生物碱

这是一篇关于生物碱的思维导图，主要内容有概述、理化性质、检识、提取与分离、分类、生物碱在植物体中的存在形式等。

生物碱

• 概述
  • 定义
    • 多数认为：生物碱是来源于植物界的含氮有机物（N多在环内），有生理活性和碱性，能与酸成盐
    • 广义认为：生物界中所有的含氮有机物（除去生物体必须的含氮有机物（生物的一级代谢产物），如氨基酸，多肽，蛋白质，b族维生素）
  • 分布
    • 积累
      • 主要在生长活跃的组织如子房，心皮等
    • 储存
      • 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部位不同。
    • 转移
      • 往往发生许多甲基化，氧化，去甲基化等次级结构修饰
  • 生理活性（广泛）
    • 镇痛作用的吗啡，延胡索乙素 解痉作用的阿托品 抗菌抗炎作用的小檗碱 降压作用的利血平 止咳平喘作用的麻黄碱 抗疟作用的奎宁 抗癌作用的喜树碱，紫杉醇，长树新碱，秋水仙碱
  • 生物合成
• 理化性质
  • 性状
    • 形态：多数为结晶固体（有些为无定形粉末）少数为液体（无氧原子，或氧为酯基）（烟碱）个别有挥发性（麻黄碱）升华性（咖啡因）
    • 味道
      • 多数具有苦味如小檗碱，但甜菜碱为甜味。
    • 熔点
      • 有固定熔点（沸点），个别有双熔点
    • 颜色
      • 多数呈无色，少数有颜色（交叉共轭体系的存在）
  • 旋光性
    • 多数具有旋光性（含有手性中心或手性碳），且为左旋。通常左旋体的生理活性比右旋体强
  • 溶解度
    • 常规规律
      • 生物碱盐
        • 溶于水，亲水性溶剂，难溶于亲脂性溶剂
        • 溶解度与成盐的酸有关
          • 无机酸盐>有机酸盐
          • 无机酸中，含氧酸>卤代酸
          • 有机酸中，小分支或多羟基有机酸>大分子有机酸
          • 季铵碱，生物碱的氮氧化物与生物碱相似，具有亲水性
      • 游离生物碱
        • 一般游离仲胺碱和叔胺碱具有亲脂性，溶于有机溶剂，酸水，特别易溶于氯仿，难溶于水
    • 不常规规律
      • 生物碱盐不溶于水（如盐酸小檗碱，草酸麻黄碱），但溶于氯仿（如盐酸奎宁，盐酸罂粟碱）
      • 游离生物碱难溶于有机溶剂，而溶于水（如石蒜碱；吗啡难溶于氯仿，乙醚，可溶于碱水；喜树碱不溶于一般有机溶剂，而溶于酸性氯仿）
      • 两性生物碱（含酚羟基，羟基）中，含酚羟基的溶解度同亲脂性生物碱（吗啡除外），且可溶碱液（隐性酚羟基除外）；含-COOH的因能形成分子内盐，溶解度同亲水性生物碱
  • 碱性
    • 碱性强度标准
      • pKa<2 为极弱碱（酰胺、-CN） pKa2－7 为弱碱（芳杂环、烯胺） pKa7－11 为中强碱（脂肪胺） pKa>11 强碱（季铵）
      • 胍基（有机基团中碱性最强的）>季铵碱>脂肪胺基和脂氮杂环>芳胺和芳氮杂环>多氮同环芳杂环>酰胺基（几乎没有碱性）≈吡咯>二甲酰亚胺基（酸性，因为两个碳氧双键共轭，导致N上的H易电离）
    • 碱性强弱与分子结构的关系
      • N上孤电子对的杂化方式：sp3>sp2>sp，p电子比例越大，活动性越大，易供电子
        • N-烷杂环>脂肪胺>氨>亚胺>吡啶、芳胺>吡咯>腈
      • N在电子云密度的分布
        • 诱导效应
          • 供电基（烷基等）取代，碱性增强
          • 吸电基（芳环，双键，含氧基团等）取代，碱性减弱
          • 仲胺>伯胺>叔胺>氨
          • 具有氮杂缩醛结构的生物碱，因易质子化而显强碱性（N处于稠环桥头除外）
        • 诱导-场效应
          • 当生物碱中不止一个N原子是，各个N的碱度不同。当其中一个N质子化后，产生一个强的吸电基团（N+NR2），对另一个N产生降低碱度的效应，即诱导效应和静电效应。前者通过碳链传递，后者通过空间传递
        • 共轭效应
          • 苯胺型：p-π共轭，碱性减弱
          • 酰胺型：p-π共轭，碱性减弱
          • 烯胺型：p-π共轭，碱性减弱
          • 若由于空间阻碍，使原本应该形成p-π共轭的，无法形成p-π共轭，碱性增强
      • 空间效应
        • N附近取代基的空间立体障碍或分子构象因素，是质子难于接近N，碱性减弱
      • 分子内氢键
        • 当N上孤电子对接受质子形成共轭酸时，如又能与共轭酸上质子形成分子内氢键的基团形成，即增加了共轭酸的稳定性，碱性增强
    • 综合分析影响生物碱碱性因素
      • 共轭效应>诱导效应
      • 空间效应>诱导效应
  • 沉淀反应
    • 定义：大多数生物碱能和某些酸类、重金属盐类及一些复盐反应，生成难溶于水的复盐或分子络合物沉淀。能与生物碱产生沉淀的试剂称为生物碱沉淀试剂。
    • 应用：鉴别（显色剂）、分离纯化（指示剂）、鉴定。
    • 注意；（1）反应一般在酸性水溶液中进行。 （2）沉淀反应需采用3种以上试剂判断阳性结果。 （3）有些非生物碱也会生成沉淀，注意供试品的纯化。 （4）有些生物碱不会生成沉淀，如麻黄碱、咖啡碱。
  • 显色反应
    • 定义：某些生物碱单体与一些浓无机酸为主的试剂 反应，生成不同颜色的反应。
    • 应用：检识和区别个别生物碱。
• 检识
• 提取与分离
• 分类
  • 按植物来源分类
  • 按生源途径分类
  • 按母核类型分类
• 生物碱在植物体中的存在形式
  • 游离碱
    • 植物体内，少数碱性极弱的以游离状态存在，如酰胺类生物 碱秋水仙碱、喜树碱等。
  • 盐类
    • 多数都以盐的形式存在，与生物碱成盐的酸有无机酸如硫酸 、盐酸，有机酸如草酸、柠檬酸、酒石酸、乌头酸、罂粟酸等。
  • N-氧化物
    • 如苦参中苦参碱和氧化苦参碱。
  • 生物碱苷
    • 生物碱和糖缩合生成生物碱苷，如甾类的茄碱。如甾类、吲 哚类、异喹啉类、吡咯里西啶类等。
  • 酯
    • 有些生物碱母核一OH，一COOH和有机酸缩合成酯。如萜类 、莨菪烷类、吲哚类、吡咯里西啶类等。
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• 多数糖生物碱苷都为无定形粉末，这与糖基数量有关，糖基越多，越难产生晶体

