第九章 生 物 堿
目的要求：
掌握生物堿的定義、分類、理化性質(zhì)（溶解度、檢識反應(yīng)、堿性、C-N鍵的裂解反應(yīng))、提取分離方法和波譜鑒定
內(nèi)容：
1. 生物堿的定義和存在形式及主要結(jié)構(gòu)類型；
2. 生物堿的形態(tài)、顏色和旋光性及生物堿和生物堿鹽的溶解性及其應(yīng)用，生物堿沉淀反應(yīng)；
3. 生物堿的堿性，堿性強弱與生物堿分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系及其在提取分離中的應(yīng)用，生物堿C-N鍵的裂解反應(yīng)機理;
4. 總生物堿的提取方法（溶劑法、離子交換法、沉淀法)和生物堿初步分離原理及方法，生物堿單體分離的一般方法和原理;
5. 生物堿的紅外波譜、質(zhì)譜裂解規(guī)律.
第一節(jié) 概 述
一. 概述
生物堿是人類對植物藥中有效成分研究得最早而且是較多的一類成分。
（一)生物堿研究歷史:
1803年：Derosones首先從鴉片中分離出第一個生物堿那可�。╪arcotine)
到目前為止，人類已從自然界中分離得到約10000種生物堿類化合物。可以說這類化合物是自然界中存在多、分類廣、藥理作用多樣化的一類化合物。
比較重要的具生物活性的生物堿：
鎮(zhèn)痛作用：嗎啡（morphine)
止咳作用：可待因(codeine)
平喘、抗哮喘作用：麻黃堿(ephedrine)
松弛平滑肌作用：罌粟堿(papavehne)
抗菌消炎作用：小檗堿(berberine)
由此可看出，在臨床用藥中生物堿類成分占據(jù)著重要的地位。
（二)生物堿的定義
生物堿是天然產(chǎn)的一類含氮的有機化合物（不包括低分子胺類，如：甲胺、乙胺等及氨基酸、氨基糖和維生素類等化合物)，多數(shù)具有堿的性質(zhì)且能和酸結(jié)合生成鹽；大部分化合物為雜環(huán)化合物且氮原子在雜環(huán)內(nèi)；多數(shù)有較強的生理活性。
由于人們采用新的先進的技術(shù)而不斷地得到新模式和新結(jié)構(gòu)的化合物，生物堿定義的嚴(yán)格性總是面臨著種種新的挑戰(zhàn)，可以說幾乎定義的每一句話都有例外的情況發(fā)生。
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但按習(xí)慣仍將這些化合物歸屬在生物堿的范圍內(nèi)。
新的定義：
生物堿是含負氧化態(tài)氮原子、存在于生物有機體中的環(huán)狀化合物。
負氧化態(tài)氮原子： 胺(-3)、氮氧化物(-1)、酰胺(-3)和季胺。
排除NO2(+3)、NO(+1)。
生物有機體： 限于植物、動物、其他生物有機體。
排除合成的等。
環(huán)狀結(jié)構(gòu): 排除小分子胺類、非環(huán)的多胺和酰胺。
（三)分布
生物堿主要分布于植物界，迄今為止在動物中發(fā)現(xiàn)的生物堿極少。
1. 系統(tǒng)發(fā)育較低級的類群中生物堿分布較少或無；
2. 生物堿集中分布在系統(tǒng)發(fā)育較高級的植物類群；
3. 生物堿極少與萜類和揮發(fā)油共存于同一植物類群中；
4. 類型越特殊的生物堿，分布的植物類群越窄，如二萜生物堿主要分布于毛茛科烏頭屬和翠雀屬。
在植物體內(nèi)的分布
²同種植物中往往含有數(shù)種甚至數(shù)十種結(jié)構(gòu)類型相同或不同的生物堿；
²同種植物中，生物堿的有無或含量的多少受到生長條件與氣候等因素的影響，因此對于含生物堿類植物藥材的采收應(yīng)注意產(chǎn)地與季節(jié)；
²不同植物中生物堿的存在部位不同，如可能存在于皮、莖、根、花、種子等。
²植物親緣關(guān)系相近的品種往往含有化學(xué)結(jié)構(gòu)相同或類似的生物堿，如茄科的顛茄屬、曼陀羅屬、莨菪屬等植物中幾乎都含有莨菪堿、東莨菪堿。這種聯(lián)系為發(fā)現(xiàn)和尋找新的藥物資源提供了有效的途徑。
生物堿在不同植物中的含量是不一樣的，一般來說，含量在千分之一以上即為高含量。
三棵針：小檗堿----9%
金雞納樹皮：生物堿----1.5%
美登木：美登木堿----千萬分之二
一般情況下，含量在0.1~1%的植物則可進行開發(fā)利用。若含量低但其活性很強，則可通過合成和半合成等方式進行開發(fā)。
（四)存在形式
根據(jù)分子中氮原子所處的狀態(tài)，生物堿在植物體內(nèi)主要存在的形式有：
1. 離堿：由于部分生物堿的堿性極弱，不易或不能與酸生成穩(wěn)定的鹽，因而以游離堿的形式存在。
2. 成鹽：除少數(shù)極弱堿性生物堿（如：秋水仙堿及吲哚類生物堿)外，大多生物堿，在植物細胞中都是與酸類結(jié)合成鹽的形式存在。
3. 酰胺類：如秋水仙堿、胡椒堿。
4. N-氧化物（N→O)：在植物體中已發(fā)現(xiàn)的氮氧化物約一百余種。如豆科苦參中的氧化苦參堿。
5. 氮雜縮醛類（O，N混合縮醛)：如阿替生。
