H O NH2 CO2H N CO2H HN O H
H N C R' C
O N Me CO2 H CH3
2 协同
3
Me
4
CH3
N-甲基吡咯亚胺盐 (希夫碱) 非协同
6
二、生物合成

（3） 曼尼希氨甲基化 (Mannich反应) 醛（A）、胺（一级胺、二级胺或氨，B）和负碳离子（含活泼氢的化合物，C） 发生缩合反应，生成活泼氢被氨甲基取代的产物，该产物称为曼尼希碱（D）
R H H 2X R C COO X R C COOH 分子内（间） ATP or CoA NH2 NH2 O H N N H O R
二、生物合成



（2） 希夫碱 (Schiff’s Base)形成 含氨基和羰基化合物易发生亲核加成反应，脱水生成希夫碱。 伯胺：协同反应 H H H H H H H2O . C R' 加成 R N C R' R .. N C R' N 仲胺：非协同反应 R H R + - + O H OH O H 范围：吡咯、哌啶、 胺 羰 + 乙酰 吡咯里西丁、 协同 乙酸 喹诺里西丁。 + N
H2N

H2N
COOH
N R
（1）简单的吡咯类
O N
红古豆碱
N
N
COO
水苏碱
三、结构分类
O
CH3 OH CH3 O H OH CH3 O H
8 1
O

（2）吡咯里西丁 （3）托品烷类
O H +N NHCH3 N-甲基吡咯 亚胺盐 Mannich缩合 COSCoA + N CH3 CH3 O Mannich缩合 CH3
CH3
N COOCH3 H
CH3
N COSCoA
H O O C C OH OH
茛菪碱 等
OH

OOC H

樟柳碱
可卡因
三、结构分类

3.3 哌啶类（piperidines）生物碱（来源于赖氨酸）
H2N H2N

COOH
N H
（1）简单的哌啶类
三、结构分类

（2）吲哚里西丁类 （indolizidines）
碱 来源于异戊烯
来源于萜类
1 简单的有机胺类
HO CH3 C H C H NHCH3

C HO H C
CH3 H NHCH3
CH3O CH3O OH NH CH3

麻黄碱
ephidrine
伪麻黄碱
pseudo-ephidrine (康泰克)
四氢异喹啉类
三、结构分类

3.2 吡咯类生物碱（Pyrrolidine alkaoids）（来源于鸟氨酸）

环状化合物：排除无环的胺和酰胺类
神经酰胺
一、概述

（1）在离子化合物中氧化值等于离子的电荷数。如 NaCl 中的Na 为+1，Cl为-1。
O N

（2）在共价键化合物中氧化值等于共价键中电子对的偏向值。如
H-O-H中氧的氧化值为-2，氢的氢化值为+1。
N O

例如：氮氧化物
N
O 的总的氧化态为0，氧的氧化态为 -2，
（1）氨基酸途径
与生物碱合成有关的氨基酸主要有：鸟氨酸、脯氨酸、赖氨酸、苯丙氨酸、酪
氨酸、色氨酸、邻氨基苯甲酸、组氨酸和烟酸等。
二、生物合成

（2）甲戊二羟酸（MVA）途径 生合成萜类生物碱和甾体类生物碱
OH O N HO O O
乌头碱
O OBz OH
HO H H
H N OH H
OAc
H OH
O O H 赖氨酸
1
N
CO2H H2N 1) 脱羧
+ N - 哌啶亚胺盐
N H 一叶萩碱
2) 缩合 HO 酪氨酸
一叶萩碱类生源关系
三、结构分类

（3）喹诺里西丁类 (quinolizidines) 生物碱
N
O NH2 N
赖氨酸
NH2 N
戊二胺 苦参碱
三、结构分类
OH

3.4 喹 啉 类 （Quinolines） （来源于邻氨 基苯甲酸或色 氨酸）
三个炭氮键的氧化态为+3，氮的氧化态则为：-2+3+X= 0

X= -1
例如：季铵
N OH 四个炭氮键 +4，OH为 -1 氮的氧化态为 -3
一、概述


1.2 存在形式
（1）游离生物碱 少数碱性极弱的生物碱 那碎因 和 那可丁 等以游离形式存在 （2）生物碱盐 大多数生物碱以盐的形式存在。成盐的酸有草酸、柠檬酸、硫酸、盐酸、硝 酸等。 O
三、生物碱的结构分类


