中药中生物碱类化学成分的提取分离技术

中药化学实用技术学习情景一——中药中生物碱(Alkaloids)类化学成分的提取分离技术2掌握麻黄、防己、颠茄中生物碱的提取分离原理及技术；熟悉黄连中生物碱的提取分离原理及技术；了解乌头中生物碱的提取分离原理及技术。知识要求学习目标1掌握生物碱类化学成分的提取分离原理及操作。熟练进行薄荷中的挥发油和青蒿中的青蒿素的提取分离操作；能进行当归、丁香中挥发油的提取分离操作。能力要求3熟练进行麻黄、防己、颠茄中生物碱的提取分离操作，能进行黄连、乌头中生物碱的提取分离操作。教学内容学习提示中药中生物碱类化学成分的结构、理化性质及提取分离知识任务一实训麻黄中生物碱类成分的提取分离技术麻黄中麻黄碱的提取分离及鉴定学习提示生物碱的结构与分类一二生物碱类化学成分的理化性质生物碱的提取、分离与检识一分布生物活性经典定义生物碱指来源于生物界的一类含氮有机化合物。生物碱在植物界分布较广，多数存在于双子叶植物中。例如毛茛科（黄连、乌头）、罂粟科（罂粟、延胡索）、茄科（洋金花、颠茄、莨菪）防己科（汉防己、北豆根）、豆科（苦参）等。生物碱大多有较复杂的环状结构，氮原子结合在环内；多呈碱性，可与酸成盐；多具有显著的生理活性。生物碱存在形式多数以盐的形式存在（以有机酸盐为主，少数为无机酸盐）；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）；其他尚有以酯、苷及N→O化合物的形式存在（乌头碱、氧化苦参碱）生物碱类化合物的结构与分类按结构分类按植物来源分类按氮原子存在状态分类*按性质分类*按特殊功能基分类*（了解）见下表1.颠茄类生物碱、2.乌头类生物碱等（了解）1.仲胺类生物碱（仲胺碱）2.叔胺类生物碱（叔胺碱）3.季铵类生物碱（季胺碱）1.水溶性生物碱2.脂溶性生物碱3.酸碱两性生物碱1.酚性生物碱2.内酯类生物碱3.（内）酰胺类生物碱生物碱类型基本母核举例吡咯衍生物吡咯四氢吡咯1.简单吡咯衍生物红古豆碱2.吡咯里西啶衍生物吡咯里西啶野百合碱3.吲哚里西啶衍生物吲哚里西啶一叶萩碱NHCH2COCH2NNCH3CH3NNOOCH3CH3OHOOHCH3ONOOHNNH生物碱类型基本母核举例吡啶衍生物吡啶六氢吡啶1.简单吡啶衍生物烟碱2.喹诺里西啶衍生物喹诺里西啶金雀花碱莨菪烷衍生物莨菪烷可卡因喹啉衍生物喹啉奎宁NNHNNCH3NNONHNHHCH3NCH3COOCH3OCONNOHCCHOHNCHOH生物碱类型基本母核举例异喹啉衍生物异喹啉1.双苄基异喹啉衍生物苄基异喹啉厚果唐松草碱2.原小檗碱衍生物原小檗碱型四氢黄连碱3.阿朴啡衍生物阿朴啡土杜拉宁4.吗啡烷衍生物吗啡烷吗啡NNNNH3CHOCH3OCH3OH3COOCH3OCH3CH3H3COH3COHNNOOOONCH3NHHOOH3COH3CNHONOHHOCH3生物碱类型基本母核举例其他类毛果芸香碱川芎嗪OH2CNNCH3OC2H5NNCH3CH3H3CH3C大多数叔胺碱和仲胺碱为亲脂性，一般能溶于有机溶剂，尤其易溶于亲脂性有机溶剂（二）生物碱类化合物的理化性质形态性状溶解性旋光性多数为结晶形固体，少数为非晶形粉末；个别为液体。味颜色多具苦味。一般为无色或白色，少数有颜色。挥发性与升华性少数液体状态及个别小分子固体生物碱具挥发性个别生物碱具有升华性。生物碱结构中如有手性碳原子或本身为手性分子即有旋光性。游离生物碱生物碱盐亲脂性生物碱一般易溶于水，可溶于醇类，难溶于亲脂性有机溶剂。含氧无机酸盐不含氧无机酸盐小分子有机酸盐大分子有机酸盐亲水性生物碱具特殊官能团的生物碱主要指季铵碱和某些含氮-氧化物的生物碱具酚羟基或羧基的两性生物碱既可溶于酸水，也可溶于碱水溶液。供电诱导使氮原子上电子云密度增加，碱性增强；吸电诱导使氮原子上电子云密度减小，碱性降低。