药物所研究生课件生物碱.资料.ppt

一、生物碱结构测定中常用的化学方法 1. C - N键裂解反应 了解氮原子的结合状态 （1）Hoffmann降解 季铵碱在碱性溶液中加热，产生裂解，脱水生成烯键和叔胺。,第六节 生物碱的结构测定,2019/11/17,1,反应条件：分子中必须具备-H；消除- H。 喹啉、吡啶、异喹啉(C=N)不发生Hoffmann降解。,2019/11/17,2,（2）Emde降解,不发生Hoffmann降解反应可用Emde降解。,2019/11/17,3,(3) Von Braun降解 三级胺与溴化氰反应，溴与碳原子结合，氰与氮原子结合，生成溴代烷和二取代氨基氰化物。,2019/11/17,4,C-N键直接断裂，无-H也可反应。,裂解方式： 在N-烷基取代基中体积小者易被取代裂除； 若C-N键中碳原子处于b、g-不饱和体系, 如苄基或丙烯基中，则得到断裂该C-N键的产物； 若C-N键中碳原子处于苯环中, 则多不反应； 若C-N键中碳原子处于交叉链结构中,则该C-N键不易反应; 立体效应影响。,2019/11/17,5,2 其它反应 脱氢发应、氧化反应、还原反应、沟通反应等。,二、波谱分析在生物碱结构测定中的应用,异喹啉生物碱的波谱 (一) 紫外光谱 1. 简单异喹啉生物碱,max 284 nm ( log3.59),2019/11/17,6,取代基的不同使最大吸收值稍有位移。值也有变化。如四氢异喹啉酮：,max 224，261，302 nm ( log4.41，3.78，3.77),2019/11/17,7,2. 苄基异喹啉和双苄基异喹啉碱,max 280285 nm ( log3.5-4.1)， B环带有共轭双键，光谱变得比较复杂。, 238 (4.80)， 297 (3.86)， 313327（3.67）,2019/11/17,8, 282 ( log3.71),3. 具有四个环的异喹啉类生物碱,四环异喹啉碱：普托品，苯骈菲里啶，原小檗碱，粟碱， 异粟碱，螺苄基异喹啉等。 B、C环若没有芳化，max 280295 nm B、C环双键的增加，向长波位移，有时出现多个吸收带。,2019/11/17,9,（1） 普托品类,max 240 nm（sh, 不易看到），280290 nm （主吸收带）。 分子中羰基与氮上未用电子对的跨环作用，使紫外光谱显示苯乙酮体系的吸收。,2019/11/17,10,（2） 苯骈菲里啶的白屈菜类碱,240 nm（3.8），289 nm（3.92）主吸收带。 B、C环增加了共轭双键，主要吸收带向长波移动，出现多个吸收带，呈现扩展菲啶的紫外光谱（max 250，295，346，450 nm）。,2019/11/17,11,67个吸收带 复杂,一系列吸收,3个吸收带， 228232，278，311322 nm,2019/11/17,12,（3）原小檗碱类, 四氢原小檗碱类,max 282289 nm，230 nm偶见肩峰。,2019/11/17,13, 二氢原小檗碱类,max 360375 nm 当13-位上有-CH3取代或N-甲基季铵盐向短波移动。,2019/11/17,14, 原小檗碱季铵盐：三个吸收带,以黄连素为例，max 269，347，426 nm，并与测定溶剂及碱度有关。 如9，10取代，紫外最小吸收在301310 nm；10，11取代最大吸收在301310 nm(sh)，向紫移，其紫外光谱有明显差别。,2019/11/17,15, 去氢原小檗碱类,9,10取代, 主吸收在248258 nm,长波在460 nm； 10,11 取代，主吸收在322332 nm，长波在390 nm。,2019/11/17,16,（4）粟碱与异粟碱类,max 287295nm，在极性溶剂中显宽带，而在环己烷作溶剂时出现一组细微结构（284，288和294 nm），对鉴别粟碱型生物碱有重要作用。