《第九章生物碱课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第九章生物碱课件（99页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、本章要求：1掌握生物碱的含义。熟悉生物碱在植物界的分布及存在形式，熟悉生物碱的分类。2掌握生物碱的性质，特别是生物碱的溶解性、酸碱性及其应用。掌握常用生物碱的沉淀反应。了解生物碱的显色反应。 3掌握生物碱的一般提取、纯化、分离的原理和方法；了解总生物碱系统分离的常用方法和原理。 4掌握生物碱的色谱鉴定法；了解生物碱的化学降解法。 5掌握黄连、麻黄、洋金花、苦参、防己中所含生物碱的结构类型、生物活性。,第九章 生物碱,十九世纪德国学者F.W.Sertrner从鸦片中分离出吗啡碱(morphine) 现从自然界中分离得到约10000种 全国医药产品大全中收载的药物及其制剂达六十余种 植物中存在的生
2、物碱大多有明显的生理活性如： 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：,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,普鲁卡因 procaine (合成品)局麻药,古柯碱 cocaine （可卡因）,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。,分布 生物碱主要分布于植物界,在动物中发现得很少。在高等植物尤其在双子叶植物中分布
3、为广：在双子叶植物的小檗科(Berberidaceae)，毛茛科,生物碱的定义,(Rununcu-laceae)，木兰科(Magnoliaceae)，防己科(Menisperma-ceae)，罂粟科(Papaveraceae)，芸香科(Rutaceae)等植物中广为分布；裸子植物中，在红豆杉科红豆杉属(Taxus)，松柏科松属(Pinus)，云杉属(Picia)，三尖杉科三尖杉属Cepha-lotaxus)，麻黄科麻黄属(Ephedra)等属植物中有分布； 少数单子叶植物如石蒜科，百部科(Stemonaceae)，百合科(Liliaceae)等植物中有分布。在低等植物中，生物碱分布少，而且结构
4、一般为简单。生物碱在生物体中 的存在部位和含量往往差别很大，一般来说，含量在千分之一以上即为高含量。,1.游离碱：碱性极弱，以游离碱的形式存在。 2.成 盐：有机酸有：柠檬酸、酒石酸等；特殊的酸类：乌头酸、绿原酸等无机酸：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。,存在形式,命名规则 1. 类型的命名 基核的化学结构，如吡啶、喹啉、萜类等； 以来源植物命名，如石蒜科生物碱等。 2.单体成分的命名 以植物来源的属、种的名称命名；如 一叶萩碱 也有以生理活性或药效命名，如：吗啡(
5、使睡眠) 以人名命名的；如：pelletierine,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。,第一节 结构与分类,一、结构 按氮原子是否结合在环上可分为两大类：有机胺类和氮杂环类： （一）杂环化合物,吡咯,四氢吡咯,吲哚,吡啶,六氢吡啶（哌啶）,喹啉,异喹啉,（二）有机胺类 R-NH2 R4N+,伯胺 仲胺 叔胺 季铵,二、分类 （一）季铵类生物碱：此类生物碱氮原子呈四价。,小檗碱（黄连素 ） 具有抗菌消炎作用,轮环藤酚碱 具有一定的肌松作用,（二）胍类生物碱
