中药化学生物碱备课讲稿.ppt

单击此处编辑母版标题样式,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 十 章生 物 碱,教学内容：10.1,概述,10.2 结构与,分类,10.3,理化性质与检识,10.4,提取分离,10.5 结构研究 10.6 实例:,麻黄,、,黄连,、,洋金花,、,延胡索,、,乌头,、苦参、防己、马钱子、紫杉,10.1 概述,（一）,定义,生物碱是指除了生物界必需的含氮有机化合物氨基酸、氨基糖、肽、蛋白质、核酸、核苷酸、含氮维生素以外的所有含氮有机化合物,。,大多结构复杂、具有碱性且生物活性显著。,（二）分布,1、,多分布于双子叶植物中，少数单子 叶植物和裸子植物也有分布。,双子叶防己科、婴粟科、夹竹桃科、毛茛科、豆科、马钱科、茄科、小檗科等。单子叶兰科、百合科、石蒜科、禾本科等。裸子麻黄科、红豆杉科、三尖杉科等。,2、多集中分布于植物的某一器官,。,金鸡纳树皮；麻黄髓；,3、多种生物碱共存且结构类似。,（三）存在形式,盐的形式,在植物体中，多数生物碱,往往和有机酸结合成盐。,游离形式,少数碱性极弱的生物碱以,游离态存在，如酰胺类。,苷的形式,生物碱苷。,（四）生物活性,镇痛吗啡、延胡索乙素,解痉阿托品,抗菌消炎小檗碱、蝙蝠葛碱,抗癌喜树碱、秋水仙碱、长春新碱,止咳平喘麻黄碱,10.2 结构与分类,按氮原子所在基本母核的结构来分类,（一）,杂环类生物碱,1、,吡咯类生物碱,2、哌啶类生物碱,简单哌啶类和双稠哌啶类,3、吲哚里西啶,吡咯和哌啶共用一个氮原子。,4、,莨菪烷类生物碱（茄科生物碱）,是由四氢吡咯和六氢吡啶并合而成的杂环。,莨菪碱是由莨菪醇和莨菪酸缩合而生成的酯,。,5、,喹啉类,6、,异喹啉类,（1）简单异喹啉,（2）苄基异喹啉、双苄基异喹啉,（3）,原小檗碱型,（4）阿朴芬型,（5）原阿朴芬型,（6）吗啡烷型,（7）普托品型,7、,吲哚类,（二）,萜类生物碱,基本骨架为萜类，氮原子在环状结构内或侧链上。,单萜生物碱,肉苁蓉碱、龙胆碱,倍半萜生物碱石斛碱,二萜生物碱,乌头碱类、紫杉醇,三萜生物碱小叶黄杨碱A,（三）,甾体生物碱,主要分布于百合科藜芦属、贝母属和茄科的茄属植物中。,（四）,有机胺类生物碱,N原子不在杂环内，在环外。,（伪）麻黄碱,（五）,肽类生物碱（环肽类生物碱）,结构特点是含有二个以上酰胺基，且大多属于,大环结构,，不同于一般的肽类，组成它们的氨基酸大多是,不常见的氨基酸,。有十三环、十四环、十五环肽生物碱。,10.3,生物碱的理化性质与检识,一、物理性质,（一）性状,多数为,结晶形固体,，少数为非晶形粉末；少数为液体烟碱、毒芹碱、槟榔碱等。,多数,无色或白色,，少数有颜色小檗碱、蛇根碱为黄色。,多数,味苦,。,少数小分子生物碱和液态生物碱有挥发性麻黄碱、烟碱。,（二）旋光性,大多数生物碱,有旋光性，多呈左旋,。,（三）溶解性,1、,游离生物碱,亲脂性生物碱（叔胺碱、仲胺碱）,易溶于亲脂性有机溶剂、酸水，难溶于水。,亲水性生物碱（季胺碱、含氮氧化物）,可溶于水、甲醇、乙醇，难溶于亲脂性有机溶剂。,特殊官能团生物碱（含酚羟基、羧基）,既溶于酸水也溶于碱水，PH89时溶解度最差，易沉淀。