天然药物化学 第六章 萜类和挥发油.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第六章,萜类和挥发油,terpenoids and volatile oils,卫生部规划教材,天然药物化学（第五版）,一、概述,(,萜的含义和分类,),二、萜类的结构类型及重要代表物,三、萜类化合物的理化性质,四、萜类化合物的,提取分离,五、萜类化合物的检识与结构测定,六、挥发油,第六章 萜类和挥发油,萜类化合物（,Terpenoids,）,是一类骨架多样、数量庞大、生物活性广泛的一类重要的天然药物化学成分。,从化学结构看，它是异戊二烯的聚合体及其衍生物，其骨架一般以五个碳为基本单位，少数也有例外。,一、萜的含义和分类,一、萜的含义和分类,大量的实验研究证明，甲戊二羟酸（,Mevalonic,acid,MVA,）（而不是异戊二烯）是萜类化合物生源途径中最关键的前体物。,因此，一般认为，凡由甲戊二羟酸衍生、且分子式符合（,C,5,H,8,)n,通式的衍生物均称为萜类化合物。,目前仍沿用经典的,Wallach,的异戊二烯法则（,isoprene rule,），按异戊二烯单位的多少进行分类。,如,:,单萜、倍半萜、二萜等，,同时再根据各萜类分子结构中碳环的有无和数目的多少，进一步分为链萜、单环萜、双环萜、三环萜、四环萜等，例如,:,链状二萜、单环二萜、双环二萜、三环二萜、四环二萜。,萜类多数是含氧衍生物，所以萜类化合物又可分为醇、醛、酮、羧酸、酯及苷等萜类。,一、萜的含义和分类,二,、,萜类,化合物的生源学说,1.,经验异戊二烯法则（,empirical isoprene rule,）,Wallach,总结了大量此类实验结果后，于,1887,年提出了异戊二烯法则，认为萜类的碳架是由异戊二烯单位以头,-,尾或非头,-,尾顺序相连而成，都是异戊二烯的聚合体或其衍生物。,.,生源异戊二烯法则（,biogenetic isoprene rule,）,萜类化合物的形成起源于葡萄糖；葡萄糖在酶的作用下,产生乙酰辅酶,A,，乙酰辅酶,A,与乙酰乙酰辅酶,A,生成,3-,羟基,-3-,甲基戊二酸单酰辅酶,A,后者还原生成,MVA,，它经,ATP,作用、再经脱羧、脱水形成焦磷酸异戊烯酯,(IPP),，可互变异构化为焦磷酸,，,-,二甲基丙烯酯,(DMAPP),。,本章主要介绍单萜、倍半萜、二萜、二倍半萜等萜类以及挥发油类化合物。,一、萜的含义和分类,二、萜类的结构类型及代表性化合物,三、萜类化合物的理化性质,四、萜类化合物的化学性质,五、萜类化合物的提取分离,六、挥发油,第六章 萜类和挥发油,一,、单萜,单萜类（,monoterpenoids,）,是由,2,个异戊二烯单位构成、含,10,个碳原子的化合物类群,，广泛分布于高等植物的腺体、油室和树脂道等分泌组织中，是,植物挥发油的主要组成成分,，在昆虫激素及海洋生物中也有存在。,它们的含氧衍生物多具有较强的生物活性和香气，是医药、化妆品和食品工业的重要原料。单萜以,苷的形式存在时，不具有挥发性，不能随水蒸气蒸馏出来。,第二节 萜类的结构类型及重要代表物,单萜类化合物可分为链状型和单环、双环等环状型两大类，其中以单环和双环型两种结构类型所包含的单萜化合物最多。,构成的碳环多为六元环，也有五元环、四元环和七元环。,1,、单萜,（,1,）开链单萜,二、萜类的结构类型及重要代表物,（,2,）,环状单萜,二、萜类的结构类型及重要代表物,芍药苷（,paeoniflorin,）,是从芍药,paeonia,albiflora,根中得到的,蒎烷单萜苦味苷,，对小鼠显示有镇静、镇痛及抗炎等药理作用。近年报道芍药苷具有防治老年性痴呆的生物活性。,卓酚酮类化合物是一类变形的单萜，它们的碳架不符合异戊二烯定则，该类化合物多具有抗菌活性，但同时多有毒性。