第二节 生物碱生物合成的基本原理

CHO ＋ HN
＋
C：
_ -OH+
C
CH
N
在生物碱的曼尼希缩合反应中， 提供负碳离子（即亲核试剂）者 常为芳香碳。 苄基异喹啉和吲哚生物碱的生物 合成中，很多一级环合都是通过 曼尼希缩合而完成的。
综上所述，氨基和羰基反应体 综上所述，氨基和羰基反应体 是生物碱生物合成中最重要的 形成N 形成N-杂环体系的前体物。这 中间希夫碱形成和曼尼希缩合 所需的醛类（羰基）以及酶的 催化作用是关键因素。
第二节 生物碱生物合成的基本原理
生物碱生物合成的前体（初始物） 生物碱生物合成的前体（初始物）
氨基酸：在生物碱的生物合成中， 氨基酸：在生物碱的生物合成中，主要的 初始物是氨基酸。 初始物是氨基酸。参与生物碱生成的主要 氨基酸有：鸟氨酸、脯氨酸、赖氨酸、 氨基酸有：鸟氨酸、脯氨酸、赖氨酸、苯 丙氨酸、酪氨酸、色氨酸、组氨酸等。 丙氨酸、酪氨酸、色氨酸、组氨酸等。 氨基酸的衍生物（代谢产物）： ）：邻氨基苯 氨基酸的衍生物（代谢产物）：邻氨基苯 甲酸、 甲酸、烟酸 甲戊二羟酸：来源于异戊烯的萜类生物碱 和甾体生物碱 醋酸酯
内酰胺形式： 内酰胺形式：主要限于肽类生物碱的 生物合成。 希夫碱形式 曼尼希氨甲基化反应形式 加成反应形式： 加成反应形式：亲核氨基与芳香或醌 类体系中亲电中心发生加成, 类体系中亲电中心发生加成,氮与芳 环连接,然后脱一分子氢. 环连接,然后脱一分子氢.
形成希夫碱
希夫碱（Schiff）形成反应：氨基 希夫碱 （ Schiff） 形成反应 和羰基加成后脱水形成希夫碱：
酚氧化偶联的过程： 酚氧化偶联的过程：
1）酚自由基形成 2）自由基偶联 3）再芳香化 烯醇化烯醇化-再芳香化：偶联位置上有氢 C-C键迁移-再芳香化 键迁移C-C键裂解-再芳香化 键裂解-
酚氧化偶联的过程： 酚氧化偶联的过程：
1）酚自由基形成 2）自由基偶联 3）再芳香化 烯醇化-再芳香化：偶联位置必须有氢 烯醇化-再芳香化：偶联位置必须有氢 C-C键迁移-再芳香化：偶联位置无氢，有 键迁移-再芳香化：偶联位置无氢，有 时须经先重排再芳香化（四氢异喹啉类） C-C键裂解-再芳香化：偶联位置无氢，有 键裂解-再芳香化：偶联位置无氢，有 时须经C 时须经C-C键先裂解再芳香化。
②亚胺盐的次级环合反应：形成 亚胺盐的次级环合反应： 亚胺盐，往往是生物碱生物合 成中次级环合的有利结构单元， 如由吡咯亚胺盐形成托品烷类 生物碱。主要发生在石松碱类 生物碱的合成中。
（二） C-N键的裂解
内酰胺开环：最简单的Ｃ－Ｎ键裂解 内酰胺开环：最简单的Ｃ－Ｎ键裂解 是内酰胺开环反应。在某些情况下， 仲胺可通过氧化转化成内酰胺，再进 行Ｃ－Ｎ键的裂解。或具有氮杂缩醛 的化合物也可发生Ｃ－Ｎ键的裂解。 Hofmann降解和vonBraun降解 Hofmann降解和vonBraun降解：这是生 降解和vonBraun降解：这是生 物碱的两个降解反应。在生物体内同 样可以进行这两种反应。
生物碱生物合成的化学原理
环合反应 C-O键、C-C键和C-N键的裂解与形 键、C 键和C 键的裂解与形 成反应 重排 消除 取代基的形成、增减、转化
（一） 环合反应
一级环合反应（氨基酸 一级环合反应（氨基酸 N-杂环）
次级环合反应：已具备氮杂环生Biblioteka Baidu次级环合反应：已具备氮杂环生 物碱的再环合
1．一级反环合反应
2、次级环合反应（生物碱之 次级环合反应（生物碱之 间形成新的生物碱）
①酚氧化偶联反应 ②亚胺盐的次级环合反应
①酚的氧化偶联反应
反应过程为含酚羟基化合物在植物 体内被氧化形成自由基，两个自由 基经偶联，再芳香化。
自由基偶联（配对）：形成新的C 自由基偶联（配对）：形成新的C）： C键、C-O键、C-N键。 键、C 键、C 分子间配对 分子内配对 偶联方式：邻 对偶联（苄基四氢 偶联方式：邻-对偶联（苄基四氢 异喹啉类 吗啡碱类；邻 吗啡碱类；邻-邻偶 联：苄基四氢异喹啉类 阿朴 菲类；邻碳偶联
（一） 环合反应
一级环合反应（氨基酸 一级环合反应（氨基酸 N-杂环）
次级环合反应：已具备氮杂环生 次级环合反应：已具备氮杂环生 物碱的再环合
1．一级反环合反应
内酰胺形式： 内酰胺形式：主要限于肽类生物碱的 生物合成。 希夫碱形式 曼尼希氨甲基化形式 加成反应： 加成反应：亲核氨基与芳香或醌类体 系中亲电中心发生加成, 系中亲电中心发生加成,氮与芳环连 接,然后脱一分子氢. 然后脱一分子氢.
2、次级环合反应（生物碱之 次级环合反应（生物碱之 间形成新的生物碱）
①酚氧化偶联反应 ②亚胺盐的次级环合反应
酚氧化偶联的过程： 酚氧化偶联的过程：
1）酚自由基形成 2）自由基偶联 3）再芳香化 烯醇化烯醇化-再芳香化：偶联位置上有氢 C-C键迁移-再芳香化 键迁移C-C键裂解-再芳香化 键裂解-
生物碱生物合成的研究意义
生物碱生物合成基本原理的研 究，不仅揭示了其在植物体中 形成、转化的实质，而且对于 生物碱的结构改造、仿生合成 均有着极其重要的指导意义。
小结：了解生物碱生物合成的基本原 小结： 理
生物碱生物合成的化学原理
环合反应 C-O键、C-C键和C-N键的裂解与形 键、C 键和C 键的裂解与形 成反应 重排 消除 取代基的形成、增减、转化
H R H H R' -H2O R N H C R' N： + C O
通过希夫碱形式发生一级环合反应 的生物碱有：吡咯、莨菪烷、哌啶、 喹诺里西丁类。
曼尼希氨甲基化反应
醛、胺和负碳离子（在酸性条件下可 生成含活泼氢的化合物）发生缩合的 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：