一三节生物碱的结构与分类课件

生物碱主要内容第一节概述第二节生物碱的生物合成途径第三节生物碱的分类第四节生物碱在植物体内的存在形式第五节生物碱的理化性质第六节生物碱的提取分离第七节含生物碱中药实例

第一节概述

生物碱，长期来一般是指来源于植物界的一类含氮有机化合物，大多具有较复杂的氮杂环结构，并具有生理活性和碱性。现在，人们从海洋生物、微生物及昆虫的代谢产物中亦发现含有不少类似的有机含氮化合物，有时也称它们为生物碱。因此，从产义的范围讲,生物界除去生物体必须的含氮化合物，如氨基酸、多肽、蛋白质和B族维生素等外，其他所有的含氮有机化合物都可视为生物碱。1803年Derosne首先从鸦片中得到第一个生物碱那可汀其后1806年德国Serturene又从鸦片中得到吗啡1810年西班牙医生Gomes从金鸡纳树皮中分得结晶，以后证明主要是奎宁和辛可宁

1917年发现士的宁、吐根碱1820年发现奎宁、秋水仙碱我国赵学敏在《本草纲目拾遗》中记载，17世纪初《白猴经》一书中即记述了从乌头中提炼出砂糖样毒物作箭毒用，用现代的观点分析，该物质应是乌头碱。这比欧洲科学家发现的生物碱要早二百年左右。由于生物碱结构较为复杂，虽然19世纪初提出不少生物碱，但当时并未确定结构式，直到1870年才首次搞清较为简单的毒芹碱结构式。对于复杂结构生物碱结构式的确定多数是在20世纪，如士的宁直到1946年才得到正确的结构式等。现在由于提取分离手段及波谱法用于结构式的测定得到较快地发展，生物碱的种类和数量都增加很快，有人统计已达万种。当前除了提取分离生物体中大量和微量的生物碱并测定它们的结构式外，生物碱的全合成和半合成工作也是重要的研究领域，而且发展的速度很快。1889年首次全合成了毒芹碱。近年来自美登木中提取鉴定的具有抗癌活性的极微量生物碱美登木碱为化学结构复杂的含氮大环化合物，经过短短的数年已有全合成的报道。此外，通过对生物碱构效关系的研究，进行结构改造，寻找疗效更高，结构更为简单，并且便于大量生产的新型药物，也是一个重要的研究领域。三、生物碱在自然界的分布生物碱在植物界分布较广，但主要分布在高等植物中，尤其是双子叶植物中的毛茛科、防己科、婴粟科、茄科、夹竹桃科、芸香科、豆科等100多科的植物中。单子叶植物中分布较少，如百合科、石蒜科和兰科等。裸子植物中更少，如麻黄科、红豆杉科、三尖杉科的少数目植物中。低等植物中的地衣类和苔藓类未发现生物碱，蕨类及菌类只有极个别的植物中存在生物碱，如麦角菌含有麦角生物碱类。在不同植物中的分布植物中生物碱含量的多少差异极大，如金鸡纳树皮中生物碱含量在1.5％以上，而长春花中长春新碱含量仅百万分之一，美登木中美登木碱含量仅千万分之二。一般植物中含生物碱量达到千分之一以上就算比较高了。同科同属植物，甚至同种植物中，生物碱的有无及含量高低还受生长环境、季节等因素的影响。如欧洲产的麻黄，麻黄碱的含量很低，而我国产的则含量较高。而产于山西大同附近的麻黄又较其他地区为高，可达1.6％，并且以秋末冬初采收的含量最高。影响生物碱含量的因素含生物碱的植物很少只含有一种生物碱，多数是数种或数十种生物碱共存，如长春花已知含70多种生物碱。由于同一植物中的生物碱往往来源于同一个前体，因此它们的化学结构往往类似，同科同属植物中的生物碱也往往属同一结构类型。了解此点，对寻找新的药用植物资源及化合物的鉴别和推定结构都是非常有意义的。生物碱在植物体内分布特点第三节生物碱的分类生物碱的分类方法有数种，但都存在一定的缺点1、按照生物碱生源途径分类法2、生物碱结构中氮原子存在的主要杂环母核进行分类1、按照生物碱生源途径分类法生物碱的生源途径主要有两方面，一是由氨基酸为前体，另一是由甲瓦龙酸为前体。前者生成的生物碱又称真生物碱，后者生成的生物碱又称伪生物碱。由甲戊二羟酸形成的伪生物碱包括萜类和甾类生物碱。鸟氨酸：吡咯类、吡咯里西啶类、莨菪烷类；赖氨酸：哌啶类、吲哚里西啶类、喹喏里西啶类；苯丙氨酸-酪氨酸：苯丙胺类、苄基苯乙胺类、异喹啉类、吐根碱类。色氨酸：吲哚类邻氨基苯甲酸：喹啉类、吖啶酮类、喹唑啉类；组氨酸：咪唑类。形成真生物碱的氨基酸及生物碱含氮母核类型一、吡咯生物碱这类生物碱是由吡咯或四氢吡咯衍生成，尤以四氢吡咯衍生物为主。较重要的有（一）简单吡咯烷类（二）吡咯里西啶类（一）简单吡咯烷类

