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。
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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。
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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
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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
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本类生物碱都具有甾体母核，但氮原子均不在甾体母核内。
H HN
CH3 OH
H N
H3C
环常绿黄杨碱D
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第三节 生物碱的理化性质
一、物理性质
（一）性状 (2013/11/26 第十三周 化学） 1.形态 生物碱多数为结晶形固体，少数为非晶形粉末； 个别为液体，如烟碱(nicotine)、槟榔碱等。 2.味 生物碱多具苦味。 3.颜色 生物碱一般无色或白色，少数有颜色，如小檗 碱、蛇根碱呈黄色等。 有机化合物产生颜色一般要具备 长链共轭结构，并有助色团，或同时为离子型。
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二
生 物 生物界 碱 在 生 物 界 的 分 布
藻类、水生植物、异养植物中未发现生物碱
植物界
菌类植物如麦角菌等少数植物含有生物碱
1.在系统发育较低级的类群中 生物碱分布较少或无
地衣、苔藓类中仅发现少数简单的吲哚类生物碱
蕨类中除简单类型的生物碱如烟碱外，结构复杂的 生物碱集中分布在小叶型的真蕨如木贼科、卷柏科 石松科等植物中
生物碱的生理活性与其旋光性密切相关，通常左旋体的 生理活性比右旋体强。如l-莨菪碱的散瞳作用比d-莨菪碱大 100倍。去甲乌药碱（higenaenine）仅左旋体具强心作用。
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（三）溶解性 1.游离生物碱 （1）亲脂性生物碱 大多数叔胺碱和仲胺碱为亲脂性，一 般能溶于有机溶剂，尤其易溶于亲脂性有机溶剂，如苯、 乙醚、氯仿，特别易溶于氯仿。溶于酸水，不溶或难溶于 水和碱水。 （2）亲水性生物碱 主要指季铵碱和某些含氮-氧化物的 生物碱。这些生物碱可溶于水、甲醇、乙醇，难溶于亲脂 性有机溶剂。 （3）具特殊官能团的生物碱 具酚羟基或羧基的生物碱称 为两性生物碱（具酚羟基者常称为酚性生物碱），这些生 物碱既可溶于酸水，也可溶于碱水溶液，但在pH8～9时溶 解性最差，易产生沉淀。
生物碱生物合成的原理涉及少数的环合反应、 C-N键和C-C键的裂解反应以及经常伴随的某些重排、 取代基的形成、增减、消除、转化等。
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第二节 生物碱的结构与分类
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
N H
2.生物碱集中分布在系统 发育较高级的类群中
裸子植物中，仅红豆杉属、松属、云杉属、油杉属、 麻黄属、三尖杉属等植物中含生物碱 （很少）
单子叶植物中，主要分布在百合科、石蒜科、百部科 （较少）
双子叶植物中，主要分布在防己科、毛莨科、茄科、
动物界：极少
CH3 CH2 CH2 N
CH3
N
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三、生物碱的生物活性
生物碱多具有显著而特殊的生物活性。例如： 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、三尖杉碱等有不同程度 的抗癌作用等。
OH
N
O H OH O
吡咯里西丁
N
野百合碱 monocrotaline
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二、赖氨酸系生物碱
（一）吡啶和蒎啶类 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中的胡椒碱 （piperine）、槟榔中的槟榔碱、槟榔次碱等。
O
N
N
O
H
吡啶 蒎啶
O N
胡椒碱
MeN
H
O
Ho
H
H
金钗石斛
石斛碱
野生枫斗
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（三）二萜生物碱
OAc
HO OH
AcO N
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关白附子
关附甲素 （guanfu base A）
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（四）三萜生物碱：如 交让木碱
八、来源于甾体的生物碱
（一）孕甾烷生物碱
（二）环孕甾烷生物碱
H
（三）胆甾烷生物碱
N
H
N H
O
O
H
士的宁
MeO
N HH
N H
H H3COOC
O CO OMe
利血平
OMe OMe
OMe
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五、邻氨基苯甲酸系生物碱 本类主要包括喹啉和吖啶酮类生物碱，主要分布
于芸香科植物，如白鲜皮中的白鲜碱。 六、组氨酸系生物碱
主要为咪唑类生物碱，数目较少，如芸香科植物 毛果芸香中的毛果芸香碱。
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2.存在形式 ⑴游离碱：碱性极弱，以游离的形式存在。 ⑵盐类：与其成盐的有机酸有：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。 ⑶苷类：以苷的形式存在于植物中。 ⑷酰胺：如秋水仙碱、喜树碱等。 ⑸N-氧化物：植物体中的氮氧化物约一百余种。
此外，还有氮杂缩醛类、烯胺、亚胺等。
白刺花
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三、苯丙氨酸和酪氨酸系生物碱
本类生物碱是由苯丙氨酸和酪氨酸为前体物生物合成 的一大类数量多（约1000多种）、类型复杂、分布广泛、 具有较高药用价值的生物碱类型。
（一）苯丙胺类生物碱 较典型的化合物是麻黄中的麻黄碱(ephedrine)。
NH2
苯丙胺
CHCH CHCH CHC3H3 OHOH NHNCHHC3 H3
N H
吲哚
O glc
N H
靛青苷
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（二） 色胺吲哚类
此类化合物中含有色胺部分，结构较简单。如吴茱 萸中的吴茱萸碱。
N
NH2
H
色胺
NO N H
N H3C
吴茱萸碱
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（三）单萜吲哚类
分子中具有吲哚母核和一个C9或C10的裂环番木鳖萜及 其衍生物的结构单元。如萝芙木中的利血平(reserpine)、 马钱子中的士的宁(strychnine)等。
麻黄碱
(1R,2S)
OH CH CH CH3
NHCH3
伪麻黄碱
(1S,2S)
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（二）异喹啉类生物碱 1.小檗碱类和原小檗碱类
此两类生物碱可以看成为两个异喹啉环稠合而成，依据 两者结构母核中C环氧化程度不同，分为小檗碱类和原小檗 碱类，前者多为季铵碱，如黄连、黄柏、三棵针中的小檗碱 后者多为叔胺碱，如延胡索中的延胡索乙素。
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下列除外： 低分子胺类：甲胺、乙胺； 氨基酸、氨基糖、肽类、蛋白质、核酸、核苷 酸、卟啉类、维生素；
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二、生物碱的分布及存在形式 1.分布
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。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，百合科中较重要的如贝母属。少数裸子植物 如麻黄科、红豆杉科、三尖杉科也存在生物碱。
吡咯
N H
四氢吡咯
O
N
N
Me
Me
红古豆碱
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（二）莨菪烷（托品烷）类生物碱
本类生物碱多由莨菪烷环系的C3-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）。
N CH3
7
1
2
6
54
3
OCO
CH2OH CH
白鲜碱