生物碱提取与分离

生物碱的提取与分离
演讲者：洪正源
目录
一、介绍 二、生物碱源自文库提取 三、生物碱的分离纯化 四、生物碱的鉴定
介绍
一、什么是生物碱 生物碱为一类含氮的有机化合物，存在于自然界 （一般指植物，但有的也存在于动物）。有似碱的性质， 所以过去又称为赝碱。大多数生物碱均有复杂的环状结 构，氮素多包括在环内，具有光学活性。但也有少数生 物碱例外。如麻黄碱是有机胺衍生物，氮原子不在环内； 咖啡因虽为含氮的杂环衍生物，但碱性非常弱，或基本 上没有碱性，如秋水仙碱几乎完全没有碱性，氮原子也 不在环内。由于它们均来源于植物的含氮有机化合物， 而又有明显的生物活性，故仍包括在生物碱的范围内。 而有些来源于天然的含氮有机化合物，如某些维生素、 氨基酸、肽类，习惯上又不属于“生物碱"，所以"生物 碱"一词到现在还未有严格而确切的定义。
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一种生物碱的结构
二、生物碱的性质 1.物理性质 物理性质 a.性状 大多数生物碱是结晶形固体，已有一些是非结晶形粉 末，还有少数在常温下为液体，少数有升华性。 生物碱大多为无色化合物，只有少数带有颜色。不论 生物碱或其盐类多具苦味，有些味极苦而辛辣。 b.溶解性 大多数游离生物碱几乎不溶或难溶于水，能溶于氯仿、 乙醚、乙醇、丙酮或苯等有机溶剂，亦能溶解于稀酸的水 溶液，生成盐类。季铵碱衍生物易溶于水，含有极性基团 或易水解基团的生物碱易溶于碱性水。 c.旋光性 生物碱旋光性与其生理活性有密切关系，一般来说， 左旋的生物碱具有显著的生理活性，而右旋体则无或极弱。
一、pH梯度萃取法 梯度萃取法 总碱中强碱性的生物碱在加弱酸时可形成稳定的盐而 溶解，弱碱性生物碱则需相对强的酸才能形成稳定的盐溶 于水，整个过程就如形成一个酸性从弱到强的梯度，则可 以把碱性从强到弱的游离生物碱分离开来。对总碱盐则需 形成一个碱性从弱到强的梯度，把生物碱盐按游离碱碱性 从弱到强分开。 二、利用生物碱及演的溶解度不同进行分离 总碱中某些生物碱在有机溶剂中的溶解度不同，可以 此用于分离生物碱。 如：红古豆碱与樟柳碱在pH=9时，采用CCl4和CHCl3 萃取，前者溶于CCl4，后者溶于CHCl3。
2.化学性质 化学性质 1）酸碱性 大多数生物碱呈碱性反应。生物碱的碱性是因为它们的化 学结构中含有一个或一个以上的氮原子，这个氮原子有一对孤 对电子，对质子有一定吸引力，所以使其呈碱性。 生物碱的碱性强弱与其氮原子杂化状态（如：sp）、氮原 子电子云密度、分子结构空间效应、分子内氢键、官能团有关。 2）沉淀反应 大多数生物碱遇某些酸类（如苦味酸、磷钼酸、硅钨酸试 剂等）、重金属以及一些碘化钾复盐时生成难容性沉淀。利用 这些沉淀反应，不但可以于是某些植物是否有生物碱存在，亦 可用于提取过程中只是提取是否完全，或用于生物碱的精制和 分离。有些沉淀试剂与生物碱反应生成恒定难溶盐或分子复合 物，可根据沉淀颜色、晶形和熔点鉴定某些生物碱及其含量。 3）显色反应 生物碱能与某些试剂生成特殊颜色，由此可对一些生物碱 进行识别，可用于定性分析。
生物碱的分离和纯化
一种植物中可能含有的生物碱种类很多，如长春花含 有60种，而且有时他们的结构十分相似，要将他们分离并 非易事。 因此，为了能提高分离效率，在分离生物碱总提取物 前应选用TLC和PC色谱法对其进行初步分析，以判断总碱 中所含生物碱数量与极性大小，然后考虑选用适当分离方 法。在选择这些分离方法时，应尽量根据生物碱性质不同 来选择分离手段，如利用生物碱或其盐的溶解性不同，采 用不同溶剂进行分离。 当用一些简便方法不能达到目的时，就需采用色谱方 法。
