第10章含氮杂环化合物和生物碱
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第十章 生物碱
第十章生物碱一、名词解释1.生物碱2.两性生物碱3.亲水性生物碱4.生物碱沉淀反应5.Vitali反应二、填空题1.生物碱按生源途径结合化学结构分类通常可分为（）、（）、（）、（）、（）、（）、（）等几大类。
2.大多数生物碱是（）体，少数为（）；少数生物碱具有（），可利用水蒸气蒸馏法提取；个别生物碱还具有（）。
3.大多数叔胺碱和仲胺碱为（）性，一般能溶于（），尤其易溶于（）。
4.生物碱因结构中N原子上的孤电子对易接受（）而显碱性。
生物碱根据pKa值大小可以分为（）、（）、（）和（）。
5.醇胺型小檗碱的碱性强是因为其具有（），其氮原子上的孤电子对与α-羟基的C—O单键的б电子发生转位，形成（）。
6.将生物碱总碱溶于酸中，加入碱水调节pH值，由（）到（），则生物碱按碱性由（）到（）依次被有机溶剂萃取出来；若将生物碱总碱溶于有机溶剂中，用pH值由（）到（）的缓冲液依次萃取，生物碱按碱性由（）到（）被萃取出来。
7.Hofmann降解反应的必要条件是（），其次是（）。
8.不同类型N上质子的δ值大小，酰胺（），脂肪胺（），芳香胺（）。
9.在生物碱的13C-NMR谱中，生物碱结构中氮原子（）产生的吸电诱导效应使邻近碳原子向（）位移。
10.乌头碱水解后生成的单酯型生物碱叫（）、无酯键的醇胺型生物碱叫（）。
三、单项选择题1.生物碱不具有的特点是（）A.分子中含N原子B.N原子多在环内C.具有碱性D.分子中多有苯环E.显著而特殊的生物活性2.具有莨菪烷母核的生物碱是（ ）A.甲基麻黄碱B.小檗碱C.阿托品D.氧化苦参碱E.乌头碱 3.此生物碱结构属于（ ）A.吲哚类B.异喹啉类C.吡啶类D.甾体类E. 大环类 4.氧化苦参碱水溶性比苦参碱大的原因是（ ）A.呈离子态B.碱性较强C.属喹诺里西啶类D.具有酰胺键E.具有N →O 配位键5.下列碱性大小顺序（ ）（a ） （b ） （c ）A.a ＞b ＞cB.c ＞b ＞aC.c ＞a ＞bD.a ＞c ＞bE.b ＞c ＞a 6.生物碱沉淀反应呈桔红色的是（ ）A.碘化汞钾试剂B.碘化铋钾试剂C.饱和苦味酸试剂D.硅钨酸试剂E.碘-碘化钾试剂7.生物碱酸水提取液常用的处理方法是（ ）A.阴离子交换树脂B.阳离子交换树脂C.硅胶柱色谱吸附D.大孔树脂吸附E.氧化铝柱色谱吸附8.水溶性生物碱分离的常用方法是（ ）A.碘化汞钾沉淀法B.硅钨酸沉淀法C.雷氏盐沉淀法D.苦味酸沉淀法E.碘化铋钾沉淀法9. 不同碱性的生物碱混合物分离可选用（ ）NH 3CO H 3COH 3CO3N 3COOCH 3N CH 3ONCOOCH 3A.简单萃取法B.酸提取碱沉淀法C.pH梯度萃取法D.有机溶剂回流法E.分馏法10.麻黄碱和伪麻黄碱的分离是利用（）A.硫酸盐溶解度差异B.草酸盐溶解度差异C.硝酸盐溶解度差异D.酒石酸盐溶解度差异E.磷酸盐溶解度11.生物碱的薄层色谱和纸色谱法常用的显色剂是（）A.碘化汞钾B.改良碘化铋钾C.硅钨酸D.雷氏铵盐E.碘—碘化钾12.麻黄碱可与下列哪种试剂发生颜色反应（）A.二硫化碳碱性硫酸铜B.碘化铋钾C.硅钨酸D.碘化汞钾E.苦味酸13.盐酸小檗碱可与下列哪项发生加成反应（）A.甲醇B.乙醚C.丙酮D.乙醇E.氯仿14.Vitali反应阳性，氯化汞试剂反应呈白色沉淀的生物碱是（）A.莨菪碱B.黄连碱C.药根碱D.东莨菪碱E.阿托品四、多项选择题1.多数生物碱（）A.以结晶形固体、非晶形粉末或液体状态存在B.具挥发性C.无色D.其旋光性不受溶剂、pH等因素的影响E.生理活性与旋光性有关2.亲水性生物碱通常指（）A.两性生物碱B.游离生物碱C.季铵生物碱D.仲胺生物碱E.具有N→O配位键的生物碱3.生物碱分子结构与其碱性强弱的关系正确的是（）A.氮原子价电子的P电子成分比例越大，碱性越强B.氮原子附近有吸电子基团则使碱性增强C. 氮原子处于酰胺状态则碱性极弱D.生物碱的立体结构有利于氮原子接受质子，则其碱性性增强E.氮原子附近取代基团不利于其共轭酸中的质子形成氢键缔合，则碱性强4.用亲脂性有机溶剂提取总生物碱时，一般（）A.先用酸水湿润药材B.先用碱水湿润药材C.先用石油醚脱脂D.用氯仿、苯等溶剂提取E.用正丁醇、乙醇等溶剂提取 5.用吸附柱色谱法分离生物碱常用的吸附剂为（ ） A.纤维素 B.氧化铝C.硅胶D.聚酰胺E.硅藻土6.硅胶薄层色谱法分离生物碱，为防拖尾可选用（ ）A.酸性展开剂B.碱性展开剂C.中性展开剂D.氨水饱和E.醋酸饱和7.麻黄碱和伪麻黄碱的区别为（ ）A.分子式的不同B.极性的不同C.立体结构的不同D.碱性的不同E.草酸盐溶解性的不同 8.小檗碱（ ）A.是苄基异喹啉衍生物B.可溶于氯仿C.可与丙酮发生加成反应生成黄色结晶D.其有机酸盐在水中的溶解度很小E.有降压平喘作用 9.东莨菪碱具有的反应是（ ）A.碘化铋钾橙红色沉淀B.氯化汞试剂砖红色沉淀C.Vitali 反应阳性D.氯化汞试剂白色沉淀E.雷氏盐沉淀呈粉红色五、简答题1.用方程式表示离子交换法和雷氏铵盐沉淀法提取生物碱的原理。
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。
中药化学10生物碱
一、物理性质
（一）性状
多数为结晶形固体，少数为非晶形粉末；少 数为液体——烟碱、毒芹碱、槟榔碱等。
多数无色或白色，少数有颜色生物碱有挥发性——麻 黄碱、烟碱。
（二）旋光性
大多数生物碱有旋光性，多呈左旋。
（三）溶解性
1、游离生物碱
亲脂性生物碱（叔胺碱、仲胺碱）——易溶 于亲脂性有机溶剂、酸水，难溶于水。
（一）总碱的提取
1、水或酸水提取法 可直接用水（提取盐、季铵碱）或
用0.5%~1%的酸水提取。 • 常用酸：盐酸、硫酸、醋酸、酒石酸 • 方法：渗漉、浸渍 • 缺点：提取液体积大、杂质多，需净化
净化方法：
（1）阳离子交换树脂法
用强酸型阳离子交换树脂，多为磺 酸型。交联度4%~8%。
先用中性水洗脱杂质，再用酸水或 盐水洗脱生物碱；也可先将树脂用氨水 碱化（PH10左右），再用有机溶剂回流 提取生物碱。
NH2 10.64
环己胺
NH2 4.58
苯胺
（3）立体效应
氮原子的周围取代基的构型、构象等立体
因素，如果阻碍氮原子与质子的结合，则使其
碱性降低。
CH CH CH3
CH CH CH3
OH NHCH3
OH N CH3
pKa
9.58
9.30 CH3
麻黄碱
甲基麻黄碱
（4）氢键效应
生物碱成盐后，氮原子附近如有羟基、羰 基并可与氮上的氢形成分子内氢键，使质子不 易离去，从而碱性增强。
H
CH3O
OCH3
罂粟碱
O OCH3
