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第十章生物碱(1)._图文

? 【目的要求】
? 1、了解生物碱的分布、存在。

? 2、熟悉生物碱的生源途径。
? 3、掌握生物碱的含义、结构分类、理化 性质 ? 4、掌握生物碱的提取分离和检识方法

主要内容
? 第一节 ? 第二节 ? 第三节 ? 第四节 ? 第五节 ? 第六节 ? 第七节 概述 生物碱的结构分类 生物碱的理化性质 生物碱的提取分离 生物碱的检识 生物碱的结构研究 含生物碱中药实例

第一节
?

概述

生物碱,长期来一般是指来源于植物 界的一类含氮有机化合物,大多具有较复 杂的氮杂环结构,并具有生理活性和碱性。 ? 现在,人们从海洋生物、微生物及昆 虫的代谢产物中亦发现含有不少类似的有 机含氮化合物,有时也称它们为生物碱。 因此,从产义的范围讲,生物界除去生物体 必须的含氮化合物,如氨基酸、多肽、蛋 白质和B族维生素等外,其他所有的含氮有 机化合物都可视为生物碱。

概述
? 一、生物碱的研究里程 ? 二、生物碱生理活性 ? 三、生物碱在自然界的分布

? 1803年Derosne首先 从鸦片中得到第一个 生物碱那可汀

? 其后1806年德国 Serturene又从鸦片 中得到吗啡

? 1810年西班牙医生Gomes从金鸡 纳树皮中分得结晶,以后证明主 要是奎宁和辛可宁

1917年发现士的宁、吐根碱
?

1819年发现马钱子碱、胡 椒碱、咖啡碱

1820年发现奎宁、秋水仙碱

? 我国赵学敏在《本草 纲目拾遗》中记载, 17世纪初《白猴经》 一书中即记述了从乌 头中提炼出砂糖样毒 物作箭毒用,用现代 的观点分析,该物质 应是乌头碱。这比欧 洲科学家发现的生物 碱要早二百年左右。

?

由于生物碱结构较为复杂,虽然19世 纪初提出不少生物碱,但当时并未确定结 构式,直到1870年才首次搞清较为简单的 毒芹碱结构式。

?

对于复杂结构生物碱结构式的确定多数 是在20世纪,如士的宁直到1946年才得到 正确的结构式等。现在由于提取分离手段 及波谱法用于结构式的测定得到较快地发 展,生物碱的种类和数量都增加很快,有 人统计已达万种。

一、概述
二、生物碱生理活性 鸦片中的吗啡——镇痛作用

麻黄中的麻黄碱——止喘作用
长春花中的长春碱——抗癌活性

黄连中的小檗碱——抗菌消炎作用
山莨菪碱——抗中毒性休克作用

生物碱化学结构的研究为合成药物提供了线索,如:

?

当前除了提取分离生物体中大量和微 量的生物碱并测定它们的结构式外,生物 碱的全合成和半合成工作也是重要的研究 领域,而且发展的速度很快。1889年首次 全合成了毒芹碱。近年来自美登木中提取 鉴定的具有抗癌活性的极微量生物碱美登 木碱为化学结构复杂的含氮大环化合物, 经过短短的数年已有全合成的报道。 ? 此外,通过对生物碱构效关系的研究, 进行结构改造,寻找疗效更高,结构更为 简单,并且便于大量生产的新型药物,也 是一个重要的研究领域。

三、生物碱在自然界的分布
?
生物碱在植物界分布较广,但主要分布在高 等植物中,尤其是双子叶植物中的毛茛科、防 己科、婴粟科、茄科、夹竹桃科、芸香科、豆 科等100多科的植物中。 ? 单子叶植物中分布较少,如百合科、石 蒜科和兰科等。裸子植物中更少,如麻黄科、 红豆杉科、三尖杉科的少数目植物中。 ? 低等植物中的地衣类和苔藓类未发现生 物碱,蕨类及菌类只有极个别的植物中存在生 物碱,如麦角菌含有麦角生物碱类。

在不同组织和器官中的分布
生物碱在植物体的各种器官和组织都可 能存在,但对生某种植物来说,往往是集中在 某一器官。例如,麻黄生物碱在麻黄的髓部含 量高,防己生物碱在防己的根部较多,黄柏生 物碱主要存在于树皮部分,具抗癌活性的三尖 杉酯碱则在三尖杉植物的枝、叶、根、种子各 部分都有存在,但以叶和种子中含量高。

在不同植物中的分布
? 植物中生物碱含量的多少差异极 大,如金鸡纳树皮中生物碱含量在 1.5%以上,而长春花中长春新碱含 量仅百万分之一,美登木中美登木碱 含量仅千万分之二。 ? 一般植物中含生物碱量达到千分 之一以上就算比较高了。

影响生物碱含量的因素
? 同科同属植物,甚至同种植物中,生 物碱的有无及含量高低还受生长环境、季 节等因素的影响。如欧洲产的麻黄,麻黄 碱的含量很低,而我国产的则含量较高。 而产于山西大同附近的麻黄又较其他地区 为高,可达1.6%,并且以秋末冬初采收的 含量最高。

