生 物 碱 Alkaloids 一、概 述 生物碱是人类对植物药中有效成分研究得最早而较多的一类成分。从十九世纪德国学者F.W.Sertrner从鸦片中分离出吗啡碱（morphine）以来，迄今已从自然界中分离得到约10000种生物碱类化合物。在《全国医药产品大全》中收载的生物碱药物及其制剂达六十余种。 植物中存在的生物碱大多有明显的生理活性，如： 鸦片中的吗啡——镇痛作用； 麻黄中的麻黄碱——止喘作用； 长春花中的长春碱——抗癌活性； 黄连中的小檗碱——抗菌消炎作用； 山莨菪碱——抗中毒性休克作用 石蒜中的生物碱加兰他敏——具有拟胆碱作用 利血平——降压作用 由此可看出，在临床用药中生物碱类成分占据着重要的地位。 生物碱化学结构的研究为合成药物提供了线索，如： 植物古柯中的有效成分古柯碱（cocaine）虽有很强的局部麻醉作用，但是毒性较大，久用容易成瘾。 化学合成工作者对它进行结构改造，从中找到普鲁卡因（procaine），不但结构较古柯碱简单，毒性也大大地被降低了，成为临床广泛使用的局部麻醉药物。 现有的很多合成止痛药就是根据吗啡的化学结构而设计的。在生物碱的研究中，创新出不少研究方法、技术和反应，这对天然有机化学的发展起着重要的促进作用。 ㈠生物碱的定义 生物碱（Alkaloids）至今也无一个确切而标准的定义。这是由于随着生物碱的研究不断深入发展，人们采用新的先进的技术而不断地得到新模式和新结构的化合物，因而经典的、传统的定义就受到了局限性，如： 胡椒碱——虽为含氮杂环的衍生物，但不易与酸结合成盐； 秋水仙碱——几乎没有碱性，氮原子不结在环上； 麻黄碱——氮原子也不结在环上，应属于芳烃胺衍生物。 但按习惯仍将这些化合物归属在生物碱的范围内。但对于大多数生物碱还是有其共性之处，因此，还可以就其共性来定义生物碱的。 定义：是指天然产的一类含氮的有机化合物（不包括低分子胺类，如：甲胺、乙胺等、氨基酸、氨基糖和维生素类等化合物），多数具有碱的性质且能和酸结合生成盐；大部分化合物为杂环化合物且氮原子在杂环内；多数有较强的生理活性。 ㈡分布 生物碱主要分布于植物界，迄今为止在动物中发现的生物碱极少。生物碱在植物界分布很广，存在于一百多个科中： 如：豆科、茄科、防己科、罂粟科、毛茛科等植物中。 其中双子叶植物含生物碱远比单子叶植物为多。并较为集中地分布于防己科、罂粟科、夹竹桃科、毛茛科、豆科、马钱科、茄科。 地衣类和苔藓类植物中，尚未发现生物碱的存在。 菌类植物中已发现有生物碱。 植物亲缘关系相近的品种往往含有化学结构相同或类似的生物碱，如茄科的颠茄属、曼陀罗属、莨菪属等植物中几乎都含有莨菪碱、东莨菪碱。这种联系为发现和寻找新的药物资源提供了有效的途径。 生物碱的含量：金鸡纳树皮含奎宁碱——15% 长春花含长春花新碱——百万分之一 一般情况下，含量在0.1~1%的植物则可进行开发利用。若含量低但其活性很强，则可通过合成和半合成等方式进行开发。 ㈢存在形式 生物碱在植物体内主要存在的形式有： 1.游离碱：由于部分生物碱的碱性极弱，不易或不能与酸生成稳定的盐，因而以游离碱的形式存在。 2.成盐：除少数极弱碱性生物碱（如：秋水仙碱及吲哚类生物碱）外，大多生物碱，在植物细胞中都是与酸类结合成盐的形式存在。 常见的有机酸有：柠檬酸、酒石酸、苹果酸、草酸、琥珀酸等； 有些生物碱则与一些较为特殊的酸类结合成盐存在，如：乌头酸、罂粟酸、奎宁酸、绿原酸、延胡索酸、黎芦酸、白屈菜酸、千里光酸等。 有少数生物碱与无机酸结合成盐存在。如：吗啡碱与硫酸结合成盐存在于鸦片中；小檗碱与盐酸结合成盐存在于植物中。 3.苷类：一些生物碱以苷的形式存在于植物中； 4.酯类：多种吲哚类生物碱分子中的羧基，常以甲酯形式存在。 5.N-氧化物：在植物体中已发现的氮氧化物约一百余种。 ㈣命名规则 1.生物碱类型的命名 主要根据： ⑴基核的化学结构，如吡啶、吡咯啶、喹啉、异喹啉、萜类等； ⑵以来源植物命名，如石蒜科生物碱等。 2.生物碱单体成分的命名 ⑴以植物来源的属、种的名称命名；如—— 一叶萩碱 ⑵也有以生理活性或药效命名，如：吗啡morphine（使睡眠） 吐根碱emetine（呕吐）； ⑶以人名命名的；如：pelletierine（为纪念化学家Pierre Joseph Pelletier）。 ㈤分类方法 生物碱的分类方法很多，现有 1.按植物来源分类的如：石蒜生物碱，长春花生物碱； 2.按化学结构分类的如：异喹啉生物碱、甾体生物碱； 3.按生源结合化学分类的如：来源于鸟氨酸的吡咯生物碱。 分类依据不同，各有利弊。本章则以化学结构进行分类。 二、生物碱的分类 根据生物碱的化学结构分为以下一些主要类型： ㈠有机胺类（苯丙氨酸/酪氨酸） 结构特点：氮原子不结合在环内的一类生物碱。如：麻黄碱（ephedrine）、秋水仙碱（colchicine）和益母草碱（leonurine）等。 麻黄碱和伪麻黄碱是属于芳烃仲胺类生物碱，有些性质和生物碱类的通性不完全一样，例如：游离时可溶于水， 能与酸生成稳定的盐， 有挥发性， 不易与大多数生物碱沉淀试剂反应生成沉淀。 鉴别反应： （若于它们的甲醇溶液中加二硫化碳、硫酸铜试液和氢氧化钠试液各一滴，即能产生棕或黄色沉淀。在麻黄碱或伪麻黄碱的水溶液中加入硫酸铜试剂，再加氢氧化钠试液后，溶液能显蓝紫色，若加入少量乙醚振摇后放置分层，则醚层显紫红色，水层变为红色。这是由于螯合反应，产生铜络盐（紫红色）所致。） 麻黄碱和伪麻黄碱都是拟肾上腺素药，能促进人体内去甲肾上腺素的释放而显效，作用强度较弱，只有肾上腺素的1/142，但口服有效，并具有中枢神经系统兴奋及散瞳作用，这是肾上腺素所没有的。盐酸麻黄碱主要供内服以治疗气喘等。 秋水仙碱（colchicine）是环庚三烯酮醇的衍生物，分子中有两个骈合七元碳环，氮在侧链上成酰胺状态。 临床上用以治疗急性痛风，并有抑制癌细胞生长的作用。 益母草碱是益母草[Leonurus heterophyllus Sweet]的有效成分，其能收缩子宫，对动物子宫有增加其紧张性与节律性的作用。 ㈡吡咯衍生物 由吡咯或四氢吡咯衍生的生物碱。该类生物碱种类不少，较重要的分为：简单的吡咯衍生物、吡咯里西啶衍生物（又称双稠吡咯啶）和吲哚里西啶衍生物。 1.简单的吡咯衍生物：（来源于鸟氨酸） 红古豆碱（cuscohygrine）属简单的吡咯衍生物类生物碱。存在于颠茄、莨菪、曼陀罗、山莨菪等茄科植物中。该生物碱本身无药用价值，但将其还原成红古豆醇，再与乙酰苦杏仁酰氯反应制成红古豆苦杏仁酸酯，有类似阿托品类药物的散瞳、抑制腺体分泌、舒张平滑肌、降压等作用。 2.吡咯里西啶(pyrrolizidine)衍生物：（来源于鸟氨酸） 由一个三价氮原子形成稠合的二个吡咯啶环，故又称双稠吡咯啶。主要分布在菊科千里光属、豆科野百合属等。如： 野百合属植物农吉利[Crotalaria sessiliflors L.]中的抗癌有效成分野百合碱（monocrotaline）属吡咯里西啶衍生物。 3.吲哚里西啶（indolizidine）衍生物：（来源于赖氨酸） 由吡咯啶和六氢吡啶骈合所成杂环。 如：一叶萩碱（securinine）：属吲哚里西啶衍生物类生物碱。其来自于一叶萩又称叶底珠[Securinega suffrucosa （Pall） Rehd.]属大戟科植物。 一叶萩碱能兴奋中枢神经，有类似硝酸士的宁的作用，毒性小，亦是一种胆碱酯酶抑制剂。临床主要用于治疗面神经麻痹、神经衰弱，亦用于小儿麻痹症和其后遗症。 娃儿藤碱（tylophora alkaloids）：是菲骈吲哚里西啶的衍生物，存在于娃儿藤属植物中。曾于印度娃儿藤属植物Tylophora asthmatica wight根中分离获得。