第二章_生物碱（Alkaloids）_55页.ppt

单击此处编辑标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二章 生 物 碱,（,Alkaloids,）,学习目标,1.,掌握生物碱的基本概念。,2.,熟悉生物碱的结构。掌握吡啶类、异喹啉类、莨菪烷类、吲哚类、有机胺类的结构特征。,3.,掌握生物碱的性质。,重点,：生物碱的概念、结构类型、理化性质（碱性、溶解性、沉淀反应）。,难点,：结构类型、生物碱的碱性。,第一节 概 述,一、含义：,生物碱是存在于生物界的一类,含氮有机化合物,，多数具有复杂的,氮杂环结构,，大多氮原子在环内，具有碱性和显著的生物活性。,二、分布：,主存于植物界，多分布于双子叶植物中，有,100,多科。较集中分布在,防己科、罂粟科、夹竹桃科、毛茛科、豆科、马钱科、茄科,等。在单子叶植物中分布较少。主要在兰科、百合科、石蒜科、禾本科等。裸子植物、低等植物、动物中分布较少。,三、存在,生物碱的含量差别较大。在植物组织中都有存在，但可能集中于某一部位。不同地区、不同采集时间含量都有差别。同一科、属植物含有类似结构的生物碱。在植物体中，生物碱往往和有机酸结合成盐的形式存在。,第二节 生物碱的结构与分类,生物碱的分类主要有三种方法：,、来源分类，如鸦片生物碱、麦角生物碱等；,、化学分类，如托品烷生物碱，异喹啉生物碱等；,、生源结合化学分类，如来源于鸟氨酸系的生物碱等。,分类依据不同，各有利弊。,第,种分类法如下,表,:,来源,名称,结构特点,典型化合物,功能,鸟 氨,酸 系,吡咯烷类,一个,吡咯烷结构,水苏碱,祛痰镇咳,莨菪烷类,C3-,醇羟基与有机酸缩合成酯,莨菪碱,抗胆酸,镇痛,吡咯里西啶类,二个吡咯共用一个,N,的稠环衍生物,大叶千里光碱,抗菌消炎,赖,氨 酸,系,蒎啶类,蒎啶衍生物,槟,榔碱,驱涤虫,喹诺里西啶类,两个蒎啶共用一个,N,的稠环衍生物,苦参碱,抗癌,吲哚里西啶类,蒎啶和吡咯共用一个,N,的,稠环衍生物,一叶萩碱,兴奋中枢神经,来源,名称,结构特点,典型化合物,功能,苯丙氨酸和酪氨酸系,苯丙胺类,苯环连接,NH2,基,麻黄碱,止咳平喘,异喹啉类,原小檗碱类,两个异喹啉稠合而成,，,前者为季铵碱,，,后者为叔胺碱,延胡索乙素,黄连,小檗碱,抗菌消炎止痛,苄基异喹啉类,异喹啉母核,C,1,位连有苄基,罂粟碱,解痉,双苄基异喹啉类,两个苄基异喹啉通过,1,-,3,个醚键连接,蝙蝠葛碱,吗啡烷类,具有部分饱和的菲核,可待因,镇咳,苄基苯乙胺类,石蒜碱,催吐,来源,名称,结构特点,典型化合物,功能,色,氨,酸,系,简单吲哚类,含,吲哚母核,（一个,N,）,靛青苷,消炎,色胺吲哚类,色胺部分组成,（二个,N,）,吴茱萸碱,止呕,半萜吲哚类,由色胺构成的吲,哚连有一个异戊二烯单位,麦角新碱,兴奋子宫,单萜吲哚类,由色胺和一个,C,或,C,的单萜构成,利血平,降压,邻氨基苯甲酸系,喹啉,吖啶酮,母核为,喹啉或吖啶酮,奎宁山油柑碱,抗疟抗癌,组氨酸系,咪唑类,咪唑,母核,毛果芸香碱,治青光眼,来源,名称,结构特点,典型化合物,功能,萜 类 生,物,碱,单萜类,环烯醚萜,衍生而成,龙胆碱,倍半萜,类,倍半萜,衍生而成,石斛碱,止痛退热,二萜,类,C19,或,C20,构成的四环二萜或五环三萜,乌头碱,麻醉镇痛,三,萜,类,三,萜,衍生物,交让木碱,甾体类,孕甾烷类,具有甾体母核，,氮原子不在母核上,常绿黄杨碱,强心,按氮原子所在基本母核的化学结构分类,:,一、吡啶类生物碱,由吡啶或六氢吡啶衍生的生物碱,。