提取与分离

• 总生物碱的提取
  • 生物碱盐——水或酸水提取法
    • 酸碱沉淀法
      • 碱化一般用氨水，也可以用NaOH
      • 盐析可以加快沉淀速度
    • 离子交换树脂法
    • 有机溶剂提取法
  • 生物碱盐，游离碱——醇或酸性醇提取法
    • 酸碱处理法
  • 游离碱——有机溶剂提取法
• 生物碱的分离
  • 不同类别生物碱的分离
    • 1，开始为啥时总生物碱的酸水液（盐）？ 酸先与强生物碱反应（强生物碱电离的OH-多），溶液中存在未反应的游离弱生物碱 2，在氯仿萃取后，加入NaOH的原因 将非酚性的弱生物碱盐彻底碱化成碱，便于用氯仿萃取；酚性的生物碱彻底变成盐，便于溶于水 3，还原酚性生物碱的时候用弱酸（NH4Cl或通CO2），因为只还原酚羟基
    • 原理：①生物碱的碱性 ②是否含有酚羟基
    • 雷氏铵盐沉淀法
    • 有机溶液萃取法
    • 离子交换树脂法
  • 生物碱单体的分离
    • 利用生物碱碱性的差异
      • 对于在盐中加碱，弱碱阳离子阳离子先于OH-结合，因为生成的游离弱碱能量更低，更稳定
    • 利用生物碱或生物碱盐溶解度差异分离
    • 利用生物碱特殊官能团分离
      • 酚性生物碱：在碱性下成盐溶于水，可与一般生物碱分离。
      • 内酯或内酰胺生物碱：在碱性溶液中加热皂化开环生成溶于水的羧酸盐而 与其它生物碱分离，加酸后又环合成原生物碱沉淀。如从喜树根中分离喜 树碱。
    • 利用色谱法分离
• 提取分离方法对生物碱结构的影响
  • 溶剂的影响
  • 酸碱的影响
  • 色谱分离的影响
  • 其他影响：空气、日光等氧化的影响
• 检识
  • 理化检识
    • ①形态，颜色，气味等 ②沉淀反应 ③显色反应
  • 色谱检识
    • 薄层色谱
      • 吸附色谱
        • 适用于分离和检识脂溶性生物碱
        • 吸附剂：硅胶，氧化铝
        • 展开剂：亲脂性溶剂为主。一般以氯仿为基本溶剂，根据色谱结果调整展开剂的极性（实验室一般用甲醇）。加入碱性溶剂，分离效果较好
        • 显色：有颜色的直接观察（小檗碱-黄色，苦参碱无色）；有荧光的紫外下观察；多数用改良的碘化铋钾试剂显色（桔红色斑点）
        • 注意：Rf值很小或拖尾或形成复斑，为此常用碱液(0.1-0.5M NaOH)代 替水制板；或使色谱过程在碱性条件下进行（展开剂中加入适量二乙胺、三乙 胺）；或层析槽中放一盛有氨水的小器皿。
      • 分配色谱
        • 适用于极性较大或结构相近生物碱的分离
        • 支持剂：硅胶或纤维素粉
        • 固定相：甲酰胺（脂溶性生物碱）、水（水溶性生物碱）
    • 纸色谱
    • 高效液相色谱
    • 气相色谱
• 阳离子：强酸性 -SO3H；弱酸性 -COOH 阴离子：强碱性 -N(CH3)3X,-N(CH3)2(C2H4OH)X 弱碱性 -NR2,-NHR,-NH2
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