中药化学《生物碱》重点总结及习题
本章复习要点：
1．了解生物碱的定义、生源途径、分布及生物活性
2．掌握生物碱的主要结构类型
3．掌握生物碱的理化性质、提取、分离及检识方法
4．熟悉生物碱的结构研究方法
第一节概述
【含义】
生物碱的含义——是指来源于生物界（主要是植物界）的一类含氮有机化合物。大多数有较复杂的环状结构，氮原子结合在环内；多数具有碱性，可以和酸成盐；大都具有特殊而显著的生理活性。生物体内普遍存在的含氮有机化合物，如氨基酸、蛋白质、核酸及某些含氮维生素除外。
【分布及存在形式】
1．分布特点
生物碱植物在植物体的各部位都有分布，但多集中在某一器官；植物体内生物碱的含量差别很大，但一般都较低，大多在1%以下，通常把生物碱含量在0.01%的植物称为生物碱植物；同一植物体内的生物碱，往往是多种母核结构相似的生物碱共存。
2．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，如酰胺类生物碱）；其他尚有以酯、苷及N→O配位化合物的形式存在（乌头碱、氧化苦参碱）。
【生物碱生物合成的主要化学反应】
环合反应：希夫碱形成反应、曼尼希胺甲基化反应、酚的氧化偶联反应。
碳-氮键裂解反应：Hofmann降解、von Braun反应。
第二节生物碱的结构和分类
1．按植物来源分类：如黄连生物碱、苦参生物碱等。
2．按化学结构类型分类：如喹啉类生物碱、吲哚类生物碱等。
3．按生源途径和化学结构类型分类，见表10-1。
【物理性质】
一、性状
形态：多呈结晶状态，有一定熔点；有的呈液态，如小分子生物碱、结构中无氧原子或氧原子呈酯键的生物碱（菸碱、槟榔碱等）。个别小分子固体生物碱有挥发性（麻黄碱）或升华性（咖啡因）。
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：生物碱大多味苦。个别具甜味（甜菜碱）。
二、旋光性
大多有旋光（不对称碳原子或不对称中心），且多呈左旋性。通常左旋体的活性大于右旋体。
三、溶解性
1．游离态指大多数的仲胺、叔胺类生物碱，多为亲脂性的，极性较小。
2．盐为离子型，极性大。
生物碱盐溶解性规律：
①无机酸盐的水溶度大于有机酸盐的水溶度。
②无机酸盐中，含氧酸盐的水溶度大于卤代酸盐。
③卤代酸盐中，盐酸盐的水溶度最大，氢碘酸盐的水溶度最小。
④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）。
⑤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）。
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。
表10-2 生物碱溶解性规律
水酸水碱水、甲（乙）醇、苯乙醚 CHCl3、 CCl4 石油醚亲脂性生物碱 - + - + + （++）-
亲水性生物碱 + + + + - -
生物碱盐 + + - + - -
※两性生物碱、酰胺类生物碱、内酯型生物碱：既可溶于酸水，也可溶于碱水中，其余同脂溶性生物碱。
亲水性生物碱主要指季铵碱，其次离子型生物碱、含N→O配位键、小分子或液体生物碱。
【化学性质】
一、碱性
1．来源 来源于结构中的氮原子，可以接受质子或给质子提供电子，表现一定的碱性。
N ∶ H +
2．碱性强弱表示方法 用pKa 来表示。
pKa 为碱共轭酸解离常数的负对数，pKa=-lgKa ，其值的大小与碱性呈正比，pKa 越大，碱性越强。
碱的共轭酸越稳定，Ka 越小，pKa 越大，碱性越强。
生物碱的碱性强弱与pKa 的关系：pKa ＜2为极弱碱，pKa2~7为弱碱，pKa7~11为中强碱，pKa11以上为强碱
3．影响碱性强弱的因素
（1）氮原子的杂化方式： SP 3 > SP 2 > SP 1
四氢异喹啉（SP 3 pKa9.5） 异喹啉（SP 2 pKa5.4） 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。
麻黄碱（pKa9.58） 去甲基麻黄碱（pKa9.00） 苯异丙胺（pKa9.80） （甲基供电诱导效应） （羟基的吸电诱导效应） （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）。
环己胺（pKa10.64） 苯胺（pKa4.58） 胍（pKa13.6） 秋水仙碱（酰胺共轭 pKa1.84） 胡椒碱（酰胺共轭 pKa1.42）
（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）。
莨菪碱（pka9.65） 东莨菪碱（环氧位阻pka6.20）
（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的分子内氢键形成，则共轭酸稳定 , 碱性增强。 N NH RC N O CH CH CH CH C N
NH 2NH 2N H
CH 3OCO C
CH 2OH H O
OMe OMe
MeO
MeO
NHCOCH 3
CH
CH CH 3OH NHCH 3
CH 2CH CH 32CH CH CH 3OH 2C N H 2NH
NH 2N CH 3H O OCO C CH 2OH H
麻黄碱共轭酸（稳定性差）
pKa9.58
（碱性弱） pKa9.74（碱性强） 4．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
(pKa13.6) 小檗碱(11.5) 四氢异喹啉(9.5) 异喹啉(5.4) (pKa < 2)
共轭酸高度 离子型 SP 3杂化 SP 2杂化
P —π共轭
共振稳定性 类似无机碱 （无双键） （有双键）
◆ 通常情况下碱性强弱与pKa 大小的关系如下：
pKa > 11 为强碱 （胍、季胺碱）
pKa 7 ~ 11 中强碱（脂肪胺类—仲胺、叔胺）
pKa 2 ~ 7 弱碱 （ 芳胺、芳氮杂环）
pKa < 2 极弱碱（酰胺类）
二、生物碱沉淀反应 反应类型及特点见表10-3。
在生物碱研究中的应用：
● 可用于中药中生物碱的预试（注意假阳性，假阴性）。
● 作为生物碱提取分离过程中的追踪指标。
● 可用于分离纯化生物碱（季铵碱的雷氏铵盐沉淀法）。
● 用于生物碱的鉴定和含量测定（晶型，熔点）。
● 作为生物碱薄层层析和纸层析的显色剂（碘化铋钾）。
第三节 生物碱的提取分离
◆ 生物碱的提取：除个别具有生物碱挥发性的生物碱（麻黄碱）可用水蒸汽蒸馏法提取外，一般情况下，总生物碱的提取均采用溶剂法提取。
溶剂提取法
关键：溶剂的选择
)及
)
水或酸水提取法 醇(甲、乙)类溶剂提取法 亲脂性有机溶剂提取法 33