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生物鹼理化性質與酸鹼抽提

科目:專技 - 藥物分析與生藥學(包括中藥學)|題數:11
生物鹼理化性質與酸鹼抽提
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建立於 2026年10月22日

學習重點 掌握生物鹼「含氮、多具生理活性、主要見於植物」的共同特徵,並注意「並非全部具有明顯鹼性」的例外;不含氮者(如 cineole)不屬生物鹼。 依氮的存在型態(游離鹼、鹽類、季銨型、N-氧化物)與官能基判斷溶解性,記住 tubocurarine、berberine 等水溶性較高的代表。 記熟常溫呈液態的代表(nicotine、coniine),以及呈紅色的生物鹼鹽類 sanguinarine nitrate。 理解預先脫脂與酸鹼分配的抽提原理,並能套用到古柯糊(coca paste)的製備流程。 區分生物鹼含量測定可用的重量法、滴定法與層析搭配光譜分析,以及原子吸光分析的適用對象。 核心觀念 一、生物鹼的辨識:含氮,但不一定具有明顯鹼性 生物鹼是天然含氮化合物中的重要類群,主要存在於植物界,且常具生理活性。其鹼性通常來自氮上可接受質子的孤電子對;但氮的鍵結方式與電子分布會改變其接受質子的能力。例如氮的孤電子對參與共振(如醯胺型氮)時,便不易接受質子,鹼性很弱甚至近中性。因此「生物鹼均具有鹼性」是錯誤敘述。 Cocaine、quinine、berberine 均屬生物鹼;cineole 為含氧單萜類,不含氮,不屬生物鹼。判讀時應先看結構中是否有氮,不能只因成分來自植物或具藥理作用就認定為生物鹼。 二、物態與色澤:一般規則之外,要記代表例外 多數生物鹼在常溫下為結晶性固體。結構中不含氧或含氧少、分子較小的生物鹼常為液體,nicotine 與 coniine 是常溫液態的代表。Cocaine、hydrastine 與 atropine 在常溫下為固體。 多數生物鹼及其鹽類為無色或白色,但具有較大共軛系統者可能呈色。鹽類顏色須連同成分名稱一起記憶。 生物鹼鹽類色澤 Sanguinarine nitrate紅色,為重要辨識點。 Chelerythrine chloride黃色,勿與 sanguinarine 的紅色混淆。 Papaverine hydrochloride白色結晶性粉末。 Quinine sulfate白色結晶;其螢光性質不可與本體色澤混為一談。 三、離子化與溶解性:先看電荷,再看官能基 一般而言,游離鹼脂溶性較高,易溶於有機溶劑;成鹽後水溶性增加。但這只是判斷起點,實際溶解度仍受分子大小、官能基、晶體結構與鹽型影響。 型態結構或離子化特徵溶解性與抽提判斷 一般游離鹼以不帶電型態為主。較易進入有機相。 一般生物鹼鹽鹼性氮接受質子形成陽離子。較易留在水相。 季銨型生物鹼氮本身帶正電,不隨一般鹼化而轉成中性游離鹼。親水性高,通常留在水相。 Alkaloid N-oxides由三級胺氮氧化形成,具有 N⁺—O⁻ 特徵。極性高,有些可溶於水。 Tubocurarine 含季銨氮,親水性高,與 coniine、morphine、codeine 等三級胺型生物鹼相比,水溶性最好。 在 berberine、coptisine、emetine、hydrastine 的比較中,berberine 的水溶解度較高。Emetine、hydrastine 為三級胺型,游離鹼水溶性低;berberine 與 coptisine 雖同屬季銨型原小檗鹼類,但 coptisine 具兩個亞甲二氧基,水溶性較差,故不能只憑「同為季銨型」就認為兩者溶解度相同。 四、N-氧化物:不是二級生物鹼 生物鹼 N-氧化物(如吡咯里西啶類生物鹼的 N-oxide)可天然存在於植物體內,也可在實驗室以氧化劑製備;部分則是原有三級胺在抽取過程中被氧化形成的人工產物(artifacts)。其屬高極性化合物,有時可溶於水。 N-氧化物是由三級胺衍生而來,不是二級生物鹼。胺的級數取決於氮上連接的碳基團數目;N-氧化只是氮多接了一個氧,兩者不可混為一談。 五、酸鹼抽提:利用型態改變控制分配 一般生物鹼可用「B+H⁺ ⇌ BH⁺」理解抽提:酸化使其成為鹽(BH⁺)而進入水相;鹼化使其成為游離鹼(B)而可用有機溶劑萃取或自水中析出。常見流程為:生藥鹼化 → 有機溶劑抽提游離鹼 → 以稀酸反萃取成鹽進入水相(除去中性脂溶性雜質)→ 水相再鹼化 → 游離鹼析出或以有機溶劑萃取。 