一、概述

　?。ㄒ唬┥飰A的含義

　　1.生物堿：指來源于生物界的一類含氮有機化合物。

　　2.大多有較復(fù)雜的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，氮原子結(jié)合在環(huán)內(nèi)；

　　3.多呈堿性，可與酸成鹽；多具有顯著的生理活性。

　　4.生物界除生物體必需的含氮有機化合物，如：氨基酸、氨基糖、肽類、蛋白質(zhì)、核酸、核苷酸及含氮維生素外，其他含氮有機化合物均可視為生物堿。

　?。ǘ┥飰A的存在形式

　　1.生物堿多以有機酸鹽形式存在：如檸檬酸鹽、草酸鹽、酒石酸鹽、琥珀酸鹽等。

　　2.少數(shù)以無機酸鹽形式存在：如鹽酸小檗堿、硫酸嗎啡等。

　　3.少數(shù)堿性極弱的醫(yī)學(xué)教`育網(wǎng)搜集整理生物堿以游離態(tài)存在：如酰胺類生物堿。

　　4.其他存在形式尚有N-氧化物、生物堿苷等：如苦參堿。

　　二、結(jié)構(gòu)與分類

　　按生源途徑并結(jié)合化學(xué)結(jié)構(gòu)類型，生物堿主要可分為以下類型。

　?。ㄒ唬B氨酸系生物堿

　　1.吡咯烷類生物堿：如益母草中的水蘇堿、山莨菪中的紅古豆堿等。

　　2.茛菪烷類生物堿：主要存在于茄科的顛茄屬、曼陀羅屬、莨菪屬和天仙子屬中，如莨菪堿。

　　3.吡咯里西啶類生物堿：吡咯里西啶為兩個吡咯烷共用一個氮原子稠合而成，主要分布于菊科千里光屬中，如大葉千里光堿。

　　（二）賴氨酸系生物堿

　　1.蒎啶類：如胡椒中的胡椒堿、檳榔中的檳榔堿、檳榔次堿等。

　　2.喹諾里西啶類：兩個蒎啶共用一個氮原子稠合而成的衍生物。主要分布于豆科、石松科和千屈菜科。如野決明中的金雀兒堿和苦參中的苦參堿等。

　　3.吲哚里西碇類：為蒎啶和吡咯共用一個氮原子稠合的衍生物。主要分布于大戟科一葉萩屬植物中。本類化合物數(shù)目較少，但有較強的生物活性，如存在于一葉萩中的一葉萩堿對中樞神經(jīng)系統(tǒng)有興奮作用。

　　（三）苯丙氨酸和酪氨酸系生物堿

　　1.苯丙胺類生物堿：麻黃中的麻黃堿、偽麻黃堿。

　　2.異喹啉類生物堿：

　?。?）小檗堿類和原小檗堿類：前者多為季銨堿，如黃連、黃柏、三棵針中的小檗堿；后者多為叔胺堿，如延胡索中的延胡索乙素。

　?。?）芐基異喹啉類：如罌粟中的罌粟堿、厚樸中的厚樸堿等。

　?。?）雙芐基異喹啉類：如存在于防己科北豆根中的蝙蝠葛堿。

　?。?）嗎啡烷類：如罌粟中的嗎啡、可待因，青風(fēng)藤中的青風(fēng)藤堿等。

　?。ㄋ模┥彼嵯瞪飰A（吲哚類生物堿）：

　　是類型較多、結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、化合物數(shù)目最多的一類生物堿。主要分布于馬錢科、夾竹桃科、茜草科等幾十個科中。如存在于吳茱萸中的吳茱萸堿，麥角菌中的麥角新堿等。

　?。ㄎ澹┹祁惿飰A

　　1.單萜類生物堿：主要為環(huán)烯醚萜衍生的生物堿，多分布于龍膽科。如龍膽堿。

　　2.倍半萜類生物堿：主要分布于蘭科石斛屬植物中，如石斛中的石斛堿。

　　3.二萜類生物堿：主要存在于毛茛科烏頭屬、翠雀屬和飛燕草屬植物中，基本母核為四環(huán)二萜或五環(huán)二萜。如烏頭堿、烏頭次堿。另外，紅豆杉屬植物中紫杉醇等紫杉烷類生物堿，也為二萜生物堿。具有抗癌作用。

　?。╃摅w類生物堿

　　都具有甾體母核，但氮原子均不在甾體母核內(nèi)。如存在于黃楊科黃楊屬植物中的環(huán)常綠黃楊堿D，藜蘆中的藜蘆胺堿。

　　三、生物堿的理化性質(zhì)