生物碱在植物体内分布特点
? 含生物碱的植物很少只含有一种生物碱, 多数是数种或数十种生物碱共存,如长春 花已知含70多种生物碱。由于同一植物中 的生物碱往往来源于同一个前体,因此它 们的化学结构往往类似,同科同属植物中 的生物碱也往往属同一结构类型。了解此 点,对寻找新的药用植物资源及化合物的 鉴别和推定结构都是非常有意义的。

一、概述 植物古柯中的有效成分古柯碱(cocaine)虽 有很强的局部麻醉作用,但是毒性较大,久用容易成 瘾

古柯碱 cocaine (可卡因)

普鲁卡因 procaine (合成品)局麻药

一、概述 ㈠生物碱的定义 ?指天然产的一类含氮的有机化合物;

?多数具有碱性且能和酸结合生成盐;
?大部分为杂环化合物且氮原子在杂环内;

?多数有较强的生理活性。
定义:存在于生物体内具有显著生物活性的含 N原子的碱性有机物。 ㈡分布 存在于一百多个科中如:豆科、茄科、防己 科、罂粟科、毛茛科等植物中。

一、概述 ㈢存在形式 1.游离碱:碱性极弱,以游离碱的形式存在。 2.成 盐:有机酸盐:柠檬酸、酒石酸等;特

殊的酸类盐:乌头酸、绿原酸等;无机酸盐:硫 酸、盐酸等。 3.苷 4.酯 类:以苷的形式存在于植物中; 类:多种吲哚类生物碱分子中的羧基,

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。

五、生物碱的生物合成 ?生物碱的生物合成途径是通过

氨基酸途径
?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。

生物碱的生物合成

合成生物碱的氨基酸主要有:
鸟氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、色氨 酸、邻氨基苯甲酸、组氨酸等 上述这些氨基酸的骨架大部分保留在 所合成的生物碱中

一、概述 ㈣命名规则 1. 类型的命名 ⑴基核的化学结构,如吡啶、喹啉、萜类等; ⑵以来源植物命名,如石蒜科生物碱等。 2.单体成分的命名 ⑴以植物来源的属、种的名称命名;如 一叶萩碱 ⑵也有以生理活性或药效命名,如:吗啡(使睡眠)

⑶以人名命名的;如:pelletierine

一、概述 ㈤分类方法 1.按植物来源分类; 如:石蒜生物碱,长春花生物碱; 2.按化学结构分类; 如:异喹啉生物碱、甾体生物碱;

3.按生源结合化学分类;
如:来源于鸟氨酸的吡咯生物碱。

第二节 生物碱的结构分类
? 生物碱的分类方法有数种,但都存在 一定的缺点 ? 1、按照生物碱生源途径分类法 ? 2、生物碱结构中氮原子存在的主要 杂环母核进行分类

1、按照生物碱生源途径分类法
? 生物碱的生源途径主要有两方面,
? 一是由氨基酸为前体,另一是由甲瓦龙酸 为前体。 ? 前者生成的生物碱又称真生物碱, ? 后者生成的生物碱又称伪生物碱。

形成真生物碱的氨基酸及 生物碱含氮母核类型
? 鸟氨酸:吡咯类、吡咯里西啶类、莨菪烷类;

? 赖氨酸:哌啶类、吲哚里西啶类、喹喏里西啶 类; ? 苯丙氨酸-酪氨酸:苯丙胺类、苄基苯乙胺类、 异喹啉类、吐根碱类。 ? 色氨酸:吲哚类 ? 邻氨基苯甲酸:喹啉类、吖啶酮类、喹唑啉类; ? 组氨酸:咪唑类。

2、氮原子存在的主要杂环母核进行分类 ? ? ? ? ? ? ? 一 、吡咯生物碱 二、莨菪烷类生物碱 三、哌啶类生物碱 四、喹啉类生物碱 五、吖啶酮类生物碱 七 、咪唑类生物碱 六、喹啉唑类生物碱

? ? ? ? ? ? ?

八、异喹啉类生物碱 九 、吲哚类生物碱 十、嘌呤及黄嘌呤类生物碱 十一、大环类生物碱 十二、萜类生物碱 十三 甾体类生物碱 十四、有机胺类生物碱

? (一)鸟氨酸系生物碱
? 来源于鸟氨酸的生物碱主要包括吡 咯烷类、莨菪烷类和吡咯里西啶类 生物碱。

二、分类

1、吡咯烷类 生物碱

四氢吡咯

水苏碱

红古豆碱

2、莨菪烷类生物碱
? 这类生物碱大多数是由莨菪烷衍生的 氨基醇和不同有机酸缩合成酯,有一元 酯和二元酯,亦有以非酯形式存在。莨 菪烷上的醇羟基多在3位,有平伏羟基 和直立羟基之分,前者为莨菪醇,后者 为伪莨菪醇。 ? 这类生物碱主要存在于茄科、旋花 科、高根科和红树科。

3吡咯里西啶类
? 这类生物碱是二个吡咯烷共用一 个氮原子的稠环衍生物。它们大多数 是由氨基醇和不同的有机酸两部分缩 合形成,结构中多以11或12元双内酯 形式存在,少数以单酯形式存在。这 类生物碱的生物活性较强,但毒性也 较大,特别能导致肝中毒。主要分布 在菊科千里光属植物中。

? (二)赖氨酸系生物碱
? 来源于赖氨酸的生物碱有蒎啶类、 喹诺里西啶类和吲哚里西啶类。

?

