衞生資格考點：生物鹼的鹼性與分子結構關係

生物鹼是存在於自然界(主要為植物，但有的也存在於動物)中的一類含氮的鹼性有機化合物，有似鹼的性質，所以過去又稱為贋鹼。大多數有複雜的環狀結構，氮素多包含在環內，有顯著的生物活性，是中草藥中重要的有效成分之一。具有光學活性。有些不含鹼性而來源於植物的.含氮有機化合物，有明顯的生物活性，故仍包括在生物鹼的範圍內。而有些來源於天然的含氮有機化合物，如某些維生素、氨基酸、肽類，習慣上又不屬於“生物鹼"。

　　鹼性與分子結構的關係：生物鹼的鹼性強弱與氮原子的雜化度、誘導效應、誘導-場效應、共軛效應、空間效應以及分子內氫鍵形成等有關。

1)氮原子的雜化度：生物鹼分子中氮原子孤電子對處於雜化軌道中，其鹼性強度隨雜化度升高而增強，即sp3>sp2>sp。

2)誘導效應：生物鹼分子中氮原子上電荷密度受到分子中供電基(如烷基等)和吸電基(如芳環、酰基、醚鍵、雙鍵、羥基等)誘導效應的影響。供電基使電荷密度增多，鹼性變強;吸電基則降低電荷密度，

如：鹼性強弱次序是：二甲胺(pKa10.70)>甲胺(pKa10.64)>氨(pKa9.75)。顯然，甲基的供電性使二甲胺鹼性稍強些。

3)誘導-場效應：生物鹼分子中同時含有兩個氮原子時，即使其處境完全相同，鹼度總是有差異的。一旦第一個氮原子質子化後，就產生一個強的吸電基團。此時，它對第二個氮原子產生兩種鹼性降低效應：誘導效應和靜電效應。前者通過碳鏈傳遞，且隨碳鏈增長而漸降低。後者則通過空間直接作用，故又稱為直接效應。二者可統稱為誘導-場效應。若此時強的吸電基和第二個氮原子在空間上接近時，則直接效應對其鹼度的影響就更顯著。若空間上相距較遠，彼此受誘導-場效應的影響較小。

4)共軛效應：若生物鹼分子中氮原子孤電子對成p-p共軛體系時，通常情況下，其鹼性較弱。生物鹼中常見的p-p共軛效應主要有三種類型：苯胺型、烯胺型和酰胺型。

①苯胺型：苯胺氮原子上孤電子對與苯環p-電子成p-p共軛體系，鹼性(pKa4.58)比相應的環己胺(pKa10.14)弱的多。

②烯胺型：通常烯胺化合物存在以下平衡：

③酰胺型：若氮原子處於酰胺結構中，由於氮原子孤電子對與酰胺羰基的p-p共軛效應，其鹼性很弱。

注意：氮孤電子對和共軛體系中p電子產生p-p共軛的立體條件必須是二者的p-電子軸共平面。否則，這種共軛效應減弱或消失，都將使鹼性增強。

5)空間效應：儘管質子的體積較小，但生物氮原子質子化時，仍受到空間效應的影響，使其鹼性增強或減弱。

6)分子內氫鍵形成：分子內氫鍵形成對生物鹼鹼性強度的影響頗為顯著。

對具體化合物，上述幾種影響生物鹼鹼性強度的因素，必須綜合考察。一般來説，空間效應和誘導效應共存時，前者居於主導地位。誘導效應和共軛效應共存時，往往後者的影響為大。此外，除分子結構本身影響生物鹼的鹼性強度外，外界因素如溶劑、温度等也可影響其鹼性強度。