　?。ㄒ唬┥飰A的物理性質(zhì)

　　1.性狀

　　①多數(shù)為結(jié)晶形固體，少數(shù)為非晶形粉末；個別為液體。

　?、诙嗑呖辔?，少數(shù)呈辛辣味。

　　③一般無色或白色，少數(shù)有顏色，如小檗堿、蛇根堿呈黃色等。

　?、軅€別小分子固體及少數(shù)呈液態(tài)的生物堿如麻黃堿、煙堿等具揮發(fā)性，可用水蒸氣蒸餾法提取?？Х纫虻葌€別生物堿具有升華性。

　　2.溶解性

　?。?）游離生物堿

　?、儆H脂性生物堿：大多數(shù)叔胺堿和仲胺堿為親脂性，一般能溶于有機溶劑，尤其易溶于親脂性有機溶劑，如苯、乙醚、鹵代烷類（二氯甲烷、氯仿、四氯化碳），特別易溶于氯仿。溶于酸水，不溶或難溶于水和堿水。

　?、谟H水性生物堿：主要指季銨堿和某些含氮-氧化物的生物堿。這些生物堿可溶于水、甲醇、乙醇，難溶于親脂性有機溶劑。

　　某些分子較小，或具有醚鍵、配位鍵，或為液體等的生物堿如麻黃堿、苦參堿、氧化苦參堿、東莨菪堿、煙堿等有一定程度的親水性，可溶于水、醇類，也可溶于親脂性有機溶劑。

　　③具特殊官能團(tuán)的生物堿：具酚羥基或羧基的生物堿稱為兩性生物堿，如嗎啡、小檗胺、檳榔次堿等，這些生物堿既可溶于酸水，也可溶于堿水。具內(nèi)酯或內(nèi)酰胺結(jié)構(gòu)的生物堿在堿水溶液中，其內(nèi)酯（或內(nèi)酰胺）可開環(huán)形成羧酸鹽而溶于水中，加酸復(fù)又還原。

　　（2）生物堿鹽

　　一般易溶于水，可溶于醇類，難溶于親脂性有機溶劑。生物堿在酸水中成鹽溶解，調(diào)堿性后又游離析出沉淀。

　　生物堿水溶性規(guī)律：

　?、贌o機酸鹽＞有機酸鹽；

　　②無機酸鹽：含氧酸鹽＞鹵代酸鹽；

　　③小分子有機酸鹽＞大分子有機酸鹽；

　　④嗎啡為酚性生物堿，難溶于氯仿、乙醚，可溶于堿水；

　?、萦行┥飰A鹽難溶于水：如小檗堿鹽酸鹽、麻黃堿草酸鹽等。

　?。ǘ┥飰A的化學(xué)性質(zhì)

　　1.堿性：

　?。?）是生物堿重要的性質(zhì)，也是提取、分離和結(jié)構(gòu)鑒定的重要理論依據(jù)。

　?。?）氮原子上的孤電子對，能給出電子或接受質(zhì)子而使生物堿顯堿性。

　　（3）生物堿堿性強弱用pK_a表示，pK_a越大，堿性越強。

　?。?）生物堿的堿性強弱與pKa的關(guān)系：

　　pK_a＜2為極弱堿，pK_a2～7為弱堿，pK_a7～11為中強堿，pK_a＞11為強堿。

　　（5）生物堿分子中堿性基團(tuán)的pKa值大小順序：

　　胍基＞季銨堿＞N-烷雜環(huán)＞脂肪胺＞芳香胺≈N-芳雜環(huán)＞酰胺≈吡咯。

　?。?）影響生物堿堿性強弱的因素有：

　　1）氮原子的雜化方式

　　氮原子雜化程度的升高，堿性增強，即sp³＞sp²＞sp。

　　如四氫異喹啉（pK_a9.5）為sp3雜化；吡啶（pK_a5.17）和異喹啉（pK_a5.4）均為sp²雜化；氰基呈中性，因其為sp雜化。季銨堿的堿性強（pK_a11.5以上）則是因羥基以負(fù)離子形式存在，類似無機堿。

　　2）誘導(dǎo)效應(yīng)

　　生物堿分子中的氮原子上的電子云密度可受氮原子附近供電基（如烷基）或／和吸電基（如各類含氧基團(tuán)、芳環(huán)、雙鍵）誘導(dǎo)效應(yīng)的影響。

