第五章 烟草生物碱
烟草生物碱的研究进展
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XX生活即将结束，在此，我要感谢所有教导我的老师和陪伴我一齐成长的同学，他们在我的大学生涯给予了很大的帮助。本论文能够顺利完成，要特别感谢我的导师XXX老师，XXX老师对该论文从选题，构思到最后定稿的各个环节给予细心指引与教导,使我得以最终完成毕业论文设计！ 最后，我要向百忙之中抽时间对本文进行审阅，评议和参与本人论文答辩的各位老师表示感谢！
探讨环境因素和植物激素对烟草生物碱的合成与代谢的影响机制：寻找调控烟草生物碱的最佳方案
通过研究不同品种和种类的烟草：比较其生物碱的含量和组成差异，为培育低生物碱或高生物碱的烟草品种提供理论依据
加强对吸烟对人体健康的影响机制研究：为开发新的戒烟药物或降低烟草危害提供理论支持
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烟草生物碱的研究展望
总之，随着科学技术的发展和对烟草生物碱研究的深入，我们有望在未来更好地理解和控制烟草生物碱的合成与代谢，为提高烟草品质、保护公众健康和开发新的药物或农作物保护剂做出贡献
烟草生物碱对烟草品质和安全性的影响
对烟草安全性的影响
由于烟草生物碱的毒性，吸烟会对人体健康产生负面影响。其中，尼古丁等生物碱被认为是主要的危害成分。这些生物碱可能会诱导基因突变，增加患癌症的风险，并对心血管系统产生不良影响。因此，对烟草生物碱的合成和代谢过程的理解和控制，也是提高烟草安全性的重要途径
然而，这些生物碱在烟草的生长发育以及烟草制品的品质形成过程中也扮演着重要角色
本文将综述近年来烟草生物碱的研究进展，包括其合成途径、代谢机制以及在烟草品质和安全性方面的影响
烟草生物碱的合成途径
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烟草生物碱的合成途径
烟草生物碱主要是在烟草细胞质中合成的
烟草生物碱的合成途径
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2Байду номын сангаас
第五章 烟草生物碱
第四章烟草生物碱一.教学目的:1.了解有关的生物碱。
2.掌握烟草生物碱的种类、结构。
3.熟练掌握烟碱的结构、性质、对烟草品质的影响。
4.掌握烟碱的积累规律及影响因素。
二.教学内容:1.生物碱及烟草生物碱概述。
2.烟碱的结构和性质。
3.烟碱的生物合成和积累规律。
4.烟碱对烟质的影响。
5.烟碱的生理作用和对健康的危害。
三.教学重点:1.烟碱的结构和性质。
2.烟碱对烟质的影响。
3.烟碱的生理作用和对健康的危害。
四.教学难点:1.烟碱可能的生物合成路线。
2.烟碱的积累规律及影响因素。
五.学时分配:8学时烟草生物碱属于含氮杂环化合物，但是由于它们是一类特殊的含氮化合物，从结构、性质和对烟质的影响等方面考虑,都与其他含氮化合物不同。
因此，常对其单独进行研究。
第一节. 生物碱概述我们知道,生物界是一个十分庞大、极其复杂的世界,在漫长的进化过程中,生物体内的代谢途径及其产物也必然是形形色色,繁杂纷纭的.如果把碳水化合物、蛋白质、脂类及核酸等这些与生物本身的生存密切相关的物质代谢称为初生代谢产物的话,那么象抗生素、维生素、生物碱等其他对生物体没有明显作用的物质代谢则被称为次生代谢,这些物质被称为次生代谢产物.次生代谢的产物对生物体本身的意义不大,它不是机体生存所必需的物质.但是它同人类的生活关系密切.其产物的开发和利用具有重要的社会价值和商品价值.例如各种抗生素是重要的医药原料,维生素是维持机体生命活动的一类微量小分子有机化合物,能调节机体内的物质代谢过程,许多生物碱对人体有很强的生理作用,是许多中草药的有效成分。