,2019/11/17,17,（5）螺苄基异喹啉类,C-8，13取代基不同，紫外呈现不同的吸收。 C-13不含与D环共轭的取代基，紫外呈二个吸收带，235（3.94），288（3.74）nm。 C-13为羰基时，紫外呈复杂的吸收光谱，出现多个峰203(4.60), 237(4.31), 263(4.05), 295(3.66), 355(3.51) nm。,2019/11/17,18,以上生物碱主要是属于四氢异喹啉环系，紫外光谱相似，下面有一些生物碱虽然也为四个环组成，但生色团不同，故紫外光谱也有不同。,2019/11/17,19,（6） 阿朴啡与原阿朴啡类,UV由联苯体系生色团的电子跃迁引起，因此受取代基的空间位阻影响而不同。 1、2位多带含氧取代基，UV取决于D环的含氧取代。,2019/11/17,20,D环无取代：max 270275 nm（4.3），310320 nm（3.5）。 一取代： 8或10位有取代：max 270275 nm（4.2），290310 nm（3.5），260 nm(sh)。 9-位: 280285，310 nm，低波位吸收带向长波移动10 nm。 二取代：10，11二个取代，因受空间位阻影响，使二苯环不在同一平面，紫外向短波移动，主要有三个吸收带max 220225（最强），268276（较强）及302310 nm。 9，10；或8，9二取代，均在max 280285 nm及303310 nm，两个带几乎相等。,2019/11/17,21,氧化阿朴啡： 全部芳化，并带共轭羰基，UV向长波移动至可见，此类碱为黄色，有四组吸收带max 240250，270280，300320，380450 nm，酸性溶液使向长波移动，溶液变成红色。,2019/11/17,22,原阿朴啡类：四氢异喹啉及双烯环己酮二个生色体系构成，紫外由二个生色团加合而成， 三个吸收带：max 215，228235，280290 nm，长波位大多由二个带组成。,2019/11/17,23,（7）苯酞异喹啉碱类,max 209 ，235 (sh) ，291，309310 nm,四氢异喹啉和苯酞基两个生色团，但不共轭，有三个吸收带：,2019/11/17,24,（8）丽春定生物碱类,max 230240，285290 nm 含亚甲二氧基的化合物短波带略高。,2019/11/17,25,（9）枯拉灵类,与苄基异喹啉碱相似,主带max 285（3.64）nm， 也有max 226（4.40）nm 吸收。,2019/11/17,26,4. 五个环以上的异喹啉碱,max 285 nm,包括吗啡烷类、部分吐根碱类及各种二聚体异喹啉生物碱。 它们分子中生色团的分布情况，与异喹啉生色团是否共轭等对紫外呈现色带都有一定影响。,2019/11/17,27,（二） 异喹啉生物碱的红外光谱,官能团的定性和与已知碱对照鉴定。 3350-3310 cm-1，2800-2700 cm-1（-NH， -NCH3）一组中等强度的峰； 1600-1500 cm-1（苯环）较强的峰。 此外没有特征的吸收能断定结构特征。但某些区域的吸收，可作为判断个别异喹啉碱类的特征，有些特征可以判定分子的构型和构象。,2019/11/17,28,1. 普托品类,C=O，应1700 cm-1，但1650 cm-1处，这是因为氮上未用电子对与C=O产生了跨环效应，使双键性加强，红外向短波移动。,2019/11/17,29,2. 苯酞类,五元环内酯特征吸收：1745 cm-1 处。,2019/11/17,30,3. 原阿朴啡,环状二烯酮特征吸收：1656 cm-1和1673 cm-1（C=O）, 1605、1650 cm-1（CC）。,2019/11/17,31,4. 