第二节 生物碱的性质和检识

第二节生物碱的性质和检识一、物理性质（一）性状1、形态：多数生物碱呈结晶形固体，有些为非晶形粉末状；少数为液体（如烟碱、槟榔碱、羽扇豆碱），这类生物碱分子中多无氧原子，或氧原子结合为酯键2、味道：多具苦味，少数呈辛辣味；少数生物碱具有其它味道，如甜菜碱为甜味3、颜色：一般无色或白色；少数具有长链共轭体系的具有一定颜色如图；少数与溶液pH值有关，如一叶萩碱（黄色），成盐后则无色；书上：血根碱无色，而其盐酸盐呈红色。

4、挥发性与升华性：多无挥发性，只有个别小分子生物碱具挥发性（如，麻黄碱，可随水蒸气蒸馏而逸出），少数具升华性（咖啡因）（二）旋光性产生条件：具有手性碳原子或手性分子。

即凡是具有手性碳原子或本身为手性分子的生物碱，则具有旋光性，多为左旋呈显著生物活性（左旋肉碱）。

反之则无，如小檗碱没有旋光性。

生物碱的旋光性受溶剂、pH等因素的影响。

少数产生变旋现象：如麻黄碱在氯仿中呈左旋光性，而在水中则呈右旋光性；烟碱在中性条件下呈左旋光性，而在酸性条件下则呈右旋光性；研究意义：生理活性与旋光性密切相关，一般情况下，。

一般地，左旋体呈显著的生理活性，而右旋体则无或很弱。

如：，如乌头中存在的左旋去甲乌头碱具有强心作用，但存在于其它植物中右旋去甲乌头碱则无强心作用（三）溶解性生物碱类成分的结构复杂，其溶解性有很大差异，与其分子中N原子的存在形式、极性基团的有无、数目以及溶剂等密切相关。

可分为以下几种情况。

1．亲脂性生物碱的溶解性这类生物碱的数目较多，绝大多数叔胺碱和仲胺碱属于亲脂性生物碱。

（1）游离生物碱易溶于乙醚、苯、卤代烷类等亲脂性有机溶剂，尤其在氯仿中的溶解度较大；可溶于甲醇、乙醇、丙酮、醋酸乙酯等有机溶剂；难溶或不溶于水。

（2）生物碱盐易溶于水，其无机盐在水中的溶解度大于有机酸盐；可溶于甲醇、乙醇；难溶或不溶于亲脂性有机溶剂。

少数生物碱盐的溶解性不符合一般规律。

如奎宁、奎宁尼丁、辛可宁、吐根酚碱等生物碱的盐酸盐可溶于氯仿，麻黄碱草酸盐难溶于水。

2．亲水性生物碱的溶解性水溶性生物碱数目较少，主要指季胺碱型生物碱，也包括一些分子量较小的叔胺碱或仲胺碱。

（1）季胺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、氯仿等低极性的有机溶剂。

（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。

这类生物碱包括麻黄碱、苦参碱、秋水仙碱等。

3．具有特殊官能团的生物碱的溶解性（1）具有酚羟基（或羧基）的生物碱这类生物碱称为两性生物碱，如吗啡、青藤碱等。

除具有一般叔胺碱的溶解性能外，由于其结构中连有弱酸性官能团，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如喜树碱、那可汀碱等在正常情况下，其溶解度类似一般叔胺碱。

但在热水溶液中，其内酯（内酰胺）结构可开环形成羧酸盐而溶于水。

少数酚性碱，由于各种原因导致不溶于碱水中。

如图，由于酚羟基存在空间位阻，酸性降低（四）碱性1、碱性由来：（让学生回忆酸碱电离理论）Lewis酸碱理论认为：凡能给出电子对的电子授体为碱，凡能接受电子对的电子授体为酸。

那么生物碱分子中都含有氮原子，其氮原子上的孤电子对能接受质子所以显碱性。

2、碱性强度的表示碱性是生物碱的重要性质。

通常以酸式离解指数pKa表示。

◆pKa与碱性的关系：pKa越大，碱性越强ppt上pKa<2（极弱碱）、pKa 2~7（弱碱）、pKa 7~12（中强碱）、pKa> 12（强碱）。

碱性基团的pKa值大小顺序一般是：胍基>季胺碱(pKa> 11)>脂胺类，脂氮杂环类（pKa 8~11）>芳胺类，芳氮杂环类（pKa 3~7）>两个以上的氮杂环类（pKa <3）> 酰胺基（中性）。

