第十章生物碱
课次：29
课题：生物碱概述
一、教学内容：
1．生物碱的含义。
2．生物碱的发展史及常见的生物碱概述。
3．生物碱的分布规律及概况。
4．生物碱的结构类型。
5．生物碱的性质（上）：性状、旋光性、酸碱性、溶解性。
二、课堂目标：
1．说出生物碱的基本含义。
2．简述生物碱的发展史，举例说明中药中常见的生物碱及其临床疗效。
3．说出植物中生物碱分布的基本概况，简述生物碱分布的特点及规律。
4．详述生物碱的结构分类及各类生物碱的结构特点。
5．简述生物碱的基本性状、旋光性与结构的关系。
6．详述生物碱的酸碱性及其与结构的关系、溶解性的基本规律及其与结构的关系。三、教学内容分析及教法设计：
生物碱是人们最早研究的一类天然药物成分，也是最重要的中药有效成分之一。生物碱是进入各论部分以后学生接触到的第一类有效成分，它在整个各论部分所占的比重特别大。生物碱部分的教学，内容较多，化合物类型较多，要注意加强类比分析，归纳推理，增进学生理解记忆。寻找规律，分门别类的攻克难关，掌握生物碱的基础知识。
本部分教学在理论联系实际的基础上，精讲多练，注重推理分析，争取能在各论的第一部分－生物碱教学中，让学生掌握中药化学学习的基本规律和基本方法。
本次课全部内容采用启发式讨论教学。
四、教学过程：
1．组织教学：检查学生出勤，填写教学日志，随机应变，组织好课堂纪律。
2．课程引入：
生物碱是一类存在于生物体内的具有生理活性的含氮的碱性有机化合物。生物碱是中草药有效成分之一，在我国，中草药的使用已有数千年历史，目前从各种植物中分离出的四千多种生物碱，应用于临床的已有数百种，随苷对生物碱结构、性质及作用的深入研究，必将促进中草药的临床应用。生物碱的结构有何特点？生物碱的研究历史怎样？生物碱的分布有何规律？生物碱的基本性状如何？本次课我们将对以上问题进行详细研究。
3．展示目标：
（1）生物碱的含义。
（2）说出生物碱的分布概况和分布规律。
（3）举例说明常见的生物碱及其在临床上的应用。
（4）详述生物碱的结构类型，并能举例说明。
（5）简述生物碱的基本性状。
4．进行新课：
除了极少数裸子植物外，双子叶植物、单子叶植物的多个科属的多种植物中，都含有一种具有显著生理活性的含氮的有机碱化合物。后来在一些动物器官及少数微生物中也发现了同样的物质，于是，生物碱的名称开始被广泛使用。
第一节生物碱的含义和分布
1．基本含义：存在于生物体（主要在植物中）内的一类具有显著生理活性的含氮的有机碱，它是中药中一类重要的有效成分。
2．存在方式：大多数生物碱的碱性比较显著，常与生物体内的有机酸、无机酸结合成盐，少数以未成盐的游离态存在。
3．研究历史：始于19世纪初，以麻黄碱类、罂粟碱类、莨菪碱类、防已碱类研究最早，先后有麻黄碱、咖啡因、吗啡、可待因、阿托品、毒毛旋花子苷等用于临床。据统计，1952－1962十年间发现生物碱共1107种，1962－1972十年间共发现生物碱3443。目前，在一些动物组织及微生物中也先后发现了不少生物碱。如肾上腺素和蟾酥碱（bufotenine）。
4．分布状况：双子叶、单子叶类的至少一百多个科的植物含有生物碱。尤其是双子叶植物的茄科、豆科、罂粟科、防已科、毛茛科、茜草科、芸香科，单子叶植物的百合科、石蒜科等多种植物中生物碱分布广泛。裸子植物除麻黄科、水松科等少数几个科外，大多不含生物碱。少数动物器官中含有生物碱，如肾上腺素、蟾酥碱等等。
5．分布规律：科属亲缘关系相近的植物，尤其是同属植物，所含的生物碱有相似的基本化学结构。
6．含量特点：备注：此处不作详细讲解，只重点讲清生物碱的绝对含量的不等性，含量高低与产地、采收季节、生长环境等因素的关系等。
第二节生物碱的结构类型及理化性质
生物碱的组成元素中C、H、N为必有元素，O元素为绝大多数生物碱所含有的元素。个别生物碱中还含有S、CI、I等元素。生物碱的分类有三种：植物来源分类法、生源途径分类法、结构母核分类法。铵结构母核分类较为常见。主要掌握以下基本母核类型生物碱的结构特征：
1．吡啶和哌啶类生物碱
2．莨菪烷类生物碱
3．异喹啉类生物碱
4．吲哚类生物碱
5．其他类生物碱
以上内容详见课本。
一、生物碱的性质及检识
（一）基本性状：主要描述生物碱的色、味、态。
（二）旋光性：主要类比分析旋光性产生的结构依据，旋光性与溶剂种类、PH值、成盐情况等因素的关系，旋光性与生理活性的关系。
（三）酸碱性：生物碱虽然结构复杂、种类繁多，但生物碱分子中都含有氮原子，通常均显碱性，能与酸结合成盐。碱性是生物碱的重要性质。
相关资料：
1．共轭酸碱的概念及碱性强度的表示方法
（1）生物碱的共轭酸碱概念路易斯酸碱理论（又称质子理论）认为，能够接受质子的物质为碱。而生物碱中的氮原子上的孤电子对就能够接受质子而使生物碱呈碱性。
H＋＋B→BH＋
BH＋和B互为共轭酸碱，生物碱中N接受质子能力越强，生物碱的碱性越强，与酸形成的盐越稳定。
（2）生物碱碱性强弱的表示方法
生物碱的碱性一般是用其对应的共轭酸的PKa来表示的。PKa越大，说明生物碱的共轭
酸酸性越弱，则生物碱的碱性越大。
（3）生物碱的分子结构与碱性强弱的关系
（四）溶解性：联系结构与性质的对应关系，讲清亲脂性生物碱和亲水性生物碱的结构特征、游离生物碱与生物碱盐的极性对比及对应的溶剂。
相关资料：
1．亲脂性生物碱的溶解性：这类生物碱的数目较多，绝大多数叔胺碱崜亲脂性生物碱。
（1）游离生物碱易溶于氯仿、乙醚、苯、卤代烷类等亲脂性有机溶剂。可溶于甲醇、乙醇、丙酮、乙酸乙酯等有机溶剂，难溶于水。
（2）生物碱盐易溶于水，其无机盐在水中的溶解性大于有机酸盐；可溶于甲醇和乙醇，难溶或不溶于亲脂性有机溶剂。
值得注意的是少数生物碱的溶解性不符合一般规律。如奎宁、辛可宁、吐根酚碱等生物碱的盐酸盐可溶于氯仿，紫堇碱、小檗碱和普托品的盐酸盐难溶于水，麻黄碱的草酸盐也难溶于水。
2．亲水性生物碱的溶解性：水溶性生物碱数目较少，主要指季胺型生物碱，也包括一些分子量小的叔胺碱或仲胺碱。
（1）季铵型生物碱这类生物碱易溶于水、酸水和碱水，可溶于甲醇、乙醇、正丁醇等极性大的有机溶剂，难溶或不溶于乙酸乙酯、乙醚、氯仿等低极性有机溶剂。
（2）小分子生物碱少数分子量较小的叔胺或仲胺生物碱既可溶于水，也可溶于氯仿。这类生物碱有麻黄碱、苦参碱、秋水仙碱、烟碱、毒藜碱等。
3．具有特殊官能团生物碱的溶解性
（1）具酚羟基（或羧基）的生物碱这类生物碱结构中连有弱酸性官能团，而呈一定的酸性，称为两性生物碱。如吗啡、苷藤碱、药根碱、木兰碱等，它们除具有叔胺碱的溶解性能外，也可溶于苛性碱溶液。
（2）具内酯（或内酰胺）结构生物碱的溶解性这类生物碱通常溶解性与一般叔胺碱相同。但在热碱水溶液中，其内酯（或内酰胺）结构可水解开环形成羧酸盐而溶于水中。如喜树碱、那可汀碱等。
1．目标检测：
2．教学参考资料：
3．课外作业：
课次：30
课题：生物碱的检识方法
教学内容：
1．生物碱的沉淀反应。
2．生物碱的显色反应。
3．生物碱的色谱检识。
课堂目标：
1．掌握生物碱的沉淀反应。
2．掌握生物碱的显色反应。
教学内容分析及教法设计：
生物碱是中化成分中的重点内容之一，也是中药化学课的重要组成部分。学生在初步学习了总论部分的内容后，第一个接触到的具体化合物就生物碱。因此，对相关分类，结构，性质和检识方法必须总结规律，巧妙地进行学习，系统掌握生物碱相关知识。这样，才能为以后的学习打好基础、开好头。
教学中，要注重归纳、推理、分析，对结构、性质的特点和变化进行具体分析，从而教会学生一定的自学能力。
教学过程：
1．组织教学：检查学生出勤，填写教学日志，随机应变，组织好课堂纪律。
2．课程引入：
3．展示目标：
4．进行新课：
第三节检识反应
一、沉淀反应
生物碱沉淀反应可用于判断中药中是否含有生物碱，以及在生物碱提取分离过程作为追踪手段，还可用于分离纯化生物碱；此外某些生物碱与沉淀试剂反应的生成物具有完好结晶和一定熔点时，可对生物碱进行鉴定。
大多数生物碱能和某些试剂生成难溶于水的复盐或分子络合物等，称为生物碱的沉淀反应，所用的试剂称生物碱沉淀试剂。
┌ 碘化物复盐
│ 重金属盐
生物碱沉淀试剂类型┤ 大分子酸
└ 其它类
生物碱的沉淀反应一般在酸性水溶液中进行，苦味酸试剂和三硝基间苯二酚试剂可在中性条件下进行。为了避免假阳性反应，反应前先将样品酸性水溶液进行净化处理。
有些生物碱与生物碱的沉淀试剂不反应，如麻黄碱、咖啡碱等与碘化铋钾不反应，故进行沉淀反应一般采用3种以上试剂进行。
二、显色反应
纯品生物碱单体能与一些浓无机酸为主的试剂反应，生成不同颜色，这种试剂称为生物碱的显色试剂，常用于检识和区别个别生物碱。
三、生物碱的色谱检识
（一）生物碱的薄层色谱
┌ 硅胶薄层色谱
吸附TLC┤
└ 氧化铝薄层色谱
┌硅胶支持剂┐
分配TLC┤├ 甲酰胺为固定相（固定相饱和的有机溶剂为展开剂）└纤维素支持剂┘
薄层色谱后的显色，大多数用改良碘化铋钾试剂，显橘红色。少数生物碱不显色可用的碘铂酸、三氯化锑、硫酸铈硫酸（或磷酸）等试剂。
（二）生物碱的纸色谱
┌ 游离生物碱——甲酰胺为固定相，固定相饱和的有机溶剂为展开剂。PC色谱┤
└ 生物碱盐——滤纸中的水为固定相，BAW系统为展开剂。
PC的显色剂与PLC相同，但含硫酸的试剂不适用。
（三）生物碱的高效液相色谱
┌ 吸附色谱
HPLC ┤┌ 正相色谱
└ 分配色谱┤
└ 反相色谱
生物碱的HPLC流动相的PH以偏碱性较好。
（四）生物碱的气相色谱
主要用于具有挥发性的、遇热不分解的生物碱，如麻黄碱。
课次：31
课题：生物碱的提取、分离与精制
教学内容：
1．生物碱的提取与精制。
2．生物碱的分离。
课堂目标：
1．生物碱的提取与精制。
2．生物碱的分离
教学内容分析及教法设计：
生物碱是中化成分中的重点内容之一，也是中药化学课的重要组成部分。学生在初步学习了总论部分的内容后，第一个接触到的具体化合物就生物碱。因此，对相关分类，结构，性质和检识方法必须总结规律，巧妙地进行学习，系统掌握生物碱相关知识。这样，才能为以后的学习打好基础、开好头。
教学中，要注重归纳、推理、分析，对结构、性质的特点和变化进行具体分析，从而教会学生一定的自学能力。
教学过程：
1．组织教学：检查学生出勤，填写教学日志，随机应变，组织好课堂纪律。
2．课程引入：
3．展示目标：
4．进行新课：
第四节生物碱的提取分离
一、总生物碱的提取
生物碱的提取与分离方法有多种，选用何种方法要根据植物中生物碱的性质和存在状态，以及目的而定。
水蒸气蒸馏法：用于具有挥发性的生物碱，如麻黄碱及生物碱常用提取方法液体生碱。
升华法：用于具有升华性的生物碱，如咖啡碱。
溶剂法：用于大多数生物碱。
（一）总生物碱的提取，主要介绍溶剂提取法
1. 水或酸水提取法
原理：
①利用生物碱盐易溶于水，难溶或不溶于亲脂性有机溶剂的溶解性能，用水进行提取。
