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2019年自考《中药化学》复习笔记(八)

2019-01-11 14:47来源:江苏自考网  考试必看
【导语】以下是江苏省自考网2019年为自考生整理的《中药化学》复习笔记(八)



  第十章生物碱
 
  溶解度★★★
 
  ┌氮原子的存在状态:游离叔胺碱、仲胺碱易溶于有机溶剂,季胺碱易溶于水
 
  │分子的大小:小分子生物碱易溶于水。
 
  ·影响生物碱溶解度的因素┤功能团的种类:含酚羟基的叔胺碱可溶苛性碱溶液;含羧基的生物碱,溶解性类似水溶性生物碱;有内酯结构的生物碱可溶于热苛性碱。
 
  │功能团的数目:
 
  └溶剂的种类:
 
  ·溶解性
 
  ┌亲脂性
 
  │(数量多,易溶于低极性有机溶剂,可溶于极性较大的有机溶剂,难溶或不溶水。)
 
  游离生物碱┤
 
  └水溶性
 
  (数量少,易溶于水、酸水和碱水,可溶极性大的有机溶剂。不溶低极性有机溶剂。)
 
  ·生物碱盐的溶解度和与其成盐的酸有关
 
  ┌卤代酸(盐酸、氢溴酸、氢碘酸)[盐酸盐溶解度>氢溴酸盐溶解度>氢碘酸盐溶解度]
 
  ┌无机酸┤[含氧酸盐溶解度>卤代酸盐溶解度]
 
  │└含氧酸(硫酸、磷酸等)
 
  生物碱盐┤
 
  │┌大分子有机酸
 
  └有机酸┤[小分子有机酸盐溶解度>大分子有机酸盐溶解度]
 
  └小分子有机酸:
 
  碱性★★★
 
  1.共轭酸碱的概念及碱性强度表示
 
  碱性基团与pKa值大小顺序:胍基>季胺碱>脂肪胺基与脂氮杂环>芳胺与芳氮杂环>多氮同环芳杂环>酰胺基
 
  2.生物碱碱性强弱与分子结构的关系
 
  生物碱碱性强弱与分子结构的关系
 
  ·氮原子的杂化方式和碱性的关系
 
  氮原子的价电子在形成有机胺分子时的杂化轨道和碳原子一样,有三种形式,即sp、sp2、sp3,但它是不等性杂化。在这三种杂化方式中,随P电子成分的增加。其活动性增大,易提供电子(易吸引质子),则碱性强。因此,不同杂化轨道碱性强弱顺序是:sp3>sp2>sp
 
  季铵碱中的氮原子以离子状态存在,同时含有以负离子形式存在的羟基,故显强碱性。
 
  ·电效应和碱性的关系
 
  凡能影响氮原子上的孤对电子对电子云密度分布的因素,都能影响生物碱的碱性。
 
  1.诱导效应:氮原子上的电子云密度受其附近取代基性质的影响。
 
  ┌供电子基使电子云密度增加,碱性增强。[例如](如烷基等)
 
  取代基的影响┤
 
  └吸电子基使电子云密度减少,碱性降低。(如芳环、酰基、酯酰基、
 
  醚基、羟基、双键)
 
  双键、羟基的吸电子诱导效应,使生物碱碱性减小,具有普遍性。但具有氮杂缩醛结构的生物碱,常易于质子化而显强碱性。如阿替新(PKa12·9)。小檗碱是由醇胺型小檗碱异构化而来,醇胺型也属于氮杂缩醛范畴,氮原子上的孤电子对与羟基的C-O单键的电子发生转位,形成稳定的季铵型,而呈强碱性。
 
  若氮杂缩醛体系中的氮原子处在“桥头”时不能发生上述质子化,相反,却因羟基吸电子诱导效应使碱性降低。如伪士的宁的碱性小于士的宁既是由于此。
 
  2.诱导-场效应:当生物碱分子中不止一个碳原子时,各个氮原子的碱度是不相同的,即使是杂化形式相同,周围的化学环境相同的氮也是如此。当分子中一个氮原子质子化,就形成了一个强吸电基团,它对另一个氮原子产生二种降低碱度的效应,即诱导效应和静电场效应。诱导效应是通过碳链传递,随碳链增长而影响降低。静电场效应是通过空间直接传递,故又称直接效应。当吸电子基团在空间位置上与第二个氮原子相近时,直接效应表现的更为显著。以上即为诱导-场效应。如无叶豆碱分子中两个氮原子的ΔpKa很大,为8.1(结构中两个喹喏里西啶N的pKa值分别为11.4和3.3)其原因主要是两个氮原子仅相隔3个碳原子,空间靠得很近这种诱导-场反应的影响。
 