　　供電誘導(dǎo)使氮原子上電子云密度增加，堿性增強；吸電誘導(dǎo)使氮原子上電子云密度減小，堿性降低。

　　如麻黃堿的堿性強于去甲麻黃堿，即是由于麻黃堿氮原子上的甲基供電誘導(dǎo)的結(jié)果。而二者的堿性弱于苯異丙胺，則因前二者氨基碳原子的鄰位碳上羥基吸電誘導(dǎo)的結(jié)果。

　　3）共軛效應(yīng)

　?、俦桨沸停旱由系墓码娮訉εc苯環(huán)π-電子形成p-π共軛體系后堿性減弱。如毒扁豆堿的兩個氮原子堿性的差別系由共軛效應(yīng)引起。

　?、邗０沸停乎０分械牡优c羰基形成p-π共軛效應(yīng)，使其堿性極弱。如胡椒堿秋水仙堿、咖啡因。

　?、垭翌悾弘医邮苜|(zhì)子后形成季銨離子，呈更強的p-π共軛，體系具有高度共振穩(wěn)定性，而顯強堿性。

　　4）空間效應(yīng)

　　氮原子由于附近取代基的空間立體障礙或分子構(gòu)象因素，而使質(zhì)子難于接近氮原子，堿性減弱。如東莨菪堿、利血平等。

　　5）氫鍵效應(yīng)

　　當(dāng)生物堿成鹽后，氮原子附近如有羥基、羰基，并處于有利于形成穩(wěn)定的共軛酸分子內(nèi)氫鍵時，氮上的質(zhì)子不易離去，則堿性強。如10-羥基可待因。

　　一般來說，空間效應(yīng)與誘導(dǎo)效應(yīng)共存，空間效應(yīng)居主導(dǎo)地位；共軛效應(yīng)與誘導(dǎo)效應(yīng)共存，共軛效應(yīng)居主導(dǎo)地位。

　　2.沉淀反應(yīng)

　?。?）生物堿沉淀反應(yīng)：生物堿在酸性水或稀醇中（苦味酸試劑可在中性條件下進(jìn)行），與某些試劑生成難溶于水的復(fù)鹽或絡(luò)合物的反應(yīng)。

　　（2）應(yīng)用：

　?、贆z查生物堿的有無；

　?、谠嚬芏ㄐ苑磻?yīng)和色譜的顯色劑；

　?、墼谏飰A的提取分離中指示提取、分離終點；

　?、芊蛛x純化生物堿，如雷氏銨鹽可用于沉淀分離季銨堿。

　?。?）常用的生物堿沉淀試劑有：

　?、俚饣G鉀（Dragendorff，KBiI₄）試劑：橘紅色↓；

　?、诘饣洠∕ayer，K₂HgI₄）試劑：類白色↓；

　　③硅鎢酸（Bertrad，SiO₂·l2WO₃·nH₂O）試劑：類白色或淡黃色↓；

　?、艿?碘化鉀（Wagner，KI-I₂）試劑：紅棕色↓；

　　⑤苦味酸（Hager，2，4，6-三硝基苯酚）試劑：黃色↓；

　?、蘩资箱@鹽（硫氰酸鉻銨，NH₄[Cr（NH₃）₂（SCN）₄]）試劑：季銨生物堿——紅色↓或結(jié)晶。

　　四、生物堿的提取分離

　　（一）總生物堿的提取

　　1.水或酸水提取法

　?。?）生物堿在植物體內(nèi)都以鹽的形式存在，常以無機酸水提取。使生物堿的大分子有機酸鹽變?yōu)樾》肿訜o機酸鹽，增大在水中的溶解度，且方法比較簡便。

　?。?）常用0.1%～l%的硫酸、鹽酸或醋酸、酒石酸溶液作為提取溶劑，采用浸漬法或滲漉法提取。

　?。?）主要缺點是提取液體積較大，濃縮困難，且水溶性雜質(zhì)多。故用酸水提取后，一般可采用下列純化和富集生物堿的方法：

　　1）陽離子樹脂交換法

　　生物堿鹽在水中可解離出生物堿陽離子，能和陽離子交換樹脂發(fā)生離子交換反應(yīng)，被交換到樹脂上。交換完全后，用中性水或乙醇洗除柱中的雜質(zhì)。最后，再用適當(dāng)?shù)姆椒ǎㄋ崴蛩嵝砸掖迹⑸飰A從樹脂上洗脫下來。

