天然产物课件 第四章 生物碱

天然产物的功能与应用生物科学与工程学院第四章生物碱第一节生物碱概述第二节生物碱的分布第三节生物碱的分类第四节生物碱的性质第四章生物碱第五节有代表性的生物碱

生物碱是一类十分重要的天然有机化合物，也是一类研究得最早的有生物活性的天然化合物。一、生物碱的定义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。1819年，W．Weissner把植物中的碱性化合物统称为类碱(alkali—like)或生物碱(alkaloids)，生物碱一名沿用至今。

第一节生物碱概述生物碱的特点指天然产的一类含氮的有机化合物；多数具有碱性且能和酸结合生成盐；大部分为杂环化合物且氮原子在杂环内；多数有较强的生理活性。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。

生物碱是科学家们研究得最早的、具有生物活性的一类天然有机化合物，它们大多具有生物活性，往往是许多药用植物，包括许多中草药的有效成分。

鸦片中的吗啡——镇痛作用麻黄中的麻黄碱——止喘作用长春花中的长春碱——抗癌活性黄连中的小檗碱——抗菌消炎作用山莨菪碱——抗中毒性休克作用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（毒芹碱及其盐均是剧毒品，小量使用时具有抗痉挛的生理作用）。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(maytansine)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。

植物古柯中的有效成分古柯碱（cocaine）虽有很强的局部麻醉作用，但是毒性较大，久用容易成瘾普鲁卡因procaine(合成品)局麻药古柯碱cocaine（可卡因）人们对吗啡(morphine)的研究发展了异喹啉类生物碱的研究，并导致了镇痛药度冷丁(dolantin)的发现。

吗啡

度冷丁

仿天然生物碱，指的是用组织培养的方法获得的生物碱，也就是把从含生物碱的根、茎、叶或花、种子等器官取下的组织-细胞群乃至单个细胞，接种在特殊控制的培养基中，在人工条件下进行离体组织培养，利用离体组织培养代替原植物体，在短时间内生产优质高含量的生物碱。这种组织培养技术是细胞水平上的生物学方法，应用于工业生产又称为细胞工程，它将引起原料来源和构成的重大变革，因此科学技术先进的国家，如英美德日等国均已有相当数量的项目研究成功并投人生产。二、仿天然生物碱的研究英国成立一家新的植物制药公司(Novalal)，主要进行植物克隆和细胞培养技术的研究，利用植物细胞悬浮培养物连续发酵技术生产医药中间体，其中绝大多数为生物碱，如（咖斯它诺精胺)便是一种具有潜在的抗病毒和抗癌作用的吲哚里西啶生物碱；美国美登新麦角碱的生产、德国萝芙木生物碱的生产都具有相当规模，其中德国还于紫草培养细胞中得到无毒性吡咯双烷生物碱；日本在此研究领域亦处先进地位，如小檗碱、喜树碱的生产已部分投放市场，并对含生物碱中药：川芎、乌头、半夏、贝母、东莨菪等进行了药用植物的克隆增殖研究。印度从罂粟的组织培养液中测得吗啡、可待因、蒂巴因、罂粟碱、那可丁、那碎因等6种生物碱，最高含量可达5．65％；芬兰对钝叶仙子转化根培养，可于14天内提高莨菪碱产量为干重的0.79％，若在培养基加鸟氨酸则可增至1.12％。国内在植物组织培养方面的研究步伐也日益加快。近年来对黄连、延胡索、天仙子、美登木、三尖杉、川贝母、九莲等的组织进行了不同深度的研究。在培养条件和高产细胞株的筛优选株稳定性与再分化试验的研究等方面都取得了一定成果。