,2、,生物碱盐,一般易溶于水,，,可溶于醇,，难溶于亲脂性有机溶剂。,水溶性大小规律,：,无机酸盐有机酸盐,含氧酸盐卤代酸盐,小分子有机酸盐大分子有机酸盐,二、化学性质,(一),碱性,生物碱分子中氮原子具有孤电子对，可以给出电子，也可以接受质子，因此具有碱性。,1、碱性强弱的表示方法,取决于它吸引质子或给出电子的能力。主要和氮原子的杂化方式、电子云密度及立体效应有关。,用其共轭酸的pKa值表示。,pKa值越大，碱性越强,。,2、,碱性强弱的一般规律,季铵碱（强碱 pKa,11,）,脂胺、脂氮杂环（中强碱 pKa811）,芳胺、芳氮杂环（弱碱 pKa37）,酰胺类（极弱碱 pKa,SP,2,SP,（2）电效应,1）诱导效应,氮原子周围引入供电子基，使之电子云密度增加，碱性增强。引入吸电子基，则电子云密度减小，碱性减弱,。,常见,吸电子基：苯基、羰基、羟基、双键,、,醚键、酯键,。,常见,供电子基：烷基,2）共轭效应,当有供电子基或吸电子基与氮原子处在同一共轭体系中，引起氮原子的电子云密度增加或降低，使碱性增强或降低的效应。,此效应不受碳链长短的限制。,（3）立体效应,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，则使其碱性降低。,（4）氢键效应,生物碱成盐后，氮原子附近如有羟基、羰基并可,与氮上的氢形成分子内氢键,，使质子不易离去，从而碱性增强。,（二）沉淀反应,1、,反应条件,：,酸水或酸性稀醇,中进行。,2、沉淀试剂：,碘化物复盐、重金属盐,、,大分子有机酸,。,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（红棕色沉淀）；硅钨酸（类白色或淡黄色沉淀）、苦味酸（黄色沉淀）；雷氏铵盐（即硫氰酸铬铵，与季铵碱生成红色沉淀）。,3、应用：,（1）,检识生物碱的存在（预试）,（2）鉴定、检识,(反应、薄层显色),（3）追踪提取分离生物碱,（4）分离纯化季铵碱,（5）定量（组成固定）,4、,注意事项：,假阳性,干扰成分,：蛋白质、多肽、鞣质,解决方法,：酸水提取液碱化后用氯仿萃取，再用酸水反萃氯仿，得到的酸水再进行沉淀反应。,（三）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。Mandelin试剂（1%铬酸铵浓硫酸）：莨菪碱、阿托品红色 奎宁淡橙色 吗啡、士的宁蓝紫色 可待因兰色Marquis试剂（30%甲醛0.2ml与10ml硫酸的混合液）：吗啡橙色至紫色 可待因洋红色至黄棕色,10.4,生物碱的提取分离,（一）,总碱的提取,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,方法：渗漉、浸渍,缺点：提取液体积大、杂质多，需净化,净化方法,：,（1）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%。,先用中性水洗脱杂质，再用酸水或盐水洗脱生物碱；也可先将树脂用氨水碱化（PH10左右），再用有机溶剂回流提取生物碱。,（2）有机溶剂萃取法：先碱化，后萃取。,（3）加碱沉淀法：一般加石灰乳沉淀。此法用于生产。