Ⅰ 生物鹼(自然界中鹼性有機化合物)詳細資料大全
生物鹼存在於自然界（主要為植物，但有的也存在於動物）中的一類含氮的鹼性有機化合物，有似鹼的性質，所以過去又稱為贗鹼。大多數有復雜的環狀結構，氮素多包含在環內，有顯著的生物活性，是中草葯中重要的有效成分之一。具有光學活性。有些不含鹼性而來源於植物的含氮有機化合物，有明顯的生物活性，故仍包括在生物鹼的范圍內。而有些來源於天然的含氮有機化合物，如某些維生素、胺基酸、肽類，習慣上又不屬於「生物鹼"。
基本介紹
- 中文學名 ：生物鹼
- 拉丁學名 ：alkaloid
- 界 ：植物界
- 結構 ：環狀結構
- 水溶性 ：難溶於水
- 酸鹼性 ：鹼性
種類,形態,類型,顏色,味感,酸鹼,溶解度,旋光性,揮發性,分布規律,存在形式,顯色反應,結構類型,
種類
已知生物鹼種類很多，約在10，000種左右，有一些結構式還沒有完全確定。它們結構比較復雜，可分為59種類型。隨著新的生物鹼的發現，分類也將隨之而更新。由於生物鹼的種類很多，各具有不同的結構式，因此彼此間的性質會有所差異。但生物鹼均為含氮的有機化合物，總有些相似的性質，因為在其生物合成的途徑中胺基酸是起始物，主要有鳥氨酸、賴氨酸、苯丙氨酸、組氨酸、色氨酸等，主要經歷兩種反應類類型：環合反應和碳——氮鍵的裂解，所以總有些性質相似。 生物鹼具環狀結構，難溶於水，與酸可以形成鹽，有一定的旋光性和吸收光譜，大多有苦味。呈無色結晶狀，少數為液體。生物鹼有幾千種，由不同的胺基酸或其直接衍生物合成而來，是次級代謝物之一，對生物機體有毒性或強烈的生理作用。
形態
大多數生物鹼是結晶形固體；有些是非結晶形粉末；還有少數在常溫時為液體，如菸鹼（Nicotine）毒芹鹼（Coniine）等。
類型
按照生物鹼的基本結構，已可分為60類左右。下面介紹一些主要類型：有機胺類(麻黃鹼、益母草鹼、秋水仙鹼)、吡咯烷類(古豆鹼、千里光鹼、野百合鹼)、吡啶類(菸鹼、檳榔鹼、半邊蓮鹼)、異喹啉類(小檗鹼、嗎啡、粉防己鹼)、吲哚類(利血平、長春新鹼、麥角新鹼)、莨菪烷類(阿托品、東莨菪鹼)、咪唑類(毛果芸香鹼)、喹唑酮類(常山鹼)、嘌呤類(咖啡鹼、茶鹼)、甾體類(茄鹼、浙貝母鹼、澳洲茄鹼)、二萜類(烏頭鹼、飛燕草鹼)、其它類(加蘭他敏、雷公藤鹼)。
顏色
一般為無色。只有少數帶有顏色，例如小檗鹼（Berberine）、木蘭花鹼（Magnoflorine）、蛇根鹼（Serpentine）等均為黃色。
味感
不論生物鹼本身或其鹽類，多具苦味，有些味極苦而辛辣，還有些 *** 唇舌的焦灼感。
酸鹼
大多呈鹼性反應。但也有呈中性反應的，如秋水仙鹼；也有呈酸性反應的，如茶鹼和可可豆鹼；也有呈兩性反應的，如嗎啡（Morphine）和檳榔鹼（Arecaadine）。
溶解度
大多數生物鹼均幾乎不溶或難溶於水。能溶於氯仿、乙醚、酒精、丙酮、苯等有機溶劑。也能溶於稀酸的水溶液而成鹽類。生物鹼的鹽類大多溶於水。但也有不少例外，如麻黃鹼（Ephedrine）可溶於水，也能溶於有機溶劑。又如菸鹼、麥角新鹼（Ergonovine）等在水中也有較大的溶解度。
旋光性