三、存在形式

1.游离碱：碱性极弱，以游离碱的形式存在。2.成盐：有机酸有：柠檬酸、酒石酸等；特殊的酸类：乌头酸、绿原酸等无机酸：硫酸、盐酸等。3.苷类：以苷的形式存在于植物中；4.酯类：多种吲哚类生物碱分子中的羧基，常以甲酯形式存在。5.N-氧化物：植物体中的氮氧化物约一百余种。四、命名规则1.类型的命名⑴基核的化学结构，如吡啶、喹啉、萜类等；⑵以来源植物命名，如石蒜科生物碱等。2.单体成分的命名⑴以植物来源的属、种的名称命名；如一叶萩碱⑵也有以生理活性或药效命名，如：吗啡(使睡眠)⑶以人名命名的；如：pelletierine五、分类方法1.按植物来源分类；如：石蒜生物碱，长春花生物碱；2.按化学结构分类；如：异喹啉生物碱、甾体生物碱；3.按生源结合化学分类；如：来源于鸟氨酸的吡咯生物碱。第一节生物碱概述第二节生物碱的分布第三节生物碱的分类第四节生物碱的性质第四章生物碱第五节有代表性的生物碱

生物碱主要分布于植物界,在动物中发现得很少。在高等植物尤其在双子叶植物中分布为广：

①在双子叶植物的小檗科(Berberidaceae)，毛茛科(Rununcu-laceae)，木兰科(Magnoliaceae)，防己科(Menisperma-ceae)，罂粟科(Papaveraceae)，芸香科(Rutaceae)等植物中广为分布；

②裸子植物中，在红豆杉科红豆杉属(Taxus)，松柏科松属(Pinus)，云杉属(Picia)，三尖杉科三尖杉属Cepha-lotaxus)，麻黄科麻黄属(Ephedra)等属植物中有分布；第二节生物碱的分布③少数单子叶植物如石蒜科，百部科(Stemonaceae)，百合科(Liliaceae)等植物中有分布。④在低等植物中，生物碱分布少，而且结构一般为简单。第二节生物碱的分布生物碱在生物体中的存在部位往往差别很大。生物碱在植物体的各个器官均有存在，但对某一种植物来说，往往是集中在某一器官，如麻黄生物碱——髓部；防己生物碱——根部；黄柏生物碱——树皮部等等。生物碱在植物中的含量差异很大。如金鸡纳树皮中生物碱的含量在1.5%以上。长春花中长春新碱的含量仅为百万分之一，美登木中美登木碱的含量仅为千万分之二。因此，生物碱含量达到千分之一以上就算比较高。生物碱含量的高低、有无还受生长环境、季节等因素的影响，如在欧洲生长的麻黄，麻黄碱的含量很低，而在我国生长的含量较高，尤其山西大同的麻黄含麻黄碱可高达1.6%，并且以秋末冬初采收的含量最高。第一节生物碱概述第二节生物碱的分布第三节生物碱的分类第四节生物碱的性质第四章生物碱第五节有代表性的生物碱

按氮原子是否结合在环上可分为两大类：有机胺类和氮杂环类：

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。如：

麻黄碱

益母草碱第三节生物碱的分类白加黑、新康泰克、日夜百服叮等多种常用感冒、止咳平喘药

具有活血化淤、利水消肿的作用秋水仙生物碱秋水仙生物碱是原产于欧洲中部和南部以及非洲北部的百合科植物(ColchicumautumnaleL．)的球茎中含有的多种生物碱的总称，含量最多的为秋水仙碱，约为0.3％～0.5％。

秋水仙碱能抑制细胞有丝分裂，临床用于治疗痛症，可抑制癌细胞的增长，对痛风急性发作有特异性作用，12～24h内减轻炎症并迅速止痛，长期应用可减少发作次数。但秋水仙碱毒性较大，能引起恶心、食欲减退、腹胀，严重者出现肠麻痹和便秘，四肢酸痛较为多见，尚可引起白细胞和血小板减少。秋水仙胺具有和秋水仙碱相似的生物活性，且作用迅速、毒性较小，可以代替秋水仙碱以治疗癌症；秋水仙碱甙的作用也与秋水仙碱相同，但毒性较小，只有秋水仙碱的1／100。

