生物碱的结构研究

关于生物碱的结构研究第1页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三例：用Al2O3薄层层析，CHCl3－MeOH（10：1）展开，则Rf:()>()>()。A:B:C:第2页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三2.分配TLC

亲脂性生物碱固定相选用甲酰胺水溶性生物碱固定相多选用水绝大多数生物碱的薄层色谱可用改良的碘化铋钾试剂显色，显示橘红色斑点。（二）PC

多选用正相PC

固定相多选用水、甲酰胺或酸性缓冲液。用酸性缓冲液作固定相的PC，常采用多缓冲纸色谱的方式。第3页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三多缓冲纸色谱

展开第4页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三第六节生物碱的结构研究

一、化学方法

1、Hofmann降解反应

又称彻底甲基化反应.起始物为伯、仲、叔胺，用CH3I和Ag2O进行彻底甲基化反应，生成季铵碱；再将季铵碱加热，消除β–H，同时伴

C-N键断裂，生成三甲胺和烯。根据生成物烯的双键数目，可推测生物碱结构中N的结合状态。第5页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三

反应必要条件：N的β位应有H，其次是β-H能够在反应中被消除。（1）直链含N化合物，一次降解第6页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三（2）N原子二价结合在环上,需二次降解（3）N原子三价结合在环上,需三次降解第7页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三

β-C上烷基取代多则β-H不易消除；β-C上有芳环或其它吸电子基团时β-H易消除；β-H与季N反式构型较顺式易消除。+CH3OH

个别含N杂环虽有β-H，但不能消除如：喹啉、吡啶、异喹啉等均无β-H，故均不能产生Hofmann降解反应。第8页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三2、Emde降解：3、vonBraun反应：用于无β－H的含N化合物第9页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三

二、波谱法

（一）UV

一般只作为辅助手段

1、生物碱母体结构为共轭系统

UV可反映分子的基本骨架和类型，如吡啶、喹啉、吲哚等。

2、生物碱母体的主体结构部分为共轭系统如莨菪烷类、苄基异喹啉类、四氢原小檗碱类等。

UV谱相同或相似。第10页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三（二）、IR光谱反式喹诺里西啶

顺式喹诺里西啶

2798cm-1莱曼碱

2735cm-1

反式稠合的喹诺里西啶类环N原子邻近C上H，有两个以上与N上孤电子对呈反式直立键者，在2800～2700cm-1区域有两个以上明显的吸收峰，此峰称为Bohlmann峰，顺式稠合者无此吸收峰。第11页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三（三）1H-NMR谱1.不同类型N上质子的δ值范围：脂肪胺：0.3~2.2；芳香胺：2.6~5.0；酰胺：5.2~102.生物碱不同类型氮原子上甲基的δ值范围（P320表10-1）

叔胺：1.97~2.56；仲胺：2.3~2.5

芳叔胺和芳仲胺：2.6~3.1；杂环胺：2.7~4.0；酰胺：2.6~3.1；季铵：2.7~3.5第12页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三ab3.构象和取代基的确定

第13页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三（四）13C-NMR1、氮原子电负性对邻近碳原子化学位移的影响

N原子的吸电诱导效应使邻近碳原子向低场位移,α碳的位移最大.

