河北医科大学药学院 本章目景 第1节版述 第2节 生物分类及生源关系 生曲成女多的化学结构 幕3节生物碱的理化性质 是b何训定出来的 第4节生物减的提取与分离 摩第5节生物碱的结构测定 4坠·寻 生物碱结构复杂！ 第5节生物碱的结构测定 虽然19世纪初就分离得到很多生物碱， 但因当时条件限制，大多数并未确定结构。 Structural identification 衍生物分折等手段， 推测分子鱼 例：直到1870年才通过化学法确定结构相对 1806年发现吗啡单体，1925完成结构确定 简单的毒芹碱的分子结构。 1952年完成全合成。 Q 线个 。通过化学反应、元素分折、化学降解、 例：1818年得到马钱子碱单体，1946年确定结 衍生物分断等方法推测分子结构。 天然药物化学室李力更教授
河北医科大学药学院 天然药物化学室李力更教授 1 1 第1节 概 述 第2节 生物碱分类及生源关系 第3节 生物碱的理化性质 第4节 生物碱的提取与分离 第5节 生物碱的结构测定 本 章 目 录 ☞ 2 生物碱分子的化学结构 是 如 何 测 定 出 来 的 3 第5节 生物碱的结构测定 Structural identification 4 生物碱结构复杂！ 虽然19世纪初就分离得到很多生物碱， 但因当时条件限制，大多数并未确定结构。 ☞ 当时主要通过化学反应、元素分析、化学 降解、衍生物分析等手段，推测分子结构。 5 例：直到1870年才通过化学法确定结构相对 简单的毒芹碱的分子结构。 N H 毒芹碱 （coniine） Zn N N COOH [O] [O] 两次霍夫曼彻底 甲基化消除反应 ☞ 通过化学反应、元素分析、化学降解、 衍生物分析等方法推测分子结构。 6 吗啡（morphine） HO O NH HO N O O N H H H H 马钱子碱（strychnine） 例：1806年发现吗啡单体，1925完成结构确定， 1952年完成全合成。 例：1818年得到马钱子碱单体，1946年确定结构， 1954年完成全合成
河北医科大学药学院 在早期结构研究过程中，发现了许多 对于复杂生物碱分子结构确定， 新的、有价值的反应和实验技术。 主要是在上个世纪才完成的。 例：利血平从发现到确定结构再到壳成全合成， 仅仅用门了几年时间(1952~1956)· ★为有机化学理论、技术的发展 做出了巨大贡献。 0 未知分子结构的判断主要有两种方法： 仪器分析的迅速发展大大缩短了研究时间！ ∫化学法 。V可指示共鞭体系及芳香环的存在。 物理法（仪法，波谱法） 。R可指示存在的某些官能团。 ★波谱法将会更多地取代经典的化学分折法， 。NMR可对分子结构、官能团给出决定性结论， ★若将二者结合应用，将对工作更有利。 如： 分析的裂 利用检识反应判断化合物的类型。 Xy测定分子绝对构型起着决定作用 》与已知对佩品进行莱些物理囊据的对丽。 》元素定量分析结合成消囊帮推测结构。 ★许多复杂结构的测定可以在短时间内完成。 ★迄今已确定结构的生物碱~1万余种。 课外阅读： 玉提体爽剑丹开应物般 一、紫外光谱 UV spectrum 天然药物化学史话 “四大光请”在 产物结构鉴定中的应用 *仅对具有完整共朝体系 J小.中草药，20164716：2779-2796 的生定货 天然药物化学室李力更教授 2
