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生物碱类药物的分析

生物碱类药物的分析

掌握盐酸麻黄碱、硫酸阿托品、硫酸奎宁、盐酸吗啡和硝酸士的宁的鉴别、杂质检查和含量测定方法。

一、概述

(一)定义:生物碱是一类存在于生物体内的含氮有机化合物。

(二)分类

1.芳烃胺类

硫酸苯丙胺,精神振奋药pKb=9.9

盐酸麻黄碱,肾上腺受体激动药pKb=9.6

2.异喹啉类

盐酸吗啡,镇痛药pKb1=8.0,pKb2=9.9

磷酸可待因,镇痛镇咳药;盐酸黄连素,抗菌药;度冷丁等

3.喹啉类

硫酸奎宁,抗疟药;异构体硫酸喹尼丁,抗心率失常药;

pKb1=5.07,pKb2=9.7

4.托烷类

硫酸阿托品,抗胆碱药pKb=9.9

氢溴酸东莨菪碱,抗胆碱药pKb=7.6;

5.黄嘌呤类

咖啡因,pKb=14.15(碱性极弱);

茶碱,平滑肌松弛药,含活泼氢酸性;

6.吲哚类

硝酸士的宁,中枢神经兴奋药pKb1=6.0,pKb2=11.7(酰胺)

硫酸长春新碱,抗肿瘤药;利血平,抗高血压药;

7.其他类

硝酸毛果芸香碱,缩瞳药。

由上可知,生物碱类药物有如下特点。

(三)特点

1.数量多,绝大多数存在于植物体内;已发现3000多种,100多种有效,中成药中富含生物碱。

2.生理活性强,但大都有毒性

因此,质量控制和临床应用尤应慎重,许多为特殊管制药物,并已超出药物分析的范畴,体育运动中的兴奋剂问题,世界关注的毒品问题,许多是生物碱类成分。该类药物的质量应严格控制,以保证用药的安全和有效。

(四)结构特征和分析方法间的关系

1.碱性:N原子的存在,强弱从N上的取代基是供电子还是吸电子基团,空间位阻两方面考虑。

1)一般情况:季铵>仲铵>伯铵>叔铵>NH3>环酰铵

2)脂肪铵>脂环铵>芳铵

3)个别两性化合物如吗啡有酸性(酚羟基),茶碱只有酸性(活泼氢)

2.存在状态多数以盐的形式存在

1)植物中多与有机酸成盐如吗啡罂粟酸盐,鞣酸奎宁盐;

2)药用多为多为无机酸盐如盐酸、硫酸、磷酸和硝酸盐。

含量测定应考虑上述2个因素,碱性强弱选择滴定溶液和指示剂,成盐的情况在非水滴定时要考虑对滴定的干扰。

3.溶解性

1)共性:游离生物碱易溶于CHCl3等中等极性有机溶剂,难或不溶于水,溶于稀酸溶液;成盐易溶于水;(提问?)

2)个性:两性和酸性化合物易溶于稀碱溶液(吗啡和茶碱);麻黄碱和咖啡因能溶于水;咖啡因和利血平碱性极弱,不能与酸结合成稳定的盐。

溶解性可以用于提取分离和鉴别时的重要依据。

4.光谱特点

1)旋光性多含不对称碳原子,故有旋光性,药效学研究表明许多手性药物一般效用不同,或药效有强弱、或效价低、或无效,甚至有毒副作用。如今手性合成和分离是药学研究的热点和难点之一;

2)紫外吸收多含不饱和双键。

5.与生物碱沉淀试剂和显色试剂反应

上述是生物碱类药物的一般共性。

6.取代基的性质(个性)

1)氨基醇(苯丙胺、伪麻黄碱)

(1)还原性:可与高锰酸钾等氧化剂反应生成甲胺,有碱性;

(2)双缩脲反应:硫酸铜和氢氧化钠试液反应生成蓝紫色配位化合物;

2)酚羟基(吗啡)Marquis反应硫酸-甲醛氧化成醌,显色;

3)酯的结构(托烷类)Vitaili反应

如阿托品水解成莨菪酸,可与发烟硝酸共热,生成黄色硝基衍生物。

4)奎宁类(喹啉类)绿奎宁反应,微酸性水溶液,滴加Br2或Cl2水,加过量氨水,呈翠绿色;

