苦参碱研究报告

1、……………………………………………………………………生物碱

2、……………………………………………………………………苦参碱

二、………………………………………………………………苦参碱的应用

（1）………………………………………………………在医学方面的应用 

（2）………………………………………………………………临床应用

（3）………………………………………………………在农业方面的应用

三、………………………………………………前沿科技——外文文献选读

（一）………………………………………………………………研究背景

（二）………………………………………………………………实验部分

（三）………………………………………………………实验结果及讨论

四、…………………………………………………………苦参碱的发展前景

五、……………………………………………………………………结束语

六、……………………………………………………………………谢辞

七、…………………………………………………………………参考文献

苦参碱研究报告

摘要：生物碱是指天然产物的一类含氮的有机化合物，主要分布在植物界。苦参碱是一类吡啶衍生物类生物碱，主要来源于苦参的干燥根、植株、果实，由于苦参碱独特的性质，使得苦参碱在医学，临床，农业方面都发挥了不可替代的作用。然而近年来关于苦参碱的研究很多，但是关于苦参碱溶于乙醇的热力学性质研究较少，本文选读的一篇外文文献介绍了一种简单的方法测定苦参碱的热力学性质，为苦参碱的应用提供了热力学参考。

关键词：生物碱 苦参碱 应用 乙醇 热力学 动力学

一、苦参碱概述

1、生物碱

（1）概述

生物碱是人类对植物药中有效成分研究得最早而较多的一类成分。从十九世纪德国学者F.W.Sertrner从鸦片中分离出吗啡碱（morphine）以来，迄今已从自然界中分离得到约10000种生物碱类化合物。在《全国医药产品大全》中收载的生物碱药物及其制剂达六十余种。

（2）定义

生物碱的定义是指天然产物的一类含氮的有机化合物（不包括低分子胺类，如：甲胺、乙胺等、氨基酸、氨基糖和维生素类等化合物），多数具有碱的性质且能和酸结合生成盐；大部分化合物为杂环化合物且氮原子在杂环内；多数有较强的生理活性。

（3）分布

生物碱主要分布于植物界，迄今为止在动物中发现的生物碱极少。生物碱在植物界分布很广，存在于一百多个科中：如：豆科、茄科、防己科、罂粟科、毛茛科等植物中。目前在动物体内发现的生物碱较少，如蟾酥毒汁中的蟾酥碱。

(4)生物碱的检识

在生物碱的预试、提取、分离和结构鉴定中，常常需要一种简便的检识方法。最常用的是生物碱的沉淀反应和显色反应。

生物碱的沉淀反应：

生物碱的沉淀反应是利用大多数生物碱在酸性条件下，与某些沉淀剂反应生成弱酸不溶性复盐或络合物沉淀。

生物碱的显色反应：

生物碱的显色反应原理尚不太明了，一般认为是氧化反应、脱水反应、缩合反应或氧化、脱水与缩合的共同反应。常用的显色剂有:

a)矾酸铵一浓硫酸溶液（Mandelin试剂）为1％矾酸铵的浓硫酸溶液。如遇阿托品显红色，可待因显蓝色，士的宁显紫色到红色。 

b)钼酸铵一浓硫酸溶液（Frohde试剂）为1％钼酸钠或钼酸铵的浓硫酸溶液，如遇乌头碱显黄棕色，小檗碱显棕绿色，阿托品不显色。 

c)甲醛一浓硫酸试剂（Marquis试剂）为30％甲醛溶液0.2ml与10ml浓硫酸的混合溶液。医学教|育网|收集整理如遇吗啡显橙色至紫色，可待因显红色至黄棕色。 