,二、环烯醚萜类（,iridoids,）,（一）概述,它是,一类特殊的单萜，多与糖结合形成苷。,环烯醚萜类化合物在中草药中分布较广，在玄参科、茜草科、唇形科及龙胆科中较为常见，有多种生理活性（利胆、健胃、降糖、抗菌消炎等），目前发现的已达,900,余种。,环烯醚萜（,iridoids,），,含有环戊烷结构单元，,包括,含有取代环戊烷环烯醚萜（,iridoids,）,和,环戊烷开裂的裂环环烯醚萜（,secoiridoids,）,两种基本碳架。,环烯醚萜苷类,苷元结构特点为,C,1,多连羟基,，并多成苷，且多为,-D-,葡萄糖苷,，,且大多为单糖苷，,常有双键存在，一般为,3,（,4,）,，,C,5,、,C,6,、,C,7,有时连羟基，,C,8,多连甲基或羟甲基或羟基，,C,7-8,有时具环氧醚结构。,梓醇（,catalpol,）,又称梓醇苷，是地黄中降血糖作用的主要有效成分。梓苷（,catalposide,）,的药理作用与梓醇相似。桃叶珊瑚苷（,aucubin,）,是车前草清湿热、利尿的有效成分。,裂环环烯醚萜苷,其苷元结构特点为,C,7,-C,8,处断键成裂环状态,。裂环环烯醚萜苷在龙胆科、睡菜科、忍冬科、木犀科等植物中分布较广，在龙胆科的龙胆属及獐牙菜属分布更为普遍。,龙胆苦苷 龙胆碱,龙胆苦苷,在龙胆（,Gentiana,scabra,）、当药（,Swertia,pseudochinensis,）及獐牙菜（青叶胆）（,Swerte,mileensis,）等植物中均有存在，是,龙胆的主要有效成分和苦味成分，味极苦，将其稀释至,1:12000,的水溶液，仍有显著苦味。龙胆苦苷在氨的作用下可转化成龙胆碱。,（二）理化性质,1.,性状,简单的环烯醚萜类成分一般为,液体或低熔点固体,；环烯醚萜,苷,和裂环烯醚萜苷为白色结晶体或无定形粉末，具有,吸湿性,。这类成分均有,苦味,，分子结构中,C-1,、,C-5,和,C-9,多形成手性碳原子,，故均具旋光性。,2.,溶解性,这类化合物分子量一般较小，且大多连有极性官能团，虽然环烯醚萜类较环烯醚萜苷的极性小，但两类成分,均能溶于水,、甲醇、乙醇、正丁醇，难溶于氯仿、乙醚、苯等亲脂性有机溶剂。环烯醚萜苷的亲水性较其苷元的亲水性更强。,3.,化学性质,这类成分的分子结构中具有,半缩醛羟基,，性质很活泼，能与一些试剂产生颜色反应，可用于环烯醚萜及其苷的鉴别。,酸水解反应,环烯醚萜苷对酸很敏感，其,苷键,极易被,酸水解,，产生的苷元很不稳定，容易发生,聚合,反应，生成的苷元为半缩醛结构，其化学性质活泼，容易进一步聚合，难以得到结晶性的苷元。,在不同水解条件下（温度、酸度等），产生不同颜色的变化或沉淀,。,例如，桃叶珊瑚苷、车叶草苷、梓苷等水解、聚合产生棕黑色树脂状聚合物沉淀，中药,玄参、地黄、梓实,等炮制加工变黑，均由这类成分引起的反应。,冰乙酸,-,铜离子反应,将样品溶于冰乙酸，加入少量的铜离子试液，加热后即产生蓝色反应。,2,、倍半萜,倍半萜类（,sesquiterpenoids,）,是由,3,个异戊二烯单位构成、含,15,个碳原子的化合物,类群。倍半萜主要分布在植物界和微生物界，多以,挥发油,的形式存在，在植物中多以醇、酮、内酯或苷的形式存在，亦有以生物碱形式存在。,倍半萜类化合物按其结构,碳环数,分为无环、单环、双环、三环、四环型倍半萜；按构成环的,碳原子数,分为五元环、六元环、七元环等；也有,按含氧官能团,分为倍半萜醇、醛、酮、内酯等。,二、萜类的结构类型及重要代表物,（,1,）无环倍半萜,金合欢烯，存在于枇杷叶、生姜等的挥发油中，,构型体存在于藿香、啤酒花和生姜挥发油中。金合欢醇在橙花油、香茅中含量较多，为重要的高级香料原料。橙花醇具有苹果香，是橙花油中的主要成分之一。