生物碱类市公开课金奖市赛课一等奖课件

1、生物碱类4112430051王赛赛第1页 生物碱(alkaloids)是指存在于生物界（主要是植物界）一类含有氮原子有机化合物。 大多含有复杂环状结构，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。 生物界除生物体必须含氮有机化合物，如氨基酸、肽类、蛋白质、核酸、核苷酸及含氮维生素外，其它含氮有机化合物均可视为生物碱。 生物碱主要分布于植物界，少数动物体中也有生物碱，如蟾酥毒汁中蟾酥碱。 概述一、含义与分布第2页二、生物碱存在形式1.游离式：少数碱性弱生物碱普通以游离态存在。2.成盐式：多数生物碱普通盐形式存在： 有机酸：柠檬酸、酒石酸、草酸等； 无机酸：硫酸、盐酸、硝酸等；

2、 特殊酸类：乌头酸、绿原酸等。3.苷类：以苷形式存在于植物中。4.酯类：各种吲哚类生物碱分子羧基常以甲酸形式存在。5.N-氧化物第3页生物碱结构与分类生物碱分类方法有三种：植物起源分类：苦参生物碱，黄连生物碱，长春花生物碱等；化学结构分类：吡啶类生物碱，异喹啉生物碱、甾体生物碱、吲哚类生物碱等；生源路径结合化学结构分类：起源于鸟氨酸吡咯生物碱、托品类生物碱等；第4页一、鸟氨酸系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。1.吡咯烷类生物碱这类生物碱结构较简单，数量较少、生理活性不太显著，如红古豆碱。吡咯四氢吡咯第5页2. 莨菪烷类生物碱多由莨菪烷环系C3-醇羟基与有机酸缩合成酯。主要

3、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。第6页3. 吡咯里西啶类生物碱为两个吡咯烷共用一个氮原子稠合而成。主要存在于菊科植物千里光属植物中：活性强（抗癌）、毒性也大（肝毒）如：大叶千里光碱吡咯里西啶大叶千里光碱第7页二、赖氨酸系生物碱主要包含哌啶类、喹诺里西啶类、吲哚里西啶类哌啶类哌啶槟榔碱第8页2. 喹诺里西啶类生物碱为两个哌啶共用一个氮原子稠合而生衍生物。如苦参中苦参碱。喹诺里西啶苦参碱第9页3. 吲哚里西啶类为哌啶和吡咯共用一个氮原子稠合衍生物。分为简单吲哚里西啶和一叶萩碱两类。数量少，有极强生理活性吲哚里西啶第10页三、苯丙氨酸和酪氨酸系生物碱主要包含苯丙胺

4、类生物碱、异喹啉类生物碱和苄基苯乙胺类生物碱。苯丙胺类生物碱 如麻黄中麻黄碱第11页2. 异喹啉类生物碱（1）原小檗碱类和小檗碱类两个异喹啉经过C1N和C3N稠合而成叔胺碱（氢化程度高）季铵碱（氢化程度低）原小檗碱小檗碱第12页（2）苄基异喹啉类 为异喹啉母核1位连有苄基一类生物碱，如罂粟碱异喹啉罂粟碱第13页（3）双苄基异喹啉类两个苄基异喹啉经过13个醚键连接，如唐松草碱。第14页（4）吗啡烷类 如吗啡。吗啡第15页3. 苄基苯乙胺类生物碱 如石蒜碱第16页四、色氨酸系生物碱也称吲哚类生物碱。按生源关系，可将其详细分为四类。简单吲哚类结构特点为只有吲哚母核，而无其它杂环。如靛青苷。2.色胺吲

5、哚类含有色胺部分，结构较简单。如吴茱萸碱。3.半萜吲哚类由色胺组成吲哚衍生物上连有一个异戊二烯单位后形成，如麦角新碱。第17页4.单萜吲哚类分子中含有吲哚母核和一个C9或C10裂环番木鳖贴及其衍生物结构单元，如士宁，利血平。士宁利血平麦角新碱第18页五、邻氨基苯甲酸系生物碱 喹啉类：白鲜碱（白鲜皮）丫啶酮类：山油柑碱（鲍氏山油柑）丫啶酮喹啉第19页六、组氨酸系生物碱咪唑类生物碱：毛果芸香碱（毛果芸香）咪唑毛果芸香碱第20页七、萜类生物碱1. 单萜类生物碱：龙胆碱（龙胆科）2. 倍半萜类生物碱：石斛碱（石斛）3. 二萜类生物碱：乌头碱（乌头、附子）关附甲素、紫杉醇4. 三萜类生物碱：较少第21页