该成分具有显著的抗癌活性。 ㈢吡啶（pyridine）衍生物 由吡啶或六氢吡啶衍生的生物碱。该类型生物碱主要有：简单吡啶衍生物和喹诺里西啶（quinolizidine）。 猕猴桃碱（actinidine）属简单吡啶衍生物，该成分是一种油状液体生物碱，结构中是由二分子异戊烯排列所组成，因之也可认为是单萜衍生的生物碱。其来自猕猴桃属植物木天蓼[Actinidia polygama Maxim.]的叶中。 蓖麻碱（ricinine）：是蓖麻[Ricinus communis I.]种子中的一种生物碱，是吡啶酮的衍生物，分子中含有氰基，因之毒性较大。 金雀花碱（cytisine）：属喹诺里西啶衍生物。其具有兴奋中枢神经的作用，可从野决明[Thermopsis lanceolata R. Brown]种子中获得。 苦参碱（matrine）：来自于豆科植物苦参[Sophora flavescens Ait.]的干燥根。其根中的主要成分是苦参碱和氧化苦参碱（oxymatrine），二者均有抗癌活性，能抑制肉瘤180的生成。 ㈣莨菪烷（tropane）衍生物 莨菪烷是由吡咯啶和哌啶骈合而成的杂环。该类生物碱可分为二个类型： 颠茄生物碱（belladonna alkaloids） 古柯生物碱（coca alkaloids）。 颠茄生物碱又称茄科生物碱，是由茄科植物颠茄、莨菪等中分离得到的一类生物碱。如：莨菪碱（hyoscyamine）和阿托品（atropine）有解痉镇痛作用，以及解磷中毒和散大瞳孔等作用。由于莨菪酸部分中的手性碳原子，居于羰基的α位置，易产生互变异构，所以当莨菪碱与碱液接触或受热时，容易消旋化，转变为莨菪醇的消旋莨菪酸酯，即阿托品。 莨菪碱呈左旋光性（l-）而阿托品是其消旋体（dl-），即没有旋光性。东莨菪碱（Scopolamine）与莨菪碱的生物活性相似，常用作防晕药和镇静药物（如：狂躁性精神病等）。山莨菪碱（anisodamine）和樟柳碱（anisodine）具有明显的抗胆碱作用。 莨菪碱是由莨菪醇（tuopine）与莨菪酸（tuopic acid）缩合而生成的酯： 莨菪醇是四氢吡咯和六氢吡啶二个杂环骈合的双环结构。 古柯生物碱（coca alkaloids）通常指爱康宁（ecgonine）的衍生物。如：古柯碱（cocaine）又称可卡因（cocaine），系苯甲酰爱康宁的甲酯，是一种局部麻醉药，常用于表面麻醉。 ㈤喹啉衍生物（邻氨基苯甲酸） 例如：喜树碱（camptothecine）：来自于我国南方特产植物珙桐科喜树[Camptotheca acuminata Decne.]中，其木部、根皮和种子中都含有生物碱，并以喜树碱为主要成分。具有抗癌活性，对白血病和直肠癌有一定临床疗效，但毒性很大，其安全范围较小。喜树碱分子中具内酯结构，故可被碱化开环，转为钠盐后而能溶于水中。 ㈥异喹啉衍生物（苯丙氨酸/酪氨酸） 是一类很重要的生物碱，由于其数量多且结构类型复杂，仅就其主要类型说明如下： 1.1-苯甲基异喹啉（1-benzyl-isoquinoline）型生物碱：存在于鸦片中的那可丁（narcotine）属此类生物碱。其具有镇咳作用与可卡因相似，但无成瘾性，可替代可卡因。 2.双苯甲基异喹啉（bisbenzyl-isoquinoline）型生物碱：是由二个分子的苯甲基异喹啉衍生物通过醚氧键结合而成的一类生物碱。 例如唐松草碱（thalicarpine）：其结构是阿朴啡和苄异喹啉的二聚物。其对瓦克氏癌瘤-256有显著抑制作用。 3.原小檗碱（protoberberine）型生物碱：可认为是由苯甲基四氢异喹啉衍变而来的。如：小檗碱（berberine）和药根碱（jatrorrhizine）属此类型生物碱，存在于黄连、黄柏及三颗针等植物中。 四氢黄连碱（tetrahydrocoptisine）和延胡索乙素（Corydalis B，即消旋四氢掌叶防己碱）也属此类型生物碱，二者存在于中药元胡中，是罂粟科紫堇属植物延胡索[Corydalis turtschaninovii Bess.f.Yanhusuo Y.H.Chew et C.C.Hsii]的干燥块茎。延胡索乙素具有显著的镇痛作用，临床上用以代替吗啡以治疗内脏疾病的锐痛。 4.阿朴啡（aporphine）型生物碱：是由苯甲基四氢异喹啉衍生物分子内脱去二个氢原子，使苯环与苯环相结合，形成了菲核。如：土藤碱（tuduranine）存在于中药防己[Sinomenium acutum Rehder et Wilson]的根中。 5.原阿朴啡（proaporphine）型生物碱：该类型生物碱常伴阿朴啡型生物碱共存在于植物中，故认为是阿朴啡型生物碱的前体。如：Stepharine其分子中含醌样结构，有类似利血平的镇定作用。若与3N的硫酸加热，分子中五元环易重排而转变为六元环的土藤碱，则失去镇定作用。 6.吗啡烷（morphinane）型生物碱：属于苯甲基异喹啉的衍生物，又同时是菲的部分饱和衍生物。如：吗啡碱（morphine）是鸦片中的成分，具有止痛的作用。存在于青藤中的青藤碱（sinomenine）也属于此类型生物碱，其具有显著的镇痛和消炎作用。 7.原托品碱（protopine）型生物碱：在原托品碱的分子中含有一个含氮的十元环结构，并无异喹啉环的存在，因此不是真正的异喹啉的衍生物。但它却常与异喹啉类衍生物共同存在于同一植物中，可能是形成苯甲基异喹啉生物碱的中间产物，因此归为异喹啉类生物碱。 ㈦菲啶（phenanthridine）衍生物（苯丙氨酸/酪氨酸） 也属异喹啉衍生物，该类型中较重要的有： 1.苯骈菲啶（benzo-phenanthridine）类生物碱：如：白屈菜碱（chelidonine）具有四个骈合环系，两端二个环为芳香苯环，中间二个为氢化芳环。该化合物具有一定强度的镇痛作用和抗菌活性，是白屈菜中含有的有效成分之一。 2.吡咯骈菲啶（Pyrro-phenanthridine）类生物碱：如石蒜碱（lycorine）其结构中均含有吡咯与菲啶骈合的多环系。该化合物有催吐、祛痰作用，可作为恶心性去痰药用；还具有一定的抗癌活性。其氧化产物氧化石蒜碱（oxylycorine）具有明显的抗癌作用，对胃癌、肝癌、头面部恶性肿瘤有效。 ㈧吖啶酮（acridone）衍生物（邻氨基苯甲酸） 芸香科鲍氏山油柑[Acronychia baueri Schott]中的山油柑碱即属于此类生物碱。其具有显著抗癌作用，抗瘤谱较广，现已有人工合成品。 ㈨吲哚（yinduo）衍生物（苯丙氨酸/酪氨酸） 该类型生物碱数量也较多且结构也比较复杂，如：长春花、马钱子等中药中含有的生物碱均属于此类型。较重要的还有： 麦角新碱（ergonovine,ergometrine）:存在于麦角菌科麦角菌Claviceps purpures寄生在黑麦Secale cereale子房中所形成的菌核中的一种水溶性生物碱，临床用于产后使子官收缩，减少充血而促其复原。 毒扁豆碱（physostigmine）：来自于豆科植物毒扁豆[Physostigma venenosum Balf.]种子中的一种生物碱，又称依色林（escrine），是一种副交感神经兴奋药，用于青光眼治疗，还用于中药麻醉的催醒药。 玫瑰树碱（ellipticine）：从玫瑰树属植物Ochrosia elliptica Labill.中获得。其具有类似喜树碱的抗癌作用，且毒性较低。 ㈩咪唑（imidazole）衍生物 此类生物碱种类不多，较重要的有毛果芸香碱，又称匹鲁卡品（pilocarpine），来源于毛果芸香[Pilocarpus jaborandi Holmes]及其他同属植物的叶片，临床上主要用于青光眼的治疗。 （十一）喹唑酮（quinazolidone）衍生物 常山碱（β-dichroine,febrifugine）属此类型生物碱。其来自于中药常山[Dichroa febrifuga Lour.]。其具有抗疟作用，由于具有恶心、呕吐等副作用，故临床应用受到一定限制。 （十二）嘌呤（purine）衍生物 由嘌呤衍生的生物碱，在中药中存在较普遍，例如香菇嘌呤（eritadenine）。是由香菇[Lentinus edodes （Berk.） Sing]中分离得到的一种生物碱，具有显著降低血液中胆甾醇、甘油三酯、磷酯的生物活性，用于动脉硬化，临床作为防治冠心病的药物。 香菇嘌呤在其结构中连接有二羟基丁酸，亲水性比较强。将香菇嘌呤分子中的羧基转为内酯，使亲脂性加大，其活性（指降血液中胆甾醇的作用）较香菇嘌呤强达10倍，而且其亲脂性随着香菇嘌呤酯分子中取代基团的碳原子数目的增加而加大。但当碳原子数目超过5，则活性反而下降。这正说明分子内亲脂性和亲水性需要保持一定平衡的必要性。 （十三）甾体生物碱类（steroidal alkaloids） 本类被认为是天然甾体的含氮的简单衍生物，又与萜类生物碱统称为伪生物碱。中药浙贝母[Fritillaria thunbergii Miq.]和川贝母[F.roylei Hooker]的主要成分贝母碱（peimine,verticine）即：浙贝甲素(verticine)，为甾体生物碱。 （十四）萜生物碱类（terpenoid alkaloids） 此类生物碱包含：一萜生物碱、倍半萜生物碱、二萜生物碱、三萜生物碱等。例如石斛碱（dendrobine）属倍半萜生物碱；乌头生物碱属于复杂二萜衍生物。 乌头碱毒性极大，产生毒性的根源是其结构中含有二个酯键。若将乌头碱与稀碱水溶液加热，很容易除去二个酯键，生成乌头原碱（aconine）。或将乌头碱在中性水溶液中加热，酯键也同样被水解。 经水解后生成的乌头原碱，其毒性极小。这就是中医用乌头、附子必经炮制的原由。 （十五）大环生物碱 卫矛科美登木属植物在我国主要有云南美登木[Maytenus hookeri Loes.]和广西美登木[M.guangsiensis Cheng et Sha]。在美登木中含有一种生物碱称为美登碱（maytansine）。该成分是一种高效低毒、安全幅度大的抗癌活性成分。 （十六）其他类型生物碱 中药川芎[Ligusticum Wallichii Franch.]中的生物碱——川芎嗪，其结构为四甲基吡嗪（tetramethylpyrazine），用于治疗各种闭塞性血管疾病。 再如得自蝙蝠葛中的生物碱——短防己碱（acutumine）也属此类型生物碱。 千金藤属植物Stephania japonica Miers.中的间千金藤碱（metaphanine）是一个含有莲氏花烷（hasubanane）骨架的生物碱。 三、理化性质 ㈠一般性质 1.形态：大多为结晶形固体，只有少数是非结晶形的粉末，如：乌头中的乌头原碱（aconine）。有一定的熔点（m.p.）。 少数在常温时为液体，液体生物碱大多都不含氧，如果分子中含氧原子则氧原子也多结合成酯键。例如：八角枫须根中的毒藜碱（dl-anabasine）、烟叶中的菸碱（nicotine）、槟榔中的槟榔碱（arecoline）等都是液体。 液体生物碱在常压下可以蒸馏或随水蒸汽蒸馏而不被破坏。固体生物碱有极少数如麻黄碱能随水蒸气蒸馏出来。有的可升华如：咖啡因。 2.颜色：生物碱一般是无色或白色的化合物，只有少数有色。 例如：小檗碱呈现黄色，经硫酸和锌粉的还原反应，生成四氢小檗碱成为无色。 颜色与共轭系统有关，共轭系统长则颜色深，共轭系统短则颜色浅。 还有一些不是季铵碱的生物碱，也具有颜色，如： 一叶萩碱是淡黄色结晶体，但其盐则无色，这说明可能是由于其分子中氮原子上的孤电子能与环内双键产生跨环共轭的缘故。 3.味觉：生物碱多具苦味。 4.挥发性：一般无挥发性，少数有挥发性（如：液体生物碱）。 5.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。少数生物碱分子中没有手性碳原子，如原托品碱无不对称中枢，无旋光性。有的生物碱产生变旋现象，有的生物碱在不同的溶剂中旋光度不同，例如： 生物碱的生理活性与其旋光性密切相关。一般地，左旋体呈显著的生理活性，而右旋体则无或很弱。如： 但也有少数生物碱与此相反，如： 6.溶解度 ⑴游离Alk： 大多数游离生物碱均不溶或难溶于水，能溶于氯仿、乙醚、丙酮、醇或苯等有机溶剂。 类别 极性 价键 溶解性 H2O CHCl3 HCl NaOH  非酚性Alk (无Ar-OH叔胺、仲胺) 较弱 共价 脂溶性 — + + —  季铵碱 强 离子 水溶性 + — + +  氮氧化物 半极性 配位 中等水溶 + ± + +  两性Alk Ar-OH 较弱 共价 脂溶性 — + + +  （可成内盐）-COOH 强 离子 水溶性 + — + +  *酸、碱均为1%。 季铵类生物碱，由于碱性强，离子化程度大，亲水性强，故较易溶于水。有少数生物碱虽不属于季铵类，但在水中也有较大的溶解度。 例如：苦参碱由于碱性较强，极性较大，故有一定程度的水溶性。 氧化苦参碱分子中的氧原子是通过半极性配位键与氮原子共享一对电子的，与生物碱盐类颇相似，极性较大，故在水中的溶解度比苦参碱更大，而在有机溶剂中的溶解度比苦参碱小。 酸碱两性的生物碱，既能溶于酸性水溶液，又能溶于碱性水溶液，而不溶或难溶于常见的有机溶剂，如果它的酸性和碱性都很强，因能形成两性离子（内盐式），故亦易溶于水中。 如： 例如：游离的槟榔次碱，由于碱性较强，又具有酸性较强的羧基，故易溶于水或稀乙醇，几乎不溶于亲脂性有机溶剂包括氯仿、乙醚和无水乙醇等。如果将其分子中的羧基甲酯化，转变为槟榔碱，则又恢复只呈碱性的生物碱的通性，易溶于无水乙醇、氯仿或乙醚中，可是仍易溶于水，似乎与其分子中亲脂性基团——酯状结构不相适应，所以现在多采用季铵式的结构来代表槟榔碱，籍以解释它的水溶性。 再如： 吗啡属酸碱两性生物碱，但由于其具有的酚羟基酸性很弱，离子化程度小，加以分子比较复杂，故表现既难溶于水，又难溶于常见的亲脂性有机溶剂（包括氯仿），只有在醇类如乙醇、戊醇中才能溶解。如果将吗啡分子中的酚羟基甲基化，转为只有碱性的可待因，则可增加其在氯仿等亲脂性有机溶剂中的溶解度。 有少数生物碱，虽含有酚羟基，但由于各种原因而导致不溶碱水中。 如：去甲基粉防己碱 其虽含有酚羟基，但不溶于碱性水溶液中，这是由于它的酚羟基受到邻位取代基的空间阻碍和形成分子内氢键，使酸性大大减弱的缘故。 ⑵成盐Alk： 生物碱盐类尤其是无机酸盐和小分子的有机酸盐多易溶于水，不溶或难溶于常见的有机溶剂。 不同的酸与不同的生物碱结合生成的盐，具有不同的溶解度。 例如：多数生物碱与大分子有机酸所形成的盐，往往要比小分子有机酸盐或无机酸盐在水中溶解度小。生物碱的无机酸盐虽然易溶于水，但溶解度的大小也不尽相同。 一般说来，含氧酸盐的水溶性较大，如硫酸盐、磷酸盐等，少数生物碱的盐酸盐则较难溶于水（如盐酸小檗碱）。 碱性很弱的生物碱只能与强酸结合成盐，而且这种盐往往不稳定，还可能表现出似游离生物碱的性质。如：弱碱性的利血平溶解于醋酸水溶液中，生成的盐很不稳定，如果于这种醋酸水溶液中加氯仿振摇提取，则游离的利血平就能从酸性水溶液转溶到氯仿层中。 ㈡碱性 1.碱性的来源：在生物碱分子中含有氮原子，这些氮原子与氨分子中的氮原子一样有一对孤电子，对质子有一定程度的亲和力，因而表现出碱性。 2.碱性强弱的表示方法：生物碱的碱性强度一般用pKa表示。