碱性碱性大小与分子结构的关系氮原子的杂化方式共轭效应（二）生物碱类化合物的理化性质碱性71S22S22P3来源NH+(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），Ka越大，碱性越强。诱导效应空间效应sp3＞sp2＞sp生物碱分子中氮原子的孤电子对与π-电子基团共轭时一般使生物碱的碱性减弱。氮原子由于附近取代基的空间立体障碍或分子构象因素，而使质子难于接近氮原子，碱性减弱。沉淀反应显色反应含少量甲醛的浓硫酸溶液1%钒酸铵的浓硫酸溶液1%钼酸钠(或钼酸铵)的浓硫酸溶液吗啡显紫红色；可待因显蓝色。莨菪碱显红色；吗啡显棕色；马钱子碱显血红色；奎宁显淡橙色；士的宁显蓝紫色。吗啡显紫色渐转为棕绿色；小檗碱显棕绿色；利血平显黄色，2分钟后转为蓝色；秋水仙碱显黄色；阿托品显无色.（二）生物碱类化合物的理化性质生物碱在酸性水或稀醇中与某些试剂生成难溶于水的复盐或络合物的反应称为生物碱沉淀反应。这些试剂称为生物碱沉淀试剂。碘化铋钾（Dragendorff）试剂：与生物碱反应生成橘红色至黄色无定形沉淀碘化汞钾(Mayer)试剂：与生物碱反应生成类白色沉淀硅钨酸(Bertrad)试剂：与生物碱反应生成类白色或淡黄色沉淀。雷氏铵盐试剂：雷氏铵盐即硫氰酸铬铵，其组成为NH4[Cr（（NH3）2SCN）4]，其与季铵型生物碱反应生成红色沉淀或结晶。NNCH3CH3NHCOOCH3CH3NH2NH213OCONCH3CHCH2OHOCONCH3OCHCH2OH莨菪碱东莨菪碱（三）生物碱类化合物的提取与分离生物碱的提取与分离提取方法分离方法醇类溶剂提取法利用生物碱碱性的差异分离利用生物碱及其盐的溶解度不同分离利用生物碱的特殊官能团分离酸水提取法亲脂性有机溶剂提取法利用色谱法分离般来说，天然药物化学成分在常温下多半是固体物质，常具有结晶的通性，因此，可根据溶解度得不同，用结晶法来达到分离、纯化、精制的目的。结晶法是实验室常用的成分纯化方法。但并不能利用结晶法直接进行提取液的分离和纯化，因为过多的杂质会干扰结晶的形成，甚至有时少量的杂质也会阻碍结晶的析出，因此，结晶前应尽可能地除去杂质。脂溶性生物碱的提取——亲脂性有机溶剂提取法1.原理是将中药中的生物碱有机酸盐转变成水溶性较大的无机酸或小分子有机酸盐，将其提取出来。2.常用的稀酸水0.1%～1%盐酸、硫酸、醋酸和草酸等。3.采用浸渍法和渗漉法。不得使用加热提取法。4.提取效率高，操作简便；提取液体积大，浓缩困难，水溶性杂质多。脂溶性生物碱的提取——酸水提取法脂溶性生物碱的提取——醇类溶剂提取法1.原理利用游离碱及其盐均溶于乙醇的性质，将其提取出来。2.可采用浸渍法和渗漉法，亦可采用回流法。3.可将不同类型的生物碱提出，但提出的亲脂性杂质较多。1.原理游离碱大多溶于亲脂性有机溶剂的性质，故采用氯仿、乙醚和苯等将其提取出来。2.可采用浸渍法、回流法和连续回流法。3.一般应先将用少量碱水（石灰乳、稀氨水等）湿润药粉，使其中生物碱盐转变成游离碱后，再用氯仿等提取。4.该法选择性高，主要提取亲脂性生物碱，提出的杂质较少。但成本高、安全性差，故只用于实验室。苦参碱与氧化苦参碱的分离麻黄碱与伪麻黄碱的分离利用生物碱及其盐的溶解度不同分离利用生物碱碱性的差异分离总碱氯仿溶液氯仿层氯仿层pH5～6缓冲液萃取（强碱性生物碱）酸水层pH3～4缓冲液萃取pH1～2缓冲液萃取氯仿层（中强碱性生物碱）酸水层（弱碱性生物碱）酸水层CHCl3Et2O分离方法苦参碱++总碱溶于少量CHCl3，逐滴加入至Et2O中，过滤氧化苦参碱+－CHCl3甲苯H2O分离方法麻黄碱++麻黄碱草酸盐-总碱溶于甲苯，用草酸溶液萃取，浓缩萃取液，麻黄碱草酸盐析出。伪麻黄碱++伪麻黄碱草酸盐+某些生物碱特殊功能团（羟基、内酯键和内酰胺键等）能发生可逆性化学反应，导致其溶解性改变，从而与其他成分分离。1.酚性碱的分离2.内酯类和内酰胺类生物碱的分离1.吸附柱色谱（常用）常用氧化铝或硅胶作为吸附剂，以氯仿、苯等为底剂的溶剂系统作为洗脱剂，其中加少量碱性试剂，可改善分离效果。2.