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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。
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