第三章1生物碱

OCH3 OCH3
小蘗碱
CH3O
罂粟碱
CH3O
O
O
H
H N CH3
O
H
H N CH3
HO
蒂巴因
可待因
吗啡
生物碱类生物合成途径
（1）Schiff碱形成：羰基与氨基加成脱水的反应。如 吡咯类、托品类、吡咯里西啶类、哌啶类、喹诺里西啶类 等的生物合成。
H R－N H
H
H － H 2O R－N＝C－R'
＋ C－R'
嘌呤、嘧啶
甲戊二羟酸
卟啉类 醌 类
胡萝卜素类
植物二次代谢与生物合成过程
2. 生物碱的生物合成
生物合成途径 （1）氨基酸途径：主要有鸟氨酸、脯氨酸、苯丙氨酸、酪 氨酸、色氨酸、邻氨基苯甲酸、组氨酸、烟酸等。 （2）甲戊二羟酸途径：萜和甾体类。
生物合成原理（化学反应）
（1）Schiff碱形成反应 （2）Mannich碱形成反应 （3）酚的氧化偶合反应 （4）C－N键的裂解
CH3O
OH N H CH3
CH3 N CH3O N H O HO O Morphine OH H3COOC OCH3 Reserpine OCH3 O C OCH3 OCH3 N
4.分布
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生物碱的有无或含量受生长条件与气候等因素的影响。一 般普遍存在植物的各个部位，但往往是集中在某一部位。 含量：差异大，1% - 0.0001%，0.1%含量较高。 同属植物、同种植物中往往含有多种结构类型相同的生物 碱，也有一些科属的植物亲缘关系不相近，但可能含有相 同的生物碱。 积累：主要在生长活跃的组织如子房、心皮等。 储藏：主要是在液泡细胞、乳汁管细胞中进行。
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氨基酸途径 (amino acid pathway）： 生物碱类
HO HO HO HO COOH NH2 HO NH2
多巴胺
O HO HO COOH
Mannich
HO
NH COOH
OH
多巴
CH3O HO H N CH3O OH CH3
O HO H3CO 空褐鳞碱
H3CO HO 波乐定
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（4）C－N键的裂解 Hofmann降解（彻底甲基化法）：季铵碱在碱性溶液中加 热，脱水生成烯和三甲胺的反应。根据生成烯的数目，可推 测生物碱结构中N的结合状态。伯、仲、叔胺先用CH3I和 Ag2O进行彻底甲基化反应，生成季铵碱。
+ N(C H 3)3 C C + H2O + N(C H 3)3
C H O H-
C
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von Braun反应：叔胺生物碱与BrCN反应，氮环裂开， CN与N结合，Br与邻碳结合，生成溴代烷和二取代氨基氰化 物，此氰化物进一步水解生成羧酸，脱羧即得仲胺。用于无 β-H的C-N键裂解。
甾体类 有机胺类
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吡咯烷类生物碱
鸟氨酸
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莨菪烷类生Baidu Nhomakorabea碱
鸟氨酸
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COOH NH2 苯丙氨酸 -NH2 CHO NH Schiff碱反应 偶合反应 异喹啉类生物碱 苯乙醛 苄基四氢异喹啉 -CO2 NH2 苯乙胺 HCHO Mannich碱反应 四氢异喹啉 NH
环合反应
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1.生物合成
一次代谢：维持植物机体生命活动的代谢过程。主要 有糖类、蛋白质、脂肪、核酸。是植物的营养物质，也 是人类赖以生存的物质基础。 二次代谢：以一次代谢产物为前体，经不同途径进一 步合成的过程。是产生结构千变万化、千奇百怪、珣丽 多姿的化学物质。维持植物的特性与特征，活性强。
嘌呤、嘧啶
δ-氨基乙酰丙 酸
甲戊二羟酸
脂肪酸类
植物一次代谢与生物合成过程
CO2
H2 O
hυ / 叶绿素
葡萄糖代谢 莽草酸 磷酸烯醇式丙酮酸 丙酮酸 三羧酸循环 乙酰辅酶A 丙二酸单酰辅酶A （TCA） 丁酮二酸 α-酮戊二酸 丁二酸 脂肪族氨基酸 生物碱类 肽 类 含氮化合物 核苷 δ-氨基乙酰丙 酸 脂肪酸类 前列腺素类 脂肪族及芳 香族聚酮类 核苷酸类 胆 萜 甾 类 醇 碱 赤藻糖4-磷酸 香豆素、木 脂（质）素 芳香族氨基酸 黄酮类 鞣酸类 苯丙素类
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目的要求
掌握生物碱的理化性质、提取、分离和检识
熟悉生物碱结构的研究方法 了解生物碱的含义、分类、分布和生理活性
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2.生理活性
镇痛作用：如吗啡、延胡索乙素 解痉作用：如阿托品 抗菌消炎：如小檗碱 降压作用：如利血平
止咳平喘：如麻黄碱
抗疟作用：如奎宁 抗癌作用：如喜树碱、紫杉醇、长春新碱、秋水仙碱 抗老年痴呆：如石杉碱甲
目前用于临床的生物碱有近80多种
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3.定义
多数认为：生物碱是来源于植物界的含氮有机化合物（N 多在环内），有生理活性和碱性，能与酸成盐。 广义认为：生物界中所有的含氮有机化合物（除去生物体 必须的含氮化合物，如氨基酸、多肽、蛋白质、B族维生 素等）。 Pellertier认为：生物碱是生物有机体产生(植物、动物、 微生物)、含有负氧化态氮的环状化合物。
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吲哚类生物碱
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第1 节
