3. Mandelin試劑為1%礬酸銨的濃硫酸溶液,莨菪堿(阿托品)顯紅色,奎寧顯淡橙色。
第三節生物堿的提取
分離與鑒別
常用方法
【考點1】生物堿的提取方法
1.水或酸水提取常用0.5%~1%的鹽酸或硫酸,采用浸漬法和滲漉法提取。本法簡單易行,但提取液體積較大,濃縮困難,雜質較多,需要進一步用下列方法處理後得到總生物堿。
(1)陽離子樹脂交換法:將稀酸水提取液通過強酸型陽離子交換樹脂柱,使生物堿交換在樹脂上。將交換後的樹脂晾幹,用氨水濕潤,使生物堿從樹脂柱上遊離,再用氯仿、乙醚等親脂性有機溶劑提取得到總生物堿。
(2)萃取法:將酸水提取液用堿(氨水或石灰水)堿化,使生物堿遊離,再用氯仿、乙醚、苯等親脂性有機溶劑萃取得到總生物堿。
2.醇類溶劑提取利用生物堿和生物堿鹽均能溶於甲醇或乙醇的性質進行提取。提取方法可采用浸漬法、滲漉法、回流提取法和連續回流提取法。
一般純化方法是將醇提取液減壓回收溶劑,用適量稀酸水溶解,濾除不溶物。濾液堿化後再用氯仿、乙醚等親脂性有機溶劑萃取,合並萃取液,回收溶劑即可得到總生物堿。
3.親脂性有機溶劑提取利用遊離生物堿易溶於親脂性有機溶劑的性質進行提取。
由於生物堿大多與植物體內的有機酸結合為生物堿鹽的狀態存在。因此用親脂性有機溶劑提取之前,必須將中藥用堿水(石灰乳、碳酸鈉溶液或稀氨水)濕潤,使生物堿遊離,再用親脂性有機溶劑萃取。提取方法多采用回流提取法和連續回流提取法。
【考點2】生物堿的分離方法
1.生物堿的初步分離將總生物堿按堿性強弱、酚性有無及是否溶於水,初步分離為強堿性的季銨堿、中等堿性的叔胺堿及其酚性堿、弱堿性生物堿及其酚性堿5個部分,流程圖見下圖。
2.生物堿單體的分離
(1)利用生物堿堿性的差異分離
原理:對於脂溶性生物堿,總堿中各成分由於堿性強弱的差異,強堿在弱酸性條件下形成生物堿鹽而溶於水;弱堿在強酸性條件下形成生物堿鹽而溶於水。反之,總生物堿鹽的水溶液在堿化時,弱堿鹽在弱堿性條件即可轉變成遊離生物堿,易溶於親脂性有機溶劑;強堿鹽則需在較強堿性條件下轉變成遊離生物堿,溶於親脂性有機溶劑。
方法:采用pH梯度萃取法分離。
方法一:將總生物堿溶於稀酸水中,逐步加堿液調節pH,使pH由低到高,每調節一次pH,用氯仿萃取數次,從而將堿性由弱到強的生物堿依次轉溶於氯仿而得以分離。
方法二:將總生物堿溶於氯仿中,用pH由高到低的酸性緩衝液依次萃取,使生物堿按堿性由強至弱的順序自總堿中逐一轉溶至酸性緩衝液中;然後分別將各部分酸性緩衝液堿化,用氯仿萃取得到不同堿性的生物堿。
(2)利用生物堿或生物堿鹽溶解度的差異分離
原理:利用有些生物堿極性的差異,或有些生物堿鹽的特殊溶解性能,因而在某些溶劑中的溶解度顯示較大的差異,以此達到分離的目的。
方法:一般采用兩相溶劑萃取法、沉澱法等方法進行分離。
①苦參堿和氧化苦參堿的分離:苦參堿的極性小於氧化苦參堿,前者能溶於乙醚,而後者難溶於乙醚。
②漢防己甲素和漢防己乙素的分離:兩者的基本結構相似,僅一個取代基團的差異,後者為酚羥基,前者為甲氧基,故後者的極性大於前者。漢防己乙素難溶於冷苯,而漢防己甲素可溶於冷苯。
③麻黃堿和偽麻黃堿的分離:兩者為一對光學異構體,前者的草酸鹽較後者的草酸鹽在水中的溶解度小。將麻黃堿和偽麻黃堿溶於適量水中,加入一定量草酸,麻黃堿生成草酸鹽即先從水溶液中析出。
(3)利用生物堿特殊官能團分離
原理:酚性生物堿可與苛性堿溶液生成酚鹽而溶於水,含羧基的生物堿能與碳酸氫鈉生成羧酸鹽而溶於水,而與其他非酚性叔胺堿分離。具內酯或內酰胺結構的生物堿可在堿性水溶液中加熱皂化開環生成水溶性羧酸鹽,酸化後又可環合而沉澱析出,可與不具此類結構的生物堿分離。
方法:利用不同的結構特點分離。
①利用羥基進行分離。如嗎啡、可待因的分離。
②利用內酯或內酰胺結構進行分離。如喜樹堿的分離。
(4)利用色譜法分離
①吸附柱色譜:常用氧化鋁和矽膠作吸附劑,以親脂性有機溶劑為洗脫劑。
