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第 十 章 生 物 碱 教学内容： 10.1 概述 10.2 结构与分类 10.3 理化性质与检识 10.4 提取分离 10.5 结构研究 10.1 概述 （一）定义 生物碱是指除了生物界必需的 含氮有机化合物氨基酸、氨基糖、肽 、蛋白质、核酸、核苷酸、含氮维生 素以外的所有含氮有机化合物。 大多结构复杂、具有碱性且生 物活性显著。 （二）分布 1、多分布于双子叶植物中，少数单子 叶植物和裸子植物也有分布。 双子叶防己科、婴粟科、夹竹桃科、毛茛科、 豆科、马钱科、茄科、小檗科等。 单子叶兰科、百合科、石蒜科、禾本科等。 裸子麻黄科、红豆杉科、三尖杉科等。 2、多集中分布于植物的某一器官。 金鸡纳树皮；麻黄髓； 3、多种生物碱共存且结构类似。 （三）存在形式 盐的形式在植物体中，多数生物碱 往往和有机酸结合成盐。 游离形式少数碱性极弱的生物碱以 游离态存在，如酰胺类。 苷的形式生物碱苷。 （四）生物活性 镇痛吗啡、延胡索乙素 解痉阿托品 抗菌消炎小檗碱、蝙蝠葛碱 抗癌喜树碱、秋水仙碱、长春新碱 止咳平喘麻黄碱 10.2 结构与分类 按氮原子是否结合在环上可分为两大类 ：有机胺类和氮杂环类： 一、有机胺类生物碱 结构特征：氮原子不结合在环状结构内 ，此类生物碱数目不多。 如： 麻黄碱 二、氮杂环类生物碱 结构特征：氮原子结合在环状结构内。其中 大多为五元、六元氮杂环衍生物。 （一）五元氮杂环类生物碱 基本结构为吡咯和四氢吡咯 吡咯 四氢吡咯 1简单吡咯类 该类生物碱结构简单，数目较少。如 益母草中具有祛痰止咳作用的水苏碱(stachydrine) 水苏碱 吡咯里西啶 阔叶千里光碱 2吡咯里西啶类 结构特征为两分子吡咯共用一个 氮原子的稠环化合物，多与有机酸以双内酯形式缩 合。如具有阿托品样活性的阔叶千里光碱。 3吲哚类 结构特征为苯并吡咯。如具有兴 奋子宫作用的麦角新碱(ergometrine) 吲哚 麦角新碱 （二）六元氮杂环类生物碱 基本结构为吡啶和六氢吡啶（哌啶）。此类生 物碱衍生物数量较多。 吡啶 哌啶 1简单吡啶类 如具有驱绦虫作用的槟榔碱(arecoline)烟草中 杀虫成分烟碱(nicotine)。 槟榔碱 烟碱 2喹诺里西啶类 结构特征为两个哌啶共用一个氮原子的稠环化合物 。如苦参中的苦参碱(matrine)和氧化苦参碱(oxymatrine)。 喹诺里西啶 苦参碱 氧化苦参碱 3喹啉类 结构特征为苯并吡啶（氮原子在-位）。如 抗疟药奎宁(quinine)。 喹啉 奎宁 4异喹啉类 结构特征为苯并吡啶（氮原子在-位）。 本类衍生物结构较多，又可分为： （1）简单异喹啉：如存在于鹿尾中的降压成分萨苏林 (salsoline)。 异喹啉 萨苏林 R=H 萨苏里丁 R=CH3 （2）苄基异喹啉：有单或双苄基异喹啉衍生物。如具 有解痉作用的罂粟碱(papaverine) 罂粟碱 （3）原小檗碱型：结构特征为两分子异喹啉共用一个 氮原子的稠环化合物。如抗菌药物小檗(berberine)。 原小檗碱 小檗碱 5莨菪烷类 结构特征为莨菪烷衍生物莨菪醇与有 机酸缩合的酯。如茄科植物中具有解痉作用的莨菪碱 (hyoscyamine)、东莨菪碱(scopolamine)。 莨菪烷 莨菪碱（阿托品） 东莨菪碱 6吗啡烷类 结构特征为哌啶环垂直与多氢菲稠合。