第九章 生物碱

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第九章 生物碱

第九章  生物碱

四、来源于苯丙氨酸和酪氨酸的生物碱
苯丙氨酸
酪氨酸
(一)、苯丙胺类生物碱
麻黄
麻黄碱的功效
1、麻黄碱使心脏收缩有力,心输出量增加(增压作用)。
2、麻黄碱具有中枢神经兴奋作用,可引起失眠、神经过敏、不安等
症状。
3、麻黄碱可引起支气管扩张,用于治疗支气管哮喘病。
(二)苄基四氢异喹啉类生物碱
喹啉
异喹啉
Carl Meissner
1870年,毒芹碱化学结构确定,并且在1886年体外合成成功
德国化学家拉登堡
1925年,英国化学家罗宾逊确定吗啡结构
罗宾逊
吗啡
目前:
人们已经在植物中分离得到1872个骨架,21120个生物
碱。 人们已经阐明部分生物碱的酶促合成途径。 人们已经利用化学合成和细胞培养的方法来生产一些 生物碱。 许多生物碱药理机制得到比较深入的研究。
长春花碱 夹竹桃科植物长春花
长春花碱能与微管蛋白相结合,抑制微管的聚合,使分裂的细胞不能 形成纺锤体而终止分裂,从而可以抑制肿瘤细胞增殖。
(三)、色氨酸衍生的喹啉类生物碱
奎宁
茜草科植物金鸡纳树
奎宁能与疟原虫的DNA结合,形成复合物,抑制DNA的复制和RNA的转 录,从而抑制原虫的蛋白合成,达到杀死疟原虫的目的。
三、生物碱在植物生命活动中的作用
参与植物化学防御过程 很多种生物碱对昆虫有毒,或者对食草动物有毒,可以作 拒食剂。
低浓度的咖啡因可以杀死天蛾幼虫
羽扇豆碱具有拒食活性
四、生物碱的生理活性
1、抗肿瘤活性:喜树碱、长春花碱等 2、降血压、降血脂作用:蛇根碱、利血平、苦参碱等 3、对中枢神经系统的作用:吗啡、咖啡因等
石蒜(曼珠沙华 )

天然药物化学 第九章 生物碱

天然药物化学 第九章 生物碱
C H3 O N
CH3 N
H C H 2O H OC O C H
H C H 2OH OC O C H
东莨菪碱 (环氧位阻pka6.20)
莨菪碱(pka9.65)
5、氢键效应:氮原子周围的羟基所处的位置 有利于生物碱共轭酸分子内氢键形成时,则共 轭酸稳定 , 碱性增强。
CH3
CH3 C 6H 5 OH
C H 2O H C H
N
CH3
O
C
莨菪醇的有机酸酯
莨菪碱(阿托品)
四、异喹啉类生物碱
(一)简单异喹啉型
N
(二)苄基异喹啉型
H 3C O
N H 3C O
N
H 3C O OCH3
罂粟碱
四、异喹啉类生物碱 (三)双苄基异喹啉型
2分子苄基异喹啉通过醚键结合而成
O Me H3C N O Me H Me O Me O N H CH3
NH
四氢异喹啉(SP3 pKa9.5)
N
异喹啉(SP2 pKa5.4)
RC
N
氰类(SP 中性 ) 电效应
2、诱导效应: 供电诱导效应(烷基):可使氮原子周围电子云密度 增加,碱性增强。 吸电诱导效应(含氧基团,双键,苯环):电子云密 度降低,碱性减弱。
CH OH CH CH3
CH OH CH NH2 CH3
二、旋光性


多有旋光(不对称碳原子或不对称中心)
多呈左旋性。 生物活性与旋光活性密切相关,常左旋活性大 于右旋
三、
碱性
7 1S2 2S2 2P3 碱性的来源 N: H+ (接受质子)
碱性强弱的表示方法 pka pKa=-lgKa, pKa越大,碱性越强。

