第三章生物碱.

第三章十九世纪德国学者F.W.Sertrner从鸦片中分离出吗啡碱(morphine)现从自然界中分离得到约10000种《全国医药产品大全》中收载的药物及其制剂达六十余种植物中存在的生物碱大多有明显的生理活性如：鸦片中的吗啡——镇痛作用麻黄中的麻黄碱——止喘作用长春花中的长春碱——抗癌活性黄连中的小檗碱——抗菌消炎作用山莨菪碱——抗中毒性休克作用石蒜中的生物碱加兰他敏——具有拟胆碱作用利血平——降压作用生物碱是一类十分重要的天然有机化合物，也是一类研究得最早的有生物活性的天然化合物。一.生物碱的含义生物碱一般指植物中含N的有机化合物（蛋白质、肽类、氨基酸等除外)。第一节概述生物碱主要分布于植物界,在动物中发现得很少。在高等植物尤其在双子叶植物中分布为广：①在双子叶植物的小檗科(Berberidaceae)，毛茛科(Rununcu-laceae)，木兰科(Magnoliaceae)，防己科(Menisperma-ceae)，罂粟科(Papaveraceae)，芸香科(Rutaceae)等植物中广为分布；二、分布②裸子植物中，在红豆杉科红豆杉属(Taxus)，松柏科松属(Pinus)，云杉属(Picia)，三尖杉科三尖杉属Cepha-lotaxus)，麻黄科麻黄属(Ephedra)等属植物中有分布；③少数单子叶植物如石蒜科，百部科(Stemonaceae)，百合科(Liliaceae)等植物中有分布。在低等植物中，生物碱分布少，而且结构一般为简单。生物碱在生物体中的存在部位和含量往往差别很大，一般来说，含量在千分之一以上即为高含量。三、存在形式1.游离碱：碱性极弱，以游离碱的形式存在。2.成盐：有机酸有：柠檬酸、酒石酸等；特殊的酸类：乌头酸、绿原酸等无机酸：硫酸、盐酸等。3.苷类：以苷的形式存在于植物中；4.酯类：多种吲哚类生物碱分子中的羧基，常以甲酯形式存在。5.N-氧化物：植物体中的氮氧化物约一百余种。㈣命名规则1.生物碱类型的命名主要根据：⑴母核的化学结构，如吡啶、吡咯啶、喹啉、异喹啉、萜类等；⑵以来源植物命名，如石蒜科生物碱等。2.生物碱单体成分的命名⑴以植物来源的属、种的名称命名，如：一叶萩碱⑵也有以生理活性或药效命名，如：吗啡morphine（使睡眠),吐根碱emetine（呕吐）⑶以人名命名的，如：pelletierine（为纪念化学家PierreJosephPelletier）生物碱的分类方法很多，主要包括1.按植物来源分类如：石蒜生物碱，长春花生物碱；2.按化学结构分类如：异喹啉生物碱、甾体生物碱；3.按生源结合化学分类如：来源于鸟氨酸的吡咯生物碱。第二节结构与分类㈠有机胺类（氮原子不结合在环内的一类生物碱。）止咳平喘作用益母草碱对动物子宫有兴奋作用、降压作用（二）杂环类（氮原子结合在环内的一类生物碱。）1、吡咯衍生物由吡咯或四氢吡咯衍生的生物碱。分为：简单的吡咯衍生物吡咯里西啶衍生物（又称双稠吡咯啶）吲哚里西啶衍生物。简单的吡咯衍生物红古豆碱（无活性）红古豆苦杏仁酸酯（有活性）似阿托品药物的散瞳等作用吡咯里西啶（pyrrolizidine）衍生物野百合碱（有抗癌活性）吡咯里西啶吲哚里西啶（indolizidine）衍生物吲哚里西啶一叶萩碱2、吡啶衍生物由吡啶或六氢吡啶衍生的生物碱。分为：简单吡啶衍生物、喹诺里西啶吡啶降压、镇静、促进唾液分泌作用喹诺里西啶消肿利尿、抗肿瘤、抗心律失常、降血脂及免疫调节3、莨菪烷衍生物莨菪碱（阿托品）解痉、镇痛、解磷中毒、散瞳作用4、喹啉衍生物喜树碱治白血病和直肠癌5、异喹啉衍生物异喹啉isoquinoline1-benzyl-isoquinoline存在于鸦片中，具有镇咳作用与可待因相似，但无成瘾性，可替代可待因。那可丁又称苄基异喹啉双苯甲基异喹啉型唐松草碱原小檗碱型抗菌消炎存在于黄连、黄柏及三颗针等植物中。原小檗碱型镇痛、镇静、改善心肌供血、治疗心率失常吗啡烷型吗啡烷morphinane镇痛如：吗啡碱（morphine）是鸦片中的成分，具有止痛的作用。