河北医科大学药学院 天然药物化学室李力更教授 2 7 在早期结构研究过程中，发现了许多 新的、有价值的反应和实验技术。 ★ 为有机化学理论、技术的发展 做出了巨大贡献。 OCH3 OCH3 OCH3 COOCH3 * * * * * * OCH3 H H N NH OCH3 H H OC O 8 对于复杂生物碱分子结构确定， 主要是在上个世纪才完成的。 例：利血平从发现到确定结构再到完成全合成， 仅仅用了几年时间（1952~1956）。 reserpine CH3O OCH3 OCH3 OCH3 reserpine N H OCH3 OC O H H CH3OOC H N MF: C33H40N2O9 MW: 609 9 未知分子结构的判断主要有两种方法： 化学法 物理法（仪器法，波谱法） ★ 波谱法将会更多地取代经典的化学分析法。 ★ 若将二者结合应用，将对工作更有利。 如： 利用检识反应判断化合物的类型。 与已知对照品进行某些物理数据的对照。 元素定量分析结合波谱数据推测结构。 10 仪器分析的迅速发展大大缩短了研究时间！ ☞ UV 可指示共轭体系及芳香环的存在。 ☞ IR 可指示存在的某些官能团。 ☞ NMR 可对分子结构、官能团给出决定性结论。 ☞ MS 不仅可测定相对分子量，同时能根据碎片 分析的裂解情况，有助分子结构的测定。 ☞ X-ray 测定分子绝对构型起着决定作用。 ★ 许多复杂结构的测定可以在短时间内完成。 ★ 迄今已确定结构的生物碱 ~ 1 万余种。 11 王思明, 付 炎, 刘 丹, 王于方, 李力更, 霍长虹, 李 勇, 刘 江, 张嫚丽, 史清文*. 天然药物化学史话： “四大光谱”在天然产物结构鉴定中的应用 [J]. 中草药, 2016, 47(16): 2779-2796. 课 外 阅 读 ： 作者单位：河北医科大学药学院 12 一、紫 外 光 谱 UV spectrum *仅对具有完整共轭体系 的分子才具有一定价值 *生色团决定其UV特点
河北医科大学药学院 1、生物碱结构分类与其Uy光谢特点（葡介） 产 UV 度 能章来什4文要猪尚信悬 。如：败密类、球类、喉类等生物碱 ◇∞如∞ 旦 ★对于其它生物碱UV应用价值不大。 像见下页示例图谱。公 例：几个含氯杂环化合物的UV谱图。 例：几个含氯杂环化合物的UV谱图。 co o 0 网 2、生物碱UV谱与pH值的关系（略） 若受山影响而改变了N的状态，且N与共 体系相连，则其在酸碱性介质中的UV谱 二、红外光谱 图不同。 IR spectrum 。否则，pH对生物碱的UV谱吸收影响不大 旦 天然药物化学室李力更教授 3
河北医科大学药学院 天然药物化学室李力更教授 3 13 UV 能带来什么重要结构信息 14 1、生物碱结构分类与其UV光谱特点（简介） 生色团（含N）组成分子的基本骨架并参与 共轭体系，则其 UV 谱具有一定价值。 ☞ 如：吡啶类、喹啉类、吲哚类等生物碱。 ★ 对于其它生物碱 UV 应用价值不大。 吡啶 pyridine N 喹啉 quinoline N N 吲哚 indole N 吖啶 acridine ☞ 见下页示例图谱。 15 例：几个含氮杂环化合物的UV谱图。 16 例：几个含氮杂环化合物的UV谱图。 17 2、生物碱 UV 谱与 pH 值的关系（略） 若受pH影响而改变了N的状态，且N与共 轭体系相连，则其在酸/碱性介质中的UV 谱 图不同。 ☞ 否则，pH 对生物碱的 UV 谱吸收影响不大。 18 二、红 外 光 谱 IR spectrum
河北医科大学药学院 L.胺基(amin0 gruops)的吸收 ★胺基H伸缩： 了形成H键3300-3000cm R 1不形成H3550-3320cm 章来什★文要陆南信4 7 ★伯胺两个NH峰： 对称-3400cm 反对将-3500cm 旦 ★仲整一个N-H峰：300-3300cm' ★叔胺无NH吸收带。 ★铵-个N-H吸收带：3175-2381cm宽 酸的红外吸收示意图1 胶的红外吸收示意图2 胶的红外吸收示意图3 正常吸收带：1720-175emr, 。若酮基处于跨环效应：1660-1690cm (比正常酮基吸收波数低) 例：普罗托品中C0吸收在1661-1658cm 罗托a(p 天然药物化学室李力更教授 4