②用酸水提取可使生物碱都以盐的形式被提出，提高提取率。
常用的酸：0.5％～1％的乙酸、硫酸、盐酸或酒石酸等。
提取方法：浸渍法、渗漉法、煎煮法。
此方法的缺点是提取液体积大，浓缩困难，水溶性杂质多。
2. 醇类溶剂提取法
原理：游离生物碱及其盐一般都能溶于乙醇和甲醇。
提取方法：浸渍法、渗漉法、加热回流（连续回流）提取法。
此方法的缺点是含有大量脂溶性杂质。
3. 亲脂性有机溶剂提取法
原理：利用游离生物碱易溶于低极性有机溶剂，进行提取。
提取方法：冷浸法、加热回流（连续回流）提取法。
此方法的特点是① 提取前需用碱碱化。
② 只能提取亲脂性生物碱，亲水性生物碱不被提出。
③ 杂质少，易于进一步纯化。
④ 毒性大，易燃易爆。
（二）生物碱的分离
1．净化
上述方法得到的总生物碱中常含有大量杂质，在分离之前一般需净化。净化的方法常依据提取方法及含有的杂质而定。
（1）水或酸水提取液的净化
○1离子交换树脂法
提取液
│
│通过强酸型（氢型）阳离子交换树脂
┌─────┴───────────┐
↓↓
流出液树脂柱
（非碱性物质）
┌──────┴───────────┐
│方法二│方法一
│碱液洗脱│氨液碱化树脂
││晾干后，亲脂性有机溶剂提取↓↓
亲水性总生物碱亲脂性总生物碱
○2有机溶剂萃取法
提取液
│
│碱化，亲脂性有机溶剂萃取
┌──────┴───────────┐
↓↓
有机溶剂层碱水层
│
│浓缩
↓
总生物碱
（2）醇类溶剂提取液的净化
醇提取液
↓浓缩
浸膏
│酸水溶解
┌──────┴──────┐
↓↓
不溶物酸水液
（非碱性脂溶性杂质）│
│碱化，亲脂性有机溶剂萃取
┌───┴───┐
↓↓
有机溶剂层水层
│
│浓缩
↓
总生物碱
2. 总生物碱的初步分离
将生物碱粗分为弱碱性生物碱、中强碱性和强碱性生物碱、水溶性生物碱三部分，再根据结构中是否有酸性基团（主要指酚羟基），分为酚性和非酚性两类。
3．生物碱单体的分离
（1）利用生物碱碱性的差异进行分离
即在不同PH条件下进行分离—pH梯度法，有两种操作：
○1方法1
总生物碱/酸水溶解
│
│用碱调节PH由低到高
│每调一次用氯仿萃取一次
┌────┬───┴───┬─────┐
↓↓↓↓
氯仿液氯仿液氯仿液氯仿液
PH值：低─────────────────→ 高得到的生物碱碱度：弱─────────────────→ 强
○2方法2
总生物碱/氯仿溶解
│
│用不同pH缓冲酸溶液依次萃取
┌────┬───┴───┬─────┐
↓↓↓↓
缓冲液缓冲液缓冲液缓冲液
PH值：高─────────────────→ 低
得到的生物碱碱度：强─────────────────→ 弱
得到的缓冲液加碱碱化，用有机溶剂萃取，回收溶剂，即得到不同碱度的生物碱。采用pH梯度法分离前，通常先用多缓冲纸色谱法对总碱中各生物碱的碱度强弱作初步了解，据此调节pH值。
（2）利用生物碱或生物碱盐溶解度的差异进行分离
生物碱以及生物碱盐在不同溶液的溶解度可能存在明显的差异，可用于分离。
如：氧化苦参碱是苦参碱的氮氧化物，极性稍大，不溶于乙醚。而苦参碱溶于乙醚，于两者的氯仿液中加入乙醚，氧化苦参碱即可析出。
如：麻黄碱草酸盐在水中的溶解度比伪麻黄碱草酸盐的溶解度小，可以自水溶液中先行析出。
（3）利用生物碱特殊功能基不同进行分离
例如有无酚羟基——利用酚羟基可溶于NaOH溶液，用NaOH溶液处理与无酚羟基者分离。
有无内酯或内酰胺结构——利用内酯、内酰胺在苛性碱溶液中加热可开环
生成溶于水的羧酸盐，与无内酯、内酰胺结构
的生物碱分离。
制备功能基衍生物——利用仲胺可与亚硝酸生成亚硝基衍生物，或与氯乙
酰或氯甲酸乙酯生成相应的酯等，与叔胺分离。
（4）利用色谱法进行分离
利用色谱法可以得到生物碱单体纯品。
吸附色谱法氧化铝
多用反相色谱法吸附剂硅胶
分配色谱法纤维素
吸附色谱法可用苯、氯仿、乙醚等有机溶剂。
洗脱剂
分配色谱法可用缓冲液饱和的有机液。
（5）水溶性生物碱的提取分离
水溶性生物碱如用亲脂性有机溶剂提取法提不出，仍留在原料中；如用水或酸水提取法以及醇类提取法可被提出，但进一步处理后则留在碱水中，将其从碱水中分出，可用以下方法处理。
○1沉淀法
将碱水液用酸调pH弱酸性，加生物碱的沉淀试剂，使水溶性生物碱与试剂生成不溶于水的复合物或盐而析出，滤取沉淀，净化、分解即得水溶性生物碱。实验室常用的雷氏铵盐沉淀法，具体操作是将碱水液加盐酸调至pH 2 左右，加入新鲜配制的雷氏铵盐饱和水溶液，滤集生成的生物碱雷氏盐沉淀，用少量水洗涤1～2次，抽干。将沉淀溶于丙酮（或乙醇），滤除不溶物，再将此丙酮液通过氧化铝柱净化，并用丙酮洗脱，收集丙酮洗脱液，向其中加入硫酸银饱和水溶液。也可不经过氧化铝柱净化直接向生物碱雷氏盐丙酮溶液中加入硫酸饱和水溶液，使生物碱雷氏盐分解，生成生物碱硫酸盐和雷氏银盐沉淀，过滤后再向滤液中加入计算量氯化钡溶液，生成生物碱盐酸盐和硫酸钡沉淀，过滤，滤液蒸干即得水溶性生物碱盐酸盐，整个反应过程以反应式表示如下。
B+＋ NH4[Cr(SCN)4(NH3)2] B[Cr(SCN)4(NH3)2]↓ ＋ NH4+
2B[Cr(SCN)4(NH3)2] ＋ Ag2SO42Ag[Cr(SCN)4(NH3)2]↓＋B2SO4
B2SO4＋ BaCl22BCl ＋ BaSO4↓
B+＝季铵生物碱阳离子
也可将生物碱雷氏盐丙酮液通过氯离子型阴离子交换树脂柱，直接得到生物碱的盐酸
盐。
R+Cl-＋ B+[Cr(SCN)4(NH3)2]-R+[Cr(SCN)4(NH3)2]+＋ B+Cl-
RCl＝氯离子型阴离子交换树脂
如用磷钨酸、硅钨酸作沉淀剂时，所得的生物碱复合物沉淀用氢氧化钡或氢氧化钙分解。如用重金属盐作沉淀剂，则所得的生物碱沉淀物可通硫化氢气体分解。
○2溶剂法
水溶性生物碱可溶于与水不相混溶的极性有机溶剂，可用这些溶剂从水中将水溶性生物碱萃取出来。
○3离子交换树脂法
用阳离子交换树脂，用碱水洗脱得游离碱、用酸水洗脱得生物碱盐。
3．提取分离方法对生物碱结构的影响
在提取分离过程中，某些生物碱遇溶剂、酸碱、光线、空气及色谱条件等因素的影响，会发生结构变化，因此，提取分离时要注意，以免分出的单体不是药材中原来存在的。
4．溶剂的影响
如异喹啉类生物碱中的苯骈菲啶类生物碱，在碱性醇溶液中易发生氮杂缩醛化，即C8位引入烷氧基，存在互变异构。
5．酸碱的影响
苯骈菲啶类生物碱在碱性醇中结构的变化即为碱对结构的影响之一，其它尚有如下：奎宁类生物碱与酸作用，易使奎宁环开环，生成奎宁毒。
多数具有光学活性的生物碱，一般在较高的pH的碱性溶液中易于消旋化，如l-莨菪碱在碱性溶液中，在水溶液或氯仿溶液中加热，发生稀醇互变反应，转为其消旋化物——阿托品。
5．色谱分离的影响
某些生物碱在用氧化铝色谱法分离时结构可发生变化。
6．其它影响
氧化、光照等都有可能使生物碱结构变化。
课 次：32
课 题：生物碱的结构测定
教学内容：
1．生物碱的结构测定。
课堂目标：
1．生物碱的结构测定。
教学内容分析及教法设计：
生物碱是中化成分中的重点内容之一，也是中药化学课的重要组成部分。学生在初步学习了总论部分的内容后，第一个接触到的具体化合物就生物碱。因此，对相关分类，结构，性质和检识方法必须总结规律，巧妙地进行学习，系统掌握生物碱相关知识。这样，才能为以后的学习打好基础、开好头。
教学中，要注重归纳、推理、分析，对结构、性质的特点和变化进行具体分析，从而教会学生一定的自学能力。
教学过程：
1．组织教学：检查学生出勤，填写教学日志，随机应变，组织好课堂纪律。
2．课程引入：
3．展示目标：
4．进行新课：
一、生物碱的结构测定
（一）生物碱结构测定中常用的化学方法
1. N-C 键裂解反应
（1）霍夫曼（Hoffmann ）降解
通过此降解反应，可以了解氮原子在分子中的结合状态，是早年测定生物碱结构的一种非常重要的手段。
机理：羟基离子（常来源于Ag 2O ）向氮原子的β-质子进攻，脱水而形成烯键，同时伴随N-C 键的断裂。因此霍夫曼降解的必要条件是氮的β位应有质子。对于伯胺、仲胺或叔胺则应先用碘甲烷和氧化银进行彻底甲基化，生成季铵碱后再进行霍夫曼降解。 C C N +(CH 3)3
H 2O +C C N +(CH 3)3
HO
步骤：季铵碱在碱性溶液中加热，产生裂解，脱水产生烯键和三甲胺。
判断：
○1氮原子在侧链上的生物碱——需通过一次霍夫曼降解（断裂一个N-C 键）即可得到三甲胺。
○
2氮原子在环中的生物碱——需通过2～3次霍夫曼降解才能得到三甲胺。 烷基取代多
β碳上烃基取代 β-质子易消除 影响霍夫曼降解的因素 有芳烃或吸电
子基取代
β-质子与季氮的相对构型—β-质
子与季氮处在反式
有副反应或不能产生霍夫曼降解的结构：四氢喹啉、吡啶、喹啉、异喹啉类。
（2）埃姆特（Emde ）降解 改进了霍夫曼降解。
将季铵碱卤化物的溶液或水溶液用钠汞齐处理，使N-C 键裂解，得到脱胺化合物和三甲胺。
N CH 3H 3C OH -+NaHg N CH 3H 3C CH 3I 2+ N(CH 3)3 + H 2O
（4）布朗（Braun ）反应 以溴化氰为试剂直接使N-C 键断裂，不要求β-质子的存在，故可用于无β-质子的含氮化合物的降解。
机理：叔胺和氰发生亲和取代，溴离子与烷基再发生亲核取代，使N-C 键断裂，生成二取代氨基氰化物，再进一步水解生成羧酸，脱羧即成仲胺。
（5）N-C 键断裂的一般规律：
当氮原子在环中处于不对称位置时，一般溴和碳链较短的一侧相连。
当N-C 键中碳原子在苯环中，则不发生裂解。
当N-C 键中碳原子在交叉结构中,则不易发生裂解。
用羟基溶剂，N-C 键裂解，同时碳原子上引入羟基或烷基。
2. 氧化反应
用于将化合物氧化裂解成小分子化合物，由此推知环状结构的类型及取代基的种类和位置。
特点：规律性不强，氧化剂不同，反应产物不同。
易作用在双键。
常用氧化剂：温和的氧化剂——过氧化氢、臭氧。
中等强度的氧化剂——碱性高锰酸钾、三氧化铬醋酸溶液。
较强的氧化剂——重铬酸钾硫酸溶液、二氧化锰硫酸溶液。
3. 还原反应
主要作用于结构中的功能基，进行剧烈的还原反应可以发生降解。
○
1 常用的还原剂：钠—液氮、锂铝氢、钠硼氢、醇钠。 金属和酸水液释放新生态氢。
铂或钯等催化剂的接触氢化。
○
2 锂铝氢还原作用较强，在醚中进行。 ○
4 钠硼氢或钾硼氢的还原作用较弱，可在甲醇、乙醇等水溶性溶剂中进行。 ○
5 接触氢化常用的催化剂是铂或钯，接触氢化主要使双键加氢还原成单键。如用HCl 做溶剂，则加强反应活性，使其它功能团还原。
○
5 金属还原试剂常用锂、钠和锌，常用的溶剂有液氮、烷基胺、醇、盐酸及甲酸。 反应机理：从金属中转移电子至化合物，形成金属离子和阴离子基，它们再与溶剂或酸中的电子作用。
