第三章生物碱

第三章生物碱概念生物碱(alkaloids)是天然产的一类含氮的有机化合物，大多数具有氮杂环结构，呈碱性并有较强的生物活性。例外含氮的有机化合物，如氨基酸、肽类、蛋白质和B族维生素等，不属于生物碱的范围。氮杂环结构呈碱性

分布主要分布于植物界，少数动物体中也有生物碱，如蟾酥碱、麝香吡啶等。存在形式生物碱在植物体中多以有机酸盐的形式存在，少数以无机酸盐形式存在，碱性极弱的则以游离形式存在，少数生物碱以苷类形式存在。

第一节结构与分类

按生物碱的化学结构分类

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。

麻黄碱按氮原子是否在环内可分为两大类：有机胺类和氮杂环类常见氮杂环类生物碱基本母核类型吡咯

四氢吡咯

咪唑

吡咯里西啶

吲哚里西啶

吲哚哌啶

吡啶

吡嗪莨菪烷喹喏里西啶

嘌呤类

噻嗪类

丫啶酮类

喹啉

异喹啉

吗啡烷类

苄基异喹啉原小檗碱型

小檗碱型

二、吡啶类生物碱

此类生物碱有的呈液态

槟榔碱烟碱不含氧或氧结合成酯键一叶萩碱

苦参碱氧化苦参碱三．莨菪烷类生物碱（托品烷类、颠茄类）莨菪烷莨菪碱（阿托品）东莨菪碱四．异喹啉类生物碱

异喹啉

罂粟碱

小檗碱吗啡五．吲哚类生物碱

吲哚靛青苷

麦角新碱毒扁豆碱利血平

六．其他类生物碱（一）吡咯类生物碱（二）喹啉类生物碱（三）嘌呤及黄嘌呤类衍生物（四）萜类衍生物（五）甾体类生物碱（六）大环类生物碱

第二节理化性质

一、性状

形态

颜色

味道

大多为结晶形固体（有些为非结晶粉末），多由C、H、N、O等组成少数呈液态，多为小分子、无O或O呈酯键 个别具有挥发性，如麻黄碱极少数具有升华性，如咖啡因多数有苦味，少数有其他味道，如甜菜碱。绝大多数为无色或白色，少数具有较长共轭体系的呈色，如小檗碱、血根碱。二、旋光性具有手性碳原子的生物碱，由于分子不对称性而具有旋光性，大多为左旋光体。生物碱的生物活性通常左旋强于右旋。

三、碱性（一）生物碱的碱性及碱性强弱的表示方法1．生物碱的碱性2、碱性强弱的表示方法

生物碱分子中含有氮原子，氮原子最外层电子结构中有一对孤对电子，能接受质子而显碱性。可以用酸式离解指数pKa值表示。pKa值越大，碱性越强。一般pKa＜2为极弱碱，pKa2～7为弱碱，pKa7～12为中强碱，pKa＞12为强碱。

（二）生物碱的碱性强弱与分子结构的关系1．氮原子的杂化方式2．诱导效应3、共轭效应4、空间效应5、分子内氢键形成

生物碱的碱性强弱主要取决于分子结构中氮原子的电子云密度，若电子云密度升高，则碱性增强，反之碱性减弱。碱性为sp3＞sp2＞sp；季铵碱因羟基以负离子形式存在，呈强碱性。氮原子附近有供电子基团(如烷基)时，碱性增强；而氮原子附近有吸电子基(如苯基、羰基、双键等)时，则碱性减弱。吸电子共轭效应使氮原子上的电子云密度降低，造成碱性减弱。供电子共轭效应使碱性增强。如果氮原子周围的取代基分子较大，对氮原子构成屏蔽作用，使氮原子难于接受质子，造成碱性降低。四氢异喹啉（SP3pKa9.5）

异喹啉（SP2pKa5.4）

氰类（SP中性）四、溶解性脂溶性生物碱游离碱：易溶于亲脂性溶剂，尤其氯仿，可溶于甲醇等，难溶于水。盐：易溶于水，可溶于甲醇等，不溶于亲脂性溶剂。水溶性生物碱季铵型或氮氧化物生物碱：可溶于水，难溶于亲脂性溶剂。两性生物碱：既可溶于酸水，又可溶于苛性碱溶液。具内酯或内酰胺结构：易溶于热氢氧化钠溶液。