这类生物碱主要为哌啶衍生的生物碱, 亦有一些是由吡啶衍生的。数目较多,主 要的可分为几小类 ? (一)哌啶 ? (二)吲哚里西啶类 ? (三)喹喏里西啶类

1、哌啶

2、吲哚里西啶类
? 这是哌啶和吡 咯共用一个氮原子 的稠环衍生物。数 目较少,但有较强 的生物活性,如存 在于一叶萩中的一 叶萩碱具有对中枢 神经的兴奋作用, 存在于娃儿藤属植 物中的娃儿藤定碱 具有显著的抗癌作 用。

?

3、喹喏里西啶类
这类生物 碱是由二个哌 啶共用一个氮 原子的稠环衍 生物。数目不 太多,主要分 布在豆科和千 屈菜科植物, 在石松科中亦 有存在。

二、分类
(三)苯丙氨酸和酪氨酸系生物碱

1、苯丙胺类生物碱

结构特点

氮原子不结合在环内的一类生物碱。

CH
NH 2
苯丙胺

CH

CH 3

OH

NHCH 3

ephedrine

pseudoephedrine

麻黄碱的特点: 游离时可溶于水,能与酸生成稳定的盐,
有挥发性,不易与大多数生物碱沉淀试剂反应生成沉淀。

1、苯丙胺类生物碱

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

二、分类

2、异喹啉类生物碱 (1)小檗碱类和原小檗碱类
4 3 5 6

O N
7 8

异喹啉 isoquinoline MeO
MeO N OMe OMe

2 1 13

O

N

+ OH OMe

9 12 11 10

OMe

原小檗碱

小檗碱

延胡索乙素

2、异喹啉类生物碱 (2)苄基异喹啉类
MeO MeO MeO N HO CH 3 CH 3

(3)双苄基异喹啉类
OMe MeO

+

N

H 3C N H

OMe

MeO

N CH 3 H

MeO OMe HO

O OH

罂粟碱

厚朴碱

蝙蝠葛碱

2、异喹啉类生物碱 (4)吗啡烷类
RO HO MeO HO O CH3 N MeO MeO O CH3 N

CH3 N

O

CH3 N

HO

吗啡烷

R = H 吗啡 R = CH3 可待因

蒂巴因

青风藤碱

3、苄基苯乙胺类生物碱
OH HO MeO O N O N CH 3 O OH

N

石蒜碱

加兰他敏

二、分类

(四)色氨酸系生物 碱

1、 简单吲哚类 2、色胺吲哚类 3、半萜吲哚类 4、单萜吲哚类

1、单吲哚类
? 这类生物碱结构中只含有一个氮原子,即 只有吲哚母核

2、色胺吲哚类
? 这类生物碱只具有色胺部分组成的结构,含 两个氮原子,结构比较简单。

3、半萜吲哚类
? 这类生物碱主要存在于麦角。由色胺构成 的吲哚衍生物上接一个异戊二烯单位后形成

麦角 又称麦角菌、黑麦乌米.为真菌门麦角菌 科麦角菌属中的麦角菌.这种菌常寄生在禾本科麦 类植物的子房内,当其菌核形成时,则露出子房外,呈 紫黑色的、质地较坚硬的、形状又像动物的角,所 以叫麦角菌.是一种寄生菌.夏、秋季麦穗黄熟时采 收.阴干或烘干后备用.

4、单萜吲哚类
? 这类生物碱结构复杂,数量多,是由 色氨和一个10C或9C的单萜形成的吲哚 类生物碱,一般根据单萜部分的结构分 为三类,即 ? 柯南因-士的宁碱型(A,杯型) ? 白坚木型(B,人型) ? 依波加明型(C,船型)

二、分类

(五)邻氨基苯甲酸系生物碱

COOH

NH2
OMe
O O OMe

N

N

O

N H

N CH3

O

喹啉

白鲜碱

吖啶酮

山油柑碱

二、分类

(六)组氨酸系生物碱

N H3C N H O O

N CH3 N
N

咪唑

毛果芸香碱

二、分类

(七) 萜类生物碱
1.单萜类生物碱 如龙胆碱(gentianine)。 2. 倍半萜类生物碱 如石斛 (Dendrobium nobile)中的石斛碱 (dendrobine)。 3.二萜类生物碱 如乌头碱(aconitine)。 4. 三萜类生物碱 (较少)
龙胆碱(gentianine)

石斛碱 dendrobine

乌头碱

二、分类

(八) 甾体类生物碱
H H N CH3 OH

H H N

H N H3C

HO HO

环常绿黄杨碱D (cyclovirobuxine)

藜芦胺碱 (veratramine)

贝母碱 peimine verticine

二、分类 (九) 大环生物碱类

美登碱 maytansine

高效低毒、安全幅度大的抗癌活性成分

二、分类 (十) 其他类型生物碱
N-甲基吗啉-N-氧化物

四甲基吡嗪(川芎嗪) tetramethylpyrazine

莲氏花烷 间千金藤碱 hasubanane metaphanine

短防已碱 acutumine

本 章 内 容

?

