中药化学丨生物碱（生物碱的理化性质）

2.亲水性生物碱

（1）季铵碱型生物碱：为离子型化合物，易溶于水和酸水，可溶于甲醇、乙醇及正丁醇等极性较大的有机溶剂，难溶于亲脂性有机溶剂。

（2）含N-氧化物结构的生物碱：具有配位键，可溶于水，如氧化苦参碱。

（3）小分子生物碱：少数分子较小而碱性较强的生物碱，既可溶于水，也可溶于三氯甲烷，如麻黄碱、烟碱等。

（4）酰胺类生物碱：由于酰胺在水中可形成氢键，所以在水中有一定的溶解度，如秋水仙碱、咖啡碱等。

3.具有特殊官能团的生物碱

（1）具有酚羟基或羧基的生物碱：具有酸、碱两性，故即可溶于酸水，又可溶于碱水。

具有酚羟基的生物碱（又称酚性生物碱），可溶于氢氧化钠等强碱性溶液，如吗啡；

具有羧基的生物碱，可溶于碳酸氢钠等弱碱溶液，如槟榔碱。

（2）具有内酯或内酰胺结构的生物碱：在强碱性溶液中加热，其内酯（或内酰胺）结构可开环形成羧酸盐而溶于水，酸化后环合析出，如喜树碱、苦参碱等。

（二）生物碱盐

一般易溶于水，可溶于甲醇、乙醇类，难溶于亲脂性有机溶剂。

无机酸盐水溶性大于有机酸盐；

无机酸盐中含氧酸盐的水溶性大于卤代酸盐；

小分子有机酸盐水溶性大于大分子有机酸盐。

有些生物碱盐难溶于水，如小檗碱盐酸盐、麻黄碱草酸盐等。

碱性

生物碱分子中氮原子上的孤电子对，能给出电子或接受质子而使生物碱显碱性。

（一）碱性强弱的表示方法

生物碱碱性强弱用pKa表示，pKa越大，碱性越强。

生物碱的碱性强弱与pKa的关系：

② pKa＜2为极弱碱，如酰胺、N-五元芳杂环类生物碱。

②pKa 2～7为弱碱，如芳香胺、N-六元芳杂环类生物碱。

③pKa 7～11为中强碱，如脂肪胺、脂杂环类生物碱。

④pKa 11以上为强碱，如季铵碱、胍类生物碱。

生物碱分子中碱性基团的pKa值大小顺序一般是：胍基＞季铵碱＞N-烷杂环＞脂肪胺＞芳香胺≈N-芳杂环＞酰胺≈吡咯。

（二）碱性强弱与分子结构的关系

碱性强弱影响因素：

氮原子的杂化方式、电子云密度（电性效应）、空间效应、分子内氢键。1.氮原子的杂化方式

碱性随杂化程度的升高而增强，即sp3＞sp2＞sp。

如四氢异喹啉（pKa9.5）为sp3杂化；吡啶（pKa5.17）和异喹啉（pKa5.4）均为sp2杂化；氰基呈中性，因其为sp杂化。季铵碱的碱性强（pKa11.5以上）则是因羟基以负离子形式存在，类似无机碱。

2.电性效应

电性效应（包括诱导效应和共轭效应），能影响N原子上电子云排布，从而影响碱性的大小。

（1）诱导效应

生物碱分子中的氮原子上的电子云密度可受氮原子附近供电基（如烷基）或／和吸电基（如各类含氧基团、芳环、双键）诱导效应的影响。

供电诱导使氮原子上电子云密度增加，碱性增强；

吸电诱导使氮原子上电子云密度减小，碱性降低。

如麻黄碱的碱性（pKa9.58）强于去甲麻黄碱（pKa9.O0），即是由于麻黄碱氮原子上的甲基供电诱导的结果。而二者的碱性弱于苯异丙胺（pKa9.80），则因前二者氨基碳原子的邻位碳上羟基吸电诱导的结果。