五、沉淀反应

生物碱沉淀剂：大多数生物碱在酸水中或稀醇中与某些试剂反应，生成难溶于水的复盐或配合物（麻黄碱例外）。

常见的生物碱沉淀剂碘化铋钾试剂：桔红色沉淀碘化汞钾：类白色沉淀碘—碘化钾：红棕色沉淀硅钨酸试剂：淡黄或灰白色沉淀苦味酸试剂：黄色结晶硫氰酸铬铵（雷氏铵盐）：红色沉淀或结晶

应用：

用于预试生物碱的存在(作为生物碱分离提取过程中的追踪指标)。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）。六、显色反应某些试剂能与一些生物碱反应生成有颜色的溶液，该类反应称为生物碱显色反应，所使用的化学试剂称为生物碱显色试剂。应用：检识个别生物碱

第三节提取与分离提取

药材总生物碱分离

生物碱单体总生物碱同一植物中往往共含有几个甚至几十个化学结构相类似的生物碱。这些生物碱在植物体内大多数与有机酸或无机酸结合成盐而存在。只有弱碱呈游离状态。还有一些是与糖结合成苷而存在。同一植物体内各种形式生物碱的总称叫作“总生物碱”一、提取水蒸气蒸馏法：适用于液体生物碱及小分子生物碱（麻黄碱）这些具有挥发性的生物碱的提取。升华法：具有升华性质的生物碱如咖啡因等。溶剂提取法：最常见的方法，适用于多数生物碱的提取（提取效率与前处理、溶剂种类、用量、原料粉碎度、操作温度、搅拌有关）方式：溶剂提取法分为浸渍法、渗漉法、煎煮法、回流提取法和连续回流提取法。其中连续回流提取法可以反复利用溶剂，提取较完全，效率高。溶剂提取法溶媒选择：生物碱在溶剂中的溶解符合“相似相溶”的规律，生物碱的溶解度与分子中极性基团的数目与溶剂种类有密切关系；生物碱可与酸成盐而溶于酸水中，随后加碱至碱性又可成为游离态。溶剂提取法生物碱+酸成盐的公式与表达（或共轭酸）游离碱：B或ALK1、酸水提取法(生物碱盐易溶于水)

(一)脂溶性生物碱的提取具有碱性的生物碱在植物体内多以盐的形式而存在，可直接以水作为提取溶剂，而弱碱性生物碱则以不稳定的盐或游离碱的形式存在，为使其在水中溶解，故采用酸水为提取溶剂，使游离碱与酸成盐而被提取。常用的酸有0.5%—1%的盐酸、硫酸、醋酸或酒石酸。采用渗漉或浸渍的方法提取，而不用煎煮法。但水提法易染菌，此外含果胶、黏液质类成分的水提物难以过滤；并且所得溶液体积较大，浓缩困难，故需配合离子交换树脂法或有机溶剂萃取法进行处理。所得酸水液可用以下方法处理①离子交换树脂提取法②有机溶剂萃取法③沉淀法流程图：酸水（盐酸/硫酸/醋酸/酒石酸）浸渍/渗漉/煎煮酸水提取液（盐）离子交换树脂法有机溶剂萃取法沉淀法总生物碱药材游离生物碱及其盐一般都能溶于甲醇或乙醇,因此用它们作为生物碱的提取溶剂,应用较为普遍，甲醇的沸点比乙醇更低，但甲醇对视神经的毒性很大，所以除了实验室有时用甲醇为生物碱提取溶剂外，一般用乙醇为溶剂。2、醇类溶剂提取法(游离生物碱及盐均易溶于醇)醇提法对根及根茎类药材的提取适用，含淀粉较多的块根类药材水煎时易使淀粉糊化，影响成分浸出，故选醇提法为宜。但乙醇的防火等级高，一般采用稀乙醇（60%--70%）或酸性乙醇为提取溶剂。醇提法的提取液中除含有生物碱及其盐外，还含有大量的其它脂溶性杂质，还有一些水溶性杂质，需进一步处理。醇提法具体步骤用乙（甲）醇提取（渗漉、浸渍、加热回流等），减压回收溶剂，得总生物碱总生物碱用酸水溶解，滤除不溶于水的亲脂性杂质将酸水液碱化，用氯仿等有机溶剂萃取得较纯的总生物碱醇类溶剂（甲醇、乙醇）渗漉/浸渍/回流醇提取液（游离生物碱及盐）回收总生物碱酸碱处理较纯的总生物碱药材流程图：3、亲脂性有机溶剂提取法（游离碱易溶于亲脂性有机溶剂）大多数游离生物碱都是脂溶性的，因此可采用亲脂性有机溶剂（弱极性），如氯仿、二氯甲烷、苯等提取由于生物碱一般以盐的形式存在于植物细胞中，故采用亲脂性有机溶剂提取时，必须先使生物碱盐转变为游离碱，即先将药材粉末用石灰乳、碳酸钠溶液或稀氨水等碱水湿润后再用溶剂提取亲脂性有机溶剂提取法提出的总生物碱一般只含有亲脂性生物碱，不含水溶性生物碱，这种方法得到的生物碱杂质较少，易于进一步纯化，但溶剂渗入能力较弱，需反复提取若为了只提取药材中的弱碱性生物碱，可采用水或有机酸代替碱水润湿药材，再用有机溶剂提取，可使大部分碱性较强的生物碱不被提取。亲脂性有机溶剂（苯/氯仿）冷浸/回流提取液（游离碱）回收总生物碱药材(须碱化)流程图：(二)水溶性生物碱的提取沉淀法：将生物碱的沉淀试剂如硅钨酸、苦味酸和雷氏铵盐等加入到含有水溶性生物碱的溶液中，使生物碱沉淀完全，滤出沉淀后再以合适的试剂进行分解，最后分离出水溶性生物碱。碱水液酸化至弱酸性酸水液雷氏铵盐（硫氰酸铬铵）雷氏铵盐沉淀（生物碱雷氏盐）丙酮溶解，过滤丙酮液加硫酸银饱和水溶液，过滤滤液（生物碱硫酸盐）加氯化钡溶液生物碱盐酸盐1、雷氏铵盐沉淀法