与初生代谢产物相比,次生代谢产物无论是在数量上还是在类型上都要比初生代谢产物多得多和复杂得多.而且,目前对次生代谢产物的研究还远远不及对初生代谢产物研究得那么广泛和深入,根据次生代谢产物的结构特征和生理作用,可将其分为抗生素、生长激素、维生素、色素、生物碱和毒素等不同类型.其中生物碱就是最大的、最引人注意的一类。
气相色谱_质谱分析烟草中的主要生物碱
气相色谱/质谱分析烟草中的主要生物碱许燕娟1,3 白长敏1 钟科军2 黄建国2 唐婉莹3 路鑫1 许国旺311(中国科学院大连化学物理研究所国家色谱研究分析中心,大连116023)2(湖南常德卷烟厂技术中心,常德415000) 3(南京理工大学,南京210094)摘 要 用毛细管气相色谱法测定烟草中烟碱、降烟碱、麦斯明、二烯烟碱、新烟碱、去氢新烟碱、2,3′2联二吡啶、可替宁8种主要生物碱的方法。
烟草样品经二氯甲烷/甲醇(V /V ,3∶1)萃取,过一次性滤膜,进样,经DB 25MS 毛细管柱分离,由气相色谱2氢火焰离子化检测器(F I D )检测定量,质谱定性。
该方法操作简单,重现性好,回收率较高。
8种生物碱相对标准偏差为2.59%～7.07%;回收率为89.4%～98.7%。
关键词 烟草分析,生物碱,萃取,气相色谱/质谱 2005205230收稿;2005209230接受本文系国家烟草局科学基金资助项目(No .110200401047,110200302028)1 引 言生物碱是烟叶中的主要含氮杂环化合物。
它的种类较多,其中最主要的是尼古丁,它是烟草中特有的一种生物碱。
绝大部分烟草生物碱是22吡啶基衍生物(结构式见图1),主要以有机酸盐和无机酸盐的形式存在,其含量的高低关系到卷烟的吃味和口感。
烟草中生物碱含量的分析能为卷烟配方提供理论依据。
烟草中生物碱的分析方法目前主要有气相色谱法[1～7]、高效液相色谱法[8,9]、毛细管电泳法[10]及超临界流体色谱法[11]等。
气相色谱法是分析烟草中生物碱的常用方法。
本实验用氨水使烟草中的生物碱游离出来,经二氯甲烷/甲醇(3∶1,V /V )一次萃取,过滤进样,即可同时分析烟草中8种主要的生物碱。
前处理方法简单,方法重现性好、回收率高,测得的生物碱种类较多。
2 实验部分2.1 仪器与试剂Agilent6890N (美国安捷伦公司);QP2010GC 2MS 联用仪(日本岛津公司)。
烟草生物碱危害特性研究
烟草生物碱危害特性研究摘要：烟草生物碱根据分子结构可分为两类:一类是毗睫与氢化毗咯相结合的化合物，以烟碱为代表;另一类是毗淀与毗淀或氢化毗睫环相结合的化合物，如假木贼碱、新烟草碱等。
烟碱(尼古丁)被证明广泛存在于多种植物中，是烟草类植物体内主要的天然生物碱。
最早发现于马铃薯、西红柿、绿辣椒和烟草等茄科类植物中。
烟碱对人和动物具有较强的三致作用(致癌、致畸、致突变)，是恶性环境污染物之一。
欧盟已将烟碱含量超过500mg/Kg烟草废弃物列入有毒有害物质清单。
我国是世界上最大的烟草生产国和消费国，占全世界20%的人口消费世界上30%的卷烟，每年产生的烟草废弃物约130一170吨，每千克干废弃物的平均烟碱含量高达189，是严重威胁我国乃至全球人类和动物健康的烟碱污染源。