这类生物碱结构较简单，数目较少，生理活性不太显著。二、莨菪烷类生物碱这类生物碱大多数是由莨菪烷衍生的氨基醇和不同有机酸缩合成酯，有一元酯和二元酯，亦有以非酯形式存在。莨菪烷上的醇羟基多在3位，有平伏羟基和直立羟基之分，前者为莨菪醇，后者为伪莨菪醇。这类生物碱主要存在于茄科、旋花科、高根科和红树科。三、哌啶类生物碱这类生物碱主要为哌啶衍生的生物碱，亦有一些是由吡啶衍生的。数目较多，主要的可分为几小类（一）哌啶和吡啶（二）吲哚里西啶类（三）喹喏里西啶类（一）哌啶和吡啶（二）吲哚里西啶类

这是哌啶和吡咯啶共用一个氮原子的稠环衍生物。数目较少，但有较强的生物活性，如存在于一叶萩中的一叶萩碱具有对中枢神经的兴奋作用，存在于娃儿藤属植物中的娃儿藤定碱具有显著的抗癌作用。（三）喹喏里西啶类这类生物碱是由二个哌啶共用一个氮原子的稠环衍生物。数目不太多，主要分布在豆科和千屈菜科植物，在石松科中亦有存在。四、喹啉类生物碱

