天然药物化学第九章生物碱.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,*,ALKALOIDS IN DRUG DISCOVERY,There are approx.21,120 plant alkaloids with 1,872 skeleta,Plant alkaloids are 15.6%of the known natural products,but 46%of the plant-derived pharmaceuticals,Alkaloids possess 32.5%of the total natural product skeleta,THE POTENTIAL OF ALKALOIDS IN DRUG DISCOVERY,Of the 167 alkaloids tested in more than 20 bioassays,36%are drugs,76%of known alkaloids have never been tested in a single bioassay,Cordell,et al.,Phytother.Res.,15,183(2001),Drug discovery opportunity,小檗碱(berberine)抗炎,吗啡碱(morphine),镇痛,秋水仙碱(colchicine),治疗痛风,利血平(reserpine),降血压,滇乌碱(yunaconitine),镇痛,治疗跌打损伤,Anticancer agents,R=H 喜树碱(camptothecine),R=OH 10-羟基喜树碱(hydroxycamptothecine),珙桐科植物喜树,(,Camptotheca acuminata,),治疗多种恶性肿瘤:骨癌、肝癌、膀胱癌和白血病,副作用:骨髓抑制、呕吐和腹泻 水溶性差,伊立替康(irinotecan),R,1,=,R,3,=Et,R,2,=H,拓扑替康(topotecan),R,1,=OH,R,2,=CH,2,N(CH,3,),2,R,3,=H,9-硝基喜树碱,(9-nitrocamptothecine),R,1,=R,3,=H,R,2,=NO,2,有碱性（秋水仙碱呈微酸性）,含杂环（麻黄碱,p364）,不断完善,第一节 概 述,存在于生物体，含负氧化态N原子，环状化合物,1、定义,+3 -NO,2,+1 -NO,不是生物碱,马兜铃酸,氮氧化物；酰胺,N：-3，-1价 包括1，2，3胺；,2、分布，动物极少，植物（主）,裸子植物：,紫杉科红豆杉属,高等植物,单子叶：石蒜科，百合科,(种子植物为主),被子植物,古生花被：毛茛科，小檗科,后生花被：龙胆科,低等植物：藻类，异养，菌类，蕨类 结构简单，数量少,双子叶,极少与萜共存,结构越特殊，分布越窄 如二萜生物碱,3、存在形式,游离态 极弱碱性,少,生物碱盐,无机盐：HCl,H,2,SO,4,有机盐:草酸,酰胺,氮杂缩醛,N-氧化物,氨基酸,：鸟氨酸、赖氨酸、苯丙氨酸/酪氨酸、色氨酸,邻氨基苯甲酸,环合（形成含N杂环）,C-C，C-N裂解,氨基化,异戊烯,：甾体，萜类生物碱,反应原理,第二节 生物碱生物合成的基本原理,一、前体 关键中间体 基本骨架 生物碱,二、环合反应,一级环合：首先形成含N杂环,二级环合：再环合,1、一级环合,内酰胺,Shiff碱,Mannich 反应,加成反应,2、次级环合,酚氧化偶联,酚氧自由基形成 偶联（成环）再芳香化,酚氧自由基的形成,偶联(成环),再芳香化,1)烯醇式-芳香化,2)C-C键迁移-芳香化,3)C-C键裂解-芳香化,亚胺盐的次级环合,萜类、甾体生物碱：萜、甾体功能基化（氨基化）衍生物,三、氨基化,1、氧化-还原,2、取代,3、加成,单萜,倍半萜,石斛碱,二萜,C,20,-生物碱,反考烷,p238,甾体生物碱,1、内酰胺的开环,2、Hoffmann降解和von