二、吡咯烷衍生物类生物碱结构特征：氮原子结合在环状结构内。基本结构为吡咯和四氢吡咯吡咯四氢吡咯目前已发现200多种，主要分布在紫草科、菊科的千里光属和豆科的野百合属等植物中。主要有千里光生物碱、野百合碱、瓜叶菊碱、毛果天芥菜碱、古豆碱等。

第三节生物碱的分类

重要的分：简单的吡咯衍生物

吡咯里西啶衍生物（又称双稠吡咯啶）

吲哚里西啶衍生物。第三节生物碱的分类(stachydrine)水苏碱一叶楸碱吡咯里西啶1．简单吡咯类该类生物碱结构简单，数目较少。如益母草中具有祛痰止咳作用的水苏碱，古豆碱、党参碱等，分布在古柯科植物古柯和中药党参中。(stachydrine)

水苏碱第三节生物碱的分类从一些海藻中也可分离出简单的吡咯类生物碱，如我国暨南大学徐石海等首次从海绵(Spongiaobligue)中分离得到一种海绵生物碱，也属此类。

海绵生物碱治疗疟疾比传统的药物治疗效果要好，海绵生物碱是一种很有开发前景的抗疟药。红古豆碱

cuscohygrine

红古豆苦杏仁酸酯

（无活性）（有活性）似阿托品药物的散瞳等作用2．吡咯里西啶类结构特征为两分子吡咯共用一个氮原子的稠环化合物，多与有机酸以双内酯形式缩合。如具有阿托品样活性的阔叶千里光碱。阔叶千里光碱第三节生物碱的分类

这类生物碱普遍存在于千里光属($enecio)植物，所以又称为千里光生物碱类（senecioalkaloids），而其组成的氨基醇统称为千里光次碱，羧酸则统称为千里光次酸。似阿托品药物的散瞳等作用

3、吡咯西啶二醇和二元酸形成的环酯

一野百合碱又称农吉利碱，分布在野百合属植物、假他兰、响铃豆、大叶猪屎豆及农吉利中，一般在种子中含量高，全草中含量较少，如在农吉利种子中含量可达0.4％。农吉利碱对治疗皮肤癌有较好的疗效，但农吉利碱毒性较大，剂量过大可引起肝昏迷而造成死亡。

吡咯化合物在新药开发上是一相当活跃的研究领域。对其进行结构修饰和优化，无论在新药开发上还是化学研究上都具有理论和实际意义。

吡咯类生物碱具有一些有益的生理活性，但是许多此类生物碱具有抑制细胞有丝分裂、引起致突和癌变、造成肝肾损伤等强烈的毒性，所以人们更多的是把此类生物碱看成毒品。

三、吡啶衍生物类生物碱吡啶类生物碱由吡啶或哌啶(piperidine)衍生的生物碱，基本结构为吡啶和六氢吡啶（哌啶）。种类很多，主要有：猕猴桃生物碱、龙胆生物碱、半边莲生物碱、槟榔碱、烟碱等

吡啶哌啶

如具有驱绦虫作用的槟榔碱(arecoline)烟草中杀虫成分烟碱(nicotine)。

第三节生物碱的分类烟碱槟榔碱(arecoline)（1）猕猴桃生物碱(actinidiaalkaloids)猕猴桃碱

（2）槟榔生物碱

槟榔中主要的有效成分槟榔中总生物碱含量约为0.45％，其中一半以上是醚溶性的生物碱，例如胆碱、槟榔碱等。

镇静及催眠作用

槟榔碱为一种有效的除肠虫药，能麻痹绦虫，将虫体及虫头排出体外。

（3）烟草生物碱(nicotianaalkaloids)

