萜类和甾体化合物

萜类和甾体化合物萜类化合物（TERPENOIDS）和甾体化合物（STEROIDS）广泛存在于自然界中，有的能直接用来治疗疾病，有的是合成药物的原料，因此它们与药物的关系非常密切。第一节萜类化合物萜类化合物多是从植物提取得到的香精油（挥发油）的主要成分。如柠檬油、松节油、薄荷油等。它们多是不溶于水，易挥发，具有香味的油状物质，有一定的生理及药理活性，如祛痰、止咳、驱风、发汗和镇痛等作用。广泛用于香料和医药等。一、结构与分类（一）结构及异戊二烯规律萜类化合物是由异戊二烯（ISOPRENE）作为基本骨架单元，可以看成是由两个或两个以上异戊二烯单位以头尾相连或互相聚合而成，这种结构特征称为“异戊二烯规律”。因此，萜类化合物是异戊二烯的低聚合物以及它们的氢化物和含氧衍生物的总称。CCH2H3C21234异戊二烯月桂烯柠檬烯月桂烯是两分子异戊二烯头尾相连；而柠檬烯是两分子异戊二烯之间的1,2和1,4加成。一分子异戊二烯用3,4位双键与另一分子异戊二烯进行1,4加成。所以，异戊二烯规律在萜类成分的结构测定中具有很大应用价值。（二）分类萜类化合物根据分子中所含异戊二烯骨架的多少可分为单萜、倍半萜、二萜等。见表191。表191萜类化合物的分类异戊二烯单元数碳原子数类别210单萜类315倍半萜420二萜类630三萜类840四萜类840多萜类二、单萜类化合物单萜类化合物是有两个异戊二烯单元构成。根据两个异戊二烯单元的连接方式不同，单萜有可以分成为链状单萜、单环单萜和双环单萜。（一）链状单萜化合物链状单萜类化合物具有如下的碳架结构这是两个异戊二烯头尾相连而成。很多链状单萜都是香精的主要成分，例如月桂油中的月桂烯、玫瑰油中的香叶醇、橙花油中的橙花醇、柠檬油中的柠檬醛（柠檬醛和柠檬醛）、玫瑰油及香茅油中的香茅醇等。它们很多是含有多个双键或氧原子的化合物，其结构如下HC2OHCH2OHCOCHOCH2O月桂烯香叶醇橙花醇柠檬醛柠檬醛香茅醇（MYRCENE）（GERANIOL）（NEROL）（GERANIAL）（NERAL）（CITRONELLOL）这些链状单萜都可以用来制备香料，其中柠檬醛还是合成维生素A的重要原料。（二）单环单萜类化合物单环单萜的基本骨架是两个异戊二烯之间形成一个六元环状结构，其饱和烷烃称为萜烷，其主要衍生物是3萜醇（薄荷醇）和苧烯。H2C2CH2C2HH3CC3C3OH12345678910萜烷（1甲基4异丙基环己烷）3萜醇苧烯（1,8萜而烯）3萜醇俗名又称薄荷醇。分子中有3个不同手性碳原子，所以有8个光学异构体，即4对对映体，（）薄荷醇、（）新薄荷醇、（）异薄荷醇和（）新异薄荷醇。其中薄荷醇中的C1、C3、C4三个手性碳上的取代基都位于环己烷椅式构象的E键上，为优势构象。因此比其它非对映体稳定，是薄荷油的主要成分。HOOHCH32HHOCH33CHOHCH32（）薄荷醇（）薄荷醇（）薄荷醇（）薄荷醇（）薄荷醇又称薄荷脑，是低熔点的固体具有穿透性的芳香、清凉气味，有杀菌、防腐作用和局部止痛、止痒的效力。广泛应用于医疗、化妆品及食品工业中。如清凉油、人丹、牙膏、糖果等均含有此成分。苧烯又称柠檬烯或1,8萜二烯。因分子中含有一个手性碳原子，所以有一对对映体，其左旋体存在于松针油中，右旋体存在于柠檬油中，外消旋体则存在于松节油中。它们都是具有柠檬香味的液体，可用做香料。（三）双环单萜类化合物1基本骨架和命名在萜烷结构中，C8若分别与C1、C2、C3相连则形成桥环化合物，分别称为莰烷、蒎烷和蒈烷。若C4与C6连成桥键则形成守烷。以下是四种双环单萜的基本碳架、编号及优势构象式。123456789101234567890123456789101234567891012345678910C81C82C83C461234567890123456789101234567891012345678910从其优势构象来看，莰烷以船式构象存在时才有利于桥环的形成；而蒎烷、蒈烷和守烷则以椅式为优势构象式。以上四种双环单萜在自然界并不存在，但它们的不饱和烃或含氧衍生物则广泛存在与植物体内，尤其以莰烷和蒎烷的衍生物与药学关系更为密切。