(精)《中药化学》讲义：生物碱

（精）《中药化学》讲义：生物碱第一节基本内容一、生物碱的定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。

二、生物碱在动、植物界的分布和存在情况生物碱主要分布在植物界，其分布的一般规律是：①绝大多数生物碱分布在高等植物中，如毛莨科、罂粟科、防已科、茄科、夹竹桃科、芸香科、豆科、小檗科等。

②极少数生物碱分布在低等植物中，如烟碱存在于蕨类植物。

③科属亲缘关系相近的植物，常含有相同结构类型的生物碱。

④生物碱在植物体内多数集中分布在某一部分或某些器官。

三、生物碱的分类及结构特征生物碱的分类方法主要有3种，按植物来源、生源途径和基本母核的结构类型分类。

(一)吡啶类生物碱此类生物碱结构简单，很多呈液态。

代表物有：槟榔碱、槟榔次碱，烟碱、苦参碱等。

(二)莨菪烷类生物碱(三)异喹啉类生物碱1.简单异喹啉类2.苄基喹啉类(1)1-苄基异喹啉类：代表物有罂粟碱、厚朴碱等。

(2)双苄基异喹啉类：代表物有汉防已碱等。

(3)原小檗碱类：代表物有小檗碱、延胡索乙素等。

(4)吗啡烷类：代表物有吗啡、可待因等。

(四)吲哚类生物碱代表物有吴茱萸碱、马钱子碱、士的宁、长春碱、长春新碱、利血平等。

(五)有机胺类生物碱代表物有麻黄碱、秋水仙碱、益母草碱等。

第二节理化性质一、性状形态多数生物碱呈结晶形固体，有些为晶形粉末状;少数生物碱为液体状态，这类生物碱分子中多无氧原子，或氧原子结合为酯键，如烟碱、槟榔碱等;个别具有挥发性(麻黄碱)、具有升华性(咖啡因、川芎嗪)。

味道大多数生物碱具苦味，少数生物碱具有其他味道，如甜菜碱具有甜味。

颜色绝大多数生物碱无色或白色，仅少数具有较长共轭体系结构的生物碱呈不同颜色。

如小檗碱为黄色，药根碱为红色。

二、旋光性生物碱的旋光性受溶剂、pH等因素的影响。

生物碱的生理活性与其旋光性有关。

三、溶解性(一)游离生物碱1.亲脂性生物碱绝大多数叔胺碱和仲胺碱属于亲脂性生物碱。

2.亲水性生物碱(1)季铵型生物碱(2)小分子生物碱(3)生物碱N-氧化物(4)酰胺类生物碱3.具有特殊官能团生物碱(1)具酚羟基或羧基的生物碱这类生物碱称为两性生物碱，可溶于酸水和碱水。

如吗啡、青藤碱等。

具酚羟基者可溶于氢氧化钠等强碱性溶液，如吗啡;具羧基者可溶于碳酸氢钠溶液，如槟榔次碱。

(2)具内酯或内酰胺结构的生物碱这类生物碱在正常情况下，其溶解性类似一般叔胺碱，但在强碱溶液中加热，可开环形成盐而溶于水。

如喜树碱、苦参碱等。

(二)生物碱盐一般易溶于水，可溶于醇类，难溶或不溶于亲脂性有机溶剂。

生物碱盐溶解性因成盐的种类不同而有差异。

个别生物碱盐的溶解性不符合一般规律。

四、碱性生物碱分子中都含有氮原子，通常显碱性，能与酸结合成盐。

碱性是生物碱的重要性质。

1.生物碱碱性强弱的表示方法生物碱的碱性用其共轭酸的酸式离解指数pKa值表示。

pKa值大，碱性强;pKa值小，碱性弱。

一般认为，生物碱pKa<2为极弱碱性，pKa2～7为弱碱性，pKa7～11为中强碱性，pKa>11为强碱性。

2.生物碱碱性强弱与分子结构的关系(1)氮原子的杂化方式氮原了的杂化方式与碱性强弱的关系表现为SP3氮>SP2氮>SP氮(2)电效应增大氮原子未共用电子云密度，则碱性增强，反之则碱性减弱。

