生物碱演示文稿

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,第一节,概述,一、生物碱定义：天然产的含氮有机化合物。,下列除外：,低分子胺类：甲胺、乙胺；氨基酸、氨基糖、肽类、蛋白质、核酸、核苷酸、卟啉类、维生素；,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；,积累和储藏的结果：,(1),同种植物中往往含有多种结构类型相同的生物碱；,(2),同属植物中往往含有多种结构类型相同的生物碱；,(3),同种植物中，生物碱的有无或含量受生长条件与气候等因素的影响；,四、生物碱的存在形式,1.,游离碱,（,1,）酰胺类（,2,）,N,氧化物（,3,）氮杂缩醛（酮）（,4,）亚胺类,(5,）烯胺类（,6,）硫氮杂环（,7,）苷类（,8,）季铵碱（,9,）其它,2.,盐类,有,机酸：草酸、柠檬酸,无,机酸：硫酸、盐酸、硝酸,第二节生物碱生物合成的基本原理,1.Schiff base,的形成,2.Mannish reation,3.,酚氧化偶连（,oxidative coupling of phenols,）,(1),酚自由基的形成,(2),自由基偶连形成：邻邻偶连、邻对偶连、对对偶连,(3),再芳香化,烯醇化,再芳香化,C,C,键迁移,再芳香化,C,C,键裂解,再芳香化,4.,亚胺盐次级环合反应,第三节生物碱的分类、生源及其分布,生物碱分类主要有三种方法：,（,1,）来源分类,（,2,）化学分类,（,3,）生源结合化学分类,一、来源于鸟氨酸的生物碱,二、来源于赖氨酸的生物碱,四、来源于苯丙氨酸,/,酪氨酸的生物碱,(,一,),苯丙胺类,(,二,),四氢异喹啉类,(,三,),苄基四氢异喹啉类,1.,生源,(,四,),苯乙基四氢异喹啉类,(,五,),苄基苯乙胺类,(,六,),吐根碱类,五、来源于色氨酸的生物碱,(,一,)simple indoles,：色胺,(,二,)simple,carbolines,：,harmanine(,三,),半萜吲哚类,(,四,),单萜吲哚类,1.,单萜吲哚类,(1),柯南因士的宁类,(2),白坚木碱类,(3),依波加明碱类,2.,双吲哚类生物碱：由两分子单萜吲哚类经分子间缩合而成。,3.,与单萜吲哚类碱有关的生物碱,(1),阿巴利生类和乌勒因类：与柯南因士的宁类比较，色胺部分少,1,或,2,个碳原子。,(2),喜树碱类：与柯南因士的宁类比较，,C2,C7,键裂解成,B,高,C,去甲体系。,(3),金鸡宁类：与柯南因士的宁类比较，色胺部分成喹啉核结构。,六、来源于萜类的生物碱,（一）单萜类生物碱,（二）倍萜类生物碱,（三）二萜类生物碱,七、来源于甾体的生物碱,(,一,),孕甾烷生物碱（,C21,）,(,二,),环孕甾烷生物碱（,C24,）,（三）,胆甾烷生物碱（,C27,）,1.,胆甾烷类,2.,异胆甾烷类,第四节生物碱的理化性质,一,、物理性质,1,.,组成：,一般由,C,、,H,、,O,、,N,四种元素组成，少数含有,Cl,、,S,等；,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，有些为无定形粉未；,3,.,味道：,多具苦味，有些极苦；,4,.,颜色：,多数呈无色，少数有颜色；,一、物理性质,5,.,熔点：,多数具确定的熔点，少数具双熔点；,6,.,旋光性：,7,.,溶解度：,（,1,）绝大多数仲胺和叔胺生物碱游离碱具亲脂性；,（,2,）绝大多数生物碱盐具亲水性；,（,3,）季铵生物碱具亲水性；,（,4,）具酚羟基、羧基等酸性基因的生物碱具酸碱两性；,（,5,）具内酯基的生物碱，遇碱开环，遇酸又闭环；,（,6,）有些生物碱或生物碱盐具有特殊的溶解性质；,二、生物碱的检识,1.,生物碱的沉淀反应,(1),常见的沉淀剂,碘,化铋钾：,Dragendorff,s