不同品种烟草中所含的生物碱总称为烟草生物碱，包括12种中以上单一成分，主要是烟碱(Nicotine，尼古丁)，约含2％一8%，纸烟约含1.5%，我国市售香烟每支含量为1-1.4mg。

烟草生物碱大多有毒性，例如烟碱是一种细胞毒，能刺激中枢神经系统，引起血管收缩，导致血管硬化，血压上升，从而诱发冠心病，心肌梗塞等。此外还可引起消化功能紊乱、性功能障碍等。吸食少量烟碱有兴奋、抗焦虑的效果，但量大时会抑制中枢神经系统，使心脏麻痹致死，几克的烟碱就能引起头痛、呕吐、意识模糊等中毒症状，内服或吸入40mg即能使人致死，吸烟过多的人逐渐会引起慢性中毒。且长期吸食会产生依赖，成瘾后，若体内烟碱含量低于一定水平，就会有烦躁、头胀、头疼等不适，再吸烟后可迅速改善。四、喹啉衍生物类生物碱结构特征为苯并吡啶（氮原子在α-位）。如抗疟药奎宁(quinine)。

喹啉奎宁第三节生物碱的分类五、异喹啉衍生物类生物碱异喹啉类生物碱是以异喹啉或四氢异喹啉为基核的一类生物碱，广泛分布于罂粟科、豆科、小檗科等植物。

结构特征为苯并吡啶（氮原子在β-位）。本类衍生物结构较多，又可分为：1.简单异喹啉：如存在于鹿尾中的降压成分萨苏林(salsoline)。异喹啉从鹿尾草中分离获得的，其果实和花中含有多种生物碱，以萨苏林(salsoline)和萨苏里丁(salsolidine)为主要成分，含量约0.3％，全草中也含有这些生物碱。

萨苏林能抑制血管运动的神经中枢，或直接作用于末梢神经，引起血压下降，但并不减低心脏跳动。可用于治疗高血压所引起的头疼头晕，服用6—10日可得恒久性血压降低的效果。萨苏里丁能抑制延髓血管运动中枢以降低血压，对原发性和内分泌型的高血压有效，虽比萨苏林的毒性高一些，但总的来说毒性较低。萨苏林R=H萨苏里丁R=CH3

2、1—苄基异喹啉类生物碱(1-benzylisoquinoline)有单苄基异喹啉衍生物。如具有解痉作用的罂粟碱papaverine)。种类达300余种，广泛分布在植物界，如防己科、罂粟科、毛茛科、小檗科、芸香科、番荔枝科等均已证明含有多种此类生物碱。

罂粟碱罂粟碱

厚朴碱

罂粟碱是白色针状结晶体，熔点147—148℃，易溶于热苯、冰乙酸、热乙醇，难溶于乙醚或氯仿，几乎不溶于水，呈弱碱性。其盐酸盐供药用

3、小檗碱(berberine)和原小檗碱(protoberberine)类生物碱

这类生物碱是由两个异喹啉环稠合而成，如黄连(Coptistchinensis)与三棵针(Berberispoiretii)等植物中所含的抗菌成分小檗碱(黄连素，berber—ine)，小檗碱中7、8、13、14位还原就构成了原小檗。原小檗碱

黄连素

4、吗啡烷生物碱

具有吗啡烷基团，既属于苄基异喹啉的衍生物，又同时是菲的部分饱和衍生物。代表性的有吗啡(morphine)、可待因、海洛因及防己碱(simmenine)，存在于罂粟科植物阿片中和防己科植物防己等(SinomeniumacutumRehderecWilson)的根茎中。

罂粟或白花罂粟的未成熟蒴果经用刀割裂，收集流出的汁液，空气中被日光照晒为黑色膏状物，称为阿片。阿片中含有多种生物碱，已分离出的单一成分在25种以上，其中以吗啡含量最高，平均在10％左右。其次是那可丁含量约4％以上，可待因的含量较少约0.3％～1.9％，蒂巴因的含量与可待因相似，罂粟碱的含量更低在0.8％以下。