第九章-生物碱

第九章-生物碱
在被子植物后生花被双子叶植物中,生物 碱主要分布在龙胆科、夹竹桃科、茜草科、 紫草科、菊科等植物中。
3、生物碱极少与萜类和挥发油共存于同一植 物类群中。
4、在同科不同属中,可存在相同的生物碱。 5、同一种植物中可能找到含有几种基核类型 的生物碱。
6、在同一种植物中往往含有一系列生物碱。
但对于一种植物来说,生物碱往往在植物的某种 器官含量较高。如长春花中已分离出70多种生 物碱。
按 3)法分类的生物碱可以分为氨基酸 途径生成的生物碱和萜类及甾体来源 的生物碱。
来源于鸟氨酸:吡咯 吡咯里西丁 托品类 N H 2C H 2C H 2C H 2C H ( N H 2) C O O H
来源于赖氨酸:哌啶类 吲哚里西丁 喹诺里西丁 N H 2C H 2C H 2C H 2CH 2CH ( N H 2) C O O H 来源于邻氨基苯甲酸:喹啉类 吖啶酮类
四、来源于苯丙氨酸和酪氨酸的生物碱
NH2
苯丙胺类
R-CHONR'Rmannich
HO
四氢异喹啉类
ArCH 2COCOOH
NR
mannich
苄基四氢异喹啉类
N
Ar-CH 2CH C2OCOOH mannich 苯乙基四氢异喹啉类
COOH
Ar-CHO
NH2 schiff base
N
苄基苯乙胺类
mannich
7、越是特殊类型的生物碱,其分布的植物类 群就越窄。
植物亲缘关系相近的品种往往含有化学结构相
同或类似的生物碱,这种联系为发现和寻找新的 药物资源提供了有效的途径。
三、生物碱的存在形式
根据分子中氮原子所处的状态主要分为六类 1、游离碱 2、盐类 3、酰胺类 4、N-氧化物 5、氮杂缩醛类 6、其它亚胺类

天然药物化学 第9章 生物碱

天然药物化学 第9章 生物碱

第四节 提取分离
1.根据Alk及其盐的溶解度不同进行分离 (1)已知成分——查文献选择结晶溶剂 (2)未知成分——色谱方法进行溶剂的选择 2.Alk碱性不同——pH梯度萃取法 首先考虑的问题:
所选溶剂pH值多少为宜?
萃取几次能完全?
萃取溶剂的最佳体积?
第四节 提取分离
2.Alk碱性不同——pH梯度萃取法 (1)确定pH值的方法
1.游离碱:碱性极弱,以游离碱的形式存在。
2.成盐: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.酰胺:如:喜树碱、秋水仙碱等。 4.氮杂缩醛:如:阿马林 阿替生等。 5.N-氧化物:植物体中的氮氧化物生物碱约一百余种 6.其它: 如亚胺(C=N)、烯胺(-N-C=C)、氮腈(-N-CN)
第三节
理化性质
2. 碱性强弱的表示方法

pKa: < 2 极弱碱
2~7 弱 碱
7 ~ 11 中强碱
> 11 强碱
第三节
理化性质
3.影响碱性强弱的因素 (1)杂化方式
第三节
理化性质
3.影响碱性强弱的因素 (2)电子效应
连接供电基团则使碱性增强。
第三节
理化性质
3.影响碱性强弱的因素 (2)电子效应
第九章
生 物 碱
(Alkaloids)
本章内容
F 第一节
第二节 第三节 第四节 第五节
概述 化学结构及分类 理化性质 提取分离 波谱特征
第一节 概述
一、生物碱的定义
生物碱是指结构中含有负氧化态氮原子、且氮原 子多处在杂环上的一类碱性化合物,多数能与酸成 盐,具有较强的生理活性。
第一节 概述

