生物碱的理化性质

1．生物碱的性状、旋光性

（1）多数生物碱呈结晶形固体，有些为非晶形粉末，而少数是液体，如烟碱（分子中无氧原子）、槟榔碱（氧原子结合为酯键）等。个别液体生物碱以及某些生物碱如麻黄碱等，常压下可随水蒸气蒸馏而逸出（2006，2008年）。

（2）生物碱多具苦味。

（3）绝大多数生物碱呈无色状态，仅少数具有高度共轭体系结构的生物碱显种种颜色。如小檗碱（黄色）、药根碱（红色）、利血平（可见光无色，紫外光下显荧光）。

（4）旋光性：大多数生物碱具有手性碳原子且结构不对称，因而具有旋光性。某些情况下，生物碱的旋光性易受pH、溶剂等因素影响。如麻黄碱在氯仿中呈左旋光性，但在水中，则变为右旋光性。生物碱的生理活性与其旋光性密切相关。一般地，左旋体呈显著的生理活性，而右旋体则无或很弱。如l-莨菪碱的散瞳作用大于d-莨菪碱的100倍。去甲乌药碱仅l-体具有强心作用。与此相反，少数生物碱如d-古柯碱的局部麻醉作用则大于l-古柯碱。

2．溶解性及其应用生物碱及其盐类的溶解度与其分子中N原子的存在形式、极性基团的有无、数目以及溶剂等密切有关。

（1）游离生物碱

①亲脂性生物碱：大多数仲胺和叔胺生物碱具有亲脂性，溶于亲脂性有机溶剂（如氯仿、乙醚），可溶于醇类溶剂，难溶于水。

②亲水性生物碱（2011年）

a．季铵型生物碱（2008，2010年）：难溶于亲脂性有机溶剂，可溶于醇类溶剂，易溶于水、酸水、碱水。

b．含N-氧化物的生物碱：具配位键结构，可溶于水，如氧化苦参碱等（2006年）。

c．一些小分子生物碱：既可溶于水，也可溶于氯仿，如麻黄碱、烟碱、苦参碱等。

d．酰胺类生物碱：可在水中形成氢键，有一定溶解度，如秋水仙碱、咖啡碱等。

③特殊官能团的生物碱

a．具有酚羟基或羧基的生物碱，称为两性生物碱，可溶于酸水和碱水，如吗啡、槟榔次碱。

b．具有内酯（或内酰胺）结构的生物碱：可溶于热苛性碱溶液，如喜树碱、苦参碱。

（2）生物碱盐类：除了在乙醇中也能溶解外，其他溶解性能恰与生物碱相反。由于这一性质，可以使生物碱溶解在酸性溶液中（生物碱遇酸即结合成盐而溶于水中），如果在这酸性溶液中加碱至碱性，生物碱盐类就会成为游离生物碱而自水溶液中析出。生物碱的这一溶解性能常在制取含生物碱类的中草药药物时，用于提取、分离与精制。

3．生物碱的碱性、碱性强弱的影响因素及在提取分离中的应用

（1）生物碱的碱性表示方法：分别用酸式离解指数pKa和碱式离解指数pKb表示。

pKb值越小，酸性越大；相反，pKa值越大，碱性越强。为统一强度标准，碱性强度也用pKa值表示。

pKa＝pKw－pKb＝14－pKb

（2）碱性强弱与生物碱分子结构的关系：生物碱的碱性强弱与氮原子的杂化度、诱导效应、共轭效应、空间效应以及分子内氢键形成等有关。

①氮原子的杂化度：生物碱分子中氮原子孤电子对处于杂化轨道中，其碱性强度随杂化度升高而增强，即sp3＞sp2＞sp。

②电性效应与碱性的关系

a．诱导效应：生物碱分子中氮原子上电荷密度受到分子中供电基（如烷基等）和吸电基（如芳环、酰基、醚氧、双键、羟基等）诱导效应的影响。供电基使电荷密度增多，碱性变强；吸电基则降低电荷密度，碱性减弱。

b．共轭效应：若生物碱分子中氮原子孤电子对成p-π共轭体系时，通常情况下，其碱性较弱。生物碱中常见的p-π共轭效应主要有苯胺型和酰胺型。

c．空间效应：尽管质子的体积较小，但生物碱氮原子质子化时，仍受到空间效应的影响，使其碱性增强或减弱。甲基麻黄碱（pKa 9.30）碱性弱于麻黄碱（pKa 9.56），原因是甲基的空间位阻。

d．分子内氢键形成：分子内氢键形成对生物碱碱性强度的影响颇为显著。如麻黄碱的碱性小于伪麻黄碱。对具体化合物，上述几种影响生物碱碱性强度的因素，必须综合考察。一般来说，空间效应和诱导效应共存时，前者居于主导地位。诱导效应和共轭效应共存时，往往后者的影响为大。一般，生物碱的碱性大小为：季胺＞仲胺＞伯胺＞叔胺＞芳香胺＞酰胺（2011年）。

（3）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。

4．生物碱沉淀反应

（1）常用生物碱沉淀试剂的名称（2011年）：有碘化铋钾试剂（Dragendorff's reagent）、改良的碘化铋钾试剂、碘-碘化钾试剂（Wagner's reagent）、碘化汞钾试剂（Mayer's reagent）和硅钨酸试剂（Bertrad's reagent）等。

（2）沉淀反应条件和阳性结果的判定及其应用

①反应条件：稀酸水中进行。

②反应特征：加碘化铋钾生成黄色至橘红色无定型沉淀（2008，2012年）；加碘化汞钾试剂生成类白色沉淀；加碘-碘化钾试剂产生红棕色无定型沉淀；加硅钨酸试剂生成淡黄色或灰白色无定型沉淀；加饱和苦味酸试剂生成黄色沉淀或结晶；加雷氏铵盐试剂生成红色沉淀或结晶。

③阳性结果判断：应用三种以上沉淀试剂分别进行反应，如均能发生沉淀反应，可判断为阳性。麻黄碱、咖啡碱需用其他检识反应鉴别，在生物碱的检识中还应注意假阳性结果的排除。

④沉淀反应的应用：生物碱沉淀反应主要用于检查中药或中药制剂中生物碱的有无，在生物碱的定性鉴别中，这些试剂可用于试管定性反应，或作为薄层色谱或纸色谱的显色剂（常用碘化铋钾试剂）。另外，在生物碱的提取分离中还可作为追踪、指示终点。

5．显色反应 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。

常用的显色剂有：Mandelin试剂、Macquis试剂、Frohde试剂。显色反应可用于检识生物碱或区别某些生物碱。