生物碱A1ka1oids 生物碱 Alkaloids 概述 生物碱是人类对植物药中有效成分研究得最早而较多的一类成分。从十九 世纪德国学者 F W. Serturner从鸦片中分离出吗啡碱( morphine)以来,迄今 已从自然界中分离得到约10000种生物碱类化合物。在《全国医药产品大全》 中收载的生物碱药物及其制剂达六十余种。 植物中存在的生物碱大多有明显的生理活性,如: 鸦片中的吗啡——镇痛作用; 麻黄中的麻黄碱—一止喘作用 长春花中的长春碱—一抗癌活性; 黄连中的小蘗碱——抗菌消炎作用 山莨菪碱——抗中毒性休克作用 石蒜中的生物碱加兰他敏—具有拟胆碱作用 利血平一—降压作用 由此可看出,在临床用药中生物碱类成分占据着重要的地位。 生物碱化学结构的研究为合成药物提供了线索,如: 植物古柯中的有效成分古柯碱( cocaine)虽有很强的局部麻醉作用,但是 毒性较大,久用容易成瘾。 COOCH3 Hs 普鲁卡因( procaine) 古柯碱 (可卡因) (合成品)局麻药 化学合成工作者对它进行结构改造,从中找到普鲁卡因( procaine),不 但结构较古柯碱简单,毒性也大大地被降低了,成为临床广泛使用的局部麻醉 药物 现有的很多合成止痛药就是根据吗啡的化学结构而设计的。在生物碱的研 究中,创新出不少研究方法、技术和反应,这对天然有机化学的发展起着重要 的促进作用。 共57页
生 物 碱 Alkaloids 1 共57页 生 物 碱 Alkaloids 一、概 述 生物碱是人类对植物药中有效成分研究得最早而较多的一类成分。从十九 世纪德国学者 F.W.Sert. . u rner 从鸦片中分离出吗啡碱（morphine）以来，迄今 已从自然界中分离得到约 10000 种生物碱类化合物。在《全国医药产品大全》 中收载的生物碱药物及其制剂达六十余种。 植物中存在的生物碱大多有明显的生理活性，如： 鸦片中的吗啡——镇痛作用； 麻黄中的麻黄碱——止喘作用； 长春花中的长春碱——抗癌活性； 黄连中的小檗碱——抗菌消炎作用； 山莨菪碱——抗中毒性休克作用 石蒜中的生物碱加兰他敏——具有拟胆碱作用 利血平——降压作用 由此可看出，在临床用药中生物碱类成分占据着重要的地位。 生物碱化学结构的研究为合成药物提供了线索，如： 植物古柯中的有效成分古柯碱（cocaine）虽有很强的局部麻醉作用，但是 毒性较大，久用容易成瘾。 化学合成工作者对它进行结构改造，从中找到普鲁卡因（procaine），不 但结构较古柯碱简单，毒性也大大地被降低了，成为临床广泛使用的局部麻醉 药物。 现有的很多合成止痛药就是根据吗啡的化学结构而设计的。在生物碱的研 究中，创新出不少研究方法、技术和反应，这对天然有机化学的发展起着重要 的促进作用。 N CH3 H COOCH3 O O 古柯碱 （可卡因） N O O C2H5 C2H5 NH2 普鲁卡因 （合成品） (procaine) 局麻药
生物碱A1 keloids ()生物碱的定义 生物碱( Alkaloids)至今也无一个确切而标准的定义。这是由于随着生物 碱的研究不断深入发展,人们采用新的先进的技术而不断地得到新模式和新结 构的化合物,因而经典的、传统的定义就受到了局限性,如: 胡椒碱——虽为含氮杂环的衍生物,但不易与酸结合成盐; 秋水仙碱一一几乎没有碱性,氮原子不结在环上 麻黄碱——氮原子也不结在环上,应属于芳烃胺衍生物。 但按习惯仍将这些化合物归属在生物碱的范围内。但对于大多数生物碱还 是有其共性之处,因此,还可以就其共性来定义生物碱的 定义:是指天然产的一类含氮的有机化合物(不包括低分子胺类,如:甲 胺、乙胺等、氨基酸、氨基糖和维生素类等化合物),多数具有碱的性质且能 和酸结合生成盐;大部分化合物为杂环化合物且氮原子在杂环内;多数有较强 的生理活性。 白分布 生物碱主要分布于植物界,迄今为止在动物中发现的生物碱极少。生物碱 在植物界分布很广,存在于一頁多个科史 如:豆科、茄科、防己科、罂粟科、毛茛科等植物中 其中双子叶植物含生物碱远比单子叶植物为多。