第十章 生物碱（Alkaloids）
第十章 生物碱（Alkaloids）
• [目的要求] • 1.了解生物碱的含义、生源途径、分类、分布和生理活性。 • 2.掌握生物碱的理化性质、提取、分离和检识方法。 • 3.熟悉生物碱的结构研究方法。 • 4.掌握主要生物碱的结构，熟悉主要生物碱的生理活性
• [目的要求] • 1.了解生物碱的含义、生源途径、分类、分布和生理活性。 • 2.掌握生物碱的理化性质、提取、分离和检识方法。 • 3.熟悉生物碱的结构研究方法。 • 4.掌握主要生物碱的结构，熟悉主要生物碱的生理活性
• 第一节 概述 • 一 生物碱的含义及特点 • 1 含义 生物碱指来源于生物界的一类含氮有机化合物。 • 2 特点 大多有较复杂的环状结构，氮原子结合在环内；多呈 碱性，可与酸成盐；多具有显著的生理活性。 • 二 生物碱的分布及存在形式 • 1 分布 生物碱主要分布于植物界，绝大多数存在于高等植物 的双子叶植物中，已知存在于50多个科的120多个属中。与中药 有关的一些典型的科如毛茛科（黄连、乌头、附子）、罂粟科 （罂粟、延胡索）、茄科（洋金花、颠茄、莨菪）防己科（汉防 己、北豆根）、豆科（苦参、苦豆子）等。单子叶植物也有少数 科属含生物碱，如石蒜科，百合科、兰科等，百合科中较重要的 如贝母属。少数裸子植物如麻黄科、红豆杉科、三尖杉科也存在 生物碱。 • 2 存在形式 在植物体内，少数碱性极弱的生物碱以游离态存 在，如酰胺类生物碱；有一定碱性的生物碱多以有机酸盐形式存 在；少数以无机酸盐形式存在，如盐酸小檗碱、硫酸吗啡等。其 它存在形式尚有N-氧化物、生物碱苷等。 •
• 第一节 概述 • 一 生物碱的含义及特点 • 1 含义 生物碱指来源于生物界的一类含氮有机化合物。 • 2 特点 大多有较复杂的环状结构，氮原子结合在环内；多呈 碱性，可与酸成盐；多具有显著的生理活性。 • 二 生物碱的分布及存在形式 • 1 分布 生物碱主要分布于植物界，绝大多数存在于高等植物 的双子叶植物中，已知存在于50多个科的120多个属中。与中药 有关的一些典型的科如毛茛科（黄连、乌头、附子）、罂粟科 （罂粟、延胡索）、茄科（洋金花、颠茄、莨菪）防己科（汉防 己、北豆根）、豆科（苦参、苦豆子）等。单子叶植物也有少数 科属含生物碱，如石蒜科，百合科、兰科等，百合科中较重要的 如贝母属。少数裸子植物如麻黄科、红豆杉科、三尖杉科也存在 生物碱。 • 2 存在形式 在植物体内，少数碱性极弱的生物碱以游离态存 在，如酰胺类生物碱；有一定碱性的生物碱多以有机酸盐形式存 在；少数以无机酸盐形式存在，如盐酸小檗碱、硫酸吗啡等。其 它存在形式尚有N-氧化物、生物碱苷等。 •
• 三 生物碱的生物活性 • 生物碱多具有显著而特殊的生物活性。如吗啡、延胡索乙 素具有镇痛作用；阿托品具有解痉作用；小檗碱、苦参生物碱、 蝙蝠葛碱有抗菌消炎作用；利血平有降血压作用；麻黄碱有止 咳平喘作用；奎宁有抗疟作用；苦参碱、氧化苦参碱等有抗心 律失常作用；喜树碱、秋水仙碱、长春新碱、三尖杉碱、紫杉 醇等有不同程度的抗癌作用等。 • 四 生物碱的生物合成 • 在生物碱的生物合成途径中，氨基酸是其初始物。主要有鸟 氨酸、赖氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸、邻氨基苯甲酸、 组氨酸等。 • （一） 生物碱生物合成的主要化学反应 • 1 环合反应 • （1）希夫碱（Schiff）形成反应 氨基和羰基加成-脱水形成 希夫碱： • • • • R N H H C H O R' R N C H R' -H2 O ： +
