生物碱的理化性质.
(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根源于生物界( 以植物为主 ) 的含氮的有机化合物，多半生物碱分子拥有较复杂的环状构造，且氮原子在环状构造内，大多呈碱性。
一般拥有生物活性。
二、生物碱在动、植物界的散布和存在状况生物碱主要散布在植物界，其散布的一般规律是：①绝大部分生物碱散布在高等植物中，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很少量生物碱散布在低等植物中，如烟碱存在于蕨类植物。
③科属亲缘关系邻近的植物，常含有同样构造种类的生物碱。
④生物碱在植物体内多半集中散布在某一部分或某些器官。
三、生物碱的分类及构造特点生物碱的分类方法主要有 3 种，按植物根源、生源门路和基本母核的构造种类分类。
( 一) 吡啶类生物碱此类生物碱构造简单，好多呈液态。
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、利血同等。
( 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、性状形态多半生物碱呈结晶形固体，有些为晶形粉末状; 少量生物碱为液体状态，这种生物碱分子中多无氧原子，或氧原子联合为酯键，如烟碱、槟榔碱等 ; 个别拥有挥发性 ( 麻黄碱 ) 、拥有升华性 ( 咖啡因、川芎嗪)。
滋味大部分生物碱具苦味，少量生物碱拥有其余滋味，如甜菜碱拥有甜味。
颜色绝大部分生物碱无色或白色，仅少量拥有较长共轭系统构造的生物碱呈不一样颜色。
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 等要素的影响。
中药化学生物碱讲义
中药化学第二章生物碱考点精要：1.生物碱的含义、存在形式及重要成分2.生物碱的结构与分类3.生物碱的理化性质（碱性及其与结构的关系、沉淀反应）4.生物碱的提取与分离5.生物碱的色谱检识6.实例：苦参、麻黄、黄连、川乌、洋金花、马钱子第一节基本内容一、生物碱的定义生物碱（Alkaloids）指来源于生物界的一类含氮有机化合物。
大多有较复杂的环状结构,氮原子结合在环内（特例：有机胺类生物碱N原子不在环内）；多呈碱性，可与酸成盐；多具有显著的生理活性。
一般来说，除氨基酸、氨基糖、肽类、蛋白质、核酸、核苷酸以及含氮维生素等动、植物体必需的含氮有机化合物外，其他含氮有机化合物均可视为生物碱。
二、生物碱的分布宝马别逗罂粟（毛茛科、马钱科、茄科、豆科、罂粟科）防己终于小破（防己科、吴茱萸属、小檗科）存在形式①酰胺形式；②游离形式：少数极弱碱，如那可丁；③有机酸盐形式：绝大多数生物碱，如柠檬酸盐、草酸盐、酒石酸盐、琥珀酸盐等；④无机酸盐形式：少数盐酸生物碱，如盐酸小檗碱、硫酸吗啡等；⑤极少数以N-氧化物、生物碱苷等形式存在。
三、生物碱的分类及结构特征（一）吡啶类生物碱此类生物碱多来源于赖氨酸，是由吡啶或哌啶衍生的生物碱，其结构简单，数量较少，主要有两种类型。
1.简单吡啶类此类生物碱分子较小，结构简单，很多呈液态。
如槟榔中的槟榔碱、槟榔次碱，烟草中的烟碱，胡椒中的胡椒碱等。
2.双稠哌啶类由两个哌啶环共用一个氮原子稠合而成的杂环，具喹喏里西啶的基本母核。
主要分布于豆科、石松科和千屈菜科。
如苦参中的苦参碱、氧化苦参碱，野决明中的金雀花碱等。
（二）莨菪烷类生物碱此类生物碱多来源于鸟氨酸，由莨菪烷环系的C3-醇羟基与有机酸缩合成酯。