,二,、,莨菪烷类生物碱,是由四氢吡咯和六氢吡啶并和而成的杂环，由莨菪醇和莨菪酸缩合而成的酯。,三、异喹啉类,1,、,1-,苄基异喹啉,2,、双苄基异喹啉,3,、原小檗碱类,4,、吗啡烷类,异喹啉,isoquinoline,1-benzyl-isoquinoline,小檗碱,四,、,吲哚类,包括简单吲哚类和双吲哚类衍生物。,五,、,有机胺类,N,不在杂环内，在环外。,吲哚里西啶,一叶萩碱,吲哚,麻黄碱特点,：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。,作业二,一、单选题,:,1,、根据色谱原理不同，色谱法主要有：,硅胶和氧化铝色谱 聚酰胺和硅胶色谱,分配色谱、吸附色谱、离子交换色谱、凝胶过滤色谱,薄层和柱色谱 正相和反相色谱,2,、磺酸型阳离子交换色谱可用于分离：,强心苷 ,.,有机酸 醌类,.,苯丙素 生物碱,3,、下列生物碱碱性最强的是,酰胺 季铵 仲胺,伯胺 吡咯类,4,、加丙酮生成黄色结晶,:,麻黄碱 小檗碱 莨菪碱,东莨菪碱 樟柳碱,5,、与二硫化碳,-,硫酸铜产生棕色沉淀,:(,题,5,8,选项同题号,4),6,、加氯化汞变黄色，加热转为红色,:,7,、不产生,Vitali,反应的莨菪烷类生物碱,;,8,、与氯化汞产生白色的复盐沉淀,:,二、多选题,:,9,、生物碱是：,来源于生物界含,N,的化合物,N,原子多在环外 ,N,原子多在环内,全部呈碱性 多数呈碱性,10,、与生物碱沉淀试剂产生阳性或假阳性反应的是,:,多数生物碱 木脂素,蛋白质、多肽、氨基酸、鞣质,麻黄碱 乌头碱,第三节 生物碱的理化性质,一、性状,由,C,、,H,、,O,、,N,等元素组成。多数无色，为结晶性固体，部分有颜色，有的有荧光。多数味苦。小分子生物碱和液态生物碱具有挥发性。个别具有升华性。,二、旋光性,大多数生物碱有旋光性，多呈左旋。旋光性与生理活动密切相关。,三、溶解性,四、碱性,1,、概念及碱性大小的表示方法,生物碱分子中氮原子外围具有孤电子对，可以给出电子，也可以接受质子，所以具有碱性。,生物碱碱性大小可用碱的碱式离解常数,pKb,表示，也可用其共轭酸的酸式离解常数,pKa,表示,。,B,H,2,O BH,+,OH,碱 酸 共轭酸 共轭碱,2,生物碱碱性大小与分子结构的关系,（,1,）,氮原子的杂化方式,生物碱分子中氮原子的孤电子对在有机胺分子中为不等性杂化，其碱性强弱随杂化程度的升高而增强，,即,sp,3,sp,2,sp,。,生物碱分子中碱性基团的,pKa,值大小顺序一般是：,季铵碱,N-,烷杂环脂肪胺芳香胺,N-,芳杂环酰胺吡咯。,（,2,）诱导效应,生物碱分子中的氮原子上电子云密度受到氮原子附近供电基团（如烷基）和吸电基团（如各类含氧基团、芳环、双键）诱导效应的影响。,供电诱导使氮原子上电子云密度增加，碱性增强；吸电诱导使氮原子上电子云密度减小，碱性降低。,关于,氮杂缩醛结构,：具有氮杂缩醛结构的生物碱常易于质子化而,显强碱性,。,例如氮原子的邻位碳上具,、,双键或,-,羟基者，可异构成季铵碱，使碱性增强。又如醇胺型小檗碱亦为氮杂缩醛结构，其氮原子上的孤电子对与,-,羟基的,C-O,单键的,电子发生转位，形成季铵型小檗碱。