6、：结构中含有胍基,益母草碱 leonurine,对动物子宫有增加其 紧张性与节律性、镇静及利尿的作用,胍,（三）有机胺类生物碱：氮原子不结合在环状结构内,秋水仙碱 colchicine,治疗急性痛风，并有 抑制癌细胞生长的作用,治疗卵巢癌、乳腺癌和肺癌,（四）脂氮杂环类生物碱,槟榔碱,这类生物碱氮原子结合在环的饱和碳原子上。如槟榔碱，莨菪碱,榔碱是中药槟榔中最具生物活性的成分之一，具有驱虫、促进胃肠平滑肌运动、抗病原微生物等作用。在兽医临床上，槟榔碱主要用于治疗动物的绦虫感染。,莨菪碱是由莨菪醇（tuopine）与莨菪酸（tuopic acid）缩合而生成的酯，具有解痉、镇痛和解毒作用：,莨菪
7、醇,莨菪酸,莨菪碱（阿托品）,+,缩合,（五）芳氮杂环类生物碱,烟碱,罂粟碱(papaverine),这类生物碱氮原子结合在芳香环内或不饱和环键上，多见于吡啶类生物碱、如罂粟碱、烟碱等，也有氮原子结合在吡咯环内的，且与双键共轭。如利血平等。,利血平,罂粟碱为罂粟中一种主要的生物碱主要能解除平滑肌，特别是血管平滑肌的痉挛，并可抑制心肌的兴奋性。其盐酸盐可治疗心绞痛和动脉栓塞等症。,烟碱又名尼古丁，是烟草中含氮生物碱的主要成分。对心血管系统表现为心率加快、血压升高，也可表现为心率减慢、血压下降。尚可作用于呼吸、呕吐等中枢。 利血平存在于萝芙木中，具有降压和安定作用. （六）芳胺类生物碱 这类生物碱
8、的氮原子与芳环直接相连，如大马士革宁碱等。,（七）酰胺类生物碱 这类生物间的氮原子与羰基相连，如秋水仙碱，胡椒碱。,第二节 理化性质,一、性状 形态：多呈结晶状态，有一定熔点； 有的呈液态（小分子、无氧或氧呈酯键-菸碱、槟榔碱）。 液体生物碱有一定沸点，能随水蒸气蒸馏。少数小分子、游离状态生物碱具有挥发性和升华性。如咖啡碱具有升华性，麻黄碱能随水蒸气蒸馏。 颜色：大多无色。 小檗碱呈黄色、具黄绿色荧光；血根碱呈红色（共轭体系）。 气味：苦。 个别具甜味（甜菜碱）。 旋光性：大多有旋光（不对称碳原子或不对称中心），且多呈左旋性。活性 - +,旋光性,1.生物碱的旋光性与其生理活性密切相关： 一般
9、左旋体呈显著的生理活性，而右旋体则无或很弱。,如：l-莨菪碱的散瞳作用大于d-莨菪碱（100倍） l-去甲乌药碱的强心作用大，而d-去甲乌药碱无作用 例外：d-古柯碱的局麻作用大于l-古柯碱（2.63倍）,2.旋光性受pH值、溶剂等因素的影响,产生变旋现象.,3、游离碱与其相应盐类旋光性质有时不一样,如：烟碱中性（左旋）；酸性（右旋） 麻黄碱氯仿（左旋：-6.3o ）；水（右旋：+11.2o ）,如：氯仿中：吐根碱呈左旋性，但其盐酸盐则呈右旋光性。,二、酸碱性 （一）生物碱的碱性概念 生物碱分子中含有氮原子，N为第主族元素，最外层有5个电子，形成化合物时，三个电子以共价键的形式与其他原子结合，
10、氮原子最外层电子结构中有一对2S2电子，能与酸中的质子（H+）以配位键的形式结合成盐，所以具有碱性。 （二）碱性强度表示方法 及其分类 生物碱的碱性强弱可以用其共轭酸盐的pKa值 表示p182,表9-1。,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 季铵碱 烷胺类（仲胺，叔胺） 芳胺类（芳杂环） 酰胺类 （pKa13.6） 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
11、 类似无机碱 （无双键） （有双键）,（三）生物碱的碱性与分子结构的关系 生物碱的碱性强弱主要取决于分子结构中氮原子的电子云密度，若电子云密度升高，则碱性增强，反之碱性下降。 1氮原子的杂化方式 杂化轨道中P轨道的成分增多、能量升高，成对电子的能量也随之升高，易接受质子，碱性增强。故碱性为sp3sp2sp。季铵碱分子中的氮原子最外层有九个电子，极易给出一个电子达到稳定结构，所以碱性强（pKa11）。,四氢异喹啉（SP3 pKa9.5）,异喹啉（SP2 pKa5.4）,氰类（SP 中性 ） 电效应,2氮原子所处的化学环境 （1）电子效应 （）诱导效应 氮原子连接供电子基如烷烃时，碱性增强。而氮原
