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中药化学之生物碱
生物碱思维导图，包括乌头生物碱、马钱子、洋金花、汉防己、黄连生物碱、苦参、麻黄等生物碱的结构类型及理化性质与鉴别方法。
编辑于2022-01-13 01:04:32- 生物碱
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中药化学
生物碱
概述（熟悉
一、 生物碱的定义
1||| 指天然产的一类含氮的有机化合物；
2||| 多数具有碱性且能和酸结合生成盐；
3||| 大部分为杂环化合物且氮原子在杂环内；
4||| 多数有较强的生理活性。
二、 生物碱的分布
生物碱主要分布在植物界，绝大多数存在于高等的双子叶植物中
三、 生物碱的生物合成
氨基酸途径
四、 存在形式
有机酸盐、无机酸盐、游离状态、酯、苷等。
结构与分类（掌握)
一、 按生源结合化学分类（分类及代表化合物）
1. 鸟氨酸系生物碱
1||| 吡咯烷类
（水苏碱，山莨菪）
2||| 莨菪烷类
（莨菪碱
3||| 吡咯里西啶类
（大叶千里光碱、烟碱）
2. 赖氨酸系生物碱
1||| 哌啶类
槟榔碱，胡椒碱，槟榔次碱
2||| 喹诺里西啶类
苦参碱
3||| 吲哚里西啶类一
叶秋碱，麻黄碱
3. 苯丙氨酸和酪氨酸系生物碱
1||| 苯丙氨酸类
（麻黄碱）
2||| 异喹啉类
（小檗碱系，延胡索乙素，厚朴碱）
3||| 苄基苯乙胺类
（石蒜碱，吲哚，靛青甘
4|||
4. 色氨酸系生物碱
简单吲哚类，色胺吲哚类，半萜吲哚类，单萜吲哚类（利血平）
5. 邻氨基苯甲酸系生物碱
6. 组胺系生物碱
7. 萜类生物碱
单萜类倍，半萜类，二萜类，三萜类
8. 甾体类生物碱
二、 生物碱的常见结构类型有哪些？（考题）
1. 吡啶类：
主要是喹喏里西啶类（苦参所含生物碱，如苦参碱）
2. 莨菪烷类：
洋金花所含生物碱，如莨菪碱。
3. 异喹啉类：
1||| 苄基异喹啉类（如罂粟碱）
2||| 双苄基异喹啉类（汉防己所含生物碱，如汉防己甲素）
3||| 原小檗碱类（黄连所含生物碱，如小檗碱）
4||| 吗啡类（如吗啡、可待因）
4. 吲哚类：
1||| 色胺吲哚类（如吴茱萸碱）
2||| 单萜吲哚类（马钱子所含生物碱，如士的宁）
3||| 二聚吲哚类（如长春碱、长春新碱）
5. 萜类：
乌头所含生物碱（如乌头碱）、紫杉醇。
6. 甾体：
贝母碱
7. 有机胺类：
麻黄所含生物碱，如麻黄碱、伪麻黄碱。
理化性质（掌握）
物理性质
1. 性状
（1） 形态：
a. 多为结晶固体，少为粉末；
b. 个别液体
c. 有熔点；
（2） 颜色：
多为无色或白色，少数有色。
（3） 挥发性：
无挥发性，少数具挥发性
（4） 味觉：
多具苦味
2. 旋光性
多为左旋光性
3. 溶解度（碱性，极性）
成盐生物碱
（1） 多易溶于水，不溶或难溶有机溶剂；
（2） 含氧酸盐的水溶性往往较大；
（3） 与大分子有机酸所形成的盐水溶性差
（4） 与小分子有机酸或无机酸成盐水溶性较好。
