生物碱的分类和鉴定方法研究进展_精品文档资料下载.pdf

1、文献标识码:A?文章编号:1009-9735（2010）05-0069-05*生物碱（alkaloids）一般指存在于生物体内的碱性含氮化合物,多数具有复杂的含氮杂环,有光学特异性和显著的生理效应 1（P329）。但也有少数生物碱例外,如麻黄碱是有机胺衍生物,氮原子不在环内 2-3;咖啡因虽为含氮的杂环衍生物,但碱性非常弱,或基本上没有碱性 4;秋水仙碱几乎完全没有碱性,氮原子也不在环内等 5-7。由于它们均来源于植物的含氮有机化合物,又有明显的生物活性,故仍包括在生物碱的范围内。而有些来源于天然的含氮有机化合物,如某些维生素、氨基酸、蛋白质、核苷等,习惯上又不属于生物碱,所以?生物碱 一词到

2、现在还未有严格而确切的定义。某些生物碱因其具有抗肿瘤、抗炎、抗病毒、抗血小板凝集、抗心律失常以及抗高血压等心血管疾病的功能,在卫生、医药等方面有着巨大的应用潜力,近年来成为人们研究的热点。1?生物碱的分类生物碱是生物体次生代谢产物中较大的一类,目前已分离出的生物碱约有 1 万多种。而且不断有新的生物碱被发现 8（P23-29）。生物碱种类繁多,结构复杂,来源不同,分类方法众多,文献量巨大,多数与中药制剂相关。1.1?按其植物来源分类常见的有毛茛科生物碱、百合科生物碱、罂粟科生物碱、茄科生物碱等 8（P23-29）。例如,烟草主要含烟碱、去甲烟碱和毒黎碱等;雷公藤主要含雷公藤碱、雷公藤精碱、雷公

3、藤次碱、雷公藤春碱和雷公藤辛碱等;苦参主要含苦参碱、氧化苦参碱、羟基苦参碱、N-甲氢野靛碱和脱氢苦参碱等。1.2?按其药理作用分类如对心血管系统的作用、抗肿瘤作用、对中枢神经系统的作用、降脂作用、降血糖作用、抗菌、抗病毒、杀虫作用、对平滑肌作用、对免疫功能的影响、抗炎作用、其他作用等 9,10。1.3?按物理化学性质分类如挥发碱、酚性碱、弱碱、强碱、水溶碱、季铵碱等;液体生物碱、挥发性的生物碱、升华性的生物碱、甜味的生物碱、有颜色的生物碱等。1.4?按其代谢来源分类常见有鸟氨酸类生物碱、赖氨酸类生物碱、邻氨基苯甲酸类生物碱、色氨酸类生物碱、萜类生物碱、甾类生物碱七大类,每类又分若干组。1.5?

4、按其结构分类（1）吡啶衍生物类 8（P23-29）11（P53）12（P7）13（P313-322）,包括简单吡啶类及双稠派啶类。如烟碱、金雀花碱、半边莲碱、槟榔碱、苦参碱等。（2）吡咯啶衍生物类14,此类生物碱指五环（吡咯烷）或六环（派啶）中存在一个氮原子的生物碱。如红古豆碱、野百合碱等。（3）茛菪烷衍生物类,莨菪烷是由四氢吡咯和六氢吡咯并合而成的杂环。莨菪碱是由莨菪醇和莨菪酸缩合而生成的酯。如莨菪碱、阿托品、古柯碱等。（4）异喹啉衍生物类,它们的69*收稿日期:2010-05-24基 金 项 目:安 徽 省 高 校 省 级 自 然 科 学 基 金 重 点 项 目（KJ2008A15ZC）。

5、作者简介:张德华（1957-）,男,安徽六安人,教授,研究方向:天然产物开发。结构基于四氢异喹啉核,主要由苯丙氨酸或酪氨酸生物合成而来。这些生物碱都是芳香碱基,具有不同数量的羟基、甲氧基以及亚甲基二氧取代基。如小檗碱、罂栗碱、吗啡等。（5）菲啶衍生物类,如白屈菜碱、石蒜碱等。（6）吲哚衍生物类,此类生物碱是从色氨酸生物合成而来,包括简单吲哚类和二吲哚类衍生物。如长春花碱、麦角新碱、麦角胺、利血平等。（7）吡嗪衍生物类,如川芎碱等。（8）喹唑酮衍生物类,如常山碱等。（9）嘌呤衍生物类,由嘌呤衍生的生物碱,在植物界分布较散。如咖啡碱、香菇嘌呤等。（10）喹啉衍生物类,由（邻）氨基苯甲酸生物合成而来