诱导效应：能使氮原子电子云密度增强，则碱性增强。

常见的供电子基团为烷基。

如果生物碱分子结构中氮原子附近存在吸电子基团或原子，其吸电子诱导效应使生物碱的碱性减弱。

共轭效应：苯胺型：碱性降低，如毒扁豆碱。

烯胺型：可使碱性减弱或增强，如蛇根碱，小檗碱具有强碱性。

酰胺型：碱性极弱，强胡椒碱、秋水仙碱、咖啡碱等。

(3)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。

如甲基麻黄碱碱性麻黄碱，东莨菪碱碱性莨菪碱。

(4)氢键效应基生物碱分子结构中氮原子附近存在羟基、羰基等取代基团，并且处在有利于同生物碱共轭酸分子的子形成分子内氢键缔合，此时，该生物碱的共轭酸较稳定，碱性增强。

如伪麻黄碱的碱性强于麻黄碱。

A型题：1.生物碱分子中氮原子杂化方式与其性碱性强弱的关系是A.SP>SP2>SP3B.SP>SP3>SP2C.SP3>SP2>SPD.SP3>SP>SP2E.SP2>SP3>Sp『正确答案』C2.东莨菪碱的碱性较莨菪碱弱的主要原因是A.p-π共轭B.π-π共轭C.空间效应D.氢原子的杂化程度E.分子内氢键『正确答案』C3.下组生物碱中碱性最弱者是A.苦参碱(叔胺碱)B.麻黄碱(仲胺碱)C.伪麻黄碱(仲胺碱)D.莨菪碱(叔胺碱)E.东莨菪碱(有立体障碍的叔胺碱) 『正确答案』E4.下列生物碱中碱性最强者是A.氯化黄连碱B.小檗碱C.苦参碱D.氧化苦参碱E.麻黄碱『正确答案』B5.下列生物碱中碱性最强者是A.小檗碱B.麻黄碱C.番木鳖碱D.新番木碱E.秋水仙碱『正确答案』AX型题：1.使生物碱碱性减小的及电子基团是A.烷基B.羰基C.醚基D.酯基E.苯基『正确答案』BCDE五、沉淀反应大多数生物碱在酸水或稀醇中能与某些试剂反应生成难溶于水的复盐或分子络合物，这些试剂称为生物碱沉淀试剂。

1.生物碱沉淀反应的条件生物碱沉淀的反应一般在稀酸水溶液中进行。

X型题：1.不能进行生物碱沉淀反应的条件是A.稀碱水溶液B.稀酸水溶液C.稀酸丙酮溶液D.醋酸水溶液E.稀酸乙醇溶液『正确答案』AC2.生物碱沉淀反应的条件是A.浓强酸水溶液B.碱性有机溶剂C.称酸水溶液D.酸性称醇溶液E.强碱性水溶液『正确答案』CD2.常用的生物碱沉淀试剂碘化物复盐、重金属盐、大分子酸类等。

常见的生物碱沉淀试剂有碘-碘化钾试剂、碘化铋钾试剂、碘化汞钾试剂等。

3.生物碱沉淀反应阳性结果的判断(1)假阴性：少数生物碱不能与一般生物碱沉淀试剂产生沉淀反应。

如麻黄碱、咖啡碱与多数生物碱沉淀试剂不能发生沉淀反应。

(2)假阳性：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、多肽、氨基酸、鞣质等。

4.生物碱沉淀反应的应用六、显色反应某些生物碱能与一些特定试剂反应生成不同颜色的产物，称为生物碱的显色反应，所用试剂称为生物碱显色试剂。

第三节提取与分离一、总生物碱的提取(一)脂溶性生物碱的提取1.水或酸水提取法常用0.1%～1%的盐酸或硫酸，采用浸渍法或渗漉法提取。

①阳离子树脂交换法②萃取法2.醇类溶剂提取法提取方法可采用浸渍法、渗漉法、回流提取法和连续回流提取法。

3.亲脂性有机溶剂提取法用亲脂性有机溶剂提取之前，必须将中药用碱水(石灰乳、碳酸钠溶液或稀氨水)湿润，使生物碱游离，再用亲脂性有机溶剂萃取。

提取方法多采用浸渍法、回流提取法或连续回流提取法。

二、生物碱的分离(一)初步分离将总生物碱按碱性强弱、酚性有无及是否水溶性，初步分离为5个部分。

A型题：含下列生物碱的中药酸水提取液，用氯仿萃取，可萃取出的生物碱是A.苦参碱B.氧化苦参碱C.秋水仙碱D.麻黄碱E.山莨菪碱『正确答案』C(二)生物碱单体的分离1.利用生物碱碱性的差异进行分离采用pH梯度萃取法分离。

