宁德市图书馆

生物碱(alkaloids)是指含负氧化态氮原子，存在于生物有机体中的非初级代谢产物。大多有较复杂的环状结构，氮原子结合在环内。一般来说，生物界除生物体必需的含氮有机化合物(如氨基酸、氨基糖、肽类、蛋白质、核酸、核苷酸、含氮维生素)以及甲胺、乙胺等小分子胺类外，其他含氮有机化合物均可视为生物碱。
  生物碱多呈碱性，可与酸成盐，多具有显著的生理活性。自1806年德国学者F.W.Sertuner从鸦片中分离出吗啡以来，迄今从自然界提取分离得到的生物碱类化合物已经超过10000种，应用于临床的生物碱类药物已达百种，如黄连中的小槩碱(berberine)、麻黄中的麻黄碱(ephedrine)、萝芙木中的利血平(reserpine)、喜树中的喜树碱(camptothecine)、罂粟中的可待因(codeine)、红豆杉中的紫杉醇(paclitaxel)等。
  绝大多数生物碱以与有机酸(如柠檬酸、草酸、酒石酸等)结合成生物碱盐的形式存在，少数生物碱与无机酸(如盐酸、硫酸等)结合成盐，部分碱性极弱的生物碱呈游离状态，极少数生物碱以酯、苷或M氧化物的形式存在，如秋水仙碱、咖啡因等。
  一、结构和分类
  生物碱类成分按照化学结构可分为毗嚏类生物碱、异哇嚇类生物碱等，也可按照生源途径分类，如由鸟氨酸、赖氨酸衍生的生物碱，由色氨酸衍生的生物碱等。本书釆用生源途径结合化学结构类型分类的方法对生物碱结构进行分类，见表2-14。
  二、理化性质与鉴定
  （一）性状
  生物碱多数为结晶形固体，少数为无定形粉末。个别分子较小、结构中无氧原子或氧原子结合成酯键的生物碱呈液体状态，如烟碱、毒芹碱（coniine）、槟榔碱等。生物碱一般呈无色或白色，少数具有高度共轭体系及助色团的生物碱显颜色。小槩碱为黄色，但若被还原成四氢小案碱，则因共轭体系减小而变为无色。少数液体生物碱及小分子固体生物碱如麻黄碱、烟碱等具挥发性。极少数生物碱还具有升华性，如咖啡因（caffeine）、川萼嗪（ligustrazine）等。生物碱多具苦味，少数具有特殊味，如甜菜碱（betaine）具有甜味等。
  （二）旋光性
  大多数生物碱的分子结构中含有手性碳原子且结构不对称，表现出旋光性。影响生物碱旋光性的因素主要有手性碳的构型、测定溶剂及pH、浓度等。生物碱的生理活性与其旋光性密切相关。通常左旋体的生理活性比右旋体强，如乌头中具有强心作用的是左旋去甲乌药碱，而存在于其他植物中的右旋体则无强心作用。
  （三）溶解度
  生物碱的溶解性与结构中氮原子的存在状态、分子的大小、结构中官能团的种类和数目及溶剂的种类等因素有关。生物碱大多不溶或难溶于水，溶于乙醇、甲醇、三氧甲烷、乙醚等有机溶剂。但少数例外，如麻黄碱可溶于水或有机溶剂；季铉类生物碱由于离子化而易溶于水；小業碱可溶于水，其盐类在冷水中反而难溶；酚性生物碱可溶于氢氧化钠溶液；生物碱的盐类易溶于水而不溶于有机溶剂。
  （四）碱性
  目前，生物碱的碱性强弱统一用生物碱共钥酸的酸式离解指数p/Q表示。
  pKa=pKw-pKb=14-pKb
  其中，pKw为水的电离指数，pKb为碱式电离指数。pKa值与生物碱的碱性大小成正比，即p!值越大，生物碱的碱性越强；反之，pKa值越小，生物碱的碱性越弱。
  通常情况下，根据生物碱的PK.值大小，可将生物碱按碱性强弱分为：强碱（pKa>l1），如季铉碱、胍类生物碱；中强碱（pV7〜11），如脂胺、脂杂环类生物碱；弱碱（pKa2〜7），如芳香胺、六元芳氮杂环类生物碱；极弱碱（p/G<2），如酰胺、五元芳氮杂环类生物碱。