6. 其它：如亞胺（C=N)、烯胺（>N-C=C<、>N-CN)。
第二節(jié) 生物堿生物合成的基本原理
與生物堿生物合成有關(guān)的氨基酸主要有：鳥aa、脯aa、賴aa、苯丙aa、酪aa、色aa、鄰氨基苯甲酸、組aa和煙酸等。生物堿生物合成的化學(xué)原理主要包括環(huán)合反應(yīng)、C-N鍵裂解、C-C鍵裂解反應(yīng)以及在此基礎(chǔ)上發(fā)生的某些重排、取代基的形成、增減、消除、轉(zhuǎn)化等。
一. 環(huán)合反應(yīng)
根據(jù)生物堿生物合成過程中環(huán)合的先后次序，可以將環(huán)合反應(yīng)分為：
一級環(huán)合----最初形成N-雜環(huán)的反應(yīng)，主要包括內(nèi)酰胺的形成、希夫堿的形成、曼尼希氨甲基化反應(yīng)和氨基的加成反應(yīng)。
次級環(huán)合----在N-雜環(huán)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上的再環(huán)合，主要指酚氧化偶聯(lián)反應(yīng)。
（一)一級環(huán)合反應(yīng)
1. 內(nèi)酰胺的形成
此反應(yīng)主要是用于合成肽類生物堿，其反應(yīng)過程如下：
前體aa中的羰基先被ATP或CoA（輔酶)催化激活，然后再和分子內(nèi)（間)的氨基反應(yīng)生成內(nèi)酰胺。
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2. 希夫堿的形成
許多類型的生物堿在生物合成的過程中，都涉及希夫堿的形成，如吡咯類、托品類、吡咯里西丁類、哌啶類、喹諾里西丁類等。也就是含氨基的化合物A和含羰基的化合物B進行親核加成然后脫水形成希夫堿。
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3. 曼尼希氨甲基化反應(yīng)
許多生物堿，尤其是芐基異喹啉和吲哚類生物堿都是通過曼尼�？s合反應(yīng)完成的。
醛、胺（氨、伯胺、仲胺)與負碳離子（含活潑氫的化合物)發(fā)生縮合反應(yīng)，最終使得活潑氫被氨甲基取代，得到曼尼希堿。（有機化學(xué)P287)
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4. 加成反應(yīng)
這一類反應(yīng)是特指一親核氨基與芳香或醌類體系中親電中心的加成。
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（二)次級環(huán)化反應(yīng)
1. 酚氧化偶聯(lián)
酚氧化偶聯(lián)需要經(jīng)過三個步驟：酚自由基形成→自由基偶聯(lián)→再芳香化。
1) 酚自由基形成
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2) 自由基偶聯(lián)形成C-C鍵、C-O鍵、C-N鍵
自由基B、C、D、E容易彼此或自身之間發(fā)生偶聯(lián)，形成新的C-C鍵、C-O鍵。根據(jù)自由基偶聯(lián)的方式不同，可將其分為：鄰－對偶聯(lián)、對－對偶聯(lián)、鄰－鄰偶聯(lián)（鄰、對指的是自由基的位置是在羰基的鄰位、對位)。
3) 再芳香化
酚自由基往往是以烯酮形式存在，偶聯(lián)后需要進行再芳香化，從而恢復(fù)成原來帶酚羥基的芳香結(jié)構(gòu)。
酚自由基偶聯(lián)后的再芳香化主要通過三種方式進行：烯醇化、C-C鍵遷移和C-C鍵的裂解。
① 烯醇化－再芳香化
當(dāng)偶聯(lián)的位置上有氫存在的時候，則以這種方式進行再芳香化。
②C-C鍵遷移－再芳香化
當(dāng)偶聯(lián)位置上氫被碳代替時，就不能經(jīng)烯醇化方式進行偶聯(lián)后的再芳香化，而發(fā)生C-C鍵遷移－再芳香化。
③ C-C 鍵裂解－再芳香化
當(dāng)酚自由基偶聯(lián)位置上沒有H的時候，除發(fā)生C-C 遷移外，有時會經(jīng)過C-C 鍵裂解完成再芳香化。
第三節(jié) 生物堿的分類、生源關(guān)系
生物堿的分類主要有三種：
1.按植物來源分類的如：石蒜生物堿，長春花生物堿；
2.按化學(xué)結(jié)構(gòu)分類的如：異喹啉生物堿、甾體生物堿；
3.按生源結(jié)合化學(xué)分類的如：來源于鳥氨酸的吡咯生物堿。
分類依據(jù)不同，各有利弊。本章則以生源結(jié)合化學(xué)進行分類。
一、來源于鳥aa的生物堿
該類生物堿分為：簡單的吡咯烷類、吡咯里西丁類和托品類。
（一)簡單吡咯烷類 （pyrrolidines)
結(jié)構(gòu)較簡單，數(shù)目較少，生理活性不太顯著。
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吡咯烷水蘇堿(stachydrine)
益母草：祛痰鎮(zhèn)咳
