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1、3.5 生物碱类化学成分的 提取分离技术,3.5.1 必备知识 一、概述,十九世纪德国学者F.W.Sertrner从鸦片中分离出吗啡碱 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,概述,植物中存在的生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,概述,生物碱化学结构的研究为合成药物提供了线索，如： 植物古柯中的有效成分古柯碱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 (合成品)局麻药,古柯碱 （可卡因）,指存在于生物体内一类含氮
2、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。,概述,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。,生物碱的定义,概述,1.游离碱：碱性极弱，以游离碱的形式存在。 2.成 盐：有机酸：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,二、 结构与分类,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。,结构特点,C,H
3、,C,H,O,H,C,H,3,N,H,C,H,3,麻黄碱,(1R,2S),麻黄枝、茎,麻 黄,二、 结构与分类,吡咯烷类生物碱 由吡咯或四氢吡咯（吡咯烷）衍生的生物碱。,二、 结构与分类,吡咯烷类生物碱简单的吡咯衍生物,红古豆碱,红古豆醇苦杏仁酸酯,（无活性）,（有活性）,似阿托品药物 的散瞳等作用,二、 结构与分类,吡啶衍生物 由吡啶或六氢吡啶衍生的生物碱。 分类：简单吡啶衍生物、喹诺里西啶）,二、 结构与分类,吡啶衍生物,二、 结构与分类,吡啶衍生物,matrine,oxymatrine,苦 参,二、 结构与分类,莨菪烷衍生物 由吡咯啶和哌啶骈合而成的杂环。 分类：颠茄生物碱 古柯生物碱,
4、二、 结构与分类,1、颠茄生物碱,二、 结构与分类,莨菪碱是由莨菪醇与莨菪酸缩合而生成的酯：,莨菪醇,莨菪酸,莨菪碱（阿托品）,+,缩合,二、 结构与分类,莨菪碱（阿托品）,东莨菪碱,山莨菪碱,樟柳碱,白花曼陀罗,山莨菪,二、 结构与分类,2、古柯生物碱,古柯碱,古 柯 树,二、 结构与分类,喹啉衍生物,喜树碱,治白血病和直肠癌,内酯结构,碱化开环,成盐溶于水,喜 树,二、 结构与分类,（六）异喹啉类生物碱,黄 连,二、 结构与分类,（七）吲哚衍生物,吲哚,麦角新碱,二、 结构与分类,（七）吲哚衍生物,二、 结构与分类,(八) 甾体生物碱类,贝母碱,二、 结构与分类,(九) 萜生物碱类,二、
5、结构与分类,(十) 大环生物碱类,二、 结构与分类,(十一) 其他类型生物碱,三、 理化性质,（一）一般性质 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，若含多成酯键）,三、理化性质,（一）一般性质 2.颜色多为无色或白色，少数有色。,三、理化性质,一叶萩碱成盐后则无色。,一叶萩碱 （黄色）,（一）一般性质,三、理化性质,（一）一般性质 3.味觉：多具苦味。 4.挥发性： 多无挥发性，少数具挥发性，如槟榔碱，麻黄碱。 5.旋光性：多为左旋光性。 有的产生变旋现象。 如：烟碱 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。,三、理化性质（一）一般性
6、质,6.溶解度(1)游离碱,类别 极性 溶解性 H2O CHCl3 H+ OH-,叔胺仲胺 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-OH 较弱 脂溶性 - + + +-COOH 强 水溶性 + - + +,三、理化性质（一）一般性质,6.溶解度 (1)游离碱 少数酚性碱，由于各种原因而导致不溶碱水中。 如：,三、理化性质（一）一般性质,6.溶解度(2)成盐多易溶于水，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。,三、理化性质 （二）碱性,1
7、.碱性强弱的表示方法,三、理化性质 （二）碱性,2.影响碱性强弱的因素 （1）杂化方式,三、理化性质 （二）碱性,2.影响碱性强弱的因素 （2）电子效应 1)诱导效应,连接供电基团则使碱性增强。,三、理化性质 （二）碱性,2.影响碱性强弱的因素 （2）电子效应 2）共轭效应,氮原子孤电子对处于P共轭体系时，碱性减弱。,三、理化性质 （二）碱性,2.影响碱性强弱的因素 （3）立体因素,叔胺分子，碱性降低。 但如：苦参碱，使碱性增强。,三、理化性质 （二）碱性,2.影响碱性强弱的因素 （4）分子内氢键,若能形成稳定的分子内氢键，可使碱性增强。 （指成盐时接受的质子能形成稳定的分子内氢键）,三、理化