概述
发展历史
生理活性
定义
分布
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1.发展历史
1803年，第一个生物碱那可汀（narcotine）
1806年，吗啡（morphine）
1810年，奎宁（quinine）和辛可宁（cinchonine） …… 1819年，Weissner认为：从植物中得到的具有碱性的化 合物统称为生物碱。 我国17世纪《白猿经》记载：从乌头中出砂糖样毒物作 箭毒用，可能是乌头碱（aconitine），比欧洲的发现早 二百年左右。（清· 赵学敏《本草纲目拾遗》） 生理活性、化学结构、全合成与半合成研究
第3章
生物碱（Alkaloids）
2015-4-26
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教学内容 第1节 第2节 第3节 第4节 概述 生物碱的生物合成 生物碱的分类 生物碱在植物体中的存在形式
第5节
第6节 第7节 第8节 第9节
生物碱的理化性质
生物碱的提取与分离 生物碱的色谱检识 生物碱的结构测定 含生物碱中药实例
N 来源于异戊烯
来源于萜类：单萜类 倍半萜类 二萜类 三萜类 来源于甾体：孕甾烷（C21） 环孕甾烷（C24） 胆甾烷（ C27）
生物碱按生源关系分类
按母核类型分类
吡咯烷类 莨菪烷类 哌啶类 喹啉类
异喹啉类 吲哚类 嘌呤及黄嘌呤类 大环类
喹唑啉类
咪唑类 吖啶酮类
萜类
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CO2
H2 O
hυ / 叶绿素
葡萄糖代谢 莽草酸 磷酸烯醇式丙酮酸 丙酮酸 三羧酸循环 乙酰辅酶A 丙二酸单酰辅酶A （TCA） 丁酮二酸 α-酮戊二酸 丁二酸 脂肪族氨基酸 赤藻糖4-磷酸 苯丙素类
芳香族氨基酸
转移：往往发生甲基化、氧化、去甲基化等次级结构修饰。
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第2 节
生物碱的生物合成（Biosynthesis）
生物合成 生物合成的途径 生物合成的意义 生物碱的生物合成
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异喹啉类生物碱
苯丙氨酸
异喹啉类生物碱
异喹啉类生物碱
吗啡 (morphine)
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吲哚类生物碱
色氨酸
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按生源途径分类 按母核类型分类
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来源于鸟氨酸：吡咯 吡咯里西丁 托品类 NH2CH2CH2CH2CH（NH2）COOH 来源于赖氨酸：哌啶类 吲哚里西丁 喹诺里西丁 NH2CH2CH2CH2CH2CH（NH2）COOH 来源于邻氨基苯甲酸：喹啉类 吖啶酮类 来源于氨基酸 生 物 碱 CH2CH2COOH NH2 CH2CH2COOH NH2 HO 来源于色氨酸：吲哚碱类 半萜吲哚类 单萜吲哚类 NH2 COOH 来源于邻氨基苯丙氨酸/酪氨酸：苯丙胺类 异喹啉类 苄基异喹啉类 苯乙基异喹啉类 苄基苯乙胺类 吐根碱类
O
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（2）Mannich碱形成（氨甲基化）：醛、胺和负碳 离子（含活泼氢）的缩合反应，活泼氢被氨甲基取代，得 到Mannich碱。如苄基异喹啉和吲哚生物碱的生物合成。
－ OH CHO
+ HN
+ －C
－C－CH－N
R1 N R2 C N-Br R2 R3 R1 + N R3
C N Br
R1 N R2 R1 N CO O H R2 C N + R3Br -H2O -C O2 R1 R2 NH
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C-N键的裂解
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氧化态：化学物质中某个原子氧化程度的量度。
如氮氧化合物，N为-1；季铵，N为-3
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O O N OH OCH3 OCH3 Berberine H C CH3 C H CH3O OCH3 O Ephedrine OCH3 Colchicine Atropine H N CH3 O C O O NH C CH3 CH2OH C
3. 了解生物合成的意义
天然化合物分类 推测天然化合物的结构
推测植物中未获取的成分信息
从生物合成途径判断得到的化合物结构是否合适 植物生理学
仿生合成
组织培养
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第3 节
生物碱的分类
按植物来源分类
OH
CH3O HO H N CH3 OH OCH3
HO HO H N OH OH
（-）网状番荔枝碱 （-）网状番荔枝碱
CH3O HO H N CH3O O CH3O HO H N CH3O HO CH3 CH3O H N CH3O H CH3 HO CH3 O O N
全去甲劳丹诺苏林
CH3O CH3O NH OCH3 OCH3
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（3）酚的氧化偶合（N-杂环生物碱的再环合）：含酚羟 基的化合物在酶的作用下形成自由基，两个自由基经偶联形成 新键的反应。偶联方式有邻－邻偶联、邻－对偶联、对－对偶 联。
H3CO HO HO H3CO 番荔枝碱 邻-对偶合 N－ CH 3 邻-邻偶合 HO H3CO H3CO HO N－ CH 3 H3CO HO N－ CH 3 O N－ CH 3