应用：如金属钠在液氮中的还原作用，可使烯醚键或芳香醚键断裂，但缩醛或缩酮中的醚键不能发生断裂。在双苄基异喹啉生物碱的结构研究中，用金属钠-液氮还原，可使二个苄基异喹啉之间的芳香醚键（ph-O-ph ）发生裂解，产生二个苄基异喹啉，其中一个苄基异喹啉分子，保留有醚键断裂后产生的酚羟基，从而可知醚键连接的位置。而另一个苄基异喹啉上醚键连接位置多在甲氧基的邻位，具体位置一般利用先将样品用重氮盐酸处理后，再用金属钠-液氮还原或直接用金属钠-重氢液氨反应。用前者，使结构中甲氧基邻位未被醚键取代的质子被重氢置换，还原反应结束，甲氧基邻位无重氢的位置即是醚键的位置；用后者，则醚键所在位置引入重氢。
二、波谱分析在生物碱结构测定中的应用
（一）紫外光谱
不能反应某些生物碱的骨架特征——生色团远离基本骨架。
某些不同类型的生物碱可有相同或相似的紫外吸收——有相同或相似的共轭体系。
可反映某些生物碱的基本骨架与类型特征——生色团在分子的整体结构，与溶液的pH 有关——某些生物碱的氮原子参与生色团或直接相连。
（二）红外光谱
用于功能基种类的定性及与已知结构生物碱的对照鉴定。
（三）核磁共振（NMR）
1. 1H-NMR
用于推测生物碱的结构式
1H-NMR的应用
用于生物碱结构式构象和取代基构型的推测
双照射
生物碱测定中应用的一些技术 NOE
重氮交换
溶剂位移
进入位移试剂
2. 碳核磁共振谱（13C-NMR）
① 应用
推定生物碱结构式及立体结构——采用与标准物或近似物的碳谱对比法进行推测取代基——根据各基团的化学位移值。
连接取代基的碳向低场位移
推测取代基的连接位置脂肪族和脂环上的邻位碳向低场位移
邻位碳
芳香环上邻、对位向高场位移
② 生物界碳谱测定中偏共振去偶技术
SP2杂化碳在低场区（1～2ppm）。
SP3杂化碳可用偏共振去偶技术，根据碳氢的偶合情况加以确定。
课次：33
课题：实例
教学内容：
1．麻黄中的生物碱。
2．黄连中的生物碱。
3．莨菪烷类生物碱。
课堂目标：
1．说出麻黄中主要生物碱的结构特点与其基本性状。
2．说出黄连中主要生物碱的结构特点与其基本性状。
3．简述莨菪类生物碱的结构特点与其基本性状。
教学内容分析及教法设计：
教学过程：
组织教学：检查学生出勤，填写教学日志，随机应变，组织好课堂纪律。
课程引入：从毒品的起源说起，简述生物碱的历史与现状。引出课题。
展示目标：见教案首页。
进行新课：
第五节实例
一、麻黄
麻黄为麻黄科植物草麻黄和木贼麻黄的干燥茎与技，是我国特产药材，为常用中药。
（一）性味功能及药理作用
麻黄味辛、苦，性温；具有发汗、平喘、利水等作用。主治风寒感冒、发热无汗、咳喘、水肿等证。现代药理实验表明，麻黄碱有收缩血管、兴奋中枢神经的作用，能兴奋大脑、中脑、延脑和呼吸、循环中枢，有类似肾上腺素样作用，能增加汗腺及唾液腺分泌，缓解平滑肌痉挛。伪麻黄碱有升压、利尿的作用；甲基麻黄碱有舒张支气管平滑肌的作用。
麻黄生物碱及其化学结构
麻黄中含有多种生物碱，以麻黄碱和伪麻黄碱为主，其次是甲基麻黄碱和去甲基麻黄碱。它们的结构如下：
l一麻黄碱
d一伪麻黄碱
麻黄生物碱分子中的氮原子处在侧链上。麻黄碱和伪麻黄碱属于胺衍生物，且互为立体异构体；它们的结构区别在于CI－OH的构型不同。
（二）麻黄生物碱的理化性质
1．性状麻黄碱和伪麻黄碱的分子量较小，为无色结晶，游离麻黄碱含水物熔点为40℃。两者皆具有挥发性。
2．碱性麻黄碱和伪麻黄碱为仲胺生物碱，且氮原子在侧链上，碱性较强。由于伪麻黄碱的共轭酸与C1－OH形成分子内氢键稳定性大于麻黄碱，所以的麻黄碱的碱性（pKa 9.74）稍强于麻黄碱（pKa 9．58）。
3．溶解性由于麻黄碱和伪麻黄碱的分子较小，均属芳烃仲胺生物碱，其溶解性与一般生物碱不完全相同。游离的麻黄生物碱可溶于水，但伪麻黄喊在水中的溶解度较麻黄碱小。这是由于伪麻黄碱形成较稳定的分子内氢键的缘故。麻黄碱和伪麻黄碱也能溶解于氯仿、乙酸、苯及醇类溶剂中。麻黄碱盐与伪麻黄碱盐的溶解性能也不完全相同。其差别见表2－6.
表2－6 l-麻黄碱和d－伪麻黄碱的主要物理性质
名称熔点℃［α］（EtOH）
溶解度
水氯仿
l一麻黄碱381 -6.3 1:20 易溶
d一伪麻黄碱119 -51.2 难溶易溶
盐酸 l一麻黄碱221 -34 1:3 不溶
盐酸 d一伪麻黄碱182 -62 可溶可溶
草酸 l一麻黄碱250 难溶
草酸 d一伪麻黄碱218 易溶
（三）麻黄生物碱的鉴别反应
麻黄碱和伪麻黄碱不能与大数生物碱沉淀试剂发生沉淀反应，但下列两种特征反应可用于麻黄碱和伪麻黄碱的鉴别。
1．二硫化碳一硫酸铜反应在麻黄碱或伪麻黄碱的醇溶液中加入二硫化碳、硫酸铜试剂和氢氧化钠各2滴，即产生棕色沉淀。
2．铜络盐反应在麻黄碱和伪麻黄碱的水溶液中加硫酸铜试剂。随即加氢氧化钠试剂呈碱性，溶液呈蓝紫色，再加乙醚振摇分层，乙醚层为紫红色，水层为蓝色。
（四）麻黄碱和伪麻黄碱的提取分离
1.溶剂法利用麻黄碱和伪麻黄碱既能溶于水，又能溶于亲脂性有机溶剂的性质，以及麻黄碱草酸盐比伪麻黄破草酸盐在水中溶解度小的差异，使两者得以分离。即将麻黄碱用水提，其提取液用甲苯萃取，使甲苯萃取液流经草酸溶液，由于麻黄碱草酸盐在水中溶解度较小而结晶析出，过滤后的母液经处理后又得到的麻黄碱草酸盐。这是现行工业生产的方法，提取分离流程见图。麻黄草段中加8倍量水，浸煮2～3次。将浸煮液用NaOH碱化至PH10～12，甲苯萃取。甲苯萃取液流经2%草酸溶液，PH6.5～7。草酸溶液碱压浓缩，冷却过滤后结晶母液加8倍量水及饱和氯化钠人溶液，静置，过滤。饱和溶液PH7～7.5。静置、过滤，得结晶母液。滤过沉淀（盐酸伪麻黄碱）（甲基麻黄碱盐酸盐）加盐酸，调pH6.5～7浓缩，过滤得粗结晶。加水溶解，盐酸调PH5.6—6.0，活性炭脱色，重结晶得到盐酸麻黄碱。
2．水蒸汽蒸馏法麻黄碱和伪麻黄碱在游离状态时具有挥发性，可用水蒸汽蒸馏法从麻黄中提取。在蒸馏液中加入适量草酸溶液，使其转变成麻黄碱草酸盐和伪麻黄碱草酸盐。由于两者的草酸盐在水中的溶解度不同，麻黄碱草酸盐从水溶液中析出，伪麻黄碱草酸盐仍留在水中，两者得以分离。然后再铵溶剂提取操作法将其精制成盐酸麻黄碱和盐酸伪麻黄碱。此法具有设备简单，操作方便安全，不需使用有机溶剂等优点。但本法需先将麻黄草的煮提液浓缩成浸膏，碱化后再用水蒸汽蒸馏法提取。本法的缺点是提取过程加热时间较长，部分麻黄碱被分解产生胺和甲胺，从而影响产品的质量和收率。
3．离子交换树脂法利用生物碱盐能够交换到强酸型阳离子树脂柱上，而麻黄碱的碱性较伪麻黄碱弱，故麻黄碱盐不如伪麻黄碱盐稳定，可先从树脂柱上洗脱下来，从而使两者达到分离。本法较多在实验室应用，比较简单，无需特殊设备，只要控制好洗脱液的用量即可使麻黄碱和伪麻黄碱分离。
目标检测：
教学参考资料：
课外作业：
二、黄连
黄连为毛莨科植物黄连的根茎，为临床常用的重要中药。
（一）性味功能及药理作用
黄连性寒味苦，具有清热燥湿、清心除烦、泻火解毒
．．．．．．．．．．．．．．的功效。药理实验表明，其主要成
分小檗碱有明显的抗菌作用
．．．．．．．．．．．，黄连中主要含有小檗碱、黄连碱、掌叶防己碱、药根碱等原小檗碱型生物碱。还具有明显的抗炎作用。
（二）黄连生物碱及其化学结构
黄连的有效成分主要是生物碱，已经分离出来的生物碱有小檗碱、掌叶防已碱、黄连碱、甲基黄连碱、药根碱、木兰碱等。其中以小檗碱含量最高（可达10％）。这些生物碱都是甲基异喹啉衍生物，属于原小檗碱型，又都是季铵型生物碱，其结构如下：
（三）小檗碱的理化性质
1．性状自水或稀乙醇中析出的小檗碱为黄色针状结晶，含5.5分子结晶水，100℃干燥后仍能保留2.5分子结晶水，加热至110℃变为黄棕色，于160℃分解。盐酸小檗碱为黄色小针状结晶，加热至220℃左右分解，生成红棕色小檗红碱，继续加热至285℃左右完全熔融。
2．碱性小檗碱属于季铵型生物碱，可离子化而呈强碱性，其PKa值为11．50。
3．溶解性游离小檗碱能缓缓溶解于水中，易溶于热水或热乙醇，在冷乙醇中溶解度不大，难溶于苯、氯仿、丙酮等有机溶剂。小檗碱的盐酸盐在水中的溶解度较小，较易溶于沸水，难溶于乙醇。
麦2－7小檗碱盐类在水中的溶解度（温度）
名称溶解度
氢碘酸盐1：12130
氢溴酸盐1：500
枸椽酸盐1：125
磷酸盐1：15
硫酸盐1：30
小檗碱与大分子有机酸结合的盐在水中的溶解度都很小。因此，当黄连与甘草、黄芩、
大黄等中药配伍时，在煮提过程中，由于小檗碱能与甘草酸、黄芩苷、大黄鞣质等酸性物质
．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．
形成难溶于水的盐或复合物而析出
．．．．．．．．．．．．．．．。这是中药制剂中应注意的问题。
此外，小檗碱一般以季铵型生物碱
．．．．．．．．．．．．的状态存在，可以离子化呈强碱性，能溶于水，溶液为红棕色。但在其水溶液中加入过量碱，抑制了季铵离子的解离，季铵型小檗碱则部分转变为醛式或醇式，其溶液也转变成棕色或黄色。醇式或醛式小檗碱为亲脂性成分，可溶于乙醇等亲脂性有机溶剂。小檗碱的三种互变体的反应式如下：
讲解：小檗碱的三种互变异构体
（四）小檗碱的鉴别反应
小檗碱除了能与一般生物碱沉淀试剂产生沉淀反应外，还具有两个特征性检识反应。
1．丙酮加成反应在小檗碱盐酸盐水溶液中，加入氢氧化钠使呈强碱性，然后滴加丙酮数滴，即生成黄色结晶性的小檗碱丙酮加成物，有一定熔点，可供鉴别。反应式见教材。
2．漂白粉显色反应在小檗碱的酸性水溶液中加入适量的漂白粉（或通入氯气），小檗碱水溶液即由黄色转变为樱红色。反应式见教材。
（五）小檗碱的提取分离
利用黄连中小檗碱等生物碱盐的溶解度差异，以及药根碱和掌叶防己碱还原产物的极性差异进行分离。
小檗碱和甲基黄连碱的提取分离流程见教材。
黄连中虽然小檗碱含量较高，但黄连生长周期长，资源有限
．．．．．．．．．．．．，难以满足需求。曾以黄柏为原料提取小檗碱，后来发现三颗针中含有以小檗碱为主的多种生物碱，且三颗针资源丰富，
故制药工业提取小檗碱主要以三颗针作为原料
．．．．．．．．．．．．．．．．．．．提取小檗碱。
三、洋金花
洋金花为茄科植物毛曼陀罗（ Datura innoxia Mill）和白曼陀罗（ D.metel L．）的花。我国自古以来以洋金花为主药制作。
（一）性味功能及药理作用
洋金花味辛，性温，有毒；具有解痉止痛，止咳平喘的功效。其有效成分为生物碱。现代药理研究表明，莨菪碱及其外消旋体阿托品有解痉镇痛、解有机磷中毒和散瞳作用。黄连根粉－乙醇温浸－乙醇浓缩液放置，过滤黄色沉淀，重结晶数次，OH－碱化，盐酸小檗碱性水液。过滤滤液－加硫酸酸化－酸性母液，乙醇处理－甲基黄连碱硫酸盐结晶。酸性乙醇液－加适量10％KI－沉淀A（掌叶防已喊和药根碱的氢碘酸盐）
教材中有小檗碱和甲基黄连碱的提取分离流程