• 三 生物碱的生物活性 • 生物碱多具有显著而特殊的生物活性。如吗啡、延胡索乙 素具有镇痛作用；阿托品具有解痉作用；小檗碱、苦参生物碱、 蝙蝠葛碱有抗菌消炎作用；利血平有降血压作用；麻黄碱有止 咳平喘作用；奎宁有抗疟作用；苦参碱、氧化苦参碱等有抗心 律失常作用；喜树碱、秋水仙碱、长春新碱、三尖杉碱、紫杉 醇等有不同程度的抗癌作用等。 • 四 生物碱的生物合成 • 在生物碱的生物合成途径中，氨基酸是其初始物。主要有鸟 氨酸、赖氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸、邻氨基苯甲酸、 组氨酸等。 • （一） 生物碱生物合成的主要化学反应 • 1 环合反应 • （1）希夫碱（Schiff）形成反应 氨基和羰基加成-脱水形成 希夫碱： • • • • R N H H C H O R' R N C H R' -H2 O ： +
• 涉及希夫碱的形成反应的生物碱有：吡咯、莨菪烷、蒎啶、 喹诺里西啶类。 • （2）Mannich氨甲基化反应 醛、胺和负碳离子（含活泼氢的 化合物）发生缩合的反应为曼尼希氨甲基化反应。结果是活泼 氢被氨甲基取代，得到曼尼希碱： • • • 曼尼希碱 • 在生物碱中，尤其是苄基异喹啉和吲哚生物碱的生物合成中， 许多一级环合都是通过曼尼希反应生成的。 • （3）酚的氧化偶联反应 为次级环化反应。反应过程为含酚 羟基化合物在植物体内经酶作用形成自由基，两个自由基经偶 联，形成新键。如在由苄基四氢异喹啉形成各类异喹啉生物碱 中，则是由酚的氧化偶联反应生成的。 • 2 碳-氮键的裂解 较重要的裂解为Hofmann降解和von Braun 降解。 CHO HN C -OH ＋ ＋ ： C CH N _
• 涉及希夫碱的形成反应的生物碱有：吡咯、莨菪烷、蒎啶、 喹诺里西啶类。 • （2）Mannich氨甲基化反应 醛、胺和负碳离子（含活泼氢的 化合物）发生缩合的反应为曼尼希氨甲基化反应。结果是活泼 氢被氨甲基取代，得到曼尼希碱： • • • 曼尼希碱 • 在生物碱中，尤其是苄基异喹啉和吲哚生物碱的生物合成中， 许多一级环合都是通过曼尼希反应生成的。 • （3）酚的氧化偶联反应 为次级环化反应。反应过程为含酚 羟基化合物在植物体内经酶作用形成自由基，两个自由基经偶 联，形成新键。如在由苄基四氢异喹啉形成各类异喹啉生物碱 中，则是由酚的氧化偶联反应生成的。 • 2 碳-氮键的裂解 较重要的裂解为Hofmann降解和von Braun 降解。 CHO HN C -OH ＋ ＋ ： C CH N _
• 举例：蕃荔枝碱经过酚性氧化偶联反应生成阿朴菲型生物碱： • 邻-邻位偶合 • • 邻-对位偶合 • HO HO N CH3 O CH3 O CH3 HO N CH3 O O O CH3 HO N OH CH3 CH3 O CH3 O HO N CH3 O CH3 O OH CH3
• 举例：蕃荔枝碱经过酚性氧化偶联反应生成阿朴菲型生物碱： • 邻-邻位偶合 • • 邻-对位偶合 • HO HO N CH3 O CH3 O CH3 HO N CH3 O O O CH3 HO N OH CH3 CH3 O CH3 O HO N CH3 O CH3 O OH CH3
• 第二节 生物碱的结构与分类 • 一 鸟氨酸系生物碱 • 来源于鸟氨酸的生物碱主要包括吡咯烷类、莨菪烷类和吡咯里 西啶类生物碱。 • （一） 吡咯烷类生物碱 • （二） 莨菪烷类生物碱 水苏碱 • 本类生物碱多由莨菪烷环系的C3 -醇羟基和有机酸缩合成酯。主 要存在于茄科的颠茄属、曼陀罗属、莨菪属和天仙子属中，典 型的化合物如莨菪碱（hyoscyamine）。 • • 二、赖氨酸系生物碱 • （一） 吡啶和蒎啶类 结构较简单。生源上关键的前体物是 蒎啶亚胺盐类。代表性化合物如胡椒中的胡椒碱（piperine）、 槟榔中的槟榔碱、槟榔次碱等。 • 。 N H N COO H3 C CH3 + _ OCO N CH3 CH CH2 OH 1 2 3 4 5 6 7
• 第二节 生物碱的结构与分类 • 一 鸟氨酸系生物碱 • 来源于鸟氨酸的生物碱主要包括吡咯烷类、莨菪烷类和吡咯里 西啶类生物碱。 • （一） 吡咯烷类生物碱 • （二） 莨菪烷类生物碱 水苏碱 • 本类生物碱多由莨菪烷环系的C3 -醇羟基和有机酸缩合成酯。主 要存在于茄科的颠茄属、曼陀罗属、莨菪属和天仙子属中，典 型的化合物如莨菪碱（hyoscyamine）。 • • 二、赖氨酸系生物碱 • （一） 吡啶和蒎啶类 结构较简单。生源上关键的前体物是 蒎啶亚胺盐类。代表性化合物如胡椒中的胡椒碱（piperine）、 槟榔中的槟榔碱、槟榔次碱等。 • 。 N H N COO H3 C CH3 + _ OCO N CH3 CH CH2 OH 1 2 3 4 5 6 7