Ka是指碱的共轭酸（即生物碱的盐）的解离度。 即： BH+表示为生物碱盐的浓度；B表示为生物碱的浓度（即游离碱的浓度）。 有些书籍中也用Ka、pKb、Kb来表示。它们之间的关系如下： pKa = - lgKa；pKb = - lgKb；pKa + pKb = 14 pKa的值越大，其碱性就越强。而pKb的值越大，则酸性就越强。 3.影响碱性强弱的因素 ⑴杂化方式：生物碱分子中氮原子孤电子对处于杂化轨道中，其碱性强弱随杂化度升高而增强。碱性由强到弱的顺序： 例如：氰基中的氮原子为SP杂化呈中性，吡啶（pKa=5.17）和异喹啉（pKa=5.4）的氮原子均为SP2杂化，其碱性较弱。而2-甲基-甲基吡咯的氮原子为SP3杂化（pKa=10.26），其碱性较强。 再如：吡啶核环上具6(电子，氮原子的孤电子对不构成p(共轭，而形成缺(-N-芳杂环，因而具较强的碱性，不过碳与氮之间具双键而降低了氮原子的碱度，以致其碱度较其饱和的同系物胡椒啶（piperidine）（哌啶，六氢吡啶）为低。 ⑵电子效应： ①氮原子所连接的基团如为供电基团则碱性增强。例如：氨、甲胺、二甲胺和三甲胺的碱性不同，是由于甲基的供电性使氮原子的电荷密度增多，而表现出的碱性增强。 叔胺碱性弱于仲胺，其原因是由于立体影响（即位阻），叔胺结构中的三个甲基阻碍了氮原子对质子的结合能力，而使碱性降低。 又例： 仲胺 > 伯胺 > 叔胺 ②氮原子附近若有吸电基团存在，则使氮原子电子密度降低，因此碱性减弱。例如： 在东莨菪碱分子中6,7-位有氧环，对氮原子上孤电子对产生显著的空间障碍，由于位阻和吸电作用，使氮原子不容易接受质子，所以碱性很弱。山莨菪碱分子中6-位羟基对其氮原子也产生立体效应，但不如东莨菪碱的氧环影响大，所以山莨菪碱的碱性虽弱，但要比东莨菪碱强些。莨菪碱分子中不存在6-位羟基或6,7-位环氧，没有由于它们所产生的立体效应，所以它的碱性比山莨菪碱及东莨菪碱的碱性强。 在可卡因（cocaine）的分子中，由于-COOCH3基的吸电作用，其碱性弱于托哌可卡因（tropococaine）。 ③氮原子孤电子对处于p-(共轭体系时，通常情况下，其碱性较弱。 若氮原子与羧酸缩合成酰胺状态，则形成了p-π共轭而使其碱性降低。在此情况下，虽有诱导效应，但共轭效应（+C）>诱导效应（I）。 如：甲胺与芳胺 因此，胡椒碱（piperine）、咖啡因（caffeine）等均表现出很弱的碱性。 ④诱导——场效应：使生物碱的碱性降低。 在生物碱分子中若同时含有二个氮原子时，即使其处境完全相同，其碱度总是有差异的。当第一个氮原子质子化后，就产生一个强的吸电基团 。它对第二个氮原子产生两种碱性降低的效应：诱导效应和静电场效应。前者通过碳链传递，且随碳链增长而渐降低。后者则是通过空间直接作用的，故又称为直接效应。二者可统称为诱导——场效应。 如：菸碱（nicotine）在其分子中同时存在二个氮原子，pKa为N1=8.2，N2=3.4，△pKa=4.8。但若将其分子“拆开”与其进行比较，则不难看出由于诱导——场效应的影响，使碱性降低。 ⑶立体因素：尽管质子的体积较小，但生物碱氮原子质子化时，仍受到立体效应的影响，使其碱性增强或减弱。 前述的东莨菪碱分子中，由于三元氧环的存在，氮原子上的孤电子对产生显著的立体效应（空间位阻），使氮原子不易给出电子，所以使碱性减弱。 而苦参中的主要生物碱苦参碱（matrine），具有比较强的碱性，在它的分子中有两个氮原子，N16呈酰胺状态几乎没有碱性，N1属叔胺，三价都结在环上，由于它的立体形象便于接受质子，减弱了立体效应的影响，所以碱性比较强。 ⑷分子内氢键：若能形成稳定的分子内氢键，则使碱性增强。 例1：和钩藤碱（rhychophylline）盐的质子化氮上氢可与酮基形成分子内氢键，使其更稳定。而异和钩藤碱（isorhychophylline）的盐则无类似氢键的形成，故前者碱性大于后者。 例2：麻黄碱和伪麻黄碱的碱性强度不同，是与它们盐分子中羟基能否形成较稳定的分子内氢键有关系。 碱性强度不同的原因是伪麻黄碱能形成稳定的分子内氢键。氢键与一般化学键相同，其强度与原子间的距离成反比，从麻黄碱和伪麻黄碱的优势构象来看，它们的羟基和甲氨基之间的距离似乎没有什么差别，但在结构中，处在邻位交叉较大的基团即甲基和苯基之间存在一定的排斥力，在伪麻黄碱的结构中，由于这种排斥力的作用，使羟基与甲氨基的距离较为接近，故氮原子接受质子成为－N+H后，氮上的氢与邻近羟基上的氧所形成的氢键就比较稳定，而呈较强的碱性。在麻黄碱的结构中，当氮原子接受质子并与邻近羟基上的氧形成氢键时，同样由于甲基和苯基的排斥作用，使所形成的分子内氢键的强度减小，而－N+H较易解离，故碱性较弱。这种情况可从纽曼式的优势构象中看得清楚些。 ⑸分子内互变异构：有些生物碱可异构化成季铵型，而季铵碱离子化程度大，使氮原子具有似金属性，所以表现出强碱性。 例：蛇根碱 蛇根碱分子中N4位的α、β位有双键，N4上孤电子对参予了共轭体系，因之当双键转位，N4可形成季铵型，N1原子就作为N4季铵的电子受体，因而表现出强碱性。 小檗碱就是由此而表现出强碱性 这是由于某些醇胺型生物碱分子中具有α-羟胺结构，能异构化成季铵型，一般表现为强碱性。 但有些生物碱如：新番木鳖碱（neostrychnine）的分子中其N的α、β位也有双键、阿马林碱（ajmaline）分子中也有α-羟胺结构，表面看起来也应能转变为季铵碱。但由于N原子处在稠环的“桥头”，其张力较大，要使双键移位，形成季铵型较为困难。而却由于双键或羟基的吸电子诱导效应的影响，使碱性减弱。 互变异构的条件：①环叔胺分子，氮原子的α、β位有双键； ②环叔胺分子，氮原子的α位有-OH； ③处于稠环桥头的N，不能异构化（因张力大）。 碱性强弱小结： ① ②供电——碱性↑ 共轭——碱性↓ 诱导吸电——碱性↓ 立体因素——碱性增强、降低（视结构而定）； ③结构中有-COOH、Ar-OH基团，则为两性生物碱。 习题：比较碱性 A > C > D > B C > A > B > D ㈢成盐（Alk成盐的机理） 绝大多数生物碱可与酸形成盐，对H+（质子）化来说，仲胺、叔胺生物碱成盐时，质子多结合于氮原子。 对以季胺碱、氮杂缩醛、烯胺以及具有涉及氮原子的跨环效应形式存在的生物碱，质子化则往往并非发生在氮原子上。 1.季胺生物碱的成盐：（质子与OH_结合成水） 盐遇碱又可复成季胺碱，但对以亚胺盐（immonium salts）形式，如：小檗碱类、苯菲啶类、3,4—二氢异喹啉类等存在的季铵盐，其在酸碱溶液中存在的形式比较特殊。曾认为通常以季胺型、醛式和氮杂缩醛三种方式平衡存在。经应用物理分析方法研究结果表明，在碱水液中，以氮杂缩醛形式存在（无醛式）。 2.含氮杂缩醛Alk的成盐:[质子与RO-结合成H-OR（醇或水）] 这类生物碱与酸作用形成亚胺盐，质子是与RO-结合成醇或水。 3.具有烯胺结构Alk的成盐： 此类Alk质子化多在β碳上，而非氮原子。 例： 吡咯与烯胺不同，因其孤电子对参与芳香体系，氮原子被极化呈正性而排斥电子，故碱性极弱。但若强行质子化时，质子则加在α碳上。 新士的宁虽有烯胺结构，但与酸成盐时，质子却结合于N2上，而非β碳。原因是其分子中N2处于稠环桥头，受Bredt’s规则限制，难于形成亚胺形式盐类。所以新士的宁分子中N2类似于叔胺而非烯胺。同理，阿马林碱虽含氮杂缩醛结构，但与酸成盐时，质子化则直接发生在N2上。 含氮杂缩醛Alk的成盐（如：阿马林碱）和烯胺结构Alk的成盐（如：新士的宁），若在分子中，N原子处于稠环桥头，由于张力较大，N原子难于形成亚胺盐。所以N原子类似于叔胺状态而直接发生质子化。 