中和至 pH 7 並不能使生物鹼充分游離。多數生物鹼共軛酸的 pKa 高於 7,pH 7 時仍有相當比例呈鹽類溶於水;要讓生物鹼游離,必須加鹼使溶液呈鹼性。 古柯糊(coca paste)的製備 乾燥的古柯碎葉與水及石灰(或碳酸鈉)混合,使 cocaine 成游離鹼。 加入煤油(kerosene)攪拌,游離鹼溶入煤油層。 分出煤油層,以稀酸(如稀硫酸)處理,cocaine 成鹽轉入酸水層。 酸水層加鹼(石灰、氨水或碳酸鈉)鹼化,粗製 cocaine 游離鹼沉澱析出,即為古柯糊。 最後步驟是「鹼化使游離鹼沉澱」,不是中和至 pH 7。 脫脂與乳化 生藥中的油脂在有機溶劑抽提時常造成乳化。最實用的方法是預先除去油脂(例如先以石油醚或正己烷脫脂),從源頭避免乳化。加乙醇、加鹽水只能在乳化發生後協助破乳;無水硫酸鈉用於乾燥有機層,都不能取代預先脫脂。 六、含量測定:分離方法要配對適當的測定原理 方法配組適用判斷 抽提分離-重量法可用;抽得總生物鹼後去除溶劑稱重。 抽提分離-滴定法可用;利用生物鹼的鹼性進行酸鹼滴定(含非水滴定)。 層析分離-光譜分析可用;如 HPLC 搭配 UV 偵測。 層析分離-原子吸光分析不適用;原子吸光用於測定金屬等元素,無法定量有機生物鹼分子。 常考陷阱 「生物鹼均具有鹼性」:錯在「均」;含氮、主存於植物、常具生理活性才是正確敘述。 「植物中的含香氣或活性成分都是生物鹼」:cineole 為含氧單萜,不含氮,不是生物鹼。 「生物鹼常溫下都是固體」:nicotine、coniine 為液態;cocaine、hydrastine、atropine 為固體。 「生物鹼鹽類都是白色」:sanguinarine nitrate 為紅色;chelerythrine chloride 為黃色。 水溶性比較:先找季銨型(tubocurarine、berberine),再比較官能基;三級胺型游離鹼水溶性低。 「N-氧化物為二級生物鹼」:錯誤;它由三級胺氧化而來,可天然存在、可人工製備、也可能是抽取的人工產物,且極性高。 「古柯糊最後中和至 pH 7」:錯誤;最後須鹼化使 cocaine 游離鹼沉澱。加水與石灰、加煤油攪拌、經酸液處理均為正確步驟。 「加鹽水、加乙醇、加無水硫酸鈉最能解決乳化」:最實用的是預先除去油脂。 「層析分離-原子吸光分析可測生物鹼含量」:原子吸光只測元素,不適用。 記憶口訣 「酸成鹽,水相留;鹼游離,有機收。」適用於一般三級胺型生物鹼;季銨型始終帶電、偏水溶。 「菸、毒芹常溫液;血根硝酸鹽見紅。」分別對應 nicotine、coniine 與 sanguinarine nitrate。 「古柯糊:灰水游離、煤油帶走、酸液接手、加鹼沉澱。」 「先脫脂、防乳化;重量滴定能定量,層析光譜可搭檔,原子吸光不搭腔。」

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  1. 63.下列何種生物鹼之水溶性最好?(A)tubocurarine (B)coniine (C)morphine (D)codeine
  2. 65.下列生物鹼何者在常溫下呈液態? (A)nicotine (B)cocaine (C)hydrastine (D)atropine
  3. 65.下列生物鹼何者在常溫下呈液態? (A)nicotine (B)cocaine (C)hydrastine (D)atropine
  4. 77.下列生物鹼鹽類,何者呈紅色? (A)papaverine hydrochloride (B)chelerythrine chloride (C)sanguinarine nitrate (D)qui...
  5. 74.下列有關生物鹼之敘述,何者錯誤? (A)構造含有N原子 (B)主存於植物界 (C)常具生理活性 (D)均具有鹼性
  6. 79.下列何種生物鹼之水溶解度較高? (A)Coptisine (B)Berberine (C)Emetine (D)Hydrastine
  7. 75 下列有關 Alkaloid N-oxides 的敘述,何者錯誤? (A)為 2 級生物鹼 (B)存在於植物體內亦可由實驗室製備 (C)屬高極...
  8. 74 下列何者不是生物鹼? (A) cocaine (B) quinine (C) berberine (D) cineole