分配柱色谱例如三尖衫酯碱和高三尖衫酯碱的分离。（P129）3.高效液相色谱法（HPLC）这是一种现代高效的分离分析方法。常用C18反相色谱柱，流动相以甲醇-水、乙腈-水为底剂。利用色谱法分离利用生物碱的特殊官能团分离HO－Ar≡N-O－Ar≡NOH（苛性碱）H＋（氯化铵）酚盐（溶于水）（溶于氯仿等）酚性碱ooNoCOO-OHNH2COO-（溶于氯仿等）（溶于水）OH-/ΔH+（四）生物碱的检识理化检识物理检识主要根据生物碱的形态颜色嗅味等。化学检识主要利用有关的沉淀反应和显色反应。色谱检识比较样品与对照品Rf值（TLCPC）或tR（HPLCGC）是否一致，从而作出判断。（一）硅胶（氧化铝）吸附薄层色谱＊硅胶TLC最好在碱性条件下进行，可在展开剂中加入少量碱性试剂如二乙胺、氨水等，或制备碱性薄层板。展开剂多以氯仿等亲脂性有机溶剂为主，再根据色谱结果调整展开剂的极性。大多采用改良碘化铋钾试液喷雾显色，呈橘红色斑点。亦可直接观察斑点或在紫外下观察荧光斑点。（二）纸色谱常用正相纸上分配色谱。注意保持生物碱状态的均一性。①游离碱：常以甲酰胺为固定相，氯仿苯等为展开剂。②生物碱盐：常以水为固定相，BAW（n-BuOH-HAC-H2O）溶剂系统为展开剂。显色方法与薄层色谱基本相同，但不宜使用含硫酸的显色剂。（三）高效液相色谱法分辨率高，结果准确可靠。任务一麻黄中生物碱类成分的提取分离技术学习目标一二三麻黄中生物碱的提取分离技术必备知识五四六相关知识链接及拓展课堂互动目标测试一学习目标2掌握麻黄中生物碱类化合物的提取、分离及鉴定技术。熟悉麻黄中生物碱类化合物的结构及性质。了解麻黄中生物碱类化合物的存在及生物活性。知识要求3能力要求1掌握麻黄中生物碱类化学成分的提取分离原理及操作技术。熟练进行麻黄中生物碱类化合物的提取、分离及鉴定操作。学会麻黄中生物碱类化合物的色谱鉴定技术。学习目的麻黄（herbaephedrae）为麻黄科草麻黄(EphedrasinicaStapf.)、中麻黄(EphedraintermediaSchrenketC.A.Mey.)或木贼麻黄(EphedraequisetinaBge.)的干燥草质茎。具有发汗解表、宣肺平喘、利水消肿的作用。麻黄中含有多种生物碱,因产地和品种的不同有一定的差异,一般以麻黄碱和伪麻黄碱为主,此外还含少量甲基麻黄碱、甲基伪麻黄碱和去甲基麻黄碱、去甲基伪麻黄碱。二麻黄中生物碱类化学成分的提取分离技术麻黄草段加8倍量水，浸煮2至3次浸煮液NaOH碱化调PH10-12甲苯萃取有机溶剂层碱水层2%草酸溶液调PH6.5-7萃取草酸溶液减压浓缩,冷却后过滤结晶母液加8倍量水煮沸加饱和CaCl2滤液(草酸钙)加HCl调PH6.5-7浓缩，过滤母液（甲基麻黄碱盐酸盐）加饱和CaCl2溶液,静置，过滤结晶(盐酸伪麻黄碱)甲苯溶液(循环使用)(草酸麻黄碱)加饱和Na2S溶液调PH7-7.5静置，过滤沉淀粗结晶加水溶解，HCl调PH5.5-6.0活性炭脱色,重结晶盐酸麻黄碱麻黄碱与伪麻黄碱提取分离工艺流程麻黄草段加8倍量水，浸煮2至3次浸煮液NaOH碱化调PH10-12甲苯萃取有机溶剂层碱水层2%草酸溶液调PH6.5-7萃取草酸溶液减压浓缩,冷却后过滤结晶母液加8倍量水煮沸加饱和CaCl2滤液(草酸钙)加HCl调PH6.5-7浓缩，过滤母液（甲基麻黄碱盐酸盐）加饱和CaCl2溶液,静置，过滤结晶(盐酸伪麻黄碱)甲苯溶液(循环使用)(草酸麻黄碱)加饱和Na2S溶液调PH7-7.5静置，过滤沉淀粗结晶加水溶解，HCl调PH5.5-6.0活性炭脱色,重结晶盐酸麻黄碱（二）麻黄生物碱的性质（一）麻黄中主要有效成分及结构三必备知识（一）麻黄中主要有效成分及结构麻黄中含有多种生物碱，以麻黄碱和伪麻黄碱为主，其次是甲基麻黄碱和去甲基麻黄碱。它们的结构如下：CHOCHCH3HNHCH3HOCCHCH3HNHCH3l-麻黄碱(1R，2S)d-伪麻黄碱(1S，2S)1212CHOCHCH3HN(CH3)2l-去甲