十章节生物碱Alkaloids省名师优质课赛课获奖课件市赛课百校联赛优质课一等奖课件.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,*,本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。,第十章 生物碱,（Alkaloids）,1/26,目标要求,1.了解生物碱含义、生源路径、分类、分布和生理活性。,2.掌握生物碱理化性质、提取、分离和检识方法。,3.熟悉生物碱结构研究方法。,4.掌握主要生物碱结构，熟悉主要生物碱生理活性。,2/26,第一节,概述,一 生物碱含义及特点,1 含义,生物碱指起源于生物界一类含氮有机化合物。,2 特点,大多有较复杂环状结构，氮原子结合在环内；多呈碱性，可与酸成盐；多含有显著生理活性。,二 生物碱分布及存在形式,1 分布,生物碱主要分布于植物界，绝大多数存在于高等植物双子叶植物中，已知存在于,50,多个科,120,多个属中。与中药相关一些经典科如毛茛科（黄连、乌头、附子）、罂粟科（罂粟、延胡索）、茄科（洋金花、颠茄、莨菪）防己科（汉防己、北豆根）、豆科（苦参、苦豆子）等。单子叶植物也有少数科属含生物碱，如石蒜科，百合科、兰科等，百合科中较主要如贝母属。少数裸子植物如麻黄科、红豆杉科、三尖杉科也存在生物碱。,2 存在形式,在植物体内，少数碱性极弱生物碱以游离态存在，如酰胺类生物碱；有一定碱性生物碱多以有机酸盐形式存在；少数以无机酸盐形式存在，如盐酸小檗碱、硫酸吗啡等。其它存在形式还有,N-,氧化物、生物碱苷等。,3/26,三 生物碱生物活性,生物碱多含有显著而特殊生物活性。如吗啡、延胡索乙素含有镇痛作用；阿托品含有解痉作用；小檗碱、苦参生物碱、蝙蝠葛碱有抗菌消炎作用；利血平有降血压作用；麻黄碱有止咳平喘作用；奎宁有抗疟作用；苦参碱、氧化苦参碱等有抗心律失常作用；喜树碱、秋水仙碱、长春新碱、三尖杉碱、紫杉醇等有不一样程度抗癌作用等。,四 生物碱生物合成,在生物碱生物合成路径中，氨基酸是其初始物。主要有鸟氨酸、赖氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸、邻氨基苯甲酸、组氨酸等。,（一）生物碱生物合成主要化学反应,1 环合反应,（1）希夫碱（Schiff）形成反应 氨基和羰基加成-脱水形成希夫碱：,4/26,包括希夫碱形成反应生物碱有：吡咯、莨菪烷、蒎啶、喹诺里西啶类。,（2）Mannich氨甲基化反应 醛、胺和负碳离子（含活泼氢化合物）发生缩合反应为曼尼希氨甲基化反应。结果是活泼氢被氨甲基取代，得到曼尼希碱：,曼尼希碱,在生物碱中，尤其是苄基异喹啉和吲哚生物碱生物合成中，许多一级环合都是经过曼尼希反应生成。,（3）酚氧化偶联反应 为次级环化反应。反应过程为含酚羟基化合物在植物体内经酶作用形成自由基，两个自由基经偶联，形成新键。如在由苄基四氢异喹啉形成各类异喹啉生物碱中，则是由酚氧化偶联反应生成。,2 碳-氮键裂解,较主要裂解为Hofmann降解和von Braun 降解。,5/26,举例：蕃荔枝碱经过酚性氧化偶联反应生成阿朴菲型生物碱：,邻,-,邻位偶合,邻,-,对位偶合,6/26,第二节,生物碱结构与分类,一 鸟氨酸系生物碱,起源于鸟氨酸生物碱主要包含吡咯烷类、莨菪烷类和吡咯里西啶类生物碱。,（一）吡咯烷类生物碱,（二）莨菪烷类生物碱,水苏碱,本类生物碱多由莨菪烷环系C,3,-醇羟基和有机酸缩合成酯。主要存在于茄科颠茄属、曼陀罗属、莨菪属和天仙子属中，经典化合物如莨菪碱（hyoscyamine）。,二、赖氨酸系生物碱,（一）吡啶和蒎啶类,结构较简单。生源上关键前体物是蒎啶亚胺盐类。代表性化合物如胡椒中胡椒碱（piperine）、槟榔中槟榔碱、槟榔次碱等。,。,7/26,吡啶 蒎啶,胡椒碱,槟榔碱,槟榔次碱,（二）喹诺里西啶类,生源上前体物为赖氨酸衍生戊二胺。本类生物碱是由两个蒎啶共用一个氮原子稠合而成衍生物。主要分布于豆科、石松科和千屈菜科。代表性化合物如苦参中苦参碱(matrine)氧化苦参碱(oxymatrine)等。,苦参碱 氧化苦参碱,8/26,（三）吲哚里西啶类,为蒎啶和吡咯共用一个氮原子稠合衍生物。