执业药师中药化学考试复习提纲第二节　生物碱的理化性质

第二节　生物碱的理化性质

（1）生物碱的性状和旋光性

（2）游离生物碱和生物碱盐的溶解性及其应用（3）生物碱的酸碱性，碱性强弱与化学结构的关系及其在提取分离中的应用

（4）常用生物碱沉淀试剂的名称、沉淀反应条件和阳性结果的判定及其应用

（5）生物碱显色反应

　一、性状

1.形态：多数生物碱为结晶形固体，少数为非结晶形粉末；少数小分子的生物碱为液体，其分子结构中不含氧原子或氧原子结合为酯键如烟碱、毒芹碱、槟榔碱等。少数液体状态和小分子的固体生物碱具有挥发性（麻黄碱），可用水蒸气蒸馏。　

　个别生物碱还具有升华性，如咖啡因、川芎嗪。

2.味道：多具苦味，少数呈辛辣味或具有其他味道，如甜菜碱具有甜味。　

　3.颜色：绝大多数生物碱为无色或白色，仅少数分子中具有一定的颜色，如小檗碱、蛇根碱呈黄色，药根碱、小檗红碱呈红色等。

二、旋光性

1.含有手性碳原子或本身为手性分子的生物碱都有旋光性，且多呈左旋光性。

2.生物碱的旋光性受手性碳的构型、测定溶剂、pH值、温度及浓度等的影响。如麻黄碱在水中呈右旋性，在氯仿中测定则呈左旋性；烟碱在中性条件下呈左旋性，在酸性条件下则呈右旋性；北美黄连碱在95%以上乙醇中呈左旋性，在烯乙醇中呈右旋性，在中性条件下呈左旋性，在酸性条件下呈右旋性。　

　3.生物碱的生理活性与其旋光性密切相关，通常是左旋体的生物活性显著，右旋体的生物活性弱或无活性。三、溶解性生物碱的溶解性与生物碱分子结构中氮原子的存在状态、分子大小、分子中极性基团的种类和数目以及溶剂的种类有关。

（一）游离生物碱

1.亲脂性生物碱多数具仲胺和叔胺氮原子的生物碱有较强的脂溶性，易溶于乙醚、苯和卤烃类（二氯甲烷、氯仿、四氯化碳等）等有机溶剂中，尤其在氯仿中溶解度较大；可溶于甲醇、乙醇、丙酮、乙酸乙酯等；不溶或难溶于水，但易溶于酸水。　

　2.亲水性生物碱　

　（1）季铵型生物碱这类生物碱为离子型化合物，易溶于水和酸水，可溶于甲醇、乙醇、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这类生物碱具配位键结构，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，也可溶于氯仿，如麻黄碱、烟碱等。（4）酰胺类生物碱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。

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这类生物碱称为两性生物碱，既可溶于酸水，也可溶于碱水溶液。具有酚羟基的生物碱（常称为酚性生物碱），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溶液，如槟榔次碱。

（2）具有内酯或内酰胺结构的生物碱这类生物碱在正常情况下，其溶解性类似一般叔胺碱，但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中，酸化后环合析出。如喜树碱、苦参碱等。特殊情况：如吗啡为酚性生物碱，但难溶于氯仿、乙醚；石蒜碱难溶于有机溶剂，而溶于水；喜树碱不溶于一般有机溶剂，而溶于酸性氯仿等。

（二）生物碱盐

生物碱盐一般易溶于水，可溶于甲醇、乙醇，难溶或不溶于亲脂性有机溶剂。

生物碱在酸水中成盐溶解，调碱性后又游离析出沉淀，可利用此性质提取分离生物碱。

生物碱盐在水中的溶解性因其成盐的种类不同而有差异。生物碱的无机酸盐＞>大于有机酸盐；　

　无机酸盐中含氧酸盐＞大于卤代酸盐；　

　小分子有机酸盐大＞大分子有机酸盐。　

　某些生物碱盐难溶于水，如小檗碱盐酸盐、麻黄碱草酸盐等难溶于水。 　

　四、碱性　

　碱性是生物碱的重要性质之一。生物碱因分子中氮原子上的孤对电子能接受质子而呈碱性，能与酸结合成盐，生物碱盐遇碱又可转变为游离生物碱，具有羧酸和酚羟基的生物碱具有一定的酸性。这一性质是进行生物碱提取、分离和结构鉴定的理论依据。

