生物碱的理化性质
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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。
2017年执业药师考试(生物碱)部分知识点整理.
能用碘化铋钾检识的生物碱有（ ） A.乌头碱 B.吗啡 C.次乌头碱 D.小檗碱 E.莨菪碱 『正确答案』ACDE 『答案解析』仲胺一般不易与生物碱沉淀试剂反应，如麻黄碱、 吗啡、咖啡碱等。
6.显色反应
常用的生物碱显色剂
试剂名称
颜色特征
Mandelin 试剂
莨菪碱及阿托品显红色
（1%钒酸铵的浓硫酸溶液） 士的宁显蓝紫色，奎宁显浅橙色
4.吲哚类生物碱 这类生物碱来源于色氨酸，其数目较多，结构复杂，多具有显著 的生物活性。 （1）简单吲哚类 （2）色胺吲哚类 （3）单萜吲哚类：萝芙木中的利血平、番木鳖中的士的宁等。 （4）双吲哚类吲哚
5.有机胺类生物碱 这类生物碱的结构特点是氮原子不在环状结构内。
麻黄碱
最佳选择题 槟榔碱的结构类型是 A.简单吡啶类 B.简单莨菪碱类 C.简单嘧啶类
槐定碱、鹰爪豆碱等。
类）
麻黄碱和伪麻黄碱为主。此外还含少
麻黄
量的甲基麻黄碱、甲基伪麻黄碱和去 有机胺类
甲基麻黄碱、去甲基伪麻黄碱。
（盐酸麻黄碱）
“苦”大
“稠”深代
（同苦参）
“麻”将“机”
药物
生物碱
结构分类
小檗碱、巴马丁、黄连碱、甲基黄 异喹啉类
黄连
连碱、药根碱和木兰碱（盐酸小檗（ 原 小 檗 碱
碱）
（3）空间效应（空间位阻大，碱性弱） （4）分子内氢键（形成分子内氢键，碱性强）
（1）氮原子的杂化方式（ sp3＞sp2＞sp） 脂胺类、脂氮杂环类（sp3 杂化，中强碱） 芳胺类、六元芳杂环（sp2 杂化，弱碱） 氰基的氮原子（sp 杂化，中性）
（2）电子云密度（电性效应） 1）诱导效应（苯异丙胺＞麻黄碱＞去甲麻黄碱） 2）共轭效应 ①苯胺型 ②酰胺型
第十章生物碱
第三章 生物碱（Alkaloids）
内容
第一节 概述 第二节 生物碱的分类 第三节 生物碱的理化性质 第四节 生物碱的提取分离
第一节 概述
生物碱的含义： 生物碱指来源于生物界的一类含氮有机化合物。
生物碱的特点： 大多有较复杂的环状结构，氮原子结合在环
内；多呈碱性，可与酸成盐；多具有显著的生理 活性。
秋水仙碱
【来源】 ：百合科秋水仙属 【产地】： 欧洲和地中海沿岸，我国自七
十年代起从国外引进种子和球茎，分别在 北京、庐山、昆明等地试种，已取得可喜 成果。由于生物工程科学的发展，对秋水 仙碱的需要量不断增加，各地都在扩大种 植面积。 【应用】： 十九世纪时就开始应用秋水仙碱治疗坐骨 神经痛和关节炎等，后来又发现它对乳腺 癌、宫颈癌、急性淋巴细胞的白血病都有 一定的疗效。另外，秋水仙素（从秋水仙 球茎中提取），能诱导单倍体植株的染色 体加倍（加倍浓度大约为0.1-1％）形成多 倍体，对培育花卉和农作物新品种，提高 农作物产量有着极其重要的作用。
Herb.的鳞茎
【作用】用于重症肌无力、进行
性肌营养不良、脊髓灰质炎后遗 症、儿童脑型麻痹、因神经系统
HO
O
H OH
疾患所致感觉或运动障碍、多发
N
性神经炎等。
石蒜碱
抗阿米巴原虫药。并能抗炎、解
热、镇静及催吐。其衍生物二氢
石蒜碱 (Dihydrolycorine) 有明
显的镇静作用 , 为良好的抗阿米
生物碱的分布：