第三节


理化性质★ ★ ★ ★

一、物理性质 (一)性状

1.形态 ? 多为结晶固体,少为粉末;有熔点。
? 少数常温下——液体(多不含氧, 若含氧, 多成酯键)

少数常温下——液体, 例:
COOCH3
N H N

N Me

毒藜碱 (dl-anabasine)

槟榔碱 (arecoline)

N N Me

菸碱 (nicotine)

O O + N Zn H2SO4 OMe OMe

O O N OMe OMe

小檗碱 (黄色)

四氢小檗碱 (无色)

颜色

一叶萩碱呈黄色,这是因为氮上的孤对 电子与共轭系统形成跨环共轭。
O O H N

一叶萩碱 (securinine)

一叶萩碱成盐后无色

(一)性状
3.味觉——多具苦味。 4.挥发性——多生物碱无挥发性,少数 具挥发性。 如麻黄碱、烟碱等具有挥发性, 可用水蒸气蒸馏提取。

(二)旋光性

多为左旋光性。
有的产生变旋现象。 如:菸碱 中性溶液——左旋光性 酸性溶液——右旋光性 多数左旋体呈显著生理活性。
N N Me

菸碱 (nicotine)

(三)溶解度 影响生物碱溶解度的因素有很多 氮原子的存在状态、 分子中极性基团的有无及多少

溶剂的种类

6.溶解度 (1)游离碱 类别 非酚性 季铵碱 氮氧化物 极性 较弱 强 溶解性 脂溶性 水溶性 H2O CHCl3 H+ OH— + + — + + — ± + — + + + + + — + + + +

半极性 中等水溶 脂溶性 水溶性

两性: Ar-OH 较弱 -COOH 强 *酸、碱均为1%。

(1)游离生物碱
大多数的游离生物碱 难溶于水, 可溶于有机溶剂, 如:MeOH,EtOH,Me2CO,CHCl3 Et2O 酸水 等等。

(2) 生物碱盐
? 多易溶于水 , 醇,不溶或难溶有机溶剂。 ? 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。

溶解度 有些生物碱的溶解性不符合上述规律 吗啡为酚性生物碱难溶于氯仿、乙 醚,可溶于碱水。 石蒜碱易溶于水难溶于有机溶剂 喜树碱不溶于一般有机溶剂,溶于 酸性氯仿中 小檗碱盐酸盐、麻黄碱的草酸盐难溶 于水

游离碱
OMe Me N OH O O OMe MeO N Me

去甲基粉防己碱 (demethyltetrandrine)

Ar-OH 由于空间位阻且能形成分子 内氢键所以不溶于碱水。

二、化学性质★★★★ (一)碱性★★★★

碱性是生物碱最重要的化学性质, 也是提取、分离和结构鉴定的理 论依据。

(一)碱性 1.生物碱碱性的来源 根据 Lewis 酸碱电子理论,凡是能 给出电子的授体为碱。 根据Br?nsted酸碱质子理论,凡是 能接收质子的受体为碱。

生物碱碱性的来源 生物碱分子中氮原子上的孤对电子 能给出电子或接受质子而使生物碱 显碱性。

+ N: + H 生物碱

N: H 生物碱盐

+

2.碱性强弱的表示方法 B + H2 O BH+ + OH-

[B] pKa = pKw - lg [BH+] pKa=pKw-pKb

游离
成盐

生物碱的碱性统一用 pKa 来表示, pKa 越大,碱性越强。

碱性强弱的表示方法
生物碱的碱性与pKa的关系 pKa<2为极弱碱; pKa 2~7为弱碱; pKa7~11为中强碱; pKa 11以上为强碱。

碱性强弱的表示方法
生物碱的碱性基团pKa大小的顺序:

胍基 > 季铵碱 > N-杂环 > 脂肪胺 ≈ N-芳杂环 > 酰胺 ≈ 吡咯

3.生物碱碱性与分子结构的关系

生物碱的碱性大小与氮原子的杂 化方式、电子云密度、空间效 应及分子内氢键 等 有关。

3.生物碱碱性与分子结构的关系
(1)杂化方式

在杂化轨道中, p 电子活动性大而容易 给电子,因此p成分比例大,碱性强。
SP3 ( N ) > SP2 ( N C ) > SP ( C 5~6 N)

pKa 10~

0~1

碱性随着杂化程度的升高而增强。

3.影响碱性强弱的因素
(1)杂化方式

杂化方式

N 吡啶

N H 胡椒啶

pKa =5.2 (SP2)

pKa =11.2 (SP3)

杂化方式

N 异喹啉

NH 四氢异喹啉

pKa =5.4 (SP2)

pKa = 9.5 (SP3)

