生物碱类
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《中药化学》
生物碱(alkaloid)是一类存在于生物界(主要是植物)中，大多具显著生物活性的含氮的碱性化合物。氮通常在环中。分子中含有碳、氢、氧和氮四种元素，极少不含氧原子。
生物碱广泛分布于植物界约100余科的植物中，其中以双子叶植物为多，其次为单子叶植物、裸子植物与蕨类植物。在地衣类和苔藓类植物中，尚未发现生物碱。少数真菌中也有生物碱。蛙类、蟾蜍、某些昆虫、加拿大海狸等动物中也存在生物碱。含生物碱较多的科有粗榧科、毛莨科、小檗科、防已科、罂粟科、豆科、马钱科、夹竹桃科、茄科、菊科、百合科和石蒜科等。有些科几乎全科植物均含生物碱，如罂粟科。同一科属或亲缘关系相近的植物中往往含有相同或相似的生物碱，如茄科的颠茄属(Atropa)、曼陀罗属(Datura)、莨菪属(Hyoscyamus)、东莨菪属(Scopolia)等属的植物都含有莨菪碱(hyoscyamine)。同一种生物碱也可分布于不同科中，如在毛莨科、小檗科、防已科与芸香科的一些植物中都有小檗碱。生物碱可存在于植物体内各个器官中，同种植物中所含生物碱常不止一种，有的可含数种至数十种，如罂粟约含25种生物碱，长春花中含70余种生物碱。生物碱在植物体内各部分中分布是不相等的，往往集中于某一器官或某一部分中。如乌头(根)、黄连(根茎)、黄柏(树皮)、颠茄(叶)、麻黄(地上茎)、洋地黄(花)、吴茱萸(果实)、马钱子(种子)等。在同一植物的不同部分，不但生物碱的含量有差异，而且生物碱的种类也可能不同。
生药中生物碱的含量大多低于1%，有少数含量特别低，如长春花中长春新碱含量为百万分之一，美登木中美登木素含量为千万分之一；也有些含量特别高，如黄连中小檗碱含量可达9%、金鸡纳皮中奎宁含量高达15%。在植物体内，生物碱一般与有机酸(苹果酸、枸橼酸、酒石酸等酸和鞣酸等)结合成盐类，呈溶解状态存在于液泡中，有些是与糖结合成甙而存在，更有少数生物碱是呈游离状存在的，如咖啡碱(caffeine)与秋水仙碱(colchicine)等。
生物碱是生药中一类重要的有效成分，目前已分离到10000余种，其中80余种已用于临床，如黄连中的小檗碱(berberine)用于抗菌消炎，麻黄中的麻黄碱(ephedrine)用于平喘，萝芙木中的利血平(reserpine)用于降压，喜树中的喜树碱(camptothecine)与长春花中的长春新碱(vincristine)用于抗肿瘤等。
(一)分类
生物碱品种繁多，根据不同需要有多种不同的分类法，如按生物碱的生物来源(如茄科生物碱……)、生理作用(如降压生物碱……)、性质(如挥发性生物碱……)、生源(如真生物碱、原生物碱、伪生物碱)及其母核的基本结构来分类。后者是最常用的分类方法，可将生物碱分为60类左右，其中主要有以下12类：
(1)有机胺类(Amines)：氮原子位于直链上，如麻黄碱、益母草碱、秋水仙碱等；
(2)吡咯烷类(Pyrrolidine)：如古豆碱、千里光碱、野百合碱、娃儿藤碱等；
(3)吡啶类(Pyridine)：如菸碱、槟榔碱、半边莲碱、苦参碱等；
(4)喹啉类(Quinoline)：如奎宁、喜树碱等；
(5)异喹啉类(Isoquinoline)：如小檗碱、吗啡、粉防已碱、石蒜碱、可待因、青藤碱、锡生藤碱等；