,二、萜类的结构类型及代表性化合物,（,2,）,环状倍半萜,青蒿素,（,qinghaosu,artemisinin,）,是倍半萜过氧化物，是从中药青蒿（,黄花蒿,Artemisia,annua,L.,）,中分离到的抗恶性疟疾的有效成分。曾对它的结构进行了修饰，合成大量衍生物，从中筛选出具有抗疟效价高、速效、低毒等特点的,双氢青蒿素（,dihydroqinghaosu,）,，,再进行甲基化，将它制成油溶性的,蒿甲醚（,artemether,）,及水溶性的青蒿琥珀酸单酯（,artesunate,），,用于临床。,鹰爪甲素（,yingzhaosu,）,是从草药鹰爪,Artemisia,annua,根中分离出的具有过氧基团的倍半萜化合物，对鼠疟原虫的生长有强的抑制作用。,二、萜类的结构类型及代表性化合物,3,薁类化合物（,azulenoids,）,（,1,）结构特征,由五元环与七元环骈合而成，可看成是由,环戊二烯负离子和环庚三烯正离子骈合而成，属于非苯核芳烃化合物,，具有一定的芳香性。,薁类化合物主要存在于挥发油中，游离存在的很少，大多具有抑菌、抗肿瘤、杀虫等活性。,（,2,）,性质,在挥发油分级蒸馏时，高沸点馏分中有时可看见美丽的蓝色、紫色或绿色的馏分，这显示可能有薁类成分存在。,薁类沸点较高，一般在,250-300,。,不溶于水，可溶于有机溶剂和强酸，加水稀释又可析出，故可用,60%-65%,硫酸或磷酸提取,。,能与苦味酸或三硝基苯试剂产生,络合物结晶，此结晶具有敏锐的熔点可借以鉴定。,（,3,）鉴别,溴化反应（,Sabaty,反应）：,取挥发油,1D,，溶于,1ml CHCl,3,中，加入,5%,溴的,CHCl,3,溶液数滴，如产生兰色、紫色或绿色时，则有薁类化合物存在。,对,-,二甲基苯甲醛,-,浓硫酸反应（,Enrlich,反应）：阳性反应为紫色或红色。,二萜类（,diterpenoids,）,是由,4,个异戊二烯单位构成、含,20,个碳原子的化合物类群。,二萜广泛分布于植物界，植物分泌的乳汁、树脂等均以二萜类衍生物为主，尤以松柏科植物最为普遍。,许多二萜的含氧衍生物具有多方面的生物活性，如紫杉醇、穿心莲内酯、关附甲素、雷公藤内酯、甜菊苷等都具有较强的生物活性。,除植物外，菌类代谢产物中也发现有二萜，从海洋生物中也有为数较多的二萜衍生物。,3,、,二萜,（,1,）,链状二萜,链状二萜类化合物在自然界存在较少，常见的只有广泛存在于叶绿素的植物醇,(,phytol,),，,与叶绿素分子中的卟啉（,porphyrin,）,结合成酯的形式存在于植物中，曾作为合成维生素,E,、,K,1,的原料。,（,2,）环状二萜,维生素,A(vitamin A),是一种重要的脂溶性维生素，主要存在于动物肝中，特别是,鱼肝,中含量较丰富。,维生素,A,与眼睛的视网膜内的蛋白质结合，形成光敏感色素，是保持正常夜间视力的必需物质，而且维生素,A,也是哺乳动物生长必不可缺少的物质。,穿心莲内酯为穿心莲,Andrographis,paniculata,中抗菌消炎作用的活性成分，临床用于治疗急性菌痢、胃肠炎、咽喉炎等，与亚硫酸钠在酸性条件下可制成,穿心莲内酯磺酸钠,，制备水溶性注射剂,。,紫杉醇是红豆杉,Taxus,spp,中活性成分，已成新型天然抗肿瘤药物，对于卵巢癌、乳腺癌和肺癌疗效好。,关附甲素是中药关白附中的具抗心律失常的活性成分，已进入国家,I,类新药研制的,III,期临床研究。,（,3,）,二倍半萜,二倍半萜类化合物（,sesterterpenoids,）,是由,5,个异戊二烯单位构成、含,25,个碳原子。,1965,年发现第一个二倍半萜。这类化合物在生源上是由焦磷酸香叶基金合欢酯（,geranylfarnesyl,pyrophosphate,GFPP,）,衍生而成，多为结构复杂的多环性化合物。