中药化学生物碱

1、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,1,10.1 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,2,二）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、

2、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,3,三）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,4,10.2 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,5,2、哌啶类生物碱 简单哌啶类和双稠哌啶类,6,3、吲哚里西啶 吡咯和哌啶共用一个氮原子,7,4、莨菪烷类生物碱（茄科生

3、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,8,5、喹啉类,9,6、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,10,11,7、 吲哚类,12,二）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,13,三） 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,14,四）有机胺类生物碱 n原子不在杂环内，在环外。 （伪）麻黄碱,15,五）

4、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,16,10.3 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,17,三）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

5、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,18,2、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,19,二、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,20,1、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（

6、强碱 pka11） 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 pka2,21,3、影响碱性的因素 （1）氮原子的杂化方式 sp3 sp2 sp,22,23,2）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,24,2）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,25,26,3）立体效应 氮原子的周围取

7、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,27,28,二）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,29,3、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

8、）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,30,三）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,31,10.4 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、

9、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,32,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,33,2、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，

10、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,34,二）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 nh4cl 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 nh4cl盐析 (非酚性叔胺碱) (酚性弱碱) 氯仿萃取 氯仿层 (酚性叔胺碱,35,2、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

11、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,36,2）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,37,4）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。 h

12、plc： 反相、离子交换；碱性流动相,38,三）水溶性生物碱的提取分离 1、沉淀法: 雷氏铵盐nh4cr(scn)4(nh3)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,39,10.5 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

13、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,40,二）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,41,2、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

14、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,42,10.6 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ch3i和ag2o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,43,2）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

15、不能进行hofmann降解,44,2、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,45,二、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

16、测a环和d环的取代基类型和数目,46,10.7 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,47,r1 r2 l-麻黄碱（1r,2s) ch3 h l-甲基麻黄碱 ch3 ch3 l-去甲基麻黄碱 h h,48,r1 r2 d-伪麻黄碱（1s,2s) ch3 h d-甲基麻黄碱 ch3 ch3 d-去甲基麻黄碱 h h,49,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

17、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,50,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：cs2、cuso4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,51,3）机理,棕色沉淀,52,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,53,铜络盐反应 （1）试剂： cuso4、naoh和乙醚； （2）

18、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,54,3）机理,紫红色铜络盐,55,二） 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,56,五）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

19、溶剂； b、分离：二者的草酸盐在水中溶解度差异进行分离,57,1）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,58,3、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：麻黄碱盐伪麻黄碱盐 故麻黄碱先被洗脱下来，而伪麻黄碱后被洗脱下来。 （2）优点：方法简单，无需特殊设备，只需控制好洗脱液 即可分离,59,二、黄连 来源 毛茛科黄连（味连）、三角叶黄连 （雅连）、云连的根茎。 功效 清热燥湿、

20、清心除烦、泻火解毒。 成分 生物碱 （一）主成分结构和性质 小檗碱含量约5%-8%，有的可高达10%。 其它含黄连碱、甲基黄连碱、巴马亭、药根碱、表小檗碱等,60,61,62,小檗碱 （1）作用 ：抗菌消炎、抗病毒等 （2）分布：毛茛科黄连属和唐松草属，防己科古山龙属，芸香科黄柏属，小檗科小檗属和十大功劳属。 黄柏、三颗针均含较多的小檗碱。 （3）性质：黄色或橘黄色结晶。 在水中溶解度大，为强碱。易溶于热水、热乙醇，难溶与苯、氯仿、丙酮,63,加热220左右分解成红棕色的小檗红碱，285熔融。 小檗碱的盐酸盐微溶于冷水，易溶于热水。盐酸盐（1：500）；硫酸盐（1；30）。小檗碱和大分子有机酸

21、形成的盐在水中的溶解度很小。如与甘草酸和大黄鞣质生成难溶于水的分子复合物沉淀。 （4）互变异构（279结构式） 季铵式、醛式和醇式，以季铵式最稳定，碱性最强,64,小檗碱一般以季铵式（非脂溶性成分）存在，在碱过量条件下，可部分转变为醇式或醛式（脂溶性成分,季胺式（红棕色） 醇式（黄色） 醛式（黄色,65,于硫酸小檗碱中加入计算量的氢氧化钡，生成红棕色的强碱性游离小檗碱，易溶于水，难溶于乙醚，为季铵式。如果加入过量碱，生成游离小檗碱的沉淀，为醇式。如果用过量的氢氧化钠处理则生成醛式小檗碱，能溶于乙醚，与羟胺反应成肟。 （5）特殊检识反应 丙酮-氢氧化钠 ：黄色结晶性丙酮小檗碱。 漂白粉或次氯酸钙