一般规律为：α-C>γ-C>β-C。第14页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三

2、N原子对甲基碳化学位移的影响

N-CH3较普通-CH3向低场位移

δ30~47

3、生物碱结构异构体的研究

4、超导核磁共振技术的应用

DEPT谱、

2D13C-1HCOSY谱

HMBC谱等。第15页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三

（五）MS

1.α-裂解

P341

裂解发生在和N相连的α–碳和β–碳之间的键

即α-键上。

特征：基峰或强峰是含N的基团或部分

2.RDA裂解

双键的β位键的裂解。当生物碱存在相当于环己烯部分时，常发生此种裂解。（四氢原小檗碱类）见P341

3.其他裂解第16页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三第七节中药实例一、麻黄

麻黄为麻黄科植物草麻黄、木贼麻黄和中麻黄的干燥茎与枝，是我国特产药材，为常用重要中药。该药味辛苦，性温，具发汗、平喘、利水等作用。现代药理实验证明，麻黄碱有收缩血管、兴奋中枢作用，有类似肾上腺素样作用；伪麻黄碱有升压、利尿作用；去甲麻黄碱有舒张支气管平滑肌作用。第17页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三（一）化学成分l－麻黄碱（1R，2S）pka9.58d－伪麻黄碱（1S，2S）pka9.74R=H，Rˊ=CH3l－麻黄碱d－伪麻黄碱

R=Rˊ=CH3l－甲基麻黄碱d－甲基伪麻黄碱

R=Rˊ=Hl－去甲基麻黄碱d－去甲基伪麻黄碱第18页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三（二）麻黄生物碱的理化性质

1.性状

麻黄碱和伪麻黄碱为无色结晶，具挥发性。

2.碱性

碱性较强，伪麻黄碱pKa9.74，麻黄碱pKa9.58。

3.溶解性

可溶于水（伪麻黄碱水溶性较麻黄碱小），也能溶解于氯仿、乙醚、苯及醇类溶剂中。草酸麻黄碱难溶于水，草酸伪麻黄碱则易溶于水。第19页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三（三）麻黄生物碱的鉴别反应

麻黄碱和伪麻黄碱不能与大多数生物碱沉淀试剂发生沉淀反应，可通过以下反应鉴别：1.CS2-CuSO4反应

在麻黄碱或伪麻黄碱的醇液中加入CS2、CuSO4和NaOH各2滴，则产生棕色沉淀。2.铜络盐反应

在麻黄碱或伪麻黄碱的醇液中+CuSO4+NaOH呈碱性,则产生蓝紫色。第20页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三二、黄连

黄连为毛茛科植物黄连的根茎，性寒味苦，具有清热燥湿、清心除烦、泻火解毒功效。药理实验表明：其主要成分小檗碱有明显的抗菌、抗病毒作用；小檗碱、黄连碱、巴马丁、药根碱还具有抗炎、镇痛、抗溃疡、免疫调节及抗癌作用。

第21页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三（一）化学成分

其有效成分主要是原小檗碱型生物碱，已经分离出来的生物碱有小檗碱、巴马丁、黄连碱等。其中以小檗碱含量最高（可达10%）。第22页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三（二）小檗碱的理化性质

1.性状

小檗碱为黄色针状结晶，加热至110℃变为黄棕色，于160℃分解，盐酸小檗碱为黄色小针状结晶。

2.碱性

属于季铵碱，呈强碱性，pKa为11.5。

3.溶解性

游离小檗碱易溶于热水或热乙醇，能缓缓溶于水中，在冷乙醇中溶解度不大，难溶于苯等亲脂性溶剂。

第23页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三4.小檗碱的鉴别反应

（1）小檗红碱反应

盐酸小檗碱加热至220℃左右分解，生成红棕色小檗红碱，加热至285℃，完全熔融。

（2）丙酮加成反应

盐酸小檗碱水溶液，加NaOH使呈强碱性，滴加丙酮数滴，生成黄色结晶性丙酮加成物。

（3）漂白粉显色反应

小檗碱的酸性水液中加入适量的漂白粉（或通入气）黄色樱红色。第24页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三三、洋金花

洋金花为茄科植物毛曼陀罗（Daturainnoxia）和白曼陀罗（D.metal）的花，为常用重要中药。以洋金花为主药的中药麻醉剂自古以来就在中国应用，如华佗的麻沸散中，洋金花即为其主要成分。洋金花味辛、性温、有毒；具有解痉止痛、止咳平喘的功效。其所含莨菪碱及阿托品有解痉镇痛、解有机磷中毒和散瞳作用；东莨菪碱还有镇静、麻醉的作用。第25页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三（一）化学成分R=H莨菪碱（阿托品atropine）