主要分布于植物界，绝大多数存在于高等植 物的双子叶植物中，已知存在于100多个科的中。 与中药有关的一些典型的科如毛茛科（黄连、乌 头、附子）、罂粟科（罂粟、延胡索）、茄科 （洋金花、颠茄、莨菪）、防己科（汉防己、北 豆根）、豆科（苦参、苦豆子）等。
内容
第一节 概述 第二节 生物碱的分类 第三节 生物碱的理化性质 第四节 生物碱的提取分离
第一节 概述
生物碱的含义： 生物碱指来源于生物界的一类含氮有机化合物。
生物碱的特点： 大多有较复杂的环状结构，氮原子结合在环
内；多呈碱性，可与酸成盐；多具有显著的生理 活性。
秋水仙碱
【来源】 ：百合科秋水仙属 【产地】： 欧洲和地中海沿岸，我国自七
十年代起从国外引进种子和球茎，分别在 北京、庐山、昆明等地试种，已取得可喜 成果。由于生物工程科学的发展，对秋水 仙碱的需要量不断增加，各地都在扩大种 植面积。 【应用】： 十九世纪时就开始应用秋水仙碱治疗坐骨 神经痛和关节炎等，后来又发现它对乳腺 癌、宫颈癌、急性淋巴细胞的白血病都有 一定的疗效。另外，秋水仙素（从秋水仙 球茎中提取），能诱导单倍体植株的染色 体加倍（加倍浓度大约为0.1-1％）形成多 倍体，对培育花卉和农作物新品种，提高 农作物产量有着极其重要的作用。
Herb.的鳞茎
【作用】用于重症肌无力、进行
性肌营养不良、脊髓灰质炎后遗 症、儿童脑型麻痹、因神经系统
HO
O
H OH
疾患所致感觉或运动障碍、多发
N
性神经炎等。
石蒜碱
抗阿米巴原虫药。并能抗炎、解
热、镇静及催吐。其衍生物二氢
石蒜碱 (Dihydrolycorine) 有明
显的镇静作用 , 为良好的抗阿米
生物碱的分布：
主要分布于植物界，绝大多数存在于高等植 物的双子叶植物中，已知存在于100多个科的中。 与中药有关的一些典型的科如毛茛科（黄连、乌 头、附子）、罂粟科（罂粟、延胡索）、茄科 （洋金花、颠茄、莨菪）、防己科（汉防己、北 豆根）、豆科（苦参、苦豆子）等。
生物碱的理化性质
H O
MeO O C
亚胺盐
*稠环桥头N原子不能形成亚胺形式的盐。
H N
H
N H
H
O
O
H
新士的宁 有烯胺结构
O H
N O H N
H M e
阿马林碱 含氮杂缩醛结构
4.涉及氮原子跨环效应Alk的成盐
N O
O H H + -N O C + H
具 有 酮 基 的 A l k
成 盐
N原子孤电子对空间上靠近酮基时，则产生跨环效应
2.反应原理 3.反应条件 4.结果判断
1、沉淀试剂 金属盐类 碘-碘化钾（Wagner）KI-I2 棕褐色沉淀 碘化铋钾（Dragendoff）BiI3KI 红棕色沉淀 碘化汞钾（Mayer试剂）HgI22KI 类白色沉淀
若加过量试剂，沉淀又被溶解
酸类——硅钨酸(Bertrand试剂)SiO212WO3 乳 白色
O2N
+-
NH O
NO2
O2N
3.沉淀反应条件 （1）通常在酸性水溶液中生物碱成盐状态下进行；
（若在碱性条件下则试剂本身将产生沉淀） （2）在稀醇或脂溶性溶液中时，含水量>50%；
3.影响碱性强弱的因素 （1）N的杂化方式
S P 3 ( N ) > S P 2 (- N C ) > S P ( C N )
pKa 10~
5~6
0~1
N
吡 啶
N H
胡 椒 啶
(2)诱导效应（通过碳链传递）
(a) 供电性基团取代，碱性增强； 如：二甲胺(Pka10.70)>甲胺(Pka10.64)>
+H NC
X
+ H OR
MeO O C
亚胺盐
*稠环桥头N原子不能形成亚胺形式的盐。
H N
H
N H
H
O
O
H
新士的宁 有烯胺结构
O H
N O H N
H M e
阿马林碱 含氮杂缩醛结构