d)浓硫酸 如遇乌头碱显紫色、小檗碱显绿色，阿托品不显色。 

e)浓 如遇小檗碱显棕红色，秋水仙碱显蓝色，咖啡碱不显色。 

（5）提取分离

（一）总生物碱的提取 

总生物碱的提取方法有：溶剂法、离子交换法、沉淀法。

1．溶剂法

（1）水或酸水-有机溶剂提取法：

（2）醇-酸水-有机溶剂提取法：

（3）碱化-有机溶剂提取法：

（4）其他溶剂法：

其流程如下图：

1)非极性有机溶剂提取法

2)极性有机溶剂提取

2．离子交换树脂法

将酸水液与阳离子交换树脂（多用磺酸型）进行交换，以与非生物碱成分分离。

3．沉淀法

季胺生物碱因易溶于碱水中，除离子交换树脂法外，往往难于用一般溶剂将其提取出来。此时常采用沉淀法进行提取。生物碱的酸水提取液可加雷氏铵盐等使成沉淀析出,沉淀溶丙酮中,加入饱和的硫酸银溶液分解,再以氯化钡除去银离子,过泸,蒸干得残渣,残渣用乙醇提取,提取液浓缩后放冷,过泸去先析出的无机盐,滤液再浓缩至小量后加丙酮,放置析出粗晶,粗晶以甲醇重结晶,得生物碱总碱。

（二）生物碱的分离

分离程序一般有系统分离与特定生物碱的分离。

（1）系统分离：通常采用总碱类别或部位单体生物碱的分离程序。常用于基础性的研究；

（2）特定生物碱的分离：特定生物碱的分离是基于对 欲分离的生物碱的结构、理化特性的充分理解。许多药用生物碱的生产都属于这种分离；   

（3）利用生物碱的碱性差异进行分离；

（4）利用生物碱及其盐溶解度的差异进行分离；

（5）层析法。

2、苦参碱

（1）定义

苦参碱又名母菊碱，是一种以六氢吡啶为母体的吡啶衍生物类生物碱。以苦参碱为代表的化学结构相似的一类生物碱还包括氧化苦参碱、槐果碱、氧化槐果碱、槐定碱和槐胺碱等，而关于苦参碱和氧化苦参碱的研究最多。

苦参碱化学式为C15H24N2O，分子量248.36（按1993年国际相对原子质量计），结构式如图1. 其编号由两个六元环稠连的氮原子开始，如图依次进行编号，终止于另一个氮原子，其结构特征是15号位有一个羰基。其1号位的氮原子易发生氧化形成氧化苦参碱，在理化性质和生物活性方面都有许多相似之处。

（2）来源

苦参碱是由豆科植物苦参的干燥根、植株、果实经乙醇等有机溶剂提取制成的。苦参碱是一种生物碱。苦参的主要成分有苦参碱、氧化苦参碱、槐果碱、氧化槐果碱、槐定碱等多种生物碱，其中以苦参碱、氧化苦参碱含量最高。其他来源为山豆根及山豆根地上部分。

（3）物理性质

颜色：纯品外观为白色粉末。久置露空气中，有引湿性，并变为淡黄色。

气味：无臭，味苦。          性状：多为晶型，在苦参碱的α、β、γ、δ四种类型中分别有不同的性状：α型，针状或棱柱状结晶；β型，正斜方形棱柱状结晶；γ型，液体；δ型，棱柱状结晶。

熔沸点：α型，熔点76℃，β型，熔点87℃；γ型，液体，沸点223℃(800Pa)；δ型，熔点84℃。

溶解性：苦参碱既可溶于水，又能溶于氯仿、乙醚、苯、甲苯、二硫化碳等亲脂性溶剂。氧化苦参碱亲水性更强，易溶于水，可溶于氯仿，难溶于乙醚。苦参中生物碱的极性顺序是：氧化苦参碱＞羟基苦参碱＞苦参碱。

（4）生物活性及特点

一是杀虫活性。氧化苦参碱对菜青虫、黄掌蛾和榆蓝叶甲有强触杀作用，对桃蚜、萝卜、梨二叉蚜、小麦蚜虫的防治效果均达90％ 以上。二是杀菌活性。苦参碱丙酮提取物对小麦赤霉病、苹果炭疽病、番茄灰霉病菌丝生长和病菌孢子萌发有明显的抑制作用。三是调节植物生长功能。苦参碱提取物对植物有明显的促生长功能，如苦参碱处理离体黄瓜子叶，其鲜质量和干质量随苦参碱浓度的增加而明显增加，且与对照差异显著.[1]