  3.共轭效应:氮原子的孤电子对与具有π电子的基团相连接时,由于形成ρ-π共轭,使该氮原子的碱性降低。在生物碱分子结构中常见的ρ-π共轭体系有苯胺型、酰胺型和烯胺型。
 
  在一些生物碱分子中存在的烯胺结构,有时是使生物碱碱性增加,这是因为这类烯胺结构通常含有下列平衡:
 
  当A中R1和R2为烷基时是叔烯胺,R1或R2中有一个为H时,为仲烯胺,B为A的共轭酸。仲烯胺的共轭酸不稳定,而叔烯胺的共轭酸稳定,平衡向共轭酸方向进行,形成季铵,
 
  碱性强。有些具有稠环的叔胺生物碱结构中也有叔烯胺结构,在立体条件许可下,氮原子的孤电子对与双键的π电子能发生转位时,则生成季铵型的共轭酸,而显强碱性,如[蛇根碱]分子中N4的α、β位有双键,N4形成季铵型,N1为N4的电子接受体,因而碱性强。但具有此种结构的生物碱如氮原子处于桥头,双键不能发生转位,则氮原子受双键吸电子诱导效应而碱性降低,如[新士的宁碱]
 
  如氮上孤电子对与供电子基共轭时,则使碱性增强。含胍基的生物碱,由于胍基接受质子形成季铵离子,并具有高度共振稳定性,故显强碱性。[胍]
 
  在共轭效应中,氮原子的孤电子对的轴必须与共轭双键系统的P电子轴处在同一平面,否则共轭效应减弱。如邻甲基N,N-二甲基苯胺由于邻位甲基与氨基的相互排斥,使氮原子的孤电子对与共轭系统的平面扭曲,使共轭效应减弱。
 
  生物碱碱性强弱与分子结构的关系
 
  ·氮原子的杂化方式和碱性的关系
 
  氮原子的价电子在形成有机胺分子时的杂化轨道和碳原子一样,有三种形式,即sp、sp2、sp3,但它是不等性杂化。在这三种杂化方式中,随P电子成分的增加。其活动性增大,易提供电子(易吸引质子),则碱性强。因此,不同杂化轨道碱性强弱顺序是:sp3>sp2>sp
 
  季铵碱中的氮原子以离子状态存在,同时含有以负离子形式存在的羟基,故显强碱性。
 
  ·电效应和碱性的关系
 
  凡能影响氮原子上的孤对电子对电子云密度分布的因素,都能影响生物碱的碱性。
 
  1.诱导效应:氮原子上的电子云密度受其附近取代基性质的影响。
 
  ┌供电子基使电子云密度增加,碱性增强。[例如](如烷基等)
 
  取代基的影响┤
 
  └吸电子基使电子云密度减少,碱性降低。(如芳环、酰基、酯酰基、
 
  醚基、羟基、双键)
 
  双键、羟基的吸电子诱导效应,使生物碱碱性减小,具有普遍性。但具有氮杂缩醛结构的生物碱,常易于质子化而显强碱性。如阿替新(PKa12·9)。小檗碱是由醇胺型小檗碱异构化而来,醇胺型也属于氮杂缩醛范畴,氮原子上的孤电子对与羟基的C-O单键的电子发生转位,形成稳定的季铵型,而呈强碱性。
 
  若氮杂缩醛体系中的氮原子处在“桥头”时不能发生上述质子化,相反,却因羟基吸电子诱导效应使碱性降低。如伪士的宁的碱性小于士的宁既是由于此。
 
  2.诱导-场效应:当生物碱分子中不止一个碳原子时,各个氮原子的碱度是不相同的,即使是杂化形式相同,周围的化学环境相同的氮也是如此。当分子中一个氮原子质子化,就形成了一个强吸电基团,它对另一个氮原子产生二种降低碱度的效应,即诱导效应和静电场效应。诱导效应是通过碳链传递,随碳链增长而影响降低。静电场效应是通过空间直接传递,故又称直接效应。当吸电子基团在空间位置上与第二个氮原子相近时,直接效应表现的更为显著。以上即为诱导-场效应。如无叶豆碱分子中两个氮原子的ΔpKa很大,为8.1(结构中两个喹喏里西啶N的pKa值分别为11.4和3.3)其原因主要是两个氮原子仅相隔3个碳原子,空间靠得很近这种诱导-场反应的影响。
 
