《天然药物化学》教案 计划课时 6 实授课时 本章名称 第九章生物碱 教
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教学目的和要求:
1.掌握生物碱的含义和结构特征。
2.掌握生物碱的理化性质及检识方法。
3.掌握生物碱的提取分离方法。
4.熟悉生物碱结构鉴定的一般方法。
5.了解生物碱的生源及分类。
重点、难点:
1.重点:(1)生物碱的定义,生物碱的分类与生源关系。
(2)生物碱的理化性质:性状、旋光性、溶解性、生物碱的检识、生物碱的化学性
质与反应。
2.难点:(1)生物碱的提取与分离:总生物碱的提取,生物碱的分离,生物碱的提取与分离
实例。
(2)生物碱的结构鉴定与测定:光谱在生物碱结构测定中的应用,生物碱结构测定
实例。
作业布置:
1.生物碱的分类及生源关系有哪些?
2.生物碱的碱性强弱与哪些因素有关?
3.生物碱有哪些理化性质?常用的检识试剂有哪些?
4.生物碱的提取、分离方法有哪些?
内容提要:
第一节概述
一、定义
生物碱是天然产的含氮有机化合物。但不包括:低分子胺类(如甲胺、乙胺等)、氨基酸、氨基糖、肽类、蛋白质、核酸、核苷酸、卟啉类和维生素等。
二、特点
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。但不包括小分子的环状胺类。
负氧化态氮包括胺(-3)、氮氧化物(-1)、酰胺(-3)化合物,但排除含硝基(+3)和亚硝基(+1)的化合物,如马兜铃酸(aristolochic acid)等。
绝大多数生物碱的英文名称均以-ine结尾。
第二节生物碱生物合成的基本原理
一、生物合成的研究表明存在于植物界的上万种生物碱,仅来源于有限的前体氨基酸、甲戊二羟酸和醋酸酯等。与生物碱生物合成有关的主要氨基酸有鸟氨酸、脯氨酸、赖氨酸、苯丙
氨酸、酪氨酸、色氨酸、邻氨基苯甲酸、组氨酸和烟酸等。
二、生物碱的生物合成涉及环合反应、C-N键和C-C键的裂解反应以及某些重排、取代基的形成、增减、消除、转化等。
三、生物碱骨架类型的形成与转化的生物化学本质是生物体在其本身存在的酶的参与下所发生的C-C键、C-N键、C-O键的形成与裂解。
第三节生物碱的分类、生源关系及其分布
一、生物碱的分类主要有3种方法
1.根据来源分类
2.根据化学结构类别分类
3.根据生源关系结合化学结构类别分类
二、生源关系
1.来源于鸟氨酸的生物碱
①吡咯类
②托品烷类
③吡咯里西丁类
2.来源于赖氨酸的生物碱
①哌啶类
②吲哚里西丁类
③喹喏里西丁类
3.来源于邻氨基苯甲酸的生物碱
4.来源于苯丙氨酸和络氨酸的生物碱
①苯丙胺类
②四氢异喹啉类
③苄基四氢异喹啉类
④苯乙基四氢异喹啉类
⑤苄基苯乙胺类
⑥吐根碱类
5.来源于色氨酸类的生物碱
①简单吲哚碱类
②简单β-卡波林碱类
③半萜吲哚
(4)单萜吲哚类
6.来源于萜类的生物碱
①单萜类
②倍半萜类
③二萜类
④三萜类
7.来源于甾体的生物碱
①孕甾烷C21类
②环孕甾烷C24类
③胆甾烷C27类
第四节生物碱的理化性质
一、性状
1.绝大多数生物碱由C、H、O、N组成,极少数分子含有Cl、S等元素;
2.多数生物碱呈结晶形粉末,少数为液体,如烟碱、毒芹碱等;某些液体生物碱可随水蒸气蒸馏而逸出;
3.多数生物碱有苦味;
4.少数生物碱有升华性,如咖啡因等;
5.绝大多数生物碱呈无色状态,仅少数呈色。
二、旋光性
1.凡是具有手性碳原子或本身为手性分子的生物碱,有旋光性质,反之,则无。
2.生物碱的生理活性与其旋光性密切相关。一般来说,左旋光性呈显著的生理活性,而右旋体则无或很弱。
三、溶解度
1.生物碱及其盐类的溶解度与其分子中N原子的存在形式、极性基团的有无及其数目、溶剂等密切相关。
2.一般来说,游离生物碱为脂溶性,但其盐类为水溶性。
四、检识
最常用的是生物碱的沉淀反应与显色反应。
1.沉淀反应是利用大多数生物碱在酸性条件下,与某些沉淀剂生成弱酸不溶性复盐或络合物沉淀。
生物碱的沉淀剂很多,常用的有:碘化铋钾试剂、改良的碘化铋钾试剂、碘-碘化钾试剂、碘化汞钾试剂和硅钨酸试剂。
2.对大多数生物碱来说,最常用的显色剂是改良的碘化铋钾试剂,主要用于薄层层析中。
五、化学性质与反应
(一)碱性
1.碱性的产生及其强度表示:
①生物碱由于其分子中氮原子上的孤电子对能接受质子故显碱性;
②碱度分别用酸式离解指数pKa和碱式离解指数pKb来表示:
pKa值越小,酸性越大;相反,pKa值越大,碱性越强。为统一强度标准,碱度也可用pKa表示:pKa=pKw - pKb=14 – pKb
碱性强度与pKa值的关系:pKa<2(极弱碱)、pKa2-7(弱碱)、pKa7-12(中强碱)、pKa>12(强碱)。
碱性基团的pKa值大小顺序:胍基[-NH(C=NH)NH2] >季铵碱>脂肪胺基>芳杂环(吡啶)>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等有关。
①氮原子的杂化度: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、醚基、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