一种方法是将总碱溶于稀酸水中，逐步加碱液调节pH，使pH由低到高，每调节一次pH，用氯仿萃取数次，从而将碱性由弱到强的生物碱依次转溶于氯仿而得以分离。

另一种方法是将总生物碱溶于氯仿中，用pH由高到低的酸性缓冲液依次萃取，使生物碱按碱性由强至弱的顺序自总碱中逐一转溶至酸性缓冲液中;然后分别将各部分酸性缓冲液碱化，用氯伤萃取得到不同碱性的生物碱。

2.利用生物碱及其盐的溶解度差异进行分离①苦参碱和氧化苦参碱苦参碱的极性小于氧化苦参碱，前后能溶于乙醚，而后者难溶于乙醚②汉防己甲素和汉防己乙素两者的基本结构相似，仅一个取代基团的差异，后者为酚羟基，前者为甲氧基，故后者的极性大于前者。

汉防己乙素难溶于苯，而汉防己甲素可溶于冷苯。

③麻黄碱和伪麻黄碱两者为一对光学异构体，前者的草酸盐较后者的草酸盐在水中的溶解度小。

将麻黄碱和伪麻黄碱溶于适量水中，加入一定量草酸，麻黄碱生成草酸盐即先从水溶液中析出。

B型题：A.麻黄碱B.番林鳖碱C.奎宁D.奎尼丁E.金鸡尼丁1.可利用其硫酸盐在水中的溶解度小进行分离『正确答案』C2.可利用其盐酸盐在水中的溶解度小进行分离『正确答案』B3.可利用其酒石酸盐在水中的溶解度小进行分离『正确答案』E4.可利用其氢碘酸盐在水中的溶解度小进行分离『正确答案』D5.可利用其草酸盐在水中的溶解度小进行分离『正确答案』A3.利用生物碱特殊官能团进行分离常见的有酚羟基、羧基、内酯或内酰胺结构等官能团。

可利用这些官能团进行分离。

4.利用色谱法进行分离(1)吸附柱色谱：常用氧化铝和硅胶作吸附剂，以亲脂性有机溶剂为洗脱剂。

(2)分配柱色谱：以硅胶为支持剂，酸性缓冲液为固定相。

三、生物碱的色谱鉴别(一)薄层色谱1.吸附薄层色谱法(1)吸附剂：硅胶、氧化铝(2)展开剂(3)显色观察多数生物碱的簿层色谱需用政良碘化铋钾试剂喷洒，显示桔红色斑点。

(4)应用范围硅胶和氧化铝薄层色谱适用于分离和检识脂性生物碱。

2.分配薄层色谱法(1)支持剂：硅胶、纤维素。

(2)固定相对于脂溶生物碱的分离，多以甲酰胺为固定相;水溶性生物碱或生物碱盐则以水作固定相。

(3)展开剂分离脂溶性生物碱，应以亲脂性有机溶剂作展开剂。

分离水溶性生物碱，则应以亲水性的溶剂作展开剂，如BAW系统[正丁醇-乙酸-水(4:1:5)，上层]。

(4)应用范围以甲酰胺为固定相的薄层色谱，适于分离弱极性或中等极性的生物碱，以水为固定相的薄层色谱，适于分离水溶性的生物碱。

(二)纸色谱1.固定相：①水;②甲酰胺;③酸性缓冲液。

2.展开剂：以水作固定相的纸色谱，宜用亲水性溶剂系统作展开剂，如BAW[正丁醇-乙酸-水(4:1:5)，上层];以甲酰胺和酸性缓冲液作固定相的纸色谱，多以亲脂性有机溶剂系统作展开剂。

3.显色剂4.应用范围：纸色谱法多用于水溶性生物碱、生物碱盐和弱亲脂性生物碱的分离检识。

(三)高效液相色谱(四)气相色谱气相色谱主要适用于挥发性化合物的分析，如麻黄生物碱、烟碱等。

第四节含生物碱的中药实例一、苦参(一)化学结构苦参所含生物碱主要是苦参碱和氧化苦参碱。

属于喹喏里西啶类衍生物。

分子中均有2个氮原子，一个是叔胺氮，一个是酰胺氮。

(二)理化性质1.碱性苦参碱中所含生物均有两个氮原子。

叔胺氮(N-1)，呈碱性;酰胺氮(N-16)，几乎不显碱性，只相当于一元碱。

2.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、二硫化碳亲脂性溶剂。

氧化苦参是苦参碱的氮-氧化物，具半极性配位键，其亲水性比苦参碱更强，易溶于水，难溶于乙醚。