天然药物化学第九章生物碱课件.ppt

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1、第第 九九 章章 生生 物物 碱碱 (Alkaloids)芳香性：醌、苯丙素、黄酮、卓酚酮芳香性：醌、苯丙素、黄酮、卓酚酮 非芳香性：糖、萜、甾体非芳香性：糖、萜、甾体天然天然产物产物不含氮不含氮含氮含氮:生物碱生物碱氨基酸氨基酸 真生物碱真生物碱异戊烯异戊烯 伪生物碱伪生物碱(萜类、甾体生物碱萜类、甾体生物碱)生物碱生物碱:分布广、数量多；生理活性非常显著分布广、数量多；生理活性非常显著天然药物主要来源：生物碱，萜，皂苷天然药物主要来源：生物碱，萜，皂苷ALKALOIDS IN DRUG DISCOVERYThere are approx.21,120 plant alkaloids wit

2、h 1,872 skeletaPlant alkaloids are 15.6%of the known natural products,but 46%of the plant-derived pharmaceuticalsAlkaloids possess 32.5%of the total natural product skeletaTHE POTENTIAL OF ALKALOIDS IN DRUG DISCOVERY Of the 167 alkaloids tested in more than 20 bioassays,36%are drugs76%of known alkal

3、oids have never been tested in a single bioassayCordell et al.,Phytother.Res.15,183(2001)Drug discovery opportunity小小檗檗碱碱(berberine)抗炎抗炎 吗啡碱吗啡碱(morphine)镇痛镇痛 秋秋水水仙仙碱碱(colchicine)治疗痛风治疗痛风 利利血血平平(reserpine)降血压降血压滇乌碱滇乌碱(yunaconitine)镇痛镇痛,治疗跌打损治疗跌打损伤伤 Catharanthus(长春花属长春花属)roseus-a plant of global signi

4、ficanceDr.Gordon SvobodaHong KongChicagoTrinidadFrom Dr.Cordell长长 春春 碱碱(vinblastine,VLB)长长 春春 新新 碱碱(vincristine,VCR)去甲长春碱去甲长春碱(navalbine)Anticancer agents急急性性淋淋巴巴细细胞胞白白血血病病、淋淋巴巴瘤瘤,也也用用于于乳乳腺腺癌、肺癌癌、肺癌Anticancer agentsR=H 喜树碱喜树碱(camptothecine)R=OH 10-羟基喜树碱羟基喜树碱(hydroxycamptothecine)珙桐科植物喜树珙桐科植物喜树(Campt

5、otheca acuminata)治治疗疗多多种种恶恶性性肿肿瘤瘤:骨骨癌癌、肝癌、膀胱癌和白血病肝癌、膀胱癌和白血病副副作作用用:骨骨髓髓抑抑制制、呕呕吐吐和和腹泻腹泻 水溶性差水溶性差伊立替康伊立替康(irinotecan)R1=R3=EtR2=H拓扑替康拓扑替康(topotecan)R1=OHR2=CH2N(CH3)2R3=H9-硝基喜树碱硝基喜树碱(9-nitrocamptothecine)R1=R3=HR2=NO2 有碱性（秋水仙碱呈微酸性）有碱性（秋水仙碱呈微酸性）含杂环（麻黄碱含杂环（麻黄碱,p364）不断完善不断完善第一节第一节 概概 述述存在于生物体，含负氧化态存在于生物体，

6、含负氧化态N原子，环状化合物原子，环状化合物1、定义、定义+3 -NO2+1 -NO不是生物碱不是生物碱马兜铃酸马兜铃酸氮氧化物；酰胺氮氧化物；酰胺N：-3，-1价价 包括包括1，2，3胺；胺；2、分布，动物极少，植物（主）、分布，动物极少，植物（主）裸子植物：裸子植物：紫杉科红豆杉属紫杉科红豆杉属高等植物高等植物单子叶：石蒜科，百合科单子叶：石蒜科，百合科(种子植物为主种子植物为主)被子植物被子植物古生花被：毛茛科，小檗科古生花被：毛茛科，小檗科后生花被：龙胆科后生花被：龙胆科 低等植物：藻类，异养，菌类，蕨类低等植物：藻类，异养，菌类，蕨类 结构简单，数量少结构简单，数量少双子叶双子叶 极