（5）提取工艺

 苦参提取物外观为稳定的褐色均相液，无可见的悬浮物和沉淀物，易燃，无腐蚀性，在弱酸或中性介质中稳定，pH5．0～7．0。苦参提取物外观为稳定的褐色均相液，无可见的悬浮物和沉淀物，易燃，无腐蚀性，在弱酸或中性介质中稳定，pH5．0～7．0。对人、畜和鸟类无三致(致残、致畸、致突变)，对生殖无毒性；对鱼及水生物的作用效果没有明显的影响；对蜂及野生物的作用效果无明显有害的影响。生态环境评价为环保型，属无残留低毒农药产品。      目前，苦参碱的提取工艺主要有：溶剂提取法、离子交换法、树脂吸附法、超临界液体萃取技术等。苦参碱的溶剂提取法，常采用水、酸及乙醇等作为提取溶媒，提取方法多为浸渍、渗漉、煎煮、回流等【1】。

    （6）分离方法

苦参碱的分离方法主要有高效液相色谱法(HPLC)、薄层色谱法(TLC)、气相色谱法(GC)和毛细管电泳法(cE) J。其中HPLC是应用最多的一种。在离子液体没有得到广泛应用之前，液相分离苦参碱，通常采用三乙胺(TEA)作流动相添加剂，以抑制残余硅羟基的吸附，减少拖尾。

a)高效液相色谱法(HPLC)：以液体为流动相，采用高压输液系统，将具有不同极性的单一溶剂或不同比例的混合溶剂、缓冲液等流动相泵入装有固定相的色谱柱，在柱内各成分被分离后，进入检测器进行检测，从而实现对试样的分析。其用于液液分离时，流动相和固定相都是液体。流动相与固定相之间应互不相溶（极性不同，避免固定液流失），有一个明显的分界面。当试样进入色谱柱，溶质在两相间进行分配。达到平衡时，服从于高效液相色谱计算公式：K=Cs/Cm=kVm/Vs.式中,Cs—溶质在固定相中浓度；Cm--溶质在流动相中的浓度； Vs—固定相的体积；Vm—流动相的体积。LLPC与GPC有相似之处，即分离的顺序取决于K,K大的组分保留值大；但也有不同之处,GPC中，流动相对K影响不大,LLPC流动相对K影响较大。

b)薄层色谱法(TLC)：将固定相(如硅胶)薄薄地均匀涂敷在底板(或棒)上，试样点在薄层一端，在展开罐内展开，由于各组分在薄层上的移动距离不同，形成互相分离的斑点，测定各斑点的位置及其密度就可以完成对试样的定性、定量分析的色谱法。

c)气相色谱法(GC)：以气体为流动相的色谱法称为气相色谱法。其原理是利用各组分在固定相与载气(流动相)间分配系数不等，按大小依次被载气带出色谱柱，小先流出。

d)毛细管电泳法(cE) J：是以弹性石英毛细管为分离通道，以高压直流电场为驱动力，依据样品中各组分之间淌度和分配行为上的差异而实现分离的电泳分离分析方法。 

（7）苦参碱单体分离          

苦参以稀酸水渗漉，酸水提取液通过强酸性阳离子交换树脂提取总生物碱。苦参碱和氧化苦参碱的分离，利用二者在乙醚中的溶解度不同进行。氧化苦参碱的N→O半极性配位键，极性大，在水中溶解度较大，在乙醚中溶解度较小。将总生物碱溶于氯仿，加入10倍量乙醚，氧化苦参碱沉淀析出.