写在黑板上碱性与分子结构的关系：生物碱的碱性强弱与氮原子的杂化度、诱导效应、诱导-场效应、共轭效应、空间效应以及分子内氢键形成等有关。

1、N原子杂化方式：生物碱分子中氮原子孤电子对处于杂化轨道中，s电子的成分递增，p电子的成分递减（ppt 上p电子的比例）。

p电子成分较多的杂化轨道离核较远，电子较易给出，接受质子较容易，显强碱性。

因此生物碱的碱性强度随杂化度升高而增强，即sp3>sp2>sp。

如图2、诱导效应◆生物碱分子中氮原子上电荷密度受到分子中供电基（如烷基等）和吸电基（如芳环、酰基、醚键、双键、羟基等）诱导效应的影响。

供电基使电子云密度增多，碱性变强；吸电基则降低电子云密度，使碱性降低。

诱导效应随碳链增长而减弱。

如图3、诱导-场效应：生物碱分子中同时含有两个氮原子时，即使其处境完全相同，碱度总是有差异的。

一旦第一个氮原子质子化后，就产生一个强的吸电基团—+NHR2。

此时，它对第二个氮原子产生两种碱性降低效应：诱导效应和静电效应。

前者通过碳链传递，且随碳链增长而渐降低。

后者则通过空间直接作用，故又称为直接效应。

二者可统称为诱导-场效应。

若此时强的吸电基和第二个氮原子在空间上接近时，则直接效应对其碱度的影响就更显著。

若空间上相距较远，彼此受诱导-场效应的影响较小。

如图：吐根碱分子中两个氮原子都在脂杂环体系中，中间相隔5个碳原子，空间上相距较远，受到的诱导-场效应的影响较小，所以ΔpKa（碱度的差值）仅为0.89；但是金雀花碱分子中二个氮原子碱度相差较大，ΔpKa为8.1，原因就是二个氮原子相隔仅有3个碳原子。

且空间上很接近，存在着更显著的诱导-场效应的影响。

4、共轭效应若生物碱分子中氮原子孤电子对成p-π共轭体系时，通常情况下，其碱性较弱。

生物碱中常见的p-π共轭效应主要有三种类型：苯胺型、烯胺型和酰胺型。

①苯胺型：苯胺氮原子上孤电子对与苯环π电子成p-π共轭体系，碱性（pKa4.58）比相应的环己胺（pKa 10.14）弱的多。

如图，毒扁豆碱分子中两个氮原子N1和N2的碱性相差较大，N1的Pka为7.88，N2的pka为1.76，原因就是N2处于p-π共轭体系中。

②烯胺型：通常烯胺化合物存在以下平衡：如图，互为SP2杂化的N原子，碱性降低③酰胺型：若氮原子处于酰胺结构中，由于氮原子孤电子对与酰胺羰基的p-π共轭效应，其碱性很弱。

如图：胡椒碱的pka为1.425、立体结构⑴空间位阻：尽管质子的体积较小，但生物氮原子质子化时，仍受到空间位阻的影响，不利于氮原子结合质子或给出电子对，则使生物碱的碱性减弱。

如图：叔胺分子结构比仲胺多一个供电子基团但碱性却小于仲胺，原因是连接的三个供电子基因对其氮原子产生了较大的空间位阻，使其结合质子和给出电子对的能力减弱，所以碱性降低。

⑵N原子上孤对电子和共轭体系中π电子产生p-π共轭的立体条件是二者的p-电子轴共面；否则，共轭效应减弱或消失，使碱性增强。

如图：化合物ABCD，明显B和D由于邻位基团妨碍了p-π共轭，碱性较强，但当引入太大的基团于邻位后，因受空间位阻影响，碱性反而变弱。

6、生物碱盐的稳定性⑴生物碱盐阳离子的共轭效应：我们知道双键和羟基对N有什么效应？吸电子诱导效应，会使生物碱的碱性减弱；但在较大共轭体系中，N原子的邻位有α、β双键或α-OH时，N的未共用电子对能与其相邻双键的π电子或碳氧单键的σ电子进行转位，异构化为季胺碱，生物碱盐的稳定性增强，呈强碱性。

