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生物碱（alkaloids）是来源于生物界的一类含氮有机化合物，大多数具有复杂的氮杂环结构，呈碱性能与酸结合成盐，多数能与生物碱的沉淀试剂发生沉淀反应，并有较强的生物活性。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、罂粟科、茄科、防己科、豆科等。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，少数裸子植物如麻黄科、红豆杉科、三尖杉科也存在生物碱。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。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。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。CHCH3NHCH3NH2CHOH苯丙胺麻黄碱NHNCOOCH3CH3+_四氢吡咯水苏碱此类化合物中含有色胺部分，结构较简单。如吴茱萸中的吴茱萸碱。NHNHOglcNNH2HNNNOCH3H吲哚靛青苷色胺吴茱萸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。OCOOCH3HOH2CNC2H5OCH3OHOCH3OHOOCH3H3CO乌头碱NOgalarhamglc茄碱多数为结晶形固体，少数为非晶形粉末；个别为液体，如烟碱(nicotine)、槟榔碱等。生物碱多具苦味。一般无色或白色，少数有颜色，如小檗碱、蛇根碱呈黄色等。少数液体状态及个别小分子固体生物碱如麻黄碱、烟碱等具挥发性，可用水蒸汽蒸馏提取。咖啡因等个别生物碱具有升华性。生物碱结构中如有手性碳原子或本身为手性分子即有旋光性。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。凡是能给出电子的电子授体为碱；能接受电子的电子受体为酸。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。生物碱碱性大小可用碱的碱式离解常数pKb表示，也可用其共轭酸的酸式离解常数pKa表示。HA+H2OA++H3O+Ka=[HA][A-][H3O+]两边取对数则：pKa=pH-log[HA][A-]Ka及pKa均可用来表示酸性物质的酸性强弱。酸性越强，Ka越大，pKa值越小。以酸性物质(HA)为例，其在水中的解离平衡及解离常数K可用下式表示：一般pH3时，酸性物质多呈非解离状态（HA）、碱性物质则呈解离状态（BH+）存在；但pH12，则酸性物质呈解离状态（A－）、碱性物质则呈非解离状态（B）存在。据此，可采用在不同pH的缓冲液与有机溶剂中进行分配的方法，使酸性、碱性、中性及两性物质得以分离。目前，生物碱碱性大小统一用pKa表示，pKa越大，碱性越强生物碱分子中氮原子的孤电子对在有机胺分子中为不等性杂化，其碱性强弱随杂化程度的升高而增强，即sp3＞sp2＞sp。生物碱分子中的氮原子上电子云密度受到氮原子附近供电基（如烷基）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。氮原子孤电子对处于p-π共轭体系时，可使其碱性减弱，如苯胺氮原子上孤电子对与苯环π-电子形成p-π共轭体系，而使碱性比环己胺弱得多。NH2NH2苯胺pKa=4.58环已胺pKa=10.4质子的体积较小，但是生物碱中的氮原子质子化时，仍受到空间效应的影响，使其碱性增强或减弱。如东莨菪碱分子结构中，氮原子附近的环氧结构形成空间位阻，使其碱性弱于莨菪碱。NCH3HOCOCHC6H5CH2OHNOCH3OCOCHC6H5HCH2OH莨菪碱pKa=9.65东莨菪碱pKa=7.50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的分子内氢键时，氮上的质子不易离去，碱性强。HNHCH3OHHH1H5C6CH32+H1H5C6CH3NCH3HHOH2H+CHOHCHNHCH3CH312麻黄碱共轭酸伪麻黄碱共轭酸二者平面结构（不稳定）（稳定）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。大多数叔胺碱和仲胺碱为亲脂性，一般能溶于有机溶剂，尤其易溶于亲脂性有机溶剂，如苯、乙醚、氯仿，特别易溶于氯仿。溶于酸水，不溶或难溶于水和碱水。（1）含有季铵、胍基或氮氧化物的生物碱：极性大，能溶于水、甲醇、乙醇，难溶于亲脂性有机溶剂。(2)小分子、极性强的生物碱：苦参碱、麻黄碱、樟柳碱等有一定的亲水性，即能溶于有机溶剂，又可溶于水。(3)生物碱盐一般易溶于水，可溶于醇类，难溶于亲脂性有机溶剂。通常生物碱的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；小分子有机酸盐大于大分子有机酸盐。(4)两性生物碱具有内酯或内酰胺结构的生物碱，既可溶于酸水，有可溶于碱水。