这类生物碱有100多个，主要分布在芸香科植物。茜草金鸡纳植物中的奎宁是研究最早的生物碱之一。五、吖啶酮类生物碱这类生物碱的数量不多，如芸香科鲍氏山油柑树皮中的山油柑碱，具有显著的抗癌活性六、喹唑啉类生物碱这类生物碱具有喹唑啉类母核，而且在氮环上存在羰基的生物碱较多。主要分布在芸香科等植物中。七、咪唑类生物碱这类生物碱数目较少，如目前临床用于治疗青光眼的毛果芸香碱是得自芳香科植物毛果芸香。八、异喹啉类生物碱这类生物碱是植物中分布较广，数目较多的一类。目前已知结构的有一千多种，它们的生理活性也是多方面的。主要分布在防己科、毛茛科、小檗科、木兰科、罂粟科、番荔枝科、樟科、芸香科、使君子科、睡莲科等植物中。异喹啉生物碱类以异喹啉或四氢异喹啉为基本母核，除简单异喹啉外，其他类型的多数都以苄基异喹啉为前体衍生而成。根据异喹啉类生物碱基本结构又分成二十多类．现介绍主要类型于下。异喹啉类生物碱（一）简单异喹啉类（二）苄基异喹啉类（三）苯酞异喹啉碱（四）双苄基异喹啉类（五）阿朴菲类和异阿朴菲类（六）原阿朴菲类（七）原小檗碱类（八）普托品类（九）苯骈菲啶类（十）吗啡类（十一）其他类（一）简单异喹啉类如存在于鹿尾草中的降血压成分萨苏林和萨苏里丁（二）苄基异喹啉类这类生物碱是异喹啉母核的1位接有苄基，如鸦片中具解痉作用的罂粟碱，乌头中强心成分去甲乌药碱，厚朴中的厚朴碱(木兰箭毒碱)。（三）苯酞异喹啉碱这类生物碱是异喹啉母核的1位接有苯酞基。如鸦片中具有镇咳作用而无成瘾性的那可汀（四）双苄基异喹啉类这类生物碱是由二分子苄基异喹啉通过1~3个醚键相连接。如以异喹啉为头，苄基为尾，则有头头相连、尾尾相连和头尾相连等多种连接形式，如粉防己碱有2个醚键，一个是头头相连，一个是尾尾相连，而锡生藤碱中的二个醚键皆是头尾相连。在异喹啉生物碱中尚有由一分子苄基异喹啉和另一分子其他类型异喹啉通过醚键相连接，如厚果唐松草碱是由苄基异喹啉和阿朴菲型相连（五）阿朴菲类和异阿朴菲类阿朴菲类是苄基异喹啉苄基部分苯环和异喹啉部分8位脱去一分子氢形成的四环化合物。异阿朴菲类亦是四环化合物，它和阿朴菲类不同是除含氮环外的3个环不是形成菲核而是形成蒽核。阿朴菲类生物碱数目较多，已近200多个，而异阿朴菲类数目较少，约10个左右，都得自防己科植物蝙蝠葛，且C7位皆为羰基，又称氧异阿朴菲类。（六）原阿朴菲类这类生物碱数目较少，通常与阿朴菲类生物碱共同存在，可认为是阿朴菲类的前体。如荷叶中具局部麻醉作用的原荷叶碱，而野罂粟中的野罂粟醇为原阿朴菲型（七）原小檗碱类这类生物碱结构可视为两个异喹啉环稠合而成，但从生源看它是由苄基异喹啉获得一个碳原子(相当于结构中的8位)形成的。原小檗碱类多为季铵碱，但若C环氧化成四氢原小檗碱类则为叔胺碱，但亦有季铵碱，如防己中的轮环藤酚碱。（八）普托品类这类生物碱从结构上看不含异喹啉母核，但从生源观点来看它是由原小檗碱型衍生的。在植物体中两者常共存，如延胡索亦含有具促进胆汁分泌作用的普托品（九）苯骈菲啶类这类生物碱由原小檗类B环开环重排产生。如白屈菜中具有神经肌肉毒作用的白屈菜红碱及具有解痉和抗肿瘤作用的白屈菜碱（十）吗啡类这类生物碱具有部分饱和的菲核。根据结构中与菲核相连的乙氨桥的位置和构型又分为三类，即吗啡烷型青藤碱型莲花氏烷型吗啡烷型结构特点是乙氨桥位于9-C和13-C位，氧桥位于4-C和5-C位吗啡烷型青藤碱型青藤碱型母核也是吗啡烷，但乙氨桥和菲核相连的构型相反，且无氧桥存在。此外，结构中含有1~2个烯酮。莲花氏烷型

莲花氏烷型的氧桥位于13-C和14-C位，4-C和5-C间无氧桥

（十一）其他类

异喹啉类生物碱除去上面介绍的10类外，尚有许多类型。如具有催吐作用的石蒜碱为吡咯骈菲里啶类。治疗阿米巴痢疾的吐根碱为苯骈喹喏里西啶类，而二氢石蒜碱的作用比吐根碱更强。具有抗胆碱酯酶作用。骈喹喏里西啶类异喹啉类治疗小儿麻痹后遗症和重症肌无力症的加兰他敏亦属异喹啉类生物碱。九、吲哚类生物碱