原小檗碱类,2700 2800cm-1处有一组小峰，通常两个以上特征峰，这种峰称Bohlman峰。 B/C反式相连(14-H)，红外靠短波一侧出现两个以上特征峰即Bohlman峰。 B/C顺式相连(14-H)，则靠短波一侧为肩峰。,2019/11/17,32,Bohlman峰: N 原子的邻位至少有二个直立键C-H与N的孤电子对成反式.,有人研究了原小檗碱的Bohlman峰认为 （a）C-1、C-13没取代，B/C反式占优势。 （b）C-1没取代而C-13有取代，则C-13与C-14氢为顺式， B/C环以反式为主。 （c）C-13、C-14氢互为反式，B/C环以顺式构象为主。,2019/11/17,33,Bohlman峰：2786 cm-1 反式 OH：3270 cm-1分子内氢键缔合,2019/11/17,34,喹诺里西啶类,Bohlman峰：2765 cm-1 OH：3580 cm-1,（三） 异喹啉生物碱的质谱,异喹啉碱的质谱结合核磁共振等光谱对该类碱的结构研究是有重要意义的，不同种类异喹啉碱，质谱裂解规律不同。现将各类碱的裂解方式分述如下：,2019/11/17,35,1. 简单四氢异喹啉碱类,M+(很弱),2019/11/17,36,a (基峰),苄基裂解和C1-N 裂解的双重影响,裂解特征如下： （1）C-1位取代基易失去，产生强峰或基峰。 （2）M+很弱，M-1离子很明显。 有N-CH3取代时，B环发生RDA裂解，失 -CH2=NCH3 碎片，得M-43离子。 C-1无取代也可获得M-43碎片。,2019/11/17,37,2.苄基四氢异喹啉类,2019/11/17,38,三甲氧基乌药碱的质谱裂解,两个苄基裂解，C-N的裂解特征： M+很弱，M-1离子稍强于M+， a碎片是基峰，与c碎片为互补离子。 离子a及c可判断A、B和C环取代基数目和性质，对结构测定有很大意义。 由亚稳离子得知该碱首先是苄基裂解，生成含四氢异喹啉基峰离子a（m/z 206）和一个弱的互补苄基离子c（m/z 121）。 a离子可继续裂解，先失去C6或C7任何一个甲基，得d1或d2（m/z 191），所得奇数电子离子还继续失去一个氢原子，生成偶数电子离子e1或e2（m/z 190）。 离子e进一步失去-CO，得f1或f2 （m/z 162），再失去-CH2O得离子g1或g2（m/z 132）。 离子c可失去甲醛得苄基离子（m/z 91）。 裂解特点：a和c碎片为互补离子，a碎片是基峰。B环的RDA裂解很少见到。,2019/11/17,39,3. 双苄基异喹啉类,2019/11/17,40,（1）一个二苯基醚键型,2019/11/17,41,裂解方式: 与苄基四氢异喹啉碱一样，是苄基或双苄基裂解； 基峰是离子a1或a2，另一为接近基峰的次强峰。 若两者的取代基有相同的质量数，则只有一个强峰。 M+稳定性很差， 其他裂解碎片如M- a1 或M - a2，a1 Me，a1-H -C=O等。 由于醚键氧原子两侧不易裂解，故确定AB、CD、E和F环的取代基较困难，醚键的连接位置也不容易确定。,(2) 双二苯醚型, 头对头、尾对尾的双二苯醚型：,2019/11/17,42,小檗胺的质谱裂解,2019/11/17,43,醚键连接位置不同，但属双苄基裂解，质谱中有以下碎片： M+ 较强(丰度在10100%)， M+-1 (明显)； a3(单电荷分子离子失去E环和F环及取代基的离子)； a3-1，a3-15 ( a3-CH3)； a4(双电荷分子离子失去E、F环及取代基的离子)； a4-46（a4离子的两个甲氧基失去二甲醚得双电荷离子）； M-CD环，M-F环，M-E环； a2（AB环加取代基）；a2（CD环加取代基）。, 头对尾的双二苯醚型：,2019/11/17,44,双苄基裂解 把分子裂解为两部分，都可带正电荷。 