1、第四章（5）生物碱类化学成分的提取分离技术（Alkaloids）生物碱类化学成分的提取分离技术n生物碱概述n生物碱的提取与分离n应用实例第一节：生物碱概述n一、生物碱的物理化学性质简介一、生物碱的物理化学性质简介n1.1.生物碱的含义及存在形式生物碱的含义及存在形式n含义：含义：生物碱是存在于生物界的一类生物碱是存在于生物界的一类含氮有机含氮有机化合物化合物，多数具有复杂的，多数具有复杂的氮杂环结构氮杂环结构，大多，大多氮原子在环内，具有碱性和显著的生物活性。氮原子在环内，具有碱性和显著的生物活性。生物碱的存在形式n多数以盐的形式存在（以有机酸盐为主，多数以盐的形式存在（以有机酸盐为主，少数为
2、无机酸盐）；少数为无机酸盐）；n少数以游离形式存在（主要是一些碱性少数以游离形式存在（主要是一些碱性极弱的生物碱，如酰胺类生物碱）；极弱的生物碱，如酰胺类生物碱）；n 其他尚有以酯、苷及其他尚有以酯、苷及NO化合物的形化合物的形式存在（乌头碱、氧化苦参碱）式存在（乌头碱、氧化苦参碱）生物碱的分布特点n在植物的各部位都有分布，但多集中在某一在植物的各部位都有分布，但多集中在某一器官。器官。n植物体内生物碱的含量差别很大，但一般都植物体内生物碱的含量差别很大，但一般都较低（较低（1%以下），通常把含量在以下），通常把含量在0。01%的的植物称为生物碱植物。植物称为生物碱植物。n同一植物体内的生物碱
3、，往往是多种生物碱同一植物体内的生物碱，往往是多种生物碱共存，而且母核结构相似。共存，而且母核结构相似。2.理化性质（1）性状）性状 形态：多呈结晶状态，有一定熔点；形态：多呈结晶状态，有一定熔点；n有的呈液态（小分子、无氧或氧呈酯键有的呈液态（小分子、无氧或氧呈酯键-菸碱、槟榔菸碱、槟榔碱）。碱）。n个别小分子固体生物碱有挥发性个别小分子固体生物碱有挥发性-麻黄碱麻黄碱。n升华性升华性-咖啡因咖啡因、川、川 嗪嗪n颜色：大多无色。颜色：大多无色。小檗碱呈黄色、具黄绿色荧小檗碱呈黄色、具黄绿色荧光；血根碱呈红色（共轭体系）。光；血根碱呈红色（共轭体系）。n气味：苦。气味：苦。个别具甜味（甜菜碱
4、）。个别具甜味（甜菜碱）。n旋光性：大多有旋光（不对称碳原子或不对称旋光性：大多有旋光（不对称碳原子或不对称中心），且多呈左旋性。中心），且多呈左旋性。（2）溶解性 n游离游离 水水 酸水酸水 碱水、甲（乙）醇、碱水、甲（乙）醇、苯苯/乙醚乙醚/CHCL3、CCL4 /石油醚石油醚 亲脂性生物碱:-+-+（+）+亲水性生物碱:+-n季铵碱、离子型季铵碱、离子型 n含含N O配位键配位键 氧化苦参碱氧化苦参碱n小分子或液体生物碱小分子或液体生物碱 菸碱、麻黄碱、苦参碱菸碱、麻黄碱、苦参碱n酰胺类生物碱酰胺类生物碱-秋水仙碱、咖啡碱秋水仙碱、咖啡碱n两性生物碱两性生物碱:含酚羟基（吗啡、青藤碱）含
5、酚羟基（吗啡、青藤碱）NaOH+；隐性酚羟基（汉防己乙素）隐性酚羟基（汉防己乙素）NaOH -,具脂溶具脂溶性生物碱通性；性生物碱通性；羧基生物碱（槟榔次碱）羧基生物碱（槟榔次碱）NaHCO3+n内酯型生物碱内酯型生物碱(喜树碱喜树碱)：热热NaOH（碱水解、（碱水解、皂化）皂化）n内酰胺生物碱（苦参碱）：内酰胺生物碱（苦参碱）：碱水解碱水解盐（离子型、极性大）：盐（离子型、极性大）：水水 酸水酸水 碱水、碱水、甲（乙）醇、甲（乙）醇、苯苯/乙醚乙醚/CHCL3、CCL4 /石油醚石油醚 +-+-n在水中的溶解度与酸有关：n无机酸盐的水溶度大于有机酸盐的水溶度。n无机酸盐中，含氧酸盐的水溶度大