6、吲哚衍生物R=NNR'MeOHCOOMeOAcOHNHOHCO2MeR长春碱(Vinblastine,VLB),R'=Ch3长春新碱(Vincristine,VCR),R'=CHO咪唑毛果芸香碱pilocarpine治疗青光眼7、其他杂环虫草素抗菌、抗病毒、抗肿瘤NHNNN123456789嘌呤石斛碱dendrobine乌头碱aconitine三、萜类生物碱解热镇痛镇痛、消炎、麻醉、降压二萜抗癌活性贝母碱四、甾类生物碱扩张支气管平滑肌、兴奋子宫第三节理化性质•一、性状•1.形态——多为结晶固体，少为粉末。少数常温下为液体（多不含氧，若含氧则多成酯键）•2.颜色——多为无色或白色，少数有色。•3.味觉——多具苦味，少数有甜味，如：甜菜碱。•4.挥发性——液体生物碱多有挥发性，个别固体生物碱有挥发性，如麻黄碱。•5、旋光性——多为左旋光性。•条件改变有的产生变旋现象。•如：菸碱中性溶液——左旋光性•酸性溶液——右旋光性•多数左旋体呈显著生理活性。类别极性价键溶解性H2OCHCl3HClNaOH非酚性Alk(无Ar-OH叔胺、仲胺)较弱共价脂溶性—++—季铵碱强离子水溶性+—++氮氧化物半极性配位中等水溶+±++两性AlkAr-OH较弱共价脂溶性—+++（可成内盐）-COOH强离子水溶性+—++•(1)游离碱二、溶解度(2)成盐生物碱多易溶于水，不溶或难溶有机溶剂。含氧酸盐的水溶性往往较大。与大分子有机酸所形成的盐水溶性差与小分子有机酸或无机酸成盐水溶性较好。三、碱性•以pKa计,碱性大则pKa大,碱性小则pKa小。pKa:22~77~1111极弱碱弱碱中强碱强碱N:N:H+H++生物碱生物碱盐:N-影响碱性强弱的因素（1）N的杂化方式：因p电子成分越多，越易失去电子，碱性越强。(2)诱导效应（通过碳链传递）(a)供电性基团取代，碱性增强；如：二甲胺(Pka10.70)甲胺(Pka10.64)氨(Pka9.75)（b）氮原子附近有吸电性基团，碱性减弱•常见的吸电子基：•苯基、羰基、酯基、醚基、羟基、双键、硝基等•常见的给电子基：•烷基、甲氧基等(3)共轭效应：形成p-π共轭，通常碱性较弱。苯胺型、酰胺型、烯胺型①苯胺型PKa2=7.88PKa1=1.76N2MeN1MeMeHNCOO毒扁豆碱毒扁豆碱毒扁豆碱②酰胺型与酸成盐很不稳定，在酸性条件下，就能表现出游离碱的溶解性，能溶于三氯甲烷(4)空间效应•氮原子由于附近取代基的空间立体障碍或分子构象因素，而使质子难于接近氮原子，碱性减弱。•如莨菪碱碱性强于东莨菪碱碱性强弱：Ar-NH2N+OHNHNH2NONH季铵仲胺伯胺叔胺芳胺酰胺-供电--碱性↑共轭、诱导吸电--碱性↓第四节检识（一）化学检识（沉淀反应):生物碱盐与生物碱沉淀试剂生成难溶于水的复盐或分子复合物。沉淀试剂：(1)碘化物复盐类碘化铋钾KBiI4橘红色至黄色沉淀碘-碘化钾KI-I2红棕色沉淀碘化汞钾K2HgI4类白色沉淀若加过量试剂，沉淀又被溶解。(2)大分子酸类：酸类——硅钨酸SiO212WO3乳白色酚酸类——苦味酸2,4,6-三硝基苯酚黄色(3)金属盐类雷氏铵盐(Ammoniumreineckate)硫氰酸铬铵试剂生成难溶性复盐紫红色2.反应原理：生成复盐和络盐3.沉淀反应条件（1）通常在酸性水溶液中生物碱成盐状态下进行；（若在碱性条件下则试剂本身将产生沉淀）（2）在稀醇或脂溶性溶液中时，含水量50%；（当醇含量50%时可使沉淀溶解）（3）沉淀试剂不易加入多量。（如：过量的碘化汞钾可使产生的沉淀溶解）4.