并较为集中地分布于防己 科、罂粟科、夹竹桃科、毛茛科、豆科、马钱科、茄科。 地衣类和苔藓类植物中,尚未发现生物碱的存在。 菌类植物中已发现有生物碱。 植物亲缘关系相近的品种往往含有化学结构相同或类似的生物碱,如茄科 的颠茄属、曼陀罗属、莨菪属等植物中几乎都含有莨菪碱、东莨菪碱。这种联 系为发现和寻找新的药物资源提供了有效的途径。 生物碱的含量:金鸡纳树皮含奎宁碱—-15% 长春花含长春花新碱—一百万分之 般情况下,含量在0.1~1%的植物则可进行开发利用。若含量低但其活 性很强,则可通过合成和半合成等方式进行开发。 白存在形式 生物碱在植物体内主要存在的形式有 共57页
生 物 碱 Alkaloids 2 共57页 ㈠生物碱的定义 生物碱（Alkaloids）至今也无一个确切而标准的定义。这是由于随着生物 碱的研究不断深入发展，人们采用新的先进的技术而不断地得到新模式和新结 构的化合物，因而经典的、传统的定义就受到了局限性，如： 胡椒碱——虽为含氮杂环的衍生物，但不易与酸结合成盐； 秋水仙碱——几乎没有碱性，氮原子不结在环上； 麻黄碱——氮原子也不结在环上，应属于芳烃胺衍生物。 但按习惯仍将这些化合物归属在生物碱的范围内。但对于大多数生物碱还 是有其共性之处，因此，还可以就其共性来定义生物碱的。 定义：是指天然产的一类含氮的有机化合物（不包括低分子胺类，如：甲 胺、乙胺等、氨基酸、氨基糖和维生素类等化合物），多数具有碱的性质且能 和酸结合生成盐；大部分化合物为杂环化合物且氮原子在杂环内；多数有较强 的生理活性。 ㈡分布 生物碱主要分布于植物界，迄今为止在动物中发现的生物碱极少。生物碱 在植物界分布很广，存在于一百多个科中： 如：豆科、茄科、防己科、罂粟科、毛茛科等植物中。 其中双子叶植物含生物碱远比单子叶植物为多。并较为集中地分布于防己 科、罂粟科、夹竹桃科、毛茛科、豆科、马钱科、茄科。 地衣类和苔藓类植物中，尚未发现生物碱的存在。 菌类植物中已发现有生物碱。 植物亲缘关系相近的品种往往含有化学结构相同或类似的生物碱，如茄科 的颠茄属、曼陀罗属、莨菪属等植物中几乎都含有莨菪碱、东莨菪碱。这种联 系为发现和寻找新的药物资源提供了有效的途径。 生物碱的含量：金鸡纳树皮含奎宁碱——15% 长春花含长春花新碱——百万分之一 一般情况下，含量在 0.1~1%的植物则可进行开发利用。若含量低但其活 性很强，则可通过合成和半合成等方式进行开发。 ㈢存在形式 生物碱在植物体内主要存在的形式有：
生物碱A1 keloids 1游离碱:由于部分生物碱的碱性极弱,不易或不能与酸生成稳定的盐, 因而以游离碱的形式存在。 2.成盐:除少数极弱碱性生物碱(如:秋水仙碱及吲哚类生物碱)外,大 多生物碱,在植物细胞中都是与酸类结合成盐的形式存在。 常见的有机酸有:柠檬酸、酒石酸、苹果酸、草酸、琥珀酸等; 有些生物碱则与一些较为特殊的酸类结合成盐存在,如:乌头酸、罂粟酸、 奎宁酸、绿原酸、延胡索酸、黎芦酸、白屈菜酸、千里光酸等。 有少数生物碱与无机酸结合成盐存在。如:吗啡碱与硫酸结合成盐存在于 鸦片中;小襞碱与盐酸结合成盐存在于植物中。 3苷类:一些生物碱以苷的形式存在于植物中; 4酯类:多种吲哚类生物碱分子中的羧基,常以甲酯形式存在。 5N-氧化物:在植物体中已发现的氮氧化物约一百余种。 四命名规则 1生物碱类型的命名 主要根据 (1)基核的化学结构,如吡啶、吡咯啶、喹啉、异喹啉、萜类等; (2)以来源植物命名,如石蒜科生物碱等。 2生物碱单体成分的命名 (1)以植物来源的属、种的名称命名;如 叶萩碱 (2)也有以生理活性或药效命名,如:吗啡 morphine(使睡眠) 吐根碱 emetine(呕吐) (3)以人名命名的;如: pelletieri(为纪念化学家 Pierre Joseph Pelletier)。 分类方法 生物碱的分类方法很多,现有 1按植物来源分类的如:石蒜生物碱,长春花生物碱 2按化学结构分类的如:异喹啉生物碱、甾体生物碱; 3.按生源结合化学分类的如:来源于鸟氨酸的吡咯生物碱。 分类依据不同,各有利弊。本章则以化学结构进行分类。 共57页