与其它各萜类化合物相比，数量少，,分布,在洋齿植物，植物病原菌，海洋生物海绵、地衣及昆虫分泌物中。呋喃海绵素,-3,是从,海绵动物,中得到的含呋喃环的链状二倍半萜。,一、萜的含义和分类,二、萜类的结构类型及代表性化合物,三、萜类化合物的理化性质,四、萜类化合物的化学性质,五、萜类化合物的提取分离,六、挥发油,第六章 萜类和挥发油,1,、形态,单萜和倍半萜类多为具有特殊香气的油状液体，在常温下可以挥发，或为低熔点的固体。可利用此沸点的规律性，采用分馏的方法将它们分离开来。,二萜和二倍半萜多为结晶性固体。,2,、味,萜类化合物多具有苦味，有的味极苦，所以萜类化合物又称苦味素。,但有的萜类化合物具有强的甜味，如具有对映,-,贝壳杉烷骨架（,ent-kaurane,）,的二萜多糖苷,甜菊苷的甜味是蔗糖的,300,倍。,3,、旋光性,大多数萜类具有不对称碳原子，具有光学活性。,4,、溶解度,萜类化合物亲脂性强，随着含氧官能团的增加或成苷的萜类，则水溶性增加。萜类的苷有一定的亲水性。,三、萜类化合物的理化性质,一、萜的含义和分类,二、萜类的结构类型及代表性化合物,三、萜类化合物的理化性质,四、萜类化合物的化学性质,五、萜类化合物的提取分离,六、挥发油,第六章 萜类和挥发油,1,、加成反应,含有双键和醛，酮等羰基的萜类化合物，可与某些试剂发生加成反应，其产物往往是结晶性的。,如含羰基的萜类化合物可与亚硫酸氢钠发生加成反应，生成结晶形成物，复加酸或加碱使其分解，生成原来的反应产物。,2,、氧化反应,不同的氧化剂在不同的条件下，可以将萜类成分中各种基团氧化，生成各种不同的氧化产物。常用的氧化剂有臭氧、三氧化铬等，亦可用于萜类化合物的醛酮合成。,3,、脱氢反应,脱氢反应在研究萜类化学结构中是一种很有价值的反应，通常在惰性气体的保护下，用铂黑或钯做催化剂，将萜类成分与硫或硒共热（,200300,）而实现脱氢。,四、萜类化合物的化学性质,一、萜的含义和分类,二、萜类的结构类型及代表性化合物,三、萜类化合物的理化性质,四、萜类化合物的化学性质,五、萜类化合物的提取分离,六、挥发油,第六章 萜类和挥发油,萜的苷亲水较强，苷元脂溶性较强。,1,、溶剂提取法,2,、碱提取酸沉淀法,3,、活性炭吸附法,4,、大孔树脂吸附法,五、,萜类化合物的提取分离,一、萜的含义和分类,二、萜类的结构类型及代表性化合物,三、萜类化合物的理化性质,四、萜类化合物的化学性质,五、萜类化合物的提取分离,六、挥发油,第六章 萜类和挥发油,挥发油（,volatile oils,）,又称精油（,essential oils,），,是一类具有芳香气味的油状液体的总称。,在常温下能挥发，可随水蒸气蒸馏。挥发油类成分主要存在种子植物，尤其是芳香植物中。,挥发油多具有祛具有祛痰、止咳、平喘、驱风、健胃、解热、镇痛、抗菌消炎作用。,六、挥发油,挥发油的成分大体可分,4,类,:,1),萜类化合物,挥发油中的萜类成分，,主要是单萜、倍半萜和它们含氧衍生物,，如薄荷油、樟脑等；,2),芳香族化合物,如桂皮醛、茴香醚、丁香酚等；,3),脂肪族化合物,如正癸烷（,n-decane,存在于桂花的头香成分中）和小分子醇、醛及酸类化合物（如正壬醇,n-nonyl,alcohol,，存在于陈皮挥发油中）；,4),其它类化合物,除上述三述化合物外，还有一些挥发油样物质，如大蒜油（,mustark,oil,）等，也能随水蒸馏，故也称之为“挥发油”。,六、挥发油,一、挥发油的提取,1,、水蒸气馏法；,2,、油脂吸收法；,3,、溶剂萃取法 用石油醚（,3060,）等有机溶剂；,4,、二氧化碳超临界流体萃取法；,5,、冷压法,二、挥发油成分的分离,1,、冷冻析晶；,2,、真空分馏法；,3,、化学方法：,1,）利用酸、碱性不同进行分离，,2,）利用官能团特性进行分离；,4,、层析分离法,六、挥发油,