东莨菪碱除具有莨菪碱的生理活性外，还有镇静、麻醉的作用。
碍（二）洋金花中生物碱及其化学结构
洋金花中所含生物碱为莨菪烷衍生物，由莨菪醇类和芳香族有机酸结合生成的一元酯类化合物。其生物碱以莨菪碱、东莨菪碱、N－去甲基莨菪碱为主。它们的结构如下：莨菪碱（阿托品）莨菪酰基
东莨菪碱莨菪酰基
N-去甲莨菪碱莨菪酰基
山莨菪碱莨菪酰基
樟柳碱羟基莨菪酰基
莨菪酸羟基莨菪酸
阿托品是莨菪碱的外消旋体，这是由于莨菪酸部分的手性碳原子上的氢位于羰基的α-位，容易产生互变异构。莨菪酸的互变异构
（三）洋金花中莨菪烷类生物碱的理化性质
1．性状莨菪碱为四方细针状结晶（乙醇），mp108．5℃，其外消旋体阿托品是针状结晶，mp98℃。东莨菪碱为粘稠状液体，但形成一水化物为结晶体，mp 59℃。山莨菪碱为无色针状结晶，自苯中结晶含一分子苯；mp 62～ 64 ℃。樟柳碱的物理性状与莨菪碱相似，但其氢溴酸盐为白色针状结晶，mp 162～165℃。这些生物碱除阿托品无旋光活性外，其他他三个生物碱的旋光性主要来自莨菪酸部分。
2．碱性这几种生物碱由于氮原子周围化学环境、立体效应等因素不同，使得它们的碱性强弱有较大差异。东莨菪碱和樟柳碱由于立体效应的影响，碱性较弱（PKa7．50；莨菪碱无立体效应障碍，碱性较强（pKa9．65）；山莨菪碱分子中 6位羟基的立体效应影响较东莨菪碱小，故其碱性介于莨菪碱和东莨菪碱之间。
3．溶解性莨菪碱（或阿托品）亲脂性较强，易溶于乙醇、氯仿，可溶于四氯化碳、苯，难溶于水。东莨菪碱有较强的亲水性，可溶于水，易溶于乙醇、丙酮、乙醚、氯访等溶剂，难溶于苯、四氯化碳等强亲脂性溶剂。樟柳碱的溶解性与东莨菪碱相似，也具较强的亲水性。山莨菪碱由于多一个羟基，亲脂性较莨菪碱弱，能溶于水和乙醇。
（四）洋金花中莨菪烷类生物碱的鉴别反应
这类生物碱具有一般生物碱的通性，能与多种生物碱沉淀试剂产生沉淀反应。除此之外，还可以用以下方法进行检识。
1．氯化汞沉淀反应莨菪碱（或阿托品）在氯化汞的乙醇溶液中发生反应，生成黄色
沉淀，加热后沉淀变为红色。在同样条件下，东莨菪碱则与氯化汞反应生成白色沉淀。这是因为莨菪碱的碱性较强，加热时能使氯化汞转变成氧化汞（砖红色），而东莨菪碱碱性性较弱，与氯化汞反应只能生成白色的分子复盐沉淀。
2．Vitali 反应莨菪碱（或阿托品）、东莨菪碱等莨菪烷类生物碱分子结构中具有莨菪酸部分者，当用发烟硝酸处理时，产生硝基化反应，生成三硝基衍生物，此物再与苛性碱醇溶液反应，分子内双键重排，生成醌样结构的衍生物而呈深紫色，渐转暗红色，最后颜色消失。
3．过碘酸氧化乙酰丙酮缩合反应樟柳碱分子的羟基莨菪酸具有邻二羟基结构，可被过碘酸氧化生成甲醛，然后与乙酰丙酮在乙酸胺溶液中加热，缩合成二乙酰基二甲基二氢吡啶（DDL）而显色。
（五）莨菪烷类生物碱的提取分离
用稀酸水自洋金花的提取液通过阳离子交换树脂柱，然后用不同pH的碱水碱化树脂，因东莨菪碱盐在较弱碱性条件下游离，莨菪碱盐在较强碱性条件下游离。莨菪碱和东莨菪碱的碱性强弱差异造成与离子树脂交换能力不同，因此配合溶剂提取法，可使两者得到分离。其提取分离流程见图2－10。
洋金花粉 O.1％盐酸渗漉酸性渗漉液通过强酸型阳离子交换树脂柱（交链度8%）流出液树脂床蒸馏水洗至无色离子交换树脂晾干，10％ NaHco3适量与树脂搅拌均匀，置索氏提取器中，乙醇回流提取乙酸液树脂干燥，回收乙酸-OH碱化，乙醇提取。油状物乙醇液 l加三倍量丙，用40％HBr处理，放置析晶，过滤浓缩得氢溴酸东莨菪碱莨菪碱（粗品）。
目标检测：根据加点的重点、难点部分，灵活命题。
教学参考资料：
课外作业：详见中药化学习题集
课次：34
课题：实例
教学目的：
1．详述苦参中主要生物碱的结构、性质、检识方法、提取方法。
2．简述马钱子中的主要生物碱的结构、性质、检识方法、提取方法。
3．详述乌头生物碱类的结构、性质、检识方法、提取方法。
教学内容：
1．苦参、马钱子、乌头中的生物碱。
教学内容分析及教法设计：略
教学过程：
1．组织教学：检查学生出勤，填写教学日志，随机应变，组织好课堂纪律。
2．课程引入：从中药的十八反，十九畏出发，结合过去发生的反药中毒事例，引出毒性中药的药、毒两性及其辩证关系。引出研究乌头、马钱子的重要性。
3．展示目标：略
4．进行新课：
四、苦参
苦参为豆科植物苦参（Sophora flavescens Ait）的干燥根，为常用中药。
（一）性味功能及药理作用
苦参性寒，味苦。具有清热燥湿、杀虫、利尿等功效。现代临床及药理学研究表明，苦参总生物碱具有消肿利尿、抗肿瘤、抗病原体、抗心律不齐等作用。
（二）苦参生物碱及其化学结构
苦参所含生物碱主要是苦参碱和氧化苦参碱。此外还含有羟基苦参碱、N一甲基金雀花碱、安那吉碱、巴普叶碱和去氢苦参碱（苦参烯碱）等。这些生物碱都属于喹喏里西啶类衍生物，除N一甲基金雀花碱外，均由两个喹喏里西啶环桥合而成。其分子中均有两个氮原子，一个是叔胺氮，一个是酰胺氮。苦参碱、氧化苦参碱和羟基苦参碱的N－16和N－15内酰胺结构可被皂化生成羧酸衍生物，酸化后又能合环成原来的结构。其化学结构如下略。
（三）苦参生物碱的理化性质
1．性状苦参碱有α-、β-、5-、y-四种异构体。其中α一、β一、6一苦参碱为结晶体，7一苦参碱为液体状。常见的是。苦参碱，为针状或棱柱状结晶，熔点76℃，十 39． 1”。氧化苦参碱为无色骰子状结晶（丙酮），熔点 207～208℃（分解）。＋ 47．7（乙醇），含一分子结晶水的氧化苦参碱的熔点为 77～78℃。
2．碱性苦参中所含生物碱均有两个氮原子。一个为叔胺氮（N—1），呈碱性；另一个为酰胺氮（N一16），几乎不显碱性，所以它们只相当于一元碱。但这类生物碱都是喹喏里西啶的衍生物，由两个哌啶环骈合而成，呈叔胺状态的氮原子处于桥合环之间，立体效应影响较小，所以苦参碱和氧化苦参碱的碱性比较强。
3．溶解性苦参碱的溶解性能比较特殊，不同于一般的叔胺碱，它既可溶于水，又能溶于氯仿、乙醚、苯、二硫化碳等亲脂性溶剂。氧化苦参碱是苦参碱的氮氧化物，具极性配位键，其亲水性比苦参碱更强，易溶于水，难溶于乙醚，但可溶于氯仿。可利用两者溶解性的差异将其分离。苦参生物碱的极性大小顺序是：氧化苦参碱＞羟基苦参碱＞苦参碱。
（四）苦参生物碱的提取分离
利用生物碱盐能与强酸型阳离子交换树脂进行交换的特点提取总生物碱，然后利用总碱中各成分极性的差异采用溶剂法和色谱法进行分离。
1．总生物碱的提取苦参总生物碱的提取流程见书。苦参粗粉用 0.1％盐酸渗漉，渗
漉液通过强酸型阳离子交换树脂柱，流出液（杂质）；树脂柱洗脱，洗脱液（杂质）；将洗脱后树脂倒入搪瓷盘中晾干，用10％氟水适量碱化树脂，搅拌均匀，装人索氏提取器中，用氯仿回流，氯仿液用无水硫酸钠干燥，过滤，回收氯仿得总生物碱。
参看书中苦参总生物碱的提取流程
2．主要生物碱的分离总生物碱中苦参碱、氧化苦参碱和去氢苦参碱的分离流程为：总生物碱加少量氯仿溶解-氯仿液加10倍量乙醚；沉淀部分-丙酮重结晶得氧化苦参碱；醚溶部分-氧化铝柱层析-分别用下列两种溶剂洗脱：苯洗脱物中含（去氢苦参碱）；乙酸－甲醇（19：1）洗脱物含（苦参碱）。
五、汉防已
汉防己亦称粉防己、倒地拱，为防己科植物粉防已（Stephania tetrandra S.Moore）的干燥根，为临床常用中药。
（一）性味功能及药理作用
汉防己味苦、辛，性寒；具有祛风湿、止痛、利水消肿、泻下焦湿热等功效。现代药理实验研究表明，汉防己总生物碱具有镇痛、消炎、降压、肌肉松弛以及抗菌、抗肿瘤的作用。其主要有效成分为汉防己甲素和汉防己乙素。
（二）汉防已生物碱及其化学结构
汉防已中的生物碱含量高达 1.5％～2.3％，其中主要为汉防己甲素和汉防己乙素（又称防已诺林），还含少量的轮环藤酚碱。汉防己甲素和汉防己乙素均为双苄基异喹啉衍生物，氮原子呈叔胺状态；轮环藤酚碱为季铵型生物碱。汉防己甲素和汉防已乙素在碱性条件下与碘甲烷反应生成碘化二甲基汉防己碱。
（三）汉防已生物碱的理化性质
1．性状汉防己甲素和汉防己乙素均为白色结晶。汉防己甲素的熔点为217～218℃，[(Me)2CO]，[α]28D=+286.70（CHCI3）；汉防己乙素在丙酮中结晶具有双熔点，126～177t 熔融，200℃固化，继续加热至 237～238℃再熔融，[α]=+275（CHCI3）。轮环藤酚碱的氯化物为无色结晶，熔点214℃，[α]=-116 （CH3OH）。
2．碱性汉防己甲素和汉防已乙素分子结构中均有两个处于叔胺状态的氮原子，碱性较强。轮环藤酚碱属于原小檗型季铵碱，具强碱性。
3．溶解性汉防己甲素和汉防已乙素化学结构相似，均为双苄基异喹啉的衍生物，亲脂性较强，具有脂溶性生物碱的一般溶解性。但由于两者的分子结构中7位取代基的差异，前者为甲氧基，后者为酚羟基，故汉防己甲素的极性较小，能溶于冷苯；汉防己乙素极性较大，难溶于冷苯。利用这一性质差异可将两者分离。
轮环藤酚碱为酚性生物碱，可溶于水、甲醇、乙醇，难溶于乙醚、苯等亲脂性有机溶剂。（五）马钱子生物碱及其化学结构
马钱子成熟种子中生物碱含量约1.5％～5％，其中主要生物碱是番木鳖碱和马钱子碱，还含少量鲁勃林、伪番木鳖碱、番木鳖次碱等。番木鳖碱和马钱子碱具有相似的结构骨架，属于吲哚类衍生物，分子中有两个氮原子，其化学结构如下：
番木鳖碱RI－RZ 马钱子喊出一RZ＝OCH3
（三）马钱子生物碱的理化性质
1．性状番木鳖碱为单斜柱状结晶（乙醇），熔点286～289℃，［α］=一104（无水乙醇），味极苦，毒性极强。供药用的番木鳖碱是无色无臭的针状结晶。马钱子碱为针状结晶（丙酮-水），熔点178℃，［α］=-127（氯仿），味极苦，有强毒性。
2．溶解性番木鳖碱和马钱子碱均为脂溶性生物碱，具一般叔胺碱的溶解性能。但马钱子碱硫酸盐较番木鳖碱硫酸盐在水中的溶解度小，易从水中结晶析出；而番木鳖碱的盐酸盐则较马钱子碱盐酸盐在水中的溶解度小，也易从水中析出。这些溶解性差异，是分离香木
第十一章 杂环化合物和生物碱 一、学习要求 1．掌握杂环化合物的分类和命名 2．掌握五元杂环、六元杂环和稠杂环的结构和性质 3．掌握生物碱的基本概念及分类 4．了解生物碱的一般性质、提取方法及重要的生物碱 二、本章要点 （一）杂环化合物的分类和命名 1．杂环化合物的概念 由碳原子和非碳原子所构成的环状有机化合物称为杂环化合物，环中的非碳原子称为杂原子，最常见的杂原子有氧、硫、氮等。 2．杂环化合物的分类 按环的数目不同，可分为单杂环和稠杂环两大类。单杂环按环的大小不同又可分为五元杂环和六元杂环。稠杂环通常由苯与单杂环或单杂环与单杂环稠合杂环化合物而成。 3．杂环化合物的命名 杂环化合物的命名比较复杂，目前我国常使用“音译法”，即按英文的读音，用同音汉字加上“口”字旁命名： O 1 2 3 45 5 43 2 1 S 5 432 1N 543 2 1 N S 543 2 1N N H 5432 1N N H 呋喃 噻吩 吡咯 噻唑 吡唑 咪唑 （furan ） （thiophene ） （pyrrole ） （thiazole ） （pyrazole ） （imidazole ） 6 54 32 1 O N N 1 2 3456 N N 1 2 3456 N N 1 2 3456 6 54 3 2 1 N 吡啶 哒嗪 嘧啶 吡嗪 吡喃（pyridine ） (pyridazine) (pyrimidine) (pyrazine) (pyran)
