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
+
生物碱盐 碘化铋钾
NO2 NH
+
O2 N NH O
+ -
+
O2 N OH NO2
NO2
O2 N
生物碱盐
苦味酸
加入生物碱沉淀试剂， 若阳性，是否说明含 有生物碱？
假阳性： 蛋白质、多肽、鞣质等。 净化方法： 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。
（二）显色反应
◆ 某些生物碱单体能与一些浓无机酸为主的试剂反
应，呈现出不同的颜色，常用来检识和鉴别个别
生物碱。
◆ 具体试剂与反应现象见P403 表9-2
3>2>1
2>1>3
（三）生物碱碱性和分子结构的关系
1、氮原子的杂化方式
为什么？
1
N
2
CH3 N
pka= 5.2 ( SP2 )
pka = 11.2 ( SP3 )
烟碱 Pka1 =3.4 2
Pka =8.2
季胺碱>氮烷杂环>脂肪胺基>芳香胺>氮芳
烯杂环>酰胺>吡咯>腈
2、电子效应 (1)诱导效应（通过碳链传递）
ACD
4、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）
和钩藤碱 Pka=6.32
异和钩藤碱 Pka=5.20
一个生物碱结构中常存在多个影响生物碱碱性
强度的因素，应综合考虑。
诱导效应和空间效应共存时，空间效应对 碱度的影响较大； 诱导效应和共轭效应共存时，共轭效应对 碱度的影响较大。
PKa + PKb=- lgKa + -lgKb =14
（二）生物碱碱性强度表示
碱性越强，其Kb越大，PKb越小，其共轭酸Pka越大；即
Pka越大，碱性越强； Pka<2 Pka=2-7 Pka=7-12 极弱碱；（酰胺） 弱碱； （吡啶）
中强碱；（脂肪胺 含氮饱和杂环）
Pka>12
强碱；
（季胺）
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。
N
Pka =5.2
N
Pka =10.4
CH3
1
N
2
CH3 N
Pka1 =8.2 Pka2 =3.4
烟碱
OMe
H
OMe
N
NH
H
OMe OMe
吐根碱
ΔpKa = 0.89
如咖啡碱具有升华性
麻黄碱、伪麻黄碱能随水蒸气蒸馏。 4、味觉 多具苦味；有的有辣味，如胡椒碱；个别生物碱具有甜味， 如甜菜碱。
5.颜色
大多数生物碱为无色物质，少数含有较长共轭体 系的如小檗碱、蛇根碱为黄色，小檗红碱为红色。
O
O
N
Zn
O
OCH3
O
N
H2SO4
OCH3
OCH3
OCH3
小檗碱（黄色）
四氢小檗碱（无色）
叔胺碱，如苦参碱与氧化苦参碱。