4.涉及氮原子跨环效应Alk的成盐（质子化发生在酮基上） 若Alk分子中N原子孤电子对空间上靠近酮基时，则多产生跨环效应，导致许多理化性质的变化。 例： ㈣涉及氮原子的氧化 许多Alk在氧化剂作用下，被氧化生成亚胺及其盐类、去N-烷基、酰胺（甲酰胺、乙酰胺、内酰胺）化、氮杂缩醛及氮氧化物等。 常用的氧化剂：Hg(OAc)2、KMnO4等。 除N-氧化物外，这些反应绝大多数都是经过中间体亚胺盐离子进行。故统称为涉及氮原子的氧化。 反应往往受到立体条件的限制。如：当氧化时，只有满足失去氢与离去基AcOHg成反式共平面关系的生物碱，才可被氧化。 1.氧化成亚胺及其盐类： 如： 2.N-去烷基化（去N-甲基、N-乙基等） 3.酰胺化 氧化剂攻击N原子邻位碳。 4.氮杂缩醛的形成 要求——-OH与N原子处于同侧。 ㈤沉淀反应 用途：①鉴别——试管、TCL或PPC的显色剂。如：改良碘化铋钾试剂。 ②提取分离——检查是否提取完全、精制、定量分析。 大多数生物碱能和某些酸类、重金属盐类以及一些较大分子量的复盐反应，生成单盐、复盐或络盐沉淀。这些能与生物碱产生沉淀的试剂称为生物碱沉淀试剂。 1.沉淀试剂 生物碱沉淀试剂的种类很多，大多为重金属盐类，分子量较大的复盐或某些酸类试剂，其中较为常用的有以下几种，见下表。 表 常用的生物碱沉淀试剂 类别 试剂名称 试剂主要组成 与生物碱反应产物  金属盐类 碘-碘化钾 （Wagner试剂） KI-I2 多生成棕褐色沉淀（B(I2(HI）   碘化铋钾 （Dragendoff试剂） BiI3(KI 多生成红棕色沉淀（B(BiI3(HI）   碘化汞钾 （Mayer试剂） HgI2(2KI 生成类白色沉淀，若加过量试剂，沉淀又被溶解（B(HgI2(2HI）   氯化金（3%） （Suric chloride） HAuCl4 黄色晶形沉淀 （B2(HAuCl4或B2(4HCl(3AuCl3）  酸类 硅钨酸(Bertrand试剂) （Silicotungstic acid） SiO2(12WO3 浅黄色或灰白色沉淀（乳白色） （4B(SiO2(12WO3(2H2O）  酚酸类 苦味酸(Hager试剂) (Picric acid) 2,4,6-三硝基苯酚 生成黄色晶形沉淀 （必须在中性溶液中反应）  复盐 雷氏铵盐 (Ammoniumreineckate) 硫氰酸铬铵试剂 生成难溶性复盐，往往有一定晶形、熔点或分解点（紫红色沉淀） （BH+[Cr（NH3）2）（SCN4]）  2.反应原理：生成更大多分子复盐和络盐。 例如：碘化铋钾与生物碱的反应。 3.沉淀反应条件：（沉淀反应多为可逆的） ①通常在酸性水溶液中生物碱成盐的状态下进行； （若在碱性条件下则试剂本身将产生沉淀。） ②在稀醇或脂溶性溶液中检查时，则溶液中含水量应在50%以上； （大于50%的醇溶液其醇可使沉淀溶解） ③沉淀试剂不易加入多量，尤其是过量的碘化汞钾可使产生的沉淀溶解。 4.结果的判断： ①用于鉴别时每种生物碱需采用三种以上的生物碱沉淀试剂，这是因为沉淀试剂对各种生物碱的灵敏度不一样。 ②若直接采用中草药的酸浸液来作沉淀反应，则得出的： 阳性结果≠判定Alk的存在； 阴性结果可判断无Alk存在。 ∵ 氨基酸、蛋白质、多糖、鞣质等成分 + Alk沉淀试剂 → 生成沉淀 当排除这些干扰后，才能得到比较可靠的结果。排除非生物碱类成分的干扰，一般可以利用游离生物碱及生物碱盐类溶解度的特点，使于氯仿及碱性水溶液两相间萃取精制，氯仿层溶含游离生物碱，再将生物碱转溶于酸水中，生物碱转为盐溶于水中，再加入生物碱沉淀剂检查生物碱。但季铵型水溶性生物碱，则需将萃取溶剂改为醋酸乙酯、正丁醇或氯仿中加入一定比例的乙醇，才能将季铵型生物碱自水中提取出来。 常规提纯（排除水溶性成分的干扰）过程如下： Alk沉淀试剂应用于薄层色谱或纸色谱的手段，以适当的溶剂系统展开后，再喷洒可以显色的生物碱沉淀剂，观察有无生物碱斑点。 有少数生物碱与某些沉淀试剂并不能产生沉淀，如麻黄碱。而且不同的生物碱对这些试剂的灵敏度也不一样。因此在实践过程中，下结论时应慎重。 ㈥显色反应 用于生物碱的显色试剂很多，它们往往因生物碱的结构不同而显示不同的颜色。但是，颜色反应仅可作为识别生物碱的参考，因为生物碱纯度不同，显色就有差别。常用的反应见下表。 表 生物碱常用的显色反应 名 称 试 剂 生物碱及反应结果  Mandelin试剂 1%钒酸铵的浓硫酸溶液 阿托品显红色；奎宁显淡橙色； 吗啡显蓝紫色；可待因显蓝色； 士的宁显蓝紫色到红色  Frhde试剂 1%钼酸钠 或 5%钼酸铵的浓硫酸溶液 乌头碱显黄棕色；吗啡显紫色转棕色； 可待因显暗绿色至淡黄色  Marquis试剂 浓硫酸中含有少量甲醛 吗啡显橙色至紫色；可待因显洋红色至黄棕色；古柯碱和咖啡碱不显色  Labat反应 5%没食子酸的醇溶液 具有亚甲二氧基结构的生物碱呈翠绿色  Vitali反应 发烟硝酸和苛性碱醇溶液 结构中有苄氢存在则呈阳性反应   此外，还有无机酸可与一些生物碱显色，如浓硫酸、浓硝酸、浓盐酸等。例浓硫酸可使秋水仙碱显黄色，可待因渐显淡蓝色，小檗碱显绿色，阿托品、古柯碱、吗啡及士的宁等不显色。 生物碱与酸性染料如溴麝香草酚蓝、溴甲酚绿等，在一定pH的缓冲液中也可形成复合物而显色，此种复合物定量地被氯仿等有机溶剂提出而用于比色测定，是应用广泛的一种微量测定生物碱的方法。 ㈦C-N键的裂解反应（基本骨架的测定） 无论在经典的化学法测定结构方面，还是骨架类型的化学转化以及全合成方面，生物碱分子中C-N键的裂解都是很重要的化学反应。生物碱C-N键的裂解方法主要有：霍夫曼降、Emde降解和von Braun三级胺降解。 1．霍夫曼降解(Hofmann degradation) 又称彻底甲基化(exhaustive methylation)，是最重要的C-N键裂解反应。 霍夫曼降解就是指胺（伯、仲、叔）与CH3I等作用，形成具β-H的季铵盐后，再与碱加热发生β-H消除（或称1,2-消除），生成水、烯和胺的反应。 氮原子二价结合在环上，则生成二甲胺衍生物，再经第二次Hofmann降解反应，再生成三甲胺和未饱和二烯衍生物。 氮原子三价均结合在环上，则需经三次反应，才能完成反应。 Hofmann反应条件：①N原子的β位具有氢； ②β位连电负性基团(苯)，Hofmann不脱去三甲氨。 2．Emde降解反应(Emde degradation) Emde改进了Hofmann反应，即生物碱分子中β位无氢存在时，或β位有电负性基团时，以钠汞齐于乙醇或水溶液中处理季铵卤化物，使C-N键还原断裂。 Emde降解存在取向问题。一般规律是裂解优先发生在处于苄基或烯丙体系的C-N键上。例如：娃儿藤碱(tylophorine) 3．von Braun三级胺降解(von Braun ternary amine degradation) 三级胺与溴化氰作用，生成溴代烷和二取代氨基氰化物的反应，称为von Braun三级胺降解。即： ⑴反应机制：两次连续的亲核取代反应。 ⑵分子结构与降解产物 一般关系如下： ①在N-烷基取代基中，体积小者易被取代裂除。 如：二乙酰吗啡碱(diacetylmorphine) ②在C-N键中，若N原子的β、γ-为不饱和体系，则处于N原子的α位的C-N键易断裂（如：苄基或丙烯基）。 如：二乙酰阿朴菲。 ③若C-N键中碳原子处于苯环中，则多不反应。 ④若C-N键的碳原子处于叉链结构中，则C-N键不易断开。 ⑤立体效应影响降解产物的定向。 如：canadine与CNBr反应时，仅生成N-C(14)、N-C(6)键裂解的产物，而无断N-C(8)键的产物。