(6)喹唑酮类(Quinnazolidone)：如常山碱等；
(7)吲哚类(Indole)：如利血平、长春碱、麦角新碱、士的宁等；
(8)莨菪烷类(Tropane)：如莨菪碱、东莨菪碱、古柯碱等；
(9)亚胺唑类Imidazole)：如毛果芸香碱等；
(10)嘌呤类(Purine)：如咖啡碱、茶碱、香菇嘌呤、石房蛤毒素等；
(11)甾体类(Steroid)：如茄碱、贝母碱、藜芦碱、澳洲茄碱等；
(12)萜类(Terpenes)：如猕猴桃碱、石斛碱、乌头碱、飞燕草碱、黄杨碱等。
(二) 理化性质
1. 性状 大多数生物碱为结晶状固体，少数为液体，如菸碱、毒藜碱、槟榔碱等。液体生物碱通常不含氧原子，或分子中的氧原子多形成酯键。一般生物碱均无色，少数具颜色，如小檗碱(黄色)、血根碱(红色)。味苦。少数生物碱，如麻黄碱与液体生物碱具挥发性，可随水蒸气蒸馏。
2. 旋光性 大多数生物碱含不对称碳原子，所以有旋光性。大多数生物碱具左旋光性。
3. 酸碱性 大多数生物碱具碱性反应，能使红色石蕊试纸变蓝色。碱性的强弱与分子中氮原子存在的状态有密切关系，一般是季胺碱>叔胺碱>仲胺碱。若氮原子呈酰胺状态，则碱性极弱甚至消失，如胡椒碱、秋水仙碱等。有的生物碱分子具有酚羟基或羧基，因而具酸碱两性，如槟榔次碱(arecaidine)和吗啡等。
RNH2 R2NH R3N R4N+X-
伯胺 仲胺 叔胺 季铵盐
生物碱分子中的氮原子有一对未用电子对，对质子有一定的吸引力，一般能与无机酸或有机酸结合成盐。
≡ N：+H+ X- → [≡N：H ]+
X-
4.溶解度 游离生物碱极性较小，不溶或难溶于水，能溶于氯仿、乙醚、苯、丙酮、乙醇等有机溶剂，也能溶于稀酸的水溶液而生成盐类。生物碱盐类易溶于水和乙醇，不溶或难溶于有机溶剂。此性质可用于生物碱的提取、分离和纯化。但也有不少例外，如麻黄碱、秋水仙碱均可溶于水，也溶于有机溶剂；小檗碱可溶于水，其盐在冷水中反而不溶；酚性生物碱可溶于氢氧化钠溶液；所有季铵盐生物碱由于能离子化，亲水性强，均能溶于水等。
5. 沉淀反应 大多数生物碱在酸性水溶液中，能与一些特殊的试剂(生物碱沉淀剂)作用，生成沉淀。利用这些沉淀反应，不但可以预试生物碱的存在与否，也可以用于生物碱的精制，或在提取过程中，用于指示提取是否完全。但直接用中药的酸水浸出液作生物碱沉淀反应，常不能得到准确的结果，因为水浸液中某些成分(如蛋白质、鞣质、胺类等)也能和生物碱沉淀剂产生沉淀，因此，必须将水浸液精制后再行试验。通常先选用3种以上不同的生物碱沉淀剂进行试验，若均为负反应，则肯定无生物碱存在；若呈正反应，则必须精制后再试验，第二次再呈正反应，才可确证存在生物碱。
常用的生物碱沉淀剂种类很多，通常是一些重金属盐类或分子量较大的复盐，以及特殊的无机酸或有机酸的溶液，常用的沉淀剂如下：
(1)碘化铋钾试剂(Dragendoff试剂，BiI3·KI)：在酸性溶液中与生物碱反应生成桔红色沉淀[Alk·KI·(BiI3)n，为一种络盐，Alk表示生物碱，下同]。此反应很灵敏。
(2)碘-碘化钾试剂(Wagner试剂，I2·KI)：在酸性溶液中与生物碱反应生成棕红色沉淀(Alk·HI·In)。