R=OH山莨菪碱

樟柳碱东莨菪碱

N-去甲莨菪碱

第26页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三2.旋光性（-）莨菪碱

烯醇式

（+）莨菪碱

第27页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三3.水解性

莨菪醇

莨菪酸第28页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三4.碱性由于氮原子周围化学环境、立体效应等因素，使得碱性差异较大：莨菪碱(pka9.65)>山莨菪碱>东莨菪碱、樟柳碱5.溶解性

莨菪碱亲脂性强，可溶于四氯化碳，难溶于水；山莨菪碱亲脂性较前者弱，能溶于水和乙醇；东莨菪碱有较强的亲水性，可溶于水；樟柳碱亲水性较前强，溶于水。

极性：樟柳碱、山莨菪碱>东莨菪碱>莨菪碱第29页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三（三）鉴别反应

1.HgCl2

沉淀反应

莨菪碱（阿托品）HgCL2

黄色Δ红色东莨菪碱HgCL2

白色

2.Vitali反应

莨菪酸部分用发烟硝酸处理时，可产生硝基化反应，生成三硝基衍生物。此物可与苛性碱醇溶液反应，分子内氢重排，生成醌样结构的衍生物而呈深紫色，渐转暗红色，最后颜色消失。

反应式见P353第30页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三3.过碘酸氧化－乙酰丙酮缩合反应

樟柳碱分子中的羟基莨菪酸部分具有邻二羟基结构，可被HIO4氧化成甲醛，甲醛与乙酰丙酮在乙酸铵溶液中加热，缩合成二乙酰基二甲基二氢吡啶（DDL）而显黄色，故又称DDL反应。第31页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三四、苦参

苦参为豆科植物苦参（Sophoraflavescens）的干燥根，性寒、味苦；具有清热燥湿、杀虫、利水等功效。苦参总碱具有消肿利尿、抗肿瘤、抗病原体作用。同时具有抗心律失常、抗缺氧、扩张血管、降血脂等作用及抗柯萨奇病毒、调节免疫作用。临床用于心律失常、心力衰竭、病毒性心肌炎、冠心病等。第32页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三（一）化学成分苦参碱

氧化苦参碱

羟基苦参碱

去氢苦参碱

第33页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三（二）理化性质1.性状

苦参碱有α-、β-、δ-、γ-四种形态，α-、β-、δ-苦参碱为结晶体，常见的是α-型，为针状或棱柱状结晶，熔点76℃，γ-苦参碱为液状。2.碱性苦参碱和氧化苦参碱的碱性较强（一元碱）3.溶解性极性大小：氧化苦参碱>羟基苦参碱>苦参碱第34页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三4.水解性及氧化还原反应KI或SO2

H2O2

5%KOH/EtOH

HCL

第35页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三五、汉防己

亦称粉防己，为防己科植物汉防己（stephaniatetrandra）的干燥根，为常用中药。味苦、辛，性寒，具有祛风湿、止痛、利水消肿、泻下焦湿热等功效。防己总碱具有镇痛、消炎、降压、肌肉松弛以及抗菌、抗肿瘤作用，其中汉防己甲素作用最强，乙素镇痛作用只有甲素的一半。近年来研究表明：汉防己甲素对肺纤维及高血压、心绞痛等有良好疗效。第36页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三（一）化学成分R=CH3汉防己甲素R=H汉防己乙素（隐性酚羟基）第37页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三(二）理化性质

1.性状汉防己甲素和汉防己乙素均为白色结晶。乙素在丙酮中结晶具有双熔点，126~177℃熔融，200℃固化，273~238℃再熔融。

2.碱性甲素和乙素中均有两个叔胺态N，碱性较强。

3.溶解性甲素和乙素亲脂性均较强，但甲素的极性较小能溶于冷苯，而乙素极性较大，难溶于冷苯。

第38页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三隐性酚羟基：

由于空间位阻、氢键等原因而使得酚羟基失去了酚羟基的通性，难溶于NaOH溶液中，这样的酚羟基常称为隐性酚羟基。汉防己乙素结构中所具有的酚羟基即为隐性酚羟基第39页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三六、乌头（附子）