环上有取代基的杂环化合物的名称是以杂环为母体，并注明取代基的位置、数目和名称。杂原子的编号，除个别稠杂环外，一般从杂原子开始编号，环上有不同不同杂原子时，按O 、S 、NH 和N 的顺序编号；某些杂环可能有互变异构体，为区别各异构体，需用大写斜体“H ”及其位置编号标明一个或多个氢原子所在的位置。例如： 2，4-二羟基嘧啶 2-氨基-6-氧嘌呤 4H -吡喃 2H -吡喃 此外，还可以将杂环作为取代基，以官能团侧链为母体进行命名。例如： N ，N-二乙基-3- 4-嘧啶甲酸 3-吲哚乙酸 2-呋喃甲醛 吡啶甲酰胺 （二）含氮六元杂环 1.吡啶的结构 1 2345 6 7 8 9 N N N N H 2N O H N N OH OH 1 23 4 56 O 1 2 34 56 1 2 3 45O 6 1 2 1 CHO O CON(C 2H 5)2 N 2 34 56 COOH 6 5432 1 N N CH 2COOH N H 12 3 456 7 N .. 6 8 75 43 2 110 98 76 5321 6 58 7 654321 H N N N N N N 8 7 65 432 N 7 4 32 1H N 喹啉 异喹啉 吲哚 吖啶 嘌呤 ( quinoline) (isoquinoline) (indole) (acridine) (purine)
第十章生物碱 课次：29 课题：生物碱概述 一、教学内容： 1．生物碱的含义。 2．生物碱的发展史及常见的生物碱概述。 3．生物碱的分布规律及概况。 4．生物碱的结构类型。 5．生物碱的性质（上）：性状、旋光性、酸碱性、溶解性。 二、课堂目标： 1．说出生物碱的基本含义。 2．简述生物碱的发展史，举例说明中药中常见的生物碱及其临床疗效。 3．说出植物中生物碱分布的基本概况，简述生物碱分布的特点及规律。 4．详述生物碱的结构分类及各类生物碱的结构特点。 5．简述生物碱的基本性状、旋光性与结构的关系。 6．详述生物碱的酸碱性及其与结构的关系、溶解性的基本规律及其与结构的关系。三、教学内容分析及教法设计： 生物碱是人们最早研究的一类天然药物成分，也是最重要的中药有效成分之一。生物碱是进入各论部分以后学生接触到的第一类有效成分，它在整个各论部分所占的比重特别大。生物碱部分的教学，内容较多，化合物类型较多，要注意加强类比分析，归纳推理，增进学生理解记忆。寻找规律，分门别类的攻克难关，掌握生物碱的基础知识。 本部分教学在理论联系实际的基础上，精讲多练，注重推理分析，争取能在各论的第一部分－生物碱教学中，让学生掌握中药化学学习的基本规律和基本方法。 本次课全部内容采用启发式讨论教学。 四、教学过程： 1．组织教学：检查学生出勤，填写教学日志，随机应变，组织好课堂纪律。 2．课程引入： 生物碱是一类存在于生物体内的具有生理活性的含氮的碱性有机化合物。生物碱是中草药有效成分之一，在我国，中草药的使用已有数千年历史，目前从各种植物中分离出的四千多种生物碱，应用于临床的已有数百种，随苷对生物碱结构、性质及作用的深入研究，必将促进中草药的临床应用。生物碱的结构有何特点？生物碱的研究历史怎样？生物碱的分布有何规律？生物碱的基本性状如何？本次课我们将对以上问题进行详细研究。 3．展示目标： （1）生物碱的含义。 （2）说出生物碱的分布概况和分布规律。 （3）举例说明常见的生物碱及其在临床上的应用。 （4）详述生物碱的结构类型，并能举例说明。 （5）简述生物碱的基本性状。 4．进行新课： 除了极少数裸子植物外，双子叶植物、单子叶植物的多个科属的多种植物中，都含有一种具有显著生理活性的含氮的有机碱化合物。后来在一些动物器官及少数微生物中也发现了同样的物质，于是，生物碱的名称开始被广泛使用。
第十六章 杂环化合物、生物碱 杂环化合物的定义：在环状有机化合物中，构成环的原子除了碳原子外还含有其他原子，这环状种化合物就叫做杂环化合物（heterocyclic compound ）。除碳以外的其他原子叫做杂原子。常见的杂原子有：氮、氧、硫。 第一节 杂环化合物的分类和命名 一、 分类 按照环的大小和环的数目可分为： 杂环 单杂环 五元环 六元环 苯环与单杂环的稠合杂环(苯并杂环) 两个或两个以上单杂环的稠合杂环O S N H 稠杂环 N N N N N H N 二、 命名 1、音译法：根据外文译音，选用同音汉字，加“口”字旁表示杂环。 O S N H 吡咯呋喃噻吩吡啶N pyrrole furan thiophene pyridine N H 吲哚indole N N 咪啶pyrimidine 取代杂环的命名： ① 杂环的编号从杂原子起依次1,2,3 ……（或：α,β,γ……）。 ② 如环上不止一个杂原子时，则从O 、S 、N 的顺序依次编号。 ③ 有两个相同杂原子的，应从连有H 原子或取代基的开始编号。 ④ 编号时注意杂原子或取代基的位次之和最小。 ⑤ 稠杂环是特定的母体和固定的编号。 N S 5 1 2 4 3 5-乙基噻唑N N H 1 23454-甲基咪唑 CH 3 C 2H 5 N CH 31 23 4563-甲基吡啶 2、根据结构命名：
即根据相应于杂环的碳环来命名，把杂环看作是相应的碳环中的碳原子被杂原子置换而形成的。例如，吡啶可看作是苯环上一个碳原子被氮原子置换而成的，所以叫做氮杂苯。 O S N H N 茂 (环戊二烯)氮茂 氧茂 硫茂 N N 苯氮苯 1,3-二氮苯 第二节 一杂五元杂环化合物 含有一个杂原子的典型五元杂环是呋喃、噻吩、吡咯。 O S N H 一、 呋喃、噻吩、吡咯的结构 1、据现代物理方法证明： ① 呋喃、噻吩、吡咯都是一个平面的五元环结构，即成环的四个C 原子和一个杂原子都是以SP 2杂化轨道成键的。 ②环上每个碳原子的P 轨道有一个电子，杂原子P 轨道上有两个电子。 ③ P 轨道垂直于五元环的平面，互相侧面重叠而形成一个与苯环相似的闭合共轭体系。 ④ 五元环的六个π电子分布在包括环上五个原子在内的分子轨道。 2、分子结构符合休克尔(Huckel)规则（4n+2=6,n=1），π电子数为6。具有芳香性。但芳性比苯弱，环的稳定性差。 3、芳香性秩序： 苯 ＞ 噻吩 ＞ 吡咯 ＞ 呋喃 呋喃的芳香性最弱，实际上它可以进行双烯加成反应，表现出共轭二烯烃的性质。 4、它们的键长数据如下[单位（ppm ）]： O S N 140 145 135 172 143 137 138144 135 137 5、吡咯、呋喃、噻吩环上杂原子氮、氧、硫的未共用电子对参与环的共轭体系，使环上的电子云密 度增大。因此，它们都比苯活泼，比苯容易进行亲电取代反应，而且它们进行亲电取代反应的活泼性顺序是： 吡咯 > 呋喃 > 噻吩 > 苯 X +(CF 3CO)2O X COCF 3 +CF 3COOH 三氟乙酐酰化 二、 呋喃、噻吩、吡咯的性质 1、亲电取代反应——主要在杂原子的α位： 它是呋喃、吡咯、噻吩的典型反应。由于它们环上的电子云密度比苯大，比苯容易发生亲电取代反应。同时环稳定性比苯差，因此反应条件与苯不同，需要在较温和的条件下反应，以避免氧化、开环或聚合等副反应。
第十章生物碱 一、名词解释 1.生物碱 2.两性生物碱 3.亲水性生物碱 4.生物碱沉淀反应 5.Vitali反应 二、填空题 1.生物碱按生源途径结合化学结构分类通常可分为（）、（）、（）、（）、（）、（）、（）等几大类。 2.大多数生物碱是（）体，少数为（）；少数生物碱具有（），可利用水蒸气蒸馏法提取；个别生物碱还具有（）。 3.大多数叔胺碱和仲胺碱为（）性，一般能溶于（），尤其易溶于（）。 4.生物碱因结构中N原子上的孤电子对易接受（）而显碱性。生物碱根据pKa值大小可以分为（）、（）、（）和（）。 5.醇胺型小檗碱的碱性强是因为其具有（），其氮原子上的孤电子对与α-羟基的C—O单键的б电子发生转位，形成（）。 6.将生物碱总碱溶于酸中，加入碱水调节pH值，由（）到（），则生物碱按碱性由（）到（）依次被有机溶剂萃取出来；若将生物碱总碱溶于有机溶剂中，用pH值由（）到（）的缓冲液依次萃取，生物碱按碱性由（）到（）被萃取出来。 7.Hofmann降解反应的必要条件是（），其次是（）。 8.不同类型N上质子的δ值大小，酰胺（），脂肪胺（），芳香胺（）。 9.在生物碱的13C-NMR谱中，生物碱结构中氮原子（）产生的吸电诱导效应使邻近碳原子向（）位移。 10.乌头碱水解后生成的单酯型生物碱叫（）、无酯键的醇胺型生物碱叫（）。 三、单项选择题 1.生物碱不具有的特点是（） A.分子中含N原子 B.N原子多在环内 C.具有碱性 D.分子中多有苯环 E.显著而特殊的生物活性
2.具有莨菪烷母核的生物碱是（ ） A.甲基麻黄碱 B.小檗碱 C.阿托品 D.氧化苦参碱 E.乌头碱 3.此生物碱结构属于（ ） A.吲哚类 B.异喹啉类 C.吡啶类 D.甾体类 E. 大环类 4.氧化苦参碱水溶性比苦参碱大的原因是（ ） A.呈离子态 B.碱性较强 C.属喹诺里西啶类 D.具有酰胺键 E.具有N →O 配位键 5.下列碱性大小顺序（ ） （a ） （b ） （c ） A.a ＞b ＞c B.c ＞b ＞a C.c ＞a ＞b D.a ＞c ＞b E.b ＞c ＞a 6.生物碱沉淀反应呈桔红色的是（ ） A.碘化汞钾试剂 B.碘化铋钾试剂 C.饱和苦味酸试剂 D.硅钨酸试剂 E.碘-碘化钾试剂 7.生物碱酸水提取液常用的处理方法是（ ） A.阴离子交换树脂 B.阳离子交换树脂 C.硅胶柱色谱吸附 D.大孔树脂吸附 E.氧化铝柱色谱吸附 8.水溶性生物碱分离的常用方法是（ ） A.碘化汞钾沉淀法 B.硅钨酸沉淀法 C.雷氏盐沉淀法 D.苦味酸沉淀法 E.碘化铋钾沉淀法 9. 不同碱性的生物碱混合物分离可选用（ ） N H 3CO H 3CO H 3CO 3 N 3 COOCH 3 N CH 3 O N COOCH 3