两性生物碱：具酚羟基、羧基
具酚羟基生物碱类似于亲脂性生物碱；可溶于苛性碱溶液。 如药根碱，吗啡
特殊溶解性
某些生物碱盐具有特殊的溶解性质。如高石蒜碱的 盐酸盐不溶于水，而溶于氯仿；盐酸小檗碱难溶于 水；少数酚性碱，不溶碱水中。 少数游离生物碱难溶于有机溶剂，而溶于水中。 如： 吗啡难溶于氯仿、乙醚，可溶于碱水。
B>C>A
B>C>A
B>A>C
B>A>C
生物碱分子结构与其碱性强弱的关系正确的是 （ ）
A 氮原子的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，碱性增强
C 氮原子处于酰胺状态，碱性极弱 D 生物碱的立体结构有利于氮原子接收质子，碱性增强 E 氮原子附近取代基不利于其共轭酸质子形成氢键缔合， 碱性增强
二.旋光性
含有手性碳原子的生物碱，由于分子不对称性而具有旋
光性。
生物碱的旋光性受PH、溶剂、温度、浓度等因素影响。
如：烟碱(尼古丁) 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，右旋体无或很弱。
氯仿溶液
左旋体 右旋体 左旋体
麻黄碱
水溶液 氯仿溶液
吐根碱
盐酸溶液
右旋体
三.溶解性
+ N
R' C C R
N
C
C
R
A（生物碱）
B（共轭酸）
C
仲烯胺：共轭酸B极不稳定，平衡向C进行，碱性较弱； 叔烯胺：共轭酸B较稳定，平衡向B进行，碱性较强。 共轭酸B较稳定，平衡向B进行，碱性较强。
氮原子不处在桥头，碱性强 氮原子处在桥头，碱性相对较弱
H
H N
N
H
H
N
N H H O
H
H O H
O
O H
N N
金雀花碱
ΔpKa = 8.1
(3)共轭效应
氮原子孤电子 电子基团
氮原子孤电子对处于P~共轭体系时，通 常碱性减弱。 苯胺型、烯胺型、酰胺型
①苯胺型
CH3 H3CHNCOO
N1
N2 CH3
Pka1=1.76 Pka2=7.88
CH3
毒扁豆碱
②烯胺型
R' N R C C
+ R' H
OH-
新士的宁 Pka=3.8
士的宁 Pka=8.2
N
NH2
C
N H
N H
H
NH
吡咯 pKa0.4
咪唑 pKa7.2
脒 pKa12.4
N
C R
O
③ 酰胺型
O O
N
O
O Me N N
胡椒碱 Pka=1.42
Me
咖啡因 Pka=1.22
O
N Me
N
3、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
喜树碱不溶于一般有机溶剂，而溶于酸性氯仿。
OCH3 H3CO
H3C
N OH O
N
CH3
O
OCH3
空间位阻
溶解度小结
（一）脂溶性生物碱
大多数游离的脂肪胺、芳胺、酰胺类为脂溶性生物碱。
（二）水溶性生物碱
（1）含有季铵、胍基或氮氧化物（如氧化苦参碱）的生物碱 （2）小分子、极性强的生物碱 （3）生物碱盐
若加过量试剂，沉淀又被溶解
其中改良的碘化铋钾试剂最为常用。
氯化金（3%）（auric chloride）
HAuCl4
黄色晶型沉淀
1
氯化铂（10%）（platinic cholride） H2PtCl6
白色晶型沉淀
酸类：
硅钨酸(Bertrand试剂) 淡黄色或灰白色
酚酸类：
苦味酸(Hager试剂) 2,4,6-三硝基苯酚 黄色晶型
供电性基团取代，碱性增强 氮原子附近有吸电性基团，碱性减弱； 如 ： 二 甲 胺 (Pka10.70) > 甲 胺 (Pka10.64) > 氨 (Pka9.75)
三甲胺？
Pka9.80 ？
H C OH
H C
CH3
麻黄碱
H C OH H C NH2
NHCH3
PKa9.58
CH3
H2 C
去甲麻黄碱 PKa9.00
HX N C OR OH- , HOR
OR
+ N
X C
+ H-OR
R=H R=Ac
阿马林 二乙酰阿马林
N
N
OR
阿马林：pKa=8.15； 二乙酰阿马林：pKa=4.9
Me
其他如士的宁与伪士的宁
(2)诱导-场效应
诱导和场效应: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
H C NH2
CH3
苯异丙胺 PKa9.80
二氢石蒜碱
石蒜碱
Pka=8.4
Pka=6.4
可卡因
托哌可卡因
Pka=8.31
Pka=9.88
氮杂缩醛(酮)生物碱的碱性
HX N C OR OH- , HOR + N X C
+ H-OR
若结构易于质子化，呈强碱性，如醇胺型小檗碱
若氮原子处在桥头，不易质子化，则碱性可能较弱；
第三节 生物碱的理化性质
一、性状 1.形态：
多为结晶固体，少为粉末。
少数常温下液体（多不含氧，若含氧则多成酯 键）,如槟榔碱、烟碱等在常温下是液体。
COOCH3
N
N
Me
CH3
nicotine
N
2、熔点
熔点固定
双熔点：防己诺林碱 3、挥发性 多无挥发性，少数小分子、游离状态生物碱具有挥发性和升 华性。
（一）碱性的产生
+ N:H
N:
+ + H
生物碱
H2O + B = [BH + + [OH ] ] Kb= [BH +][OH ] [H2O][B] [B][H + ] [BH +]
生物碱盐
+ Ka Kb = [H ][OH ] =10 -14 H 2O
+ [BH +] = [B] + [H ]
Ka=
氮原子的存在形式 分子大小 极性基团的有无、数目 溶剂的极性

亲脂性生物碱：绝大多数仲胺和叔胺生物碱； 溶解的溶剂？

水溶性生物碱：季铵盐；少数小分子叔胺碱 成盐后易溶于水 溶解的溶剂？

无机酸盐大于有机酸盐；无机酸盐中含氧酸盐的水 溶性大；有机酸盐中小分子有机酸盐水溶性较好。

具有N-氧化物的生物碱： 因具有半极性的N O配位键，其极性大于相应的