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生物碱

第九章生物碱

第一节概述

一、生物碱的定义

指天然产的一类含氮的有机化合物;

多数具有碱性且能和酸结合生成盐;

大部分为杂环化合物且氮原子在杂环内;

多数有较强的生理活性。

下列除外:

低分子胺类:甲胺、乙胺;

氨基酸、氨基糖、肽类、蛋白质、核酸、核苷酸、卟啉类、维生素;

生物碱是含负氧化态氮原子、存在于生物有机体中的环状化合物。主要分布在植物界。

?生物合成研究表明生物碱来源于前体氨基酸、甲戊二羟酸和醋酸酯等。

三、生物碱的存在形式

1.游离碱:碱性极弱,以游离的形式存在。

2.盐类:与其成盐的有机酸有: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.酰胺:如秋水仙碱、喜树碱等。

5.N-氧化物:植物体中的氮氧化物约一百余种。

此外,还有氮杂缩醛类、烯胺、亚胺等。

第四节生物碱的理化性质

(一)性状

1.形态:多数生物碱呈结晶形固体,有些为非晶形粉末状;少数生物碱为液体状态,这类生物碱分子中多无氧原子,或氧原子结合为酯键,个别生物碱具有挥发性,如麻黄碱;极少数生物碱具有升华性,如咖啡因。

2.味道:大多数生物碱具苦味,少数生物碱具有其它味道,如甜菜碱为甜味。

3 .颜色:绝大多数生物碱无色,仅少数具有较长共轭体系结构的生物碱呈不同的颜色。如小檗碱和蛇根碱显黄色,小檗红碱显红色。

(二)旋光性

?凡是具有手性碳原子或本身为手性分子的生物碱,则具有旋光性。反之则无,如小

檗碱没有旋光性。

?生物碱的旋光性受溶剂、pH等因素的影响。如麻黄碱在氯仿中呈左旋光性,而在

水中则呈右旋光性;烟碱在中性条件下呈左旋光性,而在酸性条件下则呈右旋光性;

有的生物碱游离状态与其成盐状态的旋光性也有不同,如长春碱游离时为右旋光性,其硫酸盐为左旋光性。

?生物碱的生理活性与其旋光性有关。通常左旋体的生理活性比右旋体强。

(三)溶解性

?生物碱类成分的结构复杂,其溶解性有很大差异,与其分子中N原子的存在形式、

极性基团的有无、数目以及溶剂等密切相关。

绝大多数叔胺碱和仲胺碱属于亲脂性生物碱。

水溶性生物碱数目较少,主要指季胺碱型生物碱,也包括一些分子量较小的叔胺碱或仲胺碱。(四)生物碱的检识

?在生物碱的预试、提取、分离和结构鉴定中,常常需要一种简便的检识方法。最常

用的是生物碱的沉淀反应和显色反应。

1.生物碱的沉淀反应:

?生物碱的沉淀反应是利用大多数生物碱在酸性条件下,与某些沉淀剂反应生成弱酸

生物碱

?为了避免其干扰,可将酸水也碱化后,用氯仿萃取,除去水溶性干扰成分,然后用

酸水从氯仿中萃取出生物碱,以此酸水液进行沉淀反应。

需要注意的问题

①极少数生物碱不能与一般生物碱沉淀试剂产生反应。如麻黄碱、咖啡碱与多数生物碱沉淀试剂不能发生反应,因而只能用其它检识反应鉴别;

②中药中有些非生物碱类物质也能与生物碱沉淀试剂产生沉淀反应,如蛋白质、多糖、氨基酸、鞣质等。因此制备共试品溶液时,需要净化处理除去这些物质,避免其干扰而导致错误的结论。

2.显色反应

?某些生物碱单体能与一些以无机酸为主的试剂反应生成具有颜色的产物,不同的生

物碱产生不同的特征颜色,这种试剂称为生物碱的显色试剂。

(1)生物碱显色试剂的种类:

生物碱

(五)生物碱的化学性质和反应

1.碱性:

(1)碱性的产生及其强度表示:

?生物碱分子中都含有氮原子,其氮原子上的孤电子对能接受质子而显碱性。碱性是

生物碱的重要性质。通常以酸式离解指数pKa表示。

?碱性强度与pKa值关系:

pKa<2(极弱碱)、pKa 2~7(弱碱)、pKa 7~12(中强碱)、pKa> 12(强碱)。

?碱性基团的pKa值大小顺序一般是:

