第三章生物堿

第三章生物堿概念生物堿(alkaloids)是天然產(chǎn)的一類含氮的有機(jī)化合物，大多數(shù)具有氮雜環(huán)結(jié)構(gòu)，呈堿性并有較強(qiáng)的生物活性。例外含氮的有機(jī)化合物，如氨基酸、肽類、蛋白質(zhì)和B族維生素等，不屬于生物堿的范圍。氮雜環(huán)結(jié)構(gòu)呈堿性

分布主要分布于植物界，少數(shù)動物體中也有生物堿，如蟾酥堿、麝香吡啶等。存在形式生物堿在植物體中多以有機(jī)酸鹽的形式存在，少數(shù)以無機(jī)酸鹽形式存在，堿性極弱的則以游離形式存在，少數(shù)生物堿以苷類形式存在。

第一節(jié)結(jié)構(gòu)與分類

按生物堿的化學(xué)結(jié)構(gòu)分類

一、有機(jī)胺類生物堿

結(jié)構(gòu)特征：氮原子不結(jié)合在環(huán)狀結(jié)構(gòu)內(nèi)，此類生物堿數(shù)目不多。

麻黃堿按氮原子是否在環(huán)內(nèi)可分為兩大類：有機(jī)胺類和氮雜環(huán)類常見氮雜環(huán)類生物堿基本母核類型吡咯

四氫吡咯

咪唑

吡咯里西啶

吲哚里西啶

吲哚哌啶

吡啶

吡嗪莨菪烷喹喏里西啶

嘌呤類

噻嗪類

丫啶酮類

喹啉

異喹啉

嗎啡烷類

芐基異喹啉原小檗堿型

小檗堿型

二、吡啶類生物堿

此類生物堿有的呈液態(tài)

檳榔堿煙堿不含氧或氧結(jié)合成酯鍵一葉萩堿

苦參堿氧化苦參堿三．莨菪烷類生物堿（托品烷類、顛茄類）莨菪烷莨菪堿（阿托品）東莨菪堿四．異喹啉類生物堿

異喹啉

罌粟堿

小檗堿嗎啡五．吲哚類生物堿

吲哚靛青苷

麥角新堿毒扁豆堿利血平

六．其他類生物堿（一）吡咯類生物堿（二）喹啉類生物堿（三）嘌呤及黃嘌呤類衍生物（四）萜類衍生物（五）甾體類生物堿（六）大環(huán)類生物堿

第二節(jié)理化性質(zhì)

一、性狀

形態(tài)

顏色

味道

大多為結(jié)晶形固體（有些為非結(jié)晶粉末），多由C、H、N、O等組成少數(shù)呈液態(tài)，多為小分子、無O或O呈酯鍵 個別具有揮發(fā)性，如麻黃堿極少數(shù)具有升華性，如咖啡因多數(shù)有苦味，少數(shù)有其他味道，如甜菜堿。絕大多數(shù)為無色或白色，少數(shù)具有較長共軛體系的呈色，如小檗堿、血根堿。二、旋光性具有手性碳原子的生物堿，由于分子不對稱性而具有旋光性，大多為左旋光體。生物堿的生物活性通常左旋強(qiáng)于右旋。

三、堿性（一）生物堿的堿性及堿性強(qiáng)弱的表示方法1．生物堿的堿性2、堿性強(qiáng)弱的表示方法

生物堿分子中含有氮原子，氮原子最外層電子結(jié)構(gòu)中有一對孤對電子，能接受質(zhì)子而顯堿性。可以用酸式離解指數(shù)pKa值表示。pKa值越大，堿性越強(qiáng)。一般pKa＜2為極弱堿，pKa2～7為弱堿，pKa7～12為中強(qiáng)堿，pKa＞12為強(qiáng)堿。

（二）生物堿的堿性強(qiáng)弱與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系1．氮原子的雜化方式2．誘導(dǎo)效應(yīng)3、共軛效應(yīng)4、空間效應(yīng)5、分子內(nèi)氫鍵形成