生物碱的溶解性有何规律？
（1） 亲脂性生物碱
易溶于亲脂性有机溶剂（如氯仿、乙醚），可溶于醇类溶剂，难溶于水；
（2） 生物碱盐
难溶于亲脂性有机溶剂，可溶于醇类溶剂，易溶于水。
（3） 季铵型生物碱
难溶于亲脂性有机溶剂，可溶于醇类溶剂，易溶于水、酸水、碱水。
（4） 一些小分子生物碱
既可溶于水，也可溶于氯仿，如麻黄碱、苦参碱、秋水仙碱等
（5） 具有羧基的生物碱
可溶于碱水，如碳酸氢钠水溶液；
（6） 具有酚羟基的生物碱，
可溶于苛性碱溶液，如吗啡、青藤碱
（7） 具有内酯（或内酰胺）结构的生物碱
可溶于热苛性碱溶液，如喜树碱。
化学性质
1. 碱性
1. 生物碱分子中氮原子上的孤对电子能给出电子或接受质子而使生物碱显碱性。
2. 生物碱的碱性大小用pKa（生物碱的共轭酸的解离常数的负对数）表示，pKa大，生物碱的碱性强。此处需要注意pKa、pKb、Ka、Kb四者之间的相互关系，它们与生物碱碱性大小的关系为：pKa大、pKb小、Ka小、Kb大，生物碱的碱性强，反之则弱。pKa值大小胍基>季铵碱>N-杂环>脂肪胺≈N-芳杂环>酰胺≈吡咯（pKa<2为极弱碱；pKa2~7为弱碱；pKa7~11为中强碱；pKa11以上为强碱。）
3. 生物碱碱性与分子结构的关系
（1） 杂化方式：碱性随着杂化程度的升高而增强(sp3>sp2>sp)
（2） 电效应：
诱导效应：烷基的供电子诱导效应使碱性增强；苯基、羰基、酯基、醚基、羟基、双键（含双键或氧原子的基团）的吸电子诱导效应使碱性降低。供电基，使碱性增强；吸点基，使碱性减弱（注：具有氮杂缩醛结构的生物碱常易于质子化而显强碱性。）
能互变异构的条件：
①环叔胺分子，氮原子的α、β位有双键；
②环叔胺分子，氮原子的α位有-OH；
③处于稠环桥头的N，不能异构化。
（3） 共轭效应
双键
共平面的p-π共轭使碱性减弱）大部分共轭效应使碱性降低，其中苯胺型、酰胺型生物碱碱性降低明显，如胡椒碱、秋水仙碱、咖啡碱；
烯胺型生物碱大部分碱性降低，个别碱性增强，如蛇根碱。
（4） 空间效应
碱性降低，如叔胺碱的碱性一般弱于仲胺碱。
东莨菪碱碱性小于莨菪碱，甲基麻黄碱的碱性小于麻黄碱即是因为这个缘故。
（5） 氢键效应
氢键效应：碱性增强，如麻黄碱的碱性小于伪麻黄碱
2. 沉淀反应
沉淀试剂及变化
1||| 碘化铋钾试剂
黄色至橘黄色无定形沉淀
2||| 碘化汞钾试剂
类白色沉淀
3||| 碘－碘化钾试剂
红棕色无定形沉淀
4||| 硅钨酸试剂
淡黄色或灰白色无定形沉淀
5||| 磷钼酸试剂
白色或黄褐色无定形沉淀
6||| 苦味酸试剂
黄色沉淀或结晶
7||| 雷氏铵盐试剂
红色沉淀或结晶
注意：在酸性条件下进行,主要应用于季胺碱的分离。氧化铝柱色谱纯化。
3. 显色反应
显色试剂及变化
1||| Marquis（含少量甲醛的浓硫酸试剂）
吗啡紫红色
可待因蓝色
2||| Frohde（1%钼酸纳的浓硫酸试剂
a. 吗啡紫色转棕色
b. 小檗碱棕绿色
c. 利血平黄色转蓝色
d. 乌头碱黄棕色
3||| Mandelin（1%钒酸铵的浓硫酸试剂）