原因是C-8上溴代受到9-OCH3基的空间位阻。 再如：二乙酰二氢石蒜碱(diacetyldihydrolycorine)与CNBr反应的主产物并非是苄基C-N键裂解的产物。 （结构见第三版371页93~97结构图；第二版458页91~95结构图） 四、提取分离 生物碱类化合物大多数是与有机酸（如苹果酸、酒石酸等）结合成盐存在于中草药中，有些则与一些特殊的酸结合，如吗啡与罂粟酸、乌头碱与乌头酸相结合。有少数生物碱如小檗碱与盐酸结合成盐，存在于黄连中。而延胡索中的某些季铵碱则与盐酸、硝酸或氢溴酸结合成盐。个别生物碱由于碱性弱或很弱，不易或不能和酸结合生成盐，从而可能在中药中呈游离状态。也有少数生物碱与糖结合成甙的形式存在。因此，在提取分离生物碱时，首先应考虑到生物碱在中草药中的存在形式和生物碱的特性，以便选择合适的提取方法。 ㈠提取 生物碱的提取一般常采用以下几种方法: 1.酸水提取法：可使中药中的生物碱转为盐类，提高了生物碱在水中的溶解度，从而使生物碱从中草药中提取出来。 一般酸性水，如：0.1～1%H2SO4、HCl或HOAc等进行提取。 本法一般多采用冷提法（如：渗滤法、冷浸法等）。很少采取加热的方法。 例： 此法缺点： ①其提取液的体积较大（造成浓缩困难）； ②可将中草药中的水溶性杂质提取出来（如皂苷、蛋白质、糖类、鞣质及水溶性色素等）。 为了克服上述缺点，可结合以下方法来进一步提取。 ⑴离子交换树脂法：将酸水提取液通过阳离子交换树脂柱，生物碱则被树脂吸附，而杂质则随溶液流出。然后用碱液处理树脂，溶剂洗脱，则得到游离的总生物碱。过程如下所示： ⑵沉淀法: ①酸提取碱沉淀法（溶剂沉淀法）： 利用生物碱（游离或成盐）难溶于水而产生沉淀。 适用于碱性弱的Alk。 一般情况下在中药的酸水提取液中加碱（如：碳酸钠等）进行碱化，则水不溶或难溶性生物碱即沉淀析出，可与水溶性生物碱及杂质分离。有些生物碱成盐后不溶于水而沉淀析出（如盐酸黄连素）。 例如：于蝙蝠葛根茎的酸性水提取液中加入Na2CO3碱化，水不溶或难溶性Alk即沉淀析出，可与水溶性Alk及杂质分离。 ②盐析法： 利用生成难溶于水的Alk盐而沉淀。即将水提液加饱和盐水盐析，使生物碱或其盐类沉淀析出。适用于中等弱碱。 例如:在黄藤的1%硫酸水溶液中加碱碱化至pH=9，再加氯化钠使溶液达饱和状态，放置后，析出粗制掌叶防己碱。 ③雷氏铵盐沉淀法： 利用生成雷氏复盐而沉淀。 用于水溶性季铵碱的提取。 季铵类生物碱极易溶于水，用碱化或盐析的方法一般不易得到沉淀。又由于它在有机溶剂中溶解度不大，亦不便应用溶剂提纯法。因此常用雷氏铵盐为沉淀试剂，使与生物碱结合为雷氏复盐，难溶于水而沉淀析出。 一般操作如下：将季铵碱的水溶液，用酸水调到弱酸性，加入新鲜配制的雷氏铵盐饱和水溶液至不再生成沉淀为止。滤取沉淀，用少量水洗涤1~2次，抽干，将沉淀溶于丙酮（或乙醇）中，过滤，滤液即为雷氏生物碱复盐丙酮（或乙醇）溶液。于此滤液中，加入Ag2SO4饱和水溶液，形成雷氏铵盐沉淀，滤除，滤液备用。于滤液中加入计算量的氯化钡溶液，滤除沉淀，最后所得滤液即为季铵生物碱的盐酸盐。过程如下： 即： 2.醇类溶剂提取法： 甲醇和乙醇为亲水性溶剂，其分子比较小，容易透入中草药组织，而中药中的生物碱（游离或成盐）可以被溶解。 特点：水溶性杂质比酸水提取法少，但含较多的脂溶性杂质。 工业生产多用乙醇，常用95%乙醇，也有用稀乙醇的。甲醇因其毒性比乙醇大，不宜大量生产应用。操作时可进行加热回流提取2～3次或按渗滤法室温提取，回收提取液或渗滤液中的醇，就能得到含生物碱的浸膏。 3.与水不相混溶的有机溶剂提取法： 常用的有机溶剂有苯、氯仿、二氯乙烷等。生物碱在植物体内大多数是以成盐状态存在，提取时应先将中药粉末加碱水湿润（常用石灰乳、10%氨水或碳酸钠的水溶液），使生物碱的盐转成游离状态，然后加亲脂性有机溶剂按浸渍法或连续回流提取法提尽生物碱。 某些弱碱性生物碱不易与酸结合成性质稳定的盐，它们在植物中往往以游离状态存在，因此可以用苯、氯仿等有机溶剂直接提取。在提取前可先用较少量的水湿润原料药粉，使植物细胞膨胀，以利于有机溶剂的提取。 该法的优点：溶剂选择作用比醇强，提出的水溶性杂质很少。 缺点：是溶剂成本高，提取时间较长，不安全，有毒性，易燃。 ㈡分离 对于生物碱的分离通常分为系统分离与特定分离。前者带有基础研究的性质；后者则侧重于生产实用，具有应用开发价值。二者对分离方法的设计均有定向作用。系统分离通常采用总碱分离成类别或部位再进一步分离成单体生物碱的分离程序。类别是指按碱性强弱或酚性、非酚性粗分的生物碱类别。部位主要指经色谱柱（如氧化铝为吸附剂的色谱柱）根据其极性不同而粗分的部分。 经酸水提取与溶剂提取所得的总生物碱含有较多的杂质，所以在分离前应先纯化总碱。除水溶性生物碱外，一般的纯化方法是先将总碱溶于酸水，于其中加入有机溶剂如乙醚，振摇，以溶除脂溶性杂质（如脂肪油、树脂等），而生物碱盐类仍留存于水溶液中。 经过纯化后所得的生物碱，往往是多种结构相似的混合物，通常称为总生物碱。需要加以分离和精制。流程图如下： 经提取和粗分后，获得的总生物碱，可采用下法进行分离： 1.根据Alk及其盐的溶解度不同进行分离——重结晶法 ⑴对于已知成分——查文献选择结晶溶剂。 例如——氧化苦参碱的分离： 许多生物碱的盐比其游离碱易于结晶，故可利用生物碱各种盐类在不同溶剂中的溶解度不同而达到分离。 例如——麻黄碱和伪麻黄碱的分离： 利用它们的草酸盐在水中溶解度的不同。 溶解度(在H2O中)：草酸麻黄碱 < 草酸伪麻黄碱 能够先行结晶析出，草酸伪麻黄碱则留在母液中。 较典型的例子是金鸡钠树皮中四种主要生物碱奎宁碱、奎宁丁、金鸡宁（cinchonine）和金鸡宁丁（cinchonidine）的分离。硫酸奎宁、酒石酸金鸡宁丁和氢溴酸奎尼丁在水中溶解度均较小，而金鸡宁不溶于乙醚。由此可根据其在不同分离的步骤制备成相应的难溶盐类而达到彼此分离的目的。 流程如下： ⑵对于末知成分——除在提取粗分过程中，对样品有一些了解，进行重结晶溶剂的寻找外，还可利用从色谱方法中选择结晶溶剂。 如：在PC上如果A物的Rf值为0.8，B物的Rf值<0.3则可用此展开系统进行重结果。 2.利用Alk碱性强弱的不同进行分离——pH梯度萃取法 碱度不同的混合生物碱在酸水溶液中，加适量的碱液，用有机溶剂萃取，则碱性较弱的生物碱将先游离析出转入有机溶剂层中，而与碱性较强的生物碱分离。反之，将总碱溶于有机溶剂中用不足以中和总碱的适量酸水萃取，则强碱先成盐而优先转入酸水层，而与碱性较弱的生物碱分离。 总碱的有机溶液，用一定的pH值的缓冲溶液进行萃取。或反之。 首先要考虑的问题： ①所选用溶剂pH值多少为宜？——缓冲纸色谱 ②萃取几次能完全？——分离因子（β） ③萃取溶剂的最佳体积？——容积比（R） ⑴确定pH值的方法： ①缓冲纸色谱——用于多个化合物之间的分离 操作如下： ②利用PKa值来确定pH值——用于单一化合物与杂质的分离 PKa与pH关系： 如果PKa已知，萃取时可调整适当的pH值，使该Alk100%成盐或解离。 例：某Alk的PKa=8.0，用CHCl3从H2O中萃取，H2O的pH应调多少？ 解：若Alk游离状态在99%以上，则必须[游离]/[成盐]=100/1 即： ∴ pH = PKa + 2 = 8 + 2 = 10 ⑵判断分离的难易程度——萃取次数，即：分离因子（β） 在分离具有分配系数为K1和K2（K1>K2）的两个化合物时，常用分离因子（β）表示二种化合物可分离的难易程度。 （β值大，则易分离） 实际工作中，经常遇到的情况是，对未知成分进行提取分离，而且待分离的各种成分仍处于混合物中，因此，很难分别测定各种成分的分配系数（K）。 