生物碱 理化性质、提取分离、结构鉴定

这是一个关于生物碱 理化性质、提取分离、结构鉴定的思维导图，生物碱多数为结晶状固体，具有旋光性，并且有一定的熔点。

生物碱

• 理化性质
  • 一般性质
    • 形态：多为结晶固体，少为粉末；有熔点。少数常温下为液体（多不含氧，若含多成酯键）
    • 颜色：多为无色或白色，少数有色
      • 小檗碱：黄色，四氢小檗碱：无色；一叶萩碱：黄色，成盐后无色
    • 味觉：多具苦味
    • 挥发性：多无挥发性，少数具挥发性
    • 旋光性：多为左旋光性。 • 有的产生变旋现象。 • 如：菸碱 中性溶液——左旋光性。酸性溶液——右旋光性 • 多数左旋体呈显著生理活性。
    • 溶解度
      • 游离碱：少数酚性碱，由于各种原因而导致不溶碱水中。如去甲基粉防己碱，由于空间位阻且能形成分子间氢键而不溶于碱水。非酚性生物碱不溶于碱水，所以提取的时候在氯仿层。
      • 成盐Alk： • 多易溶于水，不溶或难溶有机溶剂。亲水性生物碱通常指季铵生物碱和具有N→O配位键的生物碱 • 含氧酸盐的水溶性往往较大。 • 与大分子有机酸所形成的盐水溶性差 • 与小分子有机酸或无机酸成盐水溶性较好
  • 碱性
    • 碱性的来源
    • 碱性强弱的表示方法
      • pKa越大，共轭酸的电离程度越小，氮原子与H+的结合能力越强，即碱性越强
    • 影响碱性强弱的因素（PPT上的具体例子！）
      • 杂化方式
        • sp3>sp2>sp1
          • 季铵（比如小檗碱）>仲胺>伯胺>叔胺>芳胺>酰胺；胍基>季铵碱>脂肪（杂）胺>芳香（杂）胺>酰胺
      • 电子效应：电子云密度增大，接受质子的能力越强，则碱性越强
        • 诱导效应：连接供电基团则使碱性增强
        • 诱导效应：氮原子附近若有吸电基团（如苯基、羟基、羰基、酯基、醚键、酰基、双键），碱性减弱
          • 可卡因与托哌可卡因
        • 共轭效应：氮原子孤电子对处于p-π共轭体系时，碱性减弱。常见的p-π共轭效应主要有苯胺型、烯胺型和酰胺型。胍>脒>咪唑>吡啶>吡咯、吲哚
        • 诱导—场效应：碱性降低
      • 空间效应：位阻
        • 叔胺分子——碱性降低 但如：苦参碱——使碱性增强 一般来说，当诱导效应和空间效应同时存在时，空间效应对碱度的影响较大；当诱导效应和共轭效应同时存在时，共轭效应对碱度的影响较大。
      • 分子内氢键
        • 若能形成稳定的分子内氢键，可使碱性增强。 （指成盐时接受的质子能形成稳定的分子内氢键）
          • 伪麻黄碱碱性大于麻黄碱
      • 分子内互变异构：氮杂缩酮，质子化形成季铵碱
        • 互变异构的条件： ①环叔胺分子，氮原子的α、β位有双键； ②环叔胺分子，氮原子的α位有-OH； ③处于稠环桥头的N，不能异构化
  • 成盐（Alk成盐的机理）
    • 生物碱与酸成盐，对质子化来说，仲胺、叔胺生物碱成盐时，质子多结合于氮原子 季铵碱、氮杂缩醛、烯胺以及具有涉及氮原子的跨环效应形式存在的生物碱，质子化则往往并非发生在氮原子上
    • 季铵碱的成盐
    • 含氮杂缩醛Alk的成盐
    • 具有烯胺结构Alk的成盐
      • Alk质子化多在β-C上，而非氮原子
      • 稠环桥头N原子不能形成亚胺形式的盐
        • 新士的宁、阿马林碱
    • 涉及氮原子跨环效应Alk的成盐
      • N原子孤电子对空间上靠近酮基时，则产生跨环效应
  • 涉及氮原子的氧化
    • 氧化成亚胺及其盐类
    • N-去烷基化（去N-甲基、 N-乙基等）
    • 酰胺化
    • 氮杂缩醛的形成
  • 沉淀反应
    • 用途： • 鉴别——试管、 TLC或PPC显色剂； • 提取分离——检查是否提取完全。
    • 常规提取方法（排除水溶性成分的干扰）
    • 沉淀试剂
      • 金属盐类 • 碘-碘化钾（Wagner） KI-I2 棕褐色沉淀 • 碘化铋钾（Dragendoff） BiI3×KI 红棕色沉淀 • 碘化汞钾（Mayer试剂） HgI2×2KI 类白色沉淀；若加过量试剂，沉淀又被溶解 • 氯化金(3%)（Suric chloride） HAuCl4 黄色晶形沉淀
      • 酸类——硅钨酸(Bertrand试剂)SiO2×12WO3 乳白色
      • 酚酸类——苦味酸(Hager试剂) 2,4,6-三硝基苯酚 黄色
      • 复盐——雷氏铵盐(Ammoniumreineckate) 硫氰酸铬铵试剂，生 成难溶性复盐 紫红色
