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1、第六章,生物碱 （Alkaloids),教学目标:,1、掌握生物碱的结构类型。 2、掌握生物碱的理化性质和检识方法。 3、理解提取总生物碱的原理。 4、掌握生物碱的提取、分离方法。 5、熟悉主要生物碱的生理活性。 6、熟悉生物碱的结构研究方法。,生物碱是一类十分重要的天然有机化合物，也是一类研究得最早的有生物活性的天然化合物。 生物碱的含义 生物碱一般指植物中含N的有机化合物，大多数具有氮杂环结构，呈碱性并有较强的生物活性。但也有例外，麻黄碱的氮原子不在杂环内，秋水仙碱几乎没有碱性。有些来源于生物界的含氮衍生物：氨基酸、蛋白质、维生素等不属于生物碱。,第一节 生物碱的化学分类,根据生物碱的化学
2、结构可分为以下主要类型： 一、有机胺类生物碱 结构特点: 氮原子不在环状结构内。,（平喘作用）,（收缩子宫、镇静、利尿）,益母草碱,麻黄碱,6.1 生物碱的化学分类,二、吡咯类：由哌啶或吡啶衍生而成 (一)哌啶或吡啶类 这类生物碱结构较简单：,哌啶,吡啶,毒芹碱,烟碱,(二)吲哚里西啶类 这是由哌啶和吡咯啶共用一个氮原子的稠环衍生物.,6.1 生物碱的化学分类,吲哚里西啶,一叶萩碱,植物一叶萩，兴奋中枢神经，用于治疗面神经麻痹及小儿麻痹后遗症,(三)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。,6.1 生物碱的化学分类,喹喏里西啶,苦参碱 抗癌活性,三、莨菪烷类生物碱 是由
3、莨菪烷衍生的氨基醇和有机酸结合的一元酯。,6.1 生物碱的化学分类,阿托品 （解痉、镇痛、解毒）,莨菪烷,四、喹啉类生物碱 以异喹啉或四氢异喹啉为基本母核。 （一）简单异喹啉,6.1 生物碱的化学分类,异喹啉,萨苏林：有降压作用,（二）苄基异喹啉型,6.1 生物碱的化学分类,苄基异喹啉,罂粟碱 解痉作用,（三）双苄基异喹啉型 由两个分子的苄基异喹啉衍生物通过醚键结合而成。,6.1 生物碱的化学分类,蝙蝠葛碱,（四）原小檗碱型 可视为两个异喹啉稠合而成：,6.1 生物碱的化学分类,原小檗碱型,小檗碱 （抗菌消炎作用）,（五）吗啡烷型 有一部分饱和的菲核。,6.1 生物碱的化学分类,吗啡碱,吗啡烷
4、,五、吲哚类生物碱 吲哚类生物碱主要由色氨酸衍生而成，根据其结构特点大致可分为下列几类： (一)单吲哚类 只含有一个氮原子，即只有吲哚母核,6.1 生物碱的化学分类,吲哚,大青素B,(二)色胺吲哚类 (三)半萜吲哚类 这类生物碱主要存在于麦角,6.1 生物碱的化学分类,色胺,晗尔明碱,麦角新碱： 兴奋子宫作用,(四)单萜吲哚类 由色胺和一个单萜（10C或9C）形成的吲哚类生物碱。 (五)二聚吲哚类 由二分子单萜吲哚类生物碱聚合而成。 CC聚合：长春碱(vinblastine)、长春新碱(vincristine)。,6.1 生物碱的化学分类,长春花碱,六、其他类生物碱 （一）吡咯类衍生物 由吡咯