大多數生物鹼含有不對稱碳原子，有旋光性，多數呈左旋光性。只有少數生物鹼，分子中沒有不對稱碳原子，如那碎因（Narceine）則無旋光性。還有少數生物鹼，如菸鹼，北美黃連鹼（Hydrastine）等在中性溶液中呈左旋性，在酸性溶液中則變為右旋性。
揮發性
在常壓時絕大多數生物鹼均無揮發性。直接加熱先熔融，繼被分解；也可能熔融而同時分解。只有在高度真空下才能因加熱而有升華現象。但也有些例外，如麻黃鹼，在常壓下也有揮發性；咖啡因在常壓時加熱至180℃以上，即升華而不分解。生物鹼大都用於醫葯治療及研究。少數品種用於分析[如白路新（Brucine）測定硝酸鹽]或作為對比樣品。 生物鹼一般性質較穩定，在貯存上除避光外，不需特殊貯存保管。
分布規律
（1）絕大多數生物鹼分布在高等植物，尤其是雙子葉植物中，如毛茛科、罌粟科、防己科、茄科、夾竹桃科、芸香科、豆科、小檗科等。 （2）極少數生物鹼分布在低等植物中。 （3）同科同屬植物可能含相同結構類型的生物鹼。 （4）一種植物體內多有數種或數十種生物鹼共存，且它們的化學結構有相似之處。
存在形式
1.游離鹼：鹼性極弱，以游離的形式存在。 2.鹽類：與其成鹽的有機酸有：檸檬酸、酒石酸等；特殊的酸類：烏頭酸、綠原酸等；無機酸：硫酸、鹽酸等。 3.苷類：以苷的形式存在於植物中。 4.醯胺：如秋水仙鹼、喜樹鹼等。 5.N-氧化物：植物體中的氮氧化物約一百餘種。 此外，還有氮雜縮醛類、烯胺、亞胺等。 生物鹼的常見結構類型 這一部分內容需要結合後面的重點中葯（如麻黃、黃連、洋金花、苦參、漢防己、馬錢子、烏頭等）中所含的生物鹼的結構類型去掌握。重要類型包括： 吡啶類：主要是喹喏里西啶類（苦參所含生物鹼，如苦參鹼）。 莨菪烷類：洋金花所含生物鹼，如莨菪鹼。 異喹啉類：主要有苄基異喹啉類（如罌粟鹼）、雙苄基異喹啉類（漢防己所含生物鹼，如漢防己甲素）、原小檗鹼類（黃連所含生物鹼，如小檗鹼）和嗎啡類（如嗎啡、可待因）。 吲哚類：主要有色胺吲哚類（如吳茱萸鹼）、單萜吲哚類（馬錢子所含生物鹼，如士的寧）、二聚吲哚類（如長春鹼、長春新鹼）。 萜類：烏頭所含生物鹼（如烏頭鹼）、紫杉醇。 甾體：貝母鹼 有機胺類：麻黃所含生物鹼，如麻黃鹼、偽麻黃鹼。 生物鹼的物理性質 這一部分內容需要重點掌握某些生物鹼特殊的物理性質，主要包括： 液體生物鹼：菸鹼、檳榔鹼、毒藜鹼。 具揮發性的生物鹼：麻黃鹼、偽麻黃鹼。 具升華性的生物鹼：咖啡因 具甜味的生物鹼：甜菜鹼 有顏色的生物鹼：小檗鹼、蛇根鹼、小檗紅鹼。 另外需注意生物鹼的旋光性受多種因素的影響，如溶劑、pH值、生物鹼存在狀態等。同時生物鹼的旋光性影響其生理活性，通常左旋體的生理活性強於右旋體。
苦參生物鹼的結構類型、其理化性質和提取分離方法 （1）結構類型 苦參所含生物鹼主要是苦參鹼和氧化苦參鹼。此外還含有羥基苦參鹼、N-甲基金雀花鹼、安那吉鹼、巴普葉鹼和去氫苦參鹼（苦參烯鹼）等。這些生物鹼都屬於喹喏里西啶類衍生物。除N-甲基金雀花鹼外，均由兩個哌啶環共用一個氮原子稠合而成。分子中均有2個氮原子，一個是叔胺氮，一個是醯胺氮。 （2）理化性質 鹼性：苦參中所含生物鹼均有兩個氮原子。一個為叔胺氮（N-1），呈鹼性；另一個為醯胺氮（N-16），幾乎不顯鹼性，所以它們只相當於一元鹼。苦參鹼和氧化苦參鹼的鹼性比較強。 溶解性：苦參鹼的溶解性比較特殊，不同於一般的叔胺鹼，它既可溶於水，又能溶於氯仿、乙醚等親脂性溶劑。氧化苦參鹼是苦參鹼的氮氧化物，具半極性配位鍵，其親水性比苦參鹼更強，易溶於水，難溶於乙醚，但可溶於氯仿。 極性：苦參生物鹼的極性大小順序是：氧化苦參鹼>羥基苦參鹼>苦參鹼。 （3）提取分離 苦參以稀酸水滲漉，酸水提取液通過強酸性陽離子交換樹脂提取總生物鹼。苦參鹼和氧化苦參鹼的分離，利用二者在乙醚中的溶解度不同進行。