粉防己碱（汉防己甲素）
7、 吲哚类
N
H 吲哚
N
H 靛青苷
O Glc
N
O
（一）性状
多数为结晶形固体，少数为非晶形粉末；少 数为液体——烟碱、毒芹碱、槟榔碱等。
多数无色或白色，少数有颜色生物碱有挥发性——麻 黄碱、烟碱。
（二）旋光性
大多数生物碱有旋光性，多呈左旋。
（三）溶解性
1、游离生物碱
亲脂性生物碱（叔胺碱、仲胺碱）——易溶 于亲脂性有机溶剂、酸水，难溶于水。
（一）总碱的提取
1、水或酸水提取法 可直接用水（提取盐、季铵碱）或
用0.5%~1%的酸水提取。 • 常用酸：盐酸、硫酸、醋酸、酒石酸 • 方法：渗漉、浸渍 • 缺点：提取液体积大、杂质多，需净化
净化方法：
（1）阳离子交换树脂法
用强酸型阳离子交换树脂，多为磺 酸型。交联度4%~8%。
先用中性水洗脱杂质，再用酸水或 盐水洗脱生物碱；也可先将树脂用氨水 碱化（PH10左右），再用有机溶剂回流 提取生物碱。
NH2 10.64
环己胺
NH2 4.58
苯胺
（3）立体效应
氮原子的周围取代基的构型、构象等立体
因素，如果阻碍氮原子与质子的结合，则使其
碱性降低。
CH CH CH3
CH CH CH3
OH NHCH3
OH N CH3
pKa
9.58
9.30 CH3
麻黄碱
甲基麻黄碱
（4）氢键效应
生物碱成盐后，氮原子附近如有羟基、羰 基并可与氮上的氢形成分子内氢键，使质子不 易离去，从而碱性增强。
H
CH3O
OCH3
罂粟碱
O OCH3
粉防己碱（汉防己甲素）
7、 吲哚类
N
H 吲哚
N
H 靛青苷
O Glc
N
O
第十章 生物碱
二、分布 三、存在状态 大多以盐的形式存在，少数以游离态或苷的形式存在 （茄碱 —存在于青土豆皮中，对人体有毒） 四、生物活性 多方面 吗啡—罂粟的提取物（大烟土）；尼古丁（烟碱）；可待因—麻醉兴奋 喜树碱—抗Ca
第十章 生物碱
（Alkaloids）
第一节 概述
四、生物活性 多方面 吗啡、延胡索乙素—镇痛； 阿托品—解痉镇痛；颠茄片—胃痉挛； 小檗碱—抗菌消炎； 麻黄碱—“重点管制”—是制造冰毒的原料 喜树碱—抗Ca
sp2杂化轨道含1/3 s和2/3 p的成分。一个s轨道 和两个p轨道杂化，形成3个完全相同的sp2杂化 轨道。其3个轨道间夹角为120°，呈平面正三角 形。
杂化轨道的原因？
能量相近的几个轨道结合在一起形成一种新的轨 道以增强成键能力。
（2）化学环境（N以外的结构) ①取代基 主要通过诱导效应影响碱性强弱. 供电子基 －CH3 等 产生 + I效应（供电子效应）,使N原子 周围的电子云密度增大,未共用电子对易给出, 碱性增强。 吸电子基 －OH、>C=C<、－X 等可产生－I效应（吸电子效应）, 使N周围的电子云密度下降, 未共用电子对不易给出，碱性减弱。例如， 去甲麻黄碱（pka 9.00）、麻黄碱（pka 9.58）和苯异丙胺（pka 9.80 ）。 （P125） ②共轭结构 主要指P-π共轭。这种共轭是由N上未共用电子对 所处P轨道与母核中的大π键侧面交盖而形成，使未共用电子对不易给 出，碱性大大减弱。例如，秋水仙碱（pka 1.84） ③空间位阻 系指N原子邻近的结构屏障使N不易与H + 结合，使碱 性下降。例如，莨菪碱（pka 9.65）和东莨菪碱（pka7.50）
2.个别游离态叔胺碱和仲胺碱溶于水、酸水；亦
第十章 生物碱
（Alkaloids）
第一节 概述
四、生物活性 多方面 吗啡、延胡索乙素—镇痛； 阿托品—解痉镇痛；颠茄片—胃痉挛； 小檗碱—抗菌消炎； 麻黄碱—“重点管制”—是制造冰毒的原料 喜树碱—抗Ca
sp2杂化轨道含1/3 s和2/3 p的成分。一个s轨道 和两个p轨道杂化，形成3个完全相同的sp2杂化 轨道。其3个轨道间夹角为120°，呈平面正三角 形。
杂化轨道的原因？
能量相近的几个轨道结合在一起形成一种新的轨 道以增强成键能力。
（2）化学环境（N以外的结构) ①取代基 主要通过诱导效应影响碱性强弱. 供电子基 －CH3 等 产生 + I效应（供电子效应）,使N原子 周围的电子云密度增大,未共用电子对易给出, 碱性增强。 吸电子基 －OH、>C=C<、－X 等可产生－I效应（吸电子效应）, 使N周围的电子云密度下降, 未共用电子对不易给出，碱性减弱。例如， 去甲麻黄碱（pka 9.00）、麻黄碱（pka 9.58）和苯异丙胺（pka 9.80 ）。 （P125） ②共轭结构 主要指P-π共轭。这种共轭是由N上未共用电子对 所处P轨道与母核中的大π键侧面交盖而形成，使未共用电子对不易给 出，碱性大大减弱。例如，秋水仙碱（pka 1.84） ③空间位阻 系指N原子邻近的结构屏障使N不易与H + 结合，使碱 性下降。例如，莨菪碱（pka 9.65）和东莨菪碱（pka7.50）
2.个别游离态叔胺碱和仲胺碱溶于水、酸水；亦
第十章 生物碱
第十章 生物碱
学习目标
掌握生物碱定义，熟悉其结构分类 掌握生物碱理化性质、提取分离方法和鉴别 了解生物碱的结构测定和生物活性
第一节 生物碱概述
★生物碱：存在于生物中的含氮有机化合物 ------氮原子碱性；生物活性
◇麻黄中麻黄碱-----平喘作用 ◇鸦片中吗啡-----镇痛作用 ◇长春花中长春碱-----抗癌活性 ◇黄连中小檗碱-----抗菌消炎 ◇萝芙木中利血平-----降压作用
2 诱导效应
★随距离增加而减弱效应
吸电基团如苯、酰、烯、羟、醚等降低氮原子电荷密度，降低碱性 供电基团如烷基等提高氮原子电荷密度，提高碱性 有时邻近羟基与氮之间发生电子移位生成季胺则碱性增强
O N O
+
OH
O
CH3
OH
小檗碱
3 共轭效应
★不受碳链长短的影响 共轭即电荷平均化使得N电子云密度提高或降低
生物碱
分步广泛 存在形式：游离、盐、苷类、脂类、N-氧化物 分类方式：植物来源、化学结构、生源结合化学分类 命名规则：
---生物碱类型命名（基核化学结构、植物来源） ---生物碱单体成分命名（植物来源、生物活性或药效）
第二节 结构与分类
一、有机胺类（氮原子不结合在环内的一类生物碱）
二、旋光
三、碱性
来源：N原子上孤对电子吸引质子 碱性强弱表示方式：用pKa表示，越大碱性越强 BH+ B+H3O+ Ka=[B][H3O+]/[BH+ ] pKa=pH-lg [B] /[BH+ ]
pKa:＜2(极弱碱) （强酸） 2-7 (弱碱) （中强酸） 7-11 (中强碱) （弱酸）
学习目标
掌握生物碱定义，熟悉其结构分类 掌握生物碱理化性质、提取分离方法和鉴别 了解生物碱的结构测定和生物活性
第一节 生物碱概述
★生物碱：存在于生物中的含氮有机化合物 ------氮原子碱性；生物活性
◇麻黄中麻黄碱-----平喘作用 ◇鸦片中吗啡-----镇痛作用 ◇长春花中长春碱-----抗癌活性 ◇黄连中小檗碱-----抗菌消炎 ◇萝芙木中利血平-----降压作用