（二)吡咯里西丁類(pyrrolizidines)：
主要分布在菊科千里光屬、豆科野百合屬等。如：野百合屬植物農(nóng)吉利[Crotalaria sessiliflors L.]中的抗癌有效成分野百合堿（monocrotaline)屬吡咯里西啶衍生物。
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（三)托品類（tropanes)
托品類生物堿主要分布于茄科顛茄屬、天仙子屬、曼陀羅屬及莨菪屬。可分為二個類型：顛茄生物堿（belladonna alkaloids)、古柯生物堿（coca alkaloids)。
莨菪堿是由莨菪醇（tuopine)與莨菪酸（tuopic acid)縮合而生成的酯，由于莨菪酸部分中的手性碳原子，居于羰基的α位置，易產(chǎn)生互變異構(gòu)，所以當(dāng)莨菪堿與堿液接觸或受熱時，容易消旋化，轉(zhuǎn)變?yōu)?a class="channel_keylink" href="/pharm/2009/20090113072057_103098.shtml" target="_blank">阿托品。莨菪堿呈左旋光性（l-)而阿托品是其消旋體（dl-)，即沒有旋光性。莨菪堿（hyoscyamine)和阿托品（atropine)有解痙鎮(zhèn)痛作用，以及解磷中毒和散大瞳孔等作用。
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東莨菪堿（Scopolamine)與莨菪堿的生物活性相似，常用作防暈藥和鎮(zhèn)靜藥物（如：狂躁性精神病等)。山莨菪堿（anisodamine)和樟柳堿（anisodine)具有明顯的抗膽堿作用。
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古柯生物堿（coca alkaloids)通常指愛康寧（ecgonine)的衍生物。如：古柯堿（cocaine)又稱可卡因（cocaine)，系苯甲酰愛康寧的甲酯，是一種局部麻醉藥，常用于表面麻醉。
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二、來源于賴aa的生物堿
該類生物堿包括：哌啶類、吲哚里西丁類和喹諾里西丁類。
（一)哌啶類（piperidines)
（二)吲哚里西丁類（indolizidines)
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一葉萩堿（securinine),來自于一葉萩又稱葉底珠[Securinega suffrucosa （Pall) Rehd.]屬大戟科植物。興奮中樞神經(jīng)，有類似硝酸士的寧的作用，毒性小，亦是一種膽堿酯酶抑制劑。臨床主要用于治療面神經(jīng)麻痹、神經(jīng)衰弱，亦用于小兒麻痹癥和其后遺癥。
（三)喹諾里西丁類（quinolizidines)
金雀花堿（cytisine),具有興奮中樞神經(jīng)的作用，從野決明[Thermopsis lanceolata R. Brown]種子中獲得。
苦參堿（matrine)：來自于豆科植物苦參[Sophora flavescens Ait.]的干燥根。其根中的主要成分是苦參堿和氧化苦參堿（oxymatrine)。
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三、來源于鄰氨基苯甲酸的生物堿
（一)喹啉類（quinolines)
這類生物堿主要分布在蕓香科植物。如：金雞納屬植物中的奎寧和金雞寧具有抗瘧活性。
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（二)吖啶酮（acridone)衍生物
蕓香科鮑氏山油柑[Acronychia baueri Schott]中的山油柑堿具有顯著抗癌作用，抗瘤譜較廣，現(xiàn)已有人工合成品。
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四、來源于苯丙aa和酪aa的生物堿
（一)苯丙胺類（phenylalkylamines)
麻黃堿（ephedrine)、偽麻黃堿、秋水仙堿（colchicine)。
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麻黃堿和偽麻黃堿都是擬腎上腺素藥，能促進人體內(nèi)去甲腎上腺素的釋放而顯效，作用強度較弱，只有腎上腺素的1/142，但口服有效，并具有中樞神經(jīng)系統(tǒng)興奮及散瞳作用，這是腎上腺素所沒有的。鹽酸麻黃堿主要供內(nèi)服以治療氣喘等。
秋水仙堿（colchicine)是環(huán)庚三烯酮醇的衍生物，分子中有兩個駢合七元碳環(huán)，氮在側(cè)鏈上成酰胺狀態(tài)。
臨床上用以治療急性痛風(fēng)，并有抑制癌細胞生長的作用。
（二)異喹啉類（isoquinolines)
以異喹啉和四氫異喹啉為基本母核，數(shù)量多且結(jié)構(gòu)類型復(fù)雜：