顯色反應
有些生物鹼能和某些試劑反應生成特殊的顏色，叫做顯色反應，常用於鑒識某種生物鹼。但顯色反應受生物鹼純度的影響很大，生物鹼愈純，顏色愈明顯。常用的顯色劑有： 1、礬酸銨-濃硫酸溶液（Mandelin試劑）為1%礬酸銨的濃硫酸溶液。如遇阿托品顯紅色，可待因顯藍色，士的寧顯紫色到紅色。 2、鉬酸銨-濃硫酸溶液（Frohde試劑）為1%鉬酸鈉或鉬酸銨的濃硫酸溶液，如遇烏頭鹼顯黃棕色，小檗鹼顯棕綠色，阿托品不顯色。 3、甲醛-濃硫酸試劑（Marquis試劑）為30%甲醛溶液0．2ml與10ml濃硫酸的混合溶液。如遇嗎啡顯橙色至紫色，可待因顯紅色至黃棕色。 4、濃硫酸如遇烏頭鹼顯紫色、小檗鹼顯綠色，阿托品不顯色。 5、濃硝酸如遇小檗鹼顯棕紅色，秋水仙鹼顯藍色，咖啡鹼不顯色。 生物鹼的顯色反應原理尚不太明了，一般認為是氧化反應、脫水反應、縮合反應或氧化、脫水與縮合的共同反應。
結構類型
其理化性質、鑒別反應和提取分離方法 （1）結構類型 麻黃中含有多種生物鹼，以麻黃鹼和偽麻黃鹼為主，其次是甲基麻黃鹼、甲基偽麻黃鹼和去甲基麻黃鹼、去甲基偽麻黃鹼。麻黃生物鹼分子中的氮原於均在側鏈上，屬於有機胺類生物鹼。麻黃鹼和偽麻黃鹼屬仲胺衍生物，且互為立體異構體，它們的結構區別在於Cl的構型不同。 （2）理化性質 揮發性：麻黃鹼和偽麻黃鹼的分子量較小，具有揮發性。 鹼性：麻黃鹼和偽麻黃鹼為仲胺生物鹼，鹼性較強。由於偽麻黃鹼的共軛酸與C2-OH形成分子內氫鍵穩定性大於麻黃鹼，所以偽麻黃鹼的鹼性強於麻黃鹼。 溶解性：由於麻黃鹼和偽麻黃鹼的分子較小，其溶解性與一般生物鹼不完全相同，既可溶於水，又可溶於氯仿，但偽麻黃鹼在水中的溶解度較麻黃鹼小。麻黃鹼和偽麻黃鹼形成鹽以後的溶解性能也不完全相同，如草酸麻黃鹼難溶於水，而草酸偽麻黃鹼易溶於水；鹽酸麻黃鹼不溶於氯仿，而鹽酸偽麻黃鹼可溶於氯仿。 （3）鑒別反應 麻黃鹼和偽麻黃鹼不能與大數生物鹼沉澱試劑發生反應，但可用下述反應鑒別： 二硫化碳-硫酸銅反應 屬於仲胺的麻黃鹼和偽麻黃鹼產生棕色沉澱。屬於叔胺的甲基麻黃鹼、甲基偽麻黃鹼和屬於伯胺的去甲基麻黃鹼、去甲基偽麻黃鹼不反應。 銅絡鹽反應 麻黃鹼和偽麻黃鹼的水溶液加硫酸銅、氫氧化鈉，溶液呈藍紫色。 （4）提取分離 溶劑法：利用麻黃鹼和偽麻黃鹼既能溶於水，又能溶於親脂性有機溶劑的性質，以及麻黃鹼草酸鹽比偽麻黃鹼草酸鹽在水中溶解度小的差異，使兩者得以分離。方法為麻黃用水提取，水提取液鹼化後用甲苯萃取，甲苯萃取液流經草酸溶液，由於麻黃鹼草酸鹽在水中溶解度較小而結晶析出，而偽麻黃鹼草酸鹽留在母液中。 水蒸汽蒸餾法：麻黃鹼和偽麻黃鹼在游離狀態時具有揮發性，可用水蒸汽蒸餾法從麻黃中提取。 離子交換樹脂法：利用生物鹼鹽能夠交換到強酸型陽離子交換樹脂柱上，而麻黃鹼的鹼性較偽麻黃鹼弱，先從樹脂柱上洗脫下來，從而使兩者達到分離。 