5)异喹啉类(黄连素)热碱(NaOH)作用,转变为季铵盐碱性及其互变异构体,呈橙红色,与丙酮作用,生成黄色沉淀;

6)黄嘌呤类(咖啡因)紫脲酸铵反应,HCl,KClO3,加热放出氨气呈紫色,加碱消失;

7)吲哚类生物碱(士的宁、利血平和长春新碱)呈吲哚颜色反应,如与香草醛试剂反应。

二、鉴别

(一)熔点鉴别法

熔点测定是一种常用初步鉴别药物的方法,在药典附录中都规定有详细的测定方法。所测熔点受结晶和测定条件影响大,有许多化合物的熔点相近,易混淆,所以,利用反应生成难溶于水的衍生物,测熔点,增加专属性,来帮助判断。

生物碱类常用四苯硼钠和芳磺酸类与之反应,测熔点。

方法:供试品水和冰醋酸酸化过量四苯硼钠水浴70℃沉淀过滤干燥测熔点。

(二)旋光鉴别

手性碳原子旋光测定鉴别(旋光度)

方法:供试品水一定浓度测旋光度α,计算比旋度,与标准对比对照鉴别。

该法可用于鉴别、检查和含量测定。

(三)沉淀反应和显色反应

常用生物碱沉淀试剂:KI-I2,KBiI4,KhgI3和苦味酸(三硝基苯酚)试液,其他还有磷钨酸、磷钨酸钼、鞣酸、HgCl2等试液,通过沉淀颜色和结晶情况,用于鉴别或互相区别;

显色试剂:甲醛硫酸试液,浓硝酸、浓硫酸等等,通过氧

化,脱水,缩合等反应显色,用于鉴别,也可用于TLC的显色剂。

三、含量测定

多数生物碱类药物均以成盐的形式作为原料,简写为BH+·A-,游离生物碱的碱性较弱,而所用酸为无机酸,酸性强,从广义酸碱理论可以认为是个强酸弱减性的两性药物,从化学分析角度,可用强碱置换弱减滴定,即置换滴定,课后自学;同时,生物碱盐的弱减性一般为pKb8~10,可以用非水HClO4直接滴定。

利用游离生物碱溶于有机溶剂,盐溶于水的性质,我们可用萃取方法,经分离后测定,即提取中和法。

利用生物碱盐在一定的pH条件下,与酸性染料定量反应形成离子对,且离子对易溶于有机溶剂的性质,进行酸性染料比色法测定。

(一)非水溶液滴定法

各国药典大部分采用此方法,使滴定突跃明显,并能溶解游离生物碱。

1.原理:BH+·A-+HClO4=BH+·ClO4-+HA

2.方法:供试品精密称定(≈消耗标准液6~8ml)冰醋酸10~30ml溶液,0.1mol/LHClO4滴定至终点。(指示剂或电位法指示终点)

3.讨论

1)适用范围:pKb在8~10之间,小于8可用水溶液滴定,大于10用醋酸作溶剂无明显突跃,一般不能滴定,绝大多数生物碱在8~10;若要滴定pKb大于10的生物碱,需加入醋酐作溶剂,咖啡因pKb为14.5,BP、USP和ChP均采用醋酐作溶剂进行非水滴定测含量;

2)酸根的影响

生物碱盐中被置换出的无机酸,只有在HAc溶液中为弱酸,才能使反应定量完全,或说反应到底,才不影响HClO4的滴定,若不是弱酸,怎么办?我们先看一下在冰醋酸中,酸性的强弱情况

高氯酸>氢溴酸>硫酸>盐酸>硝酸>硫氢酸根>磷酸

以下醋酸中为弱酸

(1)硝酸在冰醋酸中为弱酸,能使反应完全,不影响滴定,但硝酸要氧化指示剂,干扰滴定,且突跃不明显,用电位指示终点;

(2)氢溴酸和盐酸为强酸,存在使反应无法定量进行,可加入醋酸汞冰醋酸溶液,形成难以解离的HgX2,而使反应完全,排除干扰。

(3)硫酸一级电离是强酸,二级电离是弱酸,在冰醋酸中显示为一元酸,滴定至硫氢酸盐,因此,要注意滴定度的计算,一元生物碱的硫酸盐用高氯酸滴定时是1:1mol反应;若是二元生物碱时是1:3mol反应,计算滴定度时要除以3;也有人用氯化钡除去硫酸根,在滴定,以1:2mol反应。