主要存在于茄科的颠茄属、曼陀罗属、莨菪属和天仙子属。
重要的化合物有莨菪碱、古柯碱等。
（三）异喹啉类生物碱这类生物碱来源于苯丙氨酸和酪氨酸系，具有异喹啉或四氢异喹啉的基本母核，在植物中分布广泛，数目较多，具有多方面的生物活性。
生物碱理化性质——碱性(精)
（一） 碱性的产生及其强度的表示
+
N: +
H+
=
N: H
生物碱
生物碱盐
氮原子具有孤电子对 能给出电子或接受质子而显碱性
碱性强度用酸式离解常数pKa 和碱式离解常数pKb表示 pKa=pKw－pKb=14－pKb
pKw 为水的离解常数 pKa越大，碱性越强
生物碱分类
弱碱性生物碱（pKa2～7）
接受质子的能力，因而碱性降低
2.诱导效应
CH2 CH CH3 NH2
CH CH CH3 OH NH2
苯异丙胺 pKa 9.8
去甲麻黄碱 9.0
N原子连接吸电基团则使碱性减弱
3.共轭效应
氮原子孤电子对处于p-π共轭体系时，碱性减弱
苯胺 环己胺 吡咯 （pKa=4.58） （pKa=10.14） （pKa=-0.7）
莨菪碱（pKa=9.65）
东莨菪碱（pKa=7.50）
5.分子内氢键 若能形成稳定的分子内氢键，可使碱性增强 （指成盐时接受的质子能形成稳定的分子内氢键）
（pKa 6.32）
（pKa 5.20）
中强碱性生物碱（pKa7～11）
强碱性生物碱（pKa＞11）
N原子的结合状态与碱性的关系 季铵、胍类： pKa＞11 脂胺、脂氮杂环：pKa 8~11 芳胺、芳氮杂环： pKa 3～7
11.5
NH
N H
N H
11.27
N H
11.2
9.5
N
N
N
5.19
O H3C
4.94
CH3
5.14
N N CH3 N
3.共轭效应 氮原子处于酰胺结构中，其孤对电子对与羰基的
天然药物化学：第十一章 生物碱2
天然药物化学
麻黄碱
9.58
石蒜碱
pKa 6.4
二氢石蒜碱
8.4
（2）静电场效应
天然药物化学
分子中同时含有2个N原子时，第一个N质子 化后，产生一个强的吸电基团（-+NHR2）， 对第二个N原子产生两种碱性 的效应：
静电场效应：通过空间静电引力（空间近，作用强） 诱 导 效 应：通过碳链传递（碳链长，作用减弱）
天然药物化学
（1）N-sp3（氨型）： ↑ ↑ ↑ ↑↓
碱性较强：pKa 7~12
？
• 脂肪烃胺类
pKa 9.58
• 脂环烃胺类
pKa 9.50
NH
天然药物化学
（3）N-sp2不等性杂化（吡啶型等） ↑ ↑ ↑↓ ↑
碱性较弱：pKa 2~7 A类：
吡啶 pKa 5.25
喹啉 4.94
异喹啉 5.40
---------粉红色沉淀 碘化汞钾试剂（Mayer’s reagent）------类白色沉淀 碘化铋钾试剂（Dragendorff’s reagent）----黄至橙色沉淀 改良碘化铋钾试剂 ------TLC或PC显色剂
橙色斑点
天然药物化学
注意： （1） 假阳性反应
蛋白质、多肽、氨基酸、多糖、鞣质、某些苷类、 有共轭双键的羰基化合物等 需预处理，排除干扰
亲水性生物碱： 易溶于水，难溶于有机溶剂 可溶于甲（乙）醇
特殊结构：
含酸性基团(酚OH、COOH)：溶于稀碱水（酸碱两性） 含内酯环：遇碱内酯环开裂成盐而溶解，加酸还原
天然药物化学
亲脂性生物碱： 多数仲胺、叔胺生物碱
例外：
HO C H
CH3 CH
NH2CH3
1第四节 生物碱的理化性质
1第四节 生物碱的理化性质
14
1、游离生物碱的溶解性
①亲脂性：仲胺、叔胺生物碱
功能更多
②亲（酸、碱）水性：酚性生物碱、内 酰胺型、内酯型