第十章生物碱 一、填空题 1、大多数叔胺碱和仲胺碱为亲（）性，一般能溶于（）溶剂，尤其易溶于（）溶剂。 2、具内酯或酰胺结构的生物碱在正常情况下，在（）中其内酯或内酰胺结构可开环形成（）两溶于水中，继之加（）可复又环合。 3、生物碱分子的碱性随P轨道的杂化轨道中的比例升高而（），即（）＞（）＞（）。 4、季铵碱的碱性强，是因为其羟基以（）形式存在，类似（）碱。 5、一般来说双键和羟基的吸电诱导效应使生物碱的碱性（）。 6、莨菪碱的碱性强于东莨菪碱主要是因为东莨菪碱醚环的（），其次是因为醚环的（）。 7、生物碱沉淀反应要在（）或（）中进行。水溶液中如有（）、（）、（）亦可与此类试剂产生阳性反应，故应在被检液中除掉这些成分。 8、生物碱的提取最常用的方法是以（）进行（）或（）。 9、Hofmann降解反应的必要条件是（），其次是（）。而Von Braun反应可直接使（）键断裂，不要求氮原子的β位有（）。 10、麻黄碱和伪麻黄碱因其为（），不能与大多数生物碱沉淀试剂发生沉淀反应故常用（）和（）鉴别之。 11、延胡索中主要含（）型和（）型异喹啉类生物碱。 12、小檗碱一般以（）的状态存在，但在其水溶液中加入过量碱，则部分转变为（）或（）。 13、阿托品为莨菪碱的（）。 14、莨菪烷类生物碱都是（）类，易水解，尤其在碱性溶液中更易进行。如莨菪碱水解生成（）和（），而东莨菪碱水解生成的（）不稳定，立即异构化成（）。 15、区别莨菪碱和东莨菪碱可用（），此时莨菪碱反应生成（）沉淀，而东莨菪碱反应生成（）沉淀。 16、苦参总碱中含量最多的生物碱是（）。 17、汉防已的镇痛有效成分（）作用最强，其化学结构属于（）型生物碱。 18、马钱子中的主要生物碱是（）和（），属于（）衍生物。 19、乌头碱水解后生成的单酯型生物碱叫（），无酯键的醇胺型生物碱叫（）。 20、红豆杉中的主要生物碱为（），化学结构为（）类似物，其主要生物活性为（）。 二、选择题 （一）单选题（每题有5个备选答案，备选答案中只有1个最佳答案） 1、生物碱碱性的表示方法多用（） A、Kb B.pKb C.Ka D.pKa E.pH 2、碱性最强的生物碱类型为（） A、酰胺生物碱 B、叔胺生物碱 C、仲胺生物碱 D、季铵生物碱
第十一章杂环化合物及生物碱 杂环化学是有机化学的一个重要组成部分。所有的有机化合物，从结构上可以分为两大类，即链状化合物和环状化合物。在环状化合物中，所有的“环节”原子都是碳原子组成的，称为环状化合物。如果在“环节”原子中除了碳原子以外，还含有一个或者多个非碳原子时，则称为杂环化合物。杂环化学就是研究杂环化合物的化学。 杂环化合物中的非碳“环节”原子称为杂原子。在有机化学中，周期表中碳以外的其他元素，通常被看成是杂原子，并用以构成杂环化合物。实际上，到目前为止，有些元素——如零族和第Ⅱ族元素等，还尚未发现由它们组成的、稳定的杂环化合物。另外，金属元素的原子也能参与构成环状结构的分子，然而这种分子的键型结构和物理、化学性质都与一般的化合物不同，通常把它们称作金属有机化合物，而不作为杂环化合物来讨论。 在杂环化合物中，各种不同的“环节”原子的排列组合方式和键合类型是多种多样的，所以如此构成的杂环化合物的数目是十分的惊人的。据统计，在现今已知的有机化合物中，杂环化合物的数量，占总数的65%以上。因此，杂环化合物在有机化学的各领域研究中都占有极其重要的地位。 杂环化合物不仅种类繁多，而且在自然界中分布较为广泛。具有生物活性的天然杂环化合物对生物体的生长、发育、遗传和衰亡过程都起着关键性的作用。例如：在动、植物体内起着重要生理作用的血红素、叶绿素、核酸的碱基、中草药的有效成分——生物碱等都是含氮杂环化合物。一部分维生素、抗菌素、植物色素、许多人工合成的药物及合成染料分子结构也含有杂环。杂环化合物的应用范围极其广泛，涉及医药、农药、染料、生物膜材料、超导材料、分子器件、贮能材料等，尤其在生物界，杂环化合物几乎随处可见。 在此，就不对杂环化合物品种多样性、应用广泛性进行过多的陈述。以下将杂环化合物中具有代表的几种物质向读者进行简要的介绍。最常见的杂原子是氧、硫和氮。如： O O S S 呋喃四氢呋喃噻吩四氢噻吩
第十章 生物碱 第一节 概述 一、 生物碱的含义、分布、存在形式及生物活性 生物碱（alkaloids ）指来源于生物界（主要是植物界）的一类含氮有机化合物。大多有较复杂的环状结构，氮原子结合在环内；多呈碱性，可与酸成盐；多具有显著的生理活性。一般来说，生物界除生物体必须的含氮有机化合物，如：氨基酸、氨基糖、肽类、蛋白质、核酸、核苷酸及含氮维生素外，其它含氮有机化合物均可视为生物碱。 生物碱主要分布于植物界，绝大多数存在于高等植物的双子叶植物中，已知存在于50多个科的120多个属中。与中药有关的一些科和典型的中药有，毛茛科黄连、乌头、附子，罂粟科罂粟、延胡索，茄科洋金花、颠茄、莨菪，防己科汉防己、北豆根，小檗科三棵针，豆科苦参、苦豆子等。单子叶植物也有少数科属含生物碱，如石蒜科，百合科、兰科等，百合科中较重要的中药如川贝母、浙贝母等。少数裸子植物如麻黄科、红豆杉科、三尖杉科也存在生物碱。 生物碱在植物体内的分布，对某种植物来说，也可能分布于全株，但多数集中在某一器官。如金鸡纳生物碱主要分布在金鸡纳树皮中，麻黄生物碱在麻黄髓部含量高。生物碱在植物中含量差别也很大，如黄连根茎中含生物碱7%以上，而抗癌成分美登素（maytansine ）在卵叶美登木（Maytanus ovatus ）中，得率仅为千万分之二。 含生物碱的植物中多数是多种生物碱共存。由于同一植物中的生物碱生物合成途径往往相似，因此化学结构也往往类似，同科同属的植物往往有同一母核或结构相同的化合物。 在植物体内，少数碱性极弱的生物碱以游离态存在，如酰胺类生物碱。有一定碱性的生物碱多以有机酸盐形式存在，如柠檬酸盐、草酸盐、酒石酸盐、琥珀酸盐等。少数以无机酸盐形式存在，如盐酸小檗碱、硫酸吗啡等。其它存在形式尚有N-氧化物、生物碱苷等。 生物碱多具有显著而特殊的生物活性。如吗啡、延胡索乙素具有镇痛作用；阿托品具有解痉作用；小檗碱、苦参生物碱、蝙蝠葛碱有抗菌消炎作用；利血平有降血压作用；麻黄碱有止咳平喘作用；奎宁有抗疟作用；苦参碱、氧化苦参碱等有抗心律失常作用；喜树碱、秋水仙碱、长春新碱、三尖杉碱、紫杉醇等有不同程度的抗癌作用等。 二、生物碱的生物合成简介 在生物碱的生物合成途径中，一般认为一次代谢产物氨基酸是其初始物。主要有鸟氨酸、赖氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸、邻氨基苯甲酸、组氨酸等。这些氨基酸的骨架大部分保留在所合成的生物碱中。另外，甲戊二羟酸和乙酸酯也是一些生物碱的重要组成部分。前者生成的生物碱有时被称为真生物碱（trile alkaloids ），后者生成的生物碱有时又被称为伪生物碱（pseudoalkaloids ）。 （一） 生物碱生物合成的主要化学反应 1．环合反应 （1）希夫碱（Schiff ）形成反应 氨基和羰基加成-脱水形成希夫碱： 许多生物碱如吡咯、莨菪烷、蒎啶、喹诺里西啶类生物合成中都涉及希夫碱的形成反应。 （2）曼尼希（Mannich ）氨甲基化反应 醛、胺和负碳离子（含活泼氢的化合物）发生R C H O R'R N C H R'2
生物碱类药物的分析 掌握盐酸麻黄碱、硫酸阿托品、硫酸奎宁、盐酸吗啡和硝酸士的宁的鉴别、杂质检查和含量测定方法。 一、概述 （一）定义：生物碱是一类存在于生物体内的含氮有机化合物。 （二）分类 1.芳烃胺类 硫酸苯丙胺，精神振奋药pKb=9.9 盐酸麻黄碱，肾上腺受体激动药pKb=9.6 2.异喹啉类 盐酸吗啡，镇痛药pKb1=8.0，pKb2=9.9 磷酸可待因，镇痛镇咳药；盐酸黄连素，抗菌药；度冷丁等 3.喹啉类 硫酸奎宁，抗疟药；异构体硫酸喹尼丁，抗心率失常药； pKb1=5.07，pKb2=9.7 4.托烷类 硫酸阿托品，抗胆碱药pKb=9.9 氢溴酸东莨菪碱，抗胆碱药pKb=7.6； 5.黄嘌呤类 咖啡因，pKb=14.15（碱性极弱）； 茶碱，平滑肌松弛药，含活泼氢酸性； 6.吲哚类 硝酸士的宁，中枢神经兴奋药pKb1=6.0，pKb2=11.7（酰胺） 硫酸长春新碱，抗肿瘤药；利血平，抗高血压药；
7.其他类 硝酸毛果芸香碱，缩瞳药。 由上可知，生物碱类药物有如下特点。 （三）特点 1.数量多，绝大多数存在于植物体内；已发现3000多种，100多种有效，中成药中富含生物碱。 2.生理活性强，但大都有毒性 因此，质量控制和临床应用尤应慎重，许多为特殊管制药物，并已超出药物分析的范畴，体育运动中的兴奋剂问题，世界关注的毒品问题，许多是生物碱类成分。该类药物的质量应严格控制，以保证用药的安全和有效。 （四）结构特征和分析方法间的关系 1.碱性：N原子的存在，强弱从N上的取代基是供电子还是吸电子基团，空间位阻两方面考虑。 1）一般情况：季铵>仲铵>伯铵>叔铵>NH3>环酰铵 2）脂肪铵>脂环铵>芳铵 3）个别两性化合物如吗啡有酸性（酚羟基），茶碱只有酸性（活泼氢） 2.存在状态多数以盐的形式存在 1）植物中多与有机酸成盐如吗啡罂粟酸盐，鞣酸奎宁盐； 2）药用多为多为无机酸盐如盐酸、硫酸、磷酸和硝酸盐。 含量测定应考虑上述2个因素，碱性强弱选择滴定溶液和指示剂，成盐的情况在非水滴定时要考虑对滴定的干扰。 3.溶解性 1）共性：游离生物碱易溶于CHCl3等中等极性有机溶剂，难或不溶于水，溶于稀酸溶液；成盐易溶于水；（提问？） 2）个性：两性和酸性化合物易溶于稀碱溶液（吗啡和茶碱）；麻黄碱和咖啡因能溶于水；咖啡因和利血平碱性极弱，不能与酸结合成稳定的盐。 溶解性可以用于提取分离和鉴别时的重要依据。