三、利用生物碱的极性差异进行分离 当生物碱之间碱性差异不大极性差异较大时，我们可 以根据它们在特定极性的有机溶剂中溶解性不同，将它们 分离开来。 如山莨菪碱6位有羟基，极性比莨菪碱大，不能溶于强 亲脂性溶剂CCe4中，而莨菪碱可溶，用CCe4萃取或浸渍可 将两者分开。 四、利用生物碱特殊功能基的性质进行分离 含酚羟基的生物碱显弱酸性，可与强碱（NaOH）成酚 盐而溶于水。含羧基的生物碱可与弱碱（NaHCO3）成盐 而溶于水。有些可与醇生成酯从水中析出，有的有内酯或 内酯胺环的生物碱可加热碱，开环溶于水，加酸环合后再 析出。
生物碱的提取
由于各种生物碱结构不同，性质各异，方法各不相同， 下面就介绍些比较常用的方法。 一、酸水提取法 用0.1%~1%HCl、H2SO4或HOAc酸水，使生物碱转化 为盐类，提高生物碱在水中的溶解度，一般用滲漉法或冷 浸法。提取后，提取液中含大量水溶性杂质，如蛋白质、 皂苷、糖类、鞣质及色素等，需逐一除去。 除杂方法： 1）离子交换树脂法；2）沉淀法。
正相色谱与反相色谱的比较 正相色谱 固定相极性 流动相极性 组分流出顺序 大 小至中等 极性小的组分 先流出 保留时间变短 反相色谱 小 中等至大 极性大的组分先流出
流动相极性增大
保留时间变长
生物碱的结构鉴定
对生物碱的结构的鉴定， 波普方法依然是重要依据， 最常用的还是四大谱，即紫 外光谱，红外光谱，质谱， 核磁共振谱。通过被测生物 碱在这些谱图中所反映出来 的特征、峰值等数据，可以 对其进行定性或定量分析。 除上述波谱法外还有CD、 ORD和单晶X衍射等方法，且 化学方法在生物碱结构鉴定 中也有一定作用。
五、色谱法分离 色谱的吸附剂常用硅胶、氧化铝、纤 维素、聚酰胺等，对成苷的生物碱或极性 较大的生物碱或生物碱盐，可用反相吸附 剂或葡聚糖凝胶进行分离。用碱性流动相 的反相高压液相色谱对结构相近的生物碱 常有较好的分离效果。 硅胶本身具有酸性，对生物碱的吸附 力较强，用中性展开剂进行展开时，Rf值 很小，有时出现拖尾，因此常用碱性的展 开剂，如有机溶剂氯仿、丙酮、苯中加入 适当的乙二胺或氢氧化铵。而氧化铝稍显 碱性，不会引起生物碱的化学变化，但对 极性大的生物碱吸附较强，难以分离，固 氧化铝主要用于分离亲脂性生物碱。
二、乙醇提取法 工业上适用此法提取。此法一 般用酸性乙醇作提取剂，效率较高。 操作上，采用滲漉法、冷浸法 或回流提取。用乙醇提取带来些醇 溶性的杂质，如树脂、鞣质、油脂 等。 杂质的除去，可将乙醇提取液 浓缩，用稀酸水处理，是生物碱成 盐而溶解，树脂、叶绿素等脂溶性 杂质成胶状物沉淀析出。杂质滤除 后，加入有机溶剂（如氯仿、乙醚、 乙酸乙酯及苯等），然后再碱化， 生物碱即转入有机溶剂中。
三 、生物碱发展史及其应用 生物碱广泛存在于生物界，也是人 类对植物有效成分研究得最早并较为充分 的一类生物活性天然产物。1806年，德国 药剂师F.W.Sertuner从鸦片中分离到的吗 啡是首次发现的生物碱类化合物，1925年 其结构得以解析，1952年获得了去合成的 吗啡。 到目前为止，研究人员已从130多 个科的各种植物中分离到10000多种生物 碱，其中应用于临床的有80余种。例如用 于抑制骨髓癌细胞增殖的长春新碱，用于 镇静止痛的吗啡，用于治疗眼病的毛果芸 香碱，用于止咳平喘的可待因、麻黄碱， 用于抗菌消炎的小蘗碱，用于解痉的阿托 品，抗虐的奎宁等等。 生物碱在心血管系统、抗肿瘤、杀 虫和抗寄生虫、抗菌及抗病毒、对神经系 统作用及解痉挛、对消化排泄系统等方面 有着很高的生物学活性，并被广泛用于医 学领域及农业生产中。