分： 四氫異喹啉型
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阿樸啡型
嗎啡烷型
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苯乙基四氫異喹啉類
菲啶類
1. 四氫異喹啉類（terahydroisoquinolines)
2. 芐基（四氫)異喹啉類（benzyl(tetrohydro)isoquinolines)
3. 雙芐基四氫異喹啉類（bisbenzyltetrahydroisoquinolines)
2分子芐基異喹啉通過 l-3 個醚鍵(C-O-C)或C-C相連接而成的生物堿。幾乎所有的該類化合物都具有很強的生物活性。例如唐松草堿（thalicarpine)對瓦克氏癌瘤-256有顯著抑制作用。
4. 阿樸啡類（aporphines)：
是由芐基四氫異喹啉衍生物分子內(nèi)脫去二個氫原子，使苯環(huán)與苯環(huán)相結(jié)合，形成了菲核。如番荔枝中抗癌活性成分紫堇定（corydine)。
5. 嗎啡烷類（morphanes)：
鴉片中的嗎啡堿（morphine)是止痛成分；可待因為鎮(zhèn)咳成分。
6. 原小檗堿（protoberberine)和小檗堿類（berberine)：
可視為兩個異喹啉環(huán)稠合而成，二者D環(huán)氫化程度不同。小檗堿類多為季銨堿，但若D環(huán)還原成四氫原小檗堿類則為叔胺堿。
小檗堿（berberine)和藥根堿（jatrorrhizine)存在于黃連、黃柏及三顆針等植物中。
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7. 苯乙基四氫異喹啉類（phenethyltetrahydroisoquinolines)
8. 菲啶（phenanthridine)衍生物
苯駢菲啶（benzo-phenanthridine)類生物堿：白屈菜堿（chelidonine)具有一定強度的鎮(zhèn)痛作用和抗菌活性。
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吡咯駢菲啶（Pyrro-phenanthridine)類生物堿：石蒜堿（lycorine)有催吐、祛痰作用，可作為惡心性去痰藥用。其氧化產(chǎn)物氧化石蒜堿具有明顯的抗癌作用。
五、來源于色aa的生物堿
（一)吲哚（indoles)衍生物
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毒扁豆堿（physostigmine)，是一種副交感神經(jīng)興奮藥，用于青光眼治療，還用于中藥麻醉的催醒藥。玫瑰樹堿（ellipticine), 具有類似喜樹堿的抗癌作用，且毒性較低。
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（三)單萜吲哚類生物堿（monoterpenoid indoles)
又稱裂環(huán)烯醚萜吲哚類（secoiridoid indoles)生物堿, 從蘿芙木中提取的利血平具有降壓、鎮(zhèn)靜作用；從番木鱉中得到的具有中樞興奮作用的士的寧。
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（四)雙吲哚類生物堿（bisindole alkanoids)
由不同單萜吲哚類生物堿經(jīng)分子間縮合而成。如從長春花中分離得到的抗癌成分長春堿和長春新堿即為此類生物堿，而且二聚物的生物活性要強于單體。
六、來源于萜類的生物堿
萜類生物堿形成的生物合成過程中沒有氨基酸參與，具有較強的生物活性。包括：單萜類生物堿、倍半萜類生物堿、二萜類生物堿、三萜類生物堿。
（一) 單萜類生物堿（monoterpenoid alkanoids)
（二)倍半萜類生物堿（sesqueterpenoid alkaloids)
（三)二萜生物堿（diterpenoid alkaloids)
按照碳原子數(shù)不同分為兩類： 去甲二萜生物堿（C19) 、二萜生物堿（C20)。主要分布在毛茛科烏頭屬和翠雀屬植物中。代表物如烏頭堿（aconitine)，強心止痛。
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（四)三萜生物堿
主要分布于交讓木科交讓木屬：交讓木堿（daphniphylline)。
七、來源于甾類的生物堿（steroidal alkaloids)
根據(jù)甾核骨架的不同，分為三類：孕甾烷C21生物堿、環(huán)孕甾烷C24生物堿、膽甾烷C27生物堿 。
結(jié)構(gòu)特點： 具有甾體母核，含有氮原子，氮原子可構(gòu)成雜環(huán)，也可存在環(huán)外，但都不存在于甾體母核內(nèi)。
第四節(jié) 生物堿的理化性質(zhì)
一、性狀
（一)形態(tài)