,氮,杂缩醛,醇胺型小檗碱,季胺型小檗碱,（,3,）空间效应,氮原子的周围取代基的构型、构象等立体因素，如果阻碍氮原子与质子的结合，则使碱性降低。例如,:,甲基麻黄碱。,（,4,）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，碱性增强。,五、沉淀反应,（在酸水条件下或酸性稀醇中进行）,沉淀试剂多为分子量较大的碘化物复盐，重金属盐，大分子酸类。常用的有：碘化铋钾（,橘红色沉淀,）、碘化汞钾（,类白色沉淀,）、碘,-,碘化钾（,棕色沉淀,）、硅钨酸（,灰白色或淡黄色沉淀,）。苦味酸（,中性条件下，黄色沉淀,）。雷氏铵盐与季铵碱生成,红色沉淀,。注意假阳性的干扰。它们是酸水浸出液中的蛋白质、多肽、鞣质。所以进行沉淀反应前，要净化。,六、显色反应,不同生物碱可与特殊试剂生成不同颜色，用于鉴别。,第四节 生物碱的提取分离,一、总碱的提取,1.,脂溶性生物碱的提取,（,1,）水或酸水提取法,：可直接用水（提取盐、季铵碱）或用,0.5%,1%,的酸水提取。常用酸：盐酸、硫酸、醋酸、酒石酸等。,方法：渗漉法、浸渍法。,缺点：提取液体积大、杂质多，需净化,。,阳离子交换树脂法：用强酸型阳离子交换树脂，多为磺酸型，交联度,4%,8%,，用生物碱沉淀反应检识是否交换完全，洗脱时先用水或乙醇除杂。用酸水或盐水洗脱生物碱时，先将树脂用氨水碱化，再用有机溶剂提取，碱性乙醇洗脱。有机溶剂萃取法：先碱化，后萃取。,加碱沉淀法：一般加石灰乳沉淀，此法用于生产。,（,2,）醇类溶剂提取法,：适用于游离生物碱及生物碱盐的提取。,方法：渗漉法、浸渍法和回流法。常含有亲脂性杂质，可利用生物碱溶于酸水，杂质不溶的性质加以分离。,（,3,）亲脂性有机溶剂提取法,：先用碱水湿润，使生物碱游离，再用有机溶剂提取。,方法,:,回流法和连续回流法。（碱水：,10%,氨水，石灰乳或碳酸钠。如为弱碱，可直接用水）。,2,、水溶性生物碱的提取,（,1,）沉淀法：雷氏铵盐沉淀季铵碱，,pH=2,3,，加入新鲜配制的雷氏铵盐饱和水溶液。柱色谱净化，生物碱的雷氏铵盐用丙酮溶解后，滤除不溶物，将滤液通过氧化铝短柱，以丙酮洗脱。,硫酸银分解,：加入硫酸银饱和水溶液至不再产生雷氏铵银沉淀为止，滤除沉淀。氯化钡沉淀硫酸银，生成硫酸钡和氯化银沉淀，生物碱转化为盐酸盐。,（,2,）溶剂法：用正丁醇、异戊醇，或氯仿,-,甲醇混合液萃取。,二、生物碱的分离,1,、,不同类别生物碱的分离：利用碱性不同及特殊功能基分成几大类。,2,、利用碱性差异：将生物碱混合物溶于酸水中，逐步加碱，每调节一次，用氯仿萃取，则生物碱依照碱性由弱到强被依次提出。将生物碱溶于有机溶剂中，用,PH,由高到低的酸性缓冲液顺次萃取，生物碱由强到弱被依次萃取出。,3.,利用生物碱或盐的溶解度不同,。,4.,利用特殊功能基：酚性生物碱溶于稀氢氧化钠中；含羧基的生物碱溶于碳酸氢钠中；含内酯或内酰胺生物碱溶于热氢氧化钠中。,5.,色谱法 （,1,）吸附柱色谱：常用氧化铝、硅胶作吸附剂；用苯、氯仿、乙醚等混合溶剂作展开剂。,注意,：硅胶作吸附剂时，需加碱在展开剂中，抑制硅胶的酸性,。,第五节 色谱检识,一、,TLC,1.,吸附薄层,：,硅胶作吸附剂，常用缓冲碱液代替水铺板（,0.1%,0.5molL),克服拖尾。或在展开剂中加入二乙胺；氧化铝作吸附剂，多分离亲脂性较强的生物碱。