③亲（酸、碱、中性）水性：液体生物 碱、含N—氧化物的生物碱、季胺碱 类、含胍基的生物碱、含羧基的生物 碱（本身可形成内盐，如那碎因）
可溶于氢氧化钠溶液中
O
HO
O
N+OH-
MeO
N+OH-
OMe
OMe
OMe
小檗碱（黄连素）
berberine
1第四节 生物碱的理化性质
OMe
药根碱 jatrorrhizine
18
液体生物碱
N
N
CH3
烟碱（尼古丁）
1第四节 生物碱的理化性质
19
但有少数游离生物碱不具有 亲脂性
1第四节 生物碱的理化性质
旋光性物质
1第四节 生物碱的理化性质
7
只有手性分子才具有旋光性
手性分子：分子的立体构象不具有对称性
对称性：
➢ 对称面：如果一个分子能被一个假想的平 面切分成互为镜面与实物关系的两半。此 平面则称为对称面。
➢ 对称中心：当分子中从 一个原子到某一 假想的点的连线，再延长到等距离处，若 能遇到一个相同的原子，则这个假想的点 就称为对称中心。
➢ 麻黄碱在氯仿中呈左旋光性，但在水中， 则变为右旋光性。
➢ 某些游离碱与其相应盐类的旋光性并不一 致。如氯仿中吐根碱呈左旋光性，但其盐 酸盐则呈右旋光性。
1第四节 生物碱的理化性质
10
手性分子的对映异构体的生理活性不 一定相同：如莨菪碱的左旋体的散瞳 作用是右旋体的100倍，去甲乌药碱仅 左旋体具有强心作用。可见，多数生 物碱的左旋体呈显著的生理活性，而 右旋体无活性或者活性很弱。
生物碱理化性质
四、生物碱的性质
3）共轭效应
N原子上孤对电子形成p- π共轭时，碱性 减弱。
苯胺型
酰胺型
烯胺型
共轭效应
苯胺能形成p-π共轭的N原子碱性弱于不能形成共轭的N原子
酰胺的N原子碱性极弱，接近中性
O CN
O CN
O N
H3CO
H3CO CH3O
HO N C CH3 O
O
胡椒碱
piper ine
pKa = 1.42
本章内容
四、生物碱的性质
（一） 生物碱的性状
组成 形态 味道
多数含有C、H、O、N，少数含有S、Cl 多为结晶性固体，有些为非晶性粉末，少数为液体(如 烟碱、槟榔碱)
多具苦味(盐酸小檗碱)，少数呈辛辣味
颜色
一般无色或白色；少数具有长链共轭体系的具有一定 颜色。如，小檗碱：黄色；小檗红碱：红色；一叶萩 碱：淡黄色
四、生物碱的性质
（四）生物碱的检识
1. 沉淀反应 与某些试剂生成难溶于水的复盐或配合物的反应。
沉淀试剂
生成不溶性加成物：碘化铋钾、碘化汞钾等
重金属盐类
生成疏松的配合物: 碘-碘化钾试剂 生成不溶性盐类: 硅钨酸、苦味酸、磷钼
酸试剂等
四、生物碱的性质
试剂名称
组成
碘化物复盐类：
碘-碘化钾试剂 碘化汞钾试剂 碘化铋钾试剂 重金属盐类：
OCH3
秋水仙碱
colchicine pKa = 1.84
烯胺
R NC C
R'
叔烯胺
R NC C
H
仲烯胺
H+
R
N C CH
OH-
R'
R H+
第二节 生物碱的性质和检识
第二节生物碱的性质和检识一、物理性质（一）性状1、形态：多数生物碱呈结晶形固体，有些为非晶形粉末状；少数为液体（如烟碱、槟榔碱、羽扇豆碱），这类生物碱分子中多无氧原子，或氧原子结合为酯键2、味道：多具苦味，少数呈辛辣味；少数生物碱具有其它味道，如甜菜碱为甜味3、颜色：一般无色或白色；少数具有长链共轭体系的具有一定颜色如图；少数与溶液pH值有关，如一叶萩碱（黄色），成盐后则无色；书上：血根碱无色，而其盐酸盐呈红色。
4、挥发性与升华性：多无挥发性，只有个别小分子生物碱具挥发性（如，麻黄碱，可随水蒸气蒸馏而逸出），少数具升华性（咖啡因）（二）旋光性产生条件：具有手性碳原子或手性分子。