2蒎烯和蒎烯蒎烯（PINENE）是含一个双键的蒎烷衍生物。根据双键位置不同，有蒎烯和蒎烯两种异构体。蒎烯蒎烯蒎烯和蒎烯均存在于松节油中，但以蒎烯为主。蒎烯沸点155156，占松节油含量的7080，蒎烯含量较少。松节油具有局部止痛作用，可用作外用止痛药。蒎烯和蒎烯在酸性条件下可发生碳骨架的重排反应，由蒎的桥环结构经正碳离子重排成莰的桥环结构。例如蒎烯在盐酸中发生重排反应CLHL四元环五元环氯化莰（张力大）（张力小）从上式看出，减少环张力是上述重排发生的主要原因。蒎烯的这种重排过程，也可以用下述构象式表示CLHCL生成的氯化莰在碱性条件下可消除氯化氢，发生另一次重排，形成莰烯。CLLCH2O上述经过正碳离子重排，使环系碳骨架发生改变，称为瓦格涅尔麦尔外英（WANGNERMEERWEIN）重排，是萜类化学中常见的重要反应。3樟脑樟脑（CAMPHOR）的化学名称为2莰酮或莰酮，是由樟科植物樟树中得到，并由此而得名。樟脑分子中有两个手性碳原子，理论上应有四个光学异构体，但实际只存在两个（）和（）樟脑。这是因为桥环需要的船式构象限制了桥头两个手性碳所连基团的构型，使其C1所连的甲基与C4相连的氢只能位于顺式构型。CH3HOOOH3CH樟脑（）樟脑（）樟脑从樟树中得到的樟脑是右旋体，D为4344（10乙醇），人工合成樟脑为外消旋体。樟脑为无色闪光结晶，熔点为179，易升华、香味、难溶于水、易溶于有机溶剂。工业上用蒎烯与醋酸加成，经瓦格涅尔麦尔外英重排生成醋酸酯，再经水解、氧化制得樟脑。OCH3OCH3O蒎烯（）樟脑樟脑含有羰基，可与2,4二硝基苯肼、羟胺等羰基试剂反应，得到樟脑腙和樟脑肟等，利用此类反应可对樟脑进行鉴定和含量测定。ONO2O2NH2NNO2O2NHH2OH2OH2NOHCLNHCL樟脑的气味有驱虫作用，可用于衣物的防虫剂。樟脑是呼吸及循环系统的兴奋剂，对呼吸或循环系统功能衰竭的病人，可作为急救药品。但由于水溶性低，在使用上受到限制。若在C10位置上引入亲水性的磺酸钠基团，所得的樟脑磺酸钠易溶于水，可制成注射剂用于呼吸与循环系统的急性障碍及对抗中枢神经抑制药的中毒等病症。OCH2SO3H2SO4C32NAHCO3CH2SO3NA樟脑10磺酸樟脑10磺酸钠4龙脑和异龙脑龙脑（BORNEOL）又称樟醇（CAMPHOL），俗名冰片，可看成樟脑的还原产物，也是合成樟脑的中间产物。OCH3CH3OCH3ONABH4龙脑异龙脑异龙脑（ISOBORNEOL）是龙脑的差向异构体。龙脑存在于某些植物的挥发油中，为透明208，具有类似胡椒又似薄荷的香气，能升华，但挥发性较樟脑小。不溶于水，易溶于乙醚、乙醇、氯仿等有机溶剂。龙脑具有发汗、镇痉、止痛等作用，是一种重要的中药，是人丹、冰硼散、六神丸等药物的主要成分之一。自然界存在的龙脑有左旋体和右旋体两种，合成品为外消旋体。三、其它萜类化合物（一）倍半萜和二萜1倍半萜倍半萜类是含有三个异戊二烯单元的萜类化合物，具有链状和环状结构，基本碳架在48种以上。倍半萜类多数为液体，存在于挥发油中。它们的含氧衍生物（醇、酮、内酯）也广泛存在于挥发油中。例如法尼醇杜鹃酮愈木创奧法尼醇又称金合欢醇，存在于香茅草、茉莉、橙花、玫瑰等多种芳香植物的挥发油中。杜鹃酮又称大牻牛儿酮，存在于满山红、香樟或桉叶等挥发油中，能促进烫伤创面的愈合，是国内烫伤膏的主要成分。2二萜由四个异戊二烯单元构成的萜类化合物称为二萜。叶绿素水解产物植物醇是一个链状二萜。维生素A是单环二萜，在共轭体系中，五个双键均为反式构型。维生素A的制剂贮存过久，会因构型转化而影响活性，若转化为13（Z）维生素A，其活性降低到原来的75；若转化为11（Z）维生素A，则失去活性。CH2OCH2O植物醇维生素A（二）三萜和四萜1三萜三萜类化合物是由六个异戊二烯单元组成的物质。广泛存在于动植物体内，以游游离状态或成酯或苷的形式存在。多数是含氧衍生物，为树脂的主要成分之一。