6、于卤代酸盐。n卤代酸盐中，盐酸盐的水溶度最大，氢碘酸盐的水溶度最小。n有机酸盐中，小分子有机酸盐的水溶度大于大分子有机酸盐（沉淀）。n多元有机酸盐的水溶度大于一元有机酸盐。注意：有些生物碱或盐不符合上述规律n1.生物碱盐不溶于水（小檗碱盐酸盐、麻黄碱草酸盐），而能溶于氯仿（盐酸奎宁）。n2.游离生物碱难溶于有机溶剂而溶于水（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）。n3.碱性极弱的生物碱（酰胺类生物碱）和酸生成的盐不稳定，其酸水溶液用氯仿萃取时,生物碱可转溶于氯仿而被分离。n应用：可用于生物碱的提取和分离。n注：+示易溶；+示可溶-示不溶或难溶。n
7、碱性碱性 7 1S2 2S2 2P3 来源 N：H+(接受质子或提供电子)碱性强弱的表示方法 pka(碱共轭酸解离 常数的负对数)，其值的大小与碱 性呈正比。pKa=-lgKa，Ka越小（碱的共轭酸 越稳定），pKa越大，碱性越强。影响碱性强弱的因素：影响碱性强弱的因素：1氮原子的杂化方式：氮原子的杂化方式：SP3SP2SPNHNRCN四氢异喹啉（四氢异喹啉（SP3 pKa9.5）异喹啉（异喹啉（SP2 pKa5.4）氰类（氰类（SP 中性中性）电效应电效应2、诱导效应：、诱导效应：供电诱导效应（烷基）：可使氮原子周围电子云密供电诱导效应（烷基）：可使氮原子周围电子云密度增加，碱性增强。度增加
8、，碱性增强。吸电诱导效应（含氧基团，双键，苯环）：电子云吸电诱导效应（含氧基团，双键，苯环）：电子云密度降低，碱性减弱。密度降低，碱性减弱。CHCHCH3OHNHCH3CHCHCH3OHNH2CH2CHCH3NH2 麻黄碱（麻黄碱（pKa9.58）（甲基供电诱导效应）（甲基供电诱导效应）去甲基麻黄碱（去甲基麻黄碱（pKa9.00）（羟基的吸电诱导效应）（羟基的吸电诱导效应）苯异丙胺（苯异丙胺（pKa9.80）（无羟基的吸电作用）（无羟基的吸电作用）3共轭效应：共轭效应：n苯胺型：苯胺型：P共轭，氮原子周围电共轭，氮原子周围电子云密度下降，碱性降低。子云密度下降，碱性降低。n酰胺型：酰胺型：P共
9、轭，氮原子周围电共轭，氮原子周围电子云密度下降，碱性降低。子云密度下降，碱性降低。n胍基型：胍基型：供电基和氮原子上未共享供电基和氮原子上未共享电子对共轭，碱性增强（共轭酸的高度电子对共轭，碱性增强（共轭酸的高度共振稳定性共振稳定性,使共轭酸稳定，使共轭酸稳定，Ka小，则小，则pKa大，碱性强）。大，碱性强）。NH2NH2CNH2NHNH2OOMeOMeMeOMeONHCOCH3OOCHCHCHCHCON 环己胺环己胺（pKa10.64）苯胺苯胺（pKa4.58）胍胍（pKa13.6）秋水仙碱秋水仙碱（酰胺共轭（酰胺共轭 pKa1.84）胡椒碱（酰胺共轭胡椒碱（酰胺共轭 pKa1.42）4.空
10、间效应：阻碍质子靠近氮原子，使空间效应：阻碍质子靠近氮原子，使碱性降低（莨菪碱和东莨菪碱）。碱性降低（莨菪碱和东莨菪碱）。NHCH3OCOCCH2OHHNCH3HOOCOCCH2OHH莨菪碱（莨菪碱（pka9.65）东莨菪碱东莨菪碱（环氧位阻（环氧位阻pka6.20）5、氢键效应：氮原子周围的羟基所处的位置、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，则共有利于生物碱共轭酸分子内氢键形成时，则共轭酸稳定轭酸稳定,碱性增强。碱性增强。NHCH3HC6H52CH3H+OHH1NHCH3HC6H52CH3H+1HOH麻黄碱共轭酸（稳定性差）麻黄碱共轭酸（稳定性差）pKa9