又分为简单吲哚里西啶和一叶萩碱两类，主要分布于大戟科一叶萩属植物中。如存在于一叶萩中一叶萩碱中枢神经系统有兴奋作用。,吲哚里西啶,一叶萩碱,苯丙胺,麻黄碱,三、苯丙氨酸和酪氨酸系生物碱,本类生物碱是由苯丙氨酸和酪氨酸为前体物生物合成一大类数量多（约1000各种）、类型复杂、分布广泛、含有较高药用价值生物碱类型。,（一）苯丙胺类生物碱,较经典化合物是麻黄中麻黄碱,(ephedrine),。,9/26,（二）异喹啉类生物碱,1小檗碱类和原小檗碱类,此两类生物碱能够看成为两个异喹啉环稠合而成，依据二者结构母核中C环氧化程度不一样，分为小檗碱类和原小檗碱类，前者多为季铵碱，如黄连、黄柏、三棵针中小檗碱（berberine）；后者多为叔胺碱，如延胡索中延胡索乙素（dl-tetrahydropalmatine）。,原小檗碱,小檗碱,延胡索乙素,2苄基异喹啉类,为异喹啉母核,1,位连有苄基一类生物碱。,10/26,罂粟碱,蝙蝠葛碱,3双苄基异喹啉类,为两个苄基异喹啉经过,13,个醚键相连接一类生物碱。连接方式较多，故类型也较多。,4吗啡烷类,代表性化合物有罂粟中吗啡,(morphine),、可待因,(codeine),等。,吗啡烷 吗啡,可待因,11/26,四、色氨酸系生物碱,本类生物碱也称吲哚类生物碱，是类型较多、结构较复杂、化合物数目最多一类生物碱。主要分布于马钱科、夹竹桃科、茜草科等几十个科中。,（一）简单吲哚类,结构特点为只有吲哚母核，而无其它杂环。代表化合物如存在于蓼蓝中靛青苷。,（二）色胺吲哚类,这类化合物中含有色胺部分，结构较简单。如吴茱萸中吴茱萸碱。,吲哚,靛青苷 色胺,吴茱萸碱,12/26,（三）单萜吲哚类,分子中含有吲哚母核和一个C,9,或C,10,裂环番木鳖萜及其衍生物结构单元。如萝芙木中利血平(reserpine)、番木鳖中士宁(strychnine)等。,士宁,利血平,五、邻氨基苯甲酸系生物碱,本类主要包含喹啉和吖啶酮类生物碱，主要分布于芸香科植物，如白鲜,皮中白鲜碱。,六、组氨酸系生物碱,主要为咪唑类生物碱，数目较少，如芸香科植物毛果芸香中毛果芸香碱。,13/26,七、萜类生物碱,八、甾体类生物碱,本类生物碱都含有甾体母核，但氮原子均不在甾体母核内。,环常绿黄杨碱,D,14/26,第三节 生物碱理化性质,一、物理性质一）性状,1 形态 生物碱多数为结晶形固体，,少数为非晶形粉末；个别为液体，,如烟碱(nicotine)、槟榔碱等。,2 味 生物碱多具苦味。,3 颜色 生物碱普通无色或白色，少数有颜色，如小檗碱、蛇根碱呈黄色等。有机化合物产生颜色普通要具备长链共轭结构，并有助色团，或同时为离子型。,一叶萩碱为淡黄色，是因为氮原子上孤电子对与共轭系统形成跨环共轭。,4 挥发性与升华性 少数液体状态及个别小分子固体生物碱如麻黄碱、烟碱等具挥发性，可用水蒸汽蒸馏提取。咖啡因等个别生物碱含有升华性。,15/26,（二）旋光性,生物碱结构中如有手性碳原子或本身为手性分子即有旋光性。,生物碱生理活性与其旋光性亲密相关，通常左旋体生理活性比右旋体强。如,l-,莨菪碱散瞳作用比,d-,莨菪碱大,100,倍。去甲乌药碱（,higenaenine,）仅左旋体具强心作用。,（三）溶解性,1游离生物碱,（1）亲脂性生物碱 大多数叔胺碱和仲胺碱为亲脂性，普通能溶于有机溶剂，尤其易溶于亲脂性有机溶剂，如苯、乙醚、氯仿，尤其易溶于氯仿。溶于酸水，不溶或难溶于水和碱水。,（2）亲水性生物碱 主要指季铵碱和一些含氮-氧化物生物碱。这些生物碱可溶于水、甲醇、乙醇，难溶于亲脂性有机溶剂。,（,3,）具特殊官能团生物碱,具酚羟基或羧基生物碱称为两性生物碱（具酚羟基者常称为酚性生物碱），这些生物碱既可溶于酸水，也可溶于碱水溶液，但在pH89,时溶解性最差，易产生沉淀。,16/26,2,生物碱盐,普通易溶于水，可溶于醇类，难溶于亲脂性有机溶剂。通常生物碱无机酸盐水溶性大于有机酸盐；无机酸盐中含氧酸盐水溶性大于卤代酸盐；小分子有机酸盐大于大分子有机酸盐。,二、化学性质,（一）碱性,1生物碱碱性起源及碱性大小表示方法,1）碱性起源 依据Lewis酸碱电子理论，凡是能给出电子电子授体为碱；能接收电子电子受体为酸。