关键字：烟碱降解菌；天然生物碱；烟碱的危害一、烟碱及其理化性质烟碱的化学结构烟草生物碱是一个类群，含有近50种物质，存在于约60多个不同种的烟草中。
烟草生物碱根据分子结构可分为两类:一类是毗睫与氢化毗咯相结合的化合物，以烟碱为代表;另一类是毗淀与毗淀或氢化毗睫环相结合的化合物，如假木贼碱、新烟草碱等。
在烟草生物碱中以烟碱最为重要，它是烟草中的主要生物碱，占烟草生物碱总量的95%以上。
1825年，瑞士化学家A.Pikete首次从烟草中分离出烟碱。
烟碱的化学名称:甲基烷，分子量为162.24。
二、烟碱的理化生质烟碱在室温下是一种难闻、味苦、无色透明或淡黄色的油状液体。
具有较强的夕烟碱降解菌的分离筛选及降解特性研究挥发性，强烈的刺激性，味辛辣，在空气中极易氧化成棕黄色，且在阳光下易分解，颜色变深，有特殊的烟臭味，其沸点为247℃，比重1.009(20℃)，具有左旋性。
烟碱具有潮解性，60℃条件下能与水以任何比例互溶，随水蒸汽挥发而不分解的特殊性质，因此可以用水蒸汽蒸馏法从碱性溶液中蒸出烟碱(SPeakeTetal.，1%4)。
烟碱不仅易溶于水，还可以溶于许多有机溶剂，如四氯化碳、氯仿、乙醚、苯、煤油、三氯乙烯和三氯乙烷等。
烟草工艺流程中生物碱变化研究
烟草工艺流程中生物碱变化研究【摘要】烟草是一种以吸食为主要目的的特殊经济作物，香吃味是烟叶质量要素的重要内容，优质烟叶要求香气充足纯正、劲头适中、而且余味的要求是干净舒适。
烟叶的化学成分直接影响了烟草制品的品质问题，其中烟草生物碱是烟草中最为主要的一个化学成分，是烟草品质和特征的保障。
本论文就烟草中生物碱的变化进行了分析和研究。
【关键词】烟草；生物碱烟草生物碱隶属于含氮杂环化合物，其分子结构属于仲胺、叔胺以及季胺一类，是烟草当中最为主要的一个化学成分，是烟草品质要素以及特征物的一种。
由于他们是特殊的含氮化合物，无论从结构、性质以及对于烟草质量的影响来说都与其他的氮化合物不相同，所以说我们对其进行了单独的研究和考察。
生物碱是当前国内研究的重点和焦点，国内外很多研究人员都对其进行了研究和分析，就此本论文主要针对于生物碱进行了研究和分析。
一、烟草生物碱概述对于烟草生物碱来说，包含四种分别是烟碱、降烟碱、假木烟碱以及新烟草碱。
烟碱其主要影响着烟的劲道，烟的吃味和刺激性，间接性的影响了烟的香味。
降烟碱影响了烟的含量，从而会导致烟会发的成分和含量发生变化，影响烟的品质问题。
然而假木贼碱在烟草中含量非常低。
其中烟碱为叔胺类生物碱，其它的被称作是仲胺类生物碱。
微量碱已经鉴定出来的就有20多种，它是由最主要的4种碱演变而成的。
不一样的品种，烟草生物中碱的含量是不同的。
我们在进行碱的分析的时候，所采用的分析方法有两种。
其中第一种就是气相色谱法，第二种就是液相色谱法。
其中气相色谱法包含了填充气相色谱法和毛细管气相色谱法。
它是利用个五中在固定相还有气体流动两相间分配系统不同而进行一定的分离的。
液相色谱法包含了离子色谱法、高效液相色谱法和液相色谱和质谱联用法。
离子色谱法是利用烟碱在烟叶还有烟丝中国烟碱主要以盐的形式性质对其进行离子色谱分析。
目前我国对于烟草生产工艺过程中生物碱进行研究，国内外很多烟草研究机构以及烟草企业研究人员都在致力于应用现代分析技术，其揭示了卷烟过程中烟草化学成分的变化规律，从而能够更好地确定烟草制品的主要化学成分变化以及工艺参数之间的相关关系，逐步的实现了工序质量感官评吸和化学评价相互结合的手段。
烟草生物碱的研究现状