6、八、甾体类生物碱 环常绿黄杨碱D（黄杨科）第22页生物碱理化性质一、物理性质1. 性状颜色： 多为无色或白色，少数有色（如小蘗碱为黄色）。状态： 多为结晶固体（有熔点），少为粉末。 少数为液体（多不含氧，若含则多成酯键）如槟榔碱、烟碱。味道： 多具苦味，少数为它味（如甜菜碱有甜味）。挥发性：多无挥发性，少数具挥发性（如麻黄碱可随水蒸气蒸馏、咖啡因可升华）。第23页2. 旋光性多为左旋光性。有产生变旋现象。溶剂：如麻黄碱在CHCl3为左旋、在H2O中为右旋；pH：如烟碱在中性溶液呈左旋光性、酸性溶液中为右旋光性；存在形式：长春碱，游离时为右旋、H2SO4盐为左旋；多数左旋体呈显著生理活性，少数右

7、旋体活性较强。如去甲基乌药碱，存在于乌头属植物中左旋体有强心作用、存在于其它植物中右旋体无此活性；左旋莨菪碱扩瞳作用是右旋体100倍；右旋古柯碱局部麻醉作用优于左旋体。第24页3. 溶解性游离生物碱与成盐生物碱相比：水溶性小、脂溶性大。含有酸性基团生物碱可溶于碱性溶液。成盐生物碱：多易溶于水，不溶或难溶有机溶剂。含氧酸盐水溶性往往较大。与大分子有机酸所形成盐水溶性差。与小分子有机酸或无机酸成盐水溶性很好。 第25页二、化学性质1. 碱性（1）碱性产生及其强度表示：生物碱因为其分子中氮原子上孤电子对能接收质子故显碱性。碱度分别用酸式离解指数pKa和碱式离解指数pKb来表示：pKa值越大，碱性越强

8、pKa2为极弱碱，pKa27为弱碱，pKa711为中强碱，pKa11为强碱。第26页（2）生物碱碱性与分子结构关系 生物碱碱性强弱主要取决于分子结构中氮原子电子云密度，若电子云密度升高，则碱性增强，反之碱性下降。1氮原子杂化方式 杂化轨道中P轨道成份增多、能量升高，成对电子能量也随之升高，易接收质子，碱性增强。故碱性为sp3sp2sp。季铵碱分子中氮原子最外层有九个电子，极易给出一个电子到达稳定结构，所以碱性强（pKa11）。2诱导效应 氮原子连接供电子基如烷烃时，碱性增强。而氮原子附近有吸电子基时，则碱性下降。 第27页3共轭效应 吸电子共轭效应使氮原子上电子云密度降低，造成碱性减弱。供电子

9、共轭效应使碱性增强。如含胍基生物碱呈强碱性。4空间效应 假如氮原子周围取代基分子较大，对氮原子组成屏蔽作用，使氮原子难于接收质子，造成碱性降低。 5氢键效应 生物碱共轭酸盐若能生成稳定分子内氢键（与含氧基团），则共轭酸酸性较弱，其共轭碱碱性较强。 总而言之，生物碱结构中碱性基团与碱性强弱之间关系为：胍基季铵碱脂肪胺和脂杂环芳胺和吡啶环多氮同环芳杂环酰胺基和吡咯环。第28页2. 沉淀反应 生物碱在酸水中或稀醇中与一些试剂生成难溶于水复盐或配合物反应，称为生物碱沉淀反应。大多数生物碱能发生沉淀反应（个别如麻黄碱、咖啡碱不反应）。大多数沉淀反应在酸性水溶液中进行（个别如苦味酸在中性条件进行）。 生物

10、碱沉淀试剂依据生成物不一样可分成三种类型：一是生成不溶性盐类，属于该类试剂有硅钨酸试剂、苦味酸试剂、磷钼酸试剂等；二是生成疏松配合物，如碘-碘化钾试剂；三是生成不溶性加成物，如碘化铋钾、碘化汞钾等一些重金属盐类。第29页生物碱惯用沉淀剂碘化汞钾（Mayer)：类白色沉淀，试剂过量沉淀消失。碘-碘化钾(Wagner)：棕色或褐色沉淀硅钨酸试剂(Bertrand)：淡黄或灰白色沉淀（可定量）苦味酸试剂(Hager)：黄色结晶（在中性溶液中进行）硫氰酸铬铵（雷氏铵盐）：红色沉淀或结晶 NH4 Cr（NH3）2（SCN）4碘化铋钾试剂(Dragendorff) ：红棕色沉淀第30页3. 显色反应 一些