胍基>季胺碱(pKa> 11)>脂胺类,脂氮杂环类(pKa 8~11)>芳胺类,芳氮杂环类(pKa 3~7)>两个以上的氮杂环类(pKa <3)>酰胺基。

(2)碱性与分子结构的关系

?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

杂化度升高而增强,即sp3>sp2>sp。

?2)诱导效应:生物碱分子中氮原子上电荷密度受到分子中供电基(如烷基等)和吸

电基(如芳环、酰基、醚键、双键、羟基等)诱导效应的影响。供电基使电荷密度增多,碱性变强;吸电基则降低电荷密度。

?3)诱导-场效应:生物碱分子中同时含有两个氮原子时,即使其处境完全相同,碱

度总是有差异的。氮原子之间产生两种碱性降低效应:诱导效应和静电效应。前者

通过碳链传递,且随碳链增长而渐降低。后者则通过空间直接作用,故又称为直接效应。二者可统称为诱导-场效应。

?4)共轭效应:若生物碱分子中氮原子孤电子对成p-π共轭体系时,通常情况下,其

碱性较弱。生物碱中常见的p-π共轭效应主要有三种类型:苯胺型、烯胺型和酰胺型。

?5)空间效应:尽管质子的体积较小,但生物氮原子质子化时,仍受到空间效应的影

响,使其碱性增强或减弱。

?6)分子内氢键形成:分子内氢键形成对生物碱碱性强度的影响颇为显著。

?对具体化合物,必须综合考察。一般来说,空间效应和诱导效应共存时,前者居于

主导地位。诱导效应和共轭效应共存时,往往后者为大。

2.成盐

?绝大多数生物碱可与酸形成盐类。

?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上。

?但是,对以季胺碱、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。

3.涉及氮原子的氧化

?(1)—氧化成亚胺及其盐类:某些生物碱与Hg(Ac)2 作用,生成亚胺化合物。

?(2)N-去烷基化:托品类生物碱和某些苄基四氢异喹啉类生物碱多具N-甲基,而

二萜生物碱多为N-乙基。有时需要通过氧化进行N-去烷基化。常用的氧化剂有KMnO4、Hg(OAc)2、Ag2O、CrO3/pyr等。

?(3)酰胺化:许多生物碱均可被KMnO4、Hg(OAc)2、K3Fe(CN)6等氧化形成酰胺

衍生物。

?(4)氮杂缩醛形成:某些特定结构的生物碱,可被氧化剂如KMnO4、Hg(OAc)2

等氧化形成氮杂缩醛衍生物。

?除上述外,生物碱在H2O2、过氧酸等作用下,氧化成N-氧化物。

4.C-N键的裂解反应

?生物碱分子中C-N键的裂解是非常重要的化学反应,其裂解方法主要有:霍夫曼降

解、Emde降解和von Braun三级胺降解。

?(1)霍夫曼降解(Hofmann degradation):又称彻底甲基化,是最重要的C-N键裂

解反应。

?霍夫曼降解就是指胺(伯、仲、叔)与CH3I等作用形成具有β-H的季铵盐后,再

与碱加热发生β-H消除(或称1,2-消除),生成水、烯和胺的反应。

第五节生物碱的提取分离

(一)总生物碱的提取

?总生物碱的提取方法有:溶剂法、离子交换法、沉淀法。

1.溶剂法

?(1)水或酸水-有机溶剂提取法:

?(2)醇-酸水-有机溶剂提取法:

?(3)碱化-有机溶剂提取法:

?(4)其他溶剂法:

2.离子交换树脂法

?将酸水液与阳离子交换树脂(多用磺酸型)进行交换,以与非生物碱成分分离。3.沉淀法

?季胺生物碱因易溶于碱水中,除离子交换树脂法外,往往难于用一般溶剂将其提取

出来。此时常采用沉淀法进行提取。以雷氏铵盐P381

第八章甾体及其苷类

甾体又名类固醇化合物(steroids),因其结构中都具有环戊烷骈多氢菲的甾核.

在甾体母核上,大都存在C3羟基,可和糖结合成苷。而C17侧链有显著差别,根据C17侧链结构的不同,可将天然甾类分为不同类型。

甾体化合物

C21甾类(侧链为羟甲基衍生物)

强心苷类(侧链为不饱和内酯环)

甾体皂苷类(侧链为含氧螺杂环)

第二节甾体化合物

一、C21甾体化合物

(一)定义

?C21甾(C21-steroides)是一类含有21个碳原子的甾体衍生物,植物中分离出的C21

甾类都是以孕甾烷(pregnane)或其异构体为基本骨架。是目前广泛应用于临床的一类重要药物,具有抗炎、抗肿瘤、抗生育等方面生物活性。

(二)存在形式

C21甾苷类大都与皂苷、强心苷共存于中药中如洋地黄叶和种子中,含有强心苷、皂苷及C21甾苷(称为洋地黄醇苷或洋地黄醇苷类)。其无强心作用,水解可生成糖及苷元。二.理化性质

1.共性:大都是结晶形化合物;一般亲脂性较强(分子中往往存在酯键)。C21甾苷类水溶性增大。

第三节强心苷类

(侧链为不饱和内酯环)

一、概述

?强心苷(cardiac glycosides)是存在于植物中具强心作用的甾体苷类化合物,在十

几科的几百种植物中含有该类化合物,尤其在玄参科和夹竹桃可植物中最多。

?主要用以治疗充血性心力衰竭及节律障碍等心脏疾患,如西地兰、地高辛、毛地黄毒

苷等。

三、理化性质

1、性质

?性状:大都是结晶形化合物;一般亲脂性较强(分子中往往存在酯键)。可溶于石油

醚、乙醚等亲脂性溶剂中,不溶于水

?内酯环:遇碱开环,遇酸环合.

?双键:氧化得羰基化合物。

?叔羟基:脱水得次生脱水苷元。

?异构化等其他

4、强心苷的提取分离

提取:溶剂法.铅盐法.吸附法

分离:液-液萃取法.逆流分配法.色谱法

第四节甾体皂苷类

(侧链为含氧螺杂环)

?甾体皂苷(Steroidal saponins)是一类由螺烷甾(Spi-rostanes)类化合物与糖结合

的苷,主要分布在薯蓣科、百合科、玄参科、菝契科、龙舌兰等科植物中。

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二、甾体皂苷的理化性质

1、甾体皂苷元具亲脂性,多有较好晶型;

2、甾体皂苷水溶性大;

3、表面活性与溶血作用与三萜皂苷类似,但F环开裂的甾体皂苷往往不具溶血作用,表面活性也降低;

4、甾体皂苷与甾醇可形成分子复合物,可用于鉴定和纯化目的;

5、甾体皂苷与醋酐-硫酸试剂反应,最后显绿色(三萜皂苷与醋酐-硫酸试剂反应,最后显红色)

三、提取分离与结构鉴定

甾体皂苷的提取分离与三萜皂苷相似

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