烟草生物碱的研究现状引言烟草生物碱是烟草中的一类重要化合物，对于卷烟的口感、烟气成分以及吸烟对人体健康的影响具有重要作用。
近年来，烟草生物碱的研究日益受到，本文将概述烟草生物碱的研究现状、存在的问题以及未来研究方向。
烟草生物碱、烟草、研究、现状、卷烟、健康影响研究现状烟草生物碱主要存在于烟草中的尼古丁盐溶液中，其含量因烟草种类、生长环境等因素而异。
目前，烟草生物碱的研究主要集中在以下几个方面：1、烟草生物碱的分布与含量：研究不同品种烟草中生物碱的分布和含量，对于理解烟草的生物碱合成途径以及调控机制具有重要意义。
2、烟草生物碱的作用：生物碱在烟草中起着多种作用，如影响卷烟的感官品质、烟气成分等，同时对人体健康也有着复杂的影响。
研究生物碱的作用机制，有助于理解吸烟对人体健康的危害。
然而，目前烟草生物碱的研究仍存在以下问题：1、对烟草生物碱合成途径的认识不足：目前对烟草生物碱合成途径的研究尚不深入，对其合成过程中的关键酶及调控机制了解较少。
2、对烟草生物碱对人体健康影响的研究不够全面：虽然烟草生物碱对卷烟感官品质和烟气成分的影响已得到广泛，但其对人体健康的影响机制仍需进一步探讨。
关键问题1、烟草生物碱对卷烟的影响：研究烟草生物碱对卷烟感官品质、烟气成分的影响，有助于理解卷烟的生物碱合成途径及其调控机制。
同时，对于卷烟减害降焦技术的研究与实践具有重要指导意义。
2、烟草生物碱的合成途径：深入探究烟草生物碱的合成途径及其中的关键酶和调控因子，有助于从根本上理解烟草生物碱的合成机制，为通过遗传工程手段调控烟草生物碱的合成提供理论依据。
研究方法烟草生物碱的研究方法主要包括化学分析、细胞培养和基因表达等。
1、化学分析：通过高效液相色谱、气相色谱等化学分析技术，测定烟草样品中生物碱的种类和含量，以揭示其分布和组成特征。
2、细胞培养：利用烟草细胞培养体系，研究生物碱在烟草细胞内的合成、积累及其影响因素，有助于深入了解生物碱的合成机制。
烟草生物碱4
烟碱向去甲基烟碱转化受以下因素影响：
基因型：香料烟和白肋烟较烤烟更易发生 氮肥多落黄慢的上部烟叶转化较多 调制过程：烤烟调制时间断，温度高，烟碱去甲基酶失活快，转化过程终 止快，转化率低。白肋烟则相反
2．烟碱对烟叶香气的影响
烟碱
3-甲基吡啶 4-甲基吡啶 3-乙烯基吡啶
烟碱本身具有烟草独特香味 烟碱高温分解会产生吡啶类化合物，具有类似烟叶的树脂香味
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积极向上的心态，是成功者的最基本要素 5、
。20.1 1.820.1 1.800:2 5:4600: 25:46N ovembe r 8, 2020
生活总会给你谢另一个谢机会，大这个机家会叫明天 6、
。2 020年1 1月8日 星期日 上午12 时25分 46秒00: 25:462 0.11.8
4 TSNA形成过程
5 TSNA形成机制
TSNA的形成和积累通常在调制期间发生。 假设焦点是在调制期间硝酸盐被微生物还原成亚硝酸盐，和其它氮氧化物一起作 用，与烟草生物碱起反应形成TSNA。 TSNA的有效积累同调制过程中烟叶细胞膜的破坏同步
硝酸还原酶 硝酸盐
NXOY 亚硝酸盐
烟草生物碱
烟草特有亚硝胺 （TSNA）
（三）TSNA的毒性
表4-6烟草特有亚硝胺（TSNA*）的致癌性
*TSNA包括NNK、NNN、NAT、NAB、NNA、NNAL、iso-NNAL 注：引自闫克玉等. 卷烟烟气化学，郑州：郑州大学出版社，2002.