天然药物化学第九章 生物碱

天然药物化学第九章 生物碱

R CH CH2 + (CH 3)3N + H2O

α C
OH -
H
25
②E2(双分子消除)历程

α C
H
NMe3 HO-
R CH CH2 + (CH 3)3N + H2O
E2 反应

α C
H
NMe3 HO-

α C OH
6
三、生物碱在植物体中的积累和储藏
1.生物碱的代谢分为积累、转移、储藏三个阶段, 不同阶段是在植物的不同细胞内进行的; 2.生物碱的积累主要在生长活跃的组织如子房、心 皮等; 3.生物碱的储藏主要是在液泡细胞、乳汁管细胞中 进行;因此,不同植物中生物碱存在的部位不同; 4.生物碱在转移阶段往往发生许多甲基化、氧化、 去甲基化等次级结构修饰;
H
O
O
O
O
H
A
B
H
C
D
16
(2)自由基偶连形成:邻-邻偶连、邻-对 偶连、对-对偶连
MeO HO
MeO OH
MeO
MeO
O-P coupling
O H
N Me
MeO O
N Me
MeO O H
MeO O
N Me
HO
N Me
MeO O
17
MeO
MeO
HO
O
O-O coupling
H
O N Me
MeO
环状化合物排除了小分子胺类、非环的多胺 和酰胺
负氧化态包括胺(-3)、氮氧化物(-1)、 酰胺(-3)化合物,但排除了含硝基(+3) 和亚硝基(+1)的化合物。如:马兜铃酸

第九章 生物碱

第九章 生物碱

A 哌啶类(piperidines)生物碱
吲哚里西丁类 (indolizidines) 生物碱
O H N H O
喹诺里西丁类 (quinolizidines) 生物碱
O N
苦参碱
N
一叶萩碱
三、 来源于邻氨基苯甲酸的生物碱
四、 来源于苯丙氨酸和酪氨酸的生物碱
B 四氢异喹啉类(tetrahydroisoquinolines)生物碱
2.电子效应
(1) 诱导效应
• 吸电子诱导效应:
• 生物碱分子中氮原子上连接吸电基,则降 低氮原子的电荷密度,碱性减弱; 芳环、酰基、醚基、双键、羟基等
H3C H3C
• 吸电基基团: •
H3CO NH H3CO OH
佩落碱
CH3
C 苄基四氢异喹啉类生物碱 (benzyltetrahydroisoquinolines)
D 苯乙基四氢异喹啉类 (phenethyltetrahydroisoquinolines)生物碱
五、 来源于色氨酸的生物碱
简单β –卡波林碱类 simple β-carbolines
1、脂溶性生物碱(绝大多数仲胺和叔胺生物碱)
溶于有机溶剂,如甲醇、乙醇、丙酮、乙醚、 苯和卤代烷类(CH2CI2 CHCI3 CCI4 ) 等,不溶于 碱水中; 生物碱盐一般多易溶于水,无机酸盐的 水溶性 大于有机酸的盐类;
2、水溶性生物碱:(季铵型生物碱和氮氧化物的
生物碱)可溶水,难溶于亲脂性有机溶剂。 3、液体生物碱易溶于水, 4、苷类生物碱多数水溶性较大 5、两性生物碱:(含有酚羟基和羧基的生物碱) 既可溶于酸水,又可溶于苛性碱溶液。 6、含内酯结构的生物碱:遇碱开环,加酸环合;
OH AcO OMe HO OMe R2 AcO N R1 MeO OMe OAc R3 N OH

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O
O
黄嘌啉
O
HN
NH
H 3C N N
CH3
N H
N
咖啡因
O N CH3 N
五、其它类生物碱 (四)萜类衍生物:
单萜类生物碱:猕猴桃碱、龙胆碱(龙胆科) 倍半萜类生物碱:石斛碱(石斛) 二萜类生物碱:乌头碱(乌头、附子) 三萜类生物碱:少
五、其它类生物碱 (五)甾体类生物碱:
百合科植物多含此类生物碱,如贝母碱(贝母)
二、吡啶类生物碱
(一)哌啶和吡啶类:
哌啶
N H
毒芹碱
N H CH3
吡啶
N
N
N CH3
烟碱(烟草)
COOCH3
槟榔碱(槟榔)
N CH3
二、吡啶类生物碱
(二)吲哚里西啶类:
O
N
H
吲哚里西啶
O
N
一叶萩碱
二、吡啶类生物碱
(二)喹喏里西啶类:
O N
N
苦参碱
N
喹喏里西啶
O
N
氧化苦参碱
N O
三、 莨菪烷类生物碱
主要分布于植物界
特别是高等植物的双子叶植物
如:毛茛科、防己科、罂粟科、茄科等
单子叶植物中较少
如:百合科、石蒜科等
裸子植物和低等植物中个别存在
二、生物碱的存在方式
多以生物碱盐存在
多与有机酸成盐
少数与无机酸成盐
有游离生物碱
少以酯、苷、氮氧化物存在
第二节 结构和分类
四、异喹啉类生物碱
(五)吗啡烷型
CH3 R N
C H3 N
O MeO OH OMe
吗啡烷
青藤碱