12、子附近有吸电子基时如含氧基团，双键，苯环，则碱性下降。,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）,（）共轭效应 吸电子共轭效应使氮原子上的电子云密度降低，造成碱性减弱。供电子共轭效应使碱性增强。如含胍基生物碱呈强碱性。 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
13、 （pKa4.58）,胍 （pKa13.6）,秋水仙碱 （酰胺共轭 pKa1.84）,胡椒碱（酰胺共轭 pKa1.42）,（2）空间效应 如果氮原子周围的取代基分子较大，对氮原子构成屏蔽作用，使氮原子难于接受质子，造成碱性降低。 （3）氢键效应 生物碱的共轭酸盐若能生成稳定的分子内氢键（与含氧基团），则共轭酸的酸性较弱，其共轭碱的碱性较强。,莨菪碱（pka9.65）,东莨菪碱 （环氧位阻pka6.20）,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）,综上所述，生物碱结构中的碱性基团与碱性强弱之间的关系为：胍基季铵碱脂肪胺和脂杂环芳胺和吡啶
14、环多氮同环芳杂环酰胺基和吡咯环。 三、溶解性 生物碱类成分的结构复杂，其溶解性有很大差异，与其分子中N原子的存在形式、极性基团的有无、数目以及溶剂等密切相关。可分为以下几种情况。（一）亲脂性生物碱的溶解性这类生物碱的数目较多，绝大多数叔胺碱和仲胺碱属于亲脂性生物碱。1、游离生物碱易溶于乙醚、苯、卤代烷类等亲脂性有机溶剂，尤其在氯仿中的溶解度较大；可溶于甲醇、乙醇、丙酮、醋酸乙酯等有机溶剂；难溶或不溶于水。,*酸、碱均为1%。,类别 极性 溶解性 H2O CHCl3 H+ OH-,非酚性 较弱 脂溶性 + + ,季铵碱 强 水溶性 + + +,氮氧化物 半极性 中等水溶 + + +,两性: Ar
15、-OH 较弱 脂溶性 + + + -COOH 强 水溶性 + + +,2、生物碱盐 易溶于水，其无机盐在水中的溶解度大于有机酸盐；可溶于甲醇、乙醇；难溶或不溶于亲脂性有机溶剂。 少数生物碱盐的溶解性不符合一般规律。如奎宁、奎宁尼丁、辛可宁、吐根酚碱等生物碱的盐酸盐可溶于氯仿，麻黄碱草酸盐难溶于水。（二）亲水性生物碱的溶解性 水溶性生物碱数目较少，主要指季胺碱型生物碱，也包括一些分子量较小的叔胺碱或仲胺碱。1、季胺型生物碱 这类生物碱易溶于水、酸水和碱水，可溶于甲醇、乙醇、正丁醇等极性大的有机溶剂，难溶或不溶于乙酸乙酯、乙醚、氯仿等低极性的有机溶剂。2、小分子生物碱少数分子量较小的叔胺或仲胺生物
16、碱既可溶于水，也可溶于氯仿。这类生物碱包括麻黄碱、苦参碱、秋水仙碱等,3具有特殊官能团的生物碱的溶解性（1）具有 酚羟基（或羧基）的生物碱这类生物碱称为两性生物碱，如吗啡、青藤碱等。除具有一般叔胺碱的溶解性能外，由于其结构中连有弱酸性官能团，也可溶于苛性碱溶液。（2）具内酯（或内酰胺）结构生物碱的溶解性这类生物碱如喜树碱、那可汀碱等在正常情况下，其溶解度类似一般叔胺碱。但在热水溶液中，其内酯（内酰胺）结构可开环形成羧酸盐而溶于水。四、沉淀反应 用途： 鉴别试管、TLC或PPC显色剂； 提取分离检查是否提取完全。生物碱的沉淀反应是利用大多数生物碱在酸性条件下，与某些沉淀剂反应生成弱酸不溶性复盐或络合物沉淀。1、常见的生物碱沉淀试剂,2、沉淀反应的条件1）反应环境：生物碱沉淀反应一般在稀酸水溶液中进行。这是由于生物碱与 酸成盐易溶于水，生物