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每一个成功者都有一个开始。勇于开始，才能找到成
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功的路 。20.11.820.11.8Sunday, November 08, 2020
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KJ 烟碱05
第五节 烟碱对烟质的影响
• 一、烟碱对烟质的影响 • 适量的烟碱将给吸烟者以适当的生理强度和好的香 气与吃味。烤烟的下部叶烟碱含量1.2 1.2％ 1.5％、 气与吃味。烤烟的下部叶烟碱含量1.2％—1.5％、 中部叶l.5％ 2.0％、上部叶2.0％ 2.5％ 中部叶l.5％—2.0％、上部叶2.0％—2.5％较为适 l.5 ％、上部叶2.0 平均以2.0 最好。 2.0％ 宜，平均以2.0％最好。 • 淡味烤烟型卷烟配方烟丝烟碱以1.2％—1.7％为宜， 淡味烤烟型卷烟配方烟丝烟碱以1.2％ 1.7％为宜， 1.2 烟气烟碱以1.2 1.3mg/支一般消费者均能接受 1.2－ 支一般消费者均能接受； 烟气烟碱以1.2－1.3mg/支一般消费者均能接受； 浓味烤烟型卷烟为1.7％ 2.2％；白肋烟在2 浓味烤烟型卷烟为1.7％—2.2％；白肋烟在2％—4 1.7 ％；白肋烟在 ％，以 为佳；淡味混台型卷烟为1.5 1.5％ 1.7％， ％，以3％为佳；淡味混台型卷烟为1.5％—1.7％， 浓味混合型卷烟约为1.7％ 2.2％。 浓味混合型卷烟约为1.7％—2.2％。 1.7
二、影响烟碱含量的因素 1、烟草类型与品种 不同的烟草类型或品种积累的主要生物碱种类和 不同的烟草类型或品种积累的主要生物碱种类和 种类 数量差别很大。不同品种生物碱总量变化也很大。 数量差别很大。不同品种生物碱总量变化也很大。 差别很大 •马里兰烟和土耳其烟的烟碱含量一般是低的，烤 马里兰烟和土耳其烟的烟碱含量一般是低的， 马里兰烟和土耳其烟的烟碱含量一般是低的 烟、白肋烟、古巴雪茄外包叶居于中等，而宾夕法 白肋烟、古巴雪茄外包叶居于中等， 尼亚州烟、深色明火烤烟， 尼亚州烟、深色明火烤烟，黄花烟则有最高的烟碱 含量。 含量。
• (二)氧化作用 • 烟碱在空气中会自动氧化成烟酸、氧化烟碱、 烟碱在空气中会自动氧化成烟酸、氧化烟碱、 烟碱烯等。在紫外光作用下转变为烟碱氧化物。 烟碱烯等。在紫外光作用下转变为烟碱氧化物。受 强氧化制作用(如浓硫酸、高锰酸钾) 强氧化制作用(如浓硫酸、高锰酸钾)，则转变为烟 酸：
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第四章烟草生物碱一.教学目的:1.了解有关的生物碱。
2.掌握烟草生物碱的种类、结构。
3.熟练掌握烟碱的结构、性质、对烟草品质的影响。
4.掌握烟碱的积累规律及影响因素。
二.教学内容:1.生物碱及烟草生物碱概述。
2.烟碱的结构和性质。
3.烟碱的生物合成和积累规律。
4.烟碱对烟质的影响。
5.烟碱的生理作用和对健康的危害。
三.教学重点:1.烟碱的结构和性质。
2.烟碱对烟质的影响。
3.烟碱的生理作用和对健康的危害。