2 诱导效应
★随距离增加而减弱效应
吸电基团如苯、酰、烯、羟、醚等降低氮原子电荷密度，降低碱性 供电基团如烷基等提高氮原子电荷密度，提高碱性 有时邻近羟基与氮之间发生电子移位生成季胺则碱性增强
O N O
+
OH
O
CH3
OH
小檗碱
3 共轭效应
★不受碳链长短的影响 共轭即电荷平均化使得N电子云密度提高或降低
生物碱
分步广泛 存在形式：游离、盐、苷类、脂类、N-氧化物 分类方式：植物来源、化学结构、生源结合化学分类 命名规则：
---生物碱类型命名（基核化学结构、植物来源） ---生物碱单体成分命名（植物来源、生物活性或药效）
第二节 结构与分类
一、有机胺类（氮原子不结合在环内的一类生物碱）
二、旋光
三、碱性
来源：N原子上孤对电子吸引质子 碱性强弱表示方式：用pKa表示，越大碱性越强 BH+ B+H3O+ Ka=[B][H3O+]/[BH+ ] pKa=pH-lg [B] /[BH+ ]
pKa:＜2(极弱碱) （强酸） 2-7 (弱碱) （中强酸） 7-11 (中强碱) （弱酸）
第十章生物碱
第十章 生物碱
第一节 概述
一、生物碱的定义
是生物体内一类含氮有机化合物。
CH CH CH3 OH NHCH3
麻黄碱
O O
小檗碱
N +OH OMe
OMe
二、 生物碱的结构与分类
CH CH CH3 OH NHCH3
麻黄碱
有机胺类
（N原子在环外）
O
O
N +OH -
OMe
小檗碱
OMe
杂环类
（N原子在环内）
第三节 提取、分离与检识
一、 提取
1
酸水提 取法
2
乙醇提 取法
3
亲脂性有 机溶剂提 取法
1 酸溶碱沉淀法
（1）原理：
利用生物碱具有碱性，可溶 于酸水，不溶于碱水的性质可采 用酸溶碱沉淀法提取。
（2）工艺
药材粗粉
加稀酸浸渍,过滤
药渣
酸水提取液 加碱碱化,静置，过滤
滤液 (水溶性杂质)
沉淀 (生物碱)
A．Rf
B．Ka C．Kb
D．pKa
E．pKb
单选题
7．碱性最强的生物碱是（ A ）
A．季铵碱 B．伯胺碱 C．仲胺碱
D．叔胺碱 E．酰胺
8．东莨菪碱的碱性比莨菪碱弱是因为（ C ）
A．氮原子的杂化方式 B．电性效应
C．空间位阻
D．分子内氢键
E．同离子效应
多选题
9、游离生物碱一般（ ABD ） A.易溶于有机溶剂 B.难溶于水 C.碱溶酸沉淀 D.酸溶碱沉淀 E.既溶于酸又溶于碱
二、溶解性（酸溶碱沉淀）
❖ 游离碱:脂溶性 ❖ 季铵碱:水溶性 ❖ 两性碱：既溶于酸，又溶于碱 ❖ 生物碱盐：水溶性
第一节 概述
一、生物碱的定义
是生物体内一类含氮有机化合物。
CH CH CH3 OH NHCH3
麻黄碱
O O
小檗碱
N +OH OMe
OMe
二、 生物碱的结构与分类
CH CH CH3 OH NHCH3
麻黄碱
有机胺类
（N原子在环外）
O
O
N +OH -
OMe
小檗碱
OMe
杂环类
（N原子在环内）
第三节 提取、分离与检识
一、 提取
1
酸水提 取法
2
乙醇提 取法
3
亲脂性有 机溶剂提 取法
1 酸溶碱沉淀法
（1）原理：
利用生物碱具有碱性，可溶 于酸水，不溶于碱水的性质可采 用酸溶碱沉淀法提取。
（2）工艺
药材粗粉
加稀酸浸渍,过滤
药渣
酸水提取液 加碱碱化,静置，过滤
滤液 (水溶性杂质)
沉淀 (生物碱)
A．Rf
B．Ka C．Kb
D．pKa
E．pKb
单选题
7．碱性最强的生物碱是（ A ）
A．季铵碱 B．伯胺碱 C．仲胺碱
D．叔胺碱 E．酰胺
8．东莨菪碱的碱性比莨菪碱弱是因为（ C ）
A．氮原子的杂化方式 B．电性效应
C．空间位阻
D．分子内氢键
E．同离子效应
多选题
9、游离生物碱一般（ ABD ） A.易溶于有机溶剂 B.难溶于水 C.碱溶酸沉淀 D.酸溶碱沉淀 E.既溶于酸又溶于碱
二、溶解性（酸溶碱沉淀）
❖ 游离碱:脂溶性 ❖ 季铵碱:水溶性 ❖ 两性碱：既溶于酸，又溶于碱 ❖ 生物碱盐：水溶性
杂环化合物及生物碱
3 天然来源和合成的结合
结合天然来源的化合物和人工合成的化合物，发现更多具有生物活性的化合物。
抗癌药物
某些生物碱具有抗肿瘤活性， 被用于开发抗癌药物。
抗微生物药物
杂环化合物和生物碱被用于 开发具有抗菌、抗病毒等微 生物活性的药物。
神经系统药物
某些生物碱对神经系统具有 影响，被用于开发治疗神经 系统疾病的药物。
合成与设计策略
合成和设计杂环化合物和生物碱的策略包括：
1 结构活性关系研究
通过研究分子结构和生物 活性之间的关系，指导化 合物的合成和设计。
杂环化合物及生物碱
在这个演示文稿中，我们将探索杂环化合物及生物碱。了解其定义、分类、 合成方法，以及在生物活性研究和药物开发中的应用。同时，探讨杂环化合 物和生物碱的合成与设计策略以及未来的发展趋势。
定义
杂环化合物是由杂原子（非碳原子）组成的环状化合物。生物碱是一类存在于生物体内的含氮天然有机化合物， 具有生物活性。
• 植物生物碱 • 动物生物碱 • 微生物生物碱 • 合成生物碱
合成方法
杂环化合物和生物碱的合成方法具有多样性，包括：
1 环化反应
通过环内反应构建杂环结构，例如环加成反应、环合成反应。
2 杂原子取代反应
通过引入杂原子或取代某些原子来改变分子结构。
3 天然来源提取
从植物、动物或微生物中提取天然的生物碱。
生物活性研究
对杂环化合物和生物碱的生物活性进行研究，可以揭示其药理学特性和潜在的应用。
1
体外活性筛选
通过体外实验评估化合物对特定靶点的活性，筛选出潜在的药物候选物。
2
体内研究
在动物模型中测试化合物的药理学活性和毒理学特性。
3
结合天然来源的化合物和人工合成的化合物，发现更多具有生物活性的化合物。
抗癌药物
某些生物碱具有抗肿瘤活性， 被用于开发抗癌药物。
抗微生物药物
杂环化合物和生物碱被用于 开发具有抗菌、抗病毒等微 生物活性的药物。
神经系统药物
某些生物碱对神经系统具有 影响，被用于开发治疗神经 系统疾病的药物。
合成与设计策略
合成和设计杂环化合物和生物碱的策略包括：
1 结构活性关系研究
通过研究分子结构和生物 活性之间的关系，指导化 合物的合成和设计。
杂环化合物及生物碱
在这个演示文稿中，我们将探索杂环化合物及生物碱。了解其定义、分类、 合成方法，以及在生物活性研究和药物开发中的应用。同时，探讨杂环化合 物和生物碱的合成与设计策略以及未来的发展趋势。
定义
杂环化合物是由杂原子（非碳原子）组成的环状化合物。生物碱是一类存在于生物体内的含氮天然有机化合物， 具有生物活性。
• 植物生物碱 • 动物生物碱 • 微生物生物碱 • 合成生物碱
合成方法
杂环化合物和生物碱的合成方法具有多样性，包括：
1 环化反应
通过环内反应构建杂环结构，例如环加成反应、环合成反应。