11、试剂能与一些生物碱反应生成有颜色溶液，该类反应称为生物碱显色反应，所使用化学试剂称为生物碱显色试剂。生物碱惯用显色剂：（1）钼酸铵一浓硫酸溶液（Frohde试剂） 1钼酸钠或5%钼酸铵浓硫酸溶液，如遇乌头碱显黄棕色，小檗碱显棕绿色，阿托品不显色。（2）矾酸铵一浓硫酸溶液（Mandelin试剂） 1矾酸铵浓硫酸溶液。如遇阿托品显红色，可待因显蓝色，士宁显蓝紫色到红色。第31页（3）甲醛一浓硫酸试剂（Marquis试剂） 30甲醛溶液0.2ml与10ml浓硫酸混合溶液。如遇吗啡显橙色至紫色，可待因显红色至黄棕色。（4）浓硝酸 如遇小檗碱显棕红色，秋水仙碱显蓝色，咖啡碱不显色。（5）硝基醌反应（vi

12、tali试剂） 托品烷用发烟硝酸碱性醇溶液处理，产生紫红色 山茛菪碱（+） 东茛菪碱（+） 茛菪碱（+） 樟柳碱（-）第32页生物碱提取分离一、提取方法（一）水或酸水提取法 此法适合用于水溶性生物碱及生物碱盐提取。酸水提取液能够采取以下方法深入处理：1阳离子树脂交换法 2萃取法。 原理：利用生物碱盐易溶于水，难溶或不溶于亲脂性有机溶剂溶解性能，用水进行提取。 用酸水提取可使生物碱都以盐形式被提出，提升提取率。 惯用酸：0.51乙酸、硫酸、盐酸或酒石酸等。 提取方法：浸渍法、渗漉法、煎煮法。 此方法缺点是提取液体积大，浓缩困难，水溶性杂质多。第33页易溶于水 水或酸水提取法（盐酸/硫酸/醋酸/酒

13、石酸） 浸渍/渗漉/煎煮 酸水提取液（盐） 离子交换树脂法或 有机溶剂萃取法 总生物碱 第34页（二）醇类溶剂提取法 醇类提取法适合用于各种极性生物碱提取。原理：游离生物碱及其盐普通都能溶于乙醇和甲醇。提取方法：浸渍法、渗漉法、加热回流（连续回流）提取法。 此方法缺点是含有大量脂溶性杂质。第35页易溶于醇 醇（甲、乙）类溶剂提取法 渗漉/浸渍/回流 醇提取液（盐 游离） 回收 总生物碱 酸碱处理 较纯总生物碱 第36页（三）亲脂性有机溶剂提取 水溶性生物碱不适用此法。此法提取需先用氨水、石灰乳将药材粗粉湿润膨胀，同时使药材中生物碱盐转变为游离形式再用亲脂性有机溶剂提取。原理：利用游离生物碱易溶

14、于低极性有机溶剂，进行提取。 提取方法：冷浸法、加热回流（连续回流）提取法。 此方法特点是 提取前需用碱碱化。 只能提取亲脂性生物碱，亲水性生物碱不被提出。 杂质少，易于深入纯化。 毒性大，易燃易爆。 第37页游离易溶于有机溶剂（原料须碱化） 亲脂性有机溶剂提取法（苯/氯仿/二氯甲烷） 冷浸/ 回流 提取液（游离） 回收 总生物碱 第38页二、分离方法 惯用分离方法有萃取法、沉淀法、盐析法、结晶法、色谱法等。（一）净化 上述方法得到总生物碱中常含有大量杂质，在分离之前普通需净化。净化方法常依据提取方法及含有杂质而定。 第39页生物碱阳离子交换在树脂上 水或酸水提取液净化 1）. 离子交换树脂法

15、提取液 经过强酸型（氢型）阳离子交换树脂流出液树脂柱（非碱性物质） 方法一方法二 氨液碱化树脂碱液洗脱 晾干后，亲脂性有机溶剂提取 亲脂性总生物碱亲水性总生物碱第40页2）. 有机溶剂萃取法提取液 碱化，亲脂性有机溶剂萃取有机溶剂层碱水层浓缩总生物碱第41页醇类溶剂提取液净化醇提取液 浓缩 浸膏酸水溶解 不溶物酸水液 （非碱性脂溶性杂质）碱化，亲脂性有机溶剂萃取有机溶剂层 水层浓缩 总生物碱第42页（二） 总生物碱初步分离 生物碱初步分离应用最多方法是依据生物碱碱性强弱、酚羟基有没有及溶解性能，将生物碱初步分成弱碱性生物碱、中强碱性生物碱和强碱性生物碱、水溶性生物碱和酚性、非酚性生物碱五类。第