大多為結(jié)晶形固體，少數(shù)是非結(jié)晶形的粉末。另有少數(shù)在常溫時為液體。液體生物堿在常壓下可以蒸餾或隨水蒸汽蒸餾。固體生物堿有極少數(shù)如麻黃堿能隨水蒸氣蒸餾出來。有的可升華如：咖啡因。
（二)顏色
生物堿一般是無色或白色的化合物，只有少數(shù)有色。
例如：小檗堿呈現(xiàn)黃色，經(jīng)硫酸和鋅粉的還原反應(yīng)，生成四氫小檗堿成為無色。
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顏色與共軛系統(tǒng)有關(guān)，共軛系統(tǒng)長則顏色深，共軛系統(tǒng)短則顏色淺。
二、旋光性
大多數(shù)生物堿分子中有手性碳原子存在，因此有光學(xué)活性，且多數(shù)為左旋光性。有的存在變旋現(xiàn)象。
三、溶解度
生物堿的溶解度取決于：N原子存在形式（游離生物堿，生物堿鹽)
極性基團（有無、數(shù)目和位置)
分子大小
溶劑等諸多因素
（一)游離Alk：
1. 脂溶性生物堿：大多數(shù)仲胺、叔胺溶于甲醇、乙醇、丙酮、乙醚、苯和鹵代烷（CH2Cl2、CHCl3、CCl4)，不溶于水和堿水，溶于酸水。
2. 水溶性生物堿：
A. 含N-氧化物的生物堿：氧化苦參堿
B. 分子中含COO-的：
C. gydjdsj.org.cn/rencai/小分子叔胺和液體生物堿：煙堿溶于水
D. 苷類生物堿：水溶性較大
（二)季銨堿或生物堿鹽類
（三)其他
分子中有酚性基團：溶于稀堿水
含內(nèi)酯環(huán)的生物堿：遇堿水（常需加熱)內(nèi)酯環(huán)開裂成鹽而溶解，加酸還原。
四、生物堿的檢識*
（一)沉淀反應(yīng)
用途：①鑒別——試管、TCL或PPC的顯色劑。
②提取分離——檢查是否提取完全、精制、定量分析。
1. 沉淀試劑
常用的生物堿沉淀試劑
| 類別 | 試劑名稱 | 試劑主要組成 | 與生物堿反應(yīng)產(chǎn)物 |
| 金屬鹽類 | 碘-碘化鉀 （Wagner試劑) | KI-I2 | 多生成棕褐色沉淀（B×I2×HI) |
| 碘化鉍鉀 （Dragendoff試劑) | BiI3×KI | 多生成紅棕色沉淀（B×BiI3×HI) | |
| 碘化汞鉀 （Mayer試劑) | HgI2×2KI | 生成類白色沉淀，若加過量試劑，沉淀又被溶解（B×HgI2×2HI) | |
| 氯化金（3%) （Suric chloride) | HAuCl4 | 黃色晶形沉淀 （B2×HAuCl4或B2×4HCl×3AuCl3) | |
| 酸類 | 硅鎢酸(Bertrand試劑) （Silicotungstic acid) | SiO2×12WO3 | 淺黃色或灰白色沉淀（乳白色) （4B×SiO2×12WO3×2H2O) |
| 酚酸類 | 苦味酸(Hager試劑) (Picric acid) | 2,4,6-三硝基苯酚 | 生成黃色晶形沉淀 （必須在中性溶液中反應(yīng)) |
| 復(fù)鹽 | 雷氏銨鹽 (Ammoniumreineckate) | 硫氰酸鉻銨試劑 | 生成難溶性復(fù)鹽，往往有一定晶形、熔點或分解點（紫紅色沉淀) （BH+[Cr（NH3)2)（SCN4]) |
五、生物堿的化學(xué)性質(zhì)與反應(yīng)
1. 堿性的來源：在生物堿分子中含有氮原子，這些氮原子與氨分子中的氮原子一樣有一對孤電子。
根據(jù)Bronsted酸堿質(zhì)子理論：
給出質(zhì)子（H+)------酸
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接受質(zhì)子（H+)------堿
Lewis酸堿電子理論：
接受電子對------酸
給出電子對------堿
由于生物堿的N原子既可以提供電子對，又可以接受質(zhì)子，符合上述理論，故顯堿性。
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即：
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堿性基團的pka值順序：
胍基〔－NH（C=NH)NH2〕> 季銨堿 > 脂肪胺 > 吡啶（芳叔胺類)> 酰胺 > 吲哚
3. 影響堿性強弱的因素*
1) 氮原子的雜化方式：
堿性強弱隨雜化度升高而增強。
堿性由強到弱的順序：
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2) 電子效應(yīng)：
①氮原子所連接的基團如為供電基團則堿性增強。例如：氨、甲胺、二甲胺和三甲胺的堿性不同，是由于甲基的供電性使氮原子的電荷密度增多，而表現(xiàn)出的堿性增強。
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叔胺堿性弱于仲胺，其原因是由于立體影響（即位阻)，叔胺結(jié)構(gòu)中的三個甲基阻礙了氮原子對質(zhì)子的結(jié)合能力，而使堿性降低。
② 氮原子附近若有吸電基團存在，則使氮原子電子密度降低，因此堿性減弱。例如：