7、少与萜共存极少与萜共存 结构越特殊，分布越窄结构越特殊，分布越窄 如二萜生物碱如二萜生物碱3、存在形式、存在形式 游离态游离态 极弱碱性极弱碱性,少少 生物碱盐生物碱盐 无机盐：无机盐：HCl,H2SO4 有机盐有机盐:草酸草酸 酰胺酰胺 氮杂缩醛氮杂缩醛 N-氧化物氧化物氨基酸氨基酸：鸟氨酸、赖氨酸、苯丙氨酸：鸟氨酸、赖氨酸、苯丙氨酸/酪氨酸、色氨酸酪氨酸、色氨酸 邻氨基苯甲酸邻氨基苯甲酸环合（形成含环合（形成含N杂环）杂环）C-C，C-N裂解裂解氨基化氨基化异戊烯异戊烯：甾体，萜类生物碱：甾体，萜类生物碱 反应原理反应原理第二节第二节 生物碱生物合成的基本原理生物碱生物合成的基本原理一、前

8、体一、前体 关键中间体关键中间体 基本骨架基本骨架 生物碱生物碱二、环合反应二、环合反应 一级环合：首先形成含一级环合：首先形成含N杂环杂环二级环合：再环合二级环合：再环合1、一级环合、一级环合 内酰胺内酰胺 Shiff碱碱 Mannich 反应反应 加成反应加成反应2、次级环合、次级环合 酚氧化偶联酚氧化偶联酚氧自由基形成酚氧自由基形成 偶联（成环）偶联（成环）再芳香化再芳香化酚氧自由基的形成酚氧自由基的形成偶联偶联(成环成环)再芳香化再芳香化 1)烯醇式烯醇式-芳香化芳香化2)C-C键迁移键迁移-芳香化芳香化3)C-C键裂解键裂解-芳香化芳香化 亚胺盐的次级环合亚胺盐的次级环合萜类、甾体生

9、物碱：萜、甾体功能基化（氨基化）衍生物萜类、甾体生物碱：萜、甾体功能基化（氨基化）衍生物三、氨基化三、氨基化1、氧化、氧化-还原还原2、取代、取代3、加成、加成单萜单萜倍半萜倍半萜石斛碱石斛碱二萜二萜C20-生物碱生物碱反反 考考 烷烷,p238甾体生物碱甾体生物碱1、内酰胺的开环、内酰胺的开环 2、Hoffmann降解和降解和von Braun降解降解四、四、C-N键的裂解键的裂解五、五、C-C键的裂解键的裂解 1、来源于鸟氨酸、来源于鸟氨酸 吡咯类吡咯类 托品烷类（莨菪类）托品烷类（莨菪类）吡咯里西丁类吡咯里西丁类分类依据分类依据来源来源氨基酸氨基酸 5种种+邻氨基苯甲酸邻氨基苯甲酸异戊烯

10、：萜、甾体异戊烯：萜、甾体化学结构化学结构关键中间体关键中间体第三节第三节 生物碱分类及生源关系生物碱分类及生源关系 哌啶类哌啶类 吲哚里西丁类吲哚里西丁类 喹咯里西丁类喹咯里西丁类关键中间体关键中间体2、来源于赖氨酸、来源于赖氨酸castanospermineswainsonine脱氧野尻霉素脱氧野尻霉素(deoxynojirimycin,DNJ)米格列醇米格列醇(miglitol)a-葡萄糖苷酶抑制剂葡萄糖苷酶抑制剂治疗治疗型糖尿病型糖尿病3、来源于邻氨基苯甲酸、来源于邻氨基苯甲酸 喹啉类喹啉类 丫啶酮类丫啶酮类 苯丙胺类苯丙胺类 麻黄碱麻黄碱 四氢异喹啉类四氢异喹啉类种类、数量多种类、数

11、量多 苄基四氢异喹啉类苄基四氢异喹啉类4、来源于苯丙氨酸、来源于苯丙氨酸/酪氨酸酪氨酸f.普罗托品类普罗托品类d.吗啡烷类吗啡烷类e.原小檗碱和小檗碱类原小檗碱和小檗碱类g.苯菲啶类苯菲啶类a.苄基四氢异喹啉类苄基四氢异喹啉类c.双苄基四氢异喹啉类双苄基四氢异喹啉类b.阿朴菲类阿朴菲类生源关系生源关系苄基四氢异喹啉苄基四氢异喹啉吗啡二烯酮吗啡二烯酮吗啡碱吗啡碱可待因或蒂巴因可待因或蒂巴因原小檗碱原小檗碱再芳香化再芳香化 1)烯醇式烯醇式-芳香化芳香化2)C-C键迁移键迁移-芳香化芳香化3)C-C键裂解键裂解-芳香化芳香化 亚胺盐的次级环合亚胺盐的次级环合原小檗碱原小檗碱脱氢脱氢Hoffmann

