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天然药物化学讲稿第九章生物碱
第七章章生物碱(Alkaloids)目的要求:
、分布及存在形式。
,熟谙主要生物碱的布局类型。
、显色回响、检识方法及CN键裂解回响。
、分开方法。
。
第一节
概述
生物碱是一类特别重要的自然有机化合物,也是一类研究得最早的有生物活性的自然化合物。自1806年德国学者从鸦片中分出吗啡碱,迄今已有1万多种生物碱。生物碱广布植物界,大量重要中药中含生物碱:麻黄,汉防己,延胡索,苦参,洋金花,乌头等主要含生物碱。生物碱有多种多样的生物活性。附录中列出46种药用生物碱的来源,作用与用途。生物碱又是自然有机化学的重要研究领域之一。
一、生物碱定义:
生物碱的定义至今尚无一个令人合意的表述。随生物碱研究的深入,其定义的严格性伴随新的限制。生物碱定义应包括以下几点:
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①含N的有机化合物(不包括低分子***类甲***,乙***,氨基酸,氨基糖,维生素等)。
②具碱的性质且能和酸成盐。
③多数具有繁杂的氮杂环(少数N原子在环外)。
④多数具强的生物活性。
多数教材定义为:生物碱是指一类来源于生物界(以植物为主)的含氮的有机物,多数生物碱分子具有较繁杂的环状布局,且氮原子在环状布局内,大多呈碱性,一般具有生物活性。
含氮的有机化合物有好多,但低分子***类(如甲***、乙***等)、非环甜菜因类、氨基酸、氨基糖、肽类(肽类生物碱除外)、蛋白质、核酸、核苷酸、卟啉类、维生素类等。
对比切当的表述:生物碱是含负氧化态氮原子、存在于生物体中的环状化合物。
负氧化态氮:包括***(-3)、氮氧化物(-1)、酰***(-3);摈弃含硝基(+3)、亚硝基(+1)的化合物。
环状布局:摈弃了小分子的***类、非环的多***和酰***。(实际上有些非环的***类或酰***是属于生物碱范畴的,如***)
三、生物碱在植物体中的积累和保存
生物碱主要分布于植物界,在动物中察觉得很少。在高等植物尤其在双子叶植物中分布为广:
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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),***科(Papaveraceae),芸香科(Rutaceae)等植物中广为分布;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;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,而且布局一般为简朴。生物碱在生物体中的存在部位和含量往往区别很大,一般来说,含量在千分之一以上即为高含量。
、转移、保存三个阶段,不同阶段是在植物的不同细胞内举行的;
、心皮等;
、乳汁管细胞中举行;因此,不同植物中生物碱存在的部位不同;
***化、氧化、去***化等次级布局修饰积累和保存的结果:
(1)同种植物中往往含有多种布局类型一致的生物碱;
(2)同属植物中往往含有多种布局类型一致的生物碱;
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(3)同种植物中,生物碱的有无或含量受生长条件与气候等因素的影响四、生物碱的存在形式
(1)游离碱碱性极弱的生物碱(秋水仙碱,吲哚类生物碱)。
(2)盐类(大多数生物碱在植物中与酸结合成盐存在,盐酸、草酸、硫酸、酒石酸、苹果酸等)
(3)酯或苷(极少数)
(4)N-氧化物(5)氮杂缩醛类(6)其它如亚***、烯***等。
:草酸、柠檬酸
无机酸:硫酸、盐酸、***
在植物体内,除以酰***形式存在的生物碱外,少数碱性极弱的生物碱以游离的形式存在,绝大多数以盐的形式存在;个别生物碱那么以氮氧化物的形式存在,如氧化苦参碱。
其次节
生物碱生物合成的根本原理
(oxidative
couplingof
phenols)
(1)酚自由基的形成(2)自由基偶连形成:邻-邻偶连、邻-对偶连、对-对偶连(3)再芳香化①烯醇化-再芳香化②C-C键迁移-再芳香化③C-C键裂解-***盐次级环合回响第三节生物碱的分类、生源及其分布生物碱分类主要有三种方法:
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(1)来源分类
(2)化学分类
(3)生源结合化学分类
分类依据不同,各有利弊。不过,目前貌似以后一种分类方法为主。
生源结合化学分类:
一、来源于鸟氨酸的生物碱
二、来源于赖氨酸的生物碱
三、来源于苯丙氨酸/酪氨酸的生物碱
(一)苯丙***类
(二)四氢异喹啉类(三)(四)苯乙基四氢异喹啉类(五)苄基苯乙***类(六)吐根碱类五、来源于色氨酸的生物碱托品类(Tropanes)东莨菪碱(Scopolamine)NOOHOCCHOOHPh吡咯类(Pyrrolines)红古豆碱(Cuskohygrine)NNOCH3CH3(Securinine)一叶碱NOOHH哌啶类(Piperidines)胡椒碱(Piperine)NOOO邻氨基苯甲酸冉特可林***NH2OHONOOHOH哌劳亭(Pellotine)四氢异喹啉类NHCH3OCH3OOHCH3***(Ephedrine)苯丙***类HOCH3PhHHNHCH3
