第十章 生物碱

第十章 生物碱
(alkaloids)
[目的要求] 1.了解生物碱的含义、分布和生理
活性。 2.掌握生物碱的理化性质、提取、 分离和检识方法。 3.熟悉生物碱的结构特征和实际应 用。
第一节 概述
一、生物碱的含义 存在于自然界的一类含氮有机 化合物 多数有氮杂环结构， 多数具有碱性，可以和酸成盐 多有特殊而显著的生物活性
正确理解生物碱的含义 生物体内普遍存在的含氮有机化
合物，氨基酸、蛋白质、核酸、 及某些含氮维生素除外 有例外， 麻黄碱（氮原子结合在环内） 秋水仙碱（几乎没有碱性）。
二、生物碱的分布特点 主要分布于植物界
特别是高等植物的双子叶植物
如：毛茛科、防己科、罂粟科、茄科等
单子叶植物中较少
N H
（四） 单萜吲哚型： 色胺接1个单萜
MeO N H N H H H3 COOC OMe OMe H OCO OMe OMe
利血平
五、其它类生物碱
（一） 吡咯类衍生物：
N H
N
N H
吡咯
四氢吡咯
吡咯里西啶
O
H
N H3 C COO CH3
H N
HO
CH2 O H
H3C CH3
大叶千里光碱
水苏碱
（二） 喹啉类衍生物：
喹啉
N
N H3CO CHOH CH N CH2
奎宁
（三） 嘌呤及黄嘌呤衍生物：
嘌啉
N N
N N
N
N H
N
N H2C
H C
H C COOH
香菇嘌啉
OH OH
O
O H3C N N CH3
黄嘌啉
O
HN
NH
N H
N
咖啡因
O N CH3 N
（四）萜类衍生物：
单萜类生物碱：猕猴桃碱、龙胆碱（龙胆科）
3.碱性极弱的生物碱（酰胺类生物碱）和酸生成 的盐不稳定，其酸水溶液用氯仿萃取时,生物碱 可转溶于氯仿而被分离。 应用：可用于生物碱的提取和分离。 注：++示易溶；+ 示可溶 - 示不溶或难溶。
四．碱性
7 1S2 2S2 2P3 N：H+ (接受质子或提供电子) 碱性强弱的表示方法 pka (碱共轭酸解离 常数的负对数)，其值的大小与碱 性呈正比。 pKa=-lgKa，Ka越小（碱的共轭酸 越稳定），pKa越大，碱性越强。 来源
+ +
+ +
+
+ -
+（++）
-
+
亲水性生物碱:
季铵碱、离子型
含N
O配位键 氧化苦参碱 小分子或液体生物碱 菸碱、麻黄碱、苦参碱
两性生物碱:
含酚羟基（吗啡、青藤碱）NaOH + ；
隐性酚羟基（汉防己乙素）NaOH - ,具脂
溶性生物碱通性；
羧基生物碱（槟榔次碱）NaHCO3 +
内酯型生物碱(喜树碱)：热NaOH
倍半萜类生物碱：石斛碱（石斛）
二萜类生物碱：乌头碱（乌头、附子）
三萜类生物碱：少
O O
O
N O H3 C CH3
CH3
N
龙胆碱
石斛碱
常见氮杂环类生物碱基本母核类型：
吡咯
NH N
N H
四氢吡咯
N H
N H
吲哚
N
N
咪唑
吡咯里西啶
吲哚里西啶
N
N
H CH3 H
N H
派啶
N
吡嗪
N
N
莨菪烷
N N N H
H3CO
（鹿尾中的降压成分）
（二）苄基异喹啉型
N
N H3CO
H3CO OCH3
罂粟碱
（解痉作用）
（三）双苄基异喹啉型
2分子苄基异喹啉通过醚键结合而
成
H3C N H
OMe OMe
MeO N MeO H CH3
O OH
蝙蝠葛碱 （北豆根）
（四）原小檗碱型
可视为2分子异喹啉稠合而成
H3CO N
共轭，碱性增强（共轭酸的高度共振稳定 性,使共轭酸稳定，Ka小，则pKa大，碱性 强）。
NH
环己胺 NH2 （pKa10.64）
MeO
C H2N
胍 （pKa13.6）
NH2
NHCOCH3
苯胺 NH2 （pKa4.58）
O O CH
MeO OMe OMe
秋水仙碱 O （酰胺共轭 pKa1.84）
Biblioteka BaiduCH
+
N H1
H
H2 HO
+
N
H
H CH3
H CH3
麻黄碱共轭酸（稳定性差） 伪麻黄碱共轭酸（稳定） pKa9.58（碱性弱） pKa9.74（碱性强）
H N
O H N
C2H5
C2H5
+
H COOCH3 OCH3
HN O H
H N
+
H COOCH3 OCH3
H
和钩藤碱
异和钩藤碱
pKa
6.32
5.20
对于具体生物碱来说，若影响碱性的因素不
CH3 N
R