　　2）萃取法

　　將酸水提取液堿化，生物堿游離后，如沉淀，過濾即得；如不沉淀，以適當(dāng)親脂性有機溶劑萃取，回收溶劑，即得總生物堿。

　　2.醇類溶劑提取法

　?。?）游離生物堿或其鹽均可溶于甲醇、乙醇，可用醇回流或滲漉、浸漬等方法提取。

　　（2）優(yōu)點：適應(yīng)性廣，不同堿性的生物堿和鹽均可用，提取出來的水溶性雜質(zhì)較少。缺點：脂溶性雜質(zhì)多。

　?。?）還可配合酸水-堿化-萃取法處理去除脂溶性雜質(zhì)。

　　具體方法是醇提液回收醇后加稀酸水?dāng)嚢?，濾過，濾液調(diào)堿性后以親脂性有機溶劑萃取，回收溶劑即得總生物堿。

　　3.親脂性有機溶劑提取法

　　（1）大多數(shù)游離生物堿都是親脂性的，故可用氯仿、苯、乙醚等提取游離生物堿。可采用浸漬、回流或連續(xù)回流法提取。

　　（2）但一般要將藥材用少量堿水濕潤后提取，以便使生物堿游離，也可增加溶劑對植物細(xì)胞的穿透力。

　　（3）揮發(fā)性生物堿如麻黃堿可用水蒸氣蒸餾法提取?？缮A的生物堿如咖啡堿可用升華法提取。

　?。ǘ┥飰A的分離

　　1.利用堿性差異進(jìn)行分離

　?。?）總堿中各生物堿的堿性不同，可用pH梯度萃取法進(jìn)行分離。

　?。?）將總生物堿溶于氯仿等親脂性有機溶劑，以不同酸性緩沖液依pH由高至低依次萃取，生物堿可按堿性由強至弱先后成鹽依次被萃取出而分離，分別堿化后以有機溶劑萃取即可。

　　（3）將總生物堿溶于酸水，逐步加堿使pH值由低至高，每調(diào)一次pH值，即用氯仿等有機溶劑萃取，則各單體生物堿依堿性由弱至強先后成鹽依次被萃取出而分離。

　　2.利用溶解度差異進(jìn)行分離

　?。?）游離生物堿：如苦參中苦參堿和氧化苦參堿的分離，可利用氧化苦參堿極性稍大難溶于乙醚，苦參堿可溶于乙醚的性質(zhì)，將苦參總堿溶于氯仿，再加入10倍量以上乙醚，氧化苦參堿即可析出沉淀。漢防己中漢防己乙素極性大于甲素，故在冷苯中的溶解度小于甲素，借此可用冷苯法將兩者分離。

　?。?）生物堿鹽：不同的生物堿與不同酸生成的鹽是溶解度也不同：如麻黃中分離麻黃堿、偽麻黃堿，即利用二者草酸鹽的水溶性不同，提取后經(jīng)處理得到的甲苯溶液，經(jīng)草酸溶液萃取后濃縮，草酸麻黃堿溶解度小而析出結(jié)晶，草酸偽麻黃堿溶解度大而留在母液中。

　　3.利用特殊官能團(tuán)進(jìn)行分離

　?。?）酚性或含羧基生物堿在堿性條件下成鹽溶于水，可與一般生物堿分離。

　?。?）內(nèi)酯或內(nèi)酰胺結(jié)構(gòu)的生物堿可在堿性水液中加熱開環(huán)生成溶于水的羧酸鹽而與其他生物堿分離，在酸性下又環(huán)合成原生物堿而沉淀。

　　4.利用色譜法進(jìn)行分離

　?。?）吸附柱色譜：常用氧化鋁或硅膠作為吸附劑，有時也用纖維素、聚酰胺等。

　?。?）分配柱色譜：對某些結(jié)構(gòu)特別相近的生物堿，可采用分配色譜法。

　?。?）其他：高效液相色譜、制備性薄層色譜、干柱色譜、中壓或低壓柱色譜等也常用于分離生物堿。

　　五、實例

　?。ㄒ唬┞辄S

　　1.化學(xué)成分

　　主要含有麻黃堿和偽麻黃堿，其次是少量的甲基麻黃堿、甲基偽麻黃堿和去甲基麻黃堿、去甲偽麻黃堿。

　　2.鑒別反應(yīng)

　?。?）二硫化碳-硫酸銅反應(yīng)：在麻黃堿和偽麻黃堿的醇溶液中加入二硫化碳、硫酸銅試劑和氫氧化鈉各二滴，即產(chǎn)生棕色沉淀。

　?。?）銅絡(luò)鹽反應(yīng)：在麻黃堿和偽麻黃堿的水溶液中加硫酸銅試劑后，隨即加氫氧化鈉試劑呈堿性，溶液呈藍(lán)紫色，再加乙醚振搖分層，乙醚層為紫紅色，水層為藍(lán)色。