流程图：2、溶剂法碱水液正丁醇萃取水溶液（水溶性杂质）有机溶剂回收水溶性生物碱二、分离生物碱单体的分离方法

1．利用生物碱的碱性差异进行分离：常用pH梯度萃取法

2．利用总碱中各生物碱（盐）溶解度的差异进行分离3．利用特殊官能团(如酚羟基、内酯或内酰胺结构)进行分离4．利用色谱法进行分离二、分离

（一）总生物碱的分离(系统分离)分离依据：生物碱的碱性强弱、酚羟基的有无及溶解性能。分离结果：将生物碱初步分成弱碱性生物碱、中强碱性生物碱和水溶性生物碱三类。生物碱因碱性不同可分为强碱性的季铵碱（水溶性生物碱）、中强碱（叔胺碱）、弱碱它们的游离碱极性不同，水溶性游离碱（强碱性）极性大，带特殊官能团（酚羟基）的游离碱可溶于碱水（氢氧化钠溶液）弱碱性游离碱极性较小强酸

弱酸

中性

弱碱

强碱PH2

PH5

PH＞5

PH7

PH9-10PH＞12弱碱性生物碱成盐游离游离游离中强碱性生物碱成盐

游离游离强碱性生物碱成盐成盐成盐

游离3、利用溶解度不同进行分离利用游离碱的溶解度不同进行分离（相似相溶）利用生物碱盐的溶解度差异进行分离：生物碱可和盐酸、硫酸、苦味酸、氢碘酸等形成盐，生物碱的这些盐类在不同溶剂中溶解度不同。如金鸡纳树皮中的奎宁、奎尼丁、金鸡宁、金鸡宁丁，它们与酸生成的盐溶解度不同。硫酸奎宁、酒石酸金鸡宁丁和氢碘酸奎尼丁在水中溶解度较小，金鸡宁不溶于乙醚4、利用生物碱特殊功能基的性质进行分离较为普遍的是酚性生物碱，因它能溶于氢氧化钠水溶液中而和其他非酚性生物碱分离含羧基的生物碱则可用碳酸氢钠水溶液萃取来分离具有内酯或内酰胺结构的生物碱则可用加碱加热开环溶于水，加酸环合析出的性质与其他生物碱分离喜树碱的分离：此类生物碱的碱性很弱，分子中有内酯结构，当与稀氢氧化钠溶液共同加热时，内酯开环生成钠盐而溶于水中，加酸于水中则复环析出一、理化鉴定二、生物碱的色谱检识方法TLC法(主要为吸附原理)PC法(分配原理)HPLC法(主要为反相分配色谱)GC法(主要用于挥发性生物碱)常用的显色剂：改良碘化铋钾，对大多数生物碱显橘红色。第四节鉴定实例

麻黄为麻黄科植物草麻黄、木贼麻黄和中麻黄的