具体操作流程实例：取粉碎的苦参样品,用80%的酸性乙醇(pH=2～4)渗漏提取至无生物碱反应,提取液减压浓缩后用适量的自来水溶解,滤除不溶物,上清液用氯仿反复萃取至无生物碱反应,回收氯仿后得到苦参总生物碱。苦参总生物碱用硅胶柱层析分离,溶剂:氯仿、甲醇、氨水(9:1:0.3),在此溶剂下,氧化苦参碱Rf=0.28(与标准样对照),将相同组分合并,浓缩至适量后按1:1加入乙醚,滤除沉淀物,上清液继续加入乙醚至氧化苦参碱全部沉淀,次日过滤,用丙酮重结晶得到氧化苦参碱单体,120℃烘干3h,mp.206.5℃,与标准品混合后测熔点,熔点相同。二、苦参碱的应用

（1）在医学方面的应用： 

苦参碱对中枢神经具有解热、镇痛、抗惊厥、稳定神经等作用; 对心血管系统具有明显的负性频率和正性肌力作用、能防治动脉粥样硬化、减轻心肌损伤等作用;对消化系统具有杭肝损伤、抗纤维化、升高白细胞等作用; 还具有抗肿瘤、抗肝癌等作用。【2】

（2）临床应用： 

    苦参素的制剂临床主要用于慢性活动性肝炎和慢性迁延性肝炎，对急性黄疸型肝炎也有作用；也用于慢性宫颈炎，老年性、滴虫性、霉菌性阴道炎，附件炎，盆腔炎等，对子宫肌瘤及宫颈癌亦有较好的预防和治疗作用；适用于肿瘤放、化疗引起的白细胞低下及其它原因引起的白细胞减少症；在心血管疾病中用于心率失常、心率衰竭、心肌炎、冠心病等；还可用于湿疹等。

苦参碱添加到视网膜母细胞瘤细胞培养导致降低肿瘤细胞的有丝增殖速率下降，并加快肿瘤细胞细胞凋亡，同时，调节蛋白细胞或使凋亡周期发生相应的变化。【3】

（3）在农业方面的应用: 

    苦参碱属于植物源农药，具有对环境安全、无污染的特点。应用苦参碱防治核桃缀叶螟的试验，结果表明：用1％苦参碱可溶性液剂l200倍液喷雾防治核桃缀叶螟，防治效果达到90％。【4】

三、前沿科技——外文文献选读【5】

（一）研究背景

苦参类生物碱具有清热、燥湿、杀虫、利尿等功效，作用广泛且效果明显。同时，苦参类生物碱在抗癌，抗肿瘤以及提高免疫力等方面都有显著效果，故近几年来引起了许多学者们的关注。而无论是在临床医学或者是农业化学品研究中，苦参碱作为药物投入使用，其半衰期等热力学性质都是其药效以及药效长久的关键因素。

现代临床研究表明，苦参碱抑制促炎性细胞因子，巨噬细胞，皮肤角质细胞，成纤维细胞和肥大细胞，此外，苦参还具有广泛的光谱药理学活动包括在小鼠实验中检验出的对对乙酰氨基酚引起的肝毒性的保肝活性，以及在胃癌细胞和白血病细胞中体现的凋亡活性。然而，对于临床应用有重要作用的溶解特性却鲜有研究，特别是在溶解反应动力学方程和动力学参数方面的研究。

Z. X. Li · W. W. Zhao · X. H. Pu在他们的《Thermodynamic Properties of Matrine in Ethanol》一文中向我们介绍了关于苦参碱溶于乙醇的热力学性质并给出了苦参碱溶于乙醇的热力学参数以及相关的动力学方程，这无疑给我们以后的研究提供了有效的理论数据参考。

（二）实验部分

为研究苦参碱在乙醇中溶解的热力学性质，采取了单一变量法，利用浓度梯度对其热力学性质进行检验，即在恒温恒压下（309.65K，一个大气压）分别将设定质量的苦参碱（193.23mg,212.47mg,270.74mg,290.72mg,300.47mg）加入到2.00ml的乙醇中，过程的焓变可由RD496-2000Calvet微量计测量。                                                                                            