NH

N

RC N
氰类 (SP 中性 )

四氢异喹啉 (SP3 pKa9.5)

异喹啉 (SP2 pKa5.4)

(2)诱导效应 ? 生物碱分子中氮原子上的电子云密度 受氮原子附近取代基性质影响。
? 氮原子上的电子云密度增强,碱性 也增强,反之则减弱。
NH3 胺 Me NH2 伯胺 H Me N Me 仲胺 Me N Me Me 叔胺

? 连接供电基团则使碱性增强 。

诱导效应

CH OH

CH

CH3

CH OH

CH NH2

CH3

NHCH3

麻黄碱

去甲麻黄碱

pKa =9.58
CH2 CH NH2 CH3

pKa = 9.00

苯异丙胺

pKa =9.80

诱导效应

COOCH3 H N CH3 O C O

H N CH3 O C

可卡因

托哌可卡因 O

pKa:

8.31

9.38

诱导效应

? 通常双键和羟基的吸电子诱导效应使 生物碱的碱性减小。 ? 但具有氮杂缩醛结构的生物碱常易于 质子化,而显强碱性。
N CH H OR
H+ OH+ N C H

+ ROH

氮杂缩醛

诱导效应 如氮原子的邻位碳上具α、β双键或α-羟基 者,可异构成季铵碱,使碱性增强。

O O N

O

OH
OMe OMe

O

N

+ OH OMe OMe

醇胺型小檗碱

季铵型小檗碱

诱导效应

异构化
N N Me MeOOC O

_ N

+ N Me

MeOOC

O

蛇根碱

pKa = 10.8

诱导效应 氮杂缩醛体系中氮原子位于桥头时,因具 有刚性结构不能发生质子化异构,相反 由于OH吸电子效应,碱性减小。
HO N H OH

N Me

pKa=8.15 阿马林 (ajmaline)

诱导效应

N: N O O
OH N O O N:

士的宁 pKa=8.29 (strychnine)

pKa=5.60 伪士的宁 (pseudostrychnine)

(3)诱导-场效应:碱性降低。

生物碱分子中如有一个以上的氮 原子时,即使各个氮原子的杂化 形式和化学环境完全相同,各氮

原子的碱性也是有差异的。

诱导-场效应

当其中一个氮原子质子化后,就产
生一个强的吸电基团 -N+HR2 ,它 对另外的氮原子产生两种碱性降

低的效应,即诱导效应和诱导场
效应。

诱导-场效应

N N

ΔPKa = 8.1

无叶豆碱 (sparteine)

(4)共轭效应 生物碱分子中氮原子的孤电子对与 π 电 子基团共轭时一般使生物碱的碱性减弱

CH3NHCOO 1 N

CH3 3 N CH3

N1: Pka =1.76 N3: Pka =7.88

CH3

毒扁豆碱 (physostigmine)

共轭效应
.. N
NH2 NH2

C R

O

环己胺 Pka =10.64
O O

苯胺 Pka =4.58
O N

酰胺
O Me O N N Me N N Me

胡椒碱

pKa=1.42

咖啡因 pKa=1.22 (caffeine)

共轭效应

氮原子的孤电子对p电子的轴与共轭体系的 π 电子轴共平面而产生 p-π 共轭效应,多 一CH3的存在,使p-π共轭减弱

CH3 N H3C CH3 H3C N CH3

pKa:

4.39

5.15

? 总结 ? 苯胺型: p—π共轭,氮原子周围电子云密度下 降,碱性降低。 ? 酰胺型:p—π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,pKa大,碱性强)。

(5)空间效应
氮原子由于附近取代基的空间立体障碍或分

子构像因素,而使质子难于接近氮原子,
碱性减弱。
N CH3
O N CH3 HOH2C OCO CH

HOH2C OCO CH

莨菪碱 (hyoscyamine)

东莨菪碱 (scopolamine)

pKa: 9.65

7.50

(6)氢键效应 当生物碱成盐后,氮原子附近如有羟基、 羰基,并处于有利于形成稳定的分子 内氢键时,氮上的质子不易离去,碱 性强。
H C HO H C CH3 NHCH3
HO C H H C CH3 NHCH3

麻黄碱 (ephedrine)

伪麻黄碱 (pseudoephedrine)

pKa: 9.58

9.74

氢键效应

Me O H2 H1 + N H H H Me
H2 H

Me H1 + N H H Me

O

麻黄碱 (ephedrine)

伪麻黄碱 (pseudoephedrine)