（见书上P242）醇胺型小檗碱、季铵型小檗碱⑵分子内氢键形成：分子内氢键形成对生物碱碱性强度的影响颇为显著。

若能形成稳定的分子内氢键，可使碱性增强。

这里指的是成盐时接受的质子能形成稳定的分子内氢键（如，和钩藤碱盐的质子化氮上氢可与酮基形成分子内氢键，使其更稳定；而异和钩藤碱的盐则没有类似氢键的形成，所以前者的碱性大于后者）小结：生物碱的结构复杂，碱性受到多种因素的影响，所以在分析时应考虑各种因素的综合作用，当空间效应与诱导效应共存时，前者居于主导；当诱导效应和共轭效应共存时，后者的影响较大；此外温度、溶剂等也对碱性产生一定影响。

五）沉淀反应生物碱的沉淀反应是利用大多数生物碱在酸性条件下，与某些沉淀剂反应生成弱酸不溶性复盐或络合物沉淀。

用途：鉴别---试管、PC、TLC提取分离---是否提取完全1、沉淀试剂金属盐类---碘化铋钾（橘红色、红色沉淀）、改良的碘化铋钾（红色沉淀）、碘化汞钾（类白色沉淀）在黑板上，写出改良的碘化铋钾的配制酸类---硅钨酸（白色或淡黄色沉淀）酚酸类---苦味酸（黄色结晶）复盐---雷氏铵盐（红色沉淀或结晶）2、反应原理3、反应条件⑴在酸性水溶液中进行生物碱沉淀反应一般在稀酸水溶液中进行。

这是由于生物碱与酸成盐易溶于水，生物碱沉淀试剂也易溶于水，且在酸水中较稳定，而反应产物难溶于水，因而有利于反应的进行和反应的进行和反应结果的观察。

⑵沉淀试剂不易加入过量，因为过量的碘化汞钾会使沉淀又被溶解4、生物碱沉淀反应阳性结果的判断1）阳性结果的判断：为了检识的准确性，一般选用三种以上的沉淀试剂进行反应，如果均有生物碱的沉淀反应，可判断为阳性结果。

应注意的是：中药中有些非生物碱类物质也能与生物碱沉淀试剂产生沉淀反应，如蛋白质、多糖、氨基酸、鞣质等。

因此制备共试品溶液时，需要净化处理除去这些物质，避免其干扰而导致错误的结论。

2）需要注意的问题①极少数生物碱不能与一般生物碱沉淀试剂产生反应。

如麻黄碱、咖啡碱与多数生物碱沉淀试剂不能发生反应，因而只能用其它检识反应鉴别；（六）显色反应某些生物碱单体能与一些以无机酸为主的试剂反应生成具有颜色的产物，不同的生物碱产生不同的特征颜色，这种试剂称为生物碱的显色试剂。

（1）生物碱显色试剂的种类：试剂名称试剂组成颜色特征Macquis试剂含少量甲醛的浓硫酸吗啡紫红色Frohde试剂1%钼酸钠（铵）的浓硫酸溶液小檗碱棕绿色Mandelin试剂1%钒酸铵的浓硫酸溶液莨菪碱红色（2）显色反应的应用：在研究过程中应用不广泛，但对检识和分析个别生物碱仍有一定的参考价值。

①生物碱的检识②生物碱的含量测定第四节生物碱的提取分离（一）总生物碱的提取总生物碱的提取方法有：溶剂法、离子交换法、沉淀法。

1．溶剂法（1）水或酸水-有机溶剂提取法：提取原理是生物碱盐类易溶于水，难溶于有机溶剂，用用1%-5%的硫酸、醋酸提取，用有机溶剂萃取，最后得亲脂性总生物碱。

（2）醇-酸水-有机溶剂提取法：利用生物碱及其盐溶于甲醇或乙醇，常用酸性乙醇为溶剂来提取，浓缩后碱化，用有机溶剂萃取，最后得到亲脂性总生物碱。

（3）碱化-有机溶剂提取法：将材料用碱水润湿后，再有有机溶剂提取，回收溶剂即得亲脂性总生物碱。

溶剂提取法的特点：1、酸水提取法缺点：浓缩困难、水溶性杂质多2、醇类溶剂提取法特点：水溶性杂质比酸水提取少，但含较多的脂溶性杂质。