河北医科大学药学院 天然药物化学室李力更教授 4 19 IR 能带来什么重要结构信息 ★ 伯胺两个N-H峰： ★ 胺基N-H伸缩： 1. 胺基（amino gruops）的吸收 ★ 仲胺一个N-H峰： 3000~3300cm-1 形 成 H 键 3300~3000 cm-1 不形成 H 键 3550~3320 cm-1 对 称 ~3400 cm-1 反对称 ~3500 cm-1 ★ 叔胺无N-H吸收带。 ★ 铵一个N-H吸收带：3175~2381cm-1宽峰 21 胺的红外吸收示意图-1 22 胺的红外吸收示意图-2 甲基苯胺的红外光谱 23 胺的红外吸收示意图-3 苄胺的红外光谱 24 正常吸收带：1720~1750cm-1。 ☞ 若酮基处于跨环效应：1660~ 1690 cm-1 （比正常酮基吸收波数低） 2. 酮基（carbonyl）的吸收 例：普罗托品中 C=O 吸收在 1661~1658 cm-1 。 O O O O O 普罗托品（protopine） HN
河北医科大学药学院 胺的红外吸收示意图4 3.含氯杂环的Bohimann吸收带 Bohlmann-Bands izidine)结构 在某些叔胺中，当N的a-C上至少有2个 H与N上孤对电子处于反式直立（且N上孤对 电子不参与共轭)时，在2800-2700cm处有 2个以上明显C-H吸收带。 而且。此反域吸收带强磨与、上未共用 电子对处在反位同平面.C上山的数目成正比， N的邻-C上有3个直立H与N孤对电子处于反式。 而顺式异构体则在此区域无峰或极弱。 ▲在2800-2700m区域有2个以上明显C-H吸收 峰(2800土5强吸收，2675士15中等或哥吸收)1 中无下页图示， 在含里西工(quinolizidine)结构 利用B Bands可测定含座缕里西 分子中若两环处 结构单元生 的 构型 例：&氯杂雌围(8W-estrone)的红外光谱中， 于2809-2747cm有两个C-H吸收带。 A/B cis N的邻-C上有1个直立H与N孤对电子处于反式！ ▲在2800-2700cm1区域无峰成极弱： 表明B/C环为反式环合 天然药物化学室李力更教授 5
河北医科大学药学院 天然药物化学室李力更教授 5 25 胺的红外吸收示意图-4 对-乙酰胺基苯酚 26 3. 含氮杂环的 Bohlmann 吸收带 ☞ 1957年，德国化学家F. Bohlmann发现了 一个特异IR现象，称为Bohlmann-bands。 Ferdinand Bohlmann （1921-1991） 27 在某些叔胺中，当N的α-C上至少有2个 H与N上孤对电子处于反式直立（且N上孤对 电子不参与共轭）时，在2800~2700cm-1处有 2个以上明显 C-H 吸收带。 而且，此区域吸收带强度与N上未共用 电子对处在反位同平面α-C上H的数目成正比。 而顺式异构体则在此区域无峰或极弱。 Bohlmann-Bands ☞见下页图示。 28 ▲ 在2800~2700cm-1区域有2个以上明显C-H吸收 峰（2800±5强吸收，2675±15中等或弱吸收）！ A/B trans H H N H N的邻-C上有3个直立H与N孤对电子处于反式。 (1) 在含喹喏里西丁（quinolizidine）结构 分子中，若两环处于反式： H H H N H H N H H H H H 29 ▲ 在2800~2700cm-1区域无峰或极弱! A/B cis N的邻-C上有1个直立H与N孤对电子处于反式！ (2) 在含喹喏里西丁（quinolizidine）结构 分子中，若两环处于顺式： 30 例：8-氮杂雌酮（8-(N)-estrone）的红外光谱中， 于2809~2747cm-1有两个 C-H 吸收带。 ☞ 表明 B/C 环为反式环合。 N HO H O B H C 利用Bohlmann-Bands可测定含喹喏里西丁 结构单元生物碱的 cis/trans 构型！