12、降解降解普罗托品普罗托品小檗碱型小檗碱型苯菲啶型苯菲啶型 苯乙基四氢异喹啉类苯乙基四氢异喹啉类多巴胺多巴胺trans-桂皮酸桂皮酸粗榧碱类粗榧碱类苯乙基四氢苯乙基四氢异喹啉类异喹啉类秋水仙碱秋水仙碱 苄基苯乙胺类苄基苯乙胺类 简单简单b b-Carboline类类最多，复杂，药用最多，复杂，药用5、来源于色氨酸、来源于色氨酸 简单吲哚类简单吲哚类色氨酸色氨酸吲哚吲哚母核母核长长 春春 碱碱(vinblastine,VLB)长长 春春 新新 碱碱(vincristine,VCR)R=H 喜树碱喜树碱(camptothecine)R=OH 10-羟羟基基喜喜树树碱碱(hydroxycamptoth

13、ecine)利利血血平平(reserpine)降血压降血压 半萜吲哚类半萜吲哚类 单萜吲哚类单萜吲哚类 a.单萜吲哚单萜吲哚 i)柯南因柯南因-士的宁士的宁 ii)白坚木碱白坚木碱 iii)依波林依波林b.双吲哚类双吲哚类吲哚核吲哚核+C5 麦角碱类麦角碱类c.与单萜吲哚类相关的碱与单萜吲哚类相关的碱:喜树碱喜树碱 阿巴利生阿巴利生 金鸡宁类金鸡宁类Anticancer agentsR=H 喜树碱喜树碱(camptothecine)R=OH 10-羟基喜树碱羟基喜树碱(hydroxycamptothecine)珙桐科植物喜树珙桐科植物喜树(Camptotheca acuminata)治治疗疗多

14、多种种恶恶性性肿肿瘤瘤:骨骨癌癌、肝癌、膀胱癌和白血病肝癌、膀胱癌和白血病副副作作用用:骨骨髓髓抑抑制制、呕呕吐吐和和腹泻腹泻 水溶性差水溶性差伊立替康伊立替康(irinotecan)R1=R3=EtR2=H拓扑替康拓扑替康(topotecan)R1=OHR2=CH2N(CH3)2R3=H9-硝基喜树碱硝基喜树碱(9-nitrocamptothecine)R1=R3=HR2=NO26、来源于萜类的生物碱、来源于萜类的生物碱不涉及氨基酸不涉及氨基酸7、来源于甾体的生物碱、来源于甾体的生物碱甾体生物碱甾体生物碱 单萜生物碱单萜生物碱 倍半萜生物碱倍半萜生物碱 二萜二萜C19和和C20-生物碱生物碱

15、 萜类生物碱萜类生物碱 三萜生物碱三萜生物碱毛茛科乌头属、翠雀属毛茛科乌头属、翠雀属 反考烷反考烷 孕甾烷生物碱孕甾烷生物碱 环孕甾烷生物碱环孕甾烷生物碱 胆甾烷生物碱胆甾烷生物碱 第四节第四节 生物碱的理化性质生物碱的理化性质一、性状一、性状 颜色颜色 无色（大多数）无色（大多数）有色（少数，具共轭体系）有色（少数，具共轭体系）状态：结晶形固体状态：结晶形固体 敏锐熔点敏锐熔点 双熔点：防已诺林双熔点：防已诺林 液态碱：烟碱（分子量小）液态碱：烟碱（分子量小）麻黄碱（随水蒸气蒸馏）麻黄碱（随水蒸气蒸馏）升华性：咖啡因升华性：咖啡因小檗碱小檗碱 溶解性溶解性 游离态生物碱游离态生物碱:亲脂性亲