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(一)simpleindoles:色***(二)simple-carbolines:harmanine
(四)(1)柯南因-士的宁类(2)白坚木碱类(3):(1)阿巴利生类和乌勒因类:与柯南因-士的宁类对比,色***片面少1或2个碳原子(2)喜树碱类:与柯南因-士的宁类对比,C2-
C7键裂解成B-高-C-去甲体系(3)金鸡宁类:与柯南因-士的宁类对比,色***片面成喹啉核布局六、来源于萜类的生物碱(一)单萜类生物碱
(二)倍萜类生物碱
(三)二萜类生物碱
七、来源于甾体的生物碱
R=NNR"MeOHCOOMeOAcOHNHOHCO2MeR长春碱(Vinblastine,VLB),
R"=Ch3长春新碱(Vincristine,VCR),R"=CHO紫杉醇(Taxol)关附甲素(guanfubaseA)OOOHOAcOHHOBzOAcOPhOHNHBzONOHHOAcOOAc二萜
(一)孕甾烷生物碱(C21)
(二)环孕甾烷生物碱(C24)
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(三)胆甾烷生物碱(C27)
生物碱的理化性质一、物理性质
多为无色晶体,少数为液体(烟碱,毒芹碱),个别有挥发性(***,槟榔碱);升华性(咖啡因);多具苦味(盐酸小檗碱);多数无色,少数具高度共轭体系的有颜色,小檗碱(黄色),蛇根碱(黄色),小檗红碱(红色)。
:一般由C、H、O、N四种元素组成,少数含有Cl、S等;
:一般为固体,少数为液体。
(1)液体生物碱一般不含氧元素;
(2)液体生物碱可随水蒸气蒸馏;
(3)固体一般为结晶形,有些为无定形粉未;
:多具苦味,有些极苦;
:多数呈无色,:多数具确定的熔点,少数具双熔点;
:具手性碳的分子,有旋光性(小檗碱,***碱无);旋光受pH和溶剂影响,烟碱(中性-l,酸性-d),***(***仿-l,水中-d);生理活性与旋光有紧密关系,左旋-有显著生理活性,右旋-无或很弱,l-莨菪碱散瞳作用大于d-莨菪碱,去甲乌药碱仅l-体有强心作用,d-***的局麻作用大于l-***。
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游离碱及其盐类溶解度与N的存在形式,有无和有几个极性基团,以及溶剂等有关。N原子存在形式:仲***,叔***具亲脂性,溶有机溶剂;季铵碱(小檗碱,益母草碱甲),N-氧化物(氧化苦参碱)-溶于水。液体生物碱(烟碱)溶于水。具酸性基团(酚OH,COOH)(***生物碱)(药根碱)--溶于稀碱水,生物碱盐易溶于水(盐酸小檗碱难溶于水)。
(1)绝大多数仲***和叔***生物碱游离碱具亲脂性;
(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、羧基等酸性基因的生物碱具酸碱***;
(5)具内酯基的生物碱,遇碱开环,遇酸又闭环;
(6)有些生物碱或生物碱盐具有特殊的溶解性质二、
在生物碱的预试,提取分开和布局鉴定中,常需要一种简便的检识方法。最常用的是生物碱的沉淀回响与显色回响。沉淀回响是生物碱在酸性条件下,与沉淀试剂生成不溶性复盐沉淀。
(1)常见的沉淀剂
碘化铋钾:Dragendorffs
reagent
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碘-碘化钾试剂
碘化***钾试剂
硅钨酸试剂
(2)沉淀回响条件:
①酸性水溶液中(碱性-试剂沉淀;稀醇或脂溶性-沉淀溶解)
②不能过量-沉淀溶解。
沉淀回响阳性结果的判断:
一般需选用三种以上的沉淀试剂举行回响,如均有沉淀回响,可判断为阳性结果。由于中药中某些非生物碱物质也能与沉淀试剂产生沉淀回响,如蛋白质、多肽、鞣质等,因此在制备供试品溶液时,须净化处理除去这些物质,制止其干扰而导致错误结论。
生物碱沉淀回响的应用:
①检识回响--是否存在生物碱②指导生物碱的提取分开--作为追踪手段了解其是否提取完全③分开纯化--如雷氏铵盐常用于分开纯化季铵型水溶性生物碱④薄层或纸层色谱的显色剂--,浓***,和浓盐酸可使不同的生物碱显不同的颜色。
三、生物碱的化学性质和回响(一)碱性
因分子中氮原子上的孤电子对能采纳质子而显碱性。
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碱性强度表示:酸式离解指数pKa,碱式离解指数pKb;pKa越大,碱性越强。pKa=14-pKb。
碱性强度与pKa的关系:
pKa
12~14强碱
7~12中强碱
2~7弱碱
lt;2极弱碱碱性基团的pKa值大小依次:
胍基gt;季铵碱gt;脂肪***基gt;芳杂环(吡啶)gt;酰***(一)碱性
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;
Pkalt;2
极弱碱;Pka=2~7弱碱;Pka=7~12中强碱;Pkagt;12
强碱;
胍基gt;季***碱gt;脂肪***基gt;缺电子芳杂环(吡啶)gt;酰***基gt;富电子芳杂环(吡咯):
生物碱的碱性强弱与氮原子的杂化度、诱导效应、诱导-场效应、共轭效应、空间效应以及分子内氢键形成等有关。
(1)氮原子的杂化度:生物碱分子中氮原子孤电子对处于杂化轨道中,其碱性强度随杂化度升高而巩固,即sp3gt;sp2gt;sp。