生物碱的理化性质

第四节生物碱的理化性质一、性状1.形态——多为结晶固体，少为粉末。少数常温下——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。4.挥发性——多无挥发性，少数具挥发性。二.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。三.溶解度（1）绝大多数仲胺和叔胺生物碱的游离碱具亲脂性；（2）绝大多数生物碱盐具亲水性；（3）季铵生物碱具亲水性；（4）具酚羟基、羧基等酸性基团的生物碱具酸碱两性；（5）具内酯基的生物碱，遇碱水开环成盐而溶解，遇酸又闭环而析出；(6)生物碱成盐后多易溶于水，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。生物碱盐具有特殊的溶解性质，如高石蒜碱的盐酸盐不溶于水，而溶于氯仿，盐酸小檗碱难溶于水；四、碱性1.碱性的来源及强度表示N:N:H+H++生物碱生物碱盐=14-14=10lgKa+-lgKbPKa+PKb=-2HO[H][OH]=KbKa+++[BH][B][H]Ka=2--+[HO][B][BH][OH]Kb=2-HO+B=[BH]+[OH]+++[BH]=[B]+[H]碱性越强，其Kb越大，PKb越小，其共轭酸Pka越大；即Pka越大，碱性越强；Pka2极弱碱；Pka=2～7弱碱；Pka=7～12中强碱；Pka12强碱；胍基季胺碱脂肪胺基缺电子芳杂环(吡啶)酰胺基富电子芳杂环(吡咯)3.影响碱性强弱的因素（1）N的杂化方式N-NCCNSP3()SP2()SP()pKa10~5~60~1NNH吡啶胡椒啶pka=5.2(SP2)pka=11.2(SP3)(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)托哌可卡因9.88PKa=8.31cocaineNMeOCOBzNMeCOOMeOCOBzPKa=6.4PKa=8.4石蒜碱二氢石蒜碱NOHHOHHOONOHHOHHOO氮原子附近有吸电性基团，碱性减弱；NCH3HCOOCH3OCONCH3HOCO可卡因托哌可卡因pKa=8.31pKa=9.88(b)氮杂缩醛(酮)生物碱的碱性:氮原子不处在桥头；强碱性；氮原子处在桥头；碱性相对较弱；PKa=4.9PKa=8.15二乙酰阿马林阿马林NORORPKa=12.9NOOH阿替生-+OHH+ROHCHNCHORN(3)诱导-场效应:生物碱分子中同时含有两个氮原子时，第一个氮原子质子化后产生一个强的吸电基团+NHR2此时对第二个氮原子产生两种降低其碱性的作用：诱导和场效应。诱导效应通过碳链传递。场效应通过空间直接作用，又称为直接效应。0.89PKa=ΔPKa=8.1Δ吐根碱金雀花碱NNNNOMeOMeOMeMeOHHH(4)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NCOR..酰胺结构OONONNONNMeMeOMe胡椒碱咖啡因（pKa=1.22）（pKa=1.42）②酰胺型(5)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。PKa=9.30PKa=9.56COHCCH3HNCH3HCH3Methyl-EphedrineCOHCCH3HNHCH3HEphedrine(t)PKa=2.93PKa=4.81NMeMeC4H9PKa=5.15PKa=4.39NMeMeMeMeNMeMeMeNMeMe异和钩藤碱和钩藤碱PKa=5.20PKa=6.32HHNNMeOEtHHCOOMeONNEtHMeOHCOOMeO(6)分子内氢键•若能形成稳定的分子内氢键，可使碱性增强。（指成盐时接受的质子能形成稳定的分子内氢键）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↓比较碱性强弱：NNNMeMeH123brevicollineA321NNNOMeH123evodiamine吴茱萸碱B132NNHCONHCHMeHCH2OHMeC123麦角新碱ergonovineN213（三）成盐（Alk成盐的机理）生物碱与酸成盐，对质子化来说，仲胺、叔胺生物碱成盐时，质子多结合于氮原子。季胺碱、氮杂缩醛、烯胺以及具有涉及氮原子的跨环效应形式存在的生物碱，质子化则往往并非发生在氮原子上。1.季胺碱的成盐NOHOHN+-HX-+X.-+HOH季胺碱盐水质子与OH-结合成水2.含氮杂缩醛Alk的成盐质子与RO-结合成H-OR(醇或水）NCHORNCHHOHXOH或HOR+X-+R氮杂缩醛生物碱亚胺盐醇或水NNOOOCH2CH3NNOCH2CH3COOHHOH++-斯米生（亚胺盐）（内脂环开裂，质子与COO结合）-3.具有烯胺结构Alk的成盐NCCNCCH..αβ+H+烯胺亚胺盐Alk质子化多在β碳上，而非氮原子NONHHMeOOCNONHHMeOOCH+HClOH-二氢奥斯冬宁亚胺盐*稠环桥头N原子不能形成亚胺形式的盐。NNOHHHHHO有烯胺结构新士的宁NNMeOHOHH含氮杂缩醛结构阿马林碱4.涉及氮原子跨环效应Alk的成盐NONCOH+OH-H+具有酮基的Alk成盐N原子孤电子对空间上靠近酮基时，则产生跨环效应NONHMeOOCOMeMeOMeOONHMeOOCMeMeOMeONOHH+..+产生跨环效应生成的盐二甲氧基皮拉菲林dimethoxypicraphylline（五）沉淀反应用途：鉴别——试管法、TLC或PPC显色剂；提取分离——检查是否提取完全。主要内容：1.沉淀试剂2.反应原理3.反应条件4.结果判断1、沉淀试剂金属盐类碘-碘化钾（Wagner）KI-I2棕褐色沉淀碘化铋钾（Dragendoff）BiI3KI红棕色沉淀碘化汞钾（Mayer试剂）HgI22KI类白色沉淀若加过量试剂，沉淀又被溶解酸类——硅钨酸(Bertrand试剂)SiO212WO3乳白色酚酸类——苦味酸(Hager试剂)2,4,6-三硝基苯酚黄色复盐——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NHKBiI4NHBiI4+++-+K+生物碱盐碘化铋钾NHOHNO2NO2O2NOO2NNO2O2NNH+生物碱盐++-苦味酸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；（沉淀试剂对各种Alk的灵敏度不同）（2）直接对中药酸提液进行沉淀反应，则阳性结果——不能判定Alk的存在阴性结果可判断无Alk存在氨基酸、蛋白质、多糖、鞣质等+沉淀试剂——沉淀（六）显色反应◆Labat反应5%没食子酸的醇溶液具有亚甲二氧基结构呈翠绿色◆Vitali反应发烟硝酸和苛性碱醇溶液结构中有苄氢存在则呈阳性反应深紫—暗红—最后颜色消失（七）C-N键的裂解反应（基本骨架的测定）1.霍夫曼降解（Hofmanndegradation）2.Emde降解反应（Emdedegradation）3.vonBraun三级胺降解（vonBraunternaryaminedegradation）1.霍夫曼降解（Hofmanndegradation）MeCHCH2HNMeMeMeOH-胺季铵化CH3IOH-H2ONMe3++烯三甲胺水+αββ-H消除NHNMeMeHofmannHofmann+三甲胺+水NNMeMeNMeHofmannHofmannHofmann根据生成物烯的双键数目，可推测生物碱中氮原子的结合状态。反应条件：N原子的位具有H；位连电负性基团（苯），Hofmann不脱去三甲氨。