经推导得出： r ——纸层析定数 将滤纸浸入蒸馏水中，迅速取出，夹于两张滤纸中，吸去多余的水份，使滤纸的吸附性大大降低，使层析过程更接近于连续的液液萃取和反流分布。此时滤纸的湿润指数=W2/W1=1.5，r =2。 （W2：湿滤纸重；W1：原干滤纸重）即： （Rf——为纸层析时的Rf值） （△Rf大→β大→易分离） β ≥ 100 1次萃取可达90%以上； ≥ 10 萃取需10~12次； ≈ 2 需1000次以上萃取（CCD法）； ≈ 1 不能分离 ⑶萃取溶剂的最佳体积——容积比（R） V——溶剂体积 经推导，用分配系数表示： 例：设K1=1.3 K2=3.0 按上式计算得 R=1/2 （即，有机相与水相容积比为1:2，1份有机相与2份水相进行萃取。） 根据上述原理，可分离碱度不同的生物碱。例如莨菪碱的分离，就是于混合生物碱的酸水溶液中，用碳酸氢钠溶液分次碱化，逐次用乙醚或氯仿萃取，可先分出碱性较弱的东莨菪碱，而碱性较强的莨菪碱仍呈盐的形式留存于水层中。 根据生物碱的碱性强弱不同，可采用不同的pH值的缓冲溶液，将生物碱从有机溶剂中萃取出来而达到分离的目的。即采用pH梯度萃取法进行分离。例如：从三尖杉Cephalotaxus fortunei Hook.的枝叶中分得三尖杉碱（Cephalotaxine）、三尖杉酯碱（Harringtonine）、高三尖杉酯碱（Homoharringtonine）与（+）乙酰三尖杉碱。提取分离一般采用溶剂法先提得总生物碱（以乙醇为溶剂，提取物转溶于酸液，氯仿洗涤后碱化，用氯仿提取即得）。将总碱溶于6%柠檬酸溶液，加碳酸钠溶液调pH依次为6、7、8和9。将pH8~9部分的生物碱用无水乙醇热溶，放置，析出三尖杉碱。pH7~8部分生物碱的氯仿液合并，浓缩，用pH6.7的缓冲液提取二次，提取液用饱和碳酸钠溶液碱化至pH9后用氯仿提取，蒸干氯仿后又得部分三尖杉碱。经pH6.7缓冲液提取过的氯仿溶液，再用pH5缓冲液提取，提取液加饱和碳酸钠液碱化，氯仿提取液蒸干，即得混合碱。混合碱经采用氧化铝柱色谱反复分离，以氯仿、缓冲溶液等为流动相，配合薄层色谱将之进行分离而获得单一成分。 3.色谱法： 目前常用色谱法来达到分离的目的。 吸附剂、展开剂、化合物的性质——三者的关系 ⑴吸附剂：柱色谱法常用氧化铝（有时也用硅胶等）；通常选中性或偏碱性。 ⑵展开剂：分离游离Alk时，常以苯、乙醚、氯仿等溶剂洗脱。 ⑶化合物极性判断： ①在相似结构分子中，双键多则极性大，含氧官能团多，极性大； ②在含氧官能团中： 色谱法的分离能力很强，能使一些含量低、组份复杂的生物碱分到单体。如从长春花中分到60多个生物碱，从萝芙木中分到30多个。 还有离子交换色谱、凝胶色谱等方法用于生物碱的分离。 在文献“G A Cordell:Introduction to Alkaloids,A Biogenetic Approach,1982”中有对各类生物碱进行薄层色谱常用的溶媒系统。 高效液相色谱（High Performance Liquid Chromatogrophy,HPLC）的应用，使生物碱的分离达到了快速、准确、微量、高效的水平。在分离生物碱时，常采用高于pH7的移动相，一般在pH8~10之间，可抑制生物碱的离子化作用，获得尖锐峰形，不过高于pH8的移动相，硅胶易于溶解。现已对填充剂硅胶进行了改进，使其可以在pH11的移动相中不致溶解。 注意的问题：①移动相的pH值要>7，多在pH=8~10； ②移动相pH过高，易使硅胶溶解。 气相色谱法（Gas Chromatography,GC）适用于微量液体或遇热不分解的生物碱的分离。例如：麻黄中的主要四种生物碱，在15%PEG6000为固相的气相色谱中，虽得不到较好的分离。但将生物碱与丙酮（适量的硅胶为脱水剂）加热回流，则麻黄碱和伪麻黄碱可生成相应的丙酮化衍生物，去甲麻黄碱则生成希夫碱（Schiff base），甲基麻黄碱与丙酮则不发生反应。将生成衍生物再进行气相色谱而得到较好的分离效果。 4.利用生物碱分子中特殊功能基的性质进行分离。 ⑴具有酚羟基（Ar-OH）的Alk： Alk（Ar-OH） + 苛性碱→ 钠盐（溶于水）——与非酚性碱分离 例如鸦片中的酚性碱吗啡及非酚性碱可待因的分离，就是根据这一原理进行的。 ⑵具有内酯结构（R-O-C=O）的Alk： 可利用内酯溶于碱液开环成盐，加酸又环合析出的性质，而与非内酯生物碱分离。例如喜树碱与其他生物碱的分离就是根据这一原理进行的。 ⑶具有酰胺键(-CO-NH-)的Alk： 例如：苦参碱 苦参碱分子中有酰胺键，于氢氧化钾的乙醇溶液中加热，能因皂化反应生成苦参碱酸钾，增大了水溶性，从而与不能或不易皂化的其他生物碱分离。 其它方法：（仅作参考） 逆流分配法：逆流分配法（Counter Current Distribution,CCD）又称逆流分溶法、逆流分布法或反流分布法。是利用溶质在两相溶剂中的分配系数（K）的差异进行多次往复萃取而达到分离的。本法所采用的逆流分配器多是以固定容积的容器组合而成，以振荡或搅拌，平衡，转移的方式进行。若无此仪器，小量萃取时可用分液漏斗代替。预先选择对混合物分离效果较好，即分配系数差异大的两种不相混溶的溶剂。并可经纸色谱进行分析和选用溶剂系统，通过试验测知要经多少次的萃取移位而达到真正的分离。对于分离具有非常相似性质的混合物，往往可以取得良好的效果。逆流分配器应用于易乳化成分的分离会带来很大困难。同时转移次数愈多，各容器中下层的溶液体积变少，影响了物质的分配曲线。该法操作时间长，萃取管易因机械振荡而损坏，且消耗溶剂较多，因此在实际应用上常受到一定的限制。在生物碱的分离中，一般采用低于pH7的缓冲溶液与适当的有机溶剂如氯仿、苯等的两相溶剂，可获得较好的效果。如萝芙木、藜芦等生物碱的分离。 液滴逆流色谱仪（Droplet Counter Current Chromatography,DCCC）的出现，克服了逆流分配器的缺点，在多种类型化合物的分离中，显示出其优越性。其装置原理是以一组垂直排列的分离管装入重（轻）溶剂相作为固定相。轻（重）溶剂移动相从分离管下（上）方以液滴形式通过固定相使溶质进行两相溶剂间分配。上下两相溶剂如逆流分配法中一样预先须进行彼此饱和平衡。移动相通过四氟乙烯细输液管送入下一分离管。在第二管的下（上）端再形成液滴，如此相继连接，以微型泵连续加压送液，液滴则一直连续地流径所串连的分离管中的重（轻）溶剂，最后流出分离管分段收集。 在实际工作中，往往是上述几种分离提纯方法交叉与反复使用，一般首先试用分步结晶或成盐的方法，把能够分出的生物碱先分出，然后它的母液再用柱色谱或利用不同酸碱度方法进一步分离。有时使用不同酸碱度或色谱法只得到有效部位而不能分出单体时，可将有效部位再用分步结晶或成盐的方法进行分离，总之，应根据具体情况灵活掌握上述各种方法。 ㈢提取与分离实例 1.延胡索乙素 自延胡索中已分离出近20种生物碱，其中以延胡索乙素的镇痛镇静作用较强，副作用小，已应用于临床。延胡索乙素（dl-四氢巴马亭，dl-Tetrahydropalmaine）在延胡索中含量很低，仅万分之几，目前多从防己科植物黄藤中先提取巴马亭(palmaine)（含量高达3%左右），再经氢化得dl-四氢巴马亭。 生产流程如下： 精制和氢化过程： 2.长春碱与长春新碱 长春碱(vinblastine,VLB)和长春新碱(vincristine,VCR)具有良好的抗癌作用，临床上用它们的硫酸盐治疗何杰金氏病、急性淋巴细胞性白血病、淋巴肉瘤、绒毛膜上皮细胞癌等恶性肿瘤。