生物鹼類葯物（重點在鑒別，N的位置，有哪些電效應） 苯烴胺類（鹽酸麻黃鹼和鹽酸偽麻黃鹼） 氮原子在側鏈上，鹼性較一般生物鹼強，易與酸成鹽。 托烷類（硫酸阿托品和氫溴酸山莨菪鹼） 阿托品和山莨菪鹼是由托烷衍生的醇（莨菪醇）和莨菪酸縮合而成，具有酯結構。分子結構中，氮原子位於五元酯環上，故鹼性也較強，易與酸成鹽。 喹啉類（硫酸奎寧和硫酸奎尼丁） 奎寧和奎尼丁為喹啉衍生物，其結構分為喹啉環和喹啉鹼兩個部分，各含一個氮原子，喹啉環含芳香族氮，鹼性較弱；喹啉鹼微脂環氮，鹼性強。 異喹啉類（鹽酸嗎啡和磷酸可待因） 嗎啡分子中含有酚羥基和叔胺基團，故屬兩性化合物，但鹼性略強；可待因分子中無酚羥基，僅存在叔胺基團，鹼性較嗎啡強。 吲哚類（硝酸士的寧和利血平） 士的寧和利血平分子中含有兩個鹼性強弱不同的氮原子，N1處於脂肪族碳鏈上，鹼性較N2強，故士的寧鹼基與一分子硝酸成鹽。 黃嘌呤類（咖啡因和茶鹼） 咖啡因和茶鹼分子結構中含有四和氮原子，但受鄰位羰基吸電子的影響，鹼性弱，不易與酸結合成鹽，其游離鹼即供葯用。 鑒別試驗：特徵鑒別反應。 1.雙縮脲反應系芳環側鏈具有氨基醇結構的特徵反應。 鹽酸麻黃鹼和偽麻黃鹼在鹼性溶液中與硫酸銅反應，Cu2+與仲胺基形成紫堇色配位化合物，加入乙醚後，無水銅配位化合物及其有2 個結晶水的銅配位化合物進入醚層，呈紫紅色，具有4個結晶水的銅配位化合物則溶於水層呈藍色。 2.Vitali反應系托烷生物鹼的特徵反應。 硫酸阿托品和氫溴酸山莨菪鹼等托烷類葯物均顯莨菪酸結構反應，與發煙硝酸共熱，即得黃色的三硝基（或二硝基）衍生物，冷後，加醇制氫氧化鉀少許，即顯深紫色。 3.綠奎寧反應系含氧喹啉（喹啉環上含氧）衍生物的特徵反應硫酸奎寧和硫酸奎尼丁都顯綠奎寧反應，在葯物微酸性水溶液中，滴加微過量的溴水或氯水，再加入過量的氨水溶液，即顯翠綠色。 4.Marquis反應系嗎啡生物鹼的特徵反應。 取得鹽酸嗎啡，加甲醛試液，即顯紫堇色。靈敏度為0.05μg. 5.Frohde反應系嗎啡生物鹼的特徵反應。 鹽酸嗎啡加鉬硫酸試液0.5ml，即顯紫色，繼變為藍色，最後變為棕綠色。靈敏度為0.05μg. 6.官能團反應系吲哚生物鹼的特徵反應。 利血平結構中吲哚環上的β位氫原子較活潑，能與芳醛縮合顯色。 與香草醛反應。利血平與香草醛試液反應，顯玫瑰紅色。 與對-二甲氨基苯甲醛反應。利血平加對-二氨基苯甲醛，冰醋酸與硫酸，顯綠色，再加冰醋酸，轉變為紅色。 5.紫脲酸反應系黃嘌呤類生物鹼的特徵反應。 咖啡因和茶鹼中加鹽酸與氯酸鉀，在水浴上蒸乾，遇氨氣即生成四甲基紫脲酸銨，顯紫色，加氫氧化鈉試液，紫色即消失。 6.還原反應系鹽酸嗎啡與磷酸可待因的區分反應。 嗎啡具弱還原性。本品水溶液加稀鐵氰化鉀試液，嗎啡被氧化生成偽嗎啡，而鐵氰化鉀被還原為亞鐵氰化鉀，再與試液中的三氯化鐵反應生成普魯士藍。 可待因無還原性，不能還原鐵氰化鉀，故此反應為嗎啡與磷酸可待因的區分反應。 特殊雜質檢查 利用葯物和雜質在物理性質上的差異。 硫酸奎寧中「氯仿-乙醇中不溶物」的檢查鹽酸嗎啡中「其它生物鹼」的檢查旋光性的差異：用於硫酸阿托品中「莨菪鹼」的檢查對光選擇性吸收的差異：利血平生產或儲存過程中，光照和有氧存在下均易氧化變質，氧化產物發出螢光。