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③ 氮原子孤電子對處于p-p共軛體系時，通常情況下，其堿性較弱。
常見的p-p共軛體系主要有：苯胺、烯胺、酰胺。
④ 誘導(dǎo)——場效應(yīng)：使生物堿的堿性降低。
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在生物堿分子中若同時含有二個氮原子時，當(dāng)?shù)谝粋�氮原子質(zhì)子化后，就產(chǎn)生一個強的吸電基團------ 它對第二個氮原子產(chǎn)生兩種堿性降低的效應(yīng)：誘導(dǎo)效應(yīng)和靜電場效應(yīng)。前者通過碳鏈傳遞，且隨碳鏈增長而漸降低。后者則是通過空間直接作用的，故又稱為直接效應(yīng)。二者可統(tǒng)稱為誘導(dǎo)——場效應(yīng)。
3)立體因素：
生物堿氮原子質(zhì)子化時，受到立體效應(yīng)的影響，使其堿性增強或減弱。
在東莨菪堿分子中6,7-位有氧環(huán)，對氮原子上孤電子對產(chǎn)生顯著的空間障礙，由于位阻和吸電作用，使氮原子不容易接受質(zhì)子，所以堿性很弱。莨菪堿分子中不存在6,7-位環(huán)氧，沒有由于它們所產(chǎn)生的立體效應(yīng)，所以它的堿性比東莨菪堿的堿性強。因此可以利用堿性不同進行分離，pH＝6.5時即可使兩者分開。
莨菪堿pKa 9.65 東莨菪堿7.50
4) 分子內(nèi)氫鍵：
若能形成穩(wěn)定的分子內(nèi)氫鍵，則使堿性增強。
和鉤藤堿（rhychophylline)鹽的質(zhì)子化氮上氫可與酮基形成分子內(nèi)氫鍵，使其更穩(wěn)定。而異和鉤藤堿（isorhychophylline)的鹽則無類似氫鍵的形成，故前者堿性大于后者。
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5) 分子內(nèi)互變異構(gòu)：
有些生物堿可異構(gòu)化成季銨型，而季銨堿離子化程度大，使氮原子具有似金屬性，所以表現(xiàn)出強堿性。例：蛇根堿分子中N4位的α、β位有雙鍵，N4上孤電子對參予了共軛體系，因之當(dāng)雙鍵轉(zhuǎn)位，N4可形成季銨型，N1原子就作為N4季銨的電子受體，因而表現(xiàn)出強堿性。
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堿性強弱小結(jié)：
具體到某個化合物的堿性強弱的判斷，需要將幾個影響堿性強度的因素綜合起來考察。
② 供電——堿性↑
吸電——堿性↓
共軛——堿性↓
立體因素——堿性增強、降低（視結(jié)構(gòu)而定)；
③結(jié)構(gòu)中有-COOH、Ar-OH基團，則為兩性生物堿。
習(xí)題：比較堿性
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（二)C-N鍵的裂解反應(yīng)*
生物堿C-N鍵的裂解方法主要有：霍夫曼降解、Emde降解和von Braun三級胺降解。
1．霍夫曼降解(Hofmann degradation)
又稱徹底甲基化(exhaustive methylation)，是最重要的C-N鍵裂解反應(yīng)。
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Hofmann反應(yīng)條件：①N原子的β位具有氫；
②β碳連電負性基團(苯、雙鍵、羰基)，反應(yīng)易進行，生成共軛體系。
2．Emde降解反應(yīng)(Emde degradation)
Emde改進了Hofmann反應(yīng)，即生物堿分子中β位無氫存在時，或β位有電負性基團時，以鈉汞齊于乙醇或水溶液中處理季銨鹵化物，使C-N鍵還原斷裂。
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Emde降解存在取向問題。一般規(guī)律是裂解優(yōu)先發(fā)生在處于芐基或烯丙體系的C-N鍵上。
3．vonBraun三級胺降解(von Braun ternary aminedegradation)
三級胺與溴化氰作用，生成溴代烷和二取代氨基氰化物的反應(yīng)，稱為von Braun三級胺降解。即：
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1)反應(yīng)機制：兩次連續(xù)的親核取代反應(yīng)。
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2)分子結(jié)構(gòu)與降解產(chǎn)物
一般關(guān)系如下：
①在N-烷基取代基中，體積小者易被取代裂除。
②在C-N鍵中，若N原子的β、γ-為不飽和體系，則處于N原子的α位的C-N鍵易斷裂（如：芐基或丙烯基)。