分离亲脂性的生物碱多用亲脂性的混合溶剂。,分离季铵碱多用正丁醇,-,冰醋酸,-,水系统，,显色：常用改良碘化铋钾，显橘红色,。,2.,分配薄层,：,支持剂：硅胶或纤维素粉；固定相：甲酰胺或水。,3.,纸色谱,：,以水为固定相的正相纸色谱。常用正丁醇,-,冰醋酸（或盐酸）,-,水为流动相。另外，可用多层缓冲纸色谱进行,PH,梯度层析。当生物碱以分子状态层析时，流动相偏碱性亲脂性，实际应用时，以非水的甲酰铵作固定相。,二,、,应用,1,苦参,：,豆科槐属苦参的根。清热燥湿、杀虫、利尿。,（,1,）主成分结构及性质：生物碱类如苦参碱、氧化苦参碱、氧化槐果碱等。一般氧化苦参碱含量最高，氧化槐果碱次之。其结构大多属于喹诺里西啶类。,（,2,）性质：都含有两个氮，一个叔胺，碱性较强，一个内酰胺，不显碱性,.,氧化苦参碱：易溶于水，氯仿、乙醇，极难溶于乙醚，水溶液呈较强碱性；,苦参碱：溶于水、苯、氯仿、乙醚等，略溶于石油醚、正己烷；苦参碱的内酰胺可被皂化；槐果碱不被皂化。,（,3,）苦参生物碱的提取分离：见参考书,2,麻黄,：,麻黄科草麻黄、中麻黄、木贼麻黄,（,1,）主成分结构与性质：,a,）麻黄生物碱：主要有左旋麻黄碱，右旋伪麻黄碱，左旋,N-,甲基麻黄碱，右旋,N-,甲基伪麻黄碱，左旋去甲基麻黄碱，右旋去甲基伪麻黄碱。,b,）理化性质：游离碱具有,挥发性,，可随水蒸汽蒸馏，不易和多数生物碱沉淀试剂反应，多为仲胺衍生物，属中强碱，麻黄碱的碱性比伪麻黄碱弱。游离的麻黄碱可溶于水，伪麻黄碱比之小；两者均可溶于氯仿、乙醚、苯及醇类溶剂中。,草酸麻黄碱难溶于水，草酸伪麻黄碱易溶于水；盐酸麻黄碱不溶于氯仿，盐酸伪麻黄碱可溶于氯仿。,c),鉴别反应：,二硫化碳,-,硫酸酮,-,氢氧化钠，产生,棕黄色沉淀,，仲胺为阳性,伯叔胺为阴性。,硫酸酮,-,氢氧化钠，溶液显,蓝紫色,，加入乙醚振摇，,乙醚层为红色，水层为蓝色,。,（,2,）麻黄碱与伪麻黄碱的提取分离,a,）溶剂法,:,利用两者既可溶于水又可溶于有机溶剂,其盐则可溶于水而不溶有机溶剂的性质进行提取,.,再利用草酸麻黄碱的溶解度小于伪麻黄碱进行分离。,b),水蒸汽蒸馏法：游离麻黄碱和伪麻黄碱具有挥发性,先用水提取,碱化后再用水蒸汽蒸馏法提取,.,c),离子交换树脂法：利用两者碱性差异,控制洗脱液量来分离,.,麻黄碱碱性弱先从树脂柱上洗下。,3,黄连,：毛茛科黄连（味连）、三角叶黄连（雅连）、云连。清热燥湿、泻火解毒。,（,1,）主成分结构和性质：小檗碱含量约为,5%-8%,，有的可达,10%,。其它尚含黄连碱、甲基黄连碱、巴马亭、药根碱、表小檗碱等。,a,）作用：抗菌。,b,）分布：毛茛科黄连属和唐松草属，防己科古山龙属，芸香科黄柏属，小檗科小檗属和十大功劳属。黄柏、三颗针均含较多的小檗碱。,c,）性质：黄色或橘黄色结晶。在水中溶解度大，为强碱。易溶热水、热乙醇，难溶与苯、氯仿、丙酮。加热,220,左右分解成,红棕色的小檗红碱,，,285,熔融。小檗碱的盐酸盐微溶于冷水，易溶于热水。盐酸盐（,1,：,500,）；硫酸盐（,130,）。小檗碱和有机酸形成的盐在水中的溶解度很小。如与甘草酸和大黄鞣质生成难溶于水的大分子复合物。,互变异构：,季铵式、醛式和醇式,，以季铵式最稳定，碱性最强。,（,2,）检识反应：,丙酮,-,氢氧化钠：,黄色结晶,(,丙酮小檗碱,),。,漂白粉或次氯酸钙：,樱红色,（巴马亭也显阳性）。