吗啡可待因海洛因

吗啡是最常见的吗啡烷型生物碱，可待因是吗啡的甲基醚(甲基取代吗啡分子中酚羟基的氢原子)，麻醉剂海洛因是吗啡的二乙酰基衍生物，即二乙酰基吗啡(两个乙酰基分别取代吗啡分子中两个羟基的氢原子)。吗啡碱为白色结晶，味苦，具有镇咳和止痛作用，临床上用作麻醉剂和镇静剂。

吗啡(morphine)比较重要，对中枢神经有麻醉作用，有极快的镇痛效力，但易成瘾，不宜常用。

可待因与吗啡有相似的生理作用，可用以镇痛。

海洛因镇痛作用较大，并产生欣快和幸福的虚假感觉，但毒性和成瘾性极大，过量能致死，海洛因被列为禁止制造和出售的毒品。

六、吲哚衍生物类生物碱结构特征为苯并吡咯。如具有兴奋子宫作用的麦角新碱(ergometrine)

吲哚

麦角新碱20世纪60年代初发现存在于萝芙木中的降压药——吲哚类生物碱利血平(reserpine)和存在于长春花的治疗白血病高效药物吲哚类生物碱长春碱(vinblastine，VLB)与长春新碱(vineristine，VCR)以来，吲哚类生物碱的研究成为天然产物的化学研究的一个重要部分。已有陆续报道400多种吲哚类生物碱的分离与合成研究，常见的有利血平、长春新碱、麦角新碱等。

1．简单的吲哚类生物碱相思豆碱

毒扁豆碱

相思豆碱，作用于神经会产生狂燥、精神错乱；毒扁豆碱治疗青光眼。2．萝芙木生物碱

萝芙木又名蛇根草，属夹竹桃科，是一种热带植物，印度尼西亚民间则用作驱虫药，治疗蛇咬，又作解热止痛之用。近代药理研究发现其根有降低血压的作用，并分离出许多单一生物碱。最重要的是利血平(reserpine)有镇静与降血压作用，其他主要生物碱约有50种以上。到目前为止，由萝芙木属植物中分离出的生物碱已达百种以上。

白色针状结晶，为含酯的吲哚类生物碱，具弱碱性，不溶于水，易溶于氯仿、苯、冰乙酸，较难溶于乙醇、丙酮及乙醚。

利血平是吲哚衍生物，具有吲哚环的颜色反应。对光也比较敏感，容易变色，应遮光保存，

利血平临床证明对高血压病有较好的疗效，且毒性小，使用安全。利血平和利血胺的药理作用优良，用作镇静、镇定及降血压药物，供临床应用如以中国萝芙木中的弱碱性总生物碱供药用，称降压灵。3．长春生物碱

长春生物碱存在于重要的植物—夹竹桃科植物长春花中。

从长春花花、根、茎、叶、种子中可分离70余种生物碱，其中三分之一是属吲哚类化合物，主要的抗癌(抗白血病)有效成分如长春碱(VLB)．和长春新碱(VCR)，均属于吲哚类生物碱。

长春碱生物碱中，长春花碱具有一定程度的降低血糖作用，而且作用比较持久，而主要的抗癌生物碱为长春新碱和长春碱，尤其是长春新碱具有很强的抗癌活性，长春碱、长春新碱已用于临床治疗急性白血病、何杰金氏病、绒毛膜上皮癌等，对其他肿瘤也有一定疗效。长春新碱与长春碱的区别仅在于以N—CHO取代长春碱的N—CH3，但这个微小差别在疗效上却有很大区别。用于治疗白血病等疾病时，长春新碱远比长春碱剂量小(仅为长春碱的1／10)，疗效高，且副作用小；其硫酸盐已普遍用于治疗白血病及其他癌症，并且是治疗痛症各种复方药的常用药之一。七.嘌呤衍生物类生物碱

