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1、第三章 生物碱 (alkaloids) 3.1 生物碱概述 一、生物碱含义 生物界除去生物体必须的含氮化合物，如氨基酸、 多肽、蛋白质和 B族维生素等外，其他所有的含氮 有机化合物都可视为生物碱。 1819年， W Weissner把植物中的碱性化合物统 称为类碱 (alkali like)或生物碱 (alkaloids)，生物碱 一名沿用至今。 现在由于提取分离手段及波谱法用于结构式的测定 得到较快地发展，生物碱的种类和数量都增加很快， 有人统计已达万种。 生物碱是科学家们研究得最早的、具有生物活性的 一类天然有机化合物，它们大多具有生物活性，往往 是许多药用植物，包括许多中草药的有效成分。
2、 例如：阿片中的镇痛成分吗啡，麻黄的抗哮喘 成分麻黄碱，颠茄的解痉成分阿托品，长春花的 抗癌成分长春新碱，黄连的抗菌消炎成分黄连素 (小檗碱 )等。生物碱能与酸结合成盐，易被体内 吸收，它们又大多具有复杂的化学结构。 天然界生物碱以盐的形式存在较多，与苹果酸、 柠檬酸、草酸、鞣酸 (单宁 )、乙酸、丙酸、乳酸 形成盐。到目前为止从动植物中共分离出 1万多种 生物碱，其中测定结构占半数以上。用于临床的有 近百种，如麻黄碱、长春碱、喜树碱等。 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
3、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 (maytansine)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。 人们对吗啡 (morphine)的研究发展了异喹啉类 生物碱的研究，并导致了镇痛药度冷丁 (dolantin) 的发现。 H OOH ON C H 3吗啡 NC O O C 2 H 5C H 3度冷丁 二、仿天然生物碱的研究 仿天然生物碱，指的是用组织培养的方法获得的 生物碱，也就是把从含生物碱的根、茎、叶或 花、种子等器官取下的组织 -细胞群乃至单个细胞， 接种在特殊控制的培养基中，在人工条件下进行离 体组织培养，利用离体组织
4、培养代替原植物体，在 短时间内生产优质高含量的生物碱。 这种组织培养技术是细胞水平上的生物学方法， 应用于工业生产又称为细胞工程，它将引起原料 来源和构成的重大变革，因此科学技术先进的国家， 如英美德日等国均已有相当数量的项目研究成功并 投人生产。 英国成立一家新的植物制药公司 (Novalal)， 主要进行植物克隆和细胞培养技术的研究， 利用植物细胞悬浮培养物连续发酵技术生产 医药中间体，其中绝大多数为生物碱， 如咖斯它诺精胺 )便是一种具有潜在的抗 病毒和抗癌作用的吲哚里西啶生物碱； 美国美登新、麦角碱的生产、德国萝芙木生物碱 的生产都具有相当规模，其中德国还于紫草培养 细胞中得到无毒性吡
5、咯双烷生物碱； 日本在此研究领域亦处先进地位，如小檗碱、 喜树碱的生产已部分投放市场，并对含生物 碱中药：川芎、乌头、半夏、贝母、东莨菪等 进行了药用植物的克隆增殖研究。 印度从罂粟的组织培养液中测得吗啡、可待因、 蒂巴因、罂粟碱、那可丁、那碎因等 6种生物碱， 最高含量可达 5 65； 芬兰对钝叶仙子转化根培养，可于 14天内提高 莨菪碱产量为干重的 0.79，若在培养基加鸟氨 酸则可增至 1.12。 国内在植物组织培养方面的研究步伐也日益 加快。近年来对黄连、延胡索、天仙子、美 登木、三尖杉、川贝母、九莲等的组织进行 了不同深度的研究。在培养条件和高产细胞 株的筛优选株稳定性与再分化试验的
