1－9生物碱
[目的要求]：
1、 了解杂环化合物的分类和命名；
2、 理解生物碱的概念及化学构成
3、 理解生物碱的一般性质和提取方法。
4、 掌握生物碱的生理作用 [教学内容]：
1－9.1杂环化合物的介绍 1－9.2生物碱
1－9.1杂环化合物的介绍 什么是杂环化合物？
组成：除C 原子外，还含有其它原子。结构：具有芳香性（闭环共轭体系）。 1－9.1.1杂环化合物的分类和命名
一、 分类
二、命名
1．音译法 以口字傍为杂环标志。
2．系统命名法 3．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。
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
O
S
N H
吡咯呋喃噻吩吡啶N
pyrrole
furam
thiophene
pyridine
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
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。
1－9.1.2常见的简单的杂环化合物 一、五元杂环化合物
吡咯、呋喃、噻吩 THF
糠醛（α—呋喃甲醛）
噻唑、咪唑和吲哚
二、六元杂环化合物
吡啶 嘧啶 喹啉
三、嘌呤及其衍生物
1．尿酸
N
S
NH 2
H 3C
5
1
24
3
2-氨基-4-甲基噻唑N H
N 1234
5
N N 1
2
3
4
5
CH 3
吡唑
1-甲基咪唑
O
S
N H
甘蔗渣、花生壳等(C 5H 8O 4)n 戊多糖
稀酸
nH 2O, 3~5%稀硫酸
水解
戊糖
O
CHO
C
CH 稀酸
△
-3H 2N
N N 1
23456N N
HO N
N
HO OH NH 2
N
N
HO OH
CH 3
尿嘧啶
胞嘧啶胸腺嘧啶
N
1
2
34567
8
N N H
N N 12
345
6
7
899-H 嘌呤
7-H 嘌呤
NH
N N N 12
3
45
6
7
8
9
N
s
12
3
45
N N H 12
345
N
H
NH HN
N
N O
OH
2．黄嘌呤
3．咖啡碱、茶碱和可可碱
4．腺嘌呤、鸟嘌呤
1－9.2生物碱
生物碱作为植物性食物中可能存在的成分给予简介。
生物碱是一类存在于植物体内（偶亦在动物体发现），对人和动物有强烈生理作用的含氮碱性有机化合物。其碱性大多数是因为含有氮杂环，但也有少数非杂环的生物碱。我国使用中草药的历史已有数千年之久。生物碱是中草药的主要有效成分，对人有很强的生理作用，是非常有效的药物。例如：当归、甘草、贝母、常山、麻黄、黄连等许多中草药。植物中如含有生物碱的话，往往含有多种结构相近的一系列生物碱，如，金鸡纳树皮中含有二十多种生物碱，烟草中含有十种以上生物碱。生物碱在植物体内常与有机酸（果酸、柠檬酸、草酸、琥珀酸、醋酸、丙酸、乳酸……）结合成盐而存在，也有和无机酸（磷酸、硫酸、盐酸）结合的。生物碱在植物中含量一般很低，含1%说算比较高的。但也有含量很高的，例如，多鸡纳树皮中奎宁可达15%，黄连中的黄连素可达9%。
生物碱多存在于植物的叶、茎、果实等外周部分，且据不同种类的含量多少，分为主要生物碱和次要生物碱，同种生物碱又因植物品种、生长地域及环境，生长季节不同含量有差别。如茶叶中主要生物碱是咖啡因（含量1－5%），次要生物碱有茶碱和可可碱，不同茶叶（不同地域、季节和不同品种）含量也有差别。
N
N H HN N H
黄嘌呤
N
N H N N
O O
OH
N N N N O
O
CH 3CH 3
CH 3
咖啡碱
N
N H
N N O
O
CH 3CH 3
茶碱
N N
HN N O
O
CH 3
CH 3
可可碱
NH N
N
N
腺嘌呤
NH 2N
N H
HN N
O H 2N
鸟嘌呤
常见的生物碱：
（1）.罂粟，其成熟后的果实外壳中可割切收集鸦片，从中可分离出20余种不同的生物碱，如吗啡、海洛因、可待因、罂粟碱等，即用于医药，也是毒品（麻醉品），故严格限制种植和使用范围。
（2）.习惯性嗜好品中往往亦含生物碱。如茶叶、咖啡中含主要生物碱为咖啡碱，可可中含可可碱，烟草中含尼古丁等。嗜好品中的生物碱对神经系统分别产生止痛、镇静、快欣、催眠或麻醉等作用。但要认识到，不同嗜好品的利弊不同，如咖啡因、可可碱具有促进血液循环和扩张血管的功能，有提高脑血流量的作用，适量饮茶有好处（注意适度，如农村罐罐茶浓度过高，一般人饮后兴奋难眠）。而尼古丁却有较大毒害作用。另外，无论何种含生物碱的嗜好品，均应有节制，以免成瘾。
（3）.各种植物中往往含有不同生物碱。如调料胡椒中含胡椒碱；土豆发芽及晒绿部位含龙葵素（有毒）；植物黄连中含黄连素（味极苦，纯品黄色针状结晶，具有强抗菌性，医药用量大）。很多有毒植物的毒作用也是生物碱造成的，如，野樱桃（野生果）、毒芹（野生菜）、毒蝇伞（野生蕈）和麦角（植物）中均含有不同有毒生物碱，误食引起中毒。