    • 反应原理：生成更大多分子复盐和络盐
    • 沉淀反应条件
      • （1）通常在酸性水溶液中生物碱成盐状态下进行；（若在碱性条件下则试剂本身将产生沉淀） （2）在稀醇或脂溶性溶液中时，含水量>50%；（当醇含量>50%时可使沉淀溶解） （3）沉淀试剂不易加入多量。（如：过量的碘化汞钾可使产生的沉淀溶解）
    • 结果的判断
      • （1）鉴别时每种Alk需采用三种以上沉淀试剂：沉淀试剂对各种Alk的灵敏度不同 （2）直接对中药酸提液进行沉淀反应，则 阳性结果——不能判定Alk的存在 阴性结果可判断无Alk存在 （3）氨基酸、蛋白质、多糖、鞣质等 + 沉淀试剂——沉淀
  • 显色反应
    • Labat反应 • 5%没食子酸的醇溶液 • 具有亚甲二氧基结构呈翠绿色
    • Vitali反应 • 发烟硝酸和苛性碱醇溶液 • 结构中有苄氢存在则呈阳性反应 • 深紫—暗红—最后颜色消失
• 提取分离
  • 提取
    • 酸水提取法（离子交换树脂法、沉淀法），冷提法（渗漉法、冷浸法）
      • 酸性水——0.1% ~ 1%H2SO4、HCl、HOAc等。生物碱及其盐类易溶于甲醇、乙醇等，故常以甲醇或乙醇作为提取溶剂，采用回流法、浸渍法或渗漉法提取。多数游离生物碱都是亲脂性的，故可用亲脂性有机溶剂如三氯甲烷、二氯甲烷、甲苯等提取。
      • 酸水提取缺点较多，采用解决方法：
        • 离子交换树脂法：阳离子交换树脂
        • 沉淀法
          • 酸提碱沉法：适用于碱性弱的生物碱
          • 盐析法：适用中等弱碱
          • 雷氏铵盐沉淀法NH4[Cr(NH3)2(SCN)4]：适用于季铵碱
    • 醇类溶剂提取法
    • 与水不相混溶的有机溶剂提取法
    • 若将中药中所含生物碱盐和游离生物碱都提取出来，应选用的溶剂是甲醇/乙醇；从苦参总碱中分离苦参碱和氧化苦参碱是利用二者在乙醚中溶解度不同；在除去脂溶性生物碱的碱水中，提取水溶性生物碱宜用正丁醇直接从碱水中提取。
  • 分离
    • 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
    • Alk碱性不同——pH梯度萃取法
      • 确定pH值的方法：缓冲纸色谱（Rf值小的碱性大）、利用pKa值来确定pH值（pH=pKa+2）。混合生物碱酸水液，用PH梯度法萃取分离时，溶液PH应该由低到高逐渐递增。pH梯度萃取法从氯仿中分离生物碱时，可顺次从8-3缓冲液中萃取（pH从高到低）
      • 判断分离的难易程度——萃取次数
    • 色谱法 • （1）吸附剂：柱色谱法常用氧化铝（偶用硅胶）； • （2）展开剂：游离Alk常以苯、乙醚、氯仿等溶剂洗脱； • （3）化合物极性判断： ①相似结构：双键多、含氧官能团多——则极性大 ②在含氧官能团中：
  • 提取分离实例：长春碱与长春新碱
• 结构鉴定
  • 色谱法：测定理化常数（如：熔点），与文献报道的数据进行对照，与对 照品共薄层，测定其衍生物的理化数据等。 • 1.薄层色谱法 • 2.纸色谱法
  • 谱学法
    • UV——反映分子中所含共轭系统情况； IR——利用特征吸收峰，鉴定结构中主要官能团； NMR——各种技术图谱测定结构； MS——依据文献，结合主要生物碱类型的质谱特征进行解析。
  • 生物碱MS的一般规律
    • 难于裂解或由取代基或侧链的裂解产生特征离子
      • 特点： M+或M+-1多为基峰或强峰。一般观察不到由骨架裂解产生的特征离子。 主要包括两大类： ①芳香体系组成分子的整体或主体结构；如喹啉类、吖啶酮类等 ②具有环系多、分子结构紧密的生物碱；如苦参碱类、秋水仙碱类等
    • 主要裂解受氮原子支配
      • • 主要裂解方式是以氮原子为中心的α-裂解，且多涉及骨架的裂解。 • 特征：基峰或强峰多是含氮的基团或部分。 • 主要类型生物碱：金鸡宁类、甾体生物碱类等
    • 主要由RDA裂解产生的特征离子
      • • 特点：裂解后产生一对强的互补离子，由此可确定环上取代基的性质和数目。 • 主要有：四氢原小檗碱类、无N-烷基取代的阿朴菲类等。 • 四氢原小檗碱类型的生物碱，主要从Ｃ环裂解，发生逆DielsAlder反应(RDA反应)。如：轮环藤酚碱（cyclanoline）的裂解过程表示如下：
    • 主要由苄基裂解产生特征离子
      • • 特点：同3。即裂解后产生一对强的互补离子 • 如：苄基四氢异喹啉类、双苄基四氢异喹啉类等。 • 如：异喹啉类型中的1-苯甲基-四氢异喹啉类型的生物碱，其在裂解过程中易失去苯甲基，得到以四氢异喹啉碎片为主的强谱线