  3.共轭效应:氮原子的孤电子对与具有π电子的基团相连接时,由于形成ρ-π共轭,使该氮原子的碱性降低。在生物碱分子结构中常见的ρ-π共轭体系有苯胺型、酰胺型和烯胺型。
 
  在一些生物碱分子中存在的烯胺结构,有时是使生物碱碱性增加,这是因为这类烯胺结构通常含有下列平衡:
 
  当A中R1和R2为烷基时是叔烯胺,R1或R2中有一个为H时,为仲烯胺,B为A的共轭酸。仲烯胺的共轭酸不稳定,而叔烯胺的共轭酸稳定,平衡向共轭酸方向进行,形成季铵,
 
  碱性强。有些具有稠环的叔胺生物碱结构中也有叔烯胺结构,在立体条件许可下,氮原子的孤电子对与双键的π电子能发生转位时,则生成季铵型的共轭酸,而显强碱性,如[蛇根碱]分子中N4的α、β位有双键,N4形成季铵型,N1为N4的电子接受体,因而碱性强。但具有此种结构的生物碱如氮原子处于桥头,双键不能发生转位,则氮原子受双键吸电子诱导效应而碱性降低,如[新士的宁碱]
 
  如氮上孤电子对与供电子基共轭时,则使碱性增强。含胍基的生物碱,由于胍基接受质子形成季铵离子,并具有高度共振稳定性,故显强碱性。[胍]
 
  在共轭效应中,氮原子的孤电子对的轴必须与共轭双键系统的P电子轴处在同一平面,否则共轭效应减弱。如邻甲基N,N-二甲基苯胺由于邻位甲基与氨基的相互排斥,使氮原子的孤电子对与共轭系统的平面扭曲,使共轭效应减弱。
 
  3.空间效应和碱性的关系
 
  生物碱分子的构象及氮原子附近的取代基的种类等立体因素也常影响氮原子接受质子的难易,故也影响生物碱的碱性。如东莨菪碱的碱性(pKa 7.50)比莨菪碱的碱性(pKa9.65)弱,既是由于东莨菪碱分子中氮原子附近6、7位氧桥的空间位阻作用。
 
  4.分子内氢键和碱性的关系
 
  生物碱孤电子对接受质子生成共轭酸,该共轭酸的稳定性影响生物碱的碱性。[10-羟基二氢去氧可待因]。
 
  分析生物碱碱性强弱时,应综合考虑,因为上述影响因素不是单一存在的。一般诱导效应与共轭效应共存时,共轭效应的影响大;空间效应与诱导效应共存时,空间效应的影响大。
 
  ·沉淀反应★
 
  生物碱沉淀反应可用于判断中药中是否含有生物碱,以及在生物碱提取分离过程作为追踪手段,还可用于分离纯化生物碱;此外某些生物碱与沉淀试剂反应的生成物具有完好结晶和一定熔点时,可对生物碱进行鉴定。
 
  大多数生物碱能和某些试剂生成难溶于水的复盐或分子络合物等,称为生物碱的沉淀反应,所用的试剂称生物碱沉淀试剂。
 
  ┌碘化物复盐
 
  │重金属盐
 
  生物碱沉淀试剂类型┤
 
  │大分子酸
 
  └其它类
 
  生物碱的沉淀反应一般在酸性水溶液中进行,苦味酸试剂和三硝基间苯二酚试剂可在中性条件下进行。为了避免假阳性反应,反应前先将样品酸性水溶液进行净化处理。
 
  【【样品/酸水液
 
  │碱化,氯仿萃取
 
  碱水氯仿液
 
  (水溶性杂质)│酸水液萃取
 
  (做沉淀反应)酸水液氯仿液】】】
 
  有些生物碱与生物碱的沉淀试剂不反应,如麻黄碱、咖啡碱等与碘化铋钾不反应,故进行沉淀反应一般采用3种以上试剂进行。
 
  ·显色反应


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