16、脂性 溶于卤代烃溶于卤代烃(CHCl3),醇醇 季铵碱季铵碱(如小檗碱如小檗碱),N-氧化物氧化物,生物碱盐生物碱盐:亲水性亲水性 盐酸小檗碱盐酸小檗碱-微溶于水微溶于水二、旋光性，左旋二、旋光性，左旋 生理活性生理活性三、生物碱的检识三、生物碱的检识 生物碱生物碱/酸性介质酸性介质 +沉淀剂或显色剂沉淀剂或显色剂 有色沉淀有色沉淀 金属盐：金属盐：碘化铋钾试剂碘化铋钾试剂 TLC显色剂：显色剂：改良的改良的Dragendorff试剂（桔红色）试剂（桔红色）四、碱性四、碱性 表示法表示法 影响因素影响因素 生物碱碱性生物碱碱性 pKa N原子杂化态原子杂化态 碱碱 性性 电性效应电性效应诱导效

17、应诱导效应 共轭效应共轭效应 诱导诱导-场效应场效应空间效应空间效应分子内氢键分子内氢键酸碱质子论酸碱质子论BH+B +H+B给出电子能力给出电子能力、与与H+结合的能力结合的能力 BH+的稳定性（越稳定，碱性越强）的稳定性（越稳定，碱性越强）碱碱共轭酸共轭酸1、N原子杂化状态原子杂化状态sp3 sp2 sps成分增加成分增加 对外层电子的吸引力增加对外层电子的吸引力增加 碱性减弱碱性减弱2、诱导效应、诱导效应 Bredt,s 规则规则3、诱导、诱导-场效应场效应 分子内两个氮原子碱性差异分子内两个氮原子碱性差异 D DpKa4、共轭效应共轭效应苯苯 胺胺 型型烯烯 胺胺 型型酰酰 胺胺 型型

18、p-p p 共轭共轭5、空间效应空间效应6、分子内氢键分子内氢键共轭酸稳定性增加共轭酸稳定性增加,碱性增强碱性增强诱导诱导-场场/分子内氢键分子内氢键五、成盐五、成盐3.涉及跨环效应（空间接近涉及跨环效应（空间接近5、6元环）元环）1.季胺碱季胺碱 水溶性水溶性 小檗碱小檗碱 盐酸小檗碱盐酸小檗碱(沉淀沉淀)浓浓HCl2.氮杂缩醛氮杂缩醛4.烯胺烯胺(一一)亲脂性生物碱亲脂性生物碱1、酸水法、酸水法1)原料原料 稀酸水渗漉或冷浸稀酸水渗漉或冷浸 适当浓缩适当浓缩(根据原材料部位脱色素或除去叶绿素等杂质根据原材料部位脱色素或除去叶绿素等杂质)碱化碱化(pH10)沉淀沉淀(当生物碱含量高时当生物碱

19、含量高时)有机溶剂提取有机溶剂提取(CHCl3,苯苯,乙醚乙醚)水溶性生物碱水溶性生物碱过滤过滤亲脂性总碱亲脂性总碱回收溶剂回收溶剂有机相有机相碱水碱水正丁醇或戊醇正丁醇或戊醇碱水碱水第五节第五节 生物碱的提取与分离生物碱的提取与分离正丁醇层正丁醇层一、提取一、提取 生物碱在植物体内多数以盐存在生物碱在植物体内多数以盐存在总碱总碱酸提取液酸提取液 脱脂脱脂 离子交换树脂离子交换树脂 水洗水洗(去除水溶性杂质去除水溶性杂质)晾干晾干 乙醚洗乙醚洗(除去非生物碱有机杂质除去非生物碱有机杂质)碱化碱化(氨水氨水)水洗水洗 晾干晾干 有机溶剂洗脱或萃取有机溶剂洗脱或萃取2)离子交换树脂法：可再生，吸附

20、容量大离子交换树脂法：可再生，吸附容量大总碱总碱R-NH4+B+H2OBH+-Cl-R-H+BH+-Cl-R-BH+HClB2、醇提法、醇提法亲脂性总碱亲脂性总碱盐或游离态盐或游离态:溶于醇溶于醇原料原料醇提取醇提取 药用酒精（药用酒精（95%）回流或渗漉回流或渗漉回收溶剂回收溶剂残留物残留物稀酸溶解稀酸溶解,过滤过滤酸酸水水(生生物物碱碱盐盐)碱化碱化 溶剂萃取（氯仿等）溶剂萃取（氯仿等）残渣残渣非生物碱成分非生物碱成分3、亲脂性溶剂提取、亲脂性溶剂提取碱水浸泡（变成游离碱）碱水浸泡（变成游离碱）CHCl3，苯提取苯提取原料原料碱水碱水亲水性生物碱亲水性生物碱亲脂性生物碱亲脂性生物碱弱碱性总