生 物 碱 Alkaloids 3 共57页 1.游离碱：由于部分生物碱的碱性极弱，不易或不能与酸生成稳定的盐， 因而以游离碱的形式存在。 2.成盐：除少数极弱碱性生物碱（如：秋水仙碱及吲哚类生物碱）外，大 多生物碱，在植物细胞中都是与酸类结合成盐的形式存在。 常见的有机酸有：柠檬酸、酒石酸、苹果酸、草酸、琥珀酸等； 有些生物碱则与一些较为特殊的酸类结合成盐存在，如：乌头酸、罂粟酸、 奎宁酸、绿原酸、延胡索酸、黎芦酸、白屈菜酸、千里光酸等。 有少数生物碱与无机酸结合成盐存在。如：吗啡碱与硫酸结合成盐存在于 鸦片中；小檗碱与盐酸结合成盐存在于植物中。 3.苷类：一些生物碱以苷的形式存在于植物中； 4.酯类：多种吲哚类生物碱分子中的羧基，常以甲酯形式存在。 5.N-氧化物：在植物体中已发现的氮氧化物约一百余种。 ㈣命名规则 1.生物碱类型的命名 主要根据： ⑴基核的化学结构，如吡啶、吡咯啶、喹啉、异喹啉、萜类等； ⑵以来源植物命名，如石蒜科生物碱等。 2.生物碱单体成分的命名 ⑴以植物来源的属、种的名称命名；如—— 一叶萩碱 ⑵也有以生理活性或药效命名，如：吗啡 morphine（使睡眠） 吐根碱 emetine（呕吐）； ⑶以人名命名的；如：pelletierine（为纪念化学家 Pierre Joseph Pelletier）。 ㈤分类方法 生物碱的分类方法很多，现有 1.按植物来源分类的如：石蒜生物碱，长春花生物碱； 2.按化学结构分类的如：异喹啉生物碱、甾体生物碱； 3.按生源结合化学分类的如：来源于鸟氨酸的吡咯生物碱。 分类依据不同，各有利弊。本章则以化学结构进行分类
生物碱A1 keloids 、生物碱的分类 根据生物碱的化学结构分为以下一些主要类型 ()有机胺类(苯丙氨酸酪氨酸) 结构特点:氮原子不结合在环内的一类生物碱。如:麻黄碱( ephedrine)、 秋水仙碱( colchicine)和益母草碱( leonurine)等 OH CH—CH-CH3 CH-CH—CH3 OH NHCH3 麻黄碱 伪麻黄碱 (1R2S) (1s,2S) 麻黄碱和伪麻黄碱是属于芳烃仲胺类生物碱,有些性质和生物碱类的通性 不完全一样,例如:游离时可溶于水, 能与酸生成稳定的盐, 有挥发性, 不易与大多数生物碱沉淀试剂反应生成沉淀 鉴别反应 cs2 麻+cuSO 棕或黄色沉淀 Meoh NaoH 若于它们的甲醇溶液中加二硫化碳、硫酸铜试液和氢氧化钠试液各一滴,即能产生棕或黄色沉 淀。在麻黄碱或伪麻黄碱的水溶液中加λ硫酸铜试剂,再加氢氧化钠试液后,溶液能昰蓝紫色,若加入 少量乙醚振摇后放置分层,则醚层显紫红色,水层变为红色。这是由于螯合反应,产生铜络盐(紫红色) 所致。) 麻黄碱和伪麻黄碱都是拟肾上腺素药,能促进人体内去甲肾上腺素的释放 而显效,作用强度较弱,只有肾上腺素的1/142,但口服有效,并具有中枢神 经系统兴奋及散瞳作用,这是肾上腺素所没有的。盐酸麻黄碱主要供内服以治 疗气喘等。 秋水仙碱( colchicine)是环庚三烯酮醇的 NHCOCH Meo 衍生物,分子中有两个骈合七元碳环,氮在侧 链上成酰胺状态。 临床上用以治疗急性痛风,并有抑制癌细 秋水仙碱 胞生长的作用。 共57页