四.教学难点:1.烟碱可能的生物合成路线。
2.烟碱的积累规律及影响因素。
五.学时分配:8学时烟草生物碱属于含氮杂环化合物，但是由于它们是一类特殊的含氮化合物，从结构、性质和对烟质的影响等方面考虑,都与其他含氮化合物不同。
因此，常对其单独进行研究。
第一节. 生物碱概述我们知道,生物界是一个十分庞大、极其复杂的世界,在漫长的进化过程中,生物体内的代谢途径及其产物也必然是形形色色,繁杂纷纭的.如果把碳水化合物、蛋白质、脂类及核酸等这些与生物本身的生存密切相关的物质代谢称为初生代谢产物的话,那么象抗生素、维生素、生物碱等其他对生物体没有明显作用的物质代谢则被称为次生代谢,这些物质被称为次生代谢产物.次生代谢的产物对生物体本身的意义不大,它不是机体生存所必需的物质.但是它同人类的生活关系密切.其产物的开发和利用具有重要的社会价值和商品价值.例如各种抗生素是重要的医药原料,维生素是维持机体生命活动的一类微量小分子有机化合物,能调节机体内的物质代谢过程,许多生物碱对人体有很强的生理作用,是许多中草药的有效成分。
与初生代谢产物相比,次生代谢产物无论是在数量上还是在类型上都要比初生代谢产物多得多和复杂得多.而且,目前对次生代谢产物的研究还远远不及对初生代谢产物研究得那么广泛和深入,根据次生代谢产物的结构特征和生理作用,可将其分为抗生素、生长激素、维生素、色素、生物碱和毒素等不同类型.其中生物碱就是最大的、最引人注意的一类。
生物碱是一类存在于生物体中的有机碱性物质,它主要存在于植物中,所以叫做植物碱。
并不是所有的植物都含有植物碱,含有植物碱的植物并不多.但是一种植物可以含有多种植物碱(最多可达几千种).同科植物所含植物碱的结构往往是相似的。
植物碱通常是与无机酸(硫酸、磷酸、硫氰酸)或有机酸(苹果酸、柠檬酸、草酸、琥珀酸、醋酸、丙酸等)结合成盐而存在于植物中,只有少数植物碱以游离碱的形式存在,也有少数植物碱分别以糖苷、有机酸酯或酰胺的形式存在.大多数生物碱都是结构复杂的多环化合物,分子中大多含有含氮的杂环,有旋光性和明显的生理效应,且多为左旋。
生物碱对于植物本身的作用虽然尚不清楚,但它毕竟是代谢产物,示踪烟碱的研究表明,烟碱和其他生物碱确实参加了植物的代谢活动.很多生物碱对人体有很强的生理作用,是很有效的药物,许多中草药(甘草、当归、黄连、麻黄、贝母、常山等)的有效成分都是生物碱.我国采用中草药治病已有数千年历史,驰名中外.生物碱结构和性质的研究,对于合成更有效的药物,丰富祖国医学宝库,具有重要意义,而且,这也是目前全世界都在关注的问题。
根据生物碱所含碳和氮组成的基本结构,将生物碱分为:四氢吡咯族(古柯叶碱)、六氢吡啶族(胡椒碱)、吡啶-吡咯族(烟碱、阿托品)、缩双四氢吡咯族(狗舌草碱)、缩双六氢吡啶族(羽扁豆碱、鹰爪碱)、喹啉族(金鸡钠碱)、异喹啉族(吐根碱、罂粟碱)、吲哚族(毒扁豆碱、麦角新碱、番木鳖碱、蛇根草素)、咪唑族(毛果芸香碱)、喹唑啉族(常山碱)、嘌呤族(咖啡碱)、菲环族(吗啡碱)、甾型植物碱(贝母素甲)、非杂环族(麻黄碱、秋水仙碱)。