天然药物化学课件 第九章 生物碱

天然药物化学课件 第九章 生物碱
• 裸子植物中,在紫杉科红豆杉属
(Taxus),松柏科松属(Pinus),云杉属 (Picia),油杉属(ketelearia)三尖杉 科三尖杉属(Cephalotaxus),麻黄科麻 黄属(Ephedra)等属植物中
(3)越是结构特殊的生物碱,分布的类群越窄
三、存在形式
• 多呈碱性,绝大多数以盐的形式存在 • 有机酸盐(草酸盐、柠檬酸盐、酒食酸
O OH
O OH
N
OH
冉特可林酮
NH2
邻氨基苯甲酸
四)来源于苯丙氨酸和酪氨酸的生物碱:
苯丙胺类
HO Ph H
CH3
H NHCH3
麻黄碱(Ephedrine)
四氢异喹啉类
CH3O
NH CH3O
OH CH3
哌劳亭(Pellotine)
苄基四氢异喹啉类
化学分类:按骨架分为15类,主要7类
苄基四氢异喹啉类:eg.厚朴碱 阿朴菲类: eg.千金藤碱 双苄基四氢异喹啉类:eg.粉防己碱 吗啡烷类: eg.吗啡碱
一、 性状
• 多数为结晶性固体,少数为非晶形粉末, 个别为液体, eg.烟碱,毒芹碱,槟榔碱
• 多具苦味,少数呈辛辣味,成盐后较游离 者味更大
• 一般无色或白色,少数有色, eg.小檗碱, 一叶萩碱,蛇根碱
• 液体生物碱及个别小分子固体生物碱具挥 发性,可用水蒸汽蒸馏提取, eg.烟碱,麻 黄碱;个别生物碱具升华性, eg.咖啡因
二、C-N键的裂解
• 1 内酰胺开环 • 2 Hofmann降解 和 von Braun降解
第九章 生物碱
一、生物碱概述 二、生物碱生物合成的基本原理 三、生物碱的分类、生源关系及其分布
四、生物碱的理化性质 五、生物碱的提取与分离 六、生物碱的结构鉴定与测定
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(二)、分离
1、利用生物碱及其盐的溶解度差异进行分离 2、利用生物碱碱性强弱的不同进行分离
3、利用生物碱分子的特殊基团的性质进 行分离。
1、某中药材中主要含有生物碱类成分,
且已知在其总碱中含有如下成分:
季铵碱、含有酚羟基的叔胺碱、不含酚
羟基的叔胺碱、脂溶性杂质
现有下列分离流程,试将每种成分可能 出现的部位填入括号中。
6、水溶性生物碱主要指( ) A、伯胺生物碱 B、仲胺生物碱 C、叔胺生物碱 D、两性生物碱 E、季铵生物碱 7、生物碱的味多为( ) A、咸 B、辣 C、苦 D、甜 E、酸
1、有机胺类
结构特点:N原子不结合在环内。
秋水仙碱 (治疗急性痛风,抗肿瘤)
秋水仙
CHOH
麻黄碱
CH
CH3
NHCH3
(镇咳、扩张气管以及缓和鼻粘膜充血等)
卡尔-刘易斯 1988年,汉城奥运会,独揽2块金牌的卡尔-刘易 斯就在比赛中服用了麻黄碱类药品。
去氧麻黄碱(冰毒)
2、吡咯类生物碱
结构特点:吡咯或四氢吡咯的衍生物
N H3 C
COO CH3
喜树碱
水苏碱
(三)、碱性
1、碱性来源
酸碱电子理论:凡是能给出电子的电子供 体为碱;能接受电子的电子受体为酸。生 物碱因分子中N上的孤对电子,能给出电子 或接受质子而显碱性。
N
碱性强弱一般规律
N OH >
+