长春碱结构很复杂，是由维尔苄明（Velbenamine）羧酸甲酯和文多林（Vindoline）通过碳碳键结合而成的化合物。长春碱与长春新碱（醛基长春碱）的不同点，只是在吲哚环氮上的基团有区别，前者为甲基，后者为醛基。它们的结构式如下：（结构在第三版P352、第二版P438） 长春碱和长春新碱在长春花中的含量很低，前者约十万分之一，后者更低，仅约百万分之一，因而提取较为困难。提取方法主要根据这两个生物碱都是弱碱的特点，用苯渗漉药材，酒石酸提取弱碱，再控制pH制备硫酸盐粗结晶，而后转成游离碱。经氧化铝柱色谱用氯仿-苯混合溶剂洗脱，可将二者分离。 其生产流程如下： 类别Alk的一般分离流程如下图： 五、生物碱的结构鉴定 ㈠色谱法 从中药中经提取分离所得到的单体化合物，须经对其检识才能判定它是已知成分还是未知成分。生物碱的检识方法除一般应用的薄层色谱和纸色谱外，还有理化常数的测定，如熔点、比旋光度、紫外光谱、红外光谱、核磁共振谱和质谱等；有时还制备成生物碱的衍生物进行测定其理化常数。经实验所得到的理化数据与文献报道的数据进行对照，若该单体化合物是已知的，即可鉴定该单体化合物的结构。已知化合物的检识还可通过与生物碱的对照品直接对照分析，如果测定共熔点不降低，共薄层色谱、共纸层色谱所得色点不变样时（必要时用UV或IR进行核对），才能对所分析的化合物作出结论。若是未知的则可通过光谱解析及理化常数的测定来鉴定其结构。下面介绍薄层色谱和纸色谱的检识方法。 1．薄层色谱法 生物碱常用的吸附剂为氧化铝，展开剂主要以苯或氯仿组成的中性溶剂。 如果生物碱极性很弱，可以在展开剂中添加一些极性小的有机溶剂（如石油醚、已烷等）； 如果生物碱的极性较强，则可在展开剂中增加一定比例极性大的有机溶剂（如乙醇、甲醇、丙酮等）。 总之，必须使溶剂系统的极性与生物碱的极性相适应，才可能获得单一而集中的斑点。当点样量大于50微克时，则不易得到集中的斑点且常有拖尾现象；但如果在溶剂系统中加入少量二乙胺，则可克服此种不良现象。 有时也可采用硅胶作吸附剂。由于硅胶本身呈微酸性，对游离生物碱的吸附力很强，因此常需要在加碱的条件下才能得到集中的斑点。一般加碱的方法有三种： ⑴在湿法铺层时加进一定量的氢氧化钠水溶液，使硅胶薄层含碱性。 ⑵在中性展开剂中加入一定量的二乙胺或氨水等溶剂。例如：氯仿：二乙胺（9:5或90:10）。 ⑶在色谱槽中放一盛有氨水的小杯。由于碱的加入，增大了展开剂的极性和降低了吸附剂的活性，因而也增大了生物碱的Rf值。 除吸附薄层色谱外，有时也采用分配薄层法，常在纤维或硅胶薄层上，以甲酰胺为固定相，以氯仿或苯（以固定相饱和）为移动相进行展开，此法不仅适用于生物碱的检识，也能应用于总生物碱的分离，特别是一些结构很相似的生物碱，用薄层吸附色谱不易完全分离时，采用此法往往能获得满意的结果。 2．纸色谱法 生物碱的纸色谱法主要是指以水为固定相的分配色谱。根据生物碱的通性可分为两种情况。 ⑴生物碱以离子的形式：生物碱大多数具有一定程度的碱性，在固定相中可以形成盐而解离出阳离子，并通过两相间并藉毛细管作用在纸上移动，而得到具有固定Rf值的单一而集中的斑点。当色谱条件不适合时，即使是单一的生物碱样品，也可能出现一个以上的斑点或有拖尾现象。例如溶剂系统不能使生物碱全部转为盐类时，就会只有一部分生物碱成为离子，由于离子化的生物碱的极性较同一生物碱的分子状态的极性大，故前者的Rf值要比后者小。但由于二者是同一化合物的离子和分子，其Rf值相差很有限，因此一般是分子状态者稍走在离子状态者的前面，两者紧紧相连。为了防止此种不良现象的发生，可调节溶剂系统的pH值，使呈一定程度的酸性，以保证在色谱过程中全部样品都能离子化。由于离子化的生物碱的亲水性较强，故要求溶剂系统的极性也要大。最常用的溶剂系统为正丁醇：醋酸：水（4:1:5上层），有时也可用盐酸代替醋酸；或者将滤纸预先用一定pH值的缓冲溶液处理（使生物碱在色谱过程中能全部离子化），然后再用正丁醇—水作为溶剂展开。应用这些偏酸性的溶剂系统，对大多数生物碱都能获得较满意的结果，但由于在纸上扩散比较慢，色谱常需15小时左右才能完成。 ⑵生物碱以分子的形式：在纸色谱过程中，当溶剂系统的pH值比较大而呈碱性时，则全部生物碱样品都是未解离的分子状态，可产生单一并集中的斑点。由于分子状态的生物碱亲脂性较大，故溶剂系统也应该具有较强的非极性，但实际应用的必为非水的亲水性纸色谱法，即将甲酰胺加到滤纸上代替水作为固定相，以亲脂性溶剂如苯、氯仿或乙酸乙酯为移动相。由于甲酰胺纸色谱法不但能获得满意的结果，而且能大大地缩短色谱时间（一般以1～3小时就能完成），所以比用水为固定相的纸色谱法要优越得多。 生物碱的薄层色谱和纸色谱的显色剂，除某些生物碱在可见光下即可观察到它的斑点（如小檗碱、巴马亭等）或在紫外线下能显出萤光（麦角生物碱、金鸡纳生物碱等）外，常用的显色剂是改良碘化铋钾试剂，在应用时如果展开剂中含有挥发性碱时，则必须将薄层于60～120℃加热将碱除尽后，才能喷洒显色剂。 ㈡谱学法 由于光谱分析方法的高度发展，在化学方法的配合下，使生物碱结构的鉴定能在较短的时间内完成。目前，在生物碱结构鉴定工作中，最常用的分析方法有紫外光谱（UV）、红外光谱（IR）、质谱（MS）和核磁共振（NMR）。 紫外吸收光谱（UV）一般用来反映分子中所含共轭系统情况，如共轭双键及芳烃环的存在与否。而红外光谱（IR）则是利用其特征吸收峰，鉴定分子结构中主要的功能基团。 例如：毒藜碱其紫外光谱吸收峰 261nm（log(3.52）与吡啶吸收峰相似。而且说明若是吡啶的衍生物，分子中取代基与吡啶母核不存在共轭效应，否则吸收峰会发生变化。因此推测很可能是吡啶的衍生物。红外光谱(max1598，1586，1484cm-1亦反映这种推测。 又如利血平分子式为C33H40O9N2，通过红外吸收光谱，示其分子中含有-NH-（3484 cm-1），二种不同的羰基（1580 和1499 cm-1），芳烃基（1153 及1031 cm-1）和6-甲氧基吲哚基（1613 cm-1）等而其紫外吸收光谱 215nm（log(4.79）、267nm（4.23）、295nm（4.07），也示其分子中有6-甲氧基吲哚发色基团的存在。还可将待鉴定的生物碱与对照品共作IR而加以确认。 质谱（MS）： 对于生物碱结构式的测定则能发挥较大的作用。 用高分辨质谱——根据氮规则——[M+]为奇数——含有奇数个氮； [M+]为偶数——有偶数个氮。 还可通过[M+1]和[M+2]峰查贝农表来推断分子式。 生物碱的结构类型较多，根据其结构上的特点，而表现一定方式的裂解。例如：四氢原小檗碱类型的生物碱，主要从C环裂解，发生逆Diels-Alder反应（RDA反应）。与小檗碱结构相似的轮环藤酚碱（cyclanoline）的裂解过程表示如下： 再如异喹啉类型中的1-苯甲基-四氢异喹啉类型的生物碱，其在裂解过程中易失去苯甲基，得到以四氢异喹啉碎片为主的强谱线。 对于其它类型的生物碱的裂解过程及规律，可参考一些专著。 核磁共振谱（NMR）： 对生物碱的结构测定是目前最常用的工具之一。氢谱可提供有关功能基如：NMe、NEt、NH、OH、MeO、双键及芳氢等的许多信息。 碳谱和2D-NMR谱： 所提供的结构信息量是其它光谱所无法比拟的。碳谱中有很多技术图谱，如：全氢去偶谱（COM）、选择氢核去偶谱（SEL）、偏共振去偶谱（OFR）等。 在不同程度上为结构鉴定提供了大量的结构信息。碳谱的应用目前也较普遍，在大量的文献中有生物碱常见类型化合物的光谱数据，使用也较方便。应用碳谱大多是用模型化合物的光谱数据与待测化合物的光谱数据进行比较，再对母核上的取代基化学位移值的变化情况，通过分析官能团对母核作用等影响因素，最后将其结构进行确定。