,（,3,）提取分离：,黄连中小檗碱、甲基黄连碱的提取分离详见参考书。,4,洋金花,：,茄科植物白曼陀罗的干燥花。平喘止咳、镇痛解痉。,（,1,）生物碱的结构、存在及性质：主要为莨菪烷类生物碱。洋金花主含东莨菪碱、莨菪碱、去甲莨菪碱。颠茄主含莨菪碱、东莨菪碱。山莨菪主含莨菪碱、东莨菪碱、山莨菪碱及樟柳碱和红谷豆。,莨菪碱,樟柳碱,东莨菪碱 山莨菪碱,（,2,）性质：,a,）旋光性：除阿托品外，其余均为左旋。阿托品是莨菪碱的外消旋体。,b,）碱性：除,N-,去甲基莨菪碱是仲胺外，其余属于叔胺。由于氮原子周围化学环境、立体效应，碱性有差异。碱性,:,莨菪碱,N-,去甲莨菪碱山莨菪碱东莨菪碱,（樟柳碱）。,c,）溶解性：莨菪碱（阿托品）易溶于乙醇、氯仿、可溶于四氯化碳、苯。东莨菪碱具有较强的亲水性，易溶于热水、乙醇、乙醚、氯仿或丙酮，难溶于四氯化碳、苯或石油醚。樟柳碱与东莨菪碱相似，具有较强的亲水性。山莨菪碱比阿托品亲脂性弱。,（,3,）沉淀反应：,a),与生物碱沉淀试剂反应。,b,）与氯化汞反应：莨菪碱生成,黄色沉淀,，加热后转为,红色,（氧化汞）。东莨菪碱只生成白色的分子复盐。,c,）,Vitali,反应：,试剂：,发烟硝酸和苛性碱,；,现象：,深紫色，渐转暗红色,，最后消失；,检识官能团：莨菪酸部分；,检识化合物：莨菪碱、东莨菪碱、山莨菪碱。,d,）过氧化乙酰丙酮反应：,试剂：,过碘酸,-,乙酰丙酮,乙酸铵,；,反应官能团：邻二羟基；,现象：,黄色,；,检识化合物：樟柳碱。,5,乌头,：川乌为毛茛科植物乌头的干燥母根，子根为附子，白附片为其炮制品。川乌祛风除湿、温经止痛。,（,1,）主要成分结构：主要为,C,19,或,C,20,二萜类生物碱。乌头生物碱中以乌头碱型及牛扁碱型为主。它们的取代基多为,C,14,、,C,8,位,上面的羟基常和乙酸或苯甲酸生成双酯型。,作业,3,一、单选题,1,、下列生物碱水溶性最大的是：,.,氧化苦参碱 ,.,吗啡 ,.,乌头碱,.,马钱子碱 ,.,莨菪碱,2,、麻黄碱不具有的性质是,:,.,有类似肾上腺素的作用 ,.,可溶于氯仿,.,和二硫化碳,-,硫酸铜反应 ,.,可溶于水,.,与常用的生物碱沉淀试剂反应,3,、下列杂化的氮原子碱性最强的是,SP,1,SP,2,SP,3,SP,4,SP,5,4,、利用生物碱或成盐溶解度不同或特殊功能基分离生物碱，选择下列溶剂或成盐方式可分离，甲苯：,.,苦参碱和氧化苦参碱 ,.,汉防己甲素和乙,.,莨菪碱和东莨菪碱,.,小檗碱及其共存生物碱,.,麻黄碱和伪麻黄碱,5,、利用生物碱或成盐溶解度不同或特殊功能基分离生物碱，选择下列溶剂或成盐方式可分离，四氯化碳,:,(5,8,选项同,4),6,、利用生物碱或成盐溶解度不同或特殊功能基分离生物碱，选择下列溶剂或成盐方式可分离，乙醚,:,7,、利用生物碱或成盐溶解度不同或特殊功能基分离生物碱，选择下列溶剂或成盐方式可分离，草酸盐,:8,、利用生物碱或成盐溶解度不同或特殊功能基分离生物碱，选择下列溶剂或成盐方式可分离，盐酸盐,:,二、多选题,:,9,、选择提取纯化亲脂性生物碱的方法有：,.,雷氏铵盐法,.,乙醇提取，酸碱处理后，亲脂性有机溶剂萃取,.,正丁醇溶剂萃取 ,.,亲脂性溶剂提取,.,酸水提取后用阳离子交换树脂法,10,、属于异喹啉类生物碱的是：,.,乌头碱 ,.,汉防己甲素 ,.,马钱子碱,.,小檗碱 ,.,吗啡,