5、和四氢吡咯衍生的生物碱,6.1 生物碱的化学分类,吡咯,红古豆碱,（二）喹啉类衍生物,6.1 生物碱的化学分类,喹啉,奎宁,（三）嘌呤及黄嘌呤类衍生物 这类生物碱含有嘌呤母核或黄嘌呤母核,嘌呤,香菇嘌呤,6.1 生物碱的化学分类,（四）萜类衍生物 萜类生物碱形成过程中没有氨基酸参与生物合成这类生物碱一般具有较强的生物活性。,6.1 生物碱的化学分类,猕猴桃碱,（五）甾体类生物碱 具有甾体母核，还有氮原子。这类生物碱的氮原子可构成杂环，也可存在环外，但都不存在于甾体母核内。,6.1 生物碱的化学分类,贝母碱：,（六）大环类生物碱 吡类生物碱中氮原子在大环上。 美登木碱,6.1 生物碱的化学分类,
6、第二节 生物碱的理化性质 一、性状 大多数为结晶形固体，有些是非结晶形粉末。少数在常温下是液体。液体生物碱分子中大多数不含氧或氧原子结合成的酯，如烟碱。 个别有挥发性 ，可以蒸馏，如麻黄碱极少数有升华性 ，如咖啡因 多数具有苦味，少部分有甜味，如甜菜碱甜。 多无色或白色晶体，只有少数其较长的共轭体系而呈现不同颜色。如小檗碱和蛇根碱显黄色，小檗红碱显红色。,二 、 旋光性 大多生物碱是手性分子，具有旋光性，天然产物多为左旋。 生物碱的生物活性与其旋光性有关，通常左旋体的生理活性比右旋体强，如左莨菪碱是右莨菪碱（散瞳）的100倍。 例外：右旋古柯碱局麻作用强。,6.2 生物碱的理化性质,三、碱性,
7、（一）碱性的产生 因生物分子中氮原子上的孤对电子对，能接受质子而显碱性。,6.2 生物碱的理化性质,（二）碱性强弱与分子结构的关系,1）N原子的杂化方式： 碱性 SP3SP2SP P电子成分比例越大，越易供电子，则碱性越强,异喹啉,四氢异喹啉,6.2 生物碱的理化性质,2）诱导效应： 如果生物碱分子结构中氮原子附近存在供电基团（烷基）能使氮原子电子云密度增加，而使其碱性增强。但是叔胺碱性弱于仲胺，其原因是叔胺结构中的三个甲基阻碍了氮原子接受质子的能力，因而碱性降低。 NH3 H3C-NH2 H2C-NH-CH3,6.2 生物碱的理化性质,若存在吸电子基（苯、 羰、酯、醚、羟、双键）使氮电子云密
8、度降低，使碱性降低,6.2 生物碱的理化性质,3）共轭效应 1、当生物碱分子结构中氮原子的孤电子对处于p- 共轭状态时，电子云平均化使其碱性降低。,6.2 生物碱的理化性质,2、若氮原子处于酰胺结构中，其孤电子对与羰基：电子形成p- 共轭，碱性很弱。,胡椒碱,6.2 生物碱的理化性质,3、 当氮电子对与供电子基发生共轭时，可使碱性增强。 例如：含胍基的生物碱多数呈强碱性，因为胍基接受质子后形成铵离子，具有较高的共轭稳定性，而呈强碱性。,胍,6.2 生物碱的理化性质,4） 空间效应（或立体效应） 基团阻碍氮给出电子则碱性减小；阻碍p- 共轭则碱性增大,莨菪碱（pka=9.65),东莨菪碱(pka
9、=7.5),6.2 生物碱的理化性质,5） 分子内氢键 若结构中氮原子附近存在羟基、羰基等取代基团，并处在有利于同生物碱共轭酸分子的质子形成分子内氢键缔合，此时共轭酸较稳定，碱性增强。 6）分子中有酸性基团（羧基、酚羟基时），则呈酸碱两性。,6.2 生物碱的理化性质,四、溶解性 五、沉淀反应 大多数生物碱能和某些试剂生成难溶于水的复盐或分子络合物等这些试剂称为生物碱沉淀试剂。 只能定性，专属性不强,6.2 生物碱的理化性质,碘-碘化钾试剂（KI-I2 ） 生成棕色或褐色沉淀 （BI2HI) 碘化铋钾试剂（BiI3KI ) 生成红棕色沉淀（BBiI3HI) 雷氏铵盐(硫氰酸铭铵)NH4Cr(NH
