生物堿是指一類來源於生物界（以植物為主）的含氮有機化合物，多數生物堿分子具有較複雜的環狀結構，且氮原子在環狀結構內，大多呈堿性。一般具有生物活性。
有些生物堿並不完全符合上述生物堿的含義，如麻黃堿的氮原子不在環內，咖啡堿不呈堿性。有些來源於生物界的含氮衍生物又不屬於生物堿的範疇，如氨基酸、氨基糖、肽、蛋白質、維生素等。
第一節基本內容
生物堿的分類及結構特征
【考點1】生物堿在動、植物界的分布及存在情況
1.分布生物堿主要分布在植物界，其分布的一般規律是：
（1）絕大多數生物堿分布在高等植物中，如毛茛科、罌粟科、防己科、茄科、夾竹桃科、芸香科、豆科、小檗科等。
（2）極少數生物堿分布在低等植物中，如煙堿存在於蕨類植物。
（3）科屬親緣關係相近的植物，常含有相同結構類型的生物堿。
（4）生物堿在植物體內多數集中分布在某一部分或某些器官。
2.存在狀態
（1）絕大多數生物堿與共存的有機酸結合成生物堿鹽。
（2）個別生物堿與無機酸結合成鹽。
（3）少數堿性極弱的生物堿在植物體內呈遊離狀態，如鴉片中的那可汀堿。
（4）極少數生物堿在植物體內以酯或苷的狀態存在。
【考點2】吡啶類、莨菪烷類、異喹啉類、吲哚類和有機胺類生物堿的結構特征
1.吡啶類
（1）簡單吡啶類：結構簡單，很多呈液態。如檳榔堿、檳榔次堿、煙堿等。
（2）雙稠呱啶類：由兩個呱啶環共用一個氮原子稠合而成的雜環，具喹諾裏西啶的基本母核。如苦參堿等。
2.莨菪烷類由莨菪烷衍生的氨基醇和不同有機酸縮合成酯。如莨菪堿、古柯堿等。
3.異喹啉類
（1）簡單異喹啉類：具有異喹啉或四氫異喹啉的基本母核。
（2）苄基異喹啉類：異喹啉母核上連有苄基。
①1-苄基異喹啉類：如罌粟堿、厚樸堿等。
②雙苄基異喹啉類：如漢防己堿等。
③原小檗堿類：如小檗堿、延胡索乙素等。
④嗎啡烷類：如嗎啡、可待因等。
4.吲哚類
由色氨酸衍生而成，具有吲哚的基本母核。
如吳茱萸堿、馬錢子堿、士的寧、長春堿、長春新堿、利血平等。
5.有機胺類氮原子不在環內，如麻黃堿、秋水仙堿、益母草堿等。
第二節生物堿的理化性質
基本理化性質
【考點1】生物堿的性狀和旋光性
1.生物堿的性狀
（1）形態：多數生物堿呈結晶形固體，少數生物堿為液體狀態。液體生物堿分子中多無氧原子，或氧原子結合為酯鍵，如煙堿、檳榔堿等；個別具有揮發性，如麻黃堿；極少數生物堿具有升華性，如咖啡因、川芎嗪。
（2）味道：大多數生物堿具苦味，少數生物堿具有其他味道，如甜菜堿具有甜味。
（3）顏色：絕大多數生物堿無色或白色，僅少數具有較長共軛體係結構的生物堿呈不同顏色。如小檗堿為黃色，藥根堿為紅色。
2.生物堿的旋光性
（1）凡是具有手性碳原子或本身為手性分子的生物堿，則具有旋光性，反之則無。如小檗堿沒有旋光性。
（2）生物堿的旋光性受溶劑、pH等因素的影響。
（3）生物堿的生理活性與其旋光性有關，通常左旋體的生理活性比右旋體強。
【考點2】遊離生物堿和生物堿鹽的溶解性及應用
1.生物堿的溶解性
（1）親脂性生物堿：絕大多數叔胺堿和仲胺堿屬於親脂性生物堿。易溶於乙醚、苯、鹵代烷類等親脂性有機溶劑，尤其在氯仿中的溶解度較大；可溶於甲醇、乙醇、丙酮、醋酸乙酯等有機溶劑；難溶或不溶於水，易溶於酸水。
（2）親水性生物堿：①季銨型生物堿：易溶於水和酸水，可溶於甲醇、乙醇、正丁醇等極性大的有機溶劑，難溶於親脂性有機溶劑。②小分子生物堿：少數分子量較小而堿性較強的生物堿既可溶於水，又可溶於氯仿。如麻黃堿、煙堿等。③生物堿N-氧化物：具配位鍵結構，可溶於水。如氧化苦參堿等。④酰胺類生物堿：酰胺在水中可形成氫鍵，在水中有一定溶解度。如秋水仙堿、咖啡堿等。
（3）具有特殊官能團的生物堿：①具酚羥基或羧基的生物堿（兩性生物堿）：可溶於酸水和堿水，如嗎啡、青藤堿等。具酚羥基者可溶於氫氧化鈉等強堿性溶液，如嗎啡；具羧基者可溶於碳酸氫鈉溶液，如檳榔次堿。②具內酯或內酰胺結構的生物堿：在正常情況下，其溶解性類似一般叔胺堿。但在強堿溶液中加熱，可開環形成鹽而溶於水。如喜樹堿、苦參堿等。