Braun降解,四、C-N键的裂解,五、C-C键的裂解,1、来源于鸟氨酸,吡咯类 托品烷类（莨菪类）吡咯里西丁类,分类依据,来源,氨基酸 5种+邻氨基苯甲酸,异戊烯：萜、甾体,化学结构,关键中间体,第三节 生物碱分类及生源关系,哌啶类 吲哚里西丁类 喹咯里西丁类,关键中间体,2、来源于赖氨酸,castanospermine,swainsonine,脱氧野尻霉素(deoxynojirimycin,DNJ),米格列醇(miglitol),a,-葡萄糖苷酶抑制剂,治疗型糖尿病,3、来源于邻氨基苯甲酸,喹啉类 丫啶酮类,苯丙胺类 麻黄碱,四氢异喹啉类,种类、数量多,苄基四氢异喹啉类,4、来源于苯丙氨酸/酪氨酸,f.普罗托品类,d.吗啡烷类,e.原小檗碱和小檗碱类,g.苯菲啶类,a.苄基四氢异喹啉类,c.双苄基四氢异喹啉类,b.阿朴菲类,生源关系,苄基四氢异喹啉,吗啡二烯酮,吗啡碱,可待因或蒂巴因,原小檗碱,再芳香化,1)烯醇式-芳香化,2)C-C键迁移-芳香化,3)C-C键裂解-芳香化,亚胺盐的次级环合,原小檗碱,脱氢,Hoffmann,降解,普罗托品,小檗碱型,苯菲啶型,苯乙基四氢异喹啉类,多巴胺,trans,-桂皮酸,粗榧碱类,苯乙基四氢,异喹啉类,秋水仙碱,苄基苯乙胺类,简单,b,-Carboline类,最多，复杂，药用,5、来源于色氨酸,简单吲哚类,色氨酸,吲哚,母核,长春碱(vinblastine,VLB),长春新碱(vincristine,VCR),R=H 喜树碱(camptothecine),R=OH 10-羟基喜树碱(hydroxycamptothecine),利血平(reserpine),降血压,半萜吲哚类,单萜吲哚类 a.单萜吲哚,i)柯南因-士的宁 ii)白坚木碱 iii)依波林,b.双吲哚类,吲哚核+C,5,麦角碱类,c.与单萜吲哚类相关的碱:喜树碱 阿巴利生 金鸡宁类,Anticancer agents,R=H 喜树碱(camptothecine),R=OH 10-羟基喜树碱(hydroxycamptothecine),珙桐科植物喜树,(,Camptotheca acuminata,),治疗多种恶性肿瘤:骨癌、肝癌、膀胱癌和白血病,副作用:骨髓抑制、呕吐和腹泻 水溶性差,伊立替康(irinotecan),R,1,=,R,3,=Et,R,2,=H,拓扑替康(topotecan),R,1,=OH,R,2,=CH,2,N(CH,3,),2,R,3,=H9-硝基喜树碱,(9-nitrocamptothecine),R,1,=R,3,=H,R,2,=NO,2,6、来源于萜类的生物碱,不涉及氨基酸,7、来源于甾体的生物碱,甾体生物碱,单萜生物碱,倍半萜生物碱,二萜C,19,和C,20,-生物碱,萜类生物碱,三萜生物碱,毛茛科乌头属、翠雀属 反考烷,孕甾烷生物碱,环孕甾烷生物碱,胆甾烷生物碱,第四节 生物碱的理化性质,一、性状 颜色 无色（大多数）,有色（少数，具共轭体系）状态：结晶形固体,敏锐熔点 双熔点：防已诺林 液态碱：烟碱（分子量小）麻黄碱（随水蒸气蒸馏）升华性：咖啡因,小檗碱,溶解性 游离态生物碱:亲脂性 溶于卤代烃(CHCl,3,),醇 季铵碱(如小檗碱),N,-氧化物,生物碱盐:亲水性,盐酸小檗碱,-微溶于水,二、旋光性，左旋 生理活性,三、生物碱的检识 生物碱/酸性介质 +沉淀剂或显色剂 有色沉淀 金属盐：碘化铋钾试剂 TLC显色剂：改良的Dragendorff试剂（桔红色）,四、碱性,表示法 影响因素,生物碱碱性 p,K,a N原子杂化态,碱 性 电性效应,诱导效应 共轭效应 诱导-场效应,空间效应,分子内氢键,酸碱质子论,BH,+,B +H,+,B给出电子能力,、,与H,+,结合的能力,BH,+,的稳定性（越稳定，碱性越强）,碱,共轭酸,1,、,N原子杂化状态,sp,3,sp,2,sp,s成分增加 对外层电子的吸引力增加 碱性减弱,2,、诱导效应,Bredt,s 规则,3,、诱导-场效应,分子内两个氮原子碱性差异,D,p,K,a,4,、,共轭效应,苯 胺 型,烯 胺 型,酰 胺 型,p-,p,共轭,5、,空间效应,6,、,分子内氢键,共轭酸稳定性增加,碱性增强,诱导-场/,分子内氢键,五、成盐,3.