2 杂原子取代反应
通过引入杂原子或取代某些原子来改变分子结构。
3 天然来源提取
从植物、动物或微生物中提取天然的生物碱。
生物活性研究
对杂环化合物和生物碱的生物活性进行研究，可以揭示其药理学特性和潜在的应用。
1
体外活性筛选
通过体外实验评估化合物对特定靶点的活性，筛选出潜在的药物候选物。
2
体内研究
在动物模型中测试化合物的药理学活性和毒理学特性。
3
第10章杂环化合物
第10章杂环化合物第10章杂环化合物§杂环化合物的分类和命名分类1、按照环的多少分类单杂环：常见的是五元杂环和六元杂环，环上的杂原⼦有⼀个或两个。
五元杂环：六元杂环：吡喃没有芳⾹性，⽣成盐后则具有芳⾹性。
稠杂环：由苯环与单杂环或两个以上单杂环稠合⽽成的。
命名常见的基础杂环多数是具有芳⾹性的，命名时作为杂环化合物的母核。
1、⾳译法中⽂名称采⽤⾳译法，⽤带⼝字旁的同⾳汉字表⽰。
对于⽆特定名称的杂环化合物，中国化学会1980年颁布的有机化学命名原则规定：采⽤“杂”字作介词，把杂环看作是相应的碳环母核中碳原⼦被杂原⼦置换后的衍⽣物来命名。
国外现在采⽤的Hantzsch-Widman系统，规范了10元以下⼀般杂环的词尾词⼲的书写格式。
为了正确表明取代基位置，需将杂环母核编号，编号规则主要有：（1）含⼀个杂环原⼦的单杂环，从杂原⼦开始编号。
有时也使⽤希腊字母，把靠近杂原⼦的位置叫做α位，其次是β位，再其次是γ位。
（2）含两个及以上相同杂环原⼦的单杂环，编号从连有氢原⼦的杂原⼦开始，并使另⼀杂原⼦所在位次保持最⼩。
（3）含两个及以上不同杂环原⼦的单杂环，编号从价数⼩杂原⼦开始，价数相同时则从原⼦序数⼩的开始。
因此，常见杂原⼦编号优先顺序为O、S、N。
⼀般常见的稠杂环有特定的编号，或是沿⽤习惯。
§五元杂环化合物结构和物理性质1、结构这三种杂环上的原⼦都是sp2杂化，为平⾯结构。
每个碳原⼦垂直于环平⾯的p轨道有⼀个电⼦，杂原⼦垂直于环平⾯的p轨道有⼆个电⼦。
三种杂环π电⼦数都是6个，符合休克尔规则，都具有⼀定的芳⾹性。
结构特点：杂原⼦sp2杂化，未成键电⼦对在2p轨道上，参与共轭。
从吡咯的共振式看出，杂原⼦氮上部分负电荷分布到了碳原⼦上。
杂原⼦共轭效应是推电⼦的，诱导效应是吸电⼦的。
由于6个π电⼦分布于5个原⼦上，整个环的π电⼦⼏率密度⽐苯⼤，是富电⼦芳环。
因⽽⽐苯环活泼，亲电取代反应⽐苯快得多。
第十章一三节生物碱的结构与分类
（二）苄基异喹啉类
这类生物碱是异喹啉母核的1位接有苄基， 如鸦片中具解痉作用的罂粟碱，乌头中强心成分 去甲乌药碱，厚朴中的厚朴碱(木兰箭毒碱)。
（三）苯酞异喹啉碱
这类生物碱是异喹啉母核的1位接有苯酞基。 如鸦片中具有镇咳作用而无成瘾性的那可汀
（四）双苄基异喹啉类
这类生物碱是由二分子苄基异喹啉通过 1~3个醚键相连接。如以异喹啉为头，苄基为尾， 则有头头相连、尾尾相连和头尾相连等多种连接 形式，如粉防己碱有2个醚键，一个是头头相连， 一个是尾尾相连，而锡生藤碱中的二个醚键皆是 头尾相连。
（六） 原阿朴菲类
这类生物碱数目较少，通常与阿朴菲类生物 碱共同存在，可认为是阿朴菲类的前体。如荷叶 中具局部麻醉作用的原荷叶碱，而野罂粟中的野 罂粟醇为原阿朴菲型
（七）原小檗碱类
这类生物碱结构可视为两个异喹啉环稠合而成， 但从生源看它是由苄基异喹啉获得一个碳原子(相 当于结构中的8位)形成的。原小檗碱类多为季铵 碱，但若C环氧化成四氢原小檗碱类则为叔胺碱， 但亦有季铵碱，如防己中的轮环藤酚碱。
（十）吗啡类
这类生物碱具有部分饱和的菲核。根据结 构中与菲核相连的乙氨桥的位置和构型又分为 三类，即 吗啡烷型 青藤碱型 莲花氏烷型
吗啡烷型
吗啡烷型结构特点是乙 氨桥位于9-C和13-C位，氧 桥位于4-C 和5-C位
青藤碱型
青藤碱型母核也 是吗啡烷，但乙 氨桥和菲核相连 的构型相反，且 无氧桥存在。此 外，结构中含有 1~2个烯酮。
当前除了提取分离生物体中大量和微量的生 物碱并测定它们的结构式外，生物碱的全合成和 半合成工作也是重要的研究领域，而且发展的速 度很快。1889年首次全合成了毒芹碱。近年来自 美登木中提取鉴定的具有抗癌活性的极微量生物 碱美登木碱为化学结构复杂的含氮大环化合物， 经过短短的数年已有全合成的报道。 此外，通过对生物碱构效关系的研究，进行 结构改造，寻找疗更高，结构更为简单，并且 便于大量生产的新型药物，也是一个重要的研究 领域。
杂环化合物和生物碱-有机化学
溶解1份吡咯、呋喃及噻吩，分别需要17、 35、700份的水。 当五元杂环上连有羟基时，溶解度增大。
如： O
H3C O OH
S
S
OH
(1:35)
(1:20)
(1:700)
(1:16)
3. 杂环化合物的化学性质 (1)、亲电取代反 应
N H O S
HNO3
I2 NaOH
吡咯、呋喃、噻吩 α位取代
I
第四节 稠杂环化合物
稠杂环化合物是指苯环与杂环稠合或杂环与杂环稠合在一起的化 合物。常见的有喹啉、吲哚和嘌呤。
泳衣品牌
3 2 d ★ c
N
a b
N
1
N
★ b 2 a 3
N1
S
N
吡啶并[2,3-d]嘧啶
咪唑并[2,1-b] 噻唑
第二节
五元杂环化合物
五元杂环化合物包括含有1个杂原子的五元杂 环和含2个杂原子的五元杂环。 一、含1个杂原子的五元杂环化合物 1.结构
4 5 1N 3 2
4 5 3 2 4 5 3 2
OH
2．亲电取代反应
Cl2, AlCl 3 100 ℃ Br2, 浮石催化 300 ℃ 气相
Cl
3 氯吡啶
N
Br
3 溴吡啶
N
NO2
N
浓 H2SO4 HgSO4 催化， ℃ 220 混酸 300 ℃
3 硝基吡啶
N
SO3H
吡啶 3 磺酸
N
3．氧化还原反应
（1）氧化反应
COOH N β 吡啶甲酸（烟酸） HNO 3 N COOH N α 吡啶甲酸
由于吡啶环的N上在环外有一孤对电子，故吡啶环上的电荷分布不均。
第十章生物碱(1)
（二）生物碱的碱性与分子结构的关系
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。
1．氮原子的杂化方式
杂化轨道中P轨道的成分增多、能量升高，成对电子的 能量也随之升高，易接受质子，碱性增强。故碱性为sp3＞ sp2＞sp。季铵碱分子中的氮原子最外层有九个电子，，极易
。
原小檗碱
小檗碱
5．莨菪烷类 结构特征为莨菪烷衍生物莨菪醇与 有机酸缩合的酯。如茄科植物中具有解痉作用的莨 菪碱(hyoscyamine)、东莨菪碱(scopolamine)。
莨菪烷
莨菪碱（阿托品）
东莨菪碱
6．吗啡烷类 结构特征为哌啶环垂直与多氢菲稠合。如吗 啡(morphine)与可待因(codeine)。
三、色谱检识
（一）生物碱的薄层色谱