（三）实验结果及讨论

A.实验数据分析

   （1）热力学性质

下图描述了溶解时间与单位时间焓变的关系图，由图可知溶解过程是吸热过程。                      

由实验可知，在309.65K条件下溶剂的浓度对苦参碱的摩尔溶解焓几没有影响。所以所得到的平均摩尔溶解焓可认为是在乙醇中的无限稀释溶解焓。图3表明了苦参碱在乙醇中溶解热受物质量的影响的关系。

乙醇的线性方程如下：Q = −9.51n − 2.848, r = 0.9992 (1)

（2）乙醇溶解过程中苦参碱的动力学研究

苦参碱溶于乙醇的动力学方程为：dα/dt=kf(α)

结合功能模型可得

在这个方程里，α代表转化率，f(α)表示动力学能，Ht表示时间t时的热。H0表示整个过程的热，k是苦参碱在乙醇中的溶解速率，n为反应级数，L是级数索引。结合图2，我们可以知道该溶解过程的热力学方程为：

由于其动力学方程类似于一级反应，故其半衰期可用下式计算：

B.结论

a)RD496-2000型Calvet微量测定大气压力下在309.65K苦参碱对乙醇的摩尔焓。从结果中可以看出浓度对苦参碱在乙醇中的溶解度几乎没有影响。这样，平均摩尔溶解焓即可代表无限稀释摩尔焓，其值为−12.40 kJ·mol−1.

b)309.65K下苦参碱在乙醇中的溶解度动力学方程为dα/dt=2.36×10−4×(1−α)1.09.这是一个一级反应，其半衰期为t1/2=48.min，速率常数为k = 2.36×10−4s−1

c)苦参碱溶解于乙醇是吸热过程，摩尔溶解焓为−12.40kJ·mol−1, ΔsolSm=-354.7J•mol−1•K−1熵值为负表明苦参碱溶于乙醇是一种稳定系统。

通过微量计的实验，我们了解了苦参碱溶于乙醇的热力学数据，这为我们以后的研究提供了有效的数据来源。

四、苦参碱的发展前景

在我国，乙型肝炎患者和乙型肝炎病毒携带者有1亿多人，每年治疗经费高达百亿元，严重影响国家的经济发展和人民的身体健康。目前，治疗慢性乙型肝炎的药物颇多，但临床疗效高低不一，临床比较认同的是IFN-α，但因其价格较贵及副作用使其临床应用受限，而苦参碱有与IFN-α疗效作用相似，且不良反应少、价格低廉的优点，将是一种极有前途的乙型肝炎治疗药物。

五、结束语

苦参碱由于其自身特殊的理化性质，在医学临床以及农业放都得到了很好的利用，而通过实验研究得到的苦参碱溶于乙醇的热力学性质数据又为我们以后的研究提供了数据来源，为我们以后更好的使用苦参碱提供了更有力的理论依据。

六、谢辞

感谢老师为我们提供的辛勤教学，也感谢为科学做出贡献的科学家们，没有他们的努力，我们也得不到前沿的科技信息。

参考文献

【1】李杜，李红云，赵小帅，王玉军，绿色农药苦参碱的提取工艺研究，蔬菜实验研究

【2】付振科，李伟，应用苦参碱防治核桃缀叶螟试验，辽宁林业科技，2010年第4期

【3】Bowen Zhao & Bin Li & Shuwei Bai & Ling Shen & Ruojin Ren & Jost B. Jonas & Xiaolin Xu & Qingjun Lu & Qian Liu；Effects of Martine on proliferation and apoptosis of cultured retinoblastoma cells；Graefes Arch Clin Exp Ophthalmol；2012

【4】张静涛，王伟，段振华，苦参碱类生物碱的应用进展，现代生物医学进展，2007年第3期

【5】Z. X. Li · W. W. Zhao · X. H. Pu；Thermodynamic Properties of Matrine in Ethanol；Int J Thermophys；2011