（4）.生物碱虽主要存在于植物中，某些动物毒素，如蟾蜍毒素（主要在皮肤泡囊白液中）和蛇毒（牙龈毒腺中），均属生物碱，且往往具有极高药用价值。如后者价值超过黄金，治疗偏瘫等脑血管疾病有特效。
生物碱结构有别，性质不同而有不同的用途，可分为药品、嗜好品（常见嗜好品生物碱含量见P53表1－24）及毒品，其来源主要从天然植物中提取，也有的可用化学方法合成。
1－9.2.1生物碱的化学构成
称生物碱是来源于生物体中，且具碱性结构的一类复杂的含氮有机物。碱性是氮原子上有未成键电子，可接受氢离子。
生物碱的共同结构特征是含有五元或六元杂环。根据氮杂环类型，生物碱分为嘌呤型和吡啶型。
1－9.2.2生物碱的一般性质
1．游离生物碱一般是无色固体（黄连素例外、烟碱为液体）。有苦味。
N N H
N
N 12
345
67
8
99-H 嘌呤
7-H 嘌呤
NH
N N N 12
3
45
6
7
8
9
N
2．能与无机酸或有机酸结合成盐。
3．沉淀反应：生物碱常遇到一些沉淀试剂能发生沉淀，可检查生物碱在中草药的存在。常用的沉淀试剂有：碘化汞、碘化铋钾、碘-碘化钾、10%苦味酸、磷钼酸、硅钨酸、丹宁酸等。
4．颜色反应：生物碱与下列一些浓酸试剂能呈现出各种颜色，其颜色随各种生物碱而各有特征，利用这点可作生物碱的鉴别。
常用的试剂有：1%钒酸铵浓硫酸溶液、1%钼酸钠的浓硫酸溶液、少量甲醛的浓硫酸溶液、浓碘酸、浓硝酸等。
1－9.2.3生物碱的提取方法
1．有机溶剂提取法：(有机实验中的方法)
2．稀酸提取法：植物细粉用稀酸水溶液浸泡或加热提取。
1－9.2.4生物碱的生理作用
一般生物碱的生理作用的共性是有止痛、镇静、快欣、催眠或麻醉等作用。但也有不同的毒性，且不同生物碱的生理作用具有特异性（产生的作用有差别，产生作用的需要量也有差别）。故可根据其功能和用途，可用于医疗的称为药品（需医生指导下使用），毒性小而用于嗜好的称嗜好品（抽烟、喝茶、喝咖啡，应注意成隐性），毒性大者称毒品，形成毒瘾对身体危害严重，应严格禁止。生物碱的合理使用和滥用可参阅P54表1－25。
人们最常接触的是嗜好品。适量而有益的嗜好品为饮茶、饮咖啡，有增大血液量，提高脑力的功能，示意曲线见P54图1－10。而有害无益，全世界嗜好范围广的不良嗜好是抽烟，其危害日益引起人们的重视。为使大家对这种不良嗜好有正确认识，请参阅P55中吸烟的生理学作用。
1－9.2.几种重要的生物碱
见P56表1-26几种重要生物碱表解。
补充：1.长期吸烟者对烟碱的忍受能力约为8mg，据分析一支烟含烟碱10-15 mg，其中80%随烟吐出体外，留在人体约20%，即2-3 mg，留在人体的烟碱80%被肝脏分解，10%从尿排出，真正为人体吸收造成危害的为10%，即0.2-0.3 mg。因此每天吸烟高限为27-40支，这对不吸烟者来说，已能产生头痛、呕吐、意识模糊等严重症状。
2.香烟燃烧过程中，能产生微量的强致癌物——α-苯并芘和各种醛类等。长期吸烟者肺癌的发病率是不吸烟者的二十多倍，慢性咽炎、慢性支气管炎，心率不齐及肠胃道病症的发病率更是大大高于不吸烟者。吸烟者夹烟的手指甲和皮肤变为褐色，不是“烟熏”的，而是褐色烟碱与它作用的结果。
咖啡因（或称咖啡碱）具有刺激心脏，兴奋大脑神经和利尿等作用。主要用作中枢神经兴奋药，也是复方阿司匹林（如APC ）等药物的组分之一。制药工业多用合成方法制得咖啡因。
咖啡因为嘌呤的衍生物，其结构如下图所示：学名为：1，3，7-三甲基-2，6-二氧嘌呤
咖啡因是弱碱性化合物，它具有绢丝光泽的无色针状结晶，含一个结晶水，味苦。在100℃时失去结晶水开始升华，120℃时升华相当显著，178℃以上升华加快，无水咖啡因的熔点为238℃。易溶于氯仿（12.5%）、 水（2%）、乙醇（2%）及热苯（5%）等溶剂中，微溶于乙醚。
咖啡因是一种生物碱，它可被生物碱试剂（如鞣酸、碘的碘化钾试剂等）沉淀，也能被许多氧化剂（如双氧水等）氧化。
茶叶中含有多种生物碱。其中咖啡因含量为1～5%（丹宁酸即鞣酸11～12%，色素、纤维素，蛋白质等约0.6%）。还有少量的可可豆碱(3,7-二甲基-2，6二氧嘌呤)茶碱(1,3-二甲基-2，6二氧嘌呤)。从茶叶中提取咖啡因是用适当溶剂在索氏提取器（如图2-24 所示）中连续加热抽提，然后浓缩而得到粗咖啡因（其中含有其他生物碱和杂质）。再利用咖啡因易升华的性质进行升华提纯。实验一般选用95%医用酒精为溶剂，提取茶叶中的咖啡因。
N N
N
N O
O CH 3CH 3
CH 3咖啡碱N N H
N N O O CH 3CH 3茶碱N N
HN N O O CH 3CH 3可可碱