黄嘌啉

嘌啉

香菇嘌啉

咖啡因

八．莨菪烷类

结构特征为莨菪烷衍生物莨菪醇与有机酸缩合的酯。如茄科植物中具有解痉作用的莨菪碱(hyoscyamine)、东莨菪碱(scopolamine)。

莨菪烷

莨菪碱（阿托品）东莨菪碱

莨菪碱(hyoscyamine)是从曼陀罗的叶、花、根及种子中分离得到的生物碱，含量为0.2％～1.5％。莨菪碱是左旋生物碱，为细针状结晶，易溶于一般有机溶剂。将莨菪碱加热或用碱处理，即消旋化转化为阿托品，因而有人认为阿托品不是天然产物，而是在提取过程中的消旋化产物。阿托品是副交感神经抑制剂，常用于治疗肠胃及肾绞痛等症，同时有放大瞳孔的作用，医用阿托品为硫酸盐，熔点195～196℃，易溶于水。九．吗啡烷类结构特征为哌啶环垂直与多氢菲稠合。如吗啡(morphine)与可待因(codeine)。

吗啡烷

吗啡十．萜类生物碱

单萜类生物碱：龙胆碱（龙胆科）

倍半萜类生物碱：石斛碱（石斛）

二萜类生物碱：乌头碱（乌头、附子）

三萜类生物碱：少龙胆碱

石斛碱

解热、镇静作用来源于龙胆、秦艽解热、镇痛、助消化作用来源于兰科植物石斛石斛龙胆

十一、甾体类生物碱

本类生物碱都具有甾体母核，但氮原子均不在甾体母核内。

环常绿黄杨碱D十二.大环类生物碱N原子位于大环上，如美登素常见氮杂环类生物碱基本母核类型：吡咯

四氢吡咯

吡咯里西啶

吲哚里西啶

吲哚

蒎啶

吡啶

莨菪烷

喹喏里西啶

嘌呤类

吗啡烷类

苄基异喹啉原小檗碱型

小檗碱型

第一节生物碱概述第二节生物碱的分布第三节生物碱的分类第四节生物碱的性质第四章生物碱第五节有代表性的生物碱1、性状

形态：多呈结晶态；少数呈液态：小分子无氧或氧呈酯键-----烟碱、槟榔碱 个别有挥发性（小分子固体------麻黄碱极少数升华性-----------------咖啡因味道：多苦，极少甜味----------甜菜碱颜色：多无色或白色，少数呈色—小檗碱第四节生物碱的性质2、旋光性

多有旋光（不对称碳原子或不对称中心）多呈左旋性。生物活性与旋光活性密切相关，常左旋活性大右旋没生理活性或很弱

四、生物碱的性质第一节生物碱概述第二节生物碱的分布第三节生物碱的分类第四节生物碱的性质第四章生物碱第五节有代表性的生物碱一、胡椒碱

来源于胡椒科植物胡椒PipernigrumL.的干燥近成熟或成熟果实。针状或短棒状微黄色结晶，溶于乙醇、乙醚以及苯等多种有机溶剂，不溶于水。

胡椒碱是一种不产生药物依赖性的神经类药物，具有强大的戒毒和镇痛效果。其镇痛疗效与海洛因相当，但不会产生像海洛因那样的药物依赖性。

利用高纯度胡椒碱制成的戒毒针剂，是一种广谱高效的戒毒新药，几乎对所有毒瘾都具有强大的戒毒作用。

同时胡椒碱在国防工业上是制造催泪弹，催泪枪和防卫武器必不可少的重要原料。

第五节有代表性的生物碱二、菸碱烟碱又名尼古丁，是一种无色至淡黄色透明油状液体，是烟草中含氮生物碱的主要成分，在烟叶中的含量为1～3%。它能迅速溶于水及酒精中，通