4.涉及氮原子跨环效应Alk的成盐
N O
O H H + -N O C + H
具 有 酮 基 的 A l k
成 盐
N原子孤电子对空间上靠近酮基时，则产生跨环效应
2.反应原理 3.反应条件 4.结果判断
1、沉淀试剂 金属盐类 碘-碘化钾（Wagner）KI-I2 棕褐色沉淀 碘化铋钾（Dragendoff）BiI3KI 红棕色沉淀 碘化汞钾（Mayer试剂）HgI22KI 类白色沉淀
若加过量试剂，沉淀又被溶解
酸类——硅钨酸(Bertrand试剂)SiO212WO3 乳 白色
O2N
+-
NH O
NO2
O2N
3.沉淀反应条件 （1）通常在酸性水溶液中生物碱成盐状态下进行；
（若在碱性条件下则试剂本身将产生沉淀） （2）在稀醇或脂溶性溶液中时，含水量>50%；
3.影响碱性强弱的因素 （1）N的杂化方式
S P 3 ( N ) > S P 2 (- N C ) > S P ( C N )
pKa 10~
5~6
0~1
N
吡 啶
N H
胡 椒 啶
(2)诱导效应（通过碳链传递）
(a) 供电性基团取代，碱性增强； 如：二甲胺(Pka10.70)>甲胺(Pka10.64)>
+H NC
X
+ H OR
生物碱的理化性质
有烯胺结构
OH
N
OH
N
H
Me
阿马林碱 含氮杂缩醛结构
4.涉及氮原子跨环效应Alk的成盐
N O
H+
-
N+ C
OH
OH具有酮基的Alk成盐N原子孤电子对空间上靠近酮基时，则产生跨环效应
MeO MeO
N HO
Me ..N
MeO
H+ MeO
N H HO
+N Me
O MeOOC
二甲氧基皮拉菲林 dimethoxy picraphylline
二.旋光性——多为左旋光性。 条件改变有的产生变旋现
象。
如：菸碱 中性溶液——左旋光 性
酸性溶液——右旋光 性
多数左旋体呈显著生理活性。
三.溶解度
（1）绝大多数仲胺和叔胺生物碱的游离碱具亲脂性； （2）绝大多数生物碱盐具亲水性； （3）季铵生物碱具亲水性； （4）具酚羟基、羧基等酸性基团的生物碱具酸碱两性； （5）具内酯基的生物碱，遇碱水开环成盐而溶解，遇酸又闭环而析出；
O MeOOC 产生跨环效应生成的盐
（五）沉淀反应 用途：
鉴别——试管法、TLC或PPC显色剂； 提取分离——检查是否提取完全。 主要内容： 1.沉淀试剂
2.反应原理 3.反应条件 4.结果判断
1、沉淀试剂 金属盐类 碘-碘化钾（Wagner）KI-I2 棕褐色沉淀 碘化铋钾（Dragendoff）BiI3KI 红棕色沉淀 碘化汞钾（Mayer试剂）HgI22KI 类白色沉 淀
(Pka10.64)>氨(Pka9.75)
氮原子附近有吸电性基团，碱性减弱；
COOCH3 H
N CH3 OC O
可卡因
天然药物化学：第十一章 生物碱2
9.00
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
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
万能溶剂（亲水性有机溶剂）：甲醇、 乙醇
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。
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+
天然产物化学(第九章)生物碱
_
C： -OH
C CH N
曼尼希碱
在生物碱中，尤其是苄基异喹啉和吲哚生物碱的生物 合成中，许多一级环合都是通过曼尼希反应生成的。
