第九章 生物碱
一、本章内容概述
1. 生物碱概述
2. 生物碱的生物合成途径
3. 生物碱的分类、性质、
4. 生物碱的提取与分离
二、学习目标
1．掌握生物碱的含义。
2．掌握生物碱的碱性，碱性强弱与生物碱分子结构的关系及其在提取分离中的应用。
3．掌握生物碱和生物碱盐的溶解性及其应用。
4．掌握生物碱沉淀试剂的名称、沉淀反应现象及其应用。
5．掌握总生物碱的提取和生物碱的初步分离原理、方法及工艺流程。
6．掌握用雷氏铵盐法分离生物碱的原理和方法。
7．掌握生物碱单体分离（利用酸碱性、溶解度、功能团及色谱法等进行分离）的一般方法和原理。
8．掌握麻黄、黄连、苦参、洋金花、防己中主要生物碱的生物活性、母核类型、结构特点、提取分离工艺和鉴别方法。
9．熟悉生物碱的分类及其在动植物界的分布和存在情况。
10．熟悉其他生物碱结构。
11．熟悉生物碱的形态、颜色和旋光性。
12．熟悉生物碱的色谱鉴别方法和应用。
13．了解生物碱的显色反应。
三、本章知识点
1. 生物碱的定义；
2. 生物碱的分类：鸟氨酸生物碱、赖氨酸生物碱、吲哚生物碱、异喹啉生物碱、萜类生物碱、甾体生物碱；
3．生物碱的碱性和沉淀反应；
4. 生物碱的提取方法和分离方法；
四、重点难点
重点：
1. 生物碱的含义：生物碱是天然产的一类含氮有机化合物，大多数具有氮杂环结构，呈碱性并有较强的生物活性。
2. 生物碱的结构与分类：生物碱按化学结构分为：有机胺类生物碱、吡啶类生物碱、莨菪烷类生物碱、异喹啉类生物碱、吲哚类生物碱和其他类生物碱。
3. 生物碱的溶解性：生物碱分为脂溶性生物碱和水溶性生物碱。脂溶性生物碱主要指伯、仲、叔胺型生物碱，易溶于亲脂性有机溶剂，可溶于亲水性有机溶剂，难溶于水。而其生物碱盐易溶于水，可溶于亲水性有机溶剂，不溶于亲脂性有机溶剂。水溶性生物碱主要指季胺型生物碱，还包括一些小分子生物碱，可溶于水，而难溶于亲脂性有机溶剂。学习中须注意区别游离生物碱和生物碱盐的溶解度差异。
4. 生物碱的沉淀反应：生物碱能和某些试剂生成难溶于水的复盐或分子络合物。反应可预试生物碱的存在，检查提取分离是否完全，也可用于生物碱的精制和鉴定。反应通常在酸性水溶液或稀醇溶液中进行。应排除蛋白质，鞣质等干扰成分才能获得可靠的结果。
难点：
1. 生物碱的碱性：生物碱分子中的氮原子具有孤电子对，能接受质子而显碱性。碱性强度用酸式离解指数pKa表示。pKa值越大，碱性越强。
生物碱的碱性强弱和氮原子的杂化方式、诱导效应、共轭效应、空间效应以及分子内氢键形成等因素有关。生物碱分子中氮原子上孤电子对有三种杂化方式即sp 3、sp2和sp，在这三种杂化方式中，p电子成分比例越大，越易供电子，则碱性越强。因此其碱性为sp3＞sp2＞sp。生物碱分子结构中氮原子附近存在供电基团,能使氮原子电子云密度增加，而使其碱性增强；如果生物碱分子结构中氮原子附近存在吸电基团，能使氮原子电子云密度降低，而使其碱性减弱。生物碱氮原子孤电子对处于p-π共轭体系时，可使其碱性减弱或增强。生物碱中的氮原子质子化时，受到空间效应的影响，使其碱性增强或减弱。生物碱氮原子孤电子对接受质子生成共轭酸，如果共轭酸分子中的质子形成氢键缔合，增加了共轭酸的稳定性，而使碱性增强。
在学习中须巩固基础化学知识，真正掌握以上生物碱碱性与结构之间关系的规律，多做习题，融会贯通，并灵活运用于提取分离中。