,2、醇提法,游离生物碱及生物碱盐的提取均可。,方法：渗漉、浸渍、回流、连续回流。,缺点：常含有亲脂性杂质，可利用生物碱溶于 酸水，杂质不溶而加以纯化。,3、亲脂性有机溶剂提取法,操作：先用,碱水湿润药材,，使生物碱游离，再用有机溶剂提取。,方法：浸渍、回流、连续回流。,碱水：,10%氨水、石灰乳或碳酸钠,。,如为弱碱，可直接用有机溶剂提取。,（二）,生物碱的分离,1、粗分（不同类型生物碱的分离）,总碱,酸水溶解，氯仿萃取,氯仿层 酸水层,1%NaOH萃取 氨水PH910,氯仿萃取,碱水层 氯仿层 氯仿层 碱水层,NH,4,Cl 盐析 (非酚性弱碱)1%NaOH萃取 (季胺碱),氯仿萃取 碱水层 氯仿层,氯仿层 NH,4,Cl盐析 (非酚性叔胺碱),(酚性弱碱)氯仿萃取,氯仿层,(酚性叔胺碱),2、生物碱单体的分离,（1）,利用碱性差异：PH梯度萃取法,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依次萃取，生物碱则由强到弱被依次萃出。,（2）,利用生物碱或生物碱盐的溶解度不同,氧化苦参碱极性大于苦参碱，难溶于乙醚,，将总碱溶于氯仿后加乙醚，氧化苦参碱则沉淀析出。,草酸麻黄碱的水溶性小于草酸伪麻黄碱，浓缩后草酸麻黄碱则析出结晶,。,（3）,利用特殊功能基分离,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。,含内酯的生物碱溶于热氢氧化钠中。,（4）色谱法,常用氧化铝、硅胶作吸附剂。,用石油醚、氯仿、二氯甲烷、甲醇等混合溶剂作洗脱剂。,注意：,硅胶作吸附剂时，需加碱在洗脱剂中，抑制硅胶的酸性,。,HPLC：,反相、离子交换；碱性流动相,（三）水溶性生物碱的提取分离,1、沉淀法:雷氏铵盐NH,4,Cr(SCN),4,(NH,3,),2,含季铵碱的水溶液加稀无机酸调PH23，加新鲜配制的雷氏铵盐饱和水溶液，即可生成生物碱雷氏盐沉淀，过滤，沉淀过氧化铝柱净化，用丙酮洗脱，在洗脱液中加硫酸银分解生物碱雷氏盐沉淀，生成生物碱的硫酸盐，再加氯化钡使生物碱转化为盐酸盐，浓缩析,2、溶剂法,用正丁醇、异戊醇或氯仿-甲醇混合液反复萃取。,10.5 生物碱的检识,（一）理化检识,利用,生物碱的沉淀反应,可检识某中药中是否含有生物碱。,方法：取中药酸水提取液，用氨水碱化，氯仿萃取，氯仿层，再用酸水萃取，分取酸水层，置3支试管中，分别加入三种生物碱沉淀试剂，如都产生沉淀，则该中药含有生物碱。,避免蛋白质、多肽、鞣质引起假阳性反应,。,（二）色谱检识,1、TLC,吸附剂：,（1）硅胶：常用缓冲液或0.10.5mol/L的,稀氢氧化钠代替水铺板,，克服拖尾；或在,展开剂中加入二乙胺、氨水,等；或用,浓氨水饱和,。,（2）氧化铝：分离亲脂性较强的生物碱。,展开剂：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。,显色剂：常用改良碘化铋钾，显橘红色。,2、纸层析（PC）,以水、甲酰胺为固定相，或以酸性缓冲液作为固定相进行多缓冲纸色谱。,PH 6 5 4 3 2,原点,。,以水为固定相时，用正丁醇-冰醋酸-水为展开剂。,以甲酰胺或酸性缓冲液为固定相时，多以氯仿、乙酸乙酯等亲脂性有机溶剂为展开剂。