生 物 碱 Alkaloids 4 共57页 二、生物碱的分类 根据生物碱的化学结构分为以下一些主要类型： ㈠有机胺类（苯丙氨酸/酪氨酸） 结构特点：氮原子不结合在环内的一类生物碱。如：麻黄碱（ephedrine）、 秋水仙碱（colchicine）和益母草碱（leonurine）等。 麻黄碱和伪麻黄碱是属于芳烃仲胺类生物碱，有些性质和生物碱类的通性 不完全一样，例如：游离时可溶于水， 能与酸生成稳定的盐， 有挥发性， 不易与大多数生物碱沉淀试剂反应生成沉淀。 鉴别反应： （若于它们的甲醇溶液中加二硫化碳、硫酸铜试液和氢氧化钠试液各一滴，即能产生棕或黄色沉 淀。在麻黄碱或伪麻黄碱的水溶液中加入硫酸铜试剂，再加氢氧化钠试液后，溶液能显蓝紫色，若加入 少量乙醚振摇后放置分层，则醚层显紫红色，水层变为红色。这是由于螯合反应，产生铜络盐（紫红色） 所致。） 麻黄碱和伪麻黄碱都是拟肾上腺素药，能促进人体内去甲肾上腺素的释放 而显效，作用强度较弱，只有肾上腺素的 1/142，但口服有效，并具有中枢神 经系统兴奋及散瞳作用，这是肾上腺素所没有的。盐酸麻黄碱主要供内服以治 疗气喘等。 秋水仙碱（colchicine）是环庚三烯酮醇的 衍生物，分子中有两个骈合七元碳环，氮在侧 链上成酰胺状态。 临床上用以治疗急性痛风，并有抑制癌细 胞生长的作用。 CH CH OH CH3 NHCH3 CH CH OH CH3 NHCH3 麻黄碱 伪麻黄碱 (1R,2S) (1S,2S) NHCOCH3 O OMe MeO MeO OMe 秋水仙碱 MeOH CS2 CuSO4 NaOH 麻 + 棕或黄色沉淀
生物碱A1ka1oids yCOO(CH2)2-NH--NH 益母草碱 益母草碱是益母草[ Leonurus heterophyllus Sweet]的有效成分,其能收缩子 宫,对动物子宫有增加其紧张性与节律性的作用。 白吡咯衍生物 由吡咯或四氢吡咯衍生的生物碱。该类生物碱种类不少,较重要的分为: 简单的吡咯衍生物、吡咯里西啶衍生物(又称双稠吡咯啶)和吲哚里西啶衍生 吡咯四氢吡咯 红古豆碱 红古豆苦杏仁酸酯 (无活性) (有活性) 1简单的吡咯衍生物:(来源于鸟氨酸) 红古豆碱( cuscohygrine)属简单的吡咯衍生物类生物碱。存在于颠茄、 莨菪、曼陀罗、山莨菪等茄科植物中。该生物碱本身无药用价值,但将其还原 成红古豆醇,再与乙酰苦杏仁酰氯反应制成红古豆苦杏仁酸酯,有类似阿托品 类药物的散瞳、抑制腺体分泌、舒张平滑肌、降压等作用。 2吡咯里西啶( pyrrolizidine)衍生物:(来源于鸟氨酸) 吡咯里西啶 野百合碱(有抗癌活性) 由一个三价氮原子形成稠合的二个吡咯啶环,故又称双稠吡咯啶。主要分 布在菊科千里光属、豆科野百合属等。如 野百合属植物农吉利[ Crotalaria sessiliflora L]中的抗癌有效成分野百合碱 ( monocrotaline)属吡咯里西啶衍生物。 共57页
生 物 碱 Alkaloids 5 共57页 益母草碱是益母草[Leonurus heterophyllus Sweet]的有效成分，其能收缩子 宫，对动物子宫有增加其紧张性与节律性的作用。 ㈡吡咯衍生物 由吡咯或四氢吡咯衍生的生物碱。该类生物碱种类不少，较重要的分为： 简单的吡咯衍生物、吡咯里西啶衍生物（又称双稠吡咯啶）和吲哚里西啶衍生 物。 1.简单的吡咯衍生物：（来源于鸟氨酸） 红古豆碱（cuscohygrine）属简单的吡咯衍生物类生物碱。存在于颠茄、 莨菪、曼陀罗、山莨菪等茄科植物中。该生物碱本身无药用价值，但将其还原 成红古豆醇，再与乙酰苦杏仁酰氯反应制成红古豆苦杏仁酸酯，有类似阿托品 类药物的散瞳、抑制腺体分泌、舒张平滑肌、降压等作用。 2.吡咯里西啶(pyrrolizidine)衍生物：（来源于鸟氨酸） 由一个三价氮原子形成稠合的二个吡咯啶环，故又称双稠吡咯啶。主要分 布在菊科千里光属、豆科野百合属等。如： 野百合属植物农吉利[Crotalaria sessiliflors L.]中的抗癌有效成分野百合碱 （monocrotaline）属吡咯里西啶衍生物。 Me HO MeO COO(CH2 ) 4 NH NH2 NH 益母草碱 N N O Me Me N N Me Me O O OCOMe 红古豆碱 红古豆苦杏仁酸酯 （无活性） （有活性） N O O N Me Me Me H OH OH O O 吡咯里西啶 野百合碱 （有抗癌活性） N H N H 吡咯 四氢吡咯