H3C N
HO
O
OH
吗啡烷
吗啡
五、 吲哚类生物碱
（一） 单吲哚型：靛青苷（蓼蓝）
O
N H
吲哚
glc
N H
靛青苷
（二） 色胺吲哚型：
NH2
N H H3 C N N O
N H
色胺
吴茱萸碱
（三） 半萜吲哚型：
色胺接1个异戊二烯单位
CH3 H CONHCHCH2OH
N CH3
麦角新碱 （麦角）
Pka<2
极弱碱； 弱碱； 中强碱；
Pka=2～7
Pka=7～12 Pka>12
强碱；
胍基>季胺碱>脂肪胺基>缺电子芳杂环
(吡啶)>酰胺基>富电子芳杂环(吡咯)
影响生物碱碱性强弱的因素：
1.N原子的杂化方式
碱性 类型 杂化
N H
举例
NH
脂肪胺 sp3 脂氮环
N H
11.3
11.2
三、生物碱的存在形式：
多数以盐的形式存在（以有机酸盐为
主，少数为无机酸盐）；
少数以游离形式存在（主要是一些碱
性极弱的生物碱，如酰胺类生碱）；
其他尚有以酯、苷及N→O化合物的形
式存在（乌头碱、氧化苦参碱）
陕西理工学院生工院
莨 菪 麻 黄 金鸡纳
陕西理工学院生工院
番木鳖 汉防己 苦 参
陕西理工学院生工院
莨菪烷
N CH3 N CH3 O O C R
莨菪醇的有机酸酯
O N CH3 O C
CH2OH C H
O O N CH3 O C
CH2OH C H
莨菪碱（阿托品）
东莨菪碱
四、异喹啉类生物碱---苯并吡啶（氮原子
在β -位）
（一）简单异喹啉型
N
RO NH CH3
H3CO
萨苏林
R=H
萨苏里丁 R=CH3
延胡索 秋水仙
三尖杉
陕西理工学院生工院
乌 头 附 子
草乌（北乌头）
第二节 生物碱的结构和分类
按植物来源分类: 黄连生物碱、苦参生物碱
按化学结构类型分类:
喹啉类生物碱、 吲哚类生 物碱等 按化学结构类型分类.
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：
举例1： 麻黄，它是我国 特产而闻名世界的一 种中药，早在四千年 以前就用作发汗药和 止咳平喘良药，到今 天还是常用的中药之 一。
止一个，则需综合考虑。一般来说，空间效 应与诱导效应共存，空间效应居主导地位； 共轭效应与诱导效应共存，共轭效应居主导 地位。

常见生物碱碱性规律：
胍>季铵碱>烷胺类（仲胺，叔胺）>芳胺类（芳 杂环）>酰胺类
N
异喹啉 （SP2 pKa5.4）
RC
N
氰类（SP 中性 ）
2.诱导效应：
供电诱导效应（烷基）：
可使氮原子周围电 子云密度增加，碱性增强。 吸电诱导效应（含氧基团，双键，苯环）： 电子云密度降低，碱性减弱。
CH OH
CH
CH3
CH OH
CH NH2
CH3
NHCH3
麻黄碱（pKa9.58） （甲基供电诱导效应）
CH
CH
C O
N
胡椒碱（酰胺共轭 pKa1.42）
苯胺型
MeHNCOO N1 Me
毒扁豆碱
PKa1=1.76 N2 Me PKa2=7.88
课堂互动：
某中药含有A.B两种生物碱，分析其碱性和溶 解性，若将二者的酸水液用三氯甲烷萃取，试分析 酸水层和三氯甲烷成的成分各是哪种？
O
N
N
HO
HO
A
B
4. 空间效应：阻碍质子靠近氮原子，使 碱性降低（莨菪碱和东莨菪碱）。
（碱水
解、皂化）
内酰胺生物碱（苦参碱）：碱水解
（2）盐（离子型、极性大）：
水 酸水 碱水、 甲（乙）醇、 苯 /乙醚 /CHCL3、 CCL4 /石油醚
+
+
-
+
-
-
在水中的溶解度与酸有关： 无机酸盐的水溶度大于有机酸盐的水溶度。 无机酸盐中，含氧酸盐的水溶度大于卤代酸
盐。
卤代酸盐中，盐酸盐的水溶度最大，氢碘酸
9.5
N
芳杂环 sp2
N
N
5.17
4.94
5.4
氰基
sp
－C≡N（中性）
SP3 ( N ) > SP2 (-N C ) > SP ( C N ) pKa 10~ 5~6 0~1
N
N H
吡啶
胡椒啶
pka= 5.2 ( SP2 )
pka = 11.2 ( SP3 )
NH
四氢异喹啉 （SP3 pKa9.5）
颜色：大多无色。
小檗碱呈黄色、 具黄绿色荧光；血根碱呈红色（共 轭体系）。
气味：苦。个别具甜味（甜菜碱）。
二、旋光性
多有旋光（不对称碳原子或不对
称中心）