,3、HPLC：反相、离子交换,碱性流动相,10.6 生物碱的结构研究,一、化学法,根据C-N裂解产物推测N原子的连接方式。,1、Hofmann降解（彻底甲基化反应）,（1）原理,伯、仲、叔胺经CH,3,I和Ag,2,O全甲基化生成季胺碱，季胺碱经加热脱水、C-N裂解，生成烯烃、三甲胺，根据烯烃的结构推测N原子的连接方式。,脂肪胺一烯；（一次降解）,N原子二价连接在环上二烯；（二次降解）,N原子三价连接在环上三烯；（三次降解）,（2）反应条件,N原子的位碳上有H，且能在反应中被消除,。,喹啉、吡啶、异喹啉等不能进行Hofmann降解,2、Emde降解,是改进的Hofmann降解。,将季铵碱用钠汞齐还原，使C-N裂解，从而使不能发生Hofmann降解的生物碱发生降解反应。,3、von Braun降解,试剂：溴化氰（CN-Br）,原理：直接使叔胺的C-N断裂，生成二取代氨基氰和溴代烷，二取代氨基氰水解、脱羧生成仲胺。,不含,-H,的生物碱也可降解。,二、波谱法,（一）紫外光谱特征,1、吡啶类、喹啉类等生物碱,2、与溶液的PH值有关,（二）红外光谱,（三）氢谱、碳谱,（四）质谱,1、,-裂解：,N原子的,-C和-C之间的键,2、RDA裂解：原小檗碱型生物碱C环的裂解，产生a,b,c,d四个离子碎片，可推测A环和D环的取代基类型和数目。,10.7 实例,一、麻黄,来源 麻黄科草麻黄、中麻黄、木贼麻黄 的干燥茎与枝。功效 发汗、平喘、利水成分 生物碱、鞣质、挥发油、黄酮等（一）主成分结构与性质1、生物碱类l-麻黄碱发汗、平喘,d-伪麻黄碱升压、利尿,R,1,R,2,l-麻黄碱（1R,2S)CH,3,H,l-甲基麻黄碱 CH,3,CH,3,l-去甲基麻黄碱 H H,R,1,R,2,d-伪麻黄碱（1S,2S)CH,3,H,d-甲基麻黄碱 CH,3,CH,3,d-去甲基麻黄碱 H H,麻黄碱、伪麻黄碱的性质,：,（1）均为仲胺衍生物，中强碱,（2）麻黄碱的碱性伪麻黄碱,（3）,游离碱具有挥发性，可随水蒸气蒸馏,。,（4）,不发生沉淀反应,。,（5）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，伯胺、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。,鉴别反应,麻黄生物碱：不能和生物碱沉淀试剂反应生成沉淀。,1、,二硫化碳-硫酸铜反应,（1）试剂：,CS,2,、CuSO,4,和,NaOH,；,（2）操作：A、将,麻黄碱或伪麻黄碱,溶于少量醇中；,B、分别加入以上试剂各,两滴,。,（3）机理：,棕色沉淀,铜络盐反应,(,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。,铜络盐反应,（1）试剂：,CuSO,4、,NaOH,和,乙醚,；,（2）操作：,A、麻黄碱或伪麻黄碱的水溶液中，加入,硫酸铜试剂；,B、立即加入氢氧化钠试剂使溶液呈碱性；,C、加乙醚振摇分层。,（3）现象：乙醚层紫红色，水层蓝色。,（3）机理：,紫红色铜络盐,（二）麻黄碱与伪麻黄碱的提取分离,1.溶剂法：利用两者既可溶于水又可溶于有机溶剂，其盐则可溶于水不溶有机溶剂进行提取。