6、研究等 方面都取得了一定成果。 3.2 生物碱的性质 1、 性状 大多数生物碱为结晶形固体，有一定的结晶形状， 有明显的熔点，少数有升华性，如咖啡碱等。少数 生物碱为液体，如烟碱、毒芹碱等。 2、旋光性 大多数生物碱分子有手性碳原子存在，有光学 活性，且多数为左旋光性。 3、 酸碱性 生物碱分子中氮原子具有孤对电子，可接受质子 而显碱性，因此除酰胺生物碱呈中性外，大多生物 碱呈碱性。 4、溶解性 游离生物碱极性较小，大多数不溶或难溶于水 而溶于氯仿、二氯乙烷、乙醚、乙醇、丙酮、苯等 有机溶剂，在稀酸水溶液中溶解而成盐。 生物碱的盐类极性较大，大多易溶于水及醇， 不溶或难溶于苯、氯仿、乙醚等有机
7、溶剂；其溶 解性与游离生物碱恰好相反。 5沉淀反应 生物碱或生物碱的盐类水溶液，能与一些试剂 (称为生物碱沉淀剂，常是重金属盐类或相对分子 质量较大的复盐以及特殊无机酸如硅钨酸、磷钨酸， 或有机酸如苦味酸的溶液 )生成水不溶性盐沉淀。 生物碱沉淀剂的种类很多，常用的有下面几种 : 碘化汞钾试剂 (Mayer试剂， HgI2KI)：在酸性 溶液中与生屋碱反应生成白色或淡黄色沉淀 为一 种络盐 AIKHI， (HgI2)n， AIK表示生物碱 。 碘化铋钾试剂 (Dragendorff试剂， BiI3KI)： 在酸性溶液中，与生物碱反应多生成黄褐色 沉淀 (为一种络盐 AIKHI(BiI3)n)。
8、 碘化钾碘试剂 (Wagner试剂， I2K I)：在酸性 溶液中与生物碱反应生成棕红色沉淀 (为一种 络盐 AIKHIIn) 硅钨酸试剂 (Bertrand试剂， 12WO3SiO2)：在 酸性溶液中与生物碱反应生成灰白色沉淀。 磷钼酸试剂 (Sonnenschein试剂， H3P0412MoO3)： 很灵敏，在中性或酸性溶液中与生物碱反应生成鲜 黄色或棕黄色沉淀。 试验时，通常选用三种以上不同的生物碱沉淀 试剂进行试验，如均为正反应表示溶液中可能有 生物碱存在。如须确证，则要进一步精制后，再行 检验，如再次均呈正反应，即可肯定有生物碱存在。 如第一次试验时就对三种沉淀剂呈负反应，即可肯定
9、多无生物碱存在。 碘试液、鞣酸试剂、苦味酸试剂分别与生物碱作用， 多生成棕色、白色、黄色沉淀。 6、显色反应 生物碱能和某些试剂反应生成特殊的颜色，叫做显色 反应，用于鉴别生物碱。 常用的显色剂 : (1)矾酸铵 浓硫酸溶液 (Mandelin试剂 ) 为 1矾 酸铵的浓硫酸溶液，与吗啡反应时显棕色、与可 、待因反应显蓝色、与莨菪碱反应则显红色。 (2)钼酸铵 浓硫酸溶液 (Frohde试剂 ) 为 1钼酸钠或钼 酸铵的浓硫酸溶液，如遇乌头碱显黄棕色，小檗碱显棕 绿色，阿托品不显色。 (3)甲醛 浓硫酸试剂 (Marquis试剂 ) 为 30甲醛溶液 0.2mL与 10mL浓硫酸的混合溶液，如
10、遇吗啡显橙色至 紫色，遇可待因显红色至黄棕色。 (4) 浓硫酸 如遇乌头碱显紫色，小檗碱显绿色，阿托品 不显色。 (5) 浓硝酸 如遇小檗碱显棕红色，秋水仙碱显蓝色， 咖啡碱不显色。 3.3 生物碱的生理作用 许多生物碱对人和动物有强烈生理作用，是植物中重要 的主要有效成分之一。 如麻黄中的麻黄碱有止咳、平喘作用，阿托品有镇痛 解痉作用，吗啡有镇痛作用，小檗碱 (黄连素 )有抗菌 作用。 3.4 生物碱的命名和分类 生物碱通常根据它所来源的植物命名，例如，麻黄碱 是由麻黄中提取得到而得名，烟碱是由烟草中提取得到 而得名。生物碱的名称又可采用国际通用名称的译音， 例如烟碱又叫尼古丁 (nico