生物碱分子中氮原子上孤电子对，能给出电子或接收质子而使生物碱显碱性。,生物碱碱性大小可用碱碱式离解常数pKb表示，也可用其共轭酸酸式离解常数pKa表示。,B H,2,O BH,+,OH,碱 酸 共轭酸 共轭碱,当前，生物碱碱性大小统一用,pKa,表示，,pKa,越大，碱性越强,。,17/26,2,生物碱碱性大小与分子结构关系,（1）氮原子杂化方式生物碱分子中氮原子孤电子对在有机胺分子中为不等性杂化，其碱性强弱随杂化程度升高而增强，即sp,3,sp,2,sp。,生物碱分子中碱性基团pKa值大小次序普通是：,季铵碱N-烷杂环脂肪胺芳香胺N-芳杂环酰胺吡咯,。,（,2,）诱导效应生物碱分子中氮原子上电子云密度受到氮原子附近供电基（如烷基）和吸电基（如各类含氧基团、芳环、双键）诱导效应影响。供电诱导使氮原子上电子云密度增加，碱性增强；吸电诱导使氮原子上电子云密度减小，碱性降低。,关于氮杂缩醛结构：含有氮杂缩醛结构生物碱常易于质子化而显强碱性。如氮原子邻位碳上具、,双键或-羟基者，可异组成季铵碱，,使碱性增强。如醇胺型小檗碱亦为氮杂缩醛结构，其氮原子上孤电子对与,-,羟基,C-O,单键电子发生转位，形成季铵型小檗碱：,18/26,氮,杂缩醛,醇胺型小檗碱,季胺型小檗碱,不过，在稠环中，氮杂缩醛体系中氮原子处于桥头,N,时，因其含有刚性结构不能发生质子化异构，相反因为,OH,吸电效应使碱性减小。,（,3,）诱导,-,场效应,19/26,（,4,）共轭效应生物碱分子中氮原子孤电子对与,-,电子基团共轭时普通使生物碱碱性减弱。,注意：氮原子孤电子对p电子轴与共轭体系电子轴共平面是产生p-共轭效应必要,条件。,（5）空间效应氮原子因为附近取代基空间立体障碍或分子构象原因，而使质子难于靠近氮原子，碱性减弱。,莨菪碱 东莨菪碱,20/26,（,6,）氢键效应当生物碱成盐后，氮原子附近如有羟基、羰基，并处于有利于形成稳定分子内氢键时，氮上质子不易离去，碱性强。,麻黄碱共轭酸 伪麻黄碱共轭酸 二者平面结构,（不稳定）（稳定）,对于详细生物碱来说，若影响碱性原因不止一个，则需综合考虑。普通来说，空间效应与诱导效应共存，,空间效应居主导地位；共轭效应与诱导效应共存，共轭效应居主导地位。,（二）生物碱沉淀反应,1 含义 生物碱在酸性水或稀醇中与一些试剂生成难溶于水复盐或络合物反应称为生物碱沉淀反应。这些试剂称为生物碱沉淀试剂。,21/26,2 反应意义和作用,1）用于检验生物碱有没有，在生物碱定性判别时，这些试剂可用于试管定性反应和作为平面色谱显色剂。,2）另外在生物碱提取分离中还可指示提取、分离终点。,3）个别沉淀试剂可用于分离纯化生物碱，如雷氏铵盐可用于沉淀分离季铵碱。,3 惯用试剂,碘化铋钾（,Dragendorff,）试剂：其组成为,KBiI,4,，与生物碱反应生成橘红色至黄色无定形沉淀（,B*HBiI,4,）。,碘化汞钾,(Mayer),试剂：其组成为,K,2,HgI,4,；与生物碱反应生成类白色沉淀,B*H,HgI,2,或（,B*H,）,2,HgI,4,。,硅钨酸,(Bertrad),试剂：其组成为,SiO,2,12WO,3,nH,2,O,，与生物碱反应生成类白色或淡黄色沉淀。,雷氏铵盐试剂：雷氏铵盐即硫氰酸铬铵，其组成为,NH,4,Cr,（,NH,3,）,2,SCN,）,4,，其与季铵型生物碱反应生成红色沉淀或结晶。,22/26,（四）注意事项：,1 反应一定要在酸性条件下，生物碱成盐溶于水方可反应。,2 对生物碱有没有定性时，应用三种以上试剂分别进行反应，均阳性或阴性方有可信性。,3 仲胺普通不与生物碱沉淀试剂反应。如麻黄碱。,4 水溶液中如有蛋白质、鞣质亦可与这类试剂产生阳性反应，应在被检液中除掉这些成份。除掉方法工艺以下：,水提取液,调碱性，,CHCl,3,萃取,水层 CHCl,3,层,（蛋白质、鞣质）酸水萃取,酸水层,（被检液),23/26,利血平(pKa 6.07）,莨菪碱 樟柳碱,东莨菪碱 山莨菪碱,24/26,罂粟碱,p,K,a6.13,可待因,p,K,a8.15,小檗碱,p,K,a11.5,烟碱,N(1)p,K,a3.27 N(2)p,K,a8.04,25/26,26/26,