1．吸附薄层色谱法 极性吸附剂一般用来分离和 检识弱极性和中等极性的生物碱，常用的极性吸附 剂有硅胶和氧化铝。活性炭等非极性吸附剂常用于 分离极性较强的生物碱。生物碱薄层色谱所用流动 相系统有中性和碱性两种。
2．分配薄层色谱法
常选用硅胶、纤维素为支持剂，以甲酰胺为固定相的薄 层色谱，适于分离弱极性和中等极性的生物碱，移动相采用 氯仿为主的溶剂系统（先用固定相饱和）；以水为固定相的 薄层色谱，适于分离检识水溶性的生物碱（盐），可用BAW 系统展开。
3．吲哚类 结构特征为苯并吡咯。如具有兴 奋子宫作用的麦角新碱(ergometrine)
吲哚
麦角新碱
（二）六元氮杂环类生物碱
基本结构为吡啶和六氢吡啶（哌啶）。此类 生物碱衍生物数量较多。
吡啶
哌啶
1．简单吡啶类
如具有驱绦虫作用的槟榔碱(arecoline)烟草 中杀虫成分烟碱(nicotine)。
中药化学--生物碱 ppt课件
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18
二。 化 学 性 质
一。碱性
1. 碱性强弱的表示方法——pKa（pKa越大，碱性越强） pKa＜2为极弱碱，pKa2～7为弱碱， pKa7～11为中强，
pKa11以上为强碱。 碱性由强到弱的一般顺序： 胍基＞季铵碱＞N-烷杂环＞脂肪胺＞芳香胺≈N-芳杂环＞酰
胺≈吡咯 2. 碱性强弱影响因素 （1）氮原子的杂化方式（ sp3＞sp2＞sp） （2）诱导效应
• “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
精品资料
• 你怎么称呼老师？
• 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你 是否会认为老师的教学方法需要改进？
• 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭
• “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我 笨，没有学问无颜见爹娘 ……”
• “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
咪 唑
毛果芸香碱
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15
萜类生物碱
1.单萜类生物碱，环烯醚萜衍生而来。龙胆碱
2.倍半萜类生物碱，石斛属植物
3.二萜类生物碱，乌头属，翠雀属，飞燕草属植 物中，代表物乌头碱。
4.三萜类生物碱。
龙胆碱
甾类生物碱
这类生物碱具有甾体母核，另含有氮原子，甾体生物碱的氮原子 可构成杂环，也可存在环外。藜芦胺，环常绿黄杨碱。
存在形式：有机酸盐、无机酸盐、游离状态、酯、苷、以及氮氧 化合物等。
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2
精品资料
• 你怎么称呼老师？
• 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你 是否会认为老师的教学方法需要改进？
• 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭
• “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我 笨，没有学问无颜见爹娘 ……”
含氮有机化合物和杂环
NO2
Fe / HCl 或Sn / HCl
NH2
12
2. 腈和酰胺的还原
RCN
H2 / Pt LiAlH4
RCH2NH2
O H3C C NH 2
H2/Ni
CH3CH2NH2
13
3. Hofmann降解反应
O R C NH2
Br2 / NaOH or Cl2 / NaOH
RNH2 + NaBr + Na2CO3
O
CH3CCl
NO 2
NHCOCH 3
HNO3 / H2SO4
NHCOCH 3
H2O / OH-
NH 2
NO 2
NO 2
21
4. 与亚硝酸反应
拓展
亚硝酸钠
亚硝酸钠是一种有毒的氧化剂，大量进入血液
后，将血红蛋白中的二价铁氧化为三价铁，形成高 铁血红蛋白血症，失去携氧能力，造成机体组织细 胞缺氧症状，严重影响中枢神经系统，可引起呼吸 困难、循环衰竭。在腌咸肉或加工熟食卤味时，有 时为了使肉色鲜红而加入亚硝酸盐，如加入过量， 同样会引起中毒。另外，食用富含亚硝酸盐的食物 还与一些肿瘤发生有关。据调查发现,食管癌高发 区居民食腌菜者较普遍,食管癌的发病率与食腌菜 量相关，在这些腌制的咸菜中含有大量的亚硝酸盐。
第十章 含氮有机化合物
1
胺
含
氮 重氮化合物、偶氮化合物
有
机 酰胺
化
合 物
含氮杂环
生物碱
2
第一节 胺 一. 胺的分类和命名
1.分类
3
名称 伯胺 仲胺 叔胺 季铵盐 季铵碱
分子式
RNH2 R2NH R3N R4N+XR4N+OH-
第十章 生物碱
COOCH3 N CH3 N CH3 O N COOCH3
A
B
C
理由： 碱性的强→弱程度： A ＞ C ＞ B A是叔胺碱，氮原子是SP3杂化，C中的氮原子是SP2杂化， A的碱性强于C。B中氮原子处于酰胺结构中，其孤电子对与 羰基的π-电子形成p-π共轭，碱性最弱。
第十章 生物碱
概述
二 、生物碱的分布及存在形式 2、存在形式
在植物体内，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。少数 以游离态存在，如酰胺类生物碱。极少数以酯、苷或 N-氧化物的形式存在。
第十章 生物碱
概述
三、生物碱的生理活性 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。
吗啡碱
O
喜树碱
第二节 四、碱性：
理化性质
（一）. 碱性的产生及其强度表示： 生物碱分子中氮原子上的孤电子对，能给出电子 或接受质子而使生物碱显碱性。 生物碱碱性大小可用碱的碱式离解常数 pKb表示， 也可用其共轭酸的酸式离解常数pKa表示。
B + H2O = BH+ + OH碱 酸 共轭酸 共轭碱
第二节 二、旋光性
理化性质
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。影响生物碱旋光性的因素主要有手性碳 的构型、测定溶剂及pH、浓度等。如麻黄碱在水中测 定呈右旋光性，而在氯仿中测定则呈左旋光性。 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。去甲乌药碱仅左旋体具强心作用 。
A
B
C