11、tine)。 生物碱的分类方法有多种。较常用和比较合理的分类 方法是根据生物碱的化学构造进行分类。 麻黄碱属有机胺类，一叶秋碱、苦参碱属于吡啶衍生 物类，莨菪碱属莨菪烷衍生物类，喜树碱属喹啉衍生 物类，常山碱属喹唑酮衍生物类，茶碱属嘌呤衍生物类， 小檗碱属异喹啉衍生物类，利血平、长春新碱属吲哚衍 生物类等。 按照生物碱的分子中的基本母核，大体上分 11类： 有机胺类 (麻黄碱、益母草碱、秋水仙碱 )、 吡咯烷类 (苦豆碱、千里光碱、野百合碱 )、 吡啶类 (菸碱、槟榔碱、半边莲碱 )、 异喹啉类 (小檗碱、吗啡、粉防己碱 )、 吲哚类 (利血平、长春新碱、麦角新碱 )、 莨菪烷类 (阿托品、东
12、莨菪碱 )、 咪唑类 (毛果芸香碱 )、 喹唑酮类 (常山碱 )、 嘌呤类 (咖啡碱、茶碱 )、 甾体类 (茄碱、浙贝母碱、澳洲茄碱 )、 萜类 (乌头碱、飞燕草碱 )、 大环类 (美坦生、雷公藤碱 )。 一、有机胺类生物碱 （一）结构和种类 有机胺类生物碱是一类氮原子不在环内的生物碱， 种类繁多，分布较广，其中药用价值或生理活性较高的 有秋水仙碱、麻黄碱、益母草碱等。各种有机胺类生物 碱，由于来源不同，结构相差较大。 1秋水仙生物碱 秋水仙生物碱是原产于欧洲中部和南部以及非洲北部 的百合科植物 (Colchicumautumnale L )的球茎中含有 的多种生物碱的总称，含量最多的为秋水仙
13、碱，约为 0.3 0.5。 秋水仙碱能抑制细胞有丝分裂，临床用于治疗痛症， 可抑制癌细胞的增长，对痛风急性发作有特异性作用， 12 24h内减轻炎症并迅速止痛，长期应用可减少发作次 数。但秋水仙碱毒性较大，能引起恶心、食欲减退、腹胀 ，严重者出现肠麻痹和便秘，四肢酸痛较为多见，尚可引 起白细胞和血小板减少。 秋水仙胺具有和秋水仙碱相似的生物活性，且作用迅 速、毒性较小，可以代替秋水仙碱以治疗癌症；秋水仙碱 甙的作用也与秋水仙碱相同，但毒性较小，只有秋水仙碱 的 1 100。 植物化学成分 255 2麻黄生物碱 麻黄中含有多种结构相似的生物碱，总称为麻黄生物碱。 麻黄碱又叫麻黄素，麻黄碱属于芳香
14、族氨基醇衍生物 C C C H 3N H C H 3HHO HH O HC 6 H 5C H 3H 3 C H N HO HHC H 3C 6 H 5N H C H 3H H O HC 6 H 5C H 3N H C H 3H O HC 6 H 5C H 3H 3 C H N HH（ - ） - 麻 黄 碱 （ + ） - 麻 黄 碱 （ - ） - 伪 麻 黄 碱 （ + ） - 伪 麻 黄 碱 游离的麻黄碱溶解在氯仿中，经较长时间保存，能缓 缓地转变成盐酸麻黄碱从溶液中结晶析出，因为碱性的 麻黄碱能够促进氯仿分解生成盐酸所致。游离的麻黄碱 有挥发性，能随水蒸气蒸馏出来而不被分解。 二、吡咯
15、类生物碱 吡咯类生物碱主要是指由吡咯或四氢吡咯衍生的含 吡咯环的生物碱，目前已发现 200多种，主要分布在紫 草科、菊科的千里光属和豆科的野百合属等植物中。 主要有千里光生物碱、野百合碱、瓜叶菊碱、毛果天 芥菜碱、古豆碱等。 化学结构上看，分为三类 ： 1、简单的吡咯类生物碱如古豆碱、党参碱等，分布在 古柯科植物古柯和中药党参中。 NC O C H 2 C H 3C H 3古豆碱 从一些海藻中也可分离出简单的吡咯类生物碱，如我国 暨南大学徐石海等首次从海绵 (Spongiaobligue)中分离 得到一种海绵生物碱，也属此类。 海绵生物碱治疗疟疾比传统的药物治疗效果要好， 海绵生物碱是一种很有开发前景的抗疟药。 2、开链酯，由一个三价氮原子形成稠合的两个吡咯啶