生物堿的堿性強(qiáng)弱主要取決于分子結(jié)構(gòu)中氮原子的電子云密度，若電子云密度升高，則堿性增強(qiáng)，反之堿性減弱。堿性為sp3＞sp2＞sp；季銨堿因羥基以負(fù)離子形式存在，呈強(qiáng)堿性。氮原子附近有供電子基團(tuán)(如烷基)時，堿性增強(qiáng)；而氮原子附近有吸電子基(如苯基、羰基、雙鍵等)時，則堿性減弱。吸電子共軛效應(yīng)使氮原子上的電子云密度降低，造成堿性減弱。供電子共軛效應(yīng)使堿性增強(qiáng)。如果氮原子周圍的取代基分子較大，對氮原子構(gòu)成屏蔽作用，使氮原子難于接受質(zhì)子，造成堿性降低。四氫異喹啉（SP3pKa9.5）

異喹啉（SP2pKa5.4）

氰類（SP中性）四、溶解性脂溶性生物堿游離堿：易溶于親脂性溶劑，尤其氯仿，可溶于甲醇等，難溶于水。鹽：易溶于水，可溶于甲醇等，不溶于親脂性溶劑。水溶性生物堿季銨型或氮氧化物生物堿：可溶于水，難溶于親脂性溶劑。兩性生物堿：既可溶于酸水，又可溶于苛性堿溶液。具內(nèi)酯或內(nèi)酰胺結(jié)構(gòu)：易溶于熱氫氧化鈉溶液。

五、沉淀反應(yīng)

生物堿沉淀劑：大多數(shù)生物堿在酸水中或稀醇中與某些試劑反應(yīng)，生成難溶于水的復(fù)鹽或配合物（麻黃堿例外）。

常見的生物堿沉淀劑碘化鉍鉀試劑：桔紅色沉淀碘化汞鉀：類白色沉淀碘—碘化鉀：紅棕色沉淀硅鎢酸試劑：淡黃或灰白色沉淀苦味酸試劑：黃色結(jié)晶硫氰酸鉻銨（雷氏銨鹽）：紅色沉淀或結(jié)晶

應(yīng)用：

用于預(yù)試生物堿的存在(作為生物堿分離提取過程中的追蹤指標(biāo))。用于分離純化生物堿（季銨堿的雷氏銨鹽沉淀法）。用于生物堿的鑒定和含量測定（晶型，熔點(diǎn)）。六、顯色反應(yīng)某些試劑能與一些生物堿反應(yīng)生成有顏色的溶液，該類反應(yīng)稱為生物堿顯色反應(yīng)，所使用的化學(xué)試劑稱為生物堿顯色試劑。應(yīng)用：檢識個別生物堿

第三節(jié)提取與分離提取

藥材總生物堿分離

生物堿單體總生物堿同一植物中往往共含有幾個甚至幾十個化學(xué)結(jié)構(gòu)相類似的生物堿。這些生物堿在植物體內(nèi)大多數(shù)與有機(jī)酸或無機(jī)酸結(jié)合成鹽而存在。只有弱堿呈游離狀態(tài)。還有一些是與糖結(jié)合成苷而存在。同一植物體內(nèi)各種形式生物堿的總稱叫作“總生物堿”一、提取水蒸氣蒸餾法：適用于液體生物堿及小分子生物堿（麻黃堿）這些具有揮發(fā)性的生物堿的提取。升華法：具有升華性質(zhì)的生物堿如咖啡因等。溶劑提取法：最常見的方法，適用于多數(shù)生物堿的提?。ㄌ崛⌒逝c前處理、溶劑種類、用量、原料粉碎度、操作溫度、攪拌有關(guān)）方式：溶劑提取法分為浸漬法、滲漉法、煎煮法、回流提取法和連續(xù)回流提取法。其中連續(xù)回流提取法可以反復(fù)利用溶劑，提取較完全，效率高。溶劑提取法溶媒選擇：生物堿在溶劑中的溶解符合“相似相溶”的規(guī)律，生物堿的溶解度與分子中極性基團(tuán)的數(shù)目與溶劑種類有密切關(guān)系；生物堿可與酸成鹽而溶于酸水中，隨后加堿至堿性又可成為游離態(tài)。溶劑提取法生物堿+酸成鹽的公式與表達(dá)（或共軛酸）游離堿：B或ALK1、酸水提取法(生物堿鹽易溶于水)