8、性质 （二）碱性,2.影响碱性强弱的因素 （4）分子内氢键,三、理化性质 （二）碱性,2.影响碱性强弱的因素 （4）分子内氢键,三、理化性质 （二）碱性,2.影响碱性强弱的因素碱性强弱：,诱导供电，碱性增强； 共轭，诱导吸电，碱性减弱。,四、生物碱的鉴定（一）沉淀反应,1.沉淀试剂 金属盐类 碘-碘化钾（Wagner）KI-I2 棕褐色，红棕色沉淀 碘化铋钾（Dragendoff）BiI3KI 黄色到橘红色沉淀 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。,1.沉淀试剂 硅钨酸(Bertrand试剂)SiO212WO3 类白色沉淀 苦味酸(Hager试剂)
9、 2,4,6-三硝基苯酚黄色沉淀 雷氏铵盐(Ammoniumreineckate) 硫氰酸铬铵试剂 ，与季铵型生物碱反应生成红色沉淀或结晶。,四、生物碱的鉴定（一）沉淀反应,2.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）沉淀试剂不易加入多量。 （如：过量的碘化汞钾可使产生的沉淀溶解）,四、生物碱的鉴定（一）沉淀反应,3.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
10、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,四、生物碱的鉴定（一）沉淀反应,（1）矾酸铵-浓硫酸溶液（Mandelin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-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-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。如遇吗啡显橙色至紫色，可待因显红色至黄棕色。,四、生物碱的鉴定（二）显色反应,1、薄层色谱吸附剂：硅胶
11、、氧化铝展开剂：以苯、氯仿为主显色剂：改良碘化铋钾 因硅胶为弱酸性，因此需加碱处理：1）在湿法铺板时加一定量的NaOH溶液，使板呈碱性。2）在中性展开剂中加入一定量的二乙胺或氨水（如氯仿-二乙胺95或91）3）在层析槽中放一盛有氨水的小杯。,四、生物碱的鉴定（三）色谱检识,2、纸色谱固定相：水、甲酰胺、酸性缓冲液 3、高效液相色谱,四、生物碱的鉴定（三）色谱检识,一、提取 （一）总生物碱的提取 植物中生物碱的性质和存在状态决定提取方法。 常用提取方法： 水蒸气蒸馏法：用于具有挥发性的生物碱，如麻黄碱及液体生物碱。 升华法：用于具有升华性的生物碱，如咖啡因。 溶剂法：用于大多数生物碱。主要介绍溶
12、剂提取法,第二节 生物碱的提取和分离,1. 水或酸水提取法 原理：利用生物碱盐易溶于水，难溶或不溶于亲脂性有机溶剂的溶解性能，用水进行提取。 用酸水提取可使生物碱都以盐的形式被提出，提高提取率。 常用的酸：0.51的乙酸、硫酸、盐酸或酒石酸等。 提取方法：浸渍法、渗漉法、煎煮法。 此方法的缺点是提取液体积大，浓缩困难，水溶性杂质多。,2. 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。 此方法的缺点是含有大量脂溶性杂质。,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，进行提取。 提取方法：冷浸法、加热
13、回流（连续回流）提取法。 此方法的特点是 提取前需用碱碱化。 只能提取亲脂性生物碱，亲水性生物碱不被提出。 杂质少，易于进一步纯化。 毒性大，易燃易爆。,（二）水溶性生物碱碱的提取,1、沉淀法 2、溶剂法,二、分离 （一）总生物碱的初步分离,（二）生物碱单体的分离1、利用生物碱碱性的差异进行分离,即在不同pH条件下进行分离pH梯度法，有两种操作： 方法1 总生物碱 / 酸水溶解 用碱调节PH由低到高 每调一次用氯仿萃取一次 氯仿液 氯仿液 氯仿液 氯仿液 PH值： 低 高 得到的生物碱碱度： 弱 强,方法2 总生物碱 / 氯仿溶解 用不同pH缓冲酸溶液依次萃取 缓冲液 缓冲液 缓冲液 缓冲液 PH值： 高 低 得到的生物碱碱度： 强 弱,采用pH梯度法分离前，通常先用多缓冲纸色谱法对总碱中各生物碱的碱度强弱作初步了解，据此调节pH值。,2、利用生物碱或生物碱盐溶解度的差异进行分离 生物碱以及生物碱盐在不同溶液的溶解度存在明显的差异，可用于分离。 如：氧化苦参碱是苦参碱的氮氧化物，极性稍大，不溶于乙醚。而苦参碱溶于乙醚，于两者的氯仿液中加入乙醚，氧化苦参碱即可析出。 如：麻黄碱草酸盐在水中的溶解度比伪麻黄碱草酸盐的溶解度小，可以自水溶液中先行析出。,