reagent,碘,碘化钾试剂,碘,化汞钾试剂,硅,钨酸试剂,(2),沉淀反应应在酸性条件下；,2.,生物碱的显色反应,三、生物碱的化学性质和反应,（一）碱性,1.,碱性的产生及其强度表示,（一）碱性,碱性越强，其,Kb,越大，,PKb,越小，其共轭酸,Pka,越大；即,Pka,越大，碱性越强,；,P,ka12,强碱；,胍,基,季胺碱,脂肪胺基,缺电子芳杂环,(,吡啶,),酰胺基,富电子芳杂环,(,吡咯,),2.,碱性与分子结构的关系,(1),氮原子的杂化度,碱性：,SP,3,SP,2,SP,(2),诱导效应,(a),吸电性基团取代，碱性减弱；,供电性基团取代，碱性增强；,如：二甲胺,(Pka10.70),甲胺,(Pka10.64),氨,(Pka9.75),(b),氮杂缩醛,(,酮,),生物碱的碱性,:,氮原子不处在桥头；强碱性；,氮原子处在桥头；碱性相对较弱；,(3),场效应,:,场效应通过空间直接作用，又称为直接效应。,(4),共轭效应,苯胺型,烯胺型,氮原子不处在桥头；强碱性；,氮原子处在桥头；碱性相对较弱；,酰胺型,(6),分子内氢键,(,二,),成盐,1.,季胺生物碱的成盐,2.,氮杂缩醛,(,酮,),生物碱的成盐,3.,涉及氮原子跨环效应生物碱的成盐,4.,烯胺生物碱的成盐,(,四,)C-N,键的裂解反应,1.Hofmann degration(exhaustive methylation),(1),反应历程,E1(Elimination,单分子消除,),历程：,E2(,双分子消除,),历程,E1CB(EliminationConjugative Base),历程,有下列规律,E1,反应较少发生，主要发生,E2,反应和,E1CB,反应；,若反应产生稳定的苄基或丙烯,-,负碳离子，则发生,E1CB,反应，其余则一般发生,E2,反应,;,升温有利于消除反应；,增加碱的浓度或强度，有利于,E2,消除反应或,SN2,反应；,增加,、,碳上支链，有利于消除反应；,(2)E2,反应的立体化学：,碳上存在,反式共平面氢，有利于发生,E2,反应；,过渡态越稳定，消除速率越快,；,(1),消除方向：,霍夫曼规则,：氢脱氢多,查衣采夫规则,：氢脱氢少,E2,反应：,链状化合物：,霍夫曼规则,环状化合物：,碳上,反式共平面氢越多，则优消去；,碳上,反式共平面氢相等时，,查衣采夫规则,E1CB,反应：有利于形成共轭结构的方向,(5),取代反应,(6),改良的,Hoffmann Degration,2.Emde degration,(1),反应条件：,Hg-Na,或,Na-,液氮或,LAH,等；,(2),裂解优先发生在处于苄基或烯丙基体系的,C-N,键上；,3.Von Braun ternary amine degration,(1),在,N-,烷基取代基中，体积小者易被取代裂除；,(2),若,C-N,键中碳原子处苄基或烯丙基中，则得到断裂该,C-N,键的产物；,(3),若,C-N,键中碳原子处在苯环中，则多不反应；,(4),若,C-N,键中碳原子处在叉链结构中，则该,C-N,键不易裂解；,(5),某些情况下，立体效应影响降解产物和定向；,(6),特例,(7),羟基溶剂对反应产物的影响：,4.,脱氢反应,5.,氧化反应,6.,综合降解,第五节,生物碱的提取分离,一、总生物碱的提取,1.,水或酸水提取,2.,醇或酸性醇提取,3.,有机溶剂提取,4.,水溶性生物碱和季铵碱的提取分离,二、生物碱的分离,1.,各类别生物碱分离,2.,生物碱的系统提取分离模式,3.,生物碱的单离,(1),利用游离生物碱的溶解度不同进行分离,(2),利用生物碱盐类的溶解度不同进行分离,(3),利用生物碱碱性强弱不同进行分离,PH,梯度分离法,混合物溶于稀酸水，逐渐调碱性，分别用,CHCl,3,萃取,PH,由低到高，生物碱碱性由弱到强,混合物溶于,CHCl,3,中，用缓冲液依次萃取,PH,由高到低，生物碱碱性由强到弱,(4),利用生物碱的特殊功能团性质进行分离：,(5),色谱法,硅,胶柱：展开剂中一般加少量二乙胺等碱性试剂；,大,孔树脂,S,ephdex-LH20,各,种加压柱：低压柱、中压柱、制备性,HPLC,等；,第六节,生物碱的结构鉴定与测定,一、光谱法在生物碱的结构鉴定与测定中的应用,(,一,),紫外光谱,(,二,),红外光谱,1.,酮基的吸收,有跨环效应时，酮基吸收在,1660-1690,2.Bohlmann,吸收带,在反式喹诺里西丁环中，凡氮原子邻碳上的氢有二个以上与氮孤电子对呈反式双直立关系者，且氮孤电子不参与共轭时，则在,2800-2700cm,-1,区域有,2,个以上明显的吸收峰,而顺式异构体则此峰极弱。