理由： 碱性的强→弱程度： A ＞ C ＞ B A是叔胺碱，氮原子是SP3杂化，C中的氮原子是SP2杂化， A的碱性强于C。B中氮原子处于酰胺结构中，其孤电子对与 羰基的π-电子形成p-π共轭，碱性最弱。
第十章 生物碱
概述
二 、生物碱的分布及存在形式 2、存在形式
在植物体内，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。少数 以游离态存在，如酰胺类生物碱。极少数以酯、苷或 N-氧化物的形式存在。
第十章 生物碱
概述
三、生物碱的生理活性 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。
吗啡碱
O
喜树碱
第二节 四、碱性：
理化性质
（一）. 碱性的产生及其强度表示： 生物碱分子中氮原子上的孤电子对，能给出电子 或接受质子而使生物碱显碱性。 生物碱碱性大小可用碱的碱式离解常数 pKb表示， 也可用其共轭酸的酸式离解常数pKa表示。
B + H2O = BH+ + OH碱 酸 共轭酸 共轭碱
第二节 二、旋光性
理化性质
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。影响生物碱旋光性的因素主要有手性碳 的构型、测定溶剂及pH、浓度等。如麻黄碱在水中测 定呈右旋光性，而在氯仿中测定则呈左旋光性。 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。去甲乌药碱仅左旋体具强心作用 。
天然药物化学第十章生物碱
OMe
MeO O
唐松草碱 thalicarpine
N Me H
原小檗碱型 protoberberine
N
O
HO
O
N+OH-
MeO
N+OH-
OMe
OMe
OMe
小檗碱（黄连素） berberine
OMe
药根碱 jatrorrhizine
阿朴啡型
CH3O
N Me
NH
CH3O
阿朴啡 aporphine
HO
N +H
NH
⑵强度表示：pKa
⑶ pKa与碱性的关系： pKa越大，碱性越强
用Bronsted（勃朗斯德）理论解释：
BH
B + H 3O +
Ka= [B] [H 3O ] [B H ] [B H ]
pKa= pH + log [B ]
BH＋ ：生物碱盐的浓度；B：游离生物碱的浓度。
pKa值越大， BH＋越大，表示生物碱的碱性越强
吡咯里西啶（pyrrolizidine）衍生物
Me
Me
Me O
O
OH
N
O H OH O
吡咯里西啶
N
野百合碱 （有抗癌活性） monocrotaline
吲哚里西啶（indolizidine）衍生物
O
O
N N
吲哚里西啶 indolizidine
一叶萩碱 securinine
㈢吡啶衍生物 由吡啶或六氢吡啶衍生的生物碱。 分：简单吡啶衍生物、喹诺里西啶 （quinolizidine）
1-苯甲基异喹啉型
N
1-苯 甲 基 异 喹 啉
1-benzyl-isoquinoline
生物碱
第十章 生物碱
第一节 生物碱概述
生物碱的含义: 生物碱的含义:
是指来源于生物界（主要是植物界） 是指来源于生物界（主要是植物界）的一 生物活性的含氮有机化合物 类具有生物活性的含氮有机化合物。 类具有生物活性的含氮有机化合物。 多有较复杂的环状结构，氮原子结合在环内； ★ 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； ★ 多呈碱性，可与酸成盐； 多具有显著的生理活性。 ★ 多具有显著的生理活性。 注意：生物界的含氮有机化合物还有氨基酸、 注意：生物界的含氮有机化合物还有氨基酸、 氨基糖、肽类、蛋白质、核酸、 氨基糖、肽类、蛋白质、核酸、核苷酸及含氮 维生素等。 维生素等。
生物碱的生物活性： 生物碱的生物活性：
镇痛：吗啡、红古豆碱、古柯碱、 镇痛：吗啡、红古豆碱、古柯碱、延胡索乙 素（颅通定）、乌头碱、茛菪碱、东茛菪碱 颅通定）、乌头碱、茛菪碱、 ）、乌头碱 止咳平喘：麻黄碱、可待因、 止咳平喘：麻黄碱、可待因、贝母碱 抗菌消炎：小檗碱 抗菌消炎： 解痉：阿托品、茛菪碱、东茛菪碱 解痉：阿托品、茛菪碱、 治类风湿关节炎：青藤碱、 治类风湿关节炎：青藤碱、雷公藤碱及雷公 藤次碱 降血压：利血平、 降血压：利血平、猕猴桃碱
生物碱的生物活性： 生物碱的生物活性：
降血糖： 降血糖：长春花碱 兴奋中枢神经：咖啡因、一叶秋碱（ 兴奋中枢神经：咖啡因、一叶秋碱（治小儿麻痹后 遗症） 遗症） 抗肿瘤：长春碱、长春新碱、喜树碱、苦参碱、娃 抗肿瘤：长春碱、长春新碱、喜树碱、苦参碱、 儿藤碱、秋水仙碱、野百合碱（治皮肤癌） 儿藤碱、秋水仙碱、野百合碱（治皮肤癌） 驱虫（绦虫）：槟榔碱； 驱虫（绦虫）：槟榔碱；烟碱可作农业杀虫剂 ）：槟榔碱 抗心律失常：鹰爪豆碱；降血脂：香菇嘌呤； 抗心律失常：鹰爪豆碱；降血脂：香菇嘌呤；治疗 白细胞减少： 白细胞减少：千金藤碱
第一节 生物碱概述
生物碱的含义: 生物碱的含义:
是指来源于生物界（主要是植物界） 是指来源于生物界（主要是植物界）的一 生物活性的含氮有机化合物 类具有生物活性的含氮有机化合物。 类具有生物活性的含氮有机化合物。 多有较复杂的环状结构，氮原子结合在环内； ★ 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； ★ 多呈碱性，可与酸成盐； 多具有显著的生理活性。 ★ 多具有显著的生理活性。 注意：生物界的含氮有机化合物还有氨基酸、 注意：生物界的含氮有机化合物还有氨基酸、 氨基糖、肽类、蛋白质、核酸、 氨基糖、肽类、蛋白质、核酸、核苷酸及含氮 维生素等。 维生素等。
生物碱的生物活性： 生物碱的生物活性：
镇痛：吗啡、红古豆碱、古柯碱、 镇痛：吗啡、红古豆碱、古柯碱、延胡索乙 素（颅通定）、乌头碱、茛菪碱、东茛菪碱 颅通定）、乌头碱、茛菪碱、 ）、乌头碱 止咳平喘：麻黄碱、可待因、 止咳平喘：麻黄碱、可待因、贝母碱 抗菌消炎：小檗碱 抗菌消炎： 解痉：阿托品、茛菪碱、东茛菪碱 解痉：阿托品、茛菪碱、 治类风湿关节炎：青藤碱、 治类风湿关节炎：青藤碱、雷公藤碱及雷公 藤次碱 降血压：利血平、 降血压：利血平、猕猴桃碱
生物碱的生物活性： 生物碱的生物活性：
降血糖： 降血糖：长春花碱 兴奋中枢神经：咖啡因、一叶秋碱（ 兴奋中枢神经：咖啡因、一叶秋碱（治小儿麻痹后 遗症） 遗症） 抗肿瘤：长春碱、长春新碱、喜树碱、苦参碱、娃 抗肿瘤：长春碱、长春新碱、喜树碱、苦参碱、 儿藤碱、秋水仙碱、野百合碱（治皮肤癌） 儿藤碱、秋水仙碱、野百合碱（治皮肤癌） 驱虫（绦虫）：槟榔碱； 驱虫（绦虫）：槟榔碱；烟碱可作农业杀虫剂 ）：槟榔碱 抗心律失常：鹰爪豆碱；降血脂：香菇嘌呤； 抗心律失常：鹰爪豆碱；降血脂：香菇嘌呤；治疗 白细胞减少： 白细胞减少：千金藤碱