,利用草酸麻黄碱的溶解度小于草酸伪麻黄碱进行分离,。,2.水蒸气蒸馏法：游离麻黄碱和伪麻黄碱具有挥发性,先用水提取,碱化后再用水蒸气蒸馏法.,3.离子交换树脂法：利用两者碱性差异,控制洗脱液量来分离。,（五）提取分离,1、,溶剂法：,原理：,A、提取：二者能溶于酸水，也能溶于亲脂性有机溶剂；,B、分离：二者的草酸盐在水中溶解度差异进行分离。,（1）原理：,麻黄生物碱在游离状态下具有挥发性；,（2）操作：,A、先将煎煮液浓缩成浸膏；,B、碱化后再用水蒸气蒸馏法提取；,C、分离方法与溶剂法相似。,（3）缺点：加热时间较长，部分生物碱可能分解，影响收率。,2、水蒸气蒸馏法：,3、,离子交换树脂法：,（1）原理：,强酸性阳离子交换树脂，阳离子吸附。,稳定性：麻黄碱盐单酯型醇胺型,五、延胡索（元胡）,来源 罂粟科延胡索的块茎。,功效 活血散瘀、利气止痛。,成分 生物碱,延胡索乙素：dl-四氢巴马丁（颅痛定）,原小檗碱型异喹啉生物碱,叔胺碱,延胡索延胡索乙素（0.003%）,千金藤l-四氢巴马丁（1.5%）,黄藤巴马丁（3%）,1.性状：,游离：淡黄色结晶,硫酸盐：无色针状结晶,2.溶解性：,游离：难溶于水，易溶于氯仿、苯、乙醚和热乙醇,盐酸盐：难溶于水,性状与溶解性（延胡索乙素）,六、苦参,来源 豆科槐属苦参的根。,功效 清热燥湿、杀虫、利尿。,成分 生物碱、黄酮,（一）生物碱类,苦参碱、氧化苦参碱、槐果碱（去氢苦参碱）、氧化槐果碱等。一般氧化苦参碱含量最高，氧化槐果碱次之。,1、结构,大多属于喹诺里西啶类,2、性质,氧化苦参碱,：易溶于水、乙醇、氯仿，,难溶于乙醚,。水溶液呈较强碱性。,苦参碱,：,可溶于水、氯仿、苯、乙醚,。,都含有两个氮，一个叔胺，一个内酰胺，苦参碱的内酰胺可被皂化；槐果碱不能被皂化。,（二）黄酮类,分出20多种，以二氢黄酮（醇）母核最多。,（二）化学成分,主要含有生物碱,苦参总碱,，,其中以,氧化苦参碱,和,苦参碱,为主；,苦参碱 氧化苦参碱,羟基苦参碱 去氢苦参碱 N-甲基金雀花碱,（三）理化性质,1、,性状,：苦参生物碱多为无色结晶；,2、,碱性,：N,1,叔胺氮呈碱性，碱性较强；,N,16,酰胺氮几乎不显碱性；,3、,溶解性,：,苦参碱,可,溶于水，,能,溶于氯仿、,乙醚,等有机溶剂；,氧化苦参碱,易,溶于水，可溶于氯仿，,难,溶于,乙醚,；,极性大小顺序：氧化苦参碱羟基苦参碱苦参碱。,4、,水解性,具有内酰胺结构的苦参生物碱在碱性条件下可被水解开环；,加酸后又环合为原来结构。,5、,氧化还原反应,七、汉防己（粉防己）,来源 防己科汉防己的根。,功效 祛风湿、止痛、利水消肿。,成分 生物碱（2.35%）,汉防己甲素：叔胺碱；能溶于冷苯。,汉防己乙素(防己诺林碱)：叔胺碱（含隐性酚,羟基）；难溶于冷苯。,轮环藤酚碱：季铵碱,汉防己甲、乙素在碱性条件下，与碘甲烷反应生成,碘化二甲基汉防己碱,（汉肌松）。,八、马钱子,来源 马钱科马钱或云南马钱的干燥成熟种子,功效 通络止痛、散结消肿、凉血散热。,成分 生物碱（1.55%）,士的宁(番木鳖碱)、马钱子碱吲哚类生物碱,士的宁盐酸盐水溶性小于马钱子碱的盐酸盐,士的宁+硝酸淡黄，100,蒸干紫红色,马钱子碱+硝酸深红,