（一）碱性强弱的表示方法

根据Lewis酸碱电子理论，凡是能给出电子的电子供体为碱，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呈碱性。 　

　生物碱碱性强度统一用其共轭酸的酸式解离常数pKa值表示。pKa越大，该碱的碱性越强；

反之，碱性越弱。　

　根据pKa值大小，可将生物碱分为：　

　① 强碱（pKa>11），如季铵碱、胍类生物碱；

②中强碱（pKa7～11），如脂胺、脂杂环类生物碱；　

　③弱碱（pKa2～7），如芳香胺、N-六元芳杂环类生物碱；　

　④极弱碱（pKa<2），如酰胺、N-五元芳杂环类生物碱。

（二）碱性强弱与分子结构的关系生物碱的碱性强弱与其分子中氮原子的杂化方式、电子云密度、空间效应以及分子内氢键形成等有关。

1.氮原子的杂化方式

氮原子杂化程度的升高，

碱性增强，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.电性效应生物碱分子结构中的电性效应（包括诱导效应和共轭效应）能影响氮原子上电子云的分布，因而影响生物碱的碱性大小。　

　（1）诱导效应：生物碱分子中氮原子上的电子云密度受氮原子附近供电子基（如烷基）和吸电子基（如各类含氧基团、双键、苯基等）诱导效应的影响。

①供电子诱导效应使氮原子上电子云密度增加，碱性增强；

② 吸电子诱导效应使氮原子上电子云密度减小，

碱性减弱。

如麻黄碱的碱性强于去甲基麻黄碱，即是由于麻黄碱氮原子受甲基供电子的结果。而二者的碱性均弱于苯异丙胺，则是由于前二者氨基碳原子的邻位碳上羟基吸电子的结果。

并非所有的双键和羟基的诱导效应都使生物碱的碱性减小。如一些环叔胺生物碱，当环叔胺氮原子邻位具有α、β双键或α-OH时，氮原子上的未共用电子对与双键或C-O单键的电子发生转位，使叔胺碱异构成季铵碱而呈强碱性。

3.空间效应　

1.反应条件：生物碱沉淀反应一般在酸性水溶液中进行（苦味酸试剂可在中性条件下进行）。　

　1）生物碱的检识。

①苯胺型：苯胺氮原子上的孤电子对与π电子形成p-π共轭体系后，其碱性减弱。　

　如果生物碱氮原子附近取代基存在空间立体障碍，不利于其按受质子，则生物碱的碱性减弱。

　②酰胺型：酰胺氮原子上的孤电子对与羰基形成p-π共轭效应，使其碱性极弱。如胡椒碱、秋水仙碱、咖啡碱等。

（三）沉淀反应的条件和阳性结果的判定

（一）常用的生物碱沉淀试剂 　

2）生物碱的纯化：雷氏铵盐可用于沉淀、分离季铵碱。3）生物碱的定量分析，如生物碱与硅钨酸含量测定。

　五、沉淀反应　

六、显色反应

　A型题：　

某些生物碱能与一些试剂反应生成不同颜色的产物，这些试剂称为生物碱显色剂。

　1.苦参中的生物碱是　

　A.色胺吲哚类生物碱B.双吲哚类生物碱C.双稠哌啶类生物碱D.吗啡烷类生物碱E.异喹啉类生物碱【答案】C

并非所有的p-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-π共轭，且具有高度共轭稳定性，而显强碱性。

【答案】ACE

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（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。

　2.阳性结果的判断：在进行生物碱沉淀反应时，一般需采用3种以上试剂分别进行反应，如果均能发生沉淀反应，可判断为阳性结果。应该注意的是，少数生物碱不与一般的生物碱沉淀试剂反应，如麻黄碱、吗啡、咖啡碱等需用其他检识反应鉴别。

　大多数生物碱在酸水或稀醇中与某些试剂反应生成难溶于水的络合物或复盐，这一反应称为生物碱沉淀反应，这些试剂称为生物碱沉淀试剂。

　练习题：