(3)碘化汞钾试剂(Mayer试剂，HgI2·KI)：在酸性溶液中与生物碱反应生成白色或黄白色沉淀[AlK·HI·(HgI2)n]。
(4)硅钨酸试剂(Bertrand试剂，SiO2·I2WO3)：在酸性溶液中与生物碱反应生成灰白色沉淀。
(5)磷钼酸试剂(Sonnenschein试剂，H3PO4·I2MoO3)：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。此反应很灵敏。
(6)苦味酸试剂(Hager试剂)：在中性溶液中与生物碱生成淡黄色沉淀。
(7)氯化金试剂(HAuCl4试剂)：在酸性溶液中与生物碱反应生成黄色晶形沉淀。由于不同生物碱产生的结晶形状常不同，可用于鉴别。
6. 显色反应 生物碱能与某些试剂(显色剂)生成特殊的颜色，可供生物碱的识别。试验中，应对供试液进行纯化精制，纯度愈高，显色愈明显。显色剂的种类很多，除浓硫酸、浓硝酸、硫酸和重铬酸钾、浓盐酸或氯化铁外，大多数是由浓硫酸中加入少量其他化学试剂组成。常用的显色剂如下：
(1)矾酸铵-浓硫酸溶液(Mandelin试剂)：为1%矾酸铵的浓硫酸溶液。该试剂能与多数生物碱反应，呈现不同的颜色，如与阿托品、东莨宕碱显红色，与马钱子碱显血红色，与士的宁显紫色，与奎宁显淡橙色，与吗啡显棕色，与可待因显蓝色。
(2)钼酸铵(钠)-浓硫酸溶液(Frobde 试剂)：为1%钼酸铵或钼酸钠的浓硫酸溶液。该试剂能与可待因显黄色，与小檗碱显棕绿色，与乌头碱显黄棕色，与阿托品及士的宁不显色。在使用时应注意，该试剂与蛋白质也能显色。
(3)甲醛-浓硫酸试剂(Marquis试剂)：为30%甲醛溶液0.2ml与浓硫酸10ml的混合液。该试剂能与可待因显蓝色，与吗啡显紫红色，与咖啡碱不显色。
(4)浓硫酸：该试剂能与乌头碱显紫色，与小檗碱显绿色，与阿托品不显色。
(5)浓硝酸：该试剂能与小檗碱显棕红色，与秋水仙碱显蓝色，与乌头碱显红棕色，与咖啡碱不显色。
(三)含量测定：欲测定生药中的生物碱含量，首先应将其从植物组织中定量的分离出来，精制后选择合适的方法进行测定。
1. 生物碱的提取。
2. 生物碱试样的精制。
3. 生物碱的定量分析：生物碱的定量分析方法大多是根据它含有的N原子或双键或分子中官能团理化性质而设计的。如：重量法测定总碱是根据游离生物碱和生物碱盐在水和水不相溶的有溶剂中溶解度的不同而设计的，也可以利用与沉淀试剂发生反应形成不溶性盐来进行设计。容量法则是利用N原子的碱性在水介质中进行的中和滴定，又因为大多数生物碱在酸性溶液中可与某些重金属络盐定量发生沉淀，沉淀中金属或剩余试剂中的金属，经适当处理后，按络量法测定。比色法测定总碱含量是最重要的方法之一，它是根据生物碱的颜色、官能团与特定试剂发生反应产生的颜色，或生物碱与酸性染料在一定条件所成的复合物颜色等，按比色法完成总碱的测定的。另外大多数生物碱分子结构中含有双键，在紫外区有吸收，因此，可按紫外分光光度法于特定波长处测定吸收系数相近的总碱含量。同理，有荧光的生物碱也可用荧光分光光度法测定。以上均属测定总碱的方法，但测定指定成分的含量，就有一定的困难。目前，多采用薄层或柱层进行预分离，取待测组份按比色法、分光光度法(包括可见、紫外、荧光)测定，也可直接在薄层板上按上述方法测定。挥发性生物碱组分最好用GC方法或HPLC方法，当然，HPLC方法可以测定几乎所有类型的生物碱的量。