天然药物化学 第十章 生物碱
O O OCH3
R=CH3汉防己甲素；R=H汉防己乙素
（治疗风湿性关节疼痛、神经疼痛）
汉防己乙素的隐性酚羟基，使极性较大，冷苯中不溶，汉防 己甲素的甲氧基，极性较小，溶于冷苯（用于分离）
4.吗啡烷类生物碱
吗啡（morphine） (镇痛药，酚性生物碱，具有酸碱两性)
可待因 (Codeine) (镇咳药)
H OH O O C C OH
山莨菪碱
樟柳碱
1.阿托品（外消旋体）无旋光 ，其它均有旋光。 2.碱性： 莨菪碱（pka 9.65）>山菪碱>东菪碱（6.20）和樟柳碱
3.鉴别反应 (1) Vitali反应(针对莨菪酸部分) （深紫--暗红--消失）
COOR CHCH2OH HNO3 O2N COOR CHCH2OH NO2 KOH C2H5OH O2N COOR C CH2OH NO2
OH CHCH2NHCH3
HO CH2CH2N(CH3)2
OH OH
N H
肾上腺素
蟾酥碱
三、生物碱的存在形式
根据分子中氮原子所处的状态主要分为六类：
1.游离碱：少数碱性极弱的生物碱如那碎因、那可定
2.盐类：绝大多数。形成盐的酸：草酸、柠檬酸、盐
酸、硫酸与硝酸等 3.酰胺类：秋水仙碱、喜树碱 4.N-氧化物：吡咯里西丁类（如野百合碱等） 5.氮杂缩醛类：如阿马林等 6.其他如亚胺（C=N）、烯胺等
R N N R N
吡咯类
托品烷类
吡咯里西丁类
（一）吡咯类生物碱
由吡咯或四氢吡咯衍生。结构简单，数目比较 少，生理活性不太显著。
O N CH3 红古豆碱
红古豆碱与苦杏仁酸形成的酯（简称701），临床用于降压。
中药化学_10第十章++生物碱
COOCH3
COOH N CH3
N H
N CH3
喹诺里西啶类：苦参碱、氧化苦参碱（苦参） 喹诺里西啶类：苦参碱、氧化苦参碱（苦参）
槟榔碱
N
吲哚里西啶类：一叶楸碱（一叶楸） 吲哚里西啶类：一叶楸碱（一叶楸）
O H
槟榔次碱
O
N
N
一叶楸碱
3．苯丙氨酸和酪氨酸系生物碱 ．
（1）苯丙胺类：麻黄碱（麻黄） ）苯丙胺类：麻黄碱（麻黄）
CHOH
CH
CH3
NHCH3
麻黄碱（伪麻黄碱） 麻黄碱（伪麻黄碱）
（2）异喹啉类 ） 小檗碱类：小檗碱（黄连、黄柏） 小檗碱类：小檗碱（黄连、黄柏） 原小檗碱类：元胡索乙素（元胡） 原小檗碱类：元胡索乙素（元胡）
+ N
N
苄基异喹啉类：罂粟碱（罂粟） 苄基异喹啉类：罂粟碱（罂粟） 厚朴碱（厚朴） 厚朴碱（厚朴）
CH3
CH3 C6H5 OH
C6H5
H1
H2
+
N H1 H
H CH3
H2 HO
+
N
H
H CH3
麻黄碱共轭酸（稳定性差） 伪麻黄碱共轭酸（稳定） 麻黄碱共轭酸（稳定性差） 伪麻黄碱共轭酸（稳定） pKa9.58（碱性弱） pKa9.74（碱性强） （碱性弱） （碱性强）
常见生物碱碱性规律： 常见生物碱碱性规律：
NH
四氢异喹啉（ 四氢异喹啉（SP3 pKa9.5） ）
N
异喹啉（ 异喹啉（SP2 pKa5.4） ） 氰类（ 氰类（SP 中性 ） 电效应
RC
N
2、诱导效应： 、诱导效应： 供电诱导效应（烷基）： ）：可使氮原子周围电子云密 供电诱导效应（烷基）：可使氮原子周围电子云密 度增加，碱性增强。 度增加，碱性增强。 吸电诱导效应（含氧基团，双键，苯环）： ）：电子云 吸电诱导效应（含氧基团，双键，苯环）：电子云 密度降低，碱性减弱。 密度降低，碱性减弱。
COOH N CH3
N H
N CH3
喹诺里西啶类：苦参碱、氧化苦参碱（苦参） 喹诺里西啶类：苦参碱、氧化苦参碱（苦参）
槟榔碱
N
吲哚里西啶类：一叶楸碱（一叶楸） 吲哚里西啶类：一叶楸碱（一叶楸）
O H
槟榔次碱
O
N
N
一叶楸碱
3．苯丙氨酸和酪氨酸系生物碱 ．
（1）苯丙胺类：麻黄碱（麻黄） ）苯丙胺类：麻黄碱（麻黄）
CHOH
CH
CH3
NHCH3
麻黄碱（伪麻黄碱） 麻黄碱（伪麻黄碱）
（2）异喹啉类 ） 小檗碱类：小檗碱（黄连、黄柏） 小檗碱类：小檗碱（黄连、黄柏） 原小檗碱类：元胡索乙素（元胡） 原小檗碱类：元胡索乙素（元胡）
+ N
N
苄基异喹啉类：罂粟碱（罂粟） 苄基异喹啉类：罂粟碱（罂粟） 厚朴碱（厚朴） 厚朴碱（厚朴）
CH3
CH3 C6H5 OH
C6H5
H1
H2
+
N H1 H
H CH3
H2 HO
+
N
H
H CH3
麻黄碱共轭酸（稳定性差） 伪麻黄碱共轭酸（稳定） 麻黄碱共轭酸（稳定性差） 伪麻黄碱共轭酸（稳定） pKa9.58（碱性弱） pKa9.74（碱性强） （碱性弱） （碱性强）
常见生物碱碱性规律： 常见生物碱碱性规律：
NH
四氢异喹啉（ 四氢异喹啉（SP3 pKa9.5） ）
N
异喹啉（ 异喹啉（SP2 pKa5.4） ） 氰类（ 氰类（SP 中性 ） 电效应
RC
N
2、诱导效应： 、诱导效应： 供电诱导效应（烷基）： ）：可使氮原子周围电子云密 供电诱导效应（烷基）：可使氮原子周围电子云密 度增加，碱性增强。 度增加，碱性增强。 吸电诱导效应（含氧基团，双键，苯环）： ）：电子云 吸电诱导效应（含氧基团，双键，苯环）：电子云 密度降低，碱性减弱。 密度降低，碱性减弱。
烃的含氮衍生物—杂环化合物和生物碱(医用化学课件)
1．当环上只有一个杂原子时，从杂原子开始编，依 次用1、2、3……；或从靠近杂原子的碳原子开始， 标以希腊字母α、β、γ……
NO2
N CH3
H
2-甲基吡咯 （α-甲基吡咯）
N 4-硝基吡啶 （γ-硝基吡啶）
O SO3H
2-呋喃磺酸 （α-呋喃磺酸）
•杂环编号的规则：
2.当环上有相同杂原子时，应从连有氢或取代基的杂原子开 始编号，并尽可能使杂原子的编号最小；
利用沉淀反应可鉴定或分离生物碱。
显色反应
大多数生物碱能和一些试剂反应呈现不同的颜色。 如甲醛-浓硫酸溶液遇吗啡显紫红色，可待因显蓝色等。 各种生物碱因其结构不同而显示不同的颜色，因此利用 该反应可鉴别生物碱。
三、常见的生物碱
烟碱
颠茄碱
吗啡碱
麻黄碱
小檗碱
烟碱
N N
CH3
烟碱
存在于烟草中，微黄色液体，在空气中逐渐 变为棕色，溶于乙醇、乙醚、氯仿中，也可 与水任意比相溶。 烟碱有毒，少量能兴奋神经，大量能抑制中 枢神经系统；可用作农业杀虫剂。 长期吸烟者会引起肺气肿、心血管疾病等。
C.肾上腺素
D.吡啶
2.关于生物碱叙述不正确的是（ ）
A.存在于生物体内
B. 有明显的生物活性
C.分子中都含有氮杂环
D. 生物碱一般能与酸作用成盐
3.下列有关生物碱的叙述，正确的是（ ）
A.含有氮原子
B.显酸性
C.自然界的所有含氮成分 D. 易溶于水
答案：
1.D 2.C 3.A
杂环化合物