例如甘草中的干草苷称为甘草酸，因其味甜又称甘草甜素，在酸性条件下水解得到的苷元称为甘草次酸，可溶于乙醇和氯仿中，是一个五环三萜化合物。角鲨烯是存在于鲨鱼的鱼肝油、橄榄油、菜籽油中的一个链状三萜，它是由一对三个异戊二烯单元头尾连接后的片段互相对称连接而成，具有降低血脂和软化血管等作用，被誉为血管清道夫。HOOHOC角鲨烯甘草次酸2四萜四萜类化合物及其衍生物在植物中分布很广，大多数结构复杂。在植物色素中，四萜色素是含四十个碳的共轭烯烃或其含氧衍生物，分子中含有八个异戊二烯单元。例如胡萝卜素、番茄红素及叶黄素。番茄红素胡萝卜素HOOH叶黄素共轭多烯系统是分子中的发色团，所以又称多烯色素。广泛存在于胡萝卜等植物体内的胡萝卜素，熔点184，是黄色素，可做食品色素用，位于多烯碳链中间的烯键很容易断裂，在动物和人体内经酶催化可氧化裂解成两分子A，所以称之为维生素A元（原）。存在于番茄、西瓜、柿子等水果中的番茄红素熔点168169，是红色素，可用做使用色素。第二节甾体化合物甾体化合物（STEROIDS，又称甾族化合物）广泛存在于动植物体内，是一类重要的天然产物，它们与医药有着密切关系。例如OOOOHHO2C黄体酮氢化可的松OOHHO睾丸素胆固醇一、甾体化合物的结构（一）基本骨架由上面四个例子看出，甾体化合物的基本碳架是由环戊并多氢菲和三个侧链构成。“甾”字就很形象地表示了甾体化合物的碳架结构特征，“田”表示四个稠合环，分别用A、B、C、D标示，“”则表示三个侧链。其基本骨架如下一般情况下，R、R1都是甲基（专称角甲基），R2可为不同碳原子数的碳链或含氧基团。（二）基本骨架的编号甾体化合物的基本骨架具有特殊规定的编号，其编号次序如下RR12ABCD12345678910112131415161718920212232425627二、命名很多自然界的甾体化合物都有其各自的习惯名称。其系统命名首先需要确定母核的名称，然后在母核名称的前后表明取代基的位置、数目、名称及构型。甾体母核上所连的基团在空间有不同的取向，位于纸平面前方（环平面上方）的原子或基团称为构型，用实线或粗线表示；位于纸平面后方（环平面下方）的原子或基团称为构型，用虚线表示，波纹线则表示所连基团的构型待定（或包括、两种构型）。根据C10、C13、C17所连侧链的不同，甾体化合物常见的基本母核有6种，其名称见表192。表192甾体常见的六种母核结构及其名称RR12HRR1R2甾体母核名称HHH甾烷（GONANE）C3雌甾烷（ESTRANE）CH3H3H雄甾烷（ANDROSTANE）3C3C23孕甾烷（PRGNANE）CH3H3H22CH3C3胆烷（CHOLANE）CH3CH3H22H2CH32C3胆甾烷（CHOLESTANE）选定母核名称后，再根据以下规则对甾体化合物进行命名1母核中含有碳碳双键时，将“烷”改为相应的“烯”，并标出双键的位置。2母核上连有取代基或官能团时，取代基的名称、位置及构型放在母核名称前，若官能团做为母体时，将其放在母核名称之后。例如OOHHO2CHOO11,17,21三羟基孕甾4烯3,20二酮氢化可的松3羟基1,3,510雌甾三烯17酮雌酚酮OOHC3HOOHHOHCOH17甲基17羟基雄甾4烯3酮甲基睾丸素3,7,12三羟基5胆烷24酸胆酸HOOOHFHOC3C2C3胆甾5烯3醇胆固醇16甲基11,17,21三羟基9氟孕甾1,4二烯3,20二酮21乙酸酯醋酸地塞米松3对于差向异构体，可在习惯名称前加“表”字。例如OHHOOHHO雄甾酮表雄甾酮4在角甲基去除时，可加词首“NOR”，译为“去甲基”，并在其前表明失去甲基的位置。若同时失去两个角甲基，可用“18,19DINOR”表示,译为“18,19双去甲基”。例如OOCH3CH2318去甲基孕甾4烯3,20二酮18,19双去甲5孕甾烷5当母核的碳环扩大或缩小时，分别用词首“增碳（HOMO）”或“失碳（NOR）”表示，若同时扩增或减小两个碳原子就用词首“增双碳（DIHOMO）”或“失双碳（DINOR）”表示，并在其前用A、B、C或D注明是何环改变。