a. 莨菪碱红色
b. 奎宁淡橙色
c. 士的宁蓝紫色
4. 特性反应
1. 麻黄生物碱
（1） CS2-CuSO4
棕色沉淀
（2） 铜铬盐反应
蓝紫色，乙醚振摇后，乙醚红色，水层蓝色
2. 小檗碱
（1） 丙酮加成反应
黄色结晶
（2） 漂白粉显色反应
水溶液黄色转为樱红色
3. 莨菪烷类生物碱反应
（1） 氯化汞沉淀反应
a. 莨菪碱黄色沉淀转红色沉淀
b. 东莨菪碱白色沉淀
（2） Vitali反应
深紫色转暗红色，颜色消失
（3） 过碘酸氧化乙酰丙酮缩合反应
黄色（DDL）
4. 士的宁呈色反应
（1） 硝酸
淡黄色，遇氨气变紫红色
（2） 浓硫酸，重铬酸钾
蓝紫色转紫堇色，最终橙黄色
5. 马钱子碱呈色反应
硝酸
深红色，加氯化亚锡转紫色
提取与分离（掌握）
总生物碱的提取
（1） 酸水提取（0.5％～1％硫酸溶液等
使脂溶性生物碱转变为生物碱盐溶于水中提出，水溶性杂质较多，需用阳离子交换树脂或有机溶剂萃取纯化
（2） 醇类溶剂提取法
相似相溶（生物碱及其盐溶于醇）
脂溶性杂质较多，用“酸水－碱化－亲脂性溶剂萃取”进行纯化
（3） 亲脂性有机溶剂提取法（氯仿、苯、乙醚等）
相似相溶(提取脂溶性生物碱）
水溶性杂质少，可用酸水萃取去除脂溶性杂质(药材要先用碱水润湿）
生物碱分离
（1） 总生物碱的初步分离
根据生物碱的碱性强弱、酚羟基的有无及溶解性能，将生物碱初步分成弱碱性生物碱、中强碱性生物碱和强碱性生物碱、水溶性生物碱和酚性、非酚性生物碱五类。
（2） 生物碱单体的分离
萃取法、沉淀法、盐析法、结晶法、色谱法等
看具体生物碱
生物碱的检识（掌握）
1. 理化检识
（1） （沉淀反应
进行生物碱沉淀反应时需注意什么问题？
1||| 常用沉淀试剂
碘化物复盐、重金属盐、大分子酸，其中碘化铋钾试剂（Dragendorff试剂）最为常用。雷氏铵盐试剂可用于水溶性生物碱的分离。
2||| 反应条件：稀酸水溶液
3||| 假阳性
蛋白质、多肽、鞣质等可引起假阳性，需净化。净化方法为酸水提取液碱化后氯仿萃取，氯仿萃取液再用酸水萃取，取酸水萃取液进行沉淀反应。
4||| 假阴性
麻黄碱、咖啡碱与多数生物碱沉淀试剂不能发生沉淀反应。
5||| 应用
物碱预识；生物碱提取、分离、纯化；生物碱检识（薄层或纸层色谱显色剂）
（2） 显色反应
同理化性质
2. 色谱检识
1||| TLC（检识脂溶性生物碱）显橙色斑点
2||| PC（检识极性大的生物碱）显橙色斑点
3. 波普
H-NMR生物碱最有力
不同N上的质子范围
1||| 脂肪胺
0.3-2.2
2||| 芳香胺
2.6-5.0（较低场）
3||| 酰胺
5.2-10（最高场）
8、乌头生物碱的结构类型是什么？有何主要理化性质和鉴别方法？
一、 结构类型
乌头主要含有二萜类生物碱，大多属于四环或五环二萜类衍生物
主要生物碱有乌头碱、次乌头碱和美沙乌头碱等
这三个生物碱分子结构中由于在C-14和C-8位有两个酯键，故称为双酯型生物碱
二、 理化性质
1. 水解性
（1） 乌头碱、次乌头碱和美沙乌头碱等双酯型生物碱，具麻辣味，毒性极强，是乌头的主要毒性成分