乌头为毛茛科乌头属植物乌头（AconitumCermichaeli）的干燥母根，其子根的加工品即为附子，同属植物北（A.kusnezoffii）块根为草乌，均为临床常用中药。乌头味辛，性苦、热，有大毒，具有祛风除湿、温经止痛功效。现代药理学实验表明，乌头和附子的提取物具有镇痛、消炎、麻醉、降压及对心脏产生刺激作用，其有效成分为生物碱。该类生物碱毒性很强，人口服4mg可导致死亡。第40页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三（一）化学成分第41页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三（二）理化性质1.性状多具完好晶型，乌头碱为六方片状结晶，次乌头碱为白色柱状结晶，美沙乌头碱为白色结晶，2.碱性具一般叔胺碱的碱性，能与酸成盐。3.水解性乌头碱、次乌头碱、美沙乌头碱等为双酯型生物碱，具有辛辣味，毒性极强，是乌头的主要毒性成分。第42页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三

若将乌头浸泡于水中加热，或不加热在水中长时间浸泡都可水解酯基，生成单酯型生物碱或无酯键的醇胺型生物碱，则无毒性。如乌头碱水解生成乌头次碱、乌头原碱，降低毒性。但均不减低原双酯型生物碱的疗效，这就是乌头及附子经水浸、加热等炮制后毒性变小的化学原理。第43页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三

思考题一、简答题1.莨菪碱、山莨菪碱、东莨菪碱、樟柳碱均为莨菪烷类生物碱，请回答下列问题：比较四者的碱性大小，并说明为什么？（2）四者的溶解性是怎样的？（3）莨菪碱和阿托品是何关系？2.从化学角度分析乌头经水浸、加热等方法炮制后为何毒性大大减低？第44页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三二、单选题1.用pH梯度萃取法从氯仿中分离生物碱时，可顺次用（）缓冲液萃取。

A.pH=8~3B.pH=6~8C.pH=8~14D.pH=3~82.生物碱的盐若从酸水中游离出来，pH应（）

A.pH<PkaB.pH>PkaC.pH=PKa3.某生物碱碱性很弱，几乎呈中性，氮原子的存在状态可能为()。

A.伯胺B.仲胺C.酰胺D.叔胺第45页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三4.季铵型生物碱分离常用()。

A.水蒸汽蒸馏法B.雷氏铵盐法

C.升华法D.聚酰胺色谱法5.氧化苦参碱水溶性大的原因是（）

A有离子键B有N→O配位键

C属于双稠哌啶烷类D碱性强6.生物碱沉淀反应大多数在()条件下进行。

A.酸性水溶液B.碱性水溶液

C.中性水溶液D.亲脂性有机溶剂第46页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三7.pH梯度萃取法分离生物碱时，生物碱在酸水层，应顺次调pH（）用氯仿萃取。

A.pH=3~8B.pH=8~13C.pH=1~7D.pH=7~18.不能与生物碱沉淀试剂产生沉淀的是（）

A.生物碱B.多糖

C.多肽D.蛋白质

E.鞣质9.生物碱碱性的表示方法多用（）

A.KbB．pKbC.KaD．pKaE.pH第47页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三10.分离碱性不同的混合生物碱可用（）

A．简单萃取法B．酸提取碱沉淀法

C.pH梯度萃取法D．有机溶剂回流法

E．分馏法11.从苦参总碱中分离苦参碱和氧化苦参碱是利用二者（）

A．在水中溶解度不同B．在乙醇中溶解度不同

C．在氯仿中溶解度不同D．在苯中溶解度不同

E．在乙醚中溶解度不同

12.阿托品是（）

A左旋体B右旋体C内消旋体

D外消旋体E都不是第48页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三13.某生物碱碱性强，则（）

A.PKa小B.PKa大