3 生物碱的碱性与哪些有关 (1)氮原子的杂化类型:随杂化度升高而增强；②诱导效应：氮原子所连接的基团如为供电基团则碱性增强，如为吸电基团则碱性减弱；③诱导一场效应：使生物碱的碱性降低；④共轭效应：若生物碱分子中氮原子孤对电子成P-兀共轭体系时，通常情况下，其碱性较弱；⑤空间效应：若生物碱的空间环境不利于氮原子接受质子，其碱性减弱；反之，则碱性增强；⑥分子内氢键形成：若生物碱分子结构中氮原子附近存在羟基、羰基等取代基团，碱性增强。 4．生物碱类化合物的鉴别方法①沉淀反应：大多数生物碱能和某些酸类、重金属盐类以及一些较大分子量的复盐反应，生成单盐、复盐或络盐沉淀。如与碘化铋钾试剂的反应； ②显色反应：用于生物碱的冠色试剂很多，它们往往因生物碱的结构不同而显示不同的颜色，Mandelin试剂(1％钒酸铵的浓硫酸溶液)；③成盐反应：绝大多数生物碱可与酸形成盐类，但不同类型的生物碱与酸成盐的形式不同，主要有：季铵生物碱的成盐反应、含氮杂缩醛生物碱的成盐反应、具有烯胺结构生物碱的成盐反应、涉及氮原子跨环效应生物碱的成盐反应。 5．生物碱类化合物的提取一般从天然药物巾提取总生物碱通常采用溶剂法、离子交换法、沉淀法等提取分离方法。①对于脂溶性生物碱可采取酸水提取法、醇类溶剂提取法、亲脂性有机溶剂提取法；②对于水溶性生物碱可采取沉淀法、溶剂萃取法。 6．生物碱类化合物的分离对于生物碱的分离通常分为系统分离与特定分离。一般的方法是先对总碱进行初步分离，将性质相近的生物碱分成几个类别或部位。然后再按各成分的碱度、极性或功能团的差异分离生物碱单体。①总生物碱的初步分离：根据总生物碱中各成分理化性质的差异，可将其初步分离为强碱性的季铵碱、中等强度碱性的叔胺碱及其酚性碱、弱碱性生物碱及其酚性碱等几个部分；②生物碱单体的分离：利用生物碱碱性的差异、利用生物碱极性的差异或生物碱盐的溶解度差异、利用生物碱特殊官能团、利用色谱法进行分离。 7．生物碱类化合物的结构鉴定①色谱法：色谱法在生物碱鉴别中的应用主要体现在天然药物及天然药物制剂中有无生物碱存在的检识、指导生物碱的分离、检查生物碱的纯度及对已知生物碱的鉴定等多个方面，主要有：薄层色谱法、纸色谱法、高效液相色谱法、气相色谱法；②谱学法：目前，在生物碱结构鉴定工作中，最常用的分析方法有紫外光谱(U V)、红外光谱(IR)、质谱(M S)和核磁共振(N M R)。 【习题】 一、名词解释 1．生物碱 2．两性生物碱 3．生物碱沉淀反应 4．诱导效应 5．共轭效府 6．空间效应 7．诱导一场效应 8．氢键效应 二、填空题 1．小檗碱呈黄色，而四氢小檗碱则无色，其原因在于。 2．弱碱性生物碱在植物体内是以状态存在。 3．在生物碱的色谱检识中常用的显色剂是，它与生物碱斑点作用常显色。 4．Mayer’s试剂的主要成分为；Dragendorff’s试剂的主要成分为。 5．总生物碱的提取方法大致有以下三类：、、。 6．麻黄碱和伪麻黄碱的分离可利用它们的——盐在水中的溶解度不同，在水中溶
《微生物学》复习题 第十章微生物的分类和鉴定 1、名词解释 1 系统发育树： 2 培养物： 3 菌株： 4 种： 6 属： 7 数值分类法： 8 模式（或典型）菌株： 9 DNA（G+C）mol%值： 10 三域学说： 二、是非题 1、“大肠埃希氏菌”才是俗称“大肠杆菌”的学名。（） 2、所谓“模式菌株”通常是指一个细菌的种内了具代表的菌株。（ ） 3、两种细菌的G+C含量相近，说明它们亲缘关系近，反之，G+C含量差别大说明它们亲缘关系远。（） 4、DNA-DNA杂交主要用于种、属水平上的分类研究，而进行亲缘关系更远（属以上等级）分类单元的比较，则需进行DNA-rRNA杂交。 （） 5、数值分类由于采用了先进的计算想技术，减少了大量的特征测定的实验操作，所以它是比较科学的现代微生物系统分类方法。 （） 6、“吹口气查胃病”的原理是：幽门螺杆菌具有人体不具有的尿素酶，受检者口服13C标记的尿素，如有该菌感染，则尿素被尿素酶分解生成NH3和13CO2，用质谱仪能快速灵敏地测出受检者呼气中13CO2的量，准
确地鉴定是否被幽门螺杆菌感染。（） 7、亚种名为三元式组合，即由科名、属名加词和亚种名加词构成。 8、现代微生物生理生化特征的比较也是对微生物基因组的间接比较，加上测定生理生化特征比直接分析基因组要容易得多，因此生理生化特征对于微生物的系统仍然是有意义的。 9、蛋白质氨基酸顺序的进化速率大体上是恒定的，但功能不同的蛋白质常以不同的速率进化。功能重要的分子序列或序列区域往往进化变化速率高。 10．目前种是生物分类中最小的分类单元和分类等级。（） 11．G+C含量的比较主要用于分类中否定。（） 12.菌株是微生物分类和研究工作中最基础的操作实体。（） 三、选择题（4个答案选1） 1、血清学试验，尤其在医学细菌的分类鉴定中的重要意义，但它主要用于划分（）。 （1）种内血清型（2）种间血清型（3）属间血清型（4）属以上血清型 2、根据你所掌握的知识，人为认为形态学特征学特征在以下几类微生物中的哪严分类鉴定中显得更加重要？（） （1）病毒（2）细菌（3）酵母菌（4）霉菌 3、现在自动化程度最高、功能最多的微生物专用检测仪是（）（1）气相色谱仪（2）高压液相色谱仪 （3）自动微生物检测仪（4）激光拉曼光谱仪 4、目前微生物的快速检测和自动化分析中，广泛地采用的免疫学技术是（）。 （1）DNA探针（2）聚合酶链反应技术 （3）DNA芯片（4）酶联免疫吸附测定法 5、第一个古生菌的全基因组序列测定结果初步证实了它是独立于其他
第十一章生物碱 一、选择题 A型题 1、生物碱具有碱性是因生物碱结构中含有哪种原子 A、碳原子 B、氧原子 C、氢原子 D、氮原子 E、氯原子 2、亲脂性生物碱在哪种溶剂中的溶解度最大 A、乙醚 B、乙醇 C、氯仿 D、石油醚 E、苯 3、下列生物碱为水溶性生物碱的是 A、伯胺类生物碱 B、仲胺类生物碱 C、季胺类生物碱 D、叔胺类生物碱和季铵类生物碱 E、季铵类生物碱和含氮氧化物的生物碱 4、在碱水溶液中开环溶解，在酸水溶液中还原的生物碱是 A、酚性生物碱 B、酸性生物碱 C、含内酯键的生物碱 D、季铵碱 E、含氮-氧化物的生物碱 5、属于麻黄碱性质的是 A、具有挥发性 B、具有升华性 C、具有挥发性和升华性 D、不具有挥发性 E、不具升华性 6、生物碱的沉淀反应须在何种条件的溶液中完成 A酸性水溶液 B、碱性水溶液 C、中性水溶液 D、盐水溶液 E、氯仿溶液 7、碱性最强的生物碱类型为 A、伯胺类生物碱 B、仲胺类生物碱 C、叔胺类生物碱 D、季铵类生物碱 E、酰胺类生物碱 8、吸附色谱法分离生物碱常用的吸附剂是 A、硅胶 B、氧化铝 C、活性炭 D、聚酰胺 E、硅藻土 9、属于两性生物碱的是 A、小檗碱 B、小檗胺 C、麻黄碱 D、黄连碱 E、茛菪碱 10、与酰胺生物碱碱性相近的是 A、芳香胺 B、N-芳香杂环 C、吡咯 D、吡啶 E、N-烷杂环 11、比季胺碱碱性强的生物碱的结构是 A、胍基 B、脂肪胺 C、芳香胺 D、N-芳香杂环 E、N-烷杂环 12、伪麻黄碱碱性大于麻黄碱是因为 A、氮原子杂化方式 B、诱导效应 C、共轭效应 D、空间效应 E、氢键效应 13、使酰胺生物碱的碱性较弱的原因是 A、立体效应 B、共轭效应 C、P-л共轭 D、诱导效应 E、氮原子的杂化形式 14、下列为生物碱沉淀试剂的是 A、草酸 B、丙酮 C、1%钒酸胺 D、碘化铋钾 E、二硫化碳-硫酸铜 15、可在中性条件下进行的生物碱沉淀反应是 A、碘化铋钾 B、硅钨酸 C、苦味酸 D、碘化汞钾 E、碘-碘化钾 16、氮原子杂化轨道能量的大小顺序为 A、SP3＞SP2＞SP B、SP＞SP2＞SP3 C、SP2＞SP＞SP3 D、SP＞SP3＞SP2
第十章生物碱 本章是本教材的重点，因此考试也是重点。 学习和复习时，抓住生物碱的通性这一关键，掌握了通性，就能灵活应用于生物碱的提取分离及检识。 第一节概述 这一节要掌握生物碱的含义：生物碱是指一类来源于生物界（以植物为主）的含氮的有机化合物，多数生物碱分子具有较复杂的环状结构，且氮原子在环状结构内，大多呈碱性。一般具有生物活性。 同时还要了解有些生物碱并不完全符合上述生物碱的的含义，如麻黄碱的氮原子不在环内，咖啡不呈碱性；有些来源于生物界的含氮衍生物又不属于生物碱的范畴，如氨基酸、氨基糖、肽类、蛋白质、维生素等。 第二节结构与分类 这一节与实例的内容结合复习，掌握几个重要生物碱（如小檗碱、乌头碱、麻黄碱、莨菪碱、苦参碱马钱子碱、粉防己碱等）的结构分类。 第三节理化性质 这一节内容为生物碱通性，其中生物碱的碱性占主导地位，是难点也是考点，因此必须掌握，复习时将影响生物碱碱性强弱的因素归纳总结便于记忆。 首先明确季铵类生物碱碱性最强，排除季铵碱后，分析氮原子在分子中的杂化方式，这是决定生物碱碱性强弱的本质，氮原子的杂化方式与碱性强弱的关系表现为：SP3杂化＞SP2杂化＞SP杂化，因此一般碱性脂氮杂环>芳氮杂环。尔后分析氮原子周围的化学环境，主要为电效应和立体效应，而电效应的影响较明显，主要有诱导效应和共轭效应，这两种效应的影响均为如增加氮原子上电子云密度则使生物碱碱性增加，降低氮原子上电子云密度则使生物碱碱性降低。在诱导效应中主要是氮原子α、β位取代基，如、果为供（斥）电子基（主要为甲基）取代，可增加氮原子电子云密度，则使碱性增加，而吸电子基（如羟基、双键、羰基等）可降低氮原子电子云密度，使碱性降低。共轭效应多以吸电子共轭为多，即共轭体系与氮原子形成P-π共轭，使氮原子电子云密度降低，则生物碱碱性降低。在电效应中特别要注意氮原子邻位羟基、双键，在立体条件允许下，反而使生物碱碱性大大增加。影响生物碱碱性的因素还有空间效应、氢健效应等。以上
第十一章杂环化合物和生物碱 杂环化合物和生物碱广泛存在于自然界中，在动植物体内起着重要的生理作用。本章介绍杂环化合物的分类、命名、结构特点、性质及重要的杂环化合物，生物碱的一般性质、提取方法和重要的生物碱。 第一节杂环化合物 环状有机化合物中，构成环的原子除碳原子外还含有其它原子，且这种环具有芳香结构，则这种环状化合物叫做杂环化合物。组成杂环的原子，除碳以外的都叫做杂原子。常见的杂原子有氧、硫、氮等。前面学习过的环醚、内酯、内酐和内酰胺等都含有杂原子，但它们容易开环，性质上又与开链化合物相似，所以不把它们放在杂环化合物中讨论。 杂环化合物种类繁多，在自然界中分布很广。具有生物活性的天然杂环化合物对生物体的生长、发育、遗传和衰亡过程都起着关键性的作用。例如：在动、植物体内起着重要生理作用的血红素、叶绿素、核酸的碱基、中草药的有效成分——生物碱等都是含氮杂环化合物。一部分维生素、抗菌素、植物色素、许多人工合成的药物及合成染料也含有杂环。 杂环化合物的应用范围极其广泛，涉及医药、农药、染料、生物膜材料、超导材料、分子器件、贮能材料等，尤其在生物界，杂环化合物几乎随处可见。
一、杂环化合物的分类和命名 为了研究方便，根据杂环母体中所含环的数目，将杂环化合物分为单杂环和稠杂环两大类。最常见的单杂环有五元环和六元环。稠杂环有芳环并杂环和杂环并杂环两种。另外，可根据单杂环中杂原子的数目不同分为含一个杂原子的单杂环、含两个杂原子的单杂环等。 杂环化合物的命名在我国有两种方法：一种是译音命名法；另一种是系统命名法。 译音法是根据IUPAC 推荐的通用名，按外文名称的译音来命名，并用带―口‖旁的同音汉字来表示环状化合物。例如： 呋喃 咪唑 吡啶 嘌呤 furan imidazole pyridine purine 杂环上有取代基时，以杂环为母体，将环编号以注明取代基的位次，编号一般从杂原子开始。含有两个或两个以上相同杂原子的单杂环编号时，把连有氢原子的杂原子编为1，并使其余杂原子的位次尽可能小；如果环上有多个不同杂原子时，按氧、硫、氮的顺序编号。例如： O N N N N N N H N
生物碱不具有的特点是 A. 分子中含N 原子 B. N 原子多在环内 C. 具有碱性 D. 分子中多有苯环 E. 显著而特殊的生物活性 D 此生物碱结构属于 A. 吲哚类 B. 吡啶类 C. 喹啉类 D. 萜类 E. 莨菪烷类 E 此生物碱结构属于 A. 吲哚类 B. 异喹啉类 C. 吡啶类 D. 甾体类 E. 大环类 B 生物碱在植物体中往往与____性成分结合成____状态存在。 酸 盐 多数生物碱 A. 以结晶形固体、非晶形粉末或液体状态存在 B. 具挥发性 C. 无色 D. 其旋光性不受溶剂、pH 等因素的影响 E. 生理活性与旋光性有关 A C E N CH 3O C O CH CH 2OH N H 3CO H 3CO H 3CO 3