(一)脂溶性生物堿的提取具有堿性的生物堿在植物體內(nèi)多以鹽的形式而存在，可直接以水作為提取溶劑，而弱堿性生物堿則以不穩(wěn)定的鹽或游離堿的形式存在，為使其在水中溶解，故采用酸水為提取溶劑，使游離堿與酸成鹽而被提取。常用的酸有0.5%—1%的鹽酸、硫酸、醋酸或酒石酸。采用滲漉或浸漬的方法提取，而不用煎煮法。但水提法易染菌，此外含果膠、黏液質(zhì)類成分的水提物難以過濾；并且所得溶液體積較大，濃縮困難，故需配合離子交換樹脂法或有機(jī)溶劑萃取法進(jìn)行處理。所得酸水液可用以下方法處理①離子交換樹脂提取法②有機(jī)溶劑萃取法③沉淀法流程圖：酸水（鹽酸/硫酸/醋酸/酒石酸）浸漬/滲漉/煎煮酸水提取液（鹽）離子交換樹脂法有機(jī)溶劑萃取法沉淀法總生物堿藥材游離生物堿及其鹽一般都能溶于甲醇或乙醇,因此用它們作為生物堿的提取溶劑,應(yīng)用較為普遍，甲醇的沸點(diǎn)比乙醇更低，但甲醇對視神經(jīng)的毒性很大，所以除了實(shí)驗(yàn)室有時用甲醇為生物堿提取溶劑外，一般用乙醇為溶劑。2、醇類溶劑提取法(游離生物堿及鹽均易溶于醇)醇提法對根及根莖類藥材的提取適用，含淀粉較多的塊根類藥材水煎時易使淀粉糊化，影響成分浸出，故選醇提法為宜。但乙醇的防火等級高，一般采用稀乙醇（60%--70%）或酸性乙醇為提取溶劑。醇提法的提取液中除含有生物堿及其鹽外，還含有大量的其它脂溶性雜質(zhì)，還有一些水溶性雜質(zhì)，需進(jìn)一步處理。醇提法具體步驟用乙（甲）醇提?。B漉、浸漬、加熱回流等），減壓回收溶劑，得總生物堿總生物堿用酸水溶解，濾除不溶于水的親脂性雜質(zhì)將酸水液堿化，用氯仿等有機(jī)溶劑萃取得較純的總生物堿醇類溶劑（甲醇、乙醇）滲漉/浸漬/回流醇提取液（游離生物堿及鹽）回收總生物堿酸堿處理較純的總生物堿藥材流程圖：3、親脂性有機(jī)溶劑提取法（游離堿易溶于親脂性有機(jī)溶劑）大多數(shù)游離生物堿都是脂溶性的，因此可采用親脂性有機(jī)溶劑（弱極性），如氯仿、二氯甲烷、苯等提取由于生物堿一般以鹽的形式存在于植物細(xì)胞中，故采用親脂性有機(jī)溶劑提取時，必須先使生物堿鹽轉(zhuǎn)變?yōu)橛坞x堿，即先將藥材粉末用石灰乳、碳酸鈉溶液或稀氨水等堿水濕潤后再用溶劑提取親脂性有機(jī)溶劑提取法提出的總生物堿一般只含有親脂性生物堿，不含水溶性生物堿，這種方法得到的生物堿雜質(zhì)較少，易于進(jìn)一步純化，但溶劑滲入能力較弱，需反復(fù)提取若為了只提取藥材中的弱堿性生物堿，可采用水或有機(jī)酸代替堿水潤濕藥材，再用有機(jī)溶劑提取，可使大部分堿性較強(qiáng)的生物堿不被提取。親脂性有機(jī)溶劑（苯/氯仿）冷浸/回流提取液（游離堿）回收總生物堿藥材(須堿化)流程圖：(二)水溶性生物堿的提取沉淀法：將生物堿的沉淀試劑如硅鎢酸、苦味酸和雷氏銨鹽等加入到含有水溶性生物堿的溶液中，使生物堿沉淀完全，濾出沉淀后再以合適的試劑進(jìn)行分解，最后分離出水溶性生物堿。堿水液酸化至弱酸性酸水液雷氏銨鹽（硫氰酸鉻銨）雷氏銨鹽沉淀（生物堿雷氏鹽）丙酮溶解，過濾丙酮液加硫酸銀飽和水溶液，過濾濾液（生物堿硫酸鹽）加氯化鋇溶液生物堿鹽酸鹽1、雷氏銨鹽沉淀法

