最新天然药物化学教学资料 天然药化9生物碱-2教学课件.ppt
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1、天然药物化学教学资料天然药物化学教学资料 天天然药化然药化9 9 生物碱生物碱-2-2219:10吡啶类吡啶类:主要是:主要是喹喏里西啶喹喏里西啶类(苦参所含生物碱,类(苦参所含生物碱,如苦参碱如苦参碱)。)。莨菪烷类莨菪烷类:洋金花所含生物碱,如莨菪碱洋金花所含生物碱,如莨菪碱。异喹啉类异喹啉类:主要有苄基异喹啉类(如罂粟碱)、双苄基异喹啉类:主要有苄基异喹啉类(如罂粟碱)、双苄基异喹啉类(汉防己所含生物碱,如汉防己甲素)、(汉防己所含生物碱,如汉防己甲素)、原小檗碱类(黄连所含原小檗碱类(黄连所含生物碱,如小檗碱)和吗啡类(如吗啡、可待因生物碱,如小檗碱)和吗啡类(如吗啡、可待因)。)。吲
2、哚类吲哚类:主要有色胺吲哚类(如吴茱萸碱)、单萜吲哚类(:主要有色胺吲哚类(如吴茱萸碱)、单萜吲哚类(马钱马钱子所含生物碱,如士的宁子所含生物碱,如士的宁)、二聚吲哚类(如长春碱、长春新碱)、二聚吲哚类(如长春碱、长春新碱)。萜类萜类:乌头所含生物碱(如乌头碱乌头所含生物碱(如乌头碱)、紫杉醇。)、紫杉醇。甾体:贝母碱甾体:贝母碱 有机胺类:有机胺类:麻黄所含生物碱,如麻黄碱、伪麻黄碱。麻黄所含生物碱,如麻黄碱、伪麻黄碱。319:10419:10519:10619:10719:10819:10919:10三、溶解性三、溶解性(二)水溶性生物碱 含有季铵、胍基或氮氧化物的生物碱:易溶于水、酸水、
3、碱水于水、酸水、碱水,可溶于甲醇、乙醇,难溶于亲脂性有机溶剂水溶性:氧化苦参碱水溶性:氧化苦参碱(半极性配位键)半极性配位键)苦参碱苦参碱 (溶于乙醚)(溶于乙醚)NNONNOO1019:10三、溶解性三、溶解性(三)亲脂又亲水生物碱:亲脂又亲水生物碱:分子较小的叔胺碱或液体生物碱分子较小的叔胺碱或液体生物碱 可溶于低极性和极性有机溶剂,溶于碱水 苦参碱、烟碱、苦参碱、烟碱、麻黄碱、秋水仙碱麻黄碱、秋水仙碱1119:10三、溶解性三、溶解性(四)具特殊官能团具特殊官能团生物碱(1)两性生物碱:)两性生物碱:既含碱性氮原子,又既含碱性氮原子,又含酸性基团,如酚含酸性基团,如酚羟基或羧基羟基或羧基
4、的生物碱的生物碱 具酸碱两性,既可溶于酸水,也可溶于碱水溶液,但具酸碱两性,既可溶于酸水,也可溶于碱水溶液,但在在pH8pH89 9时溶解性最差,易产生沉淀时溶解性最差,易产生沉淀。含酚羟基含酚羟基的叔胺碱(具酚羟基者常称为酚性生物碱),的叔胺碱(具酚羟基者常称为酚性生物碱),可溶于稀碱溶液:可溶于稀碱溶液:吗啡、青藤碱、药根碱吗啡、青藤碱、药根碱 含羧基含羧基的生物碱类似于水溶性碱:的生物碱类似于水溶性碱:槟榔次碱、槟榔次碱、那碎因那碎因。易溶于水、酸水、碱水,可溶于甲醇、乙醇,难溶于亲脂易溶于水、酸水、碱水,可溶于甲醇、乙醇,难溶于亲脂性有机溶剂性有机溶剂1219:10三、溶解性三、溶解性