如吗啡 (morphine)与可待因(codeine)。 吗啡烷 吗啡 （三）其他结构类型生物碱 常见的结构类型有嘌呤（咖啡碱）、喹唑啉（常山碱）、咪唑 （毛果芸香碱）、吡嗪（川芎嗪）、萜类（乌头碱，见本章实例） 、大环类（美登木碱，见第一章绪论）、异甾类（贝母碱）等。 10.3 生物碱的理化性质与检识 一、物理性质 （一）性状 多数为结晶形固体，少数为非晶形粉末；少 数为液体烟碱、毒芹碱、槟榔碱等。 多数无色或白色，少数有颜色小檗碱、 蛇根碱为黄色。 多数味苦。 少数小分子生物碱和液态生物碱有挥发性麻 黄碱、烟碱。 （二）旋光性 大多数生物碱有旋光性，多呈左旋。 （三）溶解性 1、游离生物碱 亲脂性生物碱（叔胺碱、仲胺碱）易溶于 亲脂性有机溶剂、酸水，难溶于水。 亲水性生物碱（季胺碱、含氮氧化物）可 溶于水、甲醇、乙醇，难溶于亲脂性有机溶 剂。 特殊官能团生物碱（含酚羟基、羧基）既 溶于酸水也溶于碱水，PH89时溶解度最差 ，易沉淀。 2、生物碱盐 一般易溶于水，可溶于醇，难溶于亲脂 性有机溶剂。 水溶性大小规律： 无机酸盐有机酸盐 含氧酸盐卤代酸盐 小分子有机酸盐大分子有机酸盐 二、化学性质 (一) 碱性 生物碱分子中氮原子具有孤电子对， 可以给出电子，也可以接受质子，因此具 有碱性。 1、碱性强弱的表示方法 取决于它吸引质子或给出电子的能力 。主要和氮原子的杂化方式、电子云密度及 立体效应有关。 用其共轭酸的pKa值表示。 pKa值越 大，碱性越强。 2、碱性强弱的一般规律 季铵碱（强碱 pKa11） 脂胺、脂氮杂环（中强碱 pKa811） 芳胺、芳氮杂环（弱碱 pKa37） 酰胺类（极弱碱 pKa SP2 SP （2）电效应 1）诱导效应 氮原子周围引入供电子基，使之 电子云密度增加，碱性增强。引入吸电子基，则电 子云密度减小，碱性减弱。 常见吸电子基：苯基、羰基、羟基、双键、 醚键、酯键。 常见供电子基：烷基 2）共轭效应 当有供电子基或吸电子基与氮原子处 在同一共轭体系中，引起氮原子的电子云 密度增加或降低，使碱性增强或降低的效 应。 此效应不受碳链长短的限制。 （3）立体效应 氮原子的周围取代基的构型、构象等立 体因素，如果阻碍氮原子与质子的结合，则 使其碱性降低。 l（4）氢键效应 l 生物碱成盐后，氮原子附近如有羟基 、羰基并可与氮上的氢形成分子内氢键，使 质子不易离去，从而碱性增强。 （二）沉淀反应 1、反应条件：酸水或酸性稀醇中进行。 2、沉淀试剂：碘化物复盐、重金属盐、 大分子有机酸。 常用的有：碘化铋钾（橘红色沉淀） 、碘化汞钾（类白色沉淀）、碘-碘化钾 （红棕色沉淀）；硅钨酸（类白色或淡黄 色沉淀）、苦味酸（黄色沉淀）；雷氏铵 盐（即硫氰酸铬铵，与季铵碱生成红色沉 淀）。 3、应用：（1）检识生物碱的存在（预试） （2）鉴定、检识(反应、薄层显色 ) （3）追踪提取分离生物碱 （4）分离纯化季铵碱 （5）定量（组成固定） 4、注意事项： 假阳性 干扰成分：蛋白质、多肽、鞣质 解决方法：酸水提取液碱化后用氯仿萃取，再 用酸水反萃氯仿，得到的酸水再进行沉淀反 应。 （三）显色反应 不同生物碱可与特殊试剂生成不同颜色，用 于鉴别。 