O N H > NH2
> N > Ar-NH2 > 叔胺 芳胺
季铵
吖啶
O
OMe
山油柑:根、叶、果 及木材入药,能行气 活血、健脾止咳。
N Me
O
山油柑碱 (抗癌)
山油柑
8、吲哚类生物碱
吲哚:苯环和吡咯骈合而成的杂环。
4 5 6 7 3 2
N1 H
吲哚
MeO
N H H H H3OOC
N H OMe O CO OMe OMe OMe
利血平(降压)
萝芙木
长春碱
对恶性淋巴瘤、睾丸肿瘤、绒毛膜癌疗效较好。
仲胺
伯胺
N H
酰胺
(四)、沉淀反应
生物碱沉淀试剂:碘化铋钾 KBiI4 (黄至 桔红色无定形沉淀) 应用:分离纯化、鉴定生物碱。
注意: 1、反应一般在酸性条件下进行; 2、反应前尽可能先将生物碱纯化; 3、沉淀反应需采用3种以上试剂进行。
四、生物碱的提取分离
(一)、提取 1、酸水提取法:使生物碱成盐而溶于水; 2、醇类溶剂提取法:常用甲醇或乙醇; 3、亲脂性有机溶剂提取法:提取游离生物碱 (注意:提取前,加碱把pH值调至碱性)
5、喹啉类生物碱
喹啉:苯环和吡啶骈合而成的杂环
N
喹诺里西啶
喹啉
喜树
喜树碱 (对肠胃道和头颈部癌等有较
好的近期疗效 )
6、异喹啉类生物碱
异喹啉:苯环和吡啶骈合而成的杂环
N
喹啉 异喹啉
MeO N MeO
MeO OMe
罂粟碱 (治疗心绞痛和动脉栓塞等症)
7、吖啶酮类生物碱
吖啶:两个苯环和吡啶骈合而成的杂环。
H N CH3 OCO
CH2 OH C H
莨菪碱(阿托品)
莨菪 用于抢救有机磷农药中毒。
古柯碱(可卡因)
(用于各种手术的局部麻醉)
Coca
古柯碱(可卡因)
古柯碱,又名可卡因,是一种天然的中枢神经兴奋剂,从1985 年起成为了世界性主要毒品(出现了纯古柯碱),使吸食者于 几秒钟至几分钟后产生兴奋感、激动。毒性较大,小剂量时能 兴奋大脑皮层,产生欣快感;大剂量兴奋转为抑制。可出现中 枢性呼吸抑制,并抑制心肌而引起心力衰竭。 人类发现的第一种具有局麻作用的天然生物碱,为长效酯类局 麻药。用于各种手术的局部麻醉, 常用于口、鼻、咽、耳、 尿道等手术麻醉。
小檗碱(黄连素)
贝母碱
4、颜色
多数呈无色,少数有颜色。
小檗碱 (黄色)
(二)、溶解性
1 、大多数伯胺、仲胺和叔胺生物碱的游 离碱具亲脂性; 2 、季铵生物碱和大多数生物碱盐具亲水 性;
N H3 C
COO CH3
水苏碱
3、两性生物碱 (具酚ห้องสมุดไป่ตู้基或羧基 ):可溶于 碱水; 4 、含内酯结构的生物碱,溶于碱水,遇酸 又闭环而析出。
COOCH3
N CH3 OH
三、生物碱的理化性质
(一)、性状 1、组成 一般由C、H、O、N四种元素组成,少数 含有Cl、S等。
去氧麻黄碱(冰毒)
2、状态
一般为固体,少数为液体。 (1)液体生物碱一般不含氧元素 (2)液体生物碱可随水蒸气蒸馏 (3)固体一般为结晶形,有些为 无定形粉末
3、味道:多具苦味,有些极苦;
吡咯
四氢吡咯
吡咯里西啶 (很多对动物和人类 有严重的毒性作用)
益母草
N H3 C
COO CH3
水苏碱
(活血调经,利尿消肿) 每片含盐酸水苏碱15毫克
3、吡啶类生物碱