5、HMe药根碱 jatrorrhizineOONOMeOMe+OH-槟榔次碱槟榔次碱1319:10三、溶解性三、溶解性(四)具特殊官能团具特殊官能团生物碱(2 2)含内酯结构含内酯结构生物碱:生物碱:类似一般类似一般叔胺碱叔胺碱,但,但在在碱水碱水中可以开环形成中可以开环形成羧酸盐溶于水,羧酸盐溶于水,加酸加酸又又复原。如喜树碱复原。如喜树碱1419:10三、溶解性三、溶解性(五)生物碱盐:具碱性的生物碱和酸成盐,一般易溶于一般易溶于水,可溶于醇。水,可溶于醇。生物碱盐+OH-可溶于有机溶剂无机酸盐有机酸盐;无机酸盐中含氧酸盐卤无机酸盐有机酸盐;无机酸盐中含氧酸盐卤代酸盐;小分子有机酸盐大分子有
6、机酸盐代酸盐;小分子有机酸盐大分子有机酸盐盐酸盐氢溴酸盐氢碘酸盐1519:10三、溶解性三、溶解性(六)溶解性特殊的化合物(六)溶解性特殊的化合物吗啡:吗啡:为酸性叔胺碱,难溶于氯仿、乙醚,可溶为酸性叔胺碱,难溶于氯仿、乙醚,可溶于水,于水,盐酸盐可溶于氯仿盐酸盐可溶于氯仿石蒜碱:叔胺碱石蒜碱:叔胺碱,难溶于有机溶剂,溶于,难溶于有机溶剂,溶于水水喜树碱:喜树碱:不溶于一般有机溶剂,而溶于酸性氯仿不溶于一般有机溶剂,而溶于酸性氯仿石蒜碱 1619:10三、溶解性(六)溶解性特殊的化合物(六)溶解性特殊的化合物 特殊生物碱盐溶解度举例:特殊生物碱盐溶解度举例:盐酸盐可溶于氯仿的有盐酸盐可溶于氯仿
7、的有吗啡、奎宁、奎尼吗啡、奎宁、奎尼定、吐根酚碱、罂粟碱、半边莲碱定、吐根酚碱、罂粟碱、半边莲碱.难溶于水的有难溶于水的有紫堇碱盐酸盐紫堇碱盐酸盐、普托品盐酸普托品盐酸盐、高石蒜碱的盐酸盐;普托品硝酸盐盐、高石蒜碱的盐酸盐;普托品硝酸盐;麻黄;麻黄碱草酸盐;碱草酸盐;小檗碱等季胺碱的卤代酸小檗碱等季胺碱的卤代酸盐)盐)1719:10生物碱的溶解性小结生物碱的溶解性小结游离游离生物碱生物碱亲脂性亲脂性叔胺碱和仲胺碱,溶于有机溶剂,不叔胺碱和仲胺碱,溶于有机溶剂,不溶于碱水溶于碱水亲水性亲水性主要指主要指季胺碱和某些含季胺碱和某些含N-氧化物生物氧化物生物碱;液体或分子较小的生物碱亲脂又碱;液体或
8、分子较小的生物碱亲脂又亲水亲水。如。如东莨菪碱、氧化苦参碱、烟东莨菪碱、氧化苦参碱、烟碱、碱、麻黄碱。麻黄碱。具特殊具特殊官能团官能团两性生物碱(两性生物碱(吗啡、小檗胺、槟榔吗啡、小檗胺、槟榔次次碱):可溶于碱):可溶于酸水及碱水,酸水及碱水,pH89产产生沉淀。生沉淀。内酯(或内酰胺)结构:类似一般叔胺碱,内酯(或内酰胺)结构:类似一般叔胺碱,但在碱水中可以开环形成羧酸盐溶于水,加但在碱水中可以开环形成羧酸盐溶于水,加酸又复原。酸又复原。1819:10生物生物碱盐碱盐一般易溶于水,可溶于醇一般易溶于水,可溶于醇无机酸盐有机酸盐;无机酸盐中含氧酸盐无机酸盐有机酸盐;无机酸盐中含氧酸盐卤代酸盐
9、;小分子有机酸盐大分子有机卤代酸盐;小分子有机酸盐大分子有机酸盐酸盐溶解性溶解性特殊的特殊的化合物化合物吗啡吗啡为酸性叔胺碱:难溶于氯仿、乙醚,为酸性叔胺碱:难溶于氯仿、乙醚,可可溶于水溶于水石蒜碱叔胺碱:难溶于有机溶剂,溶于水石蒜碱叔胺碱:难溶于有机溶剂,溶于水喜树碱:不溶于一般有机溶剂,而溶于酸喜树碱:不溶于一般有机溶剂,而溶于酸性氯仿性氯仿高石蒜碱的盐酸盐:难溶于水,易溶于氯高石蒜碱的盐酸盐:难溶于水,易溶于氯仿仿盐酸小檗碱、麻黄碱草酸盐:难溶于水盐酸小檗碱、麻黄碱草酸盐:难溶于水1919:10碱性来源表示方法与结构关系四、四、生物碱生物碱的碱性的碱性2019:10四、生物碱的碱性四、生