第二节. 烟草生物碱烟草生物碱是一个类群,包括近50种物质,存在于约60多个不同种的烟草中,它们的个别成分也存在于烟草以外的某些植物.烟草生物碱按照其分子结构主要有两类,一类是吡啶与氢化吡咯相结合的化合物,如烟碱(尼古丁)、去甲基烟碱(降烟碱)、去甲基去氢烟碱(表斯明)、二烯烟碱(尼古替林)、去甲基二烯烟碱(降尼古替林)等;另一类是吡啶与吡啶或氢化吡啶相结合的化合物,如新烟碱(安那培新)、N-甲基新烟碱(N-甲基安那培新)、去氢新烟碱(安那他明)、N-甲基去氢新烟碱(N-甲基安那他明)、2,3`-二吡啶等,其结构如下： N NH 3C N N H N N 烟碱 降烟碱 去氢去甲基烟碱 N N H 3C NN H N N H 去甲基二烯烟碱 二烯烟碱 新烟碱 N H 3C N H N N H NN C 3N N 甲基新烟碱 去氮新烟碱 N —甲基去氢新烟碱 2，3’一二吡啶烟草生物碱中,以烟碱为最重要,烟草之所以作为各种形式的消费品,主要是烟碱可以作用于中枢神经系统,使人感到兴奋.它约占烟草生物碱总量的95%以上.其次是去甲基烟碱、新烟碱等.去甲基烟碱又称降烟碱以左旋、右旋、外消旋三种形式存在.烤烟中降烟碱的存在对吃味不利,一般认为它是在烟叶生长,烘烤和复烤期间由烟碱形成的。
新烟碱又称假木贼碱,它的生理效应和其他性质基本上与烟碱相同。
第三节. 烟碱的结构和性质一.烟碱的结构烟碱的英文名称是Nicotine(尼古丁).据资料介绍,1561年法国驻葡萄牙大使琼·尼可特(Jean·Nicot)把黄花烟草献给法国皇后卡萨林,开始作为观赏植物种在花园里,后被人们作为鼻烟来利用,发现烟草中有一种刺激性物质,就以这个大使的名字来命名,这即是Nicotine的来历.1753年植物分类学家林奈斯(Linnaeus)就用这个名称作为烟草属的属名:Nicotiana。
1825年,瑞士化学家培柯特(A·Pikete)首次从烟草中分离出尼古丁.1893年,培耳尔(Pinner)完全以化学方法最早确定尼古丁的化学结构.1928年,spath 和Bretschneider用化学合成法证实了这种结构.即尼古丁的化学名称为1-甲基-2-(3'-吡啶)吡咯烷。
烟碱和新烟碱的分子式都是C10H14N2,它们是同分异构体.去甲基烟碱的分子式是C9H12N2。
二.烟碱的物理性质烟碱在室温下为无色或淡黄色油状液体,与空气接触很快变为棕黄色.有强烈的刺激性,味辛辣.沸点247℃,比重1.009(20℃),具有左旋性.烟碱可溶于水,并可与水以任意比例相混溶.有潮解性,在60℃以下能与水反应生成水合物.具有随水蒸气挥发而不分解的特殊性质,常规分析中从烟草样品中提取烟碱就是根据这种性质进行的.在调制、发酵以及烟草制品加工过程中,在高温有水分蒸发的情况下,烟碱随之蒸发而含量减少.烟碱也能溶于乙醇、乙醚及石油醚等有机溶剂。
烟碱对某波段的短波光(即紫外光)具有最大的吸收能力,并且吸光度与烟碱的含量呈正比.因此用水蒸气将烟草样品中的烟碱蒸馏出来,借助于紫外分光度计即可测得待测液中烟碱的浓度,进一步换算出烟碱的含量。
烟碱有剧毒,少量刺激人的中枢神经系统,引起兴奋,并增高血压,大量时能抑制中枢神经系统,使呼吸困难和心脏麻痹.如果一次吸入或内服纯烟碱达40毫克,则可使人致死.但烟碱不会在人体内积累,在体内代谢过程中很快随尿排出体外。
三.烟碱的化学性质1.碱性及成盐作用氮原子的电子层结构是1S22S22P3,最外电子层有3个未成对的P电子.在形成吡啶环时,氮原子外层电子的2S22P1电子轨道发生SP2杂化,形成三个杂化轨道,两个与碳原子形成б键,一个参与了共轭体系,其余两个P电子仍是未共用电子对,能与质子结合,因此吡啶显碱性。