2.生物堿鹽的溶解性
（1）一般易溶於水，可溶於醇類，難溶或不溶於親脂性有機溶劑。
（2）生物堿鹽溶解性因成鹽的種類不同而有差異：一般無機酸鹽的水溶性大於有機酸鹽；無機酸鹽中含氧酸鹽的水溶性大於鹵代酸鹽；在有機酸鹽中，小分子有機酸或多羥基酸鹽的水溶性大於大分子有機酸鹽。
（3）個別生物堿鹽的溶解性不符合一般規律。如小檗堿的鹽酸鹽、麻黃堿的草酸鹽難溶於水等。
3.應用可用於生物堿及其鹽的提取分離。詳見本章第三節。
【考點3】生物堿的酸堿性、堿性強弱與化學結構的關係及其在提取分離中的應用
1.生物堿的酸堿性
（1）生物堿分子中都含有氮原子，通常顯堿性，能與酸結合成鹽。
（2）生物堿的堿性一般用其共軛酸的酸式解離常數pKa值表示。pKa值大，堿性強；pKa值小，堿性弱。
（3）一般認為：生物堿pKa＜2為極弱堿，pKa2～7為弱堿，pKa7～11為中強堿，pKa＞11為強堿。
2.堿性強弱與分子結構的關係
（1）氮原子的雜化方式：氮原子的雜化方式與堿性強弱的關係表現為sp3氮＞sp2氮＞sp氮。
（2）電效應：增大氮原子未共用電子雲密度，則堿性增強，反之則堿性減弱。
誘導效應：①如果生物堿分子結構中氮原子附近存在供電子基團，能使氮原子電子雲密度增強，則堿性增強。常見的供電子基團為烷基。②如果生物堿分子結構中氮原子附近存在吸電子基團或原子，其吸電子誘導效應使生物堿的堿性減弱。常見的吸電子基團有苯基、羰基、酯基、醚基、羥基和雙鍵等。
共軛效應：生物堿分子結構中氮原子的孤電子對處於p-π共軛狀態時，其堿性較未形成共軛的氮原子的堿性弱。常見的p-π共軛效應主要有苯胺型、烯胺型和酰胺型3種類型。①苯胺型：堿性降低，如毒扁豆堿。②烯胺型：可使堿性減弱或增強，如蛇根堿、小檗堿具有強堿性。③酰胺型：堿性極弱，如胡椒堿、秋水仙堿、咖啡堿等。在共軛體係中，當氮原子上孤電子對與供電子基共軛時，則使生物堿的堿性增強。例如含胍基的生物堿大多呈強堿性。
（3）空間效應：若生物堿的空間環境不利於氮原子接受質子，其堿性減弱。如甲基麻黃堿堿性弱於麻黃堿，東莨菪堿堿性弱於莨菪堿。
（4）氫鍵效應：若生物堿分子結構中氮原子附近存在羥基、羰基等取代基團，可與生物堿共軛酸分子中的質子形成分子內氫鍵，導致該生物堿的共軛酸穩定性增加，堿性增強。如偽麻黃堿的堿性強於麻黃堿。
【考點4】常用生物堿沉澱試劑的名稱、沉澱反應條件和陽性結果的判定及其應用
1.沉澱試劑大多數生物堿在酸水或稀醇中能與某些試劑反應生成難溶於水的複鹽或分子絡合物，這些試劑稱為生物堿沉澱試劑。包括碘化物複鹽、重金屬鹽和大分子酸類等。
常見的生物堿沉澱試劑有碘-碘化鉀試劑、碘化鉍鉀試劑、碘化汞鉀試劑等。
2.沉澱反應條件
（1）反應環境：生物堿沉澱的反應一般在稀酸水溶液中進行。
（2）淨化處理：共存的蛋白質、多肽、鞣質等成分也能與生物堿沉澱試劑發生沉澱反應。為了避免其幹擾，可將酸水液經堿化後用氯仿萃取，除去水溶性幹擾成分，然後用酸水從氯仿中萃取出生物堿，再以此酸水液進行沉澱反應。
3.結果判斷
（1）一般需選用3種以上的沉澱試劑進行反應，如果均有生物堿的沉澱反應，可判斷為陽性結果。
（2）假陰性：少數生物堿不能與一般生物堿沉澱試劑產生沉澱反應。如麻黃堿、咖啡堿與多數生物堿沉澱試劑不能發生沉澱反應。
（3）假陽性：中藥中有些非生物堿類物質也能與生物堿沉澱試劑產生沉澱反應，如蛋白質、多肽、氨基酸、鞣質等。
4.應用
（1）檢識反應。
（2）指導生物堿的提取分離。
（3）生物堿的分離純化。
（4）薄層或紙色譜的顯色劑。
【考點5】生物堿顯色反應
某些生物堿能與一些特定試劑反應生成不同顏色的產物，稱為生物堿的顯色反應，所用試劑稱為生物堿顯色試劑。如：
1. Marquis試劑為含少量甲醛的濃硫酸溶液，嗎啡顯紫紅色，可待因顯藍色。
2. Frohde試劑為1%鉬酸鈉的濃硫酸溶液，嗎啡顯紫色漸轉棕色，小檗堿顯棕綠色，利血平顯黃色漸轉藍色，烏頭堿顯黃棕色。