影响碱性强弱的因素小结
O N H > NH2

N OH >
+

> N > Ar-NH2 > 叔胺 芳胺

季铵

仲胺

伯胺

N H

酰胺

供电子、氢键——碱性↑ 共轭、诱导,吸电子、空间障碍 —— 碱性 ↓

(二)沉淀反应★ ★ ★ ★ ★ ? 生物碱在酸性水或稀醇中与某些试

剂生成难溶于水的复盐或络合物的

反应称为生物碱沉淀反应。
? 发生沉淀反应的试剂称为生物碱沉

淀试剂。

三、理化性质

用途: 鉴别——试管、TCL或PPC显色剂; 提取分离——检查是否提取完全。

主要内容: 1.沉淀试剂
2.反应原理 3.反应条件 4.结果判断

生物碱沉淀反应

生物碱的酸水溶液 + 生物碱沉淀试 剂
酸水或者酸性醇

沉 淀

应用注意:
1.在酸性环境(酸水或者酸性醇)中进行。 2.检识时,至少用三种以上试剂同时进行方有可信性。

生物碱沉淀反应试剂
? ? ? ? ? ? 1 2 3 4 5 6 .碘化铋钾试剂 :桔红色沉淀 .碘化汞钾 :类白色沉淀 .硅钨酸试剂:淡黄或灰白色沉淀 .碘—碘化钾:红棕色沉淀 .苦味酸试剂:黄色结晶 .雷氏铵盐:红色沉淀或结晶

1.沉淀试剂 (1)碘化复盐类 ? 碘化铋钾(Dragendorff试剂)KBiI4,

橘红色至黄色
? 碘化汞钾 (Mayer 试剂 )K2HgI4, 类白 色 (2)酚酸类 ? 硅钨酸(Bertrand试剂)SiO2?12WO3 灰白色

沉淀试剂

? 苦味酸(Hager试剂) 2,4,6-三硝基苯酚
黄色 (3)复盐类 ? 复 盐 — 雷 氏 铵 盐 (Ammoniumreineckate) 硫氰酸铬铵试剂,生成难溶性复盐 紫红色

3.沉淀反应条件
(1)通常在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)沉淀试剂不应加入多量。

(如:过量的碘化汞钾可使产生的沉淀 溶解)

4. 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

常规提纯方法(排除干扰方法) 中草药
酸水提取,浓缩

药渣

提取液
碱化,氯仿萃取

氯仿层
酸水萃取

水层
氨基酸,蛋白质,多糖, 鞣质

氯仿层

酸水层
生物碱

沉淀反应

(三)生物碱的显色反应
某些试剂能与个别生物碱反应生成不同颜色

溶液,这些试剂称为生物碱显色试剂。
Mandelin试剂(1%钒酸铵的浓硫酸溶液)

如莨菪碱显红色,奎宁显淡橙色。
Fr?hde试剂(1%钼酸钠的浓硫酸溶液) 如乌头碱显黄棕色,吗啡显蓝色。

Marquis试剂(30%甲醛溶液与浓硫酸溶液)
如吗啡碱显橙色至紫色,可待因显黄棕色。

第四节 提取分离★ ★ ★
一、总生物碱的提取 (一)水或酸水提取法

具有一定碱性的生物碱在植物体内 都以盐的形式存在,可选用水或 酸水提取。 冷提法(渗漉法、冷浸法)

酸性水——0.1~ 1%H2SO4、HCl、
HOAc等

酸水提取法的优缺点 优点 ? 提取方法比较简便。

?

使生物碱的大分子有机酸盐变为小分子
无机酸盐,增大在水中的溶解度。 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)沉淀法或者萃取法

(1)离子交换树脂法

- + RSO3H + 氢离子型阳 离子交换树脂 Alk

+ NH 生物碱盐

RSO3

+ NH +

+ H

OH- 如: NH4OH RSO3 NH4+ + 阳离子交换 树脂的铵盐

有机溶剂提取

N + H2O

游离生物碱

(2)沉淀法或萃取法 中草药
酸水提取,浓缩

药渣

提取液
碱化

碱水液
氯仿萃取

沉淀
生物碱

碱水层

氯仿层

生物碱

(2)沉淀法或萃取法 (2)沉淀法 ①酸提碱沉法 药 材 H+/H2O提取;加碱碱化 沉 淀 不溶或难溶性Alk H2O 水溶性Alk、杂质

(2)沉淀法 ②盐析法:适用中等弱碱。

黄藤1%H2SO4水溶液 碱化至pH=9;加NaCl达饱和 沉淀 掌叶防已碱 H2O

(2)沉淀法 ③雷氏铵盐沉淀法

适用于季铵碱

四、提取分离(一)提取 季铵碱的水溶液
加酸水调至弱酸性 加新配制的雷氏铵盐饱和/H2O 沉淀(雷氏复盐) 水溶液

溶丙酮(乙醇)中 加Ag2SO4饱和水溶液
雷氏铵盐沉淀 滤液 (B2SO4) 加入氯化钡(BaCl2)