流程圖：2、溶劑法堿水液正丁醇萃取水溶液（水溶性雜質(zhì)）有機(jī)溶劑回收水溶性生物堿二、分離生物堿單體的分離方法

1．利用生物堿的堿性差異進(jìn)行分離：常用pH梯度萃取法

2．利用總堿中各生物堿（鹽）溶解度的差異進(jìn)行分離3．利用特殊官能團(tuán)(如酚羥基、內(nèi)酯或內(nèi)酰胺結(jié)構(gòu))進(jìn)行分離4．利用色譜法進(jìn)行分離二、分離

（一）總生物堿的分離(系統(tǒng)分離)分離依據(jù)：生物堿的堿性強(qiáng)弱、酚羥基的有無及溶解性能。分離結(jié)果：將生物堿初步分成弱堿性生物堿、中強(qiáng)堿性生物堿和水溶性生物堿三類。生物堿因堿性不同可分為強(qiáng)堿性的季銨堿（水溶性生物堿）、中強(qiáng)堿（叔胺堿）、弱堿它們的游離堿極性不同，水溶性游離堿（強(qiáng)堿性）極性大，帶特殊官能團(tuán)（酚羥基）的游離堿可溶于堿水（氫氧化鈉溶液）弱堿性游離堿極性較小強(qiáng)酸

弱酸

中性

弱堿

強(qiáng)堿PH2

PH5

PH＞5

PH7

PH9-10PH＞12弱堿性生物堿成鹽游離游離游離中強(qiáng)堿性生物堿成鹽

游離游離強(qiáng)堿性生物堿成鹽成鹽成鹽

游離3、利用溶解度不同進(jìn)行分離利用游離堿的溶解度不同進(jìn)行分離（相似相溶）利用生物堿鹽的溶解度差異進(jìn)行分離：生物堿可和鹽酸、硫酸、苦味酸、氫碘酸等形成鹽，生物堿的這些鹽類在不同溶劑中溶解度不同。如金雞納樹皮中的奎寧、奎尼丁、金雞寧、金雞寧丁，它們與酸生成的鹽溶解度不同。硫酸奎寧、酒石酸金雞寧丁和氫碘酸奎尼丁在水中溶解度較小，金雞寧不溶于乙醚4、利用生物堿特殊功能基的性質(zhì)進(jìn)行分離較為普遍的是酚性生物堿，因它能溶于氫氧化鈉水溶液中而和其他非酚性生物堿分離含羧基的生物堿則可用碳酸氫鈉水溶液萃取來分離具有內(nèi)酯或內(nèi)酰胺結(jié)構(gòu)的生物堿則可用加堿加熱開環(huán)溶于水，加酸環(huán)合析出的性質(zhì)與其他生物堿分離喜樹堿的分離：此類生物堿的堿性很弱，分子中有內(nèi)酯結(jié)構(gòu)，當(dāng)與稀氫氧化鈉溶液共同加熱時，內(nèi)酯開環(huán)生成鈉鹽而溶于水中，加酸于水中則復(fù)環(huán)析出一、理化鑒定二、生物堿的色譜檢識方法TLC法(主要為吸附原理)PC法(分配原理)HPLC法(主要為反相分配色譜)GC法(主要用于揮發(fā)性生物堿)常用的顯色劑：改良碘化鉍鉀，對大多數(shù)生物堿顯橘紅色。第四節(jié)鑒定實(shí)例

麻黃為麻黃科植物草麻黃、木賊麻黃和中麻黃的