Mandelin试剂（1%铬酸铵浓硫酸）： 莨菪碱、阿托品红色 奎宁淡橙色 吗啡、士的宁蓝紫色 可待因兰色 Marquis试剂（30%甲醛0.2ml与10ml硫酸的混合液 ）： 吗啡橙色至紫色 可待因洋红色至黄棕色 10.4 生物碱的提取分离 （一）总碱的提取 1、水或酸水提取法 可直接用水（提取盐、季铵碱）或 用0.5%1%的酸水提取。 l常用酸：盐酸、硫酸、醋酸、酒石酸 l方法：渗漉、浸渍 l缺点：提取液体积大、杂质多，需净化 净化方法： （1）阳离子交换树脂法 用强酸型阳离子交换树脂，多为磺酸 型。交联度4%8%。 先用中性水洗脱杂质，再用酸水或盐 水洗脱生物碱；也可先将树脂用氨水碱化 （PH10左右），再用有机溶剂回流提取 生物碱。 （2）有机溶剂萃取法：先碱化，后萃取。 （3） 加碱沉淀法：一般加石灰乳沉淀。此 法用于生产。 2、醇提法 游离生物碱及生物碱盐的提取均可。 方法：渗漉、浸渍、回流、连续回流。 缺点：常含有亲脂性杂质，可利用生物碱 溶于 酸水，杂质不溶而加以纯化。 3、亲脂性有机溶剂提取法 操作：先用碱水湿润药材，使生物碱游离 ，再用有机溶剂提取。 方法：浸渍、回流、连续回流。 碱水：10%氨水、石灰乳或碳酸钠。 如为弱碱，可直接用有机溶剂提取。 （二）生物碱的分离 1、粗分（不同类型生物碱的分离） 总碱 酸水溶解，氯仿萃取 氯仿层 酸水层 1%NaOH萃取 氨水PH910,氯仿萃取 碱水层 氯仿层 氯仿层 碱水层 NH4Cl 盐析 (非酚性弱碱) 1%NaOH萃取 (季胺碱) 氯仿萃取 碱水层 氯仿层 氯仿层 NH4Cl盐析 (非酚性叔胺碱) (酚性弱碱) 氯仿萃取 氯仿层 (酚性叔胺碱) 2、生物碱单体的分离 （1）利用碱性差异： PH梯度萃取法 将生物碱混合物溶于酸水中，逐步 加碱，每调节一次，用氯仿萃取，则生物 碱依照碱性由弱到强被依次提出。 将生物碱溶于有机溶剂中，用PH由 高到低的酸性缓冲液依次萃取，生物碱则 由强到弱被依次萃出。 （2）利用生物碱或生物碱盐的溶解度不同 氧化苦参碱极性大于苦参碱，难溶于 乙醚，将总碱溶于氯仿后加乙醚，氧化苦 参碱则沉淀析出。 草酸麻黄碱的水溶性小于草酸伪麻 黄碱，浓缩后草酸麻黄碱则析出结晶。 （3）利用特殊功能基分离 l 酚性生物碱溶于稀氢氧化钠中。 l含羧基的生物碱溶于碳酸氢钠中。 l含内酯的生物碱溶于热氢氧化钠中。 （4）色谱法 l常用氧化铝、硅胶作吸附剂。 l用石油醚、氯仿、二氯甲烷、甲醇等混合 溶剂作洗脱剂。 注意： 硅胶作吸附剂时，需加碱在洗脱剂中 ，抑制硅胶的酸性。 HPLC： 反相、离子交换；碱性流动相 （三）水溶性生物碱的提取分离 1、沉淀法: 雷氏铵盐NH4Cr(SCN)4(NH3)2 含季铵碱的水溶液加稀无机酸调 PH23，加新鲜配制的雷氏铵盐饱和水溶 液，即可生成生物碱雷氏盐沉淀，过滤， 沉淀过氧化铝柱净化，用丙酮洗脱，在洗 脱液中加硫酸银分解生物碱雷氏盐沉淀， 生成生物碱的硫酸盐，再加氯化钡使生物 碱转化为盐酸盐，浓缩析 2、溶剂法 用正丁醇、异戊醇或氯仿-甲醇混合 液反复萃取。 10.5 生物碱的检识 （一）理化检识 利用生物碱的沉淀反应可检识某中 药中是否含有生物碱。 方法：取中药酸水提取液，用氨水碱化， 氯仿萃取，氯仿层，再用酸水萃取，分取 酸水层，置3支试管中，分别加入三种生 物碱沉淀试剂，如都产生沉淀，则该中药 含有生物碱。 避免蛋白质、多肽、鞣质引起假阳性 反应。 （二）色谱检识 1、TLC 吸附剂： （1）硅胶：常用缓冲液或0.10.5mol/L的稀 氢氧化钠代替水铺板，克服拖尾；或在展开 剂中加入二乙胺、氨水等；或用浓氨水饱和 。 （2）氧化铝：分离亲脂性较强的生物碱。 展开剂：多用亲脂性的混合溶剂；分离季 铵碱多用正丁醇-冰醋酸-水系统。 显色剂： 常用改良碘化铋钾，显橘红色。 2、纸层析（PC） 以水、甲酰胺为固定相，或以酸性缓冲液作 为固定相进行多缓冲纸色谱。 PH 6 5 4 3 2 原点 。 以水为固定相时，用正丁醇-冰醋酸-水为展 开剂。 以甲酰胺或酸性缓冲液为固定相时，多以 氯仿、乙酸乙酯等亲脂性有机溶剂为展开剂。 3、HPLC：反相、离子交换 碱性流动相 10.6 生物碱的结构研究 一、化学法 根据C-N裂解产物推测N原子的连接方式 。 1、Hofmann降解（彻底甲基化反应） （1）原理 伯、仲、叔胺经CH3I和Ag2O全甲基化生 成季胺碱，季胺碱经加热脱水、 C-N裂解， 生成烯烃、三甲胺，根据烯烃的结构推测N原 子的连接方式。 脂肪胺一烯；（一次降解） N原子二价连接在环上二烯；（二次降解） N原子三价连接在环上三烯；（三次降解） （2）反应条件 N原子的位碳上有H，且能在反应中被消 除。 喹啉、吡啶、异喹啉等不能进行Hofmann降解 2、Emde降解 是改进的Hofmann降解。 将季铵碱用钠汞齐还原，使C-N裂解 ，从而使不能发生Hofmann降解的生物 碱发生降解反应。 3、von Braun降解 试剂：溴化氰（CN-Br） 原理：直接使叔胺的C-N断裂，生成二取代 氨基氰和溴代烷，二取代氨基氰水解、脱 羧生成仲胺。 不含-H的生物碱也可降解。 二、波谱法 （一）紫外光谱特征 1、吡啶类、喹啉类等生物碱 2、与溶液的PH值有关 （二）红外光谱 （三）氢谱、碳谱 （四）质谱 1、-裂解：N原子的-C和-C之间的键 2、RDA裂解：原小檗碱型生物碱C环的裂解， 产生a,b,c,d四个离子碎片，可推测A环和D 环的取代基类型和数目。 10.7 实例 一、麻黄 来源 麻黄科草麻黄、中麻黄、木贼麻黄 的干燥茎与枝。 功效 发汗、平喘、利水 成分 生物碱、鞣质、挥发油、黄酮等 （一）主成分结构与性质 1、生物碱类 l-麻黄碱发汗、平喘 d-伪麻黄碱升压、利尿 R1 R2 l-麻黄碱（1R,2S) CH3 H l-甲基麻黄碱 CH3 CH3 l-去甲基麻黄碱 H H R1 R2 d-伪麻黄碱（1S,2S) CH3 H d-甲基麻黄碱 CH3 CH3 d-去甲基麻黄碱 H H 麻黄碱、伪麻黄碱的性质： （1）均为仲胺衍生物，中强碱 （2）麻黄碱的碱性单酯型醇胺型 五、延胡索（元胡） 来源 罂粟科延胡索的块茎。 功效 活血散瘀、利气止痛。 成分 生物碱 延胡索乙素：dl-四氢巴马丁（颅痛定） 原小檗碱型异喹啉生物碱 叔胺碱 延胡索延胡索乙素（0.003%） 千金藤l-四氢巴马丁（1.5%） 黄藤巴马丁（3%） 六、苦参 来源 豆科槐属苦参的根。 功效 清热燥湿、杀虫、利尿。 成分 生物碱、黄酮 （一）生物碱类 苦参碱、氧化苦参碱、槐果碱（去氢苦 参碱）、氧化槐果碱等。一般氧化苦参碱 含量最高，氧化槐果碱次之。 1、结构 大多属于喹诺里西啶类 2、性质 l氧化苦参碱：易溶于水、乙醇、氯仿，难 溶于乙醚。水溶液呈较强碱性。 l苦参碱：可溶于水、氯仿、苯、乙醚。 都含有两个氮，一个叔胺，一个内酰 胺，苦参碱的内酰胺可被皂化；槐果碱不 能被皂化。 （二）黄酮类 分出20