（2） 若将双酯型生物碱经水解除去酯基，生成单酯型生物碱（乌头次碱等）或无酯键的醇胺型生物碱（乌头原碱等），则毒性降低
2. 溶解性
乌头碱、次乌头碱和美沙乌头碱的盐酸盐均可溶于氯仿。
三、 鉴别方法
纸色谱鉴别
多缓冲纸色谱鉴别
a. 乌头碱、次乌头碱和美沙乌头碱等双酯型生物碱停留在pH3的缓冲带中
b. 乌头原碱等醇胺型生物碱停留在原点。
7、马钱子生物碱的结构类型是什么？有何主要理化性质和鉴别方法？
一、 结构类型
马钱子生物碱属于吲哚类衍生物
1. 主要生物碱是士的宁（番木鳖碱）和马钱子碱
2. 二者味均极苦，具强毒性，是马钱子的主要毒性成分。
二、 理化性质
1. 溶解性
1||| 马钱子碱硫酸盐水溶性小于士的宁硫酸盐，易从水中结晶析出
2||| 士的宁盐酸盐水溶性小于马钱子碱盐酸盐，易从水中析出。据此可分离士的宁和马钱子碱。
2. 碱性
士的宁和马钱子碱的分子结构中均有两个氮原子，但只相当于一元碱
其中吲哚环上的氮原于呈内酰胺结构，几无碱性
另一个氮原子为叔胺状态，呈中等强度碱性
三、 鉴别方法
1. 硝酸反应
a. 士的宁与硝酸作用呈淡黄色，蒸干后的残渣遇氨气即变为紫红色
b. 马钱子碱与浓硝酸接触呈深红色，继加氯化亚锡，由红色转为紫色
2. 浓硫酸-重铬酸钾反应
a. 士的宁初呈蓝紫色，缓变为紫堇色，最后为橙黄色
b. 马钱子碱则颜色与士的宁不同
6、洋金花生物碱的结构类型是什么？有何主要理化性质和鉴别反应？
一、 结构类型
1. 洋金花生物碱属于莨菪烷衍生物，是由莨菪醇类（莨菪醇、山莨菪醇、东莨菪醇、去甲莨菪醇）和莨菪酸类（莨菪酸、羟基莨菪酸）结合生成的一元酯类化合物
2. 主要生物碱有莨菪碱（其外消旋体称阿托品）、东莨菪碱、山莨菪碱、樟柳碱和去甲莨菪碱等。
二、 理化性质
1. 旋光性
（1） 莨菪碱在酸碱接触下或加热，可通过烯醇化，发生外消旋，成为阿托品
（2） 除阿托品无旋光性外，其他生物碱均具有左旋光性
2. 碱性
莨菪碱＞山莨菪碱＞东莨菪碱
（1） 莨菪碱无立体效应障碍，碱性较强
（2） 东莨菪碱和樟柳碱由于立体效应的影响，碱性较弱
（3） 山莨菪碱碱性介于莨菪碱和东莨菪碱之间。
3. 溶解性
（1） 莨菪碱（或阿托品）亲脂性较强，可溶于四氯化碳，难溶于水
（2） 东莨蓉碱有较强的亲水性，可溶于水，难溶于四氯化碳。樟柳碱的溶解性与东莨菪碱相似。
4. 水解性
因分子结构中具有酯键，洋金花生物碱在碱性水溶液中受热可发生水解反应。
三、 鉴别反应
（1） 洋金花生物碱具有一般生物碱的通性，能与多种生物碱沉淀试剂产生沉淀反应
（2） 特征性鉴别反应
1||| 氯化汞沉淀反应
a. 莨菪碱的碱性较强
莨菪碱（或阿托品）与氯化汞反应生成黄色沉淀
加热后沉淀变为红色
b. 东莨菪碱的碱性较弱
东莨菪碱则与氯化汞反应生成白色沉淀，
加热后沉淀仍为白色
2||| Vitali反应
a. 莨菪碱（或阿托品）、东莨菪碱、山莨菪碱和去甲莨菪碱可发生Vitali反应，用发烟硝酸处理后，再与苛性碱醇溶液反应，显深紫色
b. 而樟柳碱为阴性反应
