天然药物化学-第九章-生物碱

,第九章 生物碱,第一节 概述,一、生物碱的含义 天然产的的一类含氮有机化合物 多数有氮杂环结构 多数具有碱性 多有较强的生物活性 正确理解生物碱的含义 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 有例外，麻黄碱、秋水仙碱。,主要分布于植物界 特别是高等植物的双子叶植物 如：毛茛科、防己科、罂粟科、茄科等 单子叶植物中较少 如：百合科、石蒜科等 裸子植物和低等植物中个别存在,二、生物碱的分布特点,多以生物碱盐存在 多与有机酸成盐 少数与无机酸成盐 有游离生物碱 少以酯、苷、氮氧化物存在,二、生物碱的存在方式,第二节 结构和分类,依母核化学结构，分为6类： 一、有机胺类生物碱 特点：N不在环内,麻黄碱,秋水仙碱,益母草碱,二、吡啶类生物碱 （一）哌啶和吡啶类：,槟榔碱（槟榔）,烟碱（烟草）,毒芹碱,哌啶,吡啶,二、吡啶类生物碱 （二）吲哚里西啶类：,吲哚里西啶,一叶萩碱,二、吡啶类生物碱 （二）喹喏里西啶类：,喹喏里西啶,苦参碱,氧化苦参碱,三、 莨菪烷类生物碱,莨菪碱（阿托品）,莨菪烷,莨菪醇的有机酸酯,四、异喹啉类生物碱 （一）简单异喹啉型,（二）苄基异喹啉型,罂粟碱,四、异喹啉类生物碱 （三）双苄基异喹啉型 2分子苄基异喹啉通过醚键结合而成,蝙蝠葛碱 （北豆根）,四、异喹啉类生物碱 （四）原小檗碱型 可视为2分子异喹啉稠合而成,延胡索乙素,小檗碱（黄连素）,原小檗碱型,小檗碱型,四、异喹啉类生物碱 （五）吗啡烷型,青藤碱,R,吗啡烷,五、 吲哚类生物碱 （一） 单吲哚型：靛青苷（蓼蓝）,吲哚,靛青苷,五、 吲哚类生物碱 （二） 色胺吲哚型：,色胺,吴茱萸碱,五、吲哚类生物碱 （三） 半萜吲哚型： 色胺接1个异戊二烯单位,麦角新碱 （麦角）,五、吲哚类生物碱 （四） 单萜吲哚型： 色胺接1个单萜,利血平,五、吲哚类生物碱 （五） 二聚吲哚型： 2分子单萜吲哚聚合而成 如：长春碱、长春新碱 p52,五、其它类生物碱 （一） 吡咯类衍生物：,吡咯 四氢吡咯 吡咯里西啶,大叶千里光碱,水苏碱,五、其它类生物碱 （一） 吡咯类衍生物：,吡咯 四氢吡咯 吡咯里西啶,大叶千里光碱,水苏碱,五、其它类生物碱 （二） 喹啉类衍生物：,奎宁,喹啉,五、其它类生物碱 （三） 嘌呤及黄嘌呤衍生物：,黄嘌啉,嘌啉,香菇嘌啉,咖啡因,五、其它类生物碱 （四）萜类衍生物：,单萜类生物碱：猕猴桃碱、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,五、其它类生物碱 （五）甾体类生物碱：,百合科植物多含此类生物碱，如贝母碱（贝母）,（六）大环类生物碱：,N原子位于大环上， 如美登木碱,常见氮杂环类生物碱基本母核类型：,吡咯,四氢吡咯,吡咯里西啶,吲哚里西啶,吲哚,蒎啶,吡啶,莨菪烷,喹喏里西啶,嘌呤类,喹啉,异喹啉,吗啡烷类,苄基异喹啉,原小檗碱型,小檗碱型,第二节 生物碱的理化性质,一、性状 形态： 多呈结晶态； 少数呈液态：小分子 无氧或氧呈酯键-烟碱、 槟榔碱 个别有挥发性（小分子固体-麻黄碱 极少数升华性 -咖啡因 味道：多苦，极少甜味-甜菜碱 颜色：多无色或白色，少数呈色小檗碱,二、旋光性 多有旋光（不对称碳原子或不对称中心） 多呈左旋性。 生物活性与旋光活性密切相关，常左旋活性大于右旋,三、 碱性 7 1S2 2S2 2P3 碱性的来源 N： H+ (接受质子) 碱性强弱的表示方法 pka pKa=-lgKa， 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（SP3 pKa9.5）,异喹啉（SP2 pKa5.4）,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 （pKa 13.6） 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） pKa 7 11 中强碱（脂肪胺类仲胺、叔胺） pKa 2 7 弱碱 （ 芳胺、芳氮杂环） pKa 2 极弱碱（酰胺类）,三、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N O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。,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）。,第六节 生物碱的提取与分离,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,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,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pH910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）,12%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pH910 CHCl3萃取,CHCl3液,碱水液,12%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