22、：樱红色（巴马丁也为阳 性反应,66,1.漂白粉显色反应： 在小檗碱酸性水溶液中加入适量漂白粉（或通入氯气），小檗碱水溶液由黄色转变为樱红色。 2.变色酸反应： 为亚甲二氧基显色反应；试剂为变色酸和浓硫酸，反应液呈红色,67,二）提取分离 1、从三颗针中提取小檗碱和小檗胺（双苄基异喹啉）（350流程） 2、从黄柏中提取小檗碱 黄柏含大量黏液质，用石灰乳法。 3、黄连中小檗碱、甲基黄连碱的提取分离（349,68,三、洋金花,来源 茄科植物毛曼陀罗、白曼陀罗的花 功效 镇痛解痉、止咳平喘。中药麻醉剂。 成分 主要含莨菪烷类生物碱 莨菪碱（dl-阿托品）解痉、镇痛、解毒（有机磷）、散瞳 东莨菪碱镇静

23、、麻醉，其余作用同莨菪碱 山莨菪碱、樟柳碱抗胆碱、扩张小动脉、改善微循环 （一）结构 由莨菪醇类和芳香族有机酸结合形成的一元酯类生物碱,69,r1 r2 r3 r 4 莨菪碱 h h ch3 莨菪酰基 东莨菪碱 o ch3 莨菪酰基 n-去甲莨菪碱 h h h 莨菪酰基 山莨菪碱 h oh ch3 莨菪酰基 樟柳碱 o ch3 羟基莨菪酰基,70,二）性质 1、溶解性 莨菪碱（阿托品）：易溶于乙醇、氯仿，可溶于四氯化碳、苯，难溶于水。 东莨菪碱：可溶于水，易溶于乙醇、乙醚、丙酮、氯仿，难溶于四氯化碳、苯。 樟柳碱：与东莨菪碱相似，亲水性较强。 山莨菪碱：可溶于水、乙醇,71,2、碱性 除n-去

24、甲莨菪碱是仲胺外，其余均为叔胺。由于氮原子周围化学环境、立体效应的影响，碱性有差异： 莨菪碱 n-去甲莨菪碱 山莨菪碱 东莨菪碱 （樟柳碱） 3、与碱的作用 含酯键，易被碱水解，生成醇和酸。但东莨菪碱和樟柳碱生成的东莨菪醇会立即异构化,72,4、沉淀反应（1）生物碱沉淀试剂（2）氯化汞 莨菪碱生成黄色沉淀，加热后转为红色。（氧化汞） 东莨菪碱只生成白色的分子复盐沉淀。（3）发烟硝酸和苛性碱（vitali反应）现象：深紫色，渐转暗红色，最后消失。检识官能团：莨菪酸部分检识化合物：莨菪碱、东莨菪碱、山莨菪碱,73,4）过碘酸氧化乙酰丙酮缩合反应（ddl反应） 试剂：过碘酸-乙酰丙酮/乙酸铵 反应官

25、能团：邻二羟基 现象：黄色 检识化合物：樟柳碱 （三）提取分离 1、自洋金花中提取东莨菪碱（354） 2、阿托品的提取及制备（354,74,四、乌头、附子 来源 毛茛科植物乌头的干燥母根为乌头，子根为附子。 功效 乌头：祛风除湿、温经止痛。 附子：回阳救逆，补火助阳，逐风寒湿痹。 成分 生物碱 为二萜生物碱。乌头生物碱中以乌头碱型及牛扁碱型为主。它们的取代基较多， c14、 c8的羟基常和乙酸或苯甲酸结合成酯，因此称为双酯型生物碱。水解后生成单酯型或醇胺型。 毒性：双酯型单酯型醇胺型,75,76,五、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（3,77,78,1.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