）沉淀法,1）离子交换树脂法,方法优点: 生物碱纯度高 有机溶剂用量少 离子交换树脂再生后可以反复使用,2）沉淀法 酸提碱沉法,2）沉淀法 盐析法：适用中等弱碱,2）沉淀法 雷氏铵盐沉淀法,2、有机溶剂萃取法,酸水提取液用碱液碱化得生物碱 亲脂性有机溶剂萃取 合并萃取液，回收有机溶剂得总生

20、物碱,醇类溶剂提取法 原理：游离生物碱及其盐一般都能溶于乙醇和 甲醇 提取方法：浸渍法、渗漉法、加热回流（连续 回流）提取法,提取过程,生 药,H+ / H2O,药 渣,醇 液,OH-/H2O,醇或酸性醇,挥醇；加酸水,碱性较弱的碱,亲水性Alk,CHCl3,沉 淀,Alk,OH-/H2O CHCl3,优点： 应用范围广，对生物碱和生物碱盐均、可溶解，水溶性杂质较少。 缺点：脂溶性杂质多 纯化方法： 酸水溶解，碱化，有机溶剂萃取法纯化总生物碱,3.亲脂性有机溶剂提取法 原理：利用游离生物碱易溶于低极性有机溶剂，提取时，先用碱水（氨水、石灰乳等）将药材湿润，既可使药材吸水膨胀，又能使生物碱游离，

21、再用亲脂性有机溶剂（三氯甲烷、苯、乙醚等）进行提取 提取方法：冷浸法、加热回流（连续回流）提取法,提取过程,生 药,残 渣,CHCl3,CHCl3,H+/H2O,碱化（如NH4OH）（使Alk游离） 渗滤（或浸渍）（如CHCl3等,H+/H2O,OH-/H2O,Alk沉淀,亲水性Alk,碱性较弱的Alk,优点：选择性强，只能提取亲脂性生物碱，亲水性生物碱不被提出； 缺点：此类溶剂穿透力较弱，需长时间反复提取；毒性大、易燃易爆，使用时应注意安全；价格昂贵，设备要求高。 纯化方法：酸水溶解，碱化，有机溶剂萃取法纯化总生物碱,分离,生物碱的分离,系统分离,特定分离,多用于基础研究,侧重于生产实用,总

22、 碱,单体Alk的分离,类别 指酸碱性强弱,部位 指极性不同,依据Alk的理化性质,二、分 离,分离方法 分离依据分离方法 溶解性重结晶法 、沉淀法 碱性pH梯度萃取法 极性色谱法,一）总生物碱的分离,二)单体生物碱的分离,1、利用生物碱碱性的差异进行分离 pH梯度法 操作方法： （1）总生物碱溶于酸水，分次加碱液碱化，有机溶剂萃取。 注意：加入碱水碱性要由弱到强逐渐增加,2,pH梯度萃取法 首先考虑的问题： 所选溶剂pH值多少为宜？ 萃取几次能完全？ 萃取溶剂的最佳体积,1）确定pH值的方法 缓冲纸色谱,1）确定pH值的方法,1）确定pH值的方法,C,1）确定pH值的方法,1）确定pH值的方

23、法 利用pKa值来确定pH值 pKa与pH关系,1）确定pH值的方法 利用pKa值来确定pH值,例：某Alk的pKa=8.0，用CHCl3从H2O中萃取，H2O的pH应调多少,pH = pKa + 2 = 8 + 2 = 10,2）判断分离的难易程度萃取次数,2）判断分离的难易程度萃取次数,100 1次萃取可达90%以上 10 萃取需1012次 2 需1000次以上萃取（CCD法） 1 不能分离,3）萃取溶剂的最佳体积容积比（R,例：设K1=1.3 K2=3.0 按上式计算得 R=1/2。 即，有机相与水相容积比为1:2，1份有机相与2份水相进行萃取,3.色谱法 吸附剂：柱色谱法常用氧化铝（偶

24、用硅胶）； 展开剂：游离Alk常以苯、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,提取分离实例长春碱与长春新碱,长春花全草,干粉80目,苯渗漉液,药 渣,苯 液,H+/H2O,苯渗漉,pH=4,6%酒石酸水溶液萃取,过滤，氨水碱化至 pH=67 CHCl3提,除水杂,除脂杂,除碱性较强的成分,H2O,CHCl3,弱碱,Alk硫酸盐,回收氯仿，蒸干 溶于无水乙醇 H2SO4调pH=3.84.1 Alk沉淀,溶于H2O，氨水碱化至 pH=89 CHCl3萃取,除脂杂,除水杂,精 制,H2O,CHCl3,游离Alk,长春碱,醛基长春碱,回收氯仿,溶

25、于苯:氯仿(1:2)液中 通过Al2O3吸附柱 用苯:氯仿(1:2)洗脱,色谱分离,一、理化鉴定 物理方法形态、 颜色、 熔点 化学方法 沉淀反应 、显色反应,第四节 鉴 定,沉淀反应 1. Dragendorff 试剂 (KBiI4试剂) 2. Mayer试剂 (K2HgI4) 3. Wagner 试剂 (KI.I2) 4. Bertrad 试剂 (SiO2.12WO3.nH2O,注意： 反应介质？ 干扰物质？ 供试液的制备：排除水溶性杂质的酸水液,一)薄层色谱法 1.硅胶TLC 展开剂: 三氯甲烷为基本溶剂多用碱性下 有机溶剂展开 显色剂: 改良碘化铋钾橘红色 ALK硅胶TLC鉴定易拖尾，

26、如何克服？ 展开剂中加入有机碱（乙二胺、氨水） 展开缸中氨蒸汽饱和 铺板时加入无机碱克服硅胶的酸性 酚酸类成分硅胶TLC、PC如何克服拖尾现象,二、色谱鉴定,2、分配薄层色谱 支持剂：硅胶或纤维素 固定相：甲酰胺 展开剂：甲酰胺饱和的亲脂性有机溶剂 显色剂：日光或荧光下观察或选用改良碘 化铋钾试剂,二） 纸色谱（PC） 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（苯和氯仿等）作展开剂 显色试剂中不能含有硫酸,三）高效液相色谱法（HPLC） 反相分配色谱 固定相：Rp C18（C8）烷基键合相 流动相：甲醇（乙

27、腈）-水，含有约0.01mol/L 0.1mol/L磷酸缓冲液、碳酸铵或醋酸钠（pH4pH7,四）气相色谱法（GC） 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。 用二苯胺作内标物,1.生物碱含义与生物碱分类 2.生物碱性质： 溶解性：脂溶性、水溶性、两性ALK 碱 性：碱性表示、影响因素、碱度比较 3. 生物碱的提取 总碱的提取、纯化方法 水溶性生物碱的提取纯化方法 4. 生物碱的分离： 系统分离与特定生物碱的四种分离方法 5.生物碱的鉴定: 沉淀反应与色谱方法,练 习 题,一、选择判断题 二、是非题 三、化学鉴别题 四、分析比较碱性大小 五、提取分离,一、选择判断题,用pH梯度萃取法从氯仿中分离生物碱时，可顺次用（ ）缓冲液萃取。 A. pH= 83 B. pH= 68 C. pH= 814 D. pH= 38,生物碱的盐若从酸水中游离出