1、1,第5节 生物碱的理化性质,性状 旋光性 溶解度 碱性 沉淀反应 显色反应,2,1.性状（property）,组成：C、H、N，少数有Cl、S，若含O则以酯形式存在 形态：多数为结晶固体，有些为无定形粉未 少数为液体（ 个别有挥发性、升华性） 味道：多具苦味，但甜菜碱为甜味 熔点：有固定熔点（沸点），个别有双熔点。 颜色：多数无色，少数有颜色（共轭体系或助色团存在）,4,2.旋光性（optical rotation）,多数有旋光性（含手性中心或手性碳），且为左旋生理活性与旋光性有关：ld影响旋光性的因素：手性碳的构型、溶剂、pH、浓度等,5,3.溶解度（solubility）,生物碱盐 溶于
2、水、亲水性溶剂，难溶于亲脂性溶剂 溶解度与成盐的酸有关 无机酸盐有机酸盐 无机酸中：含氧酸卤代酸 有机酸中：小分子或多羟基有机酸大分子有机酸 不符合：不溶于水（如盐酸小檗碱、草酸麻黄碱） 溶于氯仿（如盐酸奎宁、盐酸罂粟碱）,6,游离生物碱游离仲胺碱和叔胺碱具亲脂性，溶于有机溶剂、酸水，特别易溶于氯仿，难溶于水和碱水不符合：难溶于有机溶剂，而溶于水（如石蒜碱） 难溶于有机溶剂，而溶于碱水（如吗啡） 难溶于有机溶剂，而溶于酸性氯仿（如喜树碱）,石蒜碱,吗啡,喜树碱,7,3.溶解度（solubility）,季铵碱、生物碱的氮氧化物 与生物碱盐类似，溶于水、亲水性溶剂，难溶于亲脂性溶剂,8,特殊生物碱
3、两性生物碱： 含酚-OH：同亲脂性生物碱，且可溶碱液（隐性酚-OH除外）； 含-COOH：形成因能形成分子内盐，溶解度同亲水性生物碱。具内酯基团生物碱：溶于碱水（遇碱开环，遇酸又闭环）。小分子叔胺碱和液体生物碱：可溶于所有溶剂。,9,10,4.碱性（basicity）,（1）碱性概念与碱性强度酸碱电子理论：凡是能给出电子的电子授体为碱；能接受电子的电子受体为酸。生物碱因分子中N上的孤电子对，能给出电子或接受质子而显碱性。,11,碱性强度的表示：pKa（或pKb）, pKa=-lgKa=pKw-pKb pKa11 强碱（季铵）碱性强弱规律：胍基季胺碱脂肪胺基缺电子芳杂环(吡啶)酰胺基富电子芳杂环
4、(吡咯),碱 酸 共轭酸 共轭碱,12,（2）碱性强弱与分子结构的关系N上孤电子对的杂化方式N上电子云密度分布（诱导、诱导场、共轭）空间效应,4.碱性（basicity）,13,N原子的核外电子排布：2S2 2Px1 2Py1 2Pz1N在形成有机胺分子杂化轨道时有三种形式： SP3 SP2 SP。 杂化轨道中，s成分少（p电子比例多），电子受原子核 约束力小，活动性大，氮给出电子能力强，碱性强；反之。,14,（1）N原子的杂化方式（hybridization degree）,碱性：sp3 sp2 sp pKa 10 56 01,SP杂化（中性）,16,（2）电性效应诱导效应（inductio
5、n effect）,碱性：供电基（烷基等）取代，碱性 吸电基（芳环、双键、含氧基团等）取代，碱性,17,（2）电性效应诱导效应（induction effect）,特殊：具有氮杂缩醛结构的生物碱，常易发生质子化而显强碱性（N处于稠环“桥头”除外），分子内互变异构（internal tautomerism）。,氮杂缩醛,亚胺盐,18,19,电性效应：诱导场效应（ induction-field effect）,生物碱分子中含两个以上N原子时，各个N的碱度不同。当其中一个N质子化后，产生一个强的吸电基团（NHR2），对另一个N产生两种降低碱度的效应，即诱导效应和静电场效应。 诱导效应：通过碳链传递
6、 场效应：通过空间传递,20,电性效应：共轭效应（conjugation effect）,生物碱N上的孤电子对与具电子的基团相连时，形成 p-共轭，使碱性减弱。常见的p-共轭共轭体系有苯胺型、酰胺型和烯胺型。 苯胺型：碱性减弱（pKa5）,21,酰胺型：碱性减弱（中性）,22,烯胺型：碱性减弱，但有时碱性很强（叔烯胺） 烯胺质子化多在-C上形成的共轭酸，以亚胺盐的形式存在。仲烯胺的共轭酸极不稳定，碱性较弱；叔烯胺的共轭酸稳定，易与质子结合形成季铵，碱性强（N在稠环“桥头”除外）。,亚胺盐,23,24,其他共轭情况：N上孤电子对与供电基（CN）共轭时，碱性增强。如含胍基的生物碱（pKa13.6）
7、，胍基接受质子形成季铵离子，具有高度共振结构，成盐后稳定，显强碱性。,25,注意：共轭效应中，N上孤电子对的轴必须与共轭双键系统的p电子轴处于同一平面，否则共轭效应减弱。,26,（3）空间效应（space effect）,N由于附近取代基的空间立体障碍或分子构象因素，使质子难于接近N，碱性减弱。,27,（4）分子内氢键（internal hydrogen bond）,当N上孤电子对接受质子形成共轭酸时，如有能与共轭酸上的质子形成分子内氢键的基团存在，即增加了共轭酸的稳定性，碱性增强。,非优势构象，稳定性差，pKa9.58,优势构象，稳定，pKa9.74,28,29,氮原子空间上靠近羰基时，N上
8、孤对电子与羰基形成新的CN键，N形成季铵盐，碱性强。,30,（3）综合分析 碱性增强：N上ed增加 利于接受质子 质子化产物更稳定空间效应与诱导效应共存，空间效应主导；共轭效应与诱导效应共存，共轭效应主导。,4.碱性（basicity）,31,小结：杂化度：碱性，sp3 sp2 sp诱导效应：供电基，碱性 ；吸电基，碱性诱导场效应：碱性 共轭效应：碱性 （影响p-共轭，碱性 ）空间效应：影响电子给出，碱性 ； 其他：利于质子化、形成季铵盐、分子内氢键等，碱性 氮杂缩醛、N空间接近羰基、烯胺型等，类似季铵碱。,4.碱性（basicity）,32,练习1：,ABCD,33,BCA,练习2：,34,
9、练习3：,ABC,35,BA,练习4：,36,5.沉淀反应（precipitation reaction）,生物碱沉淀反应：大多数生物碱能和某些酸类、重金属盐类及一些复盐反应，生成难溶于水的复盐或分子络合物沉淀。能与生物碱产生沉淀的试剂称为生物碱沉淀试剂。原理：N+HK+BiI4- N+HBiI4- K+ 应用：鉴别（显色剂）、分离纯化（指示剂）、鉴定。条件：一般为酸性水溶液，苦味酸为中性水溶液；溶剂为50%乙醇或水；试剂用量12滴。注意：（1）沉淀反应需采用3种以上试剂判断阳性结果。 （2）有些非生物碱也会生成沉淀，注意纯化样品。 （3）有些生物碱不发生沉淀反应，如麻黄碱等。,37,38,6.显色反应（color reaction）,生物碱的显色反应：某些生物碱单体与一些浓无机酸为主的试剂反应，生成不同颜色的反应。应用：检识和区别个别生物碱。,39,吗啡 (morphine),40,Thank You,