2. 脂溶性生物碱的提取
（1）酸水提取法：根据生物碱盐易溶于水，难溶于亲脂性有机溶剂的性质，将生物体内的生物碱转变为在水中溶解度较大的盐而被提出。常用0.5％～1％的硫酸、盐酸和醋酸等为溶剂，选用浸渍法、渗漉法提取。酸水提取液可采用三种方法做进一步处理。
1）离子交换树脂提取法：酸水提取液通过阳离子交换树脂柱，使生物碱盐阳离子交换在树脂上。树脂用氨水碱化，使生物碱从树脂上游离出来，再将树脂用有机溶剂洗脱。洗脱液浓缩后即可得到游离的总生物碱。
2）有机溶剂萃取法：酸水提取液用碱液碱化，使生物碱盐转变为生物碱，再用亲脂性有机溶剂萃取，合并萃取液，回收有机溶剂即可得到总生物碱。
3）沉淀法：酸水提取液加碱液碱化，使生物碱在水中游离而沉淀析出。
（2）醇类溶剂提取法：利用生物碱及其盐都可溶于乙醇而提取。提取液浓缩后，采用酸水溶解，有机溶剂萃取法做进一步纯化。
（3）亲脂性有机溶剂提取法：利用生物碱易溶于亲脂性有机溶剂而提取。先将药材用碱水润湿，再用亲脂性有机溶剂回流和连续回流提取。
3. 水溶性生物碱的提取
（1）沉淀法：利用季铵型生物碱与雷氏铵盐沉淀试剂生成雷氏复盐，难溶于水而提取。
（2）溶剂法：利用水溶性生物碱能溶于极性较大但又与水不混溶的有机溶剂而提取。
4. 生物碱的分离
(1)总生物碱的分离 利用生物碱溶解性和碱性的差异，将总生物碱初步分离成弱碱性生物碱，中强碱性生物碱和水溶性生物碱三大部分，再利用生物碱中是否有酚羟基分成酚性和非酚性两类。
(2)单体生物碱的分离 总生物碱中各单体生物碱的碱性、溶解度及结构之间存在着一定的差异，可利用pH梯度法、结晶法、萃取法和色谱法等进行分离。
五、本章习题（必做）
1. 判断题
(1)所有的生物碱都有不同程度的碱性。（ ）
(2)生物碱的碱性是由氮原子数目来决定的，氮原子越多，碱性越强。（ ）
(3)生物碱与碘化铋钾多生成红棕色沉淀。（ ）
(4)生物碱盐都易溶于水中。（ ）
(5)在有机试剂中，一般三氯甲烷对游离生物碱的溶解度较大。（ ）
(6)生物碱表现出碱性的原因主要是由于它在水溶液中能解离出OH一离子。（ ）
(7)阿托品属托品烷的衍生物，具左旋光性。（ ）
(8)小檗碱为季铵类生物碱，易溶于水。（ ）
2. 单选题
(1)某生物碱pKa为12，属于（ ）
A. 极弱碱性 B. 弱碱性
C. 中等碱性 D. 强碱性
(2)生物碱沉淀反应的条件是（ ）
A. 酸性水溶液 B. 碱性水溶液
C. 中性水溶液 D. 盐水溶液
(3)生物碱的含义哪项是错误的（ ）
A. 自然界一类含氮有机物 B. 多具有杂环结构
C. 都显示碱性 D. 多具有生物活性
(4) 具有莨菪烷母核的生物碱是（ ）
A. 甲基麻黄碱 B.小檗碱
C. 阿托品 D. 氧化苦参碱
(5) 在常温下呈液体的生物碱是（ ）
A. 烟碱 B. 麻黄碱
C. 苦参碱 D. 乌头碱
(6)生物碱在自然界分布最多的是（ ）
A. 单子叶植物 B. 裸子植物
C. 双子叶植物 D. 菌类
(7)生物碱的沉淀反应在以下何种溶液中进行（ ）
A. 碱性 B. 中性
C. 酸性 D. 有机溶剂中
3. 名词解释
(1) 生物碱 (2)生物碱的沉淀反应 (3) 雷氏铵盐
(4) 两性生物碱 (5) 内酯生物碱