③若C-N鍵中碳原子處于苯環(huán)中，則多不反應(yīng)。
④若C-N鍵的碳原子處于叉鏈結(jié)構(gòu)中，則C-N鍵不易斷開。
⑤ 立體效應(yīng)影響降解產(chǎn)物的定向。
第五節(jié) 生物堿的提取與分離
在提取分離生物堿時，首先應(yīng)考慮到生物堿在中草藥中的存在形式和生物堿的特性，以便選擇合適的提取方法。
一、提取
（一)溶劑法
對于一般生物堿來說，溶劑提取法是最常用的提取方法（少數(shù)揮發(fā)性生物堿，如麻黃堿、偽麻黃堿等可采用水蒸氣蒸餾法提取)。
溶劑提取法的提取速率與下列因素有關(guān)：
A. 溶劑用量 太多浪費；太少提取不完全。
B. 原料粉碎度 粒度大成分不易被提取出來；太細則過濾困難。
（現(xiàn)在又出現(xiàn)了一項新技術(shù)，即納米技術(shù)，將原料納米化，可不用再進行提取，直接入藥，或者是納米化后的原料通過CO2超臨界萃取，這樣可大大提高萃取效率。但是需要重新進行藥理毒理及臨床實驗，也許會發(fā)現(xiàn)新的適應(yīng)癥，藥效和毒性可能都有所變化)
C. 操作條件 溫度 （高溫有利于成分溶出，但太高易使不穩(wěn)定成分結(jié)構(gòu)發(fā)生變化)
攪拌 （促進成分溶出)
D. 操作工藝 超聲波提取或CO2超臨界萃取均可大大提高提取效率（例如用超聲波工業(yè)提取蘿芙木根的生物堿時，只用5小時，而普通溶劑提取法則需要120小時)。
1. 酸水提取法：可使中藥中的生物堿轉(zhuǎn)為鹽類，提高了生物堿在水中的溶解度，從而使生物堿從中草藥中提取出來。
一般酸性水，如：0.1～1%H2SO4、HCl或HOAc等進行提取。
本法一般多采用冷提法（如：滲濾法、冷浸法等)，很少采取加熱的方法。
2. 醇－酸水－有機溶劑提取法：
甲醇和乙醇為親水性溶劑，其分子比較小，容易透入中草藥組織，而中藥中的生物堿（游離或成鹽)可以被溶解。
3. 堿化－有機溶劑提取法：
常用的有機溶劑有苯、氯仿、二氯乙烷等。
（二)離子交換樹脂法：
將酸水提取液通過陽離子交換樹脂柱，生物堿則被樹脂吸附，而雜質(zhì)則隨溶液流出。然后用堿液處理樹脂，溶劑洗脫，則得到游離的總生物堿。過程如下所示：
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（三)沉淀法:
① 酸提取堿沉淀法（溶劑沉淀法)：
利用生物堿（游離或成鹽)難溶于水而產(chǎn)生沉淀。適用于堿性弱的Alk。
一般情況下在中藥的酸水提取液中加堿（如：碳酸鈉等)進行堿化，則水不溶或難溶性生物堿即沉淀析出，可與水溶性生物堿及雜質(zhì)分離。
②鹽析法：
利用生成難溶于水的Alk鹽而沉淀。即將水提液加飽和鹽水鹽析，使生物堿或其鹽類沉淀析出。
③ 雷氏銨鹽沉淀法：
利用生成雷氏復(fù)鹽而沉淀。用于水溶性季銨堿的提取。
二、生物堿單體分離
1. 利用Alk堿性強弱的不同進行分離——pH梯度萃取法
堿度不同的混合生物堿在酸水溶液中，加適量的堿液，用有機溶劑萃取，則堿性較弱的生物堿將先游離析出轉(zhuǎn)入有機溶劑層中，而與堿性較強的生物堿分離。反之，將總堿溶于有機溶劑中用不足以中和總堿的適量酸水萃取，則強堿先成鹽而優(yōu)先轉(zhuǎn)入酸水層，而與堿性較弱的生物堿分離。
2. 根據(jù)Alk及其鹽的溶解度不同進行分離——重結(jié)晶法
許多生物堿的鹽比其游離堿易于結(jié)晶，故可利用生物堿各種鹽類在不同溶劑中的溶解度不同而達到分離。例如——麻黃堿和偽麻黃堿的分離（利用它們的草酸鹽在水中溶解度的不同)：草酸麻黃堿 < 草酸偽麻黃堿 （草酸麻黃堿能夠先行結(jié)晶析出，草酸偽麻黃堿則留在母液中。)
3. 利用生物堿分子中特殊功能基的性質(zhì)進行分離
1) 具有酚羥基（Ar-OH)的Alk：酚-OH （可溶于NaOH)
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2) COOH （如檳榔次堿可溶于NaHCO3)
3) 內(nèi)酰胺、內(nèi)酯等
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可利用內(nèi)酯溶于堿液開環(huán)成鹽，加酸又環(huán)合析出的性質(zhì)，而與非內(nèi)酯生物堿分離。
4. 色譜法：
目前常用色譜法來達到分離的目的。色譜法的分離能力很強，能使一些含量低、組份復(fù)雜的生物堿分到單體。
第六節(jié) 生物堿的結(jié)構(gòu)鑒定
一、化學(xué)方法:
60年代以前以化學(xué)法為主。隨著光譜法的發(fā)展，經(jīng)典化學(xué)方法已經(jīng)被逐漸取代。但仍可輔助用于功能團的測定。
酚羥基＋FeCl3→ 蘭或綠
內(nèi)酯的異羥戊酸鐵反應(yīng) → 紅
亞甲二氧基＋濃硫酸＋沒食子酸 → 翠綠色 （Labat反應(yīng))
二、光譜法