21、碱弱碱性总碱弱碱性生物碱或盐：弱碱性生物碱或盐：原料原料水水、稀稀酸酸水水（破破坏坏盐盐）CHCl3，苯，乙醚苯，乙醚(二二)亲亲水水性性生生物物碱碱 (季季铵铵碱碱,N-氧氧化化物物)1、溶剂法、溶剂法 正丁醇，戊醇正丁醇，戊醇2、沉淀法、沉淀法 雷氏铵盐雷氏铵盐 生物碱酸性溶液生物碱酸性溶液 +沉淀剂沉淀剂 沉淀沉淀第四节第四节 提取分离提取分离溶剂提取溶剂提取药材药材 总皂苷总皂苷 单体皂苷单体皂苷提取提取分离分离药粉药粉1)稀醇稀醇-水提取水提取(CH3OH或或C2H5OH)2)回收溶剂回收溶剂3)加水溶解加水溶解极性极性小小大大石油醚石油醚 氯仿氯仿 乙酸乙酯乙酸乙酯 正丁醇正丁醇/

22、水水色素、叶绿素色素、叶绿素 三萜苷元三萜苷元 粗总三萜皂苷粗总三萜皂苷1、提取、提取醇提液（脱脂，除叶绿素）醇提液（脱脂，除叶绿素）树脂树脂水洗（去杂）水洗（去杂）水水-醇洗脱醇洗脱有效成分（总碱等）有效成分（总碱等）3、树脂法、树脂法 1)离子交换树脂（亲水、亲脂性成分，有可供交换的离子）离子交换树脂（亲水、亲脂性成分，有可供交换的离子）2)大孔吸附树脂（适用于亲水性成分）大孔吸附树脂（适用于亲水性成分）二、分离二、分离 酚性酚性,非酚性非酚性极性大小极性大小碱性强弱碱性强弱药用生物碱的分离药用生物碱的分离:特定生物碱（工业化）特定生物碱（工业化）系统分离系统分离:总碱总碱 类别类别/部位

23、部位 单体生物碱单体生物碱1、碱性差异、碱性差异提取所得总碱提取所得总碱酸水液酸水液加入浓氨水调节加入浓氨水调节pHpH 2-3 4-5 6-7 8-9 10pH 低低 高高碱性碱性 CHCl3提取提取 Fr 1 至至 Fr N 部位部位2、生物碱及其盐的溶解度差异、生物碱及其盐的溶解度差异3、层析法、层析法1)原理原理:分配层析分配层析 吸附层析吸附层析分离材料分离材料脂溶性脂溶性 水溶性水溶性硅胶硅胶,Al2O3RP-8，RP-18,葡聚糖凝胶（葡聚糖凝胶（Sephedex）聚酰胺聚酰胺 (提取提取:离子交换树脂离子交换树脂,大孔吸附树脂大孔吸附树脂)2)分离对象的溶解性分离对象的溶解性3

24、、其它方法、其它方法 可逆性化学转化可逆性化学转化3)制备制备 HPLC 柱层析柱层析 薄层层析，制备薄层层析，制备TLC，离心薄层离心薄层4)TLC显色剂显色剂5)洗脱溶剂洗脱溶剂第六节第六节 生物碱的结构鉴定生物碱的结构鉴定（一）光谱法在生物碱结构鉴定中的应用（一）光谱法在生物碱结构鉴定中的应用 1.紫外（紫外（UV）生色团在分子中的位置生色团在分子中的位置 2.红外（红外（IR）跨环效应的跨环效应的n nc=o吸收；吸收；Bohlmann吸收带吸收带 3.质谱（质谱（MS）4.核磁共振（核磁共振（NMR）平面结构：平面结构：1D-NMR（1H，13C，Dept）2D-NMR（1H-1H COSY，HMQC，HMBC）立体结构：立体结构：NOE差谱差谱 化学位移（化学位移（d d）和偶合常数（和偶合常数（J）（二）（二）实例实例RDA裂解裂解 尼麦角林尼麦角林(Nicergoline)