10、物碱的碱性(一)碱性来源(一)碱性来源 根据根据LewisLewis酸碱电子理论,凡是能给酸碱电子理论,凡是能给出电子的分子、基团或离子为碱;能接受电子的分子、出电子的分子、基团或离子为碱;能接受电子的分子、基团或离子为酸。生物碱分子中氮原子上的孤电子对,基团或离子为酸。生物碱分子中氮原子上的孤电子对,能给出电子或接受质子而使生物碱显碱性。能给出电子或接受质子而使生物碱显碱性。2119:104.2 化学性质(二)(二)表示方法:生物碱碱性大小可用碱的碱式离解生物碱碱性大小可用碱的碱式离解常数常数pKbpKb表示,也可用其共轭酸的酸式离解常数表示,也可用其共轭酸的酸式离解常数pKapKa表表示。
11、目前,生物碱碱性大小统一用示。目前,生物碱碱性大小统一用pKapKa表示,表示,pKapKa越大,越大,碱性越强碱性越强2219:10产生原因产生原因N原子具有孤对电子,能接受质子原子具有孤对电子,能接受质子(H+)以配位键的形式结合而显碱性以配位键的形式结合而显碱性理论依据理论依据表示方法表示方法pKa/pKb碱性大小与碱性大小与pKa关系关系pKa2为极弱碱,为极弱碱,pKa27为弱碱为弱碱pKa712为中强碱,为中强碱,pKa12以上为强碱以上为强碱碱性基团碱性基团pKa值顺序值顺序胍基季胺碱胍基季胺碱N-烷杂环脂肪胺芳香烷杂环脂肪胺芳香胺胺N-芳杂环酰胺芳杂环酰胺吡咯吡咯四、生物碱的碱
12、性四、生物碱的碱性2319:10(三)(三)碱性强度与分子结构的关系碱性强度与分子结构的关系 四、生物碱的碱性四、生物碱的碱性杂化方式杂化方式电子效应电子效应-诱导、共轭诱导、共轭空间效应空间效应氢键效应氢键效应碱性与分子结碱性与分子结构的关系构的关系2419:10(三)碱性强度与分子结构的关系(三)碱性强度与分子结构的关系1N杂化方式 N原子核外电子排布:2s2 2px1 2py1 2pz1生物碱分子中氮原子的孤电子对在有机胺分子中为不等生物碱分子中氮原子的孤电子对在有机胺分子中为不等性杂化,其碱性强弱随杂化程度的升高而增强性杂化,其碱性强弱随杂化程度的升高而增强杂化轨道中P轨道的成分增多、
13、能量升高,成对电子的能量也随之升高,易接受质子,碱性增强。故碱性为sp3sp2sp。季铵碱分子中的氮原子离子状态存在,同时含负离子态的OH,所以碱性强(pKa11)。四、生物碱的碱性四、生物碱的碱性2519:101 1N N杂化方式杂化方式四、生物碱的碱性四、生物碱的碱性2619:10四氢异喹啉(SP3 pKa9.5)异喹啉(SP2 pKa5.4)氰类(SP 中性)电效应2719:10 生生物物碱碱分分子子中中碱碱性性基基团团的的pKa值值大大小小顺序一般是:顺序一般是:季季铵铵碱碱N-烷烷杂杂环环脂脂肪肪胺胺芳芳香香胺胺N-芳芳杂杂环环酰胺酰胺吡咯吡咯。2819:10碱性碱性 类型类型杂化杂
14、化举例举例脂肪胺脂肪胺脂氮环脂氮环sp3 11.3 11.2 9.5 芳杂环芳杂环sp2 0.4 5.17 4.94 5.14氰基氰基spCN(01)四、生物碱的碱性四、生物碱的碱性1 1N N杂化方式小结杂化方式小结2919:10 生物碱的碱性强弱主要取决于分子结构生物碱的碱性强弱主要取决于分子结构中氮原子的电子云密度,若电子云密度升高,中氮原子的电子云密度,若电子云密度升高,则碱性增强,反之碱性下降。则碱性增强,反之碱性下降。(1 1)诱导效应)诱导效应 (2 2)诱导)诱导-场效应场效应(3 3)共轭效应)共轭效应 2.电子效应电子效应3019:10(1 1)诱导效应)诱导效应 氮原子连