多呈左旋性。
生物活性与旋光活性密切相关，
常左旋活性大于右旋
三．溶解性
（1）游离
水 酸水 CCL4 /石油醚
亲脂性生物碱:
碱水、甲（乙）醇、 苯 /乙醚 /CHCL3、
N
吡啶
喹喏里西啶
嘌呤类
O
N N
噻嗪类
N
丫啶酮类
喹啉
N
N
异喹啉
吗啡烷类 N
CH3
N
苄基异喹啉
N
N
原小檗碱型
小檗碱型
1．性状
第三节
生物碱的性质
形态：多呈结晶状态，有一定熔点；
有的呈液态（小分子、无氧或氧呈
酯键---菸碱、槟榔碱）。
个别小分子固体生物碱有挥发性--
麻黄碱 。
升华性
----咖啡因 、川嗪
举例3：百合科植物丽江山慈菇 （Iphigenia indica Kunth et
H3CO NHCOCH3 H3CO OCH3 O OCH3
Benth ）的球茎。
秋水仙碱
秋水仙碱对急性痛风性关节炎有选择性的消炎作用
二、吡啶类生物碱
（一）简单吡啶类：
吡啶
N
烟碱（烟草）
N N CH3
COOCH3
杀虫成分
H C OH H C CH3
NHCH3
麻黄碱
举例2：另有一种植物： 益母草(Leonurus heterophyllus Sweet)
中医认为：益 母草能活血调经、利 尿消肿，主治妇科疾 病及产后子宫收复。 益母草碱为它有效成 分-益母草碱
CH3 O O HO O CH3 C N HN C (CH2)4 OH NH2
CH3 O N H CH2OH OCO C
CH3 N H OCO
CH2OH C
H
东莨菪碱 （环氧位阻pka6.20）
莨菪碱（pka9.65） H
5、氢键效应：
氮原子周围的羟基所处的位置有利于生物碱共 轭酸分子内氢键形成时，则共轭酸稳定 , 碱 性增强。
CH3 C6H5 OH
C6H5 CH3 H1
H2
如：百合科、石蒜科等
裸子植物和低等植物中个别存在
植物中特点： 1．在植物的各部位都有分布，但多集 中在某一器官。 2．植物体内生物碱的含量差别很大， 但 一般都较低（1%以下），通常把含 量在 0.01%的植物称为生物碱植物。
3．同一植物体内的生物碱，往往是多 种生物碱共存，而且母核结构相似。
盐的水溶度最小。
有机酸盐中，小分子有机酸盐的水溶度大于
大分子有机酸盐（沉淀）。
多元有机酸盐的水溶度大于一元有机酸盐。
注意：有些生物碱或盐不符合上述规律。
1.生物碱盐不溶于水（小檗碱盐酸盐、麻黄碱 草酸盐），而能溶于氯仿（盐酸奎宁）。 2.游离生物碱难溶于有机溶剂而溶于水
（石蒜碱；吗啡难溶于氯仿、乙醚，可溶于碱 水；喜树碱不溶于一般有机溶剂，而溶于酸 性氯仿）。
去甲基麻黄碱（pKa9.00） （羟基的吸电诱导效应）
CH2
CH NH2
CH3
苯异丙胺（pKa9.80） （无羟基的吸电作用）
3．共轭效应：
苯胺型：P—π共轭，氮原子周围电子云密
度下降，碱性降低。
酰胺型：P—π共轭，氮原子周围电子云密
度下降，碱性降低。
胍基型：供电基和氮原子上未共享电子对
延胡索乙素
OCH3
H3CO
N
原小檗碱型
O N
OCH3
小檗碱型
+ N
O
小檗碱（黄连素）
OCH3
抗菌药物
OCH3
MeO N MeO OMe OMe
延胡索乙素 （四氢巴马丁）
延胡索—镇痛
O
+ OH N
OMe OMe
小檗碱
黄连
（五）吗啡烷型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)。
影响碱性强弱的因素： 1．氮原子的杂化方式： SP3 >SP2 >SP
NH
N
四氢异喹啉 （SP3 pKa9.5）
异喹啉 （SP2 pKa5.4）
RC
N
氰类（SP 中性 ） 电效应
四、碱性
1.碱性的来源及强度表示
N: + + H + N:H
生物碱
生物碱盐
碱性越强，其Kb越大，PKb越小，其共轭 酸Pka越大；即Pka越大，碱性越强；
槟榔碱（槟榔）
N CH3
驱绦虫作用
（二）喹喏里西啶类：
两个哌啶共用一个氮原子的稠环化合物
N
喹喏里西啶
O
N
苦参碱
N
O
N
氧化苦参碱
N O
苦参--- 消肿利尿、抗肿瘤
三、 莨菪烷类生物碱
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)。