结果的判断（1）鉴别时每种Alk需采用三种以上沉淀试剂；（2）直接对中药酸提液进行沉淀反应，则阳性结果——不能判定生物碱的存在阴性结果可判断无生物碱存在氨基酸、蛋白质、多糖、鞣质等+沉淀试剂——沉淀处理方法：将含生物碱的酸水液碱化，再用三氯甲烷萃取，分取三氯甲烷层，再用酸水萃取，所得酸水层部分可作为沉淀反应的溶液（3）仲胺类一般不易与生物碱沉淀试剂反应，如麻黄碱注意：在结果判断时要慎重（二）色谱检识•（一）薄层色谱：适用于脂溶性生物碱•硅胶薄层色谱•吸附TLC┤└氧化铝薄层色谱使用硅胶薄层色谱的注意事项：由于硅胶显弱酸性，强碱性的生物碱在硅胶板上能成盐，使Rf值很小或拖尾因此，使用硅胶作吸附剂，需要在碱性环境中进行，以克服其酸性。方法：湿法制板时，以0.1-0.5的氢氧化钠代替水，使其成碱性；展开剂中加入一定量的二乙胺或氨水；展开槽中放入一小杯氨水，产生氨气使色谱空间显碱性。•薄层色谱的显色：•（1）直接在可见光或紫外灯下观察斑点，该法适用于有颜色或有荧光的生物碱•（2）大多数用改良碘化铋钾试剂，显橘红色。少数生物碱不显色可用的碘铂酸、三氯化锑、硫酸铈硫酸（或磷酸）等试剂。•（二）纸色谱•（1）游离生物碱：甲酰胺为固定相，固定相饱和的有机溶剂为展开剂。•（2）生物碱盐：滤纸中的水为固定相，系统正丁醇-冰醋酸-水为展开剂。第五节提取和分离•最常用的方法：溶剂提取法•常选用的溶剂：酸水、乙醇、亲脂性有机溶剂（1）酸水提取原理：酸溶碱沉常用的酸水：0.5%-1%的盐酸、硫酸操作方法：渗漉法或浸渍法提取成分：生物碱盐和大量水溶性杂质怎样使生物碱盐和水溶性杂质分开a、离子交换法：使用强酸型阳离子交换树脂柱（水溶性杂质因没被交换，所以先流出）交换后的树脂用氨水碱化，生物碱游离出来，再用有机溶剂进行回流提取。离子交换过程如下：R-H＋＋[B·H]＋Cl－R－[B·H]＋＋HClR－[B·H]＋＋NH4OHR－NH4＋＋B＋H2O适用于一般生物碱酸水提取液的处理，尤其是水溶性较大的生物碱，如苦参碱、麻黄碱。Rb、萃取法：氨水、石灰水碱化酸提取液，亲脂性有机溶剂进行萃取常用的萃取剂：三氯甲烷、乙醚此法适用于脂溶性生物碱与水溶性杂质的分离c、沉淀法碱化酸水提取液，游离生物碱水溶性降低而沉淀析出若是水溶性生物碱，如季铵生物碱，需加雷氏铵盐（硫氰酸铬铵）对季铵生物碱进行沉淀。此法适用于季铵型生物碱与其他生物碱的分离。（2）乙醇提取法原理：生物碱与生物碱盐都溶于乙醇的性质所用乙醇：60%～95%乙醇操作方法：渗漉法或回流法提取成分：生物碱、生物碱盐、少量水溶性杂质、较多脂溶性杂质除去脂溶性杂质的方法：酸水溶解生物碱，与脂溶性杂质分离。（3）亲脂性有机溶剂提取法原理：游离生物碱易溶于亲脂性有机溶剂常用的溶剂：三氯甲烷、乙醚、乙酸乙酯操作方法：回流法或连续回流法提取成分：游离生物碱和脂溶性杂质除去脂溶性杂质的方法：酸水溶解生物碱，与脂溶性杂质分离。为获得药材中游离生物碱，在提取前，药材应先用少量碱水（氨水和石灰水）润湿。二、分离•（一）生物碱的初步分离•将总生物碱初步分成：强碱性生物碱、中强碱性生物碱、弱碱性生物碱（二）生物碱单体的分离1、利用生物碱碱性的差异进行分离（pH梯度萃取法）用不同酸性的缓冲溶液，pH由高到低依次萃取，碱性较强的生物碱先成盐而溶于酸水溶液中将总生物碱溶于酸水溶液中，逐渐加碱使pH由低到高增加，碱性较弱的生物碱先游离而转溶于有机层中。2、利用游离生物碱在有机溶剂中的溶解性差异进行分离如氧化苦参碱和苦参碱的分离：氧化苦参碱极性大，亲水性强，难溶于乙醚的性质与苦参碱分离粉防己碱和防己诺林碱的分离，利用防己诺林碱极性大，难溶于冷苯的性质与粉防己碱分离3、利用生物碱盐在水中的溶解度的差异进行分离如士的宁和马钱子碱的分离：利用盐酸士的宁在水中的溶解度小于盐酸马钱子碱，先析出结晶与盐酸马钱子碱分离。两者的硫酸盐行为相反。草酸麻黄碱与草酸伪麻黄碱的分离：利用草酸麻黄碱在水中的溶解度小于草酸伪麻黄碱进行分离4、利用生物碱特殊官能团的性质不同进行分离（1）具有酚羟基的生物碱和不具有酚羟基的生物碱的分离：如吗啡和可待因的分离，吗啡含有酚羟基能溶于NaOH溶液，而可待因不含有酚羟基不能溶于NaOH溶液，使两者得于分离。（2）具有内酯结构和酰胺结构的生物碱，在NaOH加热条件下开环成盐溶于水，酸