,(1),二个以上与氮孤电子对呈反式双直立氢,(2),氮孤电子不参与共轭,注意点：,(1),在氯仿溶液中测定时，多为二个峰；用,KBr,压片时，多为一簇峰；,(2),含有喹诺里西丁环的生物碱结构类型：,喹诺里西丁类、吐根碱类、吲哚碱类中的柯南因,-,阿马利新类和育亨宾类、异甾碱中原介藜芦碱类和西藜芦碱类,；,(,三,),质谱,1.,难于裂解或由取代基或侧链的裂解产生特征离子,2.,主要裂解受氮原子支配,3.,主要由,RDA,裂解产生特征离子,4.,主要由苄基裂解产生特征离子,(,四,),核磁共振谱,1.,可确定化合物的基本骨架,2.,可确定化合物的立体构型,吲哚类生物碱中最常见生色团中芳香碳的化学位移范围,吲哚类生物碱中最常见生色团中芳香碳的化学位移范围,类型,仲碳,(CH),季碳,(C),10-R,、,11-OMe,吲哚灵,121-126,119-123,、,151-154,、,157-158,11-OMe,吲哚,94-97,、,108-110,、,117-119,121-124,、,135-138,、,155-157,11-OMe,吲哚灵,95-97,、,104-105,122-126,、,153-157,、,160-161,10-OMe,吲哚,100-102,、,110-112,、,111-112,128-130,、,131-133,、,153-155,无取代的,-,甲烯吲哚,109-110,、,120-121,、,127-128,135-139,、,142-144,无取代的氧化吲哚,108-111,、,122-128,132-135,、,140-142,无取代的吲哚灵,106-111,、,117-125,、,127-129,132-137,、,147-153,无取代的吲哚,109-112,、,117-123,127-130,、,135-137,无取代的,2-,酰基吲哚,111-127,、,119-122,、,126-128,128-130,、,136-138,N-,酰基吲哚灵,115-117,、,122-127,、,128-130,131-137,、,141-143,二、生物碱结构测定的实例,紫乌定的结构测定,1.,分子式,:C,30,H,33,O,6,N(HRMS),，不饱和度为,15,2.,取代基的确定：,-NCH3,(,2.44),-OAc,(1730,、,1250cm,-1,2.04),-C6H5COO,(1710,、,1580,、,1280,、,700 cm,-1,7.44,、,7.58,、,7.97(5H,m),=CH2,(1640,、,891,；,4.82,、,4.98(,各,1H,，,S),CO,(1710,、,1690,；,210.8),3.,确定基本骨架,(1),C,型的,C,16,的化学位移比,A,、,B,型的,C,16,的化学位移大,3-7,(2),臭氧化反应,A,、,B,的氧化产物应为六元环酮；而,C,氧化产物应为五元环酮；,两者的羰基的红外吸收有区别：,六元环酮：,1700 cm,-1,五元环酮：,1700 cm,-1,紫乌定的羰基的红外吸收为,1700,(3),6-,酮基，,7-H,示,AB,峰,(,2.27,，,2.25,，,J=12HZ),4.,取代基的定位,(1),双酯的定位：,4.88(d,J=4.5),5.53(6,重峰，,J,1,=4.5,，,J,2,=2.2),(2),6-,酮基的确定：,生源上此类化合和物多具,6-,酮基,4-,甲基明显地移向低场，,6,位无酮基者,4-,甲基多在,1,左右,(3),余下一个氧的安排,IR,只有三个羰基的红外吸收,1730,、,1710,、,1690,碳谱只有一个酮基吸收，,210.4,故将余下一个氧的安排为环醚的形式。,结构修正后的化学和分析工作,1.,双酯的定位：,诱导效应,立体效应,2.,13-,酮基的定位：,