第十章 生物碱

第十章 生物碱

第一节 概述

一、 生物碱的含义、分布、存在形式及生物活性

生物碱（alkaloids ）指来源于生物界（主要是植物界）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；多呈碱性，可与酸成盐；多具有显著的生理活性。一般来说，生物界除生物体必须的含氮有机化合物，如：氨基酸、氨基糖、肽类、蛋白质、核酸、核苷酸及含氮维生素外，其它含氮有机化合物均可视为生物碱。

生物碱主要分布于植物界，绝大多数存在于高等植物的双子叶植物中，已知存在于50多个科的120多个属中。与中药有关的一些科和典型的中药有，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，小檗科三棵针，豆科苦参、苦豆子等。单子叶植物也有少数科属含生物碱，如石蒜科，百合科、兰科等，百合科中较重要的中药如川贝母、浙贝母等。少数裸子植物如麻黄科、红豆杉科、三尖杉科也存在生物碱。

生物碱在植物体内的分布，对某种植物来说，也可能分布于全株，但多数集中在某一器官。如金鸡纳生物碱主要分布在金鸡纳树皮中，麻黄生物碱在麻黄髓部含量高。生物碱在植物中含量差别也很大，如黄连根茎中含生物碱7%以上，而抗癌成分美登素（maytansine ）在卵叶美登木（Maytanus ovatus ）中，得率仅为千万分之二。

含生物碱的植物中多数是多种生物碱共存。由于同一植物中的生物碱生物合成途径往往相似，因此化学结构也往往类似，同科同属的植物往往有同一母核或结构相同的化合物。 在植物体内，少数碱性极弱的生物碱以游离态存在，如酰胺类生物碱。有一定碱性的生物碱多以有机酸盐形式存在，如柠檬酸盐、草酸盐、酒石酸盐、琥珀酸盐等。少数以无机酸盐形式存在，如盐酸小檗碱、硫酸吗啡等。其它存在形式尚有N-氧化物、生物碱苷等。

生物碱多具有显著而特殊的生物活性。如吗啡、延胡索乙素具有镇痛作用；阿托品具有解痉作用；小檗碱、苦参生物碱、蝙蝠葛碱有抗菌消炎作用；利血平有降血压作用；麻黄碱有止咳平喘作用；奎宁有抗疟作用；苦参碱、氧化苦参碱等有抗心律失常作用；喜树碱、秋水仙碱、长春新碱、三尖杉碱、紫杉醇等有不同程度的抗癌作用等。

二、生物碱的生物合成简介

在生物碱的生物合成途径中，一般认为一次代谢产物氨基酸是其初始物。主要有鸟氨酸、赖氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸、邻氨基苯甲酸、组氨酸等。这些氨基酸的骨架大部分保留在所合成的生物碱中。另外，甲戊二羟酸和乙酸酯也是一些生物碱的重要组成部分。前者生成的生物碱有时被称为真生物碱（trile alkaloids ），后者生成的生物碱有时又被称为伪生物碱（pseudoalkaloids ）。

（一） 生物碱生物合成的主要化学反应

1．环合反应

（1）希夫碱（Schiff ）形成反应 氨基和羰基加成-脱水形成希夫碱：

许多生物碱如吡咯、莨菪烷、蒎啶、喹诺里西啶类生物合成中都涉及希夫碱的形成反应。

（2）曼尼希（Mannich ）氨甲基化反应 醛、胺和负碳离子（含活泼氢的化合物）发生R

C H O R'R N C H R'2

缩合的反应为曼尼希氨甲基化反应。结果是活泼氢被氨甲基取代，得到曼尼希碱：

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。

（3）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，即为酚的氧化偶联反应。根据自由基偶联方式又分为邻-邻偶联、邻-对偶联和对-对偶联。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 降解。详见本章第六节。

（二）生物碱的生物合成实例

苄基四氢异喹啉型和阿朴菲型生物碱的生物合成 由酪氨酸为底物，按下述路线合成了苄基异喹啉降劳特奴苏林（norlaudanosiline ）。

降劳特奴苏林 由降劳特奴苏林可以衍生出各种苄基异喹啉生物碱。在生物合成中作为苄基异喹啉生物

碱的蕃荔枝碱（reticuline ）是一个很重要的生物碱，其经过酚性氧化偶联反应可生成阿朴菲型生物碱。

邻-邻位偶合

蕃荔枝碱 空褐鳞碱（bulbocapnine ）

异波尔定（isoboldine ） 波尔定（boldine ）

CHO HN C -OH C CH N O H O H NH 2H H NH O H O O O H COOH NH O H O H O H O

H O H O H N CH 3O CH 3O CH 3O

H N CH 3O

O CH 3O H N OH CH 3CH

3O CH 3O O H N CH 3O CH 3O OH

CH 3

第二节 生物碱的结构与分类

生物碱的分类方法目前不尽相同，有按植物来源分类，如黄连生物碱、苦参生物碱等；较多的按化学结构类型分类，如吡啶类生物碱、异喹啉类生物碱等。近年较新的是按生源途径结合化学结构类型分类，本章采用此种方法介绍生物碱的分类与结构。

一、鸟氨酸系生物碱

来源于鸟氨酸的生物碱主要包括吡咯烷类、莨菪烷类和吡咯里西啶类生物碱。

（一） 吡咯烷类生物碱 本类生物碱结构较简单，数量较少。常见的如益母草(Leonurus heterophyllus )中的水苏碱(stachydrine)、山莨菪（Anisodus luridus ）中的红古豆碱(cuscohygrine)等。

四氢吡咯 水苏碱 红古豆碱 莨菪碱

（二） 莨菪烷类生物碱 本类生物碱多由莨菪烷环系的C 3-醇羟基和有机酸缩合成酯。主要存在于茄科的颠茄属、曼陀罗属、莨菪属和天仙子属中，典型的化合物如莨菪碱（hyoscyamine ）。

（三） 吡咯里西啶类生物碱 吡咯里西啶为两个吡咯烷共用一个氮原子稠合而成，主要分布于菊科千里光属中。如大叶千里光碱（macrophylline ）

吡咯里西啶 大叶千里光碱

二、赖氨酸系生物碱

来源于赖氨酸的生物碱有蒎啶类、喹诺里西啶类和吲哚里西啶类。

（一） 蒎啶类 结构较简单。生源上关键的前体物是蒎啶亚胺盐类。代表性化合物如胡椒(Piper nigrum )中的胡椒碱（piperine ）、槟榔(Areca catechu )中的槟榔碱（arecoline ）、槟

榔次碱（arecaidine ）等。

蒎啶 胡椒碱 槟榔碱 槟榔次碱

（二） 喹诺里西啶类 生源上前体物为赖氨酸衍生的戊二胺。本类生物碱是由两个蒎啶共用一个氮原子稠合而成的衍生物。主要分布于豆科、石松科和千屈菜科。代表性化合物如野决明中的金雀儿碱(cytosine)和苦参中的苦参碱(matrine)等。

戊二胺 喹诺里西啶 金雀儿碱 苦参碱

（三） 吲哚里西啶类 为蒎啶和吡咯共用一个氮原子稠合的衍生物。又分为简单吲哚里西啶和一叶萩碱两类，主要分布于大戟科一叶萩属植物中。本类化合物数目较少，但有较N H N N CH 3CH 3O C H 3CH 3OCO CH CH 2OH N

CH 3COOH N H N O O N CH 3COOCH 3N N O H CH 2O C O C CH 3CH 3H H H NH 2NH

2N N N O N

N O H