即凡是具有手性碳原子或本身为手性分子的生物碱，则具有旋光性，多为左旋呈显著生物活性（左旋肉碱）。
反之则无，如小檗碱没有旋光性。
生物碱的旋光性受溶剂、pH等因素的影响。
少数产生变旋现象：如麻黄碱在氯仿中呈左旋光性，而在水中则呈右旋光性；烟碱在中性条件下呈左旋光性，而在酸性条件下则呈右旋光性；研究意义：生理活性与旋光性密切相关，一般情况下，。
一般地，左旋体呈显著的生理活性，而右旋体则无或很弱。
如：，如乌头中存在的左旋去甲乌头碱具有强心作用，但存在于其它植物中右旋去甲乌头碱则无强心作用（三）溶解性生物碱类成分的结构复杂，其溶解性有很大差异，与其分子中N原子的存在形式、极性基团的有无、数目以及溶剂等密切相关。
可分为以下几种情况。
1．亲脂性生物碱的溶解性这类生物碱的数目较多，绝大多数叔胺碱和仲胺碱属于亲脂性生物碱。
（1）游离生物碱易溶于乙醚、苯、卤代烷类等亲脂性有机溶剂，尤其在氯仿中的溶解度较大；可溶于甲醇、乙醇、丙酮、醋酸乙酯等有机溶剂；难溶或不溶于水。
（2）生物碱盐易溶于水，其无机盐在水中的溶解度大于有机酸盐；可溶于甲醇、乙醇；难溶或不溶于亲脂性有机溶剂。
少数生物碱盐的溶解性不符合一般规律。
如奎宁、奎宁尼丁、辛可宁、吐根酚碱等生物碱的盐酸盐可溶于氯仿，麻黄碱草酸盐难溶于水。
生物碱类成分的主要性质及分析特征
2. 溶解性 由于生物碱结构复杂，生物碱的溶解性也是多样化。 • 大多数生物碱成分极性较小，游离状态下难溶于水,易溶 氯仿、乙醚、乙醇、丙酮及苯等有机溶剂， • 与酸结合生成生物碱盐后水溶性增加，但与生物碱结合 的酸不同，生成的盐水溶性也有差异，一般含氧无机酸及 小分子有机酸的生物碱盐水溶性较大。
5．碱性 • 大多数生物碱呈碱性反应，能使红色石蕊试纸变蓝。生 物碱之所以能显碱性，是因为它们分子中氮原子上的孤电 子对对质子有一定程度的亲和力，因而表现出碱性。 6．紫外光谱特征 • 结构中具有共轭体系的生物碱均有紫外吸收，其中包括 结构母核即为共轭体系的和只有部分结构为共轭系统的。 • 紫外光谱的吸收峰位置除与其他化合物一样与共轭系统 中助色团的种类、位置、数量有关外，需要特别指出的是， 结构中的氮原子与发色团直接连接或参与发色团的生物碱， 其吸收峰位置还与测定时溶剂的pH有关。
二、生物碱类成分分析方法
（一）单体生物碱分析
1、定性鉴别 沉淀反应是生物碱理化鉴别常用方法，主要利用生物 碱能与一些试剂生成沉淀这一特性。此反应一般在酸性水 溶液中进行。
2、单体生物碱的含量测定 （1）薄层色谱法 此法简便、快捷。选用的吸附剂、展开剂及显色方法与鉴别严格，但 比鉴别严格。 （2）高效液相色谱法 可用液-液分配色谱法、液-固吸附 色谱法以及离子交换色谱法。 （3）气相色谱法
强碱滴定生物碱盐时,在70%-90%的乙醇介质中终点比 在水中明显,因此常将生物碱盐溶于90%乙醇,再用标准碱 乙醇液滴定. 酸碱滴定法指示反应终点可用指示剂和各种电位法。 • 分光光度法 目前多用单波长光度法，测定波长可选用待测生物碱 成分本身的吸收波长，也可加入某些试剂如亚硝酸钠试剂、 雷氏盐试剂及酸性染料等反应显色后用可见光波测定。 常用方法：直接测定、离子对萃取比色法
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
pKa: <2
2-7
极弱碱 弱碱
9
7-11
中强碱
>11
强碱
二 碱性
影响因素
10
杂化方式 电子效应 立体因素 分子内氢键 互变异构