沉 淀
硫酸钡沉淀

滤 液
季铵碱的盐酸盐

(二)醇类溶剂提取法 优点 ? 对不同碱性生物碱或其盐均可选用 ? 水溶性杂质如多糖、蛋白质较少

缺点
? 酯溶性杂质多。

(二)醇类溶剂提取法
中草药
醇或酸性醇

药渣

醇液
挥醇;加酸水

酸水
碱化,氯仿萃取

沉淀
碱性较弱的

碱水层
亲水性生物碱

氯仿层

生物碱

(三)亲脂性有机溶剂提取法

?大多数游离生物碱都是亲脂性的,因此可
用氯仿、苯、乙醚以及二氯甲烷等提取 游离生物碱。

? 可采用浸渍、回流或连续回流法提取。 ? 提取时药材药先用少量碱水润湿。

优缺点 优点 ? 水溶性杂质少。 ? 可通过酸水萃取,去除酯溶性杂质 缺点 ? 溶剂价格高; ? 安全性差,对设备要求高。

亲脂性有机溶剂提取法 药材粗粉
碱化(如NH4OH)(使Alk游离) 渗滤(或浸渍)(如CHCl3等)

药渣
亲水性生物碱

CHCl3
酸水萃取

酸水层
碱化,氯仿萃取

CHCl3层
碱性较弱的

碱水层

氯仿层

生物碱

四、提取分离 (一)提取 1.酸水提取法 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

二、生物碱的分离 常用的分离方法有萃取法、沉淀法、

盐析法、结晶法、色谱法等。
(一) 总生物碱的初步分离

(二)生物碱单体的分离

四、提取分离

(二)分离 系统分离
多用于基础研究 总 碱

生物碱的分离

特定分离
侧重于生产实用

类别 指酸碱性强弱

部位 指极性不同
依据Alk的理化性质 单体Alk的分离

(一) 总生物碱的初步分离

生物碱的初步分离应用最多的方法是根据 生物碱的碱性强弱、酚羟基的有无及 溶解性能,将生物碱初步分成弱碱性 生物碱、中强碱性生物碱和强碱性生 物碱、水溶性生物碱和酚性、非酚性 生物碱五类。

(一)不同类别生物碱的 分离

(二)生物碱单体的分离
常用的分离方法有萃取法、沉淀法、盐析

法、结晶法、色谱法等。

1.利用生物碱的碱性差异进行分离 常用pH梯度萃取法。

2.利用总碱中各生物碱(盐)极性差异 进行分离 3.利用生物碱的特殊官能团进行分离
4.利用色谱法进行分离

1、 利用生物碱的碱性差异分离
PH梯度萃取法: 是利用总生物碱中各单体生物碱间的碱性强度 差异,在不同PH条件下得到分离的方法

有两种操作方法: ① 总B溶于酸水,加碱使PH由低↗高,每调高一 节PH值,用CHCL3 等溶剂萃取,按碱的强弱顺序, 弱碱先游离出来溶于CHCl3 而与其它碱分离。

②将总B 溶于CHCL3 用不同强度的酸性缓冲液萃 取(PH高↘低)生物碱的碱性将由强到弱的顺序 萃取出来。然后再碱化,有机溶剂萃取。

2.利用溶解度差异进行分离

? 总生物碱中各单体的极性不同,对有

机溶剂的溶解度可能有差异,可利用
这种差异来分离生物碱。 ? 不同生物碱与不同酸生成的盐溶解 性可能不同,也可利用这种差异来 分离生物碱或其盐。

汉防己甲素和汉防己乙素混合物
冷苯溶解
H3C N OMe OR O O OMe N CH3

冷苯液 不溶物 (汉防己乙素) 回收 汉防己甲素

汉防己甲素 R=CH3 汉防己乙素 R=H

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。

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 盐酸伪麻黄碱

CaCl2转化 盐酸麻黄碱

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。

3、利用生物碱特殊功能基不同分离 ①利用酚羟基可溶于NaOH,把生物碱分为酚性 和非酚性生物碱。 如: 鸦片中吗啡和可待因的分离 总B + NaOH 不溶-可待因 可溶-吗啡(有酚羟基) ②利用内酯或内酰胺结构的有无 含有该结构的生物碱在NaOH下加热开环 而溶于水。然后酸化闭环又析出。 如:喜树碱(有内酯结构)和苦参碱的分离

③利用制备功能基衍生物来分离 如:仲胺碱与叔胺碱的分离 仲胺碱可与亚硝酸生成亚硝基衍生物 或者与氯乙酰,氯甲酸乙酯生成相应的酯 而叔胺碱不起反应。 仲胺的衍生物加酸水解,又得到原生物碱。 如:异石榴碱与甲基异石榴碱的分离 异石榴碱有仲胺结构,它与氯甲酸乙酯生 成酯。其沸点不同而蒸馏分离。