11、.58（碱性弱）（碱性弱）伪麻黄碱共轭酸（稳定）伪麻黄碱共轭酸（稳定）pKa9.74（碱性强）（碱性强）常见生物碱碱性规律：常见生物碱碱性规律：胍胍 季铵碱季铵碱 烷胺类（仲胺，叔胺）烷胺类（仲胺，叔胺）芳胺类（芳杂环）芳胺类（芳杂环）酰胺类酰胺类 （pKa 13.6）小檗碱（小檗碱（11.5）四氢异喹啉（四氢异喹啉（9.5）异喹啉（异喹啉（5.4）（pKa 11 为强碱为强碱（胍、季胺碱）（胍、季胺碱）pKa 7 11 中强碱（脂肪胺类中强碱（脂肪胺类仲胺、叔胺）仲胺、叔胺）pKa 2 7 弱碱弱碱 （芳胺、芳氮杂环）芳胺、芳氮杂环）pKa 山山东（东（6.20）和樟）和樟（无（无 羟基羟基
12、 环氧位阻）环氧位阻）用于莨菪碱和东莨菪碱的分离（用于莨菪碱和东莨菪碱的分离（NaHCO3）。）。用于莨菪碱和东莨菪碱的鉴别，用于莨菪碱和东莨菪碱的鉴别，（和氯化汞加（和氯化汞加热，莨热，莨红色沉淀、东红色沉淀、东白色沉淀）。白色沉淀）。3、与生物碱沉淀试剂产生沉淀。莨与生物碱沉淀试剂产生沉淀。莨、山、东、山、东、樟樟 Vitali反应（莨菪酸特有）：反应（莨菪酸特有）：阳性阳性 阴性阴性 n过碘酸氧化乙酰丙酮缩合反应：过碘酸氧化乙酰丙酮缩合反应：阴性阴性 阳阳性性（羟基莨菪酸特有）（羟基莨菪酸特有）4、极性：东和樟、极性：东和樟山山 莨（阿）莨（阿）水水 可溶可溶 热水易溶热水易溶 难溶难溶
13、 CCL4 难溶难溶 可溶可溶 易溶易溶 n可用于莨菪碱和东莨菪碱的分离（可用于莨菪碱和东莨菪碱的分离（CCl4）注：莨注：莨莨菪碱；阿莨菪碱；阿阿托品；山阿托品；山山莨山莨菪碱；樟菪碱；樟樟柳碱。樟柳碱。NHCH3OCOCCH2OHHNCH3HOOCOCCH2OHHNHCH3OCOCCH2OHHHONHOCH3OCOCCH2OHOH莨菪碱（阿托品）莨菪碱（阿托品）东莨菪碱东莨菪碱 樟柳碱樟柳碱 山莨菪碱山莨菪碱 黄连黄连 黄连生物碱黄连生物碱 小檗碱（黄连素）小檗碱（黄连素）苄基异喹啉类生物碱苄基异喹啉类生物碱（原小檗碱型）（原小檗碱型）性质性质具有明显具有明显抗菌作用抗菌作用1 2 3 4
14、三棵针三棵针 所含化学成分同黄连，所含化学成分同黄连，尚含小檗胺（叔胺碱，尚含小檗胺（叔胺碱，具生物碱的通性）具生物碱的通性）工业提取原料工业提取原料 n1、黄色针晶，无旋光、黄色针晶，无旋光，具黄绿色荧光。，具黄绿色荧光。n2、水溶液呈强碱性、水溶液呈强碱性（季铵碱，（季铵碱，pKa 11.5）n3、与大多数生物碱沉淀试剂呈阳性反应。、与大多数生物碱沉淀试剂呈阳性反应。n在碱性条件下与丙酮加成，生成黄色结晶在碱性条件下与丙酮加成，生成黄色结晶型加成物，有一定熔点。型加成物，有一定熔点。n酸水液加漂白粉（或通氯气），溶液即变酸水液加漂白粉（或通氯气），溶液即变樱红色。樱红色。4、游离小檗碱易溶
15、于热水和热乙醇，难溶、游离小檗碱易溶于热水和热乙醇，难溶于苯，氯仿，丙酮。于苯，氯仿，丙酮。n生物碱盐的水溶度与酸有关：生物碱盐的水溶度与酸有关：n硫酸盐的水溶度较大（硫酸盐的水溶度较大（1：30），可用于），可用于小檗碱提取。小檗碱提取。n盐酸盐的水溶度较小（盐酸盐的水溶度较小（1：500），可用于），可用于小檗碱的沉淀分离。小檗碱的沉淀分离。n大分子的有机酸盐水溶度都很小（黄连与大分子的有机酸盐水溶度都很小（黄连与甘草，黄芩，大黄配伍，在剂改时应注甘草，黄芩，大黄配伍，在剂改时应注意）。意）。NOOMeOMe+OH-NOMeOMeMeO+OHNMeOMeOOMeOMe+NOOOO+小檗碱小