3||| 过碘酸氧化乙酰丙酮缩合反应
a. 樟柳碱可与过碘酸、乙酰丙酮在醋酸铵溶液中发生缩合反应，生成二乙酰基二甲基二氢吡啶（DDL）显黄色反应
b. 而莨菪碱（或阿托品）、东莨菪碱、山莨菪碱和去甲莨菪碱为阴性反应
5、汉防己生物碱的结构类型是什么？有何主要理化性质？如何提取分离？
一、 结构类型
（1） 汉防己甲素和汉防己乙素均为双苄基异喹啉衍生物，氮原子呈叔胺状态
（2） 轮环藤酚碱为季铵型生物碱
二、 理化性质
（1） 碱性
1||| 汉防己甲素和汉防己乙素分子结构中均有两个处于叔胺状态的氮原子，碱性较强
2||| 轮环藤酚碱属于原小檗型季铵碱，具强碱性。
（2） 溶解性
1||| 汉防己甲素和汉防己乙素亲脂性较强，具有脂溶性生物碱的一般溶解性
2||| 取代基的差异
汉防己甲素
甲氧基
极性较小，能溶于冷苯
汉防己乙素
酚羟基
极性较大，难溶于冷苯
3||| 轮环藤酚碱为水溶性生物碱，可溶于水、甲醇、乙醇，难溶于乙醚、苯等亲脂性有机溶剂。
三、 提取分离
汉防己用乙醇提取得总生物碱
总生物碱溶于稀酸水
碱化
溶剂萃取法
后用冷苯萃取出汉防己甲素
再用氯仿萃取出汉防己乙素
轮环藤酚碱为水溶性生物碱，仍留在碱水层
氧化铝柱色谱法
汉防己甲素极性小，先被洗脱
汉防己乙素极性大，后被洗脱
4、黄连生物碱的结构类型是什么？小檗碱有何主要理化性质和鉴别反应？
一、 结构类型
1. 黄连生物碱主要包括小檗碱、巴马丁、黄连碱、甲基黄连碱、药根碱、木兰碱等，均属于苄基异喹啉衍生物
2. 除木兰碱为阿朴菲型外都属于原小檗碱型，且都是季铵型生物碱
3. 小檗碱含量最高（可达10%），有抗菌、抗病毒作用。
二、 理化性质
1. 性状
（1） 小檗碱为黄色针状结晶，加热至110℃变为黄棕色，于160℃分解
（2） 盐酸小檗碱加热至220℃分解，生成红棕色的小檗红碱
2. 碱性
小檗碱属季铵型生物碱，可离子化而呈强碱性，其pKa值为11.50。
3. 溶解性
（1） 游离小檗碱能缓缓溶解于水中，易溶于热水或热乙醇，在冷乙醇中溶解度不大
（2） 小檗碱的盐酸盐在水中的溶解度较小，较易溶于沸水，难溶于乙醇。
（3） 小檗碱与大分子有机酸，如甘草酸、黄芩苷、大黄鞣质等结合，形成的盐在水中的溶解度都很小。
4. 互变异构
（1） 小檗碱一般以季铵型生物碱的状态存在，可以离子化呈强碱性，能溶于水，溶液为红棕色
（2） 但在其水溶液中加入过量强碱，季铵型小檗碱则部分转变为醛式或醇式，其溶液也转变成棕色或黄色
（3） 醇式或醛式小檗碱为亲脂性成分，可溶于乙醚等亲脂性有机溶剂。
5. 小檗碱的鉴别反应
（1） 小檗碱与一般生物碱沉淀试剂均产生沉淀反应
（2） 个性
两个特征性检识反应
1||| 丙酮加成反应
在强碱性下，盐酸小檗碱可与丙酮反应生成黄色结晶性小檗碱丙酮加成物。
2||| 漂白粉显色的反应
在小檗碱的酸性水溶液中加入适量的漂白粉（或通入氯气），小檗碱水溶液即由黄色转变为樱红色
苦参生物碱的结构类型是什么？其理化性质和提取分离方法有哪些？
一、 结构类型
都属于喹喏里西啶类衍生物