3)方法评价

(1)简便、快速,尤其适合原料;

(2)专一性差,实际上是置换滴定,滴定阴离子;

(3)硝酸要注意氧化性,用电位法。

(二)提取中和法

1.原理和方法:供试品水溶液氨水、氯仿氯仿层,蒸干,测定

1)提取:加氨试液等使生物碱游离,用有机溶剂氯仿等定量提取,蒸干后;

2)直接滴定;

3)剩余酸量法加过量酸溶解,碱回滴。

2.讨论

1)碱的选择:多用NH3·H2O,太弱,游离不完全;太强有影响

(1)若是两性生物碱(吗啡),强碱溶于水;

(2)有些生物碱中有酯的结构,易水解;

(3)萃取使易乳化,不易分层。

2)提取溶剂应与水互溶性小,易溶解形成的离子对,不易乳化,常用氯仿为提取溶剂;

3)指示剂的选择等电点的pH值应在指示剂的变色范围内;

4)乳化的预防和消除课后自学。

3.方法评价

1)专一性经分离后测定生物碱,有一定专一性;

2)缺点费时,繁琐。

(三)置换滴定(课后自学)

1.原理生物碱水溶液用0.01mol/LNaOH直接滴定

强碱置换出生物碱,由于生物碱的碱性在pH8~10,常用酚酞作指示剂。

2.影响因素

1)生物碱的碱性强,干扰指示剂终点的变色范围;

2)游离生物碱不溶于水,使溶液混浊,影响终点的观察;

3.解决方法

1)加乙醇使生物碱碱性减弱;

2)加氯仿等有机溶剂,提取溶解生物碱;此种方法由于存在两相,所以,又称双相滴定。

(四)酸性染料比色法

1.原理在一定pH值条件下,生物碱盐的阳离子和酸性染料的阴离子定量结合生成配位化合物,即离子对,此离子对易溶于有机溶剂,经有机溶剂(氯仿等)提取后,比色测定含量。

(BH+)W+(ln-)W(BH+·ln-)W(BH+·ln-)O

2.方法中国药典95版,氢溴酸东莨菪碱的含量测定

3.讨论

1)pH值的选择是本法至关重要的条件(依据原理的反应式讲解)

(1)pH值过低抑制酸性染料的解离,使ln-浓度太低,影响离子对的形成;

(2)pH值过高生物碱呈游离状态,不利离子对的形成。

2)酸性染料的选择

1.能定量完全反应;

2.形成的离子对在有机溶剂中有较好的溶解度;

(3)常用溴麝香草酚蓝和溴甲酚绿。

3)有机溶剂的选择氯仿常用

1.与水难混溶;

2.离子对提取率高,难溶酸性染料;

3.离子对溶液的吸收率高。

4)水分的影响严防水分混入有机溶剂中,水相中有有色的有机染料,并能是氯仿浑浊,影响比色。

5)酸性染料的浓度只要不产生乳化,增加浓度可提高测定灵敏度;

6)有色杂质的排除可先用有机溶剂提取酸性染料中有色杂质。

(五)色谱分析

生物碱类药物可用GC和HPLC法测定。

(六)阴离子表面活性剂滴定法

复习要点

1.熔点法和旋光法鉴别的原理、方法和适用对象;

2.药物的酸碱性不同,如何选择和建立相应的含量测定方法,非水溶液对强酸弱减盐滴定法中消除无机酸干扰的方法;

3.酸性染料比色法的原理、方法、影响因素、

条件选择和适用对象;

4.萃取分离分析中条件的选择和优化。

生物碱类药物的分析

1、典型药物的结构和性质

2、本类药物特殊的鉴别反应:

(1)双缩脲反应:笨烃胺类之特征反应,试剂及现象;(2)Vitali反应:托烷类之特征反应,试剂及现象;(3)绿奎宁反应:含氧喹啉类之特征反应,试剂及现象;(4)Marguis反应:异喹啉类之特征反应,试剂及现象;(5)紫脲酸铵反应:黄嘌呤类之特征反应,试剂及现象;

3、本类药物中特殊杂质的检查方法。

4、本类药物的含量测定方法:

(1)非水溶液滴定法,

原理

注意事项;

(2)提取中和法:

原理、

测定条件和选择;

(3)酸性染料比色法:

原理、

影响定量分析的因素。

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