10、3)2(SCN)4 生成难溶性复盐，有一定晶形、熔点、分解点，（BH+Cr(NH3)2(SCN)4,6.2 生物碱的理化性质,六、显色反应 1钼酸钠或5钼酸铵的浓硫酸溶液 乌头碱呈黄棕色 吗啡呈紫色转棕色 1钒酸铵的浓硫酸溶液 阿托品呈红色 奎宁呈橙色 浓硫酸中含有少量甲醛 吗啡呈橙色至紫色 可待因呈洋红至黄棕色,6.2 生物碱的理化性质,第三节 生物碱的提取,一、脂溶性生物碱的提取 酸水提取法： 0.51的硫酸、HCl或CH3COOH 酸水提取液因体积较大、浓缩困难、水溶性杂质多。采用下列方法进一步处理：,（1）离子交换树脂提取法 R-SO3-H+(BH)+Cl- R-SO3- (BH)+H
11、Cl R-SO3- (BH)+NH4OH R-SO3- NH4+B+H2O （2）有机溶剂萃取法： 酸提取后碱化，再用有机溶剂萃取,6.3 生物碱的提取,（3）沉淀法： 酸水提取液加碱液碱化，使生物碱在水中游离而沉淀析出。 2 醇类溶剂提取法 3 亲脂性有机溶剂提取法,6.3 生物碱的提取,二、水溶性生物碱的提取 1 沉淀法： 利用季铵型生物碱与雷氏铵盐沉淀试剂生成雷氏复盐，难溶于水而沉淀析出，将季铵型生物碱从碱水层提取出来。B代表季铵生物碱：,6.3 生物碱的提取,B+NH4Cr(NH3)2(SCN)4 BCr(NH3)2(SCN)4 2 BCr(NH3)2(SCN)4+Ag2SO4 B2S
12、O4+ 2AgBCr(NH3)2(SCN)4 B2SO4+BaCl2 BaSO4 +2BCl,第四节 生物碱的分离,一、总生物碱的分离,二、单体生物碱的分离 利用生物碱碱性的差异进行分离 2 利用生物碱或生物碱盐溶解度的差异进行分离 利用生物碱特殊功能基不同进行分离 薄层 利用色谱法进行分离 HPLC,6.4 生物碱的分离,举例 防己,干燥根具有利水消肿、祛风止痛的功效。用于治疗水肿脚气，小便不利，湿疹疮毒。 （一）化学成分,粉防己碱 R=CH3 防己喏林碱 R=H,粉防己碱碱性 防己喏林碱,（二）理化性质 粉防己碱：无色针状结晶（乙醚） mp 217218，可溶于冷 苯和乙醚。 防己喏林碱：
13、虽然含有酚羟基，但不溶于碱 水溶液。酚羟基形成分子内 氢键或空间位阻效应，称为隐 性酚羟基。,6.5 举例防己,（三）提取分离 1 总碱的提取,6.5 举例防己,2 粉防己碱和防己喏林碱的分离,6.5 举例防己,思考题：,1、按化学结构生物碱可分为几类？ 2、简述利用生物碱碱性强弱不同从酸水中分离生物碱的方法。 3、试从氮原子的杂化方式分析生物碱的碱性强弱。 4、比较麻黄碱、去甲麻黄碱及苯异丙胺三者的碱性强弱，并说明为什么？,5、简述生物碱醇提取-酸化-碱化-亲脂性溶剂萃取的方法。 6、以麻黄中的麻黄碱为例，讨论离子交换树脂法分离生物碱的原理与步骤。 7、简述生物碱PH梯度萃取法的原理，怎样运用PH梯度萃取法分离不同的生物碱？ 8、某中药乙醇提取液中含有酚性叔胺碱、季铵碱、糖等水溶性成分，设计分离得到各类生物碱的流程。,