天然产物化学
陕西理工学院生工院
⑶酚的氧化偶联反应 为次级环化反应。 反应过程为含酚羟基化合物在植物体内经酶作用形
成自由基，两个自由基经偶联，形成新键。如在由苄基 四氢异喹啉形成各类异喹啉生物碱中，则是由酚的氧化 偶联反应生成的。 2.碳-氮键的裂解 较重要的裂解为Hofmann降解和von Braun（冯·布劳恩）降解。
一叶萩碱为淡黄色，是因为氮原子上孤电子对与共轭 系统形成跨环共轭。
天然产物化学
陕西理工学院生工院
4.挥发性与升华性 少数液体状态及个别小分子固体生物碱如麻黄碱、烟碱
等具挥发性，可用水蒸汽蒸馏提取。咖啡因等个别生物碱具 有升华性。 （二）旋光性
生物碱结构中如有手性碳原子或本身为手性分子即有旋 光性。
CH3
N
HO
吗啡
O
CH3
N
HO
可待因
天然产物化学
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四、色氨酸系生物碱2012/12/7 第十四周 化学
本类生物碱也称吲哚类生物碱，是类型较多、结构较 复杂、化合物数目最多的一类生物碱。主要分布于马钱科、 夹竹桃科、茜草科等几十个科中。
（一）简单吲哚类 结构特点为只有吲哚母核，而无其 它杂环。代表化合物如存在于蓼蓝中的靛青苷。
1.胆甾烷碱类 2.异胆甾烷碱类
N
H
H
OH
H
HH
HH
HO H OH
浙贝甲素 verticine
天然产物化学
陕西理工学院生工院
本类生物碱都具有甾体母核，但氮原子均不在甾体母核内。
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
生物碱理化性质——碱性.
生物碱理化性质 ——碱性
（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） 中强碱性生物碱（pKa7～11） 强碱性生物碱（pKa＞11）
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）
2.诱导效应
CH2 CH CH3
NH2
苯异丙胺 pKa 9.8
CH CH CH3 OH NH2
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）
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
pKa=5.4(SP2) 啉pKa=9.5(SP3)
小檗碱 pKa=11.5
季铵碱因羟基以负离子形式存在而呈强碱性
2.诱导效应
NH3
Me NH2
Me N Me Me N Me
H
Me
胺
伯胺
仲胺
叔胺
pKa 9电基团则使碱性增强
叔胺碱性弱于仲胺，叔胺结构中的三个甲基阻碍了氮原子 接受质子的能力，因而碱性降低
π电子形成p-π共轭，碱性很弱。
（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） 中强碱性生物碱（pKa7～11） 强碱性生物碱（pKa＞11）
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）
2.诱导效应
CH2 CH CH3
NH2
苯异丙胺 pKa 9.8
CH CH CH3 OH NH2
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）
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