在植物体内，生物碱 A. 不能以游离状态存在 B. 多与共存的有机酸结合成生物碱盐 C. 往往在植物的某种器官含量较高 D. 可与无机酸成盐 E. 多以酯或苷的形式存在 BCD 在常温下呈液体的生物碱是 A. 槟榔碱 B. 麻黄碱 C. 苦参碱 D. 乌头碱 E. 莨菪碱 A 具有挥发性的生物碱是 A. 吗啡碱 B. 小檗碱 C. 苦参碱 D. 麻黄碱 E. 乌头碱 D 具有升华性的生物碱是 A. 烟碱 B. 咖啡因 C. 小檗胺 D. 益母草碱 E. 氧化苦参碱 B 生物碱的味多为 A. 咸 B. 辣 C. 苦 D. 甜 E. 酸 C 生物碱类对水的溶解性因成盐的酸不同而异，一般来说其水溶性：A. 无机酸盐和有机酸盐差不多 B. 无机酸盐大于有机酸盐 C. 无机酸盐小于有机酸盐 D. 不能确定
水溶性生物碱主要指 A. 伯胺生物碱 B. 仲胺生物碱 C. 叔胺生物碱 D. 两性生物碱 E. 季铵生物碱 E 溶解脂溶性生物碱的最好溶剂是 A. 乙醚 B. 甲醇 C.乙醇 D. 氯仿 E. 水 D 在水溶液中两性生物碱形成沉淀的pH为 A. 1 B. 10 C. 2～3 D. 6～7 E. 8～9 E 生物碱碱性的表示方法多用 A．K b B．pk b C．K a D．pk a E．pH ［D］pk a为生物碱共轭酸的酸式离解常数，目前生物碱碱性大小统一用pKa表示 生物碱分子的碱性随p轨道在杂化轨道中的比例升高而（），即（）>（）>（）增强；sp3；sp2；sp 碱性最强的生物碱类型为 A．酰胺生物碱B．叔胺生物碱C．仲胺生物碱D．季胺生物碱E．两性生物碱 ［D］季铵碱的碱性强（pKa11.5以上），是因羟基以负离子形式存在，类似无机碱。 生物碱分子结构与其碱性强弱的关系正确的是 A．氮原子价电子的p电子成分比例越大，碱性越强 B．氮原子附近有吸电子基因则使碱性增强 C．酰胺状态氮原子则碱性极弱 D．生物碱的立体结构有利于氮原子接受质子，则其碱性增强
第十章微生物生态学 单项选择题 1.知识点：1(生态系统) 难易度：容易认知度：识记地球被科学家划分为4个圈，不包括下列哪一项( )。选项A）土壤圈 选项B）大气圈 选项C）水圈 选项D）岩石圈 答案：A 2.知识点：1(生态系统) 难易度：容易认知度：识记生态圈中，起着主导作用的是( )。 选项A）大气圈 选项B）生物圈 选项C）水圈 选项D）岩石圈 答案：B 3.知识点：1(生态系统) 难易度：容易认知度：识记生物循环的特点是( )。 选项A）运转较缓慢 选项B）可循环性 选项C）运转迅速 选项D）以上均是
答案：C 11. 知识点：1(生态系统) 难易度：适中认知度：理解 生态系统结构不包括下面哪一个方面( )。 选项A）外源能 选项B）生物关系 选项C）营养循环 选项D）能量代谢 答案：D 12. 知识点：1(生态系统) 难易度：适中认知度：认知 生物在生态系统物质循环中扮演着重要作用，但不包括( )。选项A）生产者 选项B）消费者 选项C）分解者 选项D）固定者 答案：D 13. 知识点：1(生态系统) 难易度：较难认知度：认知 微生物生态系统自身的特点不包括( )。 选项A）微环境 选项B）稳定性 选项C）协调性 选项D）适应性 答案：C 14. 知识点：1(生态系统) 难易度：较难认知度：理解
成熟的生态系统的平衡特点是( )。 选项A）生产者、消费者、分解者比例相同 选项B）物质循环与能量循环协调畅通 选项C）系统的输入和输出在比例上合理 选项D）物质循环与能量循环大致相等 答案：B 15.知识点：2(微生物在自然界中的分布) 难易度：容易认知度：理解土壤中三大类群体微生物以数量排序为( )。 选项A）细菌＞放线菌＞真菌 选项B）细菌＞真菌＞放线菌 选项C）放线菌＞细菌＞真菌 选项D）真菌＞细菌＞放线菌 答案：A 16.知识点：2(微生物在自然界中的分布) 难易度：容易认知度：理解微生物的种质资源库存在于( )。 选项A）水体 选项B）土壤 选项C）植物 选项D）动物 答案：B 17.知识点：2(微生物在自然界中的分布) 难易度：容易认知度：理解土壤微生物的季节分布特征一般是( )。
第十五章 杂环化合物、生物碱 杂环化合物的定义：在环状有机化合物中，构成环的原子除了碳原子外还含有其他原子，这环状种化合物就叫做杂环化合物（heterocyclic compound ）。除碳以外的其他原子叫做杂原子。常见的杂原子有：氮、氧、硫。 第一节 杂环化合物的分类和命名 一、 分类 按照环的大小和环的数目可分为： 杂环 单杂环 五元环 六元环 苯环与单杂环的稠合杂环(苯并杂环) 两个或两个以上单杂环的稠合杂环O S N H 稠杂环 N N N N N H N 二、 命名 1、音译法：根据外文译音，选用同音汉字，加“口”字旁表示杂环。 O S N H 吡咯呋喃噻吩吡啶N pyrrole furan thiophene pyridine N H 吲哚indole N N 咪啶pyrimidine 取代杂环的命名： ① 杂环的编号从杂原子起依次1,2,3 ……（或：α,β,γ……）。 ② 如环上不止一个杂原子时，则从O 、S 、N 的顺序依次编号。 ③ 有两个相同杂原子的，应从连有H 原子或取代基的开始编号。 ④ 编号时注意杂原子或取代基的位次之和最小。 ⑤ 稠杂环是特定的母体和固定的编号。 N S 5 1 2 4 3 5-乙基噻唑N N H 1 23454-甲基咪唑 CH 3 C 2H 5 N CH 31 23 4563-甲基吡啶 2、根据结构命名：
即根据相应于杂环的碳环来命名，把杂环看作是相应的碳环中的碳原子被杂原子置换而形成的。例如，吡啶可看作是苯环上一个碳原子被氮原子置换而成的，所以叫做氮杂苯。 O S N H N 茂 (环戊二烯)氮茂 氧茂 硫茂 N N 苯氮苯 1,3-二氮苯 第二节 一杂五元杂环化合物 含有一个杂原子的典型五元杂环是呋喃、噻吩、吡咯。 O S N H 一、 呋喃、噻吩、吡咯的结构 1、据现代物理方法证明： ① 呋喃、噻吩、吡咯都是一个平面的五元环结构，即成环的四个C 原子和一个杂原子都是以SP 2杂化轨道成键的。 ②环上每个碳原子的P 轨道有一个电子，杂原子P 轨道上有两个电子。 ③ P 轨道垂直于五元环的平面，互相侧面重叠而形成一个与苯环相似的闭合共轭体系。 ④ 五元环的六个π电子分布在包括环上五个原子在内的分子轨道。 2、分子结构符合休克尔(Huckel)规则（4n+2=6,n=1），π电子数为6。具有芳香性。但芳性比苯弱，环的稳定性差。 3、芳香性秩序： 苯 ＞ 噻吩 ＞ 吡咯 ＞ 呋喃 呋喃的芳香性最弱，实际上它可以进行双烯加成反应，表现出共轭二烯烃的性质。 4、它们的键长数据如下[单位（ppm ）]： O S N 140 145 135 172 143 137 138144 135 137 5、吡咯、呋喃、噻吩环上杂原子氮、氧、硫的未共用电子对参与环的共轭体系，使环上的电子云密 度增大。因此，它们都比苯活泼，比苯容易进行亲电取代反应，而且它们进行亲电取代反应的活泼性顺序是： 吡咯 > 呋喃 > 噻吩 > 苯 X +(CF 3CO)2O X COCF 3 +CF 3COOH 三氟乙酐酰化 二、 呋喃、噻吩、吡咯的性质 1、亲电取代反应——主要在杂原子的α位： 它是呋喃、吡咯、噻吩的典型反应。由于它们环上的电子云密度比苯大，比苯容易发生亲电取代反应。同时环稳定性比苯差，因此反应条件与苯不同，需要在较温和的条件下反应，以避免氧化、开环或聚合等副反应。
13 杂环化合物和生物碱Heterocyclic Compounds and Natural Bases 杂环化合物是由碳原子和非碳原子共同组成环状骨架结构的一类化合物。这些非碳原子统称为杂原子，常见的杂原子为氮、氧、硫等。环状有机化合物中，构成环的原子除碳原子外还含有其它原子，且这种环具有芳香结构，则这种环状化合物叫做杂环化合物。组成杂环的原子，除碳以外的都叫做杂原子。前面学习过的环醚、内酯、内酐和内酰胺等都含有杂原子，但它们容易开环，性质上又与开链化合物相似，所以不把它们放在杂环化合物中讨论。本章将主要讨论的是环系比较稳定、具有一定程度芳香性的杂环化合物，即芳杂环化合物。 杂环化合物种类繁多，在自然界中分布很广。具有生物活性的天然杂环化合物对生物体的生长、发育、遗传和衰亡过程都起着关键性的作用。例如：在动、植物体内起着重要生理作用的血红素、叶绿素、核酸的碱基、中草药的有效成分——生物碱等都是含氮杂环化合物。一部分维生素、抗菌素、植物色素、许多人工合成的药物及合成染料也含有杂环。杂环化合物的应用范围极其广泛，涉及医药、农药、染料、生物膜材料、超导材料、分子器件、贮能材料等，尤其在生物界，杂环化合物随处可见。 13.1 杂环化合物Heterocyclic Compounds 分子中由碳原子和氧、硫、氮等其它原子形成的比较稳定的环状结构的化 合物称为杂环化合物。杂环中除碳原子以外的其它原子称为杂原子。最常见的杂原子有氧、硫、氮等。例如： S N H N N N O 呋喃噻吩吡咯吡啶嘧啶 furan thiophene pyrrole pyridine pyrimidine 前述章节中，我们遇到的内酯、交酯、内酰胺、内酐、环醚以及环状半缩醛等，虽然也有环状结构，但它们的环容易形成，也容易破裂，其性质与相应的脂肪族化合物相类似，因此不把它们列入杂环化合物之列，本章主要讨论环比较稳定且具有芳香性的杂环化合物。 杂环化合物可以含一个或多个相同的或不相同的杂原子，环的数目也可以是一个或多个。杂环化合物的种类繁多，数量庞大，其数量占已知有机物总数的三分之一左右。杂环化合物在自然界的分布极广，其中很多有重要的生理作用，如血红素、叶绿素、维生素、花色素、抗菌素、核酸、生物碱等都是含有杂环结构的化合物。杂环化合物也是合成许多染料、药物的原料。治疗癌症的一些有效药物也是杂环化合物的衍生物。因此，杂环化合物无论在理论研究或实际应用方面都很重要。 13.1.1杂环化合物的分类Classification of Heterocyclic Compounds 按照杂环的结构，杂环化合物大致可分为单杂环和稠杂环两大类。单杂环中最常见的为五员杂环和六员杂环；稠杂环中普遍存在的是苯环与单杂环稠合和杂环与杂环稠合。根据所含杂原子的种类和数目，单杂环和稠杂环又可分为多种。 常见杂环化合物的分类和名称见表13.1。 表13.1 常见杂环化合物的结构、分类和名称