16、43页第44页（三）生物碱单体分离 1. 利用生物碱碱性差异分离（依操作方式不一样，分离方法有二种）混合总生物碱 酸水溶解 酸水液(盐) 加碱进行梯度碱化同时用CHCl3萃取， 分别回收CHCl3 生物碱由弱到强依次被分离 CHCl3溶解 CHCl3溶液(游离) 用不一样酸度 (酸度由弱到强 ,pH 由大到小)酸水进行梯度萃取,酸水液分别碱化,同时CHCl3萃取,回收CHCl3 生物碱由强到弱依次被分离 第45页2. 利用生物碱或生物碱盐溶解度差异进行分离 生物碱以及生物碱盐在不一样溶液溶解度可能存在显著差异，可用于分离。 如：氧化苦参碱是苦参碱氮氧化物，极性稍大，不溶于乙醚。而苦参碱溶于乙醚

17、，于二者氯仿液中加入乙醚，氧化苦参碱即可析出。 如：麻黄碱草酸盐在水中溶解度比伪麻黄碱草酸盐溶解度小，能够自水溶液中先行析出。3. 利用生物碱特殊功效基不一样进行分离比如：有没有酚羟基利用酚羟基可溶于NaOH溶液，用NaOH溶液处理与无酚羟基者分离。 有没有内酯或内酰胺结构利用内酯、内酰胺在苛性碱溶液中加热可开环生成溶于水羧酸盐，与无内酯、内酰胺结构生物碱分离。 制备功效基衍生物利用仲胺可与亚硝酸生成亚硝基衍生物，或与氯乙酰或氯甲酸乙酯生成对应酯等，与叔胺分离第46页4. 利用色谱法进行分离 利用色谱法能够得到生物碱单体纯品。 吸附色谱法 氧化铝 多用 反相色谱法 吸附剂 硅胶 分配色谱法 纤

18、维素吸附色谱法可用苯、氯仿、乙醚等有机溶剂。洗脱剂 分配色谱法可用缓冲液饱和有机液。5水溶性生物碱分离水溶性生物碱可用萃取法处理，但极难将水溶性杂质去除。常采取以下方法除去水溶性杂质。（1）沉淀法（是在水溶液中加生物碱沉淀试剂，使水溶性生物碱产生沉淀与水溶性杂质分离） （2）溶剂法（是在生物碱碱水溶液中加入正丁醇等有机溶剂进行萃取分离 ）（3）离子交换树脂法 第47页实例：麻黄碱和伪麻黄碱提取分离1溶剂提取法 麻黄碱和伪麻黄碱在植物中以盐形式存在，可用水浸煮提取。水提液可碱化至pH1112后用甲苯萃取，在甲苯溶液中加草酸水溶液萃取，使麻黄碱与伪麻黄碱转变成草酸盐，因为二者溶解性不一样，加以分离

19、。2水蒸气蒸馏法 药材加碱碱化后用水蒸气蒸馏提取。依据二者草酸盐水溶性不一样加以分离。3离子交换法 首先用酸水溶液将麻黄碱与伪麻黄碱从植物体中提取出来，然后将酸性水溶液经过强酸型阳离子交换树脂加以分离。第48页生物碱结构判定 生物碱结构测定惯用化学方法有霍夫曼降解反应、埃姆特降解反应等，物理测定法有UV、IR、MS、NMR等。生物碱结构判定往往用波谱法结合化学法进行。一、 化学方法 把复杂物 降解 碎片(易于判别）推结构 脱H 芳香族(推结构)缺点：用量大、反应产物多、费时费事、准确性低,现在极少采取。第49页1、霍夫曼降解反应 霍夫曼降解反应是最为主要C-N键裂解反应，发生必要条件是氮原子-

20、位应有质子。非季铵碱应先用碘甲烷和氧化银进行彻底甲基化，生成季铵碱后再进行霍夫曼降解： 季胺碱在碱性溶液中加热,则产生裂解,脱水生成烯键和叔胺. 机理：是-OH离子向N 原子-H进攻，脱水形成烯键，同时 N-C 键断裂。 - CCN(R)3 -C=C- + N(R)3 + H2O H OH - 第50页2、埃姆特（Emde）降解反应（无位H ） Emde降解改进了Hofmann降解反应，把季胺生物碱碘化物用Na/Hg或Ni/Al使C-N键断裂而降解。 它反应快、产率高。 产物：三甲胺 + 脱胺化合物 在反应过程中一样要先甲基化得季胺碱,再降解。可用于不能进行霍夫曼降解化合物第51页二、波谱法包含UV，IR，NMR，MS等1、UV法 当生色团（羰基、双键、苯基和硝基等）在生物碱整体结构中 时，UV能够反应其骨架类型特征对其骨架类型判断和推定有主要作用。 若生色团仅是连接在生物碱母核上或边链上时，其UV对判断其母核类型作用十分有限。2、IR法 IR 法在生物碱结构测定中作用有限。其中，羰基基团IR 图谱和Bohlmann带吸收峰较为惯用。第52页3、MS 法此法在生物碱结构测定中多有应用。1、母核稳定或因为取代基或边链裂解产生特征离子。2、以N