两部分有同样的取代基 则只有一种质荷比的离子； 两部分有不同的取代基 得到两种质荷比的离子和增加一个氢原子的离子。后者丰度较强。 这类生物碱的其他裂解不强。 但当C-7或C-7位有甲氧基，8位或邻位有醚键，可出现强的m/z 204离子。,2019/11/17,45,（3）三二苯醚类,双苄基裂解，三个醚键大大抑制裂解，M+或M+-1很强， 得到ABCD环的单电荷和双电荷离子a3和a4，a3-1离子，a3-CH3离子，未见到M-CD，M-E，M-F及含有AB或CD环的离子，因此与前两种双二苯醚双苄基异喹啉碱容易区分。,2019/11/17,46,4. 阿朴啡碱类,M+和M-1离子较强。 有M-1， M-CH3， M-17，M-31,或M-1-30等碎片峰。 特征离子M-29或 M-43，它们是B环经RDA裂解失去HN=CH2或CH3N=CH2。由此可判断氮原子上有无取代基。但这种离子往往不强。,2019/11/17,47,M-15，M-30（CH2O），M-43（CO +CH3），M-58（CH2O+ CO）和M-73（CH2O+ CO+ CH3），及M-CO碎片。这类碱不进行RDA裂解，故M-43不是-H2CNCH3碎片，未见M-1的离子。,2019/11/17,48,去氢阿朴啡（C环带双键）：裂解是失去甲基或甲醛等一般功能基。 胺乙基啡类是B环开裂，裂解是苄基或-裂解，得小质量的胺碎片（基峰）和大质量失去胺碎片的互补离子。,酮式阿朴啡,5. 四氢原小檗碱类,49,M+（强）和M-1（稍弱）， C环经RDA裂解产生的离子a、b、c和d离子， C环的RDA裂解把分子分为两部分（a，c），它们的强度可判断A环和D环上取代基的性质和数目。 D环OR3 、OR4为-OCH3时，c碎片为基峰，无c-1碎片。 D环OR3、OR4为OH，OCH3时，a碎片为基峰。 D环上有二个OCH3时，d离子及M-OCH3离子均较强。,6. 普托品碱类,裂解方式与四氢原小檗碱类相似,2019/11/17,50,基峰是离子c，a碎片不是主要离子。分子离子可裂解成互补离子b和d。,2019/11/17,51,D环9-OH，基峰a离子，可能在形成a离子时发生氢的转移，根据上述其它离子又可判断A，D环取代基的性质和数目。,7. 苯酞异喹啉碱类,C1-C9键是A环和D环的苄基位和C-N键的位，生成a和b互补离子，离子a为基峰，M+非常极弱。,2019/11/17,52,8. 原阿朴啡类,M+为基峰，M-1很强，均有M-29的离子（M+-1-28）；另外由B环经RDA裂解：R=H时为M-29，R=CH3时是M-43。,2019/11/17,53,斯特法林和原荷叶碱的质谱主要离子裂解,（四） 核磁共振谱,2019/11/17,54,1. 简单的四氢异喹啉 （1）氢谱 H-1： 4.24.4；H-4： 2.83.1； C-8没有取代，H2-1两个质子以单峰出现； C-8有取代， H2-1为AB系统， 4.3。 H-1，H-3：在N原子两边，H-1 H-3； H-1为苯环的位，H-3 3.2附近， 芳环H： 6.57.5； -OCH3：s，3.8。,2019/11/17,55,（2）碳谱： C-1 C-3，因为C-1为苯环的位。,2019/11/17,56,2. 苄基四氢异喹啉碱,氮原子有取代（A环与C环处于分子的同侧）：H-7，H-8的化学位移受C环-苯环屏蔽效应， H-7， H-8的化学位移或C-7上取代基的化学位移向高场； 氮原子无取代（A环与C环处于分子的异侧）：H-7，H-8的化学位移影响不大。,2019/11/17,57,2019/11/17,58,3.原小檗碱类,NOE：定取代基位置。判断C-1和C-4是否有取代时，照射H-14和H-5，观察其NOE效应，以与D环的取代基区别。 