涉及跨环效应（空间接近5、6元环）,1.季胺碱 水溶性,小檗碱 盐酸小檗碱(沉淀),浓HCl,2.氮杂缩醛,4.烯胺,(一)亲脂性生物碱1、酸水法1)原料,稀酸水渗漉或冷浸 适当浓缩(根据原材料部位脱色素或除去叶绿素等杂质)碱化(pH10)沉淀(当生物碱含量高时)有机溶剂提取(CHCl,3,苯,乙醚),水溶性生物碱,过滤,亲脂性总碱,回收溶剂,有机相,碱水,正丁醇或戊醇,碱水,第五节 生物碱的提取与分离,正丁醇层,一、提取 生物碱在植物体内多数以盐存在,总碱,酸提取液,脱脂,离子交换树脂,水洗(去除水溶性杂质),晾干,乙醚洗(除去非生物碱有机杂质),碱化(氨水),水洗,晾干,有机溶剂洗脱或萃取,2)离子交换树脂法：可再生，吸附容量大,总碱,R,-,-NH,4,+,+,B,+H,2,O,BH,+,-,Cl,-,R,-,-,H,+,+,BH,+,-,Cl,-,R,-,-,BH,+,+HCl,B,2、醇提法,亲脂性总碱,盐或游离态:溶于醇,原料,醇提取 药用酒精（95%）,回流或渗漉,回收溶剂,残留物,稀酸溶解,过滤,酸水(生物碱盐),碱化,溶剂萃取（氯仿等）,残渣,非生物碱成分,3、亲脂性溶剂提取,碱水浸泡（变成游离碱）,CHCl,3,，苯提取,原料,碱水,亲水性生物碱,亲脂性生物碱,弱碱性总碱,弱碱性生物碱或盐：,原料,水、稀酸水（破坏盐）CHCl,3,，苯，乙醚,(二)亲水性生物碱 (季铵碱,N,-氧化物),1、溶剂法 正丁醇，戊醇,2、沉淀法,雷氏铵盐 生物碱酸性溶液 +沉淀剂 沉淀,第四节 提取分离,溶剂提取,药材 总皂苷 单体皂苷,提取,分离,药粉,1)稀醇-水提取(CH,3,OH或C,2,H,5,OH)2)回收溶剂3)加水溶解,极性,小,大,石油醚 氯仿 乙酸乙酯 正丁醇/水,色素、叶绿素 三萜苷元 粗总三萜皂苷,1、提取,醇提液（脱脂，除叶绿素）,树脂,水洗（去杂）,水-醇洗脱,有效成分（总碱等）,3、树脂法,1)离子交换树脂（亲水、亲脂性成分，有可供交换的离子）,2)大孔吸附树脂（适用于亲水性成分）,二、分离,酚性,非酚性,极性大小,碱性强弱,药用生物碱的分离:特定生物碱（工业化）,系统分离:总碱 类别/部位 单体生物碱,1、碱性差异,提取所得总碱,酸水液,加入浓氨水调节pH,pH 2-3 4-5 6-7 8-9 10,pH 低 高,碱性,CHCl,3,提取,Fr 1 至 Fr N 部位,2、生物碱及其盐的溶解度差异,3、层析法,1)原理:分配层析 吸附层析,分离材料,脂溶性,水溶性,硅胶,Al,2,O,3,RP-8，RP-18,葡聚糖凝胶（Sephedex）,聚酰胺,(提取:离子交换树脂,大孔吸附树脂),2)分离对象的溶解性,3、其它方法 可逆性化学转化,3)制备 HPLC,柱层析,薄层层析，制备TLC，离心薄层,4)TLC显色剂,5)洗脱溶剂,第六节 生物碱的结构鉴定,（一）光谱法在生物碱结构鉴定中的应用,1.紫外（UV）,生色团在分子中的位置,2.红外（IR）,跨环效应的,n,c=o,吸收；,Bohlmann吸收带,3.质谱（MS）,4.核磁共振（NMR）,平面结构：,1,D-NMR（,1,H，,13,C，Dept）,2,D-NMR（,1,H-,1,H COSY，HMQC，HMBC）,立体结构：NOE差谱,化学位移（,d,）和偶合常数（,J,）,（二）实例,RDA裂解,尼麦角林,(Nicergoline),