16、檗碱 药根碱药根碱 巴马丁巴马丁 黄连碱黄连碱 NHH3COHOMeOMeNHOMeOOCH3小檗胺（叔胺碱）小檗胺（叔胺碱）苦参苦参 苦参生物碱苦参生物碱 苦参碱苦参碱、氧化苦参碱、氧化苦参碱 喹喏里西啶（双稠哌啶）喹喏里西啶（双稠哌啶）性性 质质消肿利尿消肿利尿抗肿瘤抗肿瘤 碱水解碱水解（内酰胺）（内酰胺）S水水 小小 大大S乙醚乙醚 溶溶 不溶不溶 （可用于二者的分离）（可用于二者的分离）叔胺碱（中强碱，叔胺碱（中强碱，16N呈酰胺状态，几无碱性）呈酰胺状态，几无碱性）具生物碱的通性（溶解性，沉淀反应）具生物碱的通性（溶解性，沉淀反应）NNONONO苦参碱苦参碱 氧化苦参碱氧化苦参碱 极
17、性：苦参碱极性：苦参碱 氧化苦参碱（氧化苦参碱（N O半极性配位键）半极性配位键）延胡索延胡索 生物碱生物碱 延胡索乙素（延胡索乙素（dl四氢巴马丁、外消旋体）四氢巴马丁、外消旋体）原小檗碱型生物碱原小檗碱型生物碱（异喹啉类）（异喹啉类）非酚性叔胺碱，具生物碱的通性非酚性叔胺碱，具生物碱的通性黄藤（掌叶防己碱黄藤（掌叶防己碱巴马丁，季铵碱）巴马丁，季铵碱）华千金藤（华千金藤（l四氢巴马丁，习称颅通定）四氢巴马丁，习称颅通定）镇镇 痛痛提取制备原料提取制备原料 MeOMeONOMeOMeNMeOMeOOMeOMe+延胡索乙素（四氢巴马丁）延胡索乙素（四氢巴马丁）掌叶防己碱（巴马丁）掌叶防己碱（巴
18、马丁）乌头乌头乌头生物碱（萜类生物碱）乌头生物碱（萜类生物碱）乌头碱乌头碱（双酯型生物碱）（双酯型生物碱）乌头原碱乌头原碱（醇胺型）（醇胺型）麻辣味，亲脂性强，麻辣味，亲脂性强，毒性很强，人口服毒性很强，人口服4mg即致死即致死 镇痛，麻醉，镇痛，麻醉，消炎，降压消炎，降压 加热（加热（100C,1kg/cm2,40min）水解）水解,除去乙酸，苯除去乙酸，苯甲酸甲酸（酯碱水解（酯碱水解乌头、乌头、附子的炮制原理）附子的炮制原理）亲水性较强，毒性降低亲水性较强，毒性降低 镇痛，消炎作用镇痛，消炎作用 OMeOMeHOH5C2OHH3COCH2NOCOOCOCH3OHOMeOMeOMeOMeHO
19、H5C2OHH3COCH2NOOHCOOH乌头碱乌头碱 乌头次碱乌头次碱 加热加热 OMeOMeOMeHOH5C2OHH3COCH2NOHOHOHNOHHHH12ONRR乌头原碱乌头原碱 马钱子碱马钱子碱 R1=R2=OCH3士的宁士的宁 R1=R2=H马钱子马钱子 马钱子生物碱马钱子生物碱 极强毒性极强毒性 马钱子碱、番木鳖碱（士的宁）马钱子碱、番木鳖碱（士的宁）兴奋中枢神经兴奋中枢神经（硝酸盐）（硝酸盐）吲哚类生物碱吲哚类生物碱 生物碱沉淀试剂呈现阳性生物碱沉淀试剂呈现阳性士的宁与浓硫酸，重铬酸钾显蓝士的宁与浓硫酸，重铬酸钾显蓝紫色紫色，马钱子碱无，马钱子碱无 马钱子碱与马钱子碱与浓硝酸显深红色；士的宁呈淡黄色浓硝酸显深红色；士的宁呈淡黄色 无色晶体无色晶体味极苦味极苦 性性 质质叔胺碱（一元碱、中强碱）叔胺碱（一元碱、中强碱）（吲哚氮几无碱性）（吲哚氮几无碱性）具生物碱的通性具生物碱的通性 马钱子硫酸盐的水溶度小马钱子硫酸盐的水溶度小 士的宁盐酸盐的水溶度小士的宁盐酸盐的水溶度小（可作为二者分离的依据（可作为二者分离的依据