pKa=5.4(SP2) 啉pKa=9.5(SP3)
小檗碱 pKa=11.5
季铵碱因羟基以负离子形式存在而呈强碱性
2.诱导效应
NH3
Me NH2
Me N Me Me N Me
H
Me
胺
伯胺
仲胺
叔胺
pKa 9电基团则使碱性增强
叔胺碱性弱于仲胺，叔胺结构中的三个甲基阻碍了氮原子 接受质子的能力，因而碱性降低
π电子形成p-π共轭，碱性很弱。
生物碱-理化性质
（4）两性生物碱：既可溶于酸水又可溶于碱水
（5）液体生物碱
四、生物碱的碱性
碱性？
生物碱分子中含有氮原子，氮原子最外层电子 结构中有一对未共用电子，能与酸中的质子（H+）
以配位键的形式结合成盐，所以具有碱性。
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，反之碱性下降。
因素，使质子难于接近氮原子，碱性减弱。
H3C
PKa＝4.39 PKa＝5.15
PKa＝4.81
PKa＝2.93
空间效应：阻碍质子靠近氮原子，使碱性降低（莨菪来自和东莨菪碱）。CH3 N
O O OH CH ph CH3 N
O O C CH
OH ph
O C
莨菪碱（pka9.65）
东莨菪碱 （pka7.50）
五、生物碱的检识
大多数生物碱能发生沉淀反应
少数生物碱与沉淀试剂不反应
如麻黄碱、咖啡因等
反应条件：稀酸水溶液或醇溶液。个别如苦味酸
在中性条件进行）。
应用： 鉴别 —— 试管法、TLC或PPC显色剂； 提取分离、鉴定—— 检查是否提取完全。
（一）沉淀反应
金属盐类 碘-碘化钾（Wagner）KI-I2 碘化铋钾（Dragendoff）BiI3KI 碘化汞钾（Mayer试剂）HgI22KI 红棕色沉淀 橘红色沉淀 类白色沉淀
复盐：
雷氏铵盐(Ammoniumreineckate) 硫氰酸铬铵试剂 生成难溶性复盐 紫红色
反应原理：生成复盐和络盐
NH
+
+ KBiI4
NH BiI4
+
-
+ K
+
生物碱的理化性质
生物碱的理化性质
（1）形状：多数生物碱为结晶形固体，少数为非结晶形粉末。
（2）旋光性：含有手性碳原子或本身为手性分子的生物碱都有旋光性，且多呈左旋光性。
（3）溶解性：生物碱的溶解性与生物碱分子结构中氮原子的存在状态、分子大小、分子中极性基团的种类和数目以及溶剂的种类有关。
1）游离生物碱包括：
亲脂性生物碱：易溶于乙醚、苯和卤烃类（二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳等）等有机溶剂中，尤其在三氯甲烷中溶解度较大；亲水性生物碱有季铵型生物碱、含N-氧化物结构的生物碱、小分子生物碱、酰胺类生物碱。
具有特殊官能团的生物碱包括：具有酚羟基或羧基的生物碱（前者可溶于氢氧化钠等强碱性溶液，如吗啡，后者可溶于碳酸氢钠溶液）、具有内酯或内酰胺结构的生物碱。
生物碱盐：生物碱盐一般易溶于水，可溶于甲醇、乙醇，难容或不溶于亲脂性溶剂。
（4）碱性是生物碱的重要性质之一。
生物碱碱性强度统一用其共轭酸的酸式离解常数PKa值表示。
PKa越大，改碱的碱性越强；反之，碱性越弱。
根据PKa值大小，可将生物碱分为：
1）强碱PKa＞11，如季胺碱、胍类生物碱
2）中强碱PKa7~11，如脂胺、脂杂环类生物碱
3）弱碱PKa2-7，如芳香胺、N-六元芳杂环类生物碱
4）极弱碱PKa＜2如酰胺，N-五元芳杂环类生物碱
（5）大多数生物碱在酸水或稀醇中与某些试剂反应生成难溶于水的络合物或复盐，这一反应称为生物碱沉淀反应，这些试剂称为生物碱沉淀试剂。