　　3.提取分離

　　（1）溶劑法：利用麻黃堿和偽麻黃堿既能溶于熱水，又能溶于親脂性有機溶劑的性質(zhì)提取兩者；利用麻黃堿草酸鹽比偽麻黃堿草酸鹽在水中溶解度小的差異，使兩者得以分離。

　?。?）水蒸氣蒸餾法：利用麻黃堿和偽麻黃堿在游離狀態(tài)時具有揮發(fā)性，可用水蒸氣蒸餾法從麻黃中提取。再利用兩者草酸鹽的水溶性差異分離兩者。

　?。?）離子交換樹脂法：利用生物堿鹽能夠交換到強酸型陽離子樹脂柱上，麻黃堿的堿性較偽麻黃堿弱，故不如偽麻黃堿鹽穩(wěn)定，可先從樹脂柱上洗脫下來，從而使兩者達(dá)到分離。

　?。ǘ┭蠼鸹?

　　1.化學(xué)成分

　　莨菪烷類生物堿：莨菪堿（阿托品）、山莨菪堿、東莨菪堿、樟柳堿和N-去甲莨菪堿。

　　2.理化性質(zhì)

　?。?）堿性：東莨菪堿和樟柳堿堿性較弱；莨菪堿堿性較強；山莨菪堿堿性介于莨菪堿和東莨菪堿之間。

　?。?）溶解性：莨菪堿（或阿托品）親脂性較強，易溶于乙醇、氯仿，可溶于四氯化碳、苯，難溶于水。東莨菪堿和樟柳堿有較強的親水性，可溶于水，易溶于乙醇、丙酮、乙醚、氯仿等溶劑，難溶于苯、四氯化碳等強親脂性溶劑。山莨菪堿由于多一個羥基，親脂性較莨菪堿弱，能溶于水和乙醇。

　?。?）水解性：莨菪烷類生物堿都是氨基醇的酯類，易水解，尤其在堿性水溶液中更易進(jìn)行。

　　3.鑒別反應(yīng)

　　（1）氯化汞沉淀反應(yīng)：莨菪堿（或阿托品）在氯化汞的乙醇溶液中發(fā)生反應(yīng)生成黃色沉淀，加熱后沉淀變?yōu)榧t色。在同樣條件下，東莨菪堿則生成白色沉淀。

　?。?）Vitali反應(yīng)：莨菪堿（或阿托品）、東莨菪堿等莨菪烷類生物堿分子結(jié)構(gòu)中具有莨菪酸部分者，用發(fā)煙硝酸處理，再與苛性堿醇溶液反應(yīng)，生成醌樣結(jié)構(gòu)的衍生物而呈深紫色，漸轉(zhuǎn)暗紅色，最后顏色消失。

　?。?）過碘酸氧化乙酰丙酮縮合反應(yīng)（DDL反應(yīng)）：樟柳堿分子具鄰二羥基結(jié)構(gòu)，顯黃色。

　　3.提取分離

　　稀酸水提取，提取液通過陽離子交換柱，然后用不同堿度的堿水堿醫(yī)學(xué)教`育網(wǎng)搜集整理化樹脂，東莨菪堿鹽在較弱堿性條件下游離（碳酸氫鈉），莨菪堿鹽在較強堿性條件下游離（氨水）。莨菪堿和東莨菪堿的堿性強弱差異而與離子交換樹脂交換能力不同，可使兩者得到分離。

　　（三）漢防己

　　1.化學(xué)成分

　　主要為漢防己甲素和漢防己乙素（雙芐基異喹啉衍生物），少量輪環(huán)藤酚堿（季銨型生物堿）。

　　2.理化性質(zhì)

　?。?）堿性：漢防己甲素和漢防己乙素分子結(jié)構(gòu)中均有兩個叔胺態(tài)氮原子，堿性較強。輪環(huán)藤酚堿屬原小檗堿型季銨堿，具強堿性。

　?。?）溶解性：漢防己甲素和漢防己乙素親脂性較強，具有脂溶性生物堿的一般溶解性。漢防己甲素的極性較小，能溶于冷苯；漢防己乙素極性較大，難溶于冷苯。利用這一性質(zhì)差異可將兩者分離。輪環(huán)藤酚堿為水溶性生物堿。