1. 分子中均有2个氮原子，一个是叔胺氮，一个是酰胺氮
2. 主要是苦参碱和氧化苦参碱
3. 还有羟基苦参碱、N-甲基金雀花碱、安那吉碱、巴普叶碱和去氢苦参碱（苦参烯碱）
二、 理化性质
1. 碱性
（1） 苦参碱和氧化苦参碱的碱性比较强。
（2） 苦参中所含生物碱均有两个氮原子
一个为叔胺氮（N-1），呈碱性
另一个为酰胺氮（N-16），几乎不显碱性（相当于一元碱）
2. 溶解性
（1） 苦参碱
不同于一般的叔胺碱，它既可溶于水，又能溶于氯仿、乙醚等亲脂性溶剂
（2） 氧化苦参碱
苦参碱的氮氧化物
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，但可溶于氯仿
（3） 极性
氧化苦参碱＞羟基苦参碱＞苦参碱
三、 提取分离
（1） 提取苦参总生物碱
苦参以稀酸水渗漉，酸水提取液通过强酸性阳离子交换树脂提取总生物碱
（2） 苦参碱和氧化苦参碱的分离
利用二者在乙醚中的溶解度不同进行
乙醚层
苦参碱
水层
氧化苦参碱
麻黄生物碱的结构类型是什么？其理化性质、鉴别反应和提取分离方法有哪些？
一、 结构类型
麻黄生物碱分子中的氮原于均在侧链上，属于有机胺类生物碱。
麻黄碱和伪麻黄碱为主，属仲胺衍生物，且互为立体异构体，它们的结构区别在于Cl的构型不同
其次是甲基麻黄碱、甲基伪麻黄碱和去甲基麻黄碱、去甲基伪麻黄碱
二、 理化性质
1. 挥发性
麻黄碱和伪麻黄碱的分子量较小，具有挥发性。
2. 碱性
1||| 麻黄碱和伪麻黄碱为仲胺生物碱，碱性较强
2||| 伪麻黄碱的碱性强于麻黄碱
由于伪麻黄碱的共轭酸与C2-OH形成分子内氢键稳定性大于麻黄碱
3. 溶解性
（1） 麻黄碱和伪麻黄碱的分子较小，既可溶于水，又可溶于氯仿
（2） 在水中
伪麻黄碱<麻黄碱
（3） 两者成盐后
1||| 草酸麻黄碱难溶于水，而草酸伪麻黄碱易溶于水
2||| 盐酸麻黄碱不溶于氯仿，而盐酸伪麻黄碱可溶于氯仿
4. 鉴别反应
（1） 不与大数生物碱沉淀试剂发生反应
（2） 二硫化碳-硫酸铜反应
1||| 属于仲胺的麻黄碱和伪麻黄碱产生棕色沉淀
2||| 属于叔胺的甲基麻黄碱、甲基伪麻黄碱不反应
3||| 属于伯胺的去甲基麻黄碱、去甲基伪麻黄碱不反应。
（3） 铜络盐反应
麻黄碱和伪麻黄碱的水溶液加硫酸铜、氢氧化钠，溶液呈蓝紫色
三、 提取分离
1. 溶剂法
原理
（1） 麻黄碱和伪麻黄碱既能溶于水，又能溶于亲脂性有机溶剂的性质
水提
甲苯纯化
（2） 麻黄碱草酸盐水中溶解度小于伪麻黄碱草酸盐
加草酸，成盐分离
麻黄碱草酸盐溶解度小，而结晶析出
伪麻黄碱草酸盐在溶剂中
具体方法
麻黄用水提取
水提取液碱化后用甲苯萃取
甲苯萃取液流经草酸溶液
麻黄碱草酸盐结晶析出
伪麻黄碱草酸盐留在母液中
2. 水蒸汽蒸馏法
原理
麻黄碱和伪麻黄碱在游离状态时具有挥发性
用水蒸汽蒸馏法从麻黄中提取。
3. 离子交换树脂法
原理
（1） 生物碱盐能够交换到强酸型阳离子交换树脂柱上（碱性强的吸附强，后出柱子）
（2） 麻黄碱的碱性较伪麻黄碱弱，先从树脂柱上洗脱下来，从而使两者达到分离