（6）某些生物碱能与一些试剂反应生成不同颜色的产物，这些试剂称为生物碱显色剂。
生物碱的显色试剂较多。
中药化学《生物碱》重点总结及习题
表10-1 生物碱主要结构类型及代表成分
生源途径
结构类型
代表成分（植物分布）
鸟氨酸系生物碱
吡咯烷类
水苏碱（益母草）
莨菪烷类
莨菪碱（洋金花）
吡咯里西啶类
大叶千里光碱（千里光属）
赖氨酸系生物碱
蒎啶类
槟榔碱、槟榔次碱（槟榔）
喹诺里西啶类
苦参碱、氧化苦参碱（苦参）
吲哚里西啶类
一叶萩碱（一叶萩）
苯丙氨酸和酪氨酸系生物碱
碱的共轭酸越稳定，Ka越小，pKa越大，碱性越强。
生物碱的碱性强弱与pKa的关系：pKa＜2为极弱碱，pKa2~7为弱碱，pKa7~11为中强碱，pKa11以上为强碱
3．影响碱性强弱的因素
（1）氮原子的杂化方式：SP3>SP2>SP1
四氢异喹啉（SP3pKa9.5） 异喹啉（SP2pKa5.4） 氰类（SP 中性 ）
酰胺型：P—π共轭，氮原子周围电子云密度下降，碱性降低。
胍基型：供电基和氮原子上未共享电子对共轭，碱性增强（共轭酸的高度共振稳定性,使共轭酸稳定，Ka小，则pKa大，碱性强）。
环己胺（pKa10.64） 苯胺（pKa4.58） 胍（pKa13.6）
秋水仙碱（酰胺共轭 pKa1.84） 胡椒碱（酰胺共轭 pKa1.42）
第二节 生物碱的性质
【物理性质】
一、性状
形态：多呈结晶状态，有一定熔点；有的呈液态，如小分子生物碱、结构中无氧原子或氧原子呈酯键的生物碱（菸碱、槟榔碱等）。个别小分子固体生物碱有挥发性（麻黄碱）或升华性（咖啡因）。
颜色：大多无色。 小檗碱呈黄色、具黄绿色荧光，血根碱呈红色（共轭体系）。
气味：生物碱大多味苦。个别具甜味（甜菜碱）。
苯丙胺类
生源途径
结构类型
代表成分（植物分布）
鸟氨酸系生物碱
吡咯烷类
水苏碱（益母草）
莨菪烷类
莨菪碱（洋金花）
吡咯里西啶类
大叶千里光碱（千里光属）
赖氨酸系生物碱
蒎啶类
槟榔碱、槟榔次碱（槟榔）
喹诺里西啶类
苦参碱、氧化苦参碱（苦参）
吲哚里西啶类
一叶萩碱（一叶萩）
苯丙氨酸和酪氨酸系生物碱
碱的共轭酸越稳定，Ka越小，pKa越大，碱性越强。
生物碱的碱性强弱与pKa的关系：pKa＜2为极弱碱，pKa2~7为弱碱，pKa7~11为中强碱，pKa11以上为强碱
3．影响碱性强弱的因素
（1）氮原子的杂化方式：SP3>SP2>SP1
四氢异喹啉（SP3pKa9.5） 异喹啉（SP2pKa5.4） 氰类（SP 中性 ）
酰胺型：P—π共轭，氮原子周围电子云密度下降，碱性降低。
胍基型：供电基和氮原子上未共享电子对共轭，碱性增强（共轭酸的高度共振稳定性,使共轭酸稳定，Ka小，则pKa大，碱性强）。
环己胺（pKa10.64） 苯胺（pKa4.58） 胍（pKa13.6）
秋水仙碱（酰胺共轭 pKa1.84） 胡椒碱（酰胺共轭 pKa1.42）
第二节 生物碱的性质
【物理性质】
一、性状
形态：多呈结晶状态，有一定熔点；有的呈液态，如小分子生物碱、结构中无氧原子或氧原子呈酯键的生物碱（菸碱、槟榔碱等）。个别小分子固体生物碱有挥发性（麻黄碱）或升华性（咖啡因）。
颜色：大多无色。 小檗碱呈黄色、具黄绿色荧光，血根碱呈红色（共轭体系）。
气味：生物碱大多味苦。个别具甜味（甜菜碱）。
苯丙胺类
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(4)共轭效应： 形成p-π共轭，通常碱性较弱。
苯胺型、酰胺型、烯胺型 ①苯胺型
毒扁豆碱
②酰胺型
..
