中药化学复习提要
第二章 生物碱【学习要点】 1.掌握生物碱的含义及结构特征。 2.掌握生物碱的性状、旋光性。 3.掌握生物碱的酸碱性,碱性强弱的影响因素,生物碱和生物碱盐的溶解性及其应用。 4.掌握常用生物碱沉淀试剂的名称、沉淀反应条件和阳性结果的判定及其作用。 5 掌握生物碱的提取分离原理和方法。 6.掌握生物碱的色谱检识方法。 7.掌握苦参中所含主要生物碱的结构类型、提取分离方法和生物活性。 8.掌握麻黄、黄连中所含主要生物碱的结构类型、鉴别方法、提取分离方法及生物活性。 9.熟悉生物碱的分类及其在动、植物界的分布和存在情况。 10.熟悉分离水溶性生物碱的常用方法和原理。 11.熟悉汉防己中所含主要生物碱的化学结构类型、理化性质。 12.熟悉洋金花中所含主要生物碱的化学结构类型、理化性质和鉴别反应。 13.熟悉马钱子、乌头的主要化学成分的结构类型、毒性和鉴别方法。 14.了解生物碱的显色反应。【重点与难点提示】一、结构与分类 1.吡啶类生物碱的结构特征及代表化合物。 ①简单吡啶类:多呈液态,如槟榔碱、烟碱。 ②双稠哌啶类:喹诺里西丁母核。如苦参碱。 2.莨菪烷类的结构特征及代表化合物 是莨菪烷衍生物的氨基醇和不同有机酸缩合而成的酯类化合物。如莨菪碱、古柯碱。 3.异喹啉类的结构特征及代表化合物。 ①简单异喹啉类 如萨苏林等 ②苄基异喹啉类 重要的化合物如厚朴碱、罂粟碱、dl-去甲乌药碱、汉防己甲素、汉防己乙素碱等。 ③原小檗碱类 如小檗碱、巴马亭、药根碱等 ④吗啡烷类 如吗啡碱、可待因等。
4.吲哚类的结构特征及代表化合物。主要由色氨酸衍生而成。 ①单吲哚碱类生物碱 如板蓝根中的大青素B等。结构中除吲哚核外, 别无杂环(如色胺tryptamine等)。 ②色胺吲哚类生物碱 只有色胺部分组成的结构,如吴茱萸中的吴茱萸碱 ③双吲哚类生物碱 本类由不同单萜吲哚类生物碱经分子间缩合而成。典型例子是 从长春花分得的抗癌药长春碱、长春新碱等。 ④单萜吲哚类生物碱 结构复杂,如利血平。 5. 有机胺类生物碱 特点是氮原子不在环状结构内,其代表性化合物如麻黄碱、伪麻黄碱等。二、生物碱的碱性,碱性强弱的影响因素 1.生物碱的碱性表示方法 分别用酸式离解指数pKa和碱式离解指数pKb表示。pKb值越小, 酸性越大;相反, pKa值越大, 碱性越强。为统一强度标准, 碱性强度也用pKa值表示。 pKa=pKw-pKb=14-pKb 2.碱性强弱与生物碱分子结构的关系 生物碱的碱性强弱与氮原子的杂化度、诱导效应、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) 电性效应与碱性的关系 ①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、醚氧、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, 碱性减弱。 ②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共轭效应主要有苯胺型和酰胺型。 (3)空间效应 尽管质子的体积较小, 但生物碱氮原子质子化时, 仍受到空间效应的影响, 使其碱性增强或减弱。甲基麻黄碱(pKa 9.30)碱性弱于麻黄碱(pKa 9.56), 原因是甲基的空间位阻。 (4) 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。如和钩藤碱盐的质子化氮上氢可与酮基形成分子内氢键, 使其更稳定。而异和钩藤碱的盐则无类似氢键的形成, 故前者碱性大于后者。三、生物碱的提取分离原理和方法 1.生物碱的提取方法 (1)水或酸水提取 提取原理是生物碱盐类易溶于水, 难溶于有机溶剂;其游离碱易溶于有机溶剂, 难溶于水。 (2)醇类溶剂 本法基于生物碱及其盐类易溶于甲醇或醇。故用醇代替水或酸水提取生物碱。 (3)亲脂性有机溶剂提取 一般操作方法是将提取材料用碱水(石灰乳、Na2CO3溶液或10%氨水等)润湿后, 再用有机溶剂如CH2Cl2、CHCl3、CCl4或苯等直接进行固-液提取。回收有机溶剂后即得亲脂性总生物碱。 (4)雷氏铵盐法 季胺生物碱常采用沉淀法进行提取。操作如下: ①将季胺生物碱的水溶液, 用酸水调到弱酸性, 加入新鲜配制的雷氏铵盐饱和水溶液至不再生成沉淀为止。滤取沉淀, 用少量水洗涤1~2次, 抽干, 将沉淀溶于丙酮(或乙醇)中, 过滤, 滤液即为雷氏生物碱复盐丙酮(或乙醇)溶液。 ②于此滤液中, 加入Ag2SO4饱和水液, 形成雷氏铵盐沉淀, 滤除, 滤液备用。 ③于滤液中加入计算量BaCl2溶液, 滤除沉淀, 最后所得滤液即为季胺生物碱的盐酸盐。
2.生物碱的分离方法 (1)利用生物碱的碱性差异进行分离 可采用不同的pH值下, 用水不溶性有机溶剂萃取进行生物碱的分离。若欲利用这种方法系统分离生物碱, 则常采用pH梯度萃取。 (2)利用生物碱及其盐溶解度的差异进行分离 某些生物碱对有机溶媒的溶解度不同, 由此可以将它们彼此分离。 (3)色谱法 该法广泛地用于生物碱的分离。绝大多数采用吸附色谱, 但应用分配色谱的实例亦不少。高速逆流色谱仪的出现, 则更开拓了这方面的应用。吸附剂多用硅胶、氧化铝、纤维素、聚酰胺等。 (4)其它方法 利用使欲分离生物碱分子中某种基团如羟基、内酯或内酰胺等, 发生可逆性化学转换的方法进行分离。如苦参碱分离中应用内酰胺开环-闭环反应等。四、生物碱沉淀反应 1.常用生物碱沉淀试剂的名称 有碘化铋钾试剂(Dragendorff's reagent)、改良的碘化铋钾试剂、碘-碘化钾试剂(Wagner's reagent)、碘化汞钾试剂(Mayer's reagent)和硅钨酸试剂(Bertrad's reagent)等。 2.沉淀反应条件和阳性结果的判定及其应用。(1)反应条件 稀酸水中进行。(2)阳性结果判断 应用三种以上沉淀试剂分别进行反应,如均能发生沉淀反应,可判断为阳性。麻黄碱、咖啡碱需用其他检识反应鉴别,在生物碱的检识中还应注意假阳性结果的排除。