二 碱性
3.影响碱性强弱的因素 （1）杂化方式
SP3 > SP2 > SP
N
NCN C
pKa: 10 5-6 0-1
11
吡啶 pKa=5.2
N
胡椒啶 pKa=11.2
N
4
一 一般性质
O
O
O
O
N
N＋
H
一叶萩碱 （黄色）
一叶萩碱成盐后则无色。
5
一 一般性质
3.味 觉——多具苦味（甜菜碱除外）
4.挥发性、升华性——多无挥发性，少数具挥发性
（麻黄碱）、具升华性（咖啡因） 。
5.旋光性——多为左旋光性。受溶剂的影响有的产
生变旋现象。
如：菸碱 中性溶液——左旋光性
酸性溶液——右旋光性
-
7
++ ++
二 碱性
1.碱性的来源
N +H
NH
生物碱
2. 碱性强弱的表示方法
BH+ + H2O
B + H3O+
生物碱盐
Ka= B H3O+ BH+
8
二 碱性
2. 碱性强弱的表示方法
B pKa= pH - lg
BH+
游离碱浓 度
成盐碱浓 度
pKa= - lgKa pKb= - lgKb pKa + pKb = 14
16
二 碱性
3.影响碱性强弱的因素 （3）立体因素
如在东莨菪碱中，由于三元氧环的存在，对 氮原子上的孤对电子产生显著的立体效应，使N原 子不容易给出电子，所以碱性减弱。
17
二 碱性
3.影响碱性强弱的因素 （4）分子内氢键
若能形成稳定的分子内氢键，可使碱性增强。 （指成盐时接受的质子能形成稳定的分子内氢键）
14
二 碱性
3.影响碱性强弱的因素 （2）电子效应
氮原子孤电子对处于P~π共轭体系时，碱性减弱。
酰胺结构
15
胡椒碱 pKa=1.42
咖啡因 pKa=1.22
二 碱性
3.影响碱性强弱的因素 （2）电子效应
诱导——场效应：碱性降低。
N pKa=5.2
N 1
N
Me
2
Me
pKa=10.4
N
pKa N1=8.2 pKa N2=3.4
6
多数左旋体呈显著生理活性。
一 一般性质
6.溶解度 (1) 游离碱
*酸、碱均为1%。
类别 非酚性
极性 溶解性 H2O CHCl3 H+ OH较弱 脂溶性 - + + -
季铵碱
强 水溶性 + - + +
氮氧化物 半极性 中等水溶 + ± + +
两性: Ar-OH 较弱 脂溶性 - +
-COOH 强 水溶性 +
18
二 碱性
3.影响碱性强弱的因素 （4）分子内氢键
和钩藤碱 pKa=6.32
异和钩藤碱 pKa=5.20
19
二 碱性
碱性强弱顺序：
氨
+-
N OH > 季铵
NH> 仲胺
NH2
伯胺
>N> 叔胺
Ar-NH2
芳胺
O
>N
H
酰胺
供电 碱性↑ 共轭、诱导吸电 碱性↓
结构中有-COOH、Ar-OH基团，则为两性生物碱
第十章 生物碱
（Alkaloids）
1
本章内容
第一节 概述 第二节 化学结构及分类
第三节 理化性质
2
一 一般性质
1.性状——多为结晶固体，少为粉末；有熔点。 少数常温下——液体（烟碱、槟榔碱）
毒藜碱 dl-anabasine
3
菸碱 nicotine
槟榔碱 arecoline
一 一般性质
2.颜色——多为无色或白色，少数有色。
二 碱性
3.影响碱性强弱的因素
（2）电子效应
NH3
Me NH2
Me
Me NH
胺
伯胺
仲胺
pKa: 9.3
10.6
10.7
Me
Me N Me
叔胺
9.74
连接供电基团则使碱性增强。12Fra bibliotek二 碱性
3.影响碱性强弱的因素 （2）电子效应
A
B
a
b
13
二 碱性
3.影响碱性强弱的因素 （2）电子效应
氮原子附近若有吸电基团，碱性减弱。
20