醫用化學/生物堿
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一、 概述
在生物體內成分中，含氮堿基的有機化合物，能與酸反應生成鹽類，將此類化合物稱為生物堿。它是一類存在于生物（主要是植物）體內、對人和動物有強烈生理作用的含氮的堿性物質。生物堿的分子構造多數屬于仲胺、叔胺或季胺類，少數為伯胺類。它們的構造中常含有雜環，并且氮原子在環內。生物堿常常是很多中草藥中的有效成分，例如，麻黃中的平喘成分麻黃堿、黃連中的抗菌消炎成分小檗堿（黃連素）和長春花中的抗癌成分長春新堿等。
生物堿大多數來自植物界，少數也來自動物界，如賢上腺素等。生物體內生物堿含量一般較低。至今分離出來的生物堿已有數千種，其中用于臨床的近百種。
二、生物堿的分類和命名
生物堿的分類方法有多種。較常用和比較合理的分類方法是根據生物堿的化學構造進行分類，如麻黃堿屬有機胺類，一葉萩堿、苦參堿屬吡啶衍生物類，莨菪堿屬莨菪烷衍生物類，喜樹堿屬喹啉衍生物類，常山堿屬喹唑酮衍生物類，茶堿屬嘌呤衍生物類，小檗堿屬異喹啉衍生物類，利血平、長春新堿屬吲哚衍生物類等。
生物堿多根據它所來源的植物命名，例如，麻黃堿是由麻黃中提取得到而得名，煙堿是由煙草中提取得到而得名。生物堿的名稱又可采用國際通用名稱的譯音，例如煙堿又叫尼古丁(nicotine)。
三、生物堿的一般性質
（一）一般性狀
游離的生物堿為結晶形或非結晶形的固體，也有液體，如煙堿。多數生物堿無色，但有少數例外，如小檗堿和一葉萩堿為黃色。多數生物堿味甚苦，具有旋旋光性，左旋體常有很強的生理活性。
（二）酸堿性
大多數生物堿具有堿性，這是由于它們的分子構造中都含有氮原子，而氮原子上又有一對未共享電子對，對質子有一定吸引力，能與酸結合成鹽，所以呈堿性。各種生物堿的分子結構不同，特別是氮原子在分子中存在狀態不同，所以堿性強弱也不一樣。分子中的氮原子大多數結合在環狀結構中，以仲胺、叔胺及季胺堿三種形式存在，均具有堿性，以季銨堿的堿性最強。若分子中氮原子以酰胺形式存在時，堿性幾乎消失，不能與酸結合成鹽。有些生物堿分子中除含堿性氮原子外，還含有酚羥基或羧基，所以既能與酸反應，也能與堿反應生成鹽。
（三）溶解性
游離生物堿極性較小，一般不溶或難溶于水，能溶于氯仿、二氯乙烷、乙醚、乙醇、丙酮、苯等有機溶劑，在稀酸水溶液中溶解而成鹽。生物堿的鹽類極性較大，大多易溶于水及醇，不溶或難溶于苯、氯仿、乙醚等有機溶劑；其溶解性與游離生物堿恰好相反。
生物堿及其鹽類的溶解性也有例外的情況。季銨堿如小檗堿、酰胺型生物堿和一些極性基團較多的生物堿則一般能溶于水，習慣上常將能溶于水的生物堿叫做水溶性生物堿。中性生物堿則難溶于酸。含羧基、酚羥基或含內酯環的生物堿等能溶于稀堿溶液中。某些生物堿的鹽類如鹽酸小檗堿則難溶于水，另有少數生物堿的鹽酸鹽能溶于氯仿中。
生物堿的溶解性對提取、分離和精制生物堿十分重要。
（四）沉淀反應
生物堿或生物堿的鹽類水溶液，能與一些試劑生成不溶性沉淀。這種試劑稱為生物堿沉淀劑。此種沉淀反應可用以鑒定或分離生物堿。常用的生物堿沉淀劑有：碘化汞鉀（HgI2.2KI）試劑（與生物堿作用多生成黃色沉淀）；碘化鉍鉀（BiI3.KI）試劑（與生物堿作用多生成黃褐色沉淀）；碘試液、鞣酸試劑、苦味酸試劑、苦味酸試劑分別與生物堿作用，多生成棕色、白色、黃色沉淀。
（五）顯色反應