分类方法
1）按来源分类：麻黄生物碱、鸦片生物碱


2）化学分类法：托品烷生物碱，异喹啉生物碱等
3）生源结合化学分类法：来源于鸟氨酸的吡咯类生物碱
三、结构分类
来源于氨基酸 生
物
1．吡咯类 来源于鸟氨酸 2．吡咯里西丁类 3．托品烷类 4. 哌啶类 来源于赖氨酸 5. 吲哚里西丁类 6. 喹诺里西丁类 7. 喹啉类 来源于邻氨基苯甲酸 8. 吖啶酮类 9. 简单苯丙胺类 10. 四氢异喹啉类 来源于苯丙氨酸/酪氨酸－ 11. 苄基四氢异喹啉类生物碱 12. 苯乙基四氢异喹啉类生物碱 13. 苄基苯乙胺类生物碱 14. 吐根碱类生物碱 15. 简单吲哚碱类 来源于色氨酸 16. 简单β -卡波林类 17. 半萜吲哚碱类 18. 单萜吲哚碱类 19. 单萜生物碱 20. 倍半萜生物碱 21. 二萜生物碱 22. 三萜生物碱 23. 孕甾烷(C21)生物碱 24．环孕甾烷(C24)生物碱 25．胆甾烷(C27)生物碱
浙贝母碱
二、生物合成

2.生物碱生合成的基本原理 环合反应，C-N键、C-O键和C-C键的形成和裂解反应以及某些重排、取代基 的形成、增减、消除和转化等。


2.1 环合反应（cyclization reaction）
2.1.1 一级合环反应（primary cyclization reaction）----- 形成N-杂环的反应 （1）内酰胺的形成（主要是肽类生物碱的生合成）
1817-1827年 派勒蒂埃(Pelletier P.J.)/ 卡云图(Caventou J.B.): 吐根碱 (emetine, 1817)，马钱子碱 (brucine, 1817)， 士的宁 (strychnine, 1819)，金鸡纳碱 (cinchonine, 1820)， 奎宁、秋水仙碱、可尼因、蒂巴因 (thebaine, 1835)


b. C-C键迁移-再芳 香化 以二烯酮 (醇)重排 过程为例说明重排 机理 这两种重排机理普 遍存在于苄基四氢 异喹啉类生物碱的 生合成中
R
1
R
2
R1 R H
2 1
H R
R
2
R 1) H+ 2) R1
2
+
迁移
R
1
芳香化
OH
a
R
1
O
O +
H
OH
b
R
2
c
R1 1) R
1
d
R
2
R
2
R1 H
N H
HO C C H H HN
鸦片中的吗啡碱 麻黄中的麻黄碱
HO
O
吗啡碱
OH
麻黄碱


喜树中的喜树碱
黄连中的小檗碱
N N
O
O O N O O
小檗碱

结构多样性和生
物活性多样性
HO
喜树碱
O O
一、概述

1.1 定义 原定义
生物碱是指天然的，含氮的有机化合物，除了简单的胺类，甜菜因类，氨基
酸类，蛋白质，核酸，核苷和维生素类。

在生物碱的曼尼希缩合反应中提供负碳离子的常为芳香碳
色氨酸
harmanine
二、生物合成

（4） 加成反应 亲核氨基与芳香或醌类体系中亲电中心发生加成，氮与芳环连接，然后脱一分 子氢
O OH O OH
NH2 H

OH
N H
OH
氨基和羰基反应体是生物碱生合成中最重要的形成氮杂环体系的前体物 希夫碱形成和曼尼希缩合所需的醛类以及酶的催化作用则是关键因素
△1-吡咯亚胺盐
托品烷
二、生物合成


2.2 C－N 键的裂解 （1）内酰胺开环 仲胺可通过氧化转化成内酰胺，再进行 C-N 裂解发生开环。 具有氧氮-混合缩酮结构的化合物也容易开环裂解 C-N 键，且反应是可逆的。
N
HO N
O
H N
HO
physoperuvine
二、生物合成

(2) Hofmann（a,b） 降解和 von Braun(c) 降解
O Me O MeO O N Me
HO 2
15
HO 14
MeO OMe
HO
MeO OMe
CO2H
厚朴碱
罂粟碱
去甲乌药碱
那碎因
[A. 苄基四氢异喹啉类]
三、结构分类

（2）双苄基四氢异喹啉类
OMe Me N H OR O O OMe OMe OMe MeO N Me H MeN H OMe OMe MeO MeO N Me H
HO
COOH
N
N H
O
NH2
N
O N N O