15、接供电子基,氮原子连接供电子基,使N上电子云密度增多,碱性增强碱性增强 (如烷基等;但仲胺叔胺)氮原子附近有吸电子基时,氮原子附近有吸电子基时,可降低氮上电可降低氮上电子云密度子云密度,则碱性下降。则碱性下降。吸电子基:吸电子基:苯环、羟基、双键、酰基、酯酰基苯环、羟基、双键、酰基、酯酰基2.电子效应电子效应3119:10(1 1)诱导效应)诱导效应 碱性:碱性:二甲胺二甲胺 甲胺甲胺 氨氨 (CH3)2NH CH3-NH2 (CH3)3N NH3 PKa 10.7 10.64 9.8 9.75 碱性:仲碱性:仲胺胺伯伯胺胺叔叔胺胺氨氨2.电子效应电子效应3219:10如:如:苯异丙胺苯异丙胺
16、 麻黄碱麻黄碱 去甲麻黄碱去甲麻黄碱 麻黄碱(麻黄碱(pKa9.58pKa9.58)(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(pKa9.00pKa9.00)(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(pKa9.80pKa9.80)(无羟基的吸电作用)(无羟基的吸电作用)3319:10(1)诱导效应)诱导效应 :酯酰基酯酰基 四、生物碱的碱性四、生物碱的碱性3419:10(1)诱导效应)诱导效应:双键具有吸电子诱导效应。双键具有吸电子诱导效应。四、生物碱的碱性四、生物碱的碱性3519:10四、生物碱的碱性四、生物碱的碱性(1 1)诱导效应)诱导效应
17、:氮杂缩醛氮杂缩醛(酮酮)生物生物碱的碱的氮原子不处在桥头氮原子不处在桥头,强碱性强碱性 具有氮杂缩醛结构的生物碱常易于质子化而显强具有氮杂缩醛结构的生物碱常易于质子化而显强碱性。如氮原子的邻位碳上具碱性。如氮原子的邻位碳上具、双键或双键或-羟基者,羟基者,可异构成季铵碱,可异构成季铵碱,使碱性增强。使碱性增强。3619:10醇型小檗碱(醇型小檗碱(pKa11.5pKa11.5)季胺型小檗碱季胺型小檗碱3719:10 在稠环中,氮杂缩醛体系中在稠环中,氮杂缩醛体系中氮原子处于桥头氮原子处于桥头N N时时,因其具有刚性结构不能发生质子化异构,相反因其具有刚性结构不能发生质子化异构,相反由于由于O
18、HOH的吸电效应使碱性减小,碱性相对较的吸电效应使碱性减小,碱性相对较弱弱。3819:10 strychnine pseudostrychnine strychnine pseudostrychnine N:N:处在桥头,为刚性结构,不发生未共用电子对的转移,故处在桥头,为刚性结构,不发生未共用电子对的转移,故处在桥头,为刚性结构,不发生未共用电子对的转移,故处在桥头,为刚性结构,不发生未共用电子对的转移,故不形成季铵碱。不形成季铵碱。不形成季铵碱。不形成季铵碱。pka 8.2pka 8.2pka 5.6pka 5.63919:10甲基甲基苯环苯环氨基氨基其他烷基其他烷基酰基、双键酰基、双键羟
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