生物堿與一些試劑反應，呈現各種顏色，也可用于鑒別生物堿。例如，釩酸銨-濃硫酸溶液與嗎啡反應時顯棕色、與可待因反應顯藍色、與莨菪堿反應則顯紅色。此外，鉬酸銨的濃硫酸溶液，濃硫酸中加入少量甲醛的溶液，濃硫酸等都能使各種生物堿呈現不同的顏色。
四、重要的生物堿
（一）煙堿
煙草中含十余種生物堿，主要是煙堿，約含2%-8%，紙煙中約含1.5%。
煙堿又名尼古丁，屬吡啶衍生物類生物堿。
煙堿有劇毒，少量對中樞神經有興奮作用，能升高血壓，大量則抑制中樞神經系統，使心臟麻痹以至死亡。幾毫克的煙堿就能引起頭痛、嘔吐、意識模糊等中毒癥狀，吸煙過多的人逐漸會引起慢性中毒。
（二）莨菪堿和阿托品
莨菪堿和阿托品屬莨菪烷衍生物類生物堿。莨菪烷的構造式如下：
莨菪堿是由莨菪酸和莨菪醇縮合形成的酯，莨菪醇是由四氫吡咯環和六氫吡啶環稠合而成的雙環構造。
莨菪堿
莨菪堿是左旋體，由于莨菪酸構造中的手性碳原子上的氫與羰基相鄰，是α活潑氫，容易發生酮式-烯醇式互變異構而外消旋。當莨菪堿在堿性條件下或受熱時均可發生消旋作用，變成消旋的莨菪堿，即阿托品。莨菪酸的互變異構現象如下：
醫療上常用硫酸阿托品作抗膽堿藥，能抑制唾液、汗腺等多種腺體的分泌，并能擴散瞳孔；還用于平滑肌痙攣、胃和十二指腸潰瘍病；也可用作有機磷、銻劑中毒的解毒劑。
除莨菪堿外，我國學者又從茄科植物中分離出兩種新的莨菪烷系生物堿，即山莨菪堿和樟柳堿。兩者均有明顯的抗膽堿作用，并有擴張微動脈，改善血液循環的作用。用于散瞳、慢性氣管炎的平喘等；也能解除有機磷中毒。其毒性比硫酸阿托品小。
（三）嗎啡和可待因
嗎啡 可待因
罌粟科植物鴉片中含有20多種生物堿，其中比較重要的有嗎啡、可待因等。這兩種生物堿屬于異喹啉衍生物類，可看作為六氫吡啶環（哌啶環）與菲環相稠合而成的基本結構。
嗎啡對中樞神經有麻醉作用，有極快的鎮痛效力，但易成癮，不宜常用。
可待因是嗎啡的甲基醚（甲基取代嗎啡分子中酚羥基的氫原子）。可待因與嗎啡有相似的生理作用，可用以鎮痛，但可待因主要用作鎮咳劑。
麻醉劑海洛因是嗎啡的二乙酰基衍生物，即二乙酰基嗎啡（兩個乙酰基分別取代嗎啡分子中兩個羥基的氫原子）。
海洛因
海洛因鎮痛作用較大。并產生欣快和幸福的虛假感覺，但毒性和成癮性極大，過量能致死。海洛因被列為禁止制造和出售的毒品。
（四）麻黃堿
麻黃堿是含于中藥麻黃中的一種主要生物堿，又叫麻黃素。一般常用的麻黃堿系指左旋麻黃堿，它與右旋的偽麻黃堿互為旋光異構體。它們在苯環的側鏈上都有兩個手性碳原子，應有四個旋光異構體，但在中藥麻黃植物中只存在（-）-麻黃堿和（+）-偽麻黃堿兩種，并且二者是非對映異構體。
麻黃堿和偽麻黃堿都是仲胺類生物堿，不具含氮雜環，因此它們的性質與一般生物堿不盡相同，與一般的生物堿沉淀劑也不易發生沉淀。
（-）-麻黃堿具有興奮中樞神經、升高血壓、擴大支氣管、收縮鼻粘膜及止咳作用，也有散瞳作用，臨床上常用鹽酸麻黃堿（即鹽酸麻黃素）治療氣喘等癥。
（五）小檗堿
小檗堿又名黃連素，存在于小檗屬植物黃柏、黃連和三顆針中，它屬于異喹啉衍生物類生物堿，是一種季銨化合物。
小檗堿（黃連素）
黃連素具有較強的抗菌作用，在臨床上常用鹽酸黃連素治療菌痢、胃腸炎等疾病。
（六）長春新堿
長春新堿又名醛基長春堿，存在于夾竹桃科植物長春花中，屬于雙聚吲哚類生物堿。
長春新堿
長春新堿對白血病、癌癥均有效，且毒性較低。
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