O
N C O
O
R
酰 胺 结 构
O N
胡椒碱 （pKa=1.42）
O Me
N
Me N
ON N Me
咖啡因 （ pKa=1.22）
(5)空间效应
氮原子由于附近取代基的空间立体障碍或 分子构象因素，而使质子难于接近氮原子， 碱性减弱。
1
N
2N O
H
N3
Me
吴茱萸碱 e v o d ia m in e
B
3 Me H C ONN H C H C H 2 O H
2 N Me
1
N
麦角新碱
H e r g o n o v in e
C
3 > 2 > 1 1 > 3 > 22>1>3
（三）成盐（Alk成盐的机理） 生物碱与酸成盐，对质子化来说，仲胺、叔胺
作业标准记得牢，驾轻就熟除烦恼。2 020年1 0月19 日星期 一9时56 分17秒 21:56:1 719 October 2020
好的事情马上就会到来，一切都是最 好的安 排。下 午9时56 分17秒 下午9 时56分2 1:56:17 20.10.1 9
一马当先，全员举绩，梅开二度，业 绩保底 。20.10. 1920.1 0.1921:5621:56 :1721:5 6:17Oc t-20
H O
MeO O C
亚胺盐
*稠环桥头N原子不能形成亚胺形式的盐。
H N
H
N H
H
O
O
H
新士的宁 有烯胺结构
O H
N O H N
H M e
阿马林碱 含氮杂缩醛结构
4.涉及氮原子跨环效应Alk的成盐
N O
O H H + -N O C + H
具 有 酮 基 的 A l k
成 盐
N原子孤电子对空间上靠近酮基时，则产生跨环效应
M O e M O e
M e N N . . H O
M O e
H + M O e
+ N M e N H H O
O M O e O C
二甲氧基皮拉菲林 dimethoxy picraphylline
O M O e O C
产生跨环效应生成的盐
（五）沉淀反应 用途：
鉴别——试管法、TLC或PPC显色剂； 提取分离——检查是否提取完全。 主要内容： 1.沉淀试剂
牢记安全之责，善谋安全之策，力务 安全之 实。202 0年10 月19日 星期一9 时56分 17秒M onday , October 19, 2020
相信相信得力量。20.10.192020年10月 19日星 期一9 时56分1 7秒20. 10.19
谢谢大家！
Me Me
根据生成物烯的双键数目，可推 测生物碱中氮原子的结合状态。
反应条件： N原子的位具有H； 位连电负性基团（苯），Hofmann不
脱去三甲氨。
树立质量法制观念、提高全员质量意 识。20. 10.1920 .10.19 Monday , October 19, 2020
人生得意须尽欢，莫使金樽空对月。2 1:56:17 21:56:1 721:56 10/19/2 020 9:56:17 PM
生物碱成盐时，质子多结合于氮原子。 季胺碱、氮杂缩醛、烯胺以及具有涉及氮原子
的跨环效应形式存在的生物碱，质子化则往往并非 发生在氮原子上。
1.季胺碱的成盐
N+ OH -
季胺碱
HX OH -
N+ . X - + HOH
盐
水
O H -
2.含氮杂缩醛Alk的成盐
H N C OR
HX OH 或HOR
氮杂缩醛生物碱
酚酸类——苦味酸(Hager试剂) 2,4,6-三硝基苯 酚 黄色
复盐—— 雷氏铵盐(Ammoniumreineckate) 硫氰酸铬
铵试剂
生成难溶性复盐 紫红色
2.反应原理：生成复盐和络盐
N H+ 生物碱盐
+ KBiI4 碘化铋钾
+
-
NH BiI4
+
+
K
NH+ +
生物碱盐
NO2
O2N
NO2
OH
苦味酸
（沉淀试剂对各种Alk的灵敏度不同） （2）直接对中药酸提液进行沉淀反应，则
阳性结果——不能判定Alk的存在 阴性结果可判断无Alk存在 氨基酸、蛋白质、多糖、鞣质等 + 沉淀试 剂——沉淀
（六）显色反应 nLabat反应
5%没食子酸的醇溶液 具有亚甲二氧基结构呈翠绿色 nVitali反应 发烟硝酸和苛性碱醇溶液 结构中有苄氢存在则呈阳性反应
烯
胺 C H 3 季 I 铵 化 O H - M e C H β C H α 2 N M + M e e
+
N M e 3 三 甲 胺
H
O H -
M e
+
β - H 消 除 H 2 O 水
Hofmann
Hofmann
N
N
H
Me
Me
+ 三 甲 胺 +水
Hofmann
Hofmann
Hofmann
N
N
N
Me
氨(Pka9.75)
氮原子附近有吸电性基团，碱性减弱；
C O O C H 3 H
N C H 3 O C
H N C H 3
O C
O
O
可 卡 因 托 哌 可 卡 因
. .