特例：

季铵型小檗碱是由醇胺型异构而来，季铵型稳定，故呈强碱性；蛇根碱分子中氮原子的α、β位有双键，氮原子的未共用电子对与双键的π电子可发生转位，形成季铵型共轭酸，因而碱性强。

有些生物碱的叔胺氮原子处于稠环的桥头，虽然有α、β—双键或α一羟基，由于分子刚性结构而不能发生转位使叔胺变为季铵型，其双键或羟基只能起吸电子诱导效应，而使碱性减弱。如阿马林、新士的宁的碱性均小于士的宁。

（2）共轭效应：

当生物碱分子中氮原子的孤电子对与π电子基团共轭时，一般使生物碱的碱性减弱。常见的有苯胺和酰胺两种类型。

苯胺型：苯胺氮原子上的孤电子对与π电子形成p一π共轭体系后，其碱性减弱。如环己胺的碱性（pKa l0.64）大于苯胺（pKa 4.58），后者显然为共轭效应所致。

酰胺型：酰胺氮原子上的孤电子对与羰基形成p一π共轭效应，使其碱性极弱。如胡椒碱、秋水仙碱或咖啡碱等。

并非所有的p一π共轭效应都能使生物碱的碱性减弱。如含胍基的生物碱，胍基接受质子形成季铵离子，呈更强的p一π共轭，且具有高度共轭稳定性，而显强碱性。

3.空间效应

氮原子由于附近取代基的空间立体障碍或分子构象因素，而使质子难于接近氮原子，碱性减弱。如麻黄碱碱性小于去甲麻黄碱，山莨菪碱碱性介于东莨菪碱与莨菪碱之间，以及利血平碱性较弱等。

4.氢键效应

当生物碱成盐后，氮原子附近如有羟基、羰基，并处于有利于形成稳定分子内氢键时，氮上的质子不易离去，其共轭酸稳定，则碱性强。如钩藤碱的碱性大于异钩藤碱碱性。

对于具体生物碱来说，若影响碱性的因素不止一个，则需综合考虑。一般来说，空间效应与诱导效应共存，空间效应居主导地位；共轭效应与诱导效应共存，共轭效应居主导地位。

沉淀反应

生物碱在酸性水或稀醇中（苦味酸试剂可在中性条件下进行），与某些试剂生成难溶于水的复盐或络合物的反应称为生物碱沉淀反应。

（一）常用的生物碱沉淀试剂

（二）沉淀反应的田间及阳性结果的判定

1.反应条件

除苦味酸试剂外，其他生物碱沉淀反应一般都在酸性水溶液中进行。

原因：生物碱在酸性条件下成盐，易溶于水与沉淀试剂反应，所生成沉淀易于观察。

2.阳性结果的判断

利用沉淀反应鉴别生物碱时，应注意假阴性和假阳性反应。

判定注意事项：

①对生物碱定性鉴别时，应用三种以上试剂分别进行反应，均阳性或阴性方有可信性。

②仲胺一般不易与生物碱沉淀试剂反应，如麻黄碱、吗啡、咖啡碱等。

③水溶液中如有蛋白质、多肽、氨基酸、鞣质等亦可与此类试剂产生阳性反应，故应在被检液中除掉这些成分。（具体方法：利用酸提碱沉得方法使生物碱游离，萃取使其与杂质分离）

3.沉淀反应的应用

①用于检查生物碱的有无

②可用于试管定性反应和色谱的显色剂。

③在生物碱的提取分离中可指示提取、分离终点。

④个别沉淀试剂可用于分离纯化生物碱，如雷氏铵盐可用于沉淀分离季铵碱。

⑤某些生物碱沉淀反应可用于生物碱的定量，如硅钨酸试剂反应。

显色反应

某些生物碱能与一些试剂反应生成不同颜色的产物，这些试剂成为生物碱显色剂。

一些显色剂，如溴麝香草酚蓝、溴麝香草酚绿等，在一定pH条件下能与一些生物碱生成有色复合物，这种复合物能被三氯甲烷定量提取出来，可用于生物碱的含量测定。返回搜狐，查看更多