6、,具有一个双环结构,即一个苯环与一个吡啶环相连接。如蓝刺头碱、茵宇碱、奎宁、喜树碱等。（11）咪唑衍生物类,如毛果芸香碱等。（12）有机胺类,此类生物碱的化学结构特点是氮原子在环外侧链上,如麻黄碱、秋水仙碱、益母草碱等;（13）甾体生物碱,此类生物碱包括甾类生物碱和异甾类生物碱,氮原子大多数在甾环中,有的以与低聚糖结合的形式存在,如藜芦碱、茄碱、贝母碱等。（14）萜类生物碱,其氮原子在萜的环状结构中或在萜结构的侧链上,单萜类生物碱由异戊二烯化合物与氨的缩合生物合成而来。还有一些单萜类生物碱化合物具有较为突出的胍基取代。如龙胆那宁、猕猴桃碱、石斛碱、关附甲素、乌头碱等。（15）大环生物碱,大多数

7、具有内酯结构,故亦称为大环内酯类生物碱,如美登木碱、番木爪碱等。（16）其他 15（P3-31）,如千金藤碱、哈林通碱等。2?生物碱的鉴定方法生物碱的鉴定包括结构鉴定和含量分析。2.1?物性测定测定化合物的溶沸点、比旋光度等物理参数,与已知生物碱的物理参数进行比较 16（P48-118）。沉淀反应是鉴定生物碱的定性反应,方法简单、快捷,可直接在生物碱提取液中滴加生物碱显色剂,出现特征颜色沉淀物。肖桂青等 17在荷叶生物碱提取液中分别滴加碘化铋钾、硅钨酸、碘化汞钾、碘-磺化钾试剂,分别出现桔红色无定形沉淀、灰白色无定形沉淀、白色无定形沉淀和红棕色无定形沉淀。2.2?化学降解反应为经典的结构测定方

8、法,将分子降解为几个稳定的碎片,它们通常是一些比较易于鉴别或可通过合成证明的简单化合物,然后按降解原理推导出原来可能的化学结构。常采用霍夫曼降解、布朗反应和埃姆特降解 14。或用脱氢方法使化合物转为易于鉴别的芳香化合物,再推导其结构。这些方法不足之处是费时费料,结果较差。2.3?氧化反应是一种应用于生物碱结构研究的方法,即通过将化合物氧化裂解成小分子化合物推知该化合物环状结构的类型和取代基的种类及位置。常用的氧化剂有较温和、中等强度和较强等多种。如根据罂粟碱用高锰酸钾中性溶液和酸性溶液氧化的产物结构可推导出罂粟碱的结构。2.4?滴定法滴定法的原理是酸碱中和反应。人工滴定法是根据指示剂的颜色变化

9、指示滴定终点,然后目测标准溶液消耗体积,计算分析结果。自动电位滴定法是通过电位的变化,由仪器自动判断终点 18。滴定法简便、经济、快速,但相对标准偏差较大。杨长府等 19在烟叶样品处理中加入 Ba（OH）2,用 H ClO4-冰醋酸在苯?氯仿体系中准确测定了烟叶中的烟碱。赵红侠 20以氢氧化钠为滴定液,一阶导数法确定终点,并与标准方法进行比较,测定结果的精密度和准确度比非水滴定好。2.5?紫外吸收光谱法（ultraviolet absorption spec?trometry,UV）不少生物碱具有引起紫外吸收的共轭系统,有的生物碱母核为完整的共轭系统,如喹啉类、吡啶类、简单吲哚类等;而大多数生

10、物碱的共轭系统只是其结构的一部分,如具有四氢异喹啉结构的生物碱等。对于母核为完整共轭系统的生物碱,其 UV 光谱可反映其基本结构的特点。共轭系统若只是生物碱的部分结构时,则共轭系统的组成、共轭系统的大小,以及共轭系统中助色团的种类、位置和数量对 UV 光谱将产生影响。溶液的 pH 值对生物碱的紫外吸收有明显的影响。该法操作简单、准确度高、重现性好。崔盛等 21根据二帖类生物碱和酸性染料溴甲酚绿在酸性缓冲液中形成的络合物能被氯仿提取,并且提取液在 415nm 处具有吸收值的原理,运用酸性染料比色法测定了四川境内乌头属植物总生物碱的含量。2.6?红外光谱法（infrared absorption