吡啶 蒎啶 胡椒碱 槟榔碱 槟榔次碱 （二） 喹诺里西啶类 生源上前体物为赖氨酸衍生的戊二胺。 本类生物碱是由两个蒎啶共用一个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。代表性化合物如苦参中 的苦参碱(matrine)氧化苦参碱(oxymatrine)等。 苦参碱 氧化苦参碱 N CH3 COOH N H N O O O N CH3 COOCH3 N N N O N N O O
吡啶 蒎啶 胡椒碱 槟榔碱 槟榔次碱 （二） 喹诺里西啶类 生源上前体物为赖氨酸衍生的戊二胺。 本类生物碱是由两个蒎啶共用一个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。代表性化合物如苦参中 的苦参碱(matrine)氧化苦参碱(oxymatrine)等。 苦参碱 氧化苦参碱 N CH3 COOH N H N O O O N CH3 COOCH3 N N N O N N O O
• （三） 吲哚里西啶类 为蒎啶和吡咯共用一个氮原子稠合的衍 生物。又分为简单吲哚里西啶和一叶萩碱两类，主要分布于大戟 科一叶萩属植物中。如存在于一叶萩中的一叶萩碱中枢神经系统 有兴奋作用。 • 吲哚里西啶 一叶萩碱 苯丙胺 麻黄碱 • 三、苯丙氨酸和酪氨酸系生物碱 • 本类生物碱是由苯丙氨酸和酪氨酸为前体物生物合成的一大类数 量多（约1000多种）、类型复杂、分布广泛、具有较高药用价值 的生物碱类型。 • （一） 苯丙胺类生物碱 较典型的化合物是麻黄中的麻黄碱 (ephedrine)。 N N O O H CH CH3 NHCH3 NH2 CH OH
• （三） 吲哚里西啶类 为蒎啶和吡咯共用一个氮原子稠合的衍 生物。又分为简单吲哚里西啶和一叶萩碱两类，主要分布于大戟 科一叶萩属植物中。如存在于一叶萩中的一叶萩碱中枢神经系统 有兴奋作用。 • 吲哚里西啶 一叶萩碱 苯丙胺 麻黄碱 • 三、苯丙氨酸和酪氨酸系生物碱 • 本类生物碱是由苯丙氨酸和酪氨酸为前体物生物合成的一大类数 量多（约1000多种）、类型复杂、分布广泛、具有较高药用价值 的生物碱类型。 • （一） 苯丙胺类生物碱 较典型的化合物是麻黄中的麻黄碱 (ephedrine)。 N N O O H CH CH3 NHCH3 NH2 CH OH
• （二） 异喹啉类生物碱 • 1．小檗碱类和原小檗碱类 此两类生物碱可以看成为两个异 喹啉环稠合而成，依据两者结构母核中C环氧化程度不同，分 为小檗碱类和原小檗碱类，前者多为季铵碱，如黄连、黄柏、 三棵针中的小檗碱（berberine）；后者多为叔胺碱，如延胡索 中的延胡索乙素（dl-tetrahydropalmatine）。 • 原小檗碱 小檗碱 延胡索乙素 • 2．苄基异喹啉类 为异喹啉母核1位连有苄基的一类生物碱。 • OMe OMe N MeO MeO N N O O OMe OMe OH 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 + -
• （二） 异喹啉类生物碱 • 1．小檗碱类和原小檗碱类 此两类生物碱可以看成为两个异 喹啉环稠合而成，依据两者结构母核中C环氧化程度不同，分 为小檗碱类和原小檗碱类，前者多为季铵碱，如黄连、黄柏、 三棵针中的小檗碱（berberine）；后者多为叔胺碱，如延胡索 中的延胡索乙素（dl-tetrahydropalmatine）。 • 原小檗碱 小檗碱 延胡索乙素 • 2．苄基异喹啉类 为异喹啉母核1位连有苄基的一类生物碱。 • OMe OMe N MeO MeO N N O O OMe OMe OH 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 + -