4.利用色谱法进行分离 (1) 吸附色谱 ① 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

吸附色谱 ③ 化合物极性判断: 多——则极性大 b) 在含氧官能团中:
-COOH > Ar-OH > R-OH > -CHO > R=O

a) 相似结构:双键多、含氧官能团

-COOR > R-O-R' > C=C > C-C

提取分离实例——长春碱与长春新碱 长春花全草
苯渗漉,除水

药渣

苯渗漉液
6%酒石酸水溶液萃取

酸水层
除碱性较强成分 pH=4, 过 滤 , 氨 水 碱 化 至 pH6~7,CHCl3

苯液
脂溶性杂质

提取分离实例——长春碱与长春新碱

碱水层

CHCl3
回 收 CHCl3, 蒸 干 溶 于 无 水 EtOH,H2SO4 调 pH=3.8~4.1

沉淀
溶于H2O,氨水碱化至 pH=8~9, CHCl3萃取

EtOH液
脂杂质

提取分离实例——长春碱与长春新碱

碱水层

CHCl3
回收CHCl3

总生物碱
色谱法

游离

溶于苯:氯仿(1:2)液中 通过Al2O3吸附柱 用苯:氯仿(1:2)洗脱

长春碱

醛基长春碱

(2) 分配柱色谱

对某些结构特别相近的生物碱,吸附色
谱的效果不是很好,可采用分配色谱

法。
三尖杉中的抗癌生物碱三尖杉酯碱和高 三尖杉酯碱的分离,两者结构只相差一 个亚甲基,分配色谱能将其分离。

(3) HPLC法 具有分离效能好、灵敏度高、分析速 度快的优点,能使很多色谱法难分离 的混合物得到分离。

三、水溶性生物碱的分离

水溶性生物碱主要是季铵碱 ,

分离方法主要有两种:
(一) 沉淀法 (二) 溶剂法

(一) 沉淀法
? 水溶性生物碱可用沉淀试剂使之从 水溶液中沉淀出来,与留在滤液中

的水溶性杂质分离,以获得纯度较
高的水溶性生物碱或其盐。 ? 实验室中常用雷氏铵盐沉淀试剂,工 业生产因其价格较高而不常用。

雷氏铵盐沉淀法
B+ + NH4[Cr(NH3)2(SCN)4] B2SO4 (B[Cr(NH3)2(SCN)4]) Ag2SO4 + Ag[Cr(NH3)2(SCN)4]

BaCl2 BaSO4 + B . Cl

雷氏铵盐沉淀法
季铵碱的水溶液
加酸水调至弱酸性 加新配制的雷氏铵盐饱和/H2O

水溶液

沉淀(雷氏复盐)
溶丙酮(乙醇)中 加Ag2SO4饱和水溶液

滤液 (B2SO4)
加入氯化钡(BaCl2)

雷氏铵盐沉淀

沉 淀
硫酸钡沉淀

滤 液

季铵碱盐酸盐

(二) 溶剂法 利用生物碱能够溶于极性较大而又能 与水分层的有机溶剂 ( 如正丁醇、 异戊醇等 ) 的性质,用这类溶剂与

含水溶性生物碱的碱水液反复萃取,
从而与水溶性杂质分离。

第五节 生物碱的检识
一、 理化检识
? 利 用生物碱形态、颜色、嗅味等。 ? 利用生物碱沉淀反应、显色反应等。

二、 色谱检识 (一)薄层色谱

1. 吸附薄层色谱
吸附剂:氧化铝 或 硅胶 ? 氧化铝本身显弱碱性可不经处理,吸附 力强,适合亲脂性较强的生物碱的分离。

1,吸附TLC ? 硅胶薄层色谱是常用的方法, 但硅胶显酸性,而生物碱显碱性, 在色谱时可能形成盐,或者盐态与游离态 都存在。这样就可能使Rf值很小或拖尾 或形成复斑。 解决该现象的方法有: 1)用碱液或碱性缓冲液代替水制硅胶板 2)用碱性展开剂(如在展开剂中加二乙胺) 3)在色谱缸中放置氨水, 使色谱在碱性下进行

1. 吸附薄层色谱 展开剂:多以亲脂性溶剂为主, 一般以氯仿为基本溶剂。

为了改善分离效果,常在展开剂中加
入适量碱性溶剂,如二乙胺、氨水等。 显 色:绝大多数生物碱的薄层色谱 可用改良碘化铋钾试剂显色, 显示橘红色斑点。

2. 分配薄层色谱
吸附薄层分离不理想时可考虑分配薄

层色谱。
? 用于分离结构十分相近的生物碱, 可获得满意效果。 ? 与吸附薄层相比,分配薄层色谱一般 用于分离极性较大的生物碱。

2. 分配薄层色谱
支持剂:硅胶或纤维素粉 固定相:脂溶性生物碱多选甲酰胺。 流动相:依据被分离生物碱的极性来确定。 亲脂性生物碱——亲脂性有机溶剂 如氯仿-苯(1:1) 水溶性生物碱——亲水性溶剂 如BAW系统(正丁醇-乙酸-水,4:1:5,上层)

(二)纸色谱
属于分配色谱,生物碱的纸色谱多位正
相分配色谱。

? 色谱条件类似与薄层正相分配色谱,常
用于水溶性生物碱、生物碱盐和亲脂性

生物碱的分离。

? 固定相常用水、甲酰胺或酸性缓冲液。

纸色谱
? 以水做固定相的纸色谱,宜用亲水性溶
剂系统作展开剂,如 BAW 系统。(反
相分配)

? 以甲酰胺和酸性缓冲液做固定相,多用苯、
氯仿等亲脂性有机溶剂。 (正相分配)

三、 HPLC 生物碱的高效液相分析可采用分配色谱 法、吸附色谱法、离子交换色谱法等, 其中以分配色谱中的反相色谱应用较 多。