(b)氮杂缩醛(酮)生物碱的碱性: 氮原子不处在桥头；强碱性； 氮原子处在桥头；碱性相对较弱；
(3)诱导-场效应: 生物碱分子中同时含有两个氮原子时，第一 个氮原子质子化后产生一个强的吸电基团 +NHR2 此时对第二个氮原子产生两种降低 其碱性的作用：诱导和场效应。 诱导效应通过碳链传递。 场效应通过空间直接作用，又称为直接效应。
O2N
+-
NH O
NO2
O2N
3.沉淀反应条件 （1）通常在酸性水溶液中生物碱成盐状态下进行；
（若在碱性条件下则试剂本身将产生沉淀） （2）在稀醇或脂溶性溶液中时，含水量>50%；
（当醇含量>50%时可使沉淀溶解） （3）沉淀试剂不易加入多量。
（如：过量的碘化汞钾可使产生的沉淀溶解）
4.结果的判断 （1）鉴别时每种Alk需采用三种以上沉淀试 剂；
多数左旋体呈显著生理活性。
三.溶解度
（1）绝大多数仲胺和叔胺生物碱的游离碱具亲脂性；
（2）绝大多数生物碱盐具亲水性；
（3）季铵生物碱具亲水性；
（4）具酚羟基、羧基等酸性基团的生物碱具酸碱两 性；
（5）具内酯基的生物碱，遇碱水开环成盐而溶解， 遇酸又闭环而析出；
(6)生物碱成盐后多易溶于水，不溶或难溶有 机溶剂。
(6)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）
碱性强弱：
+-
N OH > 季铵
N H> 仲胺
N H2 > N >
伯胺
叔胺
A r- N H 2 > 芳胺
O
N H
酰胺
供 电 - - 碱 性 ↑
比较碱性强弱：
3 N Me
1
N2
N
H Me
b re v ic o llin e A
踏实肯干，努力奋斗。2020年10月19 日下午9 时56分 20.10.1 920.10. 19
追求至善凭技术开拓市场，凭管理增 创效益 ，凭服 务树立 形象。2 020年1 0月19 日星期 一下午9 时56分 17秒21 :56:172 0.10.19
严格把控质量关，让生产更加有保障 。2020 年10月 下午9时 56分20 .10.192 1:56Oc tober 19, 2020
3.影响碱性强弱的因素 （1）N的杂化方式
S P 3 ( N ) > S P 2 (- N C ) > S P ( C N )
pKa 10~
5~6
0~1
N
吡 啶
N H
胡 椒 啶
(2)诱导效应（通过碳链传递）
(a) 供电性基团取代，碱性增强； 如：二甲胺(Pka10.70)>甲胺(Pka10.64)>
+H NC
X
+ H OR
亚胺盐
醇或水
-
N
O N
O O CH2CH3
斯米生
H+
OH-
+
N
N
COOH
O CH2CH3
（亚胺盐）
C O O -
3.具有烯胺结构Alk的成盐
. .α β
H +
H
+
N C C
N C C
烯 胺
亚 胺 盐
A l k
N N H
H O
MeO O C
二氢奥斯冬宁
HCl
OH -
N+
N HH
安全象只弓，不拉它就松，要想保安 全，常 把弓弦 绷。20. 10.1921 :56:172 1:56Oc t-2019- Oct-20
加强交通建设管理，确保工程建设质 量。21:56:1721 :56:172 1:56M onday , October 19, 2020
安全在于心细，事故出在麻痹。20.10. 1920.1 0.1921:56:1721 :56:17 October 19, 2020