由于光譜分析方法的高度發(fā)展，在化學(xué)方法的配合下，使生物堿結(jié)構(gòu)的鑒定能在較短的時間內(nèi)完成。目前，在生物堿結(jié)構(gòu)鑒定工作中，最常用的分析方法有紫外光譜（UV)、紅外光譜（IR)、質(zhì)譜（MS)和核磁共振（NMR)。
（一)紫外吸收光譜（UV)
一般用來反映分子中所含共軛系統(tǒng)情況，如共軛雙鍵及芳烴環(huán)的存在與否。當(dāng)生色團組成分子的基本骨架時，如吡啶、喹啉、吲哚堿等，其UV光譜可反映生物堿的基本骨架和類型特征。
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例如：毒藜堿其紫外光譜吸收峰261nm（loge3.52)與吡啶吸收峰相似。而且說明若是吡啶的衍生物，分子中取代基與吡啶母核不存在共軛效應(yīng)，否則吸收峰會發(fā)生變化。因此推測很可能是吡啶的衍生物。紅外光譜nmax1598，1586，1484cm-1亦反映這種推測。
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（二)紅外光譜（IR)
則是利用其特征吸收峰，鑒定分子結(jié)構(gòu)中主要的功能基團。
1. 確定官能團
OH（3200-3650)
C=O（1690-1760)正常；（1660~1690)跨環(huán)效應(yīng)
Ar（1500，1600)
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2. 判斷立體構(gòu)型
Bohlmann曾對喹喏里西丁類化合物的IR進行研究，發(fā)現(xiàn)反式喹喏里西丁類在2800 ~ 2700 cm-1有2個以上吸收峰，而順式喹喏里西丁異構(gòu)體、反式喹喏里西丁的鹽、季銨鹽、N→O化合物及內(nèi)酰胺則無吸收峰或極弱。這是由于在反式喹喏里西丁N的鄰位至少有2個以上直立鍵C-H與N的孤對電子成反式；順式的喹喏里西丁只有一個直立鍵C-H與N的孤對電子成反式；而鹽、N→O化合物及內(nèi)酰胺等由于消除了N的孤對電子，則無吸收峰。故反式喹喏里西丁類化合物的這種在2800 ~ 2700 cm-1范圍的特征吸收峰被稱為Bohlmann吸收帶，常用于診斷這類環(huán)的立體構(gòu)型。
（三)質(zhì)譜（MS)
生物堿的結(jié)構(gòu)類型較多，不同類型的生物堿其質(zhì)譜特點也各不相同。下面結(jié)合主要生物堿的類型介紹一下生物堿質(zhì)譜的一般規(guī)律。
1) 難于裂解, 由取代基或側(cè)鏈的裂解產(chǎn)生特征離子
具有下列結(jié)構(gòu)類型的生物堿，其骨架難于裂解，一般觀測不到由骨架裂解產(chǎn)生的特征離子。M+ 或M+-1多為基峰或強峰；特征離子往往由取代基或側(cè)鏈的裂解而產(chǎn)生。
A. 由芳香體系組成分子的整體或主體；
B. 具有環(huán)系多、分子結(jié)構(gòu)緊密的。
2)主要裂解受N原子支配
雜氮環(huán)己烷、四氫異喹啉環(huán)等的主要裂解方式是以N原子為中心的α－裂解，且多涉及骨架的裂解，基峰或強峰多是含N的基團或部分。比如甾體生物堿、托品類生物堿。
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M+ 294 a, 153 b, 136(基峰)
3)RDA裂解
結(jié)構(gòu)中存在相當(dāng)于環(huán)己烯部分時,易發(fā)生RDA裂解。主要有：四氫原小檗堿類、無N-烷基取代的阿樸菲類等。
特點：裂解后產(chǎn)生一對強的互補離子，由此可確定環(huán)上取代基的性質(zhì)和數(shù)目。
例如：四氫原小檗堿類型的生物堿，主要從C環(huán)裂解，發(fā)生逆Diels-Alder反應(yīng)（RDA反應(yīng))。
4)主要由芐基裂解產(chǎn)生特征離子
芐基四氫異喹啉類、雙芐基四氫異喹啉類等主要由芐基裂解產(chǎn)生特征離子。特點：裂解后產(chǎn)生一對強的互補離子。
如異喹啉類型中的1-苯甲基-四氫異喹啉類型的生物堿，其在裂解過程中易失去苯甲基，得到以四氫異喹啉碎片為主的強譜線。
（四)核磁共振譜（NMR)：
對生物堿的結(jié)構(gòu)測定是目前最常用的工具之一。氫譜可提供有關(guān)功能基如：NMe、NEt、NH、OH、MeO、雙鍵及芳氫等的許多信息。
碳譜和2D-NMR譜：
所提供的結(jié)構(gòu)信息量是其它光譜所無法比擬的。為結(jié)構(gòu)鑒定提供了大量的結(jié)構(gòu)信息。碳譜的應(yīng)用目前也較普遍，在大量的文獻中有生物堿常見類型化合物的光譜數(shù)據(jù)，使用也較方便。應(yīng)用碳譜大多是用模型化合物的光譜數(shù)據(jù)與待測化合物的光譜數(shù)據(jù)進行比較，再對母核上的取代基化學(xué)位移值的變化情況，通過分析官能團對母核作用等影響因素，最后將其結(jié)構(gòu)進行確定
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