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第八篇 生物碱类药物分析

第八章生物碱类药物的分析

Pharmaceutical Analysis of alkaloids

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pK b= 9.9

盐酸麻黄碱,肾上腺受体激动药pK b= 9.6

2.异喹啉类

盐酸吗啡,镇痛药pK b1= 8.0,pK b2= 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;

pK b1= 5.07,pK b2= 9.7

4.托烷类

硫酸阿托品,抗胆碱药pK b= 9.9

氢溴酸东莨菪碱,抗胆碱药pK b= 7.6;

5.黄嘌呤类

咖啡因,pK b= 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pK b1= 6.0,pK b2= 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。

我们药物分析学所关注的是其结构特征和利用这些特征,建立相应的鉴别、检查和含量测定。

(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;

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。旋光度随温度、光源、波长、溶液浓度和厚度、溶剂等影响。中国药典95版规定,用钠光谱的D线(589.3nm),管长度2dm,温度20℃,测旋光度,计算的供试品的比旋度。

[α]t D = 100α/l·C

l:长度单位,dm;C:浓度单位,g/100ml;D:钠光谱D线;

t:温度。

比旋度的定义:测定管长度为1分米,每ml中含有旋光性物质1g的溶液,在一定波长与温度下测定的旋光度。

该法可用于鉴别、检查和含量测定。

小结:物理方法我们已学习了紫外-可见分光光度法、熔点法,旋光法,TLC,IR,HPLC等。

(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

我们已知,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pK b8~10,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/L HClO4滴定至终点。(指示剂或电位法指示终点)

3.讨论

1)适用范围:pK b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pK b大于10

的生物碱,需加入醋酐作溶剂,咖啡因pK b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;

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/L NaOH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。

四、近几年生物碱类药物的研究进展

近几年来,生物碱类药物分析的研究文章,主要集中在2各方面,药典药品主要是体内药物分析,包括尿、血液等;另一类是生药或中(成)药中生物碱的分析。研究的方法主要为紫外可见分光光度法(包括新技术)、HPLC、TLC、GC等,容量分析方法只有表面活性剂滴定法,此外,还有荧光分析,电化学分析,旋光法,流动注射分析,近3年,有CE分析的文章。

分光光度法91-93 年:28篇;93-95:27篇;95-97:20篇;

HPLC 91-93 年:20篇;93-95:36篇;95-97:43篇;

GC 91-93 年:8篇;93-95:4篇;95-97:5篇;

TLC 91-93 年:60篇;93-95:19篇;95-97:18篇;

其他91-93 年:15篇;93-95:6篇;95-97:11篇。

从上可见,生物碱类药物的分析,和近年来药物分析的发展一致,对象集中在复杂介质的分析,方法中HPLC越来越占有重要的地位,TLC应用减少,因此,对我们药物分析工作要求越来越高。同时,必须注意,各种新技术新方法在药物分析中得到成功应用,毛细管电泳法的应用呈上升趋势。

本章小结summary

In this chapter, we learned pharmaceutical analysis of alkaloids. After learning more about the relationship between the stracture charateristics and analytical methods, we have mainly studied the method of identification such as melting point of derivatives and polarimetry, and the method of assay such as titration

method of nonaqueous solution, extraction-neutralization and colorimetry of acid color. The last two methods belong to the type of assaying by separating. They are more specificity, but unconvenience. Throuth having known the advantage and shortage of above method, we should use correctly method accroding to the demand of analysis in our job in the future.

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