因此規定：供試品置紫外光燈（365nm）下檢視，不得顯明顯螢光。 吸附性質的差異：硫酸奎寧制備過程中可能存在「其它金雞納鹼」。利用吸附性質的差異，採用矽膠G薄層進行檢查。規定限度為0.5%.利用葯物和雜質和化學性質上的差異。 與一定試劑反應產生沉澱硫酸阿托品制備過程中可能帶入（如莨菪鹼、顛茄鹼）雜質，因此需要檢查「其它生物鹼」。利用其它生物鹼鹼性弱於阿托品的性質，取供試品的鹽酸水溶液，加入氨試液，立即游離，發生渾濁。規定0.25g葯物中不得發生渾濁。 與一定試劑產生顏色反應： ① 鹽酸嗎啡中阿撲嗎啡的檢查。 ② 鹽酸嗎啡中罌粟鹼的檢查。 ③磷酸可待因中嗎啡的檢查。 ④ 硝酸士的寧中馬錢子鹼的檢查含量測定非水溶液滴定法： 生物鹼類葯物一般具有弱鹼性，通常可在冰醋酸或醋酐等酸性溶液中，用高氯酸滴定液直接滴定，以指示劑或電位法確定終點。 ⑴ 氫鹵酸鹽的滴定： 在滴定生物鹼的氫鹵酸鹽時，一般均預先在冰醋酸中加入醋酸汞的冰醋酸溶液，使氫鹵酸生成在冰醋酸中難解離的鹵化汞，從而消除氫鹵酸對滴定反應的不良影響。 加入的醋酸汞量不足時，可影響滴定終點而使結果偏低，過量的醋酸汞（理論量的1～3倍）並不影響測定的結果。 ⑵硫酸鹽的測定： 硫酸為二元酸，在水溶液中能完成二級電離，生成SO42-，但在冰醋酸介質中，只能離解為HSO4-，不再發生二級離解。因此，生物鹼的硫酸鹽，在冰醋酸的介質中只能被滴定至生物鹼的硫酸氫鹽。 硫酸阿托品的含量測定。溶劑：冰醋酸和醋酐，指示劑：結晶紫，滴定液：高氯酸。至溶液顯純藍色。 硫酸奎寧的含量測定。1摩爾的硫酸奎寧可消耗3摩爾的高氯酸。 硫酸奎寧片的含量測定。硫酸奎寧經強鹼溶液鹼化，生成奎寧游離鹼，在與高氯酸反應，因此1摩爾的硫酸奎寧可消耗4摩爾的高氯酸。 ⑶ 硝酸鹽的測定： 硝酸在冰醋酸介質中雖為弱酸，但是他具有氧化性，可以使指示劑變色，所有採用非水溶液滴定法測定生物鹼硝酸鹽時，一般不用指示劑而用電位法指示終點。 如硝酸士的寧。 ⑷磷酸鹽的測定： 磷酸在冰醋酸介質中的酸性極弱，不影響滴定反應的定量完成，可按常法測定。 磷酸可待因。 提取中和法提取中和法是根據生物鹼鹽類能溶於水而生物鹼不溶於水的特性，可以採用有機溶劑提取後測定。 鹼化、提取、滴定 按下列任何一種方法處理後測定 ① 將有機溶劑蒸乾，於殘渣中加定量過量的酸滴定液使溶解，再用鹼滴定液回滴剩餘的酸；若生物鹼易揮發或分解，應在蒸至近干時，先加入酸滴定液「固定」生物鹼，再繼續加熱除去殘余的有機溶劑，放冷後完成滴定。 ② 將有機溶劑蒸乾，於殘渣中加少量中性乙醇使溶解，任何用酸滴定液直接滴定。 ③ 不蒸去有機溶劑，而直接於其中加定量過量的酸滴定液，振搖，將生物鹼轉提入酸液中，分出酸液置另一錐形瓶中，有機溶劑層再用水分次振搖提取，合並水提取液和酸液，最後用鹼滴定液回滴定。 測定條件的選擇能使生物鹼游離的鹼化試劑有氨水、碳酸鈉、碳酸氫鈉、氫氧化鈉、氫氧化鈣和氧化鎂等。但強鹼不適用於下列生物鹼類葯物的游離： ① 含酯結構的葯物，如阿托品和利血平等，與強鹼接觸，易引起分解。 ② 含酚結構的葯物，如嗎啡，可與強鹼形成酚鹽而溶於水，難以被有機溶劑提取。 ③ 含脂肪性共存物的葯物，當有脂肪性物質與生物鹼共存時，鹼化後易發生乳化，使提取不完全。