②分配柱色譜:以矽膠為支持劑,酸性緩衝液為固定相。
【考點3】分離水溶性生物堿的常用方法
1.沉澱法
原理:利用生物堿能與生物堿沉澱試劑生成難溶於水的複合物而從水中析出的原理,以達到與親水性雜質分離的目的。雷氏銨鹽是常用於提取季銨型水溶性生物堿的沉澱試劑。
方法:依次進行沉澱的生成、純化和分解。
①沉澱生成:生物堿酸水液,加入雷氏銨鹽飽和水溶液,析出生物堿雷氏鹽沉澱,濾取沉澱,用少量水洗滌。
②沉澱純化:將沉澱溶於丙酮中,濾除不溶物;將濾出的丙酮液通過氧化鋁柱淨化,用丙酮洗脫。
③沉澱分解:收集丙酮洗脫液,向其中加入硫酸銀飽和水溶液,使生物堿的雷氏鹽分解為生物堿的硫酸鹽和雷氏銀鹽的沉澱;濾除沉澱,在濾液中加入計算量氯化鋇溶液,形成生物堿鹽酸鹽和硫酸鋇沉澱,濾除沉澱。將濾液濃縮至幹,即得水溶性生物堿鹽酸鹽。
2.溶劑法利用水溶性生物堿能夠溶於極性較大而又能與水分層的有機溶劑(如正丁醇、異戊醇或氯仿-甲醇的混合溶劑等)的性質,用這類溶劑與含水溶性生物堿的堿水液反複萃取,使水溶性生物堿與強親水性的雜質得以分離。
【考點4】生物堿的色譜鑒別方法
1.吸附薄層色譜法
(1)吸附劑:矽膠和氧化鋁。矽膠:矽膠本身顯弱酸性,色譜過程宜在堿性條件下進行,即在展開劑中加入少量堿性試劑,如二乙胺、氫氧化銨等。氧化鋁:不經處理便可用於分離和檢識生物堿。
(2)展開劑:展開劑係統多以親脂性溶劑為主,一般以氯仿為基本溶劑。
(3)結果觀察:有色生物堿可直接觀察斑點;具熒光的生物堿在紫外光下觀察熒光;多數生物堿需經改良碘化鉍鉀試劑顯色(顯橘紅色斑點)。
(4)應用範圍:矽膠和氧化鋁薄層色譜適用於分離和檢識親脂性生物堿。氧化鋁的吸附力較矽膠強,故適合於分離親脂性較強的生物堿。
2.分配薄層色譜法
(1)支持劑:矽膠、纖維素。
(2)固定相:脂溶性生物堿的分離,多以甲酰胺為固定相;水溶性生物堿或生物堿鹽的分離以水作固定相。
(3)展開劑:分離脂溶性生物堿,應以親脂性有機溶劑作展開劑。分離水溶性生物堿,則應以親水性的溶劑作展開劑。
(4)應用範圍:以甲酰胺為固定相的薄層色譜,適於分離弱極性或中等極性生物堿;以水為固定相的薄層色譜,適於分離水溶性生物堿。
3.紙色譜
(1)固定相:水、酸性緩衝液、甲酰胺。
(2)展開劑:以水作固定相的紙色譜,宜用親水性的溶劑係統作展開劑,如BAW(正丁醇-乙酸-水=4∶1∶5,上層)。以甲酰胺和酸性緩衝液作固定相的紙色譜,多以苯、氯仿、乙酸乙酯等親脂性有機溶劑為主組成的溶劑係統作展開劑。
(3)顯色劑:同薄層色譜,但含硫酸的顯色劑不宜使用。
(4)應用範圍:紙色譜法多用於水溶性生物堿、生物堿鹽和弱親脂性生物堿的分離檢識。
4.高效液相色譜可采用分配色譜法、吸附色譜法、離子交換色譜法等。其中以反相分配色譜法應用最多。由於生物堿具堿性,通常使用偏堿性的流動相,其分離效果與流動相的pH密切相關。
5.氣相色譜主要適用於揮發性化合物的分析,如麻黃生物堿、煙堿等。
第四節實例
含生物堿的常用中藥
【考點1】苦參中所含主要生物堿的化學結構類型、理化性質、提取分離方法和生物活性
1.結構類型苦參所含生物堿主要是苦參堿和氧化苦參堿。此外還含有羥基苦參堿、去氫苦參堿(苦參烯堿)和N-甲基金雀花堿等。
這些生物堿都屬於喹喏裏西啶類衍生物。分子中均有兩個氮原子,一個是叔胺氮,一個是酰胺氮。
2.理化性質
(1)堿性:苦參中所含生物堿均有兩個氮原子。一個為叔胺氮(N-1),呈堿性;另一個為酰胺氮(N-16),幾乎不顯堿性,所以它們隻相當於一元堿。苦參堿和氧化苦參堿的堿性比較強。
(2)溶解性:
①苦參堿的溶解性比較特殊,不同於一般的叔胺堿,既可溶於水,又能溶於氯仿、乙醚、苯等親脂性溶劑。
②氧化苦參堿是苦參堿的氮氧化物,具半極性配位鍵,其親水性比苦參堿更強,易溶於水,可溶於氯仿,難溶於乙醚。
③苦參堿、氧化苦參堿和羥基苦參堿具內酰胺結構,可在堿性溶液中加熱溶解,酸化後又環合析出。