11、spectroscopy,IR）红外光谱法利用物质对红外光区电磁辐射的选择性吸收来进行结构分析及对各种吸收红外光的化合物的定性和定量分析。被测物质的分子在红外线照射下,只吸收与其分子振动、转动频率相一致的红外光谱。生物碱红外光谱主要用于结构中官能团的70定性鉴定,或用于与已知结构生物碱进行对照鉴定。该法特征性强、测定快速、不破坏试样、试样用量少、操作简便、能分析各种状态的试样,但分析灵敏度较低、定量分析误差较大。王家俊 22应用傅立叶变换红外光谱法（FT?NIR）测定了近 1000 个具有代表性的烤烟样品的近红外光谱数据。2.7?质谱法（mass spectrometry,MS）质谱法是将物质

12、分子转化为离子,按质荷比差异进行分离和测定,实现成分和结构分析的方法。从质谱（MS）中,不仅能通过分子离子峰再结合氮规则判断含氮原子的个数,而且可得到生物碱分子量、分子式的信息,还能通过碎片离子给出的裂解方式获得分子结构信息。电喷雾质谱（electrospray ionization mass spec?trometry,ESI-MS）是近年来迅速发展并逐步完善起来的一种软电离质谱,特别适用于极性大、热不稳定的天然化合物分析。因其具有高特异性、高灵敏度及多级质谱（MSn）等技术特点,故可以直接进行混合物的微量分析。陈怀侠等 23研究了苦参碱和氧化苦参碱的电喷雾一级质谱电离规律和二级质谱碎裂规律

13、,总结出苦参碱类生物碱的特征裂解规律,而且通过苦参对照药材生物碱提取物的一级和二级质谱测定,对已知成分进行认证,为苦参药材质量控制提供了新的方法。陈焕文 24利用电喷雾解吸电离质谱（DESI?MS）快速测定吴茱萸中有重要活性的 5 种生物碱结构。由于在大气压下进行操作（样品更换等较便利）和不需要样品预处理,使得 DESI 适合于进行现场、在线分析,具有灵敏度高、速度快、特异性好等特点。2.8?核磁共振谱（nuclear magnetic resonance spec?troscopy,NMR）氢核磁共振谱（1H NMR）和碳核磁共振谱（13CNMR）能揭示结构中各官能团的种类和周围的结构状态,

14、在生物碱结构测定中具有重要价值。胡明华等 25先用酸水提取安徽小檗生物碱,再用硅胶柱色谱分离纯化,然后用核磁共振法鉴定出其中含有小檗碱、巴马汀、dehydrocapaurinine、药根碱、非洲防已碱、jatrorubine 等 6 种生物碱。李宁等 26从鹅掌楸中分离得到 3个 7-氧代阿朴菲型生物碱,采用 MS、1D NMR 和 2D NMR 等技术确定了化合物的结构,并利用 2D NMR 技术对其核磁共振信号进行了全归属。2.9?高效 液相色谱 法（high performance liquidchromatography,HPLC）HPLC 具有高效的分离效能、较宽的适用范围、条件优化

15、的灵活性、灵敏度高、重现性好、样品易回收和色谱柱可反复使用等优点,因而在生物碱分析中得到了广泛应用。根据 HPLC 分析生物碱时所使用的固定相的性质、流动相的组成及极性大小,其分析模式大致可分为正相吸附色谱法、正相硅胶-反相洗脱系统色谱法、离子交换色谱法及反相高效液相色谱法。刘正聪 27利用超声萃取-超高效液相色谱法测定可替宁、降烟碱、麦斯明、新烟碱和烟碱 5 种烟丝生物碱向主流烟气的迁移率。2.10?气相色谱法（gas chromatography,GC）以气体为流动相的色谱方法,广泛应用于生物碱的定量分析。气相色谱的定量方法主要有三种:内标准法、标准曲线法和峰面积百分率法。高志强 28利用气相色谱仪对湖南 3 个等级 559 个烟叶样本的生物碱,采用内标法进行定量分析,研究湖南烤烟生物碱含量的地理分布特征及与生物碱含量之间的相关性。2.11?薄层色谱法（thin layer chromatography,TLC）薄层色谱是快速分离和定性分析少量物质的一种很重要的实验技术。若采用薄层扫描仪对色谱斑点进行扫描,与对照物所得的色谱图作对比可以实现定量分析。T LC 法兼备了柱色谱和纸色谱的优