例如HO3羟基DDIHOMO1,3,510雌甾三烯ANOR5雄甾烷对于含增碳环的甾体化合物需要编号时，原编号顺序不变，只在增碳环的最高编号数后加A、B、C表示与另一环的连接处的编号。例如123578910112314516718920214A6123578910112131451617846HOO17A17BAHOMO5孕甾烷3羟基DDIHOMO1,3,510雌甾三烯17B酮对于含失碳环的甾体化合物，仅将失碳环的最高编号删去，其余按原编号顺序进行编号。例如1235789011213145161789H6ANOR5雄甾烷6母核碳环开裂，而且开裂处两端的碳都与氢相连时，仍采用原名及其编号，用词首“SECO”表示，并在前标明开环的位置。例如12357891011231451678946123578910112314516789462,3SECO5胆甾烷9,10SECO5,7,1019胆甾三烯三、甾体化合物的构型和构象一甾体化合物碳架的构型甾体化合物仅就母核而言,含有6个手性碳原子（C5、C8、C9、C13、C14），理论上应有64个（26）个光学异构体，但由于稠环及其空间位阻的影响，使实际可能存在的异构体数目大大减少。绝大多数甾体化合物碳架的构型具有如下特点1甾体母核中四个碳环A、B、C、D在手性碳5、10（A/B），8、9（B/C）和13、14（C/D）处稠合。其中B/C和C/D的稠合一般为反式（强心苷元和蟾毒苷元等除外）。若稠合处碳原子连有基团，则基团的构为8、9、13、14。2A/B环有顺式和反式两种稠合方式，因此存在着两种不同的构型。当A/B顺式稠合时，C5上的氢原子和C10上的角甲基在环平面的同侧，都位于纸平面的前方（用实线表示），这种构型称为“构型”，具有这种构型特点的称之为正系，简称5型。当A/B环反式稠合时，C5上的氢原子与C10上的角甲基在环平面的异侧，C5上的氢原子位于纸平面的后方（用虚线表示），这种构型称为“构型”，具有这种构型特点的称之为别系，简称为“5型”。HH正系（5型）别系（5型）A/B顺式稠合A/B反式稠合B/C反式稠合B/C反式稠合C/D反式稠合C/D反式稠合在通常情况下，表示B/C和C/D环反式稠合特征的8、9、14氢原子均被省略，而仅用5和5氢原子来表示其分属于正系或别系。如HRHR正系（5型）别系（5型）123578910112131415161746ABCD如果C4C5、C5C6、C5C10间有双键，A、B环稠合的构型无差别，则无正系和别系之分。（二）甾体化合物碳架的构象甾体化合物碳架是由三个环己烷的环相互按十氢萘的方式稠合成全氢菲再与环戊烷环并合而成。因此其构象也类似环己烷、十氢萘及环戊烷的构象。但由于反式稠合环的存在，使碳架刚性较强，很难发生翻环作用，A键和E键不能相互转换。所以每个构型仅有一种构象。1正系、别系化合物A/B/C环碳架的构象CH3RCH3HCH3HCH3R正系（5型）别系（5型）A/B顺式稠合A/B反式稠合B/C反式稠合B/C反式稠合C/D反式稠合C/D反式稠合2甾体化合物D环碳架的构象D环为环戊烷，它具有半椅式和信封式两种构象，D环取哪种构象式与D环上的取代基及其位置有关。例如17酮甾体化合物中，D环为信封式构象；17位处为羟基取代时，D环也为信封式构象；但是当16酮类化合物时，则为半椅式构象。OCH3CH3ROCH3D环信封式构象D环半椅式构象（三）甾体化合物的构象分析实例甾体化合物中一些基团受构象的影响，在性质上表现出较大的差异，现仅举几例1与双键有关的反应由于甾体化合物母核上的角甲基、C17处的侧链均为构型，所以对双键进行催化氢化和用过氧酸氧化时，反应均发生在面，引入的原子或基团均为构型。例如HOHHOOHOH2/PTC6H5O3胆固醇2与羟基有关的反应（1）酯化和酯水解反应E键上的羟基比A键上的羟基容易发生酯化反应。HOHRHOHR3羟基（E键）3羟基（A键）酯化速度快慢酯水解速度快慢例如，3,5,6三羟基胆甾烷与氯甲酸乙酯酰化时，只有C3处的羟基生成酯，因为只有此处的羟基位于E键上。HOOHOHROHC2H5OHOHOHROHCLO25（2）氧