B/C环构象：1H谱看H-8 值：当H-8的两个氢化学位移值相差较大时（3.49，4.19左右），B/C环以反式稠合；相差较小（3.97，4.14）为顺式稠合。,2019/11/17,59,13C谱C-6值： 判断B/C环稠合方式 C-1位有-OCH3取代时，高场，一般 48.3，则B/C环为顺式稠合。 C-1无取代时，51.3， B/C环为反式稠合。,2019/11/17,60,4. 阿朴啡类,氢谱对取代基的定位有较大的意义。,2019/11/17,61,H-11的值： 1，2位为-OCH3或-OH取代时, 7.808.21。 1，2位为-OCH2O-取代时， 7.477.86； 取代基为-OCH2O-时： 取代位置在 C-1，C-2 位时，亚甲基上的两个氢的偶合常数J 值：J 412 Hz； 在C-2，C-3 位，J 24 Hz； 在C-9，C-10 位单峰； 在10，11位, J=8 Hz。 取代基为OCH3时值： 在C-1位时， OCH3 3.4-3.7 ； 在 C-11位 3.63.8； 在C-2，C-9或C-10 位时 3.8-3.9（低场）。,2019/11/17,62,5. 苯酞异喹啉碱类,通常H-1： 4.0，H-9： 5.0，d，J=3.44.2 Hz。C=O：167左右。 利用1H-NMR 解决复杂的构象问题： 1-9键是单键相连，这类化合物有较复杂的构象，Shamma等应用200 MHz 1H-NMR结合NOE技术对这类碱的构象进行分析。,2019/11/17,63,赤式（1，9位氢在同侧）：去甲基或N-CH3苯酞异喹啉碱，它们的构象都属于1A型。 苏式（1，9位氢在异侧）：去甲基苯酞异喹啉构象为2 A型， N-甲基苯酞异喹啉构象为4 A型。 判断构象主要根据：H-2和3-OMe的值，H-1, H-8和H-9的NOE增益变化。,2019/11/17,64,1 A式构象（赤式）：,D环处在A环上方，H-2、C-3-OMe受A环屏蔽作用。 H-2、C-3-OMe： 5.78和3.60。 NOE：照H-8和H-1, H-9增益;照H-9和H-1,H-8增益。,2019/11/17,65,2 A式构象（苏式）： C环与D环不在A环上方，H-9与H-8接近。,H-2 ： 7.02， 3-OMe： 3.93 NOE：照射H-8，H-9增益，而H-1不增益。,2019/11/17,66,4 A式构象（苏式）： 苯酞环羰基接近A环, H-2和3-OMe离A环较远。,H-2： 7.15 ，3-OMe: 3.93 NOE：照H-9时H-1与H-8没有NOE效应，说明H-1与H-8接近，照N-CH3时H-2 有NOE效应。,2019/11/17,67,（五）绝对构型测定,异喹啉生物碱分子中带有不对称碳原子或不对称因素时,当确定平面结构式以后，还须对它们的构型及绝对构型加以阐述。 经典的方法：化学氧化、还原、降解等方法，将最终产物与绝对构型已知化合物比较，从而推断化合物的绝对构型。 圆二色谱（ CD ）和旋光光谱（ ORD ）： 根据曲线的变化与已知绝对构型化合物的圆二色谱或旋光光谱曲线进行比较而确定化合物的绝对构型。它们的优点用量小，样品还可回收。 X衍射也是测定结构和绝对构型的好方法。,2019/11/17,68,Corrdi 和Hardegger报道： (-)N-norlaudanosine 经氧化以后, 获得已知构型的酸,由此可推断出N-norlaudanosine的绝对构型。,2019/11/17,69,其他的四氢异喹啉生物碱绝对构型测定也是利用各种反应,最终直接或间接的与(-)N-norlaudanosine或其衍生物进行比较而确定绝对构型的。,2019/11/17,70,ORD 和CD谱：,ORD谱：D系： 200-225nm后尾部往上,为R构型； L系：后尾部往下,为S构型。,2019/11/17,