  生物碱的碱性强弱与氮原子的杂化方式、电子云密度、空间效应及分子内氢键的形成等因素有关。对于具体生物碱来讲，若影响碱性的因素不止一个，则应该综合考虑。一般来说。空间效应与诱导效应并存时空间效应居主导地位，共轴效应与诱导效应并存时共轭效应居主导地位。
  （五） 鉴别反应
  1.生物碱的沉淀反应
  生物碱一般在酸性溶液中可与某些沉淀试剂反应，生成难溶性的盐类或络合物。本反应可鉴别生药中生物碱的存在。为了排除水浸液中某些能与生物碱沉淀剂反应的成分（如蛋白质、鞣质、胺类等）的干扰，必须将水浸液精制后再进行试验。一般用3种沉淀试剂试验，如都呈阴性反应，可以肯定不含生物碱；如都呈阳性反应，可以认为可能含有生物碱。常用的生物碱沉淀试剂有：
  （1） 碘化紹钾试液（Dragendofif试剂，BiI3KI）：在酸性溶液中与生物碱反应生成橘红色沉淀［AlkHI-（BiJ3）„，其中Aik表示生物碱］。
  （2） 碘化汞钾试液（Mayer试剂，HgI2-KI）：在酸性溶液中与生物碱反应生成白色或黄色沉淀［AikHI（HgI2）n］o
  （3） 碘化钾碘试液（Wagner试剂，I2KI）：在酸性溶液中与生物碱反应生成棕红色沉淀（Alk-HII„）o
  （4） 硅钨酸试剂（Bertrand试剂，SiO212WO3）：在酸性溶液中与生物碱反应生成白色沉淀。（5）磷钼酸试剂（Sonnenschein试剂，H3PO4-12MoO3）：在酸性溶液中与生物碱反应生成鲜黄色或棕黄色沉淀。
  2.生物碱的显色反应
  有些生物碱能与某些试剂反应产生独特的颜色，称显色反应。常用的显色试剂有：
  （1）钒酸铵（钠）-浓硫酸试液（Mandelin试剂）：为1％筑酸铵或钮酸钠的浓硫酸溶液。与阿托品反应显红色，与可待因反应显蓝色，与士的宁反应显紫色。
  （2）钥酸铵（钠）-浓硫酸试液（Frohde试剂）：为1％钥酸钠或铝酸铵的浓硫酸溶液。与乌头碱反应呈黄棕色，与小果碱反应显棕绿色，与阿托品或士的宁反应不显色。
  （3）甲醛-浓硫酸试剂（Marquis试剂）：为30％甲醛溶液0.2mL与10mL浓硫酸的混合溶液，与吗啡反应显橙色到紫色，与可待因反应显红色至黄棕色，与咖啡因反应不显色。
  （4）浓硫酸：与乌头碱反应显紫色，与小槩碱反应显绿色，与阿托品反应不显色。
  （5）浓硝酸：与小櫱碱反应显棕红色，与秋水仙碱反应显蓝色，与乌头碱反应显红棕色，与咖啡因反应不显色。
  （六）定量分析
  生物碱的定量分析方法大多是根据它的氮原子、双键或分子中官能团的理化性质而设计的。如：重量法测定总生物碱，是根据游离生物碱和生物碱盐在水和与水不相溶的有机溶剂中溶解度不同而设计的，也可以利用与沉淀试剂发生反应形成不溶性盐来进行设计；滴定法则利用氮原子的碱性在水介质中进行中和滴定，又因为大多数生物碱在酸性溶液中可与某些重金属络盐定量发生沉淀，沉淀中金属或剩余试剂中的金属，经适当处理后，可以按络量法测定；比色法测定总碱含量是最重要的方法之一，它是根据生物碱的官能团与特定试剂发生反应产生的颜色，如生物碱与酸性染料（如漠甲酚绿和漠麝香草酚蓝）在一定条件所生成的复合物颜色，可用比色法测定。另外，大多数生物碱分子结构中含有双键，在紫外区有吸收。因此，可用紫外-可见分光光度法在特定波长处测定吸收系数相近的总碱含量。同理，有荧光的生物碱可用荧光分光光度法测定。
  单体生物碱多采用薄层色谱或柱色谱进行预分离，然后用HPLC-UV法测定。如2015年版《中国药典》规定黄连中4种生物碱（小榮碱、表小檗碱、黄连碱和巴马汀）、黄柏中小檗碱和黄柏碱的含量测定等。益母草中盐酸水苏碱、盐酸益母草碱的含量测定分别釆用HPLC-ELSD，HPLC-UV法。挥发性生物碱还可以用GC法测定。