新课导入
物质核酸的重要组成部分。
五、稠杂环化合物
稠杂环化合物是指苯环与杂环稠合或杂环与杂环 稠合在一起的化合物。常见的有喹啉、吲哚和嘌呤。
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食用香精
吡 咯
杀虫剂
药物
四氢吡咯
下列物质中：
N
（A）
S
（B）
N
（C）
N
（D）
）
NH2
1)不属于杂环化合物的是（ D 3)属于稠杂环化合物的是（ B
2)属于单杂环化合物的是（ A C ）
）
喝茶和喝咖啡能提神，知道为什么吗？
抽烟有害健康，这是人皆尽知的常识，
知道是什么物质的作用吗？ 此类例子还能举出一些吗？
生物碱
化学性质
沉淀反应：能与生物沉淀试剂反应， 生成简单盐或复盐的有色沉淀。 显色反应：能和一些试剂反应出现不 同的颜色。
说明：沉淀反应可以初步断定生物碱的存在，也可以
用于生物碱的分离和精制。显色反应用于生物碱的鉴别。
三、常见的生物碱
烟碱
烟叶
（尼古丁）
无色到微黄色油状液体， 露置空气中渐变棕色，味 辛辣，易溶于水、乙醇及 氯仿等，毒性很强。
六、常见杂环化合物
※ ※
※ ※ ※ ※ ※
呋喃
糠醛
无色 有类似氯仿的气味 液体 31.4℃ 难溶于水，易溶于 有机溶剂 挥发性： 易挥发 它的蒸气遇盐酸浸 松木反应： 湿过的松木片呈现 绿色。 (鉴定呋喃的存在) 颜 色： 气 味： 状 态： 沸点-2-吡啶甲酸 除草剂
药物
？
土豆芽
土豆是世界上公认的营养丰富的食
物。土豆的蛋白质中含有18种人体 所需的氨基酸，其蛋白质中含有大 量的粘体蛋白质，能预防心血管类 疾病；土豆中维生素B1的含量，也 居常食蔬菜之冠。
图片来源：
/eat/gb/content/200805/30/content_2361086.htm
然而，食入发芽、腐烂的土豆，可导致人体中毒，这是
怎么回事呢？土豆发芽会产生一种叫龙葵素（又称茄碱） 的生物碱。质量好的土豆每100克中只含龙葵素10毫克，而 变青、发芽、腐烂的土豆中龙葵素可增加50倍或更多。龙 葵素吸收进入血液后有溶血作用，还可麻痹运动、呼吸中 枢，刺激胃粘膜，最终可因呼吸中枢麻痹而死亡。此外， 龙葵素的结构与人类的巢体激素如雄激素、雌激素、孕激 素等性激素相类似。孕妇若长期大量食用含生物碱较高的 土豆，蓄积体内会产生致畸效应。
一、生物碱的定义
麻黄碱 烟碱 吗啡碱 咖啡碱 肾上腺素
罂粟
生物碱
存在于生物体内具 有生理活性的含氮 碱性有机化合物
说明：生物碱大多数结构复杂，以含氮杂环的形
式存在，少数是胺类化合物。
二、生物碱的性质
物理性质
色、味、态：绝大多数是无色或白色 的结晶性固体，只有少数是液体或有 颜色。一般有苦味。 溶解性：多数难溶或不溶于水，能溶 于有机溶剂 碱性：分子含有氮原子，能与质子 结合成盐，所以呈碱性。
N ＋ KOH H
K
＋ H2O N＋
N＋ K
＋ H2O
N ＋ KOH H
(2)吡啶的碱性比苯胺强 吡啶具有弱碱性 (pKb=8.8),能与强酸生成稳定的盐。 ＋ Cl ( 或 · ＋ HCl HCl )
N N H N
盐酸吡啶
3.稳定性 吡咯性质不稳定 吡咯在酸或氧化剂条件下都很 容易发生聚合反应。
的含氮有机物。 生物碱通常为味苦的无色或白色固体，有极少数为液 体。 生物碱多数难溶于水，能溶于有机溶。 一般具有弱碱性，可以与酸结合生成盐； 能与一些试剂发生沉淀反应和显色反应，可用于生物 碱的鉴别和分离。 生物碱一般具有显著的生理作用，常常是很多中草药 中的有效成分，并广泛应用于临床。
下列生物碱的性质中： （A）溶解性 （C）沉淀反应 （B）碱性 （D）显色反应
1) 2)
可以初步断定生物碱存在的反应是（ C ） 用于生物碱鉴别的反应是（ D ）
吡啶：无色有恶臭味的液体，有毒，触及人体易灼伤
皮肤。吡啶的沸点为115.5℃,能与水、乙醇、乙醚等混 溶，还能溶解大部分有机物及许多无机盐类，是一种良 好的溶剂。吡啶遇酸、碱和对氧化剂稳定。
无色液体，类 似苯胺的气味
易溶于有 机溶剂
易被氧化，颜色变深； 遇盐酸浸湿的松木片 呈红色，此反应可检 验吡咯
简单，目前一般都习惯于译音的名称。
四、吡咯和吡啶的结构
1.吡咯
N H
吡咯是五元杂环化合物,具有芳香性。
0.143nm 0.137nm ‥ 0.138nm
吡咯 2.吡啶 吡啶是六元杂环化合物,与苯相似,也具有 芳香性。
0.139nm
N H
· ·
·
· N H
‥
N 0.137nm
· · · ·‥ · ·
染料
杂环化合物
塑料
药物
你还能想到杂 环化合物的哪 些用途？
一、杂环化合物定义
A与B、C与D有何区别？
A.
O
B.
C.
N
D.
在有机化学中， 非碳原子统称为杂原子， N、S、O是最常见的 杂原子。环上含有杂原 子的有机化合物统称为 杂环化合物。
说明:杂环化合物广泛存在于自然界中，多数
具有生理活性；结构比较复杂，种类繁多，数量 庞大。
Sp2杂化轨道 (内有未共用电子对)
吡啶
五、吡咯和吡啶的性质
1.溶解性 (1)吡咯的水溶性 (1:17),但不大。 (2)吡啶的水溶性 吡咯在水中有一定的溶解度
H
N H O
吡啶能与水混溶。
N H H O
H
2.酸碱性 (1)吡咯具有弱碱性和弱酸性 吡咯的碱性很弱 (pKb=13.6),不能与酸形成稳定的盐。同时，吡 咯显微弱的酸性(pKa=17.5),酸性比甲醇强而比 苯酚弱。
吗啡碱
夹竹桃含有利血平、萝芙木甲素等生物碱 益母草含益母草碱约0.5%
石蒜含有石蒜生物碱，全株有毒，如果误 食引起呕吐、腹泻，严重者还会发生语言 障碍、口鼻出血。
长春花中含55种生物碱，其中长春碱和长 春新碱是目前国际上应用最多的抗癌植物 药源，治疗白血病肝癌肾癌及高血压。
生物碱是一类从动植物体内得到的具有强烈生理作用
说明：少量烟碱有兴奋中枢神经、增高血压的作用，
量大时能抑制中枢神经系统使心脏麻痹甚至死亡。
麻黄草
无色晶体，味苦，熔点34℃ ，溶 于有机溶剂，它的草酸盐难溶于冷 水。具有平喘、止咳、发汗等作用。
麻黄碱
药
物
毒
品
麻黄碱类药物398种
脱氧麻黄碱盐酸盐
罂粟
白色结晶，味苦，微溶于 水、醇、醚，溶于氯仿。 将未成熟的罂粟果的乳汁晾干 后即得鸦片。吗啡是鸦片中含 量最多的一种生物碱。 一种镇痛剂，长期使用易成 瘾，医药上常用盐酸吗啡。 毒品
二、杂环化合物分类
五元杂环 单杂环 六元杂环 杂环化合物
N N
S
稠杂环
N H
三、杂环化合物的命名
杂环化合物母核的命名是根据杂环化合 物母核的英文名称音译，应用同音汉字加 “口”字旁作为杂环的标志。
N S
O
N H
N
噻唑
thiazole
呋喃
furan
吲哚
indole
喹啉
quinoline
说明：这种名称不能反映结构特点，但命名比较