吲哚类生物碱主要分布在马钱子科、夹竹桃科和茜草科，此外，在芸香科、苦木科、番荔枝科、爵床科等植物中亦有存在。这类生物碱数目很多，据不完全统计已超过1200多个。其结构一般都较复杂，且具有显著或重要的生物活性。吲哚类生物碱主要由色氨酸衍生而成，根据其结构待点大致可分为下列几类。（一）单吲哚类（二）色胺吲哚类（三）半萜吲哚类（四）单萜吲哚类（五）二聚吲哚类吲哚类生物碱（一）单吲哚类

这类生物碱结构中只含有一个氮原子，即只有吲哚母核（二）色胺吲哚类这类生物碱只具有色胺部分组成的结构，含两个氮原子，结构比较简单。（三）半萜吲哚类

这类生物碱主要存在于麦角。由色胺构成的吲哚衍生物上接一个异戊二烯单位后形成麦角又称麦角菌、黑麦乌米.为真菌门麦角菌科麦角菌属中的麦角菌.这种菌常寄生在禾本科麦类植物的子房内,当其菌核形成时,则露出子房外,呈紫黑色的、质地较坚硬的、形状又像动物的角,所以叫麦角菌.是一种寄生菌.夏、秋季麦穗黄熟时采收.阴干或烘干后备用.（四）单萜吲哚类

这类生物碱结构复杂，数量多，是由色氨和一个10C或9C的单萜形成的吲哚类生物碱，一般根据单萜部分的结构分为三类，即柯南因-士的宁碱型（A，杯型）白坚木型（B，人型）依波加明型（C，船型）（五）二聚吲哚类

是由二分子单萜吲哚类生物碱聚合而成，如从长春花得到的具抗癌作用的药物长春碱和长春新碱十、嘌呤及黄嘌呤类生物碱

这类生物碱都含有嘌呤母核或黄嘌呤母核，在植物界分布较散。十一、大环类生物碱

大环类生物碱大致可分为两类：一类是美登木生物碱类，结构中氮原子都以酰胺状态存在，如从美登木中得到的具抗癌作用的美登木碱，从滑桃树中得到的滑桃树碱，均具有较强的抗癌作用。一类是大环精胺和精脒生物碱类。精胺或精脒与带有官能团的长链脂肪酸或肉桂酸缩合形成另一类大环生物碱，如劳纳灵等。美登木生物碱类大环精胺和精脒生物碱雷公藤碱雷公藤中的雷公藤碱结构中虽具有大环，但氮原子不在大环上,因此不属于大环生物碱。十二、萜类生物碱

萜类生物碱形成过程中没有氨基酸参与生物合成。这类生物碱一般只有较强的生物活性。可分为下列几类。（一）单萜类（二）倍半萜类（三）二萜类（四）三萜类

（一）单萜类生物碱

这类生物碱主要分布在龙胆科，由环烯醚萜和裂环烯醚萜衍生而成（二）倍半萜类生物碱

这类生物碱主要分布在兰科石斛属植物，目前已得到十多种，如具有止痛退热作用的石斛碱，在睡莲科萍蓬草属植物中亦有发现，如黄萍蓬草中得到的具有抗菌作用的黄萍蓬草碱为二聚物，且结构中含S。雷公藤中的雷公藤碱亦为倍半萜类生物碱（三）二萜类生物碱

这类生物碱主要存在于毛茛科乌头属和翠雀属植物中，是由19C和20C构成的四环二萜和五环二萜类，分于中具有由β-氨基乙醇、甲胺或乙胺形成的杂环。此外，尚有一些由19C构成的二萜类失去4位甲基形成的18C生物碱存在，如阿可诺新。红豆杉科红豆杉属植物中存在的红