吡啶又是一个叔胺,由于氮原子上存在未共用电子对,环上的电子云也偏向于氮原子,它的碱性(PK b=8.8)比苯胺的碱性(PK b=9.3)强,但比脂肪族胺及氨(CH3-NH2,PK b=3.36;NH3:PK b=4.75)弱的多。
吡咯是一个仲胺.在吡咯环上由于氮原子上的未共用电子对参与了共轭体系,不易与质子结合,吡咯的碱性极弱,比一般仲胺的碱性弱的多.但是烟碱结构中的氢化吡咯为饱和化合物,不存在共轭体系,未共用电子对能与质子结合,具有一般仲胺较强的碱性。
由于烟碱结构中的吡啶环和氢化吡咯环均呈碱性,所以烟碱是碱性化合物,能与多种无机酸,及有机酸,反应生成盐,这些盐大多易溶于水和有机溶剂.例如在烟草生物体内大部分烟碱与草酸、苹果酸、柠檬酸、芳香族酸结合成相应的盐类,叫做结合态烟碱.这种结合态烟碱在碱性条件下会分解,产生游离态烟碱.游离态烟碱的碱性大于结合态烟碱,烟草样品中烟碱含量的常规分析就是根据这种性质,加强碱(NaOH)使烟碱的盐分解为游离态烟碱,再进行蒸馏.烟碱能与无机酸结合生成盐,如在烟碱的工业提取中,就是用盐酸或硫酸吸收烟碱而制取盐酸烟碱或硫酸烟碱。
2.氧化作用.烟碱易被氧化,在空气中会自动氧化成烟酸、氧化烟碱、烟碱烯等.在紫外光作用下转变为烟碱氧化物.受强氧化剂(如浓HNO3、KMnO4等),则转变为烟酸。
N NCH33NCOOH+CH3H2N烟酸羧基的羟基被氨基取代生成烟酰胺N COOHNCONH23.沉淀作用.许多试剂可与烟碱生成沉淀或发生颜色反应,可以用这些试剂来检出烟碱.例如,在酸性条件下,烟碱溶液中加入硅钨酸,生成烟碱的硅钨酸盐白色沉淀,加热静置后形成针状结晶.烟碱的硅钨酸盐在800~850℃的高温下烧灼,剩余下来的不能氧化的是无水硅钨酸残渣,根据化合物的定量比例关系,称其重量即可计算出总烟碱的含量。
2C10H14N2+ SiO2·12WO3·26H2O →SiO2·12WO3·2H20·(C10H14N2)2·5H2O↓+19H2O4.烟碱的亚硝酸反应随着吸烟与健康的深入研究,烟草特有的亚硝胺(TSNA)已受到重视.为了提供对潜在致癌物(TSNA)形成的理解,进行了烟碱和NaNO2反应的研究.在25℃时反应导致N-亚硝基去甲基烟碱(NNN)、4-(N-甲基亚硝胺)-1-(3-吡啶基)-1-丁酮(NNK)和4-(N-甲基亚硝胺)-4-(3-吡啶基)-丁醛(NNA)的生成,产率为0.1~2.8%,绝大部分烟碱没有发生反应.当反应用过量5倍的NaNO2在90℃进行时,有75~85%的烟碱发生反应,亚硝胺NNN和NNK的生成较多,产率可分别高达13.5和4.3%.除烟碱外,其他烟草生物碱也能生成TSNA,如N-亚硝基新烟碱(NAB)和N-亚硝基新烟草碱(NAT)分别来源于新烟碱和新烟草碱。
5.烟碱的稳定性CORESTA 研究了各种储存条件对烟碱降解的影响,结果表明:在储存过程中,高纯度烟碱降解缓慢,例如,将纯度为99%的烟碱储存于冰箱中18个月,纯度降为97%.经测定主要降解的产物为Cotinine和myosmine,实验中测到的最大值为1%,且对烟碱的测定结果影响较小.另外,水是储存过程中的主要污染物质,其含量大约为1%,在校正了水分之后,硅钨酸对纯度高于96%的烟碱可得到最佳测定值.即在这个纯度下,降解产物的干扰可以忽略不计。