结构特点:吡啶或六氢吡啶的衍生物
喹诺里西啶
吡啶
六氢吡啶
槟榔碱
(治疗青光眼和驱绦虫药)
4、莨菪类生物碱
结构特点:吡咯和吡啶骈合而成的杂环
第九章
生物碱(alkaloids)
鸦片
吗啡(镇痛)
主要内容
概述
生物碱的分类 理化性质 提取分离
一、概述
1、定义 指天然存在的一类含氮有机化合物, 大多具有氮杂环结构且氮原子在杂环内, 并具有生理活性和碱性。
N H3 C
COO CH3
水苏碱
广义认为:除去生物体必须的含氮化 合物,如氨基酸、多肽、蛋白质、B族维 生素等以外的所有含氮有机化合物。
(?)
(?)
(?)
(?)
1、分离碱性强弱不同的混和生物碱 一般常采用( )。 A.溶剂极性梯度萃取法 B.分步结晶法 C.酸水提取碱沉淀法 D. pH梯度萃取法 2、进行生物碱沉淀反应一般需要在 ( )进行。 A、酸性水溶液中 B、酸性乙醇溶液中 C、碱性水溶液中 D、有机溶剂中
3、下列生物碱碱性最强的是( ) A、季铵碱 B、叔胺碱 C、仲胺碱 D.伯胺碱 E、酰胺碱 4、碱性最弱的生物碱是( ) A、季铵碱 B、叔胺碱 C、仲胺碱 D、伯胺碱 E、酰胺碱 5、溶解脂溶性生物碱的最好溶剂是( ) A、乙醚 B、甲醇 C、乙醇 D、氯仿 E、水
Serine (Ser, S)
2、胺的分类和命名
NH2 氨基
NH 亚氨基
N 次氨基
3、生物碱的生物合成
合成前体:氨基酸、甲戊二羟酸和乙酸酯。
常见氨基酸有鸟氨酸、赖氨酸、苯丙氨酸、 酪氨酸、色氨酸、邻氨基苯甲酸、组氨酸等。
N H H3 C
N N
O
色氨酸
吴茱萸碱
7
吴茱萸
三、生物碱的分类
按母核类型分类
长春花
全草入药可止痛、消炎、安眠、通便及利尿等。 全株具毒性需斟酌注意。
9、咪唑类生物碱
咪唑
毛果芸香碱 (用于治疗青光眼)
10、喹唑酮类生物碱
喹唑酮
常山
傅丰永(1914-1979)
常山碱(抗疟)
傅丰永(1914-1979) 傅丰永,中国天然药物化学研究的开拓者之一。早 在40年代,从常山首次分离得到抗疟有效成分常山 碱甲、乙、丙等。1954年,成功地研究出从蛔蒿提 取山道年的生产工艺,并被厂家采用。此外,他们 以海南岛引种的催吐萝芙木根(含多种吲哚类生物 碱)为原料,研究出提取利血平的生产工艺,并被 药厂采用。

A.分子中有N原子 B.N原子多在环外 C.具有碱性 D.显著而特殊的生物活性
2、指出下列生物碱各属于那种类型
OCH3 N
CH3O HO
O
CH3 OH CH2OH
HN
N O
+ CH3 N CH3
O N H O N H
HO
O N N
HO O N H
N+
COO
_
CH 2CH=C(CH 3)2
H 3C N HO
11、嘌呤类生物碱
N N N H
嘌呤
N
咖啡
咖啡因 (治疗神经衰弱和昏迷复苏。)
可可
12、萜类生物碱
乌头碱(缓解癌痛)
口服0.2mg即可中毒,3-5mg可致死
云南白药承认含有 乌头碱成分。
中药(含乌头碱):绝不可用冷水煎服,泡 酒饮用,而需要用开水久煎方能解其毒。
1、生物碱不具有的特点是(
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