生药的化学成分及其生物合成自修全解.ppt

,第十章 生药的化学成分及其生物合成,第一节 生物的初生代谢与次生代谢 第二节 生药的化学成分,第一节 生物的初生代谢与次生代谢 1 代谢(metabolism) 植物为了维持生长、运动、繁殖等生命活动，必须不断 地与周围环境进行物质交换，在此过程中所发生的物质合成、转化和分解的化学变化。同化作用(assimilaiton)或合成(anabolism)；异化作用(disassimilation)或分解(catabolism 2 初生代谢(primary metabolism) 合成生命活动必需物质的代谢过程。所生成的物质有蛋白质类、氨基酸类、糖类、脂肪类、RNA、DNA等，这些产物称为初生代谢产物(primary metabolites)。 3 次生代谢(secondary metabolism) 利用初生代谢产物产生对植物本身无明显作用的化合物，如：苷类、生物碱类、萜类、内酯类、酚类化合物等，它们称为次生代谢产物(secondary metabolites)，这个代谢过程称次生代谢。,一、糖类及苷类,二、皂苷 saponins,三、强心苷Cardiac glycoside,四、生物碱 Alkaloids,五、醌类quinones,六、香豆素类Coumarins,七、黄酮类 flavonoids,八、萜类和挥发油,第二节 生药的化学成分,一、糖类及苷类,（一）糖类 糖类(sugar,saccharides)又称碳水化合物(carbohydrates)，广泛分布于生物体内，为植物光合作用的初生产物。糖类不仅是植物体内的贮藏养料，而且是生物合成其他有机化合物的前体。 糖类分为单糖、低聚糖和多糖三类。,(一) 单糖类 单糖类(monosaccharides)通式(CH2O)n，是具有多羟基的醛(醛糖类aldoses)或酮(酮糖类ketoses)。n=38。 1. 常见的单糖 五碳醛糖(aldopentoses)： L-阿拉伯糖、 D-木糖、 D-核糖 六碳醛糖(aldohexoses)： D-葡萄糖(D-glucose)、 D-甘露糖 D-半乳糖 六碳酮糖(ketohexose)： D-果糖(D-fructose)、 L-山梨糖 甲基五碳醛糖： L-夫糖、 L-鼠李糖 2. 特殊的单糖:-去氧糖、氨基糖 3. 单糖衍生物：糖醛酸、糖醇,2低聚糖类 oligosaccharides,(三) 多（聚）糖类 多（聚）糖类(polysaccharides)由10个以上单糖分子聚合而成，通常由几百甚至几千个单糖分子组成。分为均多糖 、杂多糖。 多糖性质已大大不同于单糖，大多为无定形化合物，无甜味和还原性，难溶于水，在水中溶解度随分子量增大而降低，多糖被酶或酸水解，可产生低聚糖或单糖。,常见的多糖化合物有以下几种： 1. 淀粉(starch) 为D-葡萄糖的高聚物，通式为(C6H10O5)n。 一类是胶淀粉(amylopectin)，又称淀粉精。为支链淀粉。在热水中膨胀成粘胶状，遇碘液呈紫色或红紫色。 另一类为糖淀粉(amylose)，又称淀粉糖。为直链淀粉，可溶于热水，遇碘液显深蓝色。 2. 菊糖(inulin) 约35个D-果糖以2 1连接而成，最后接D-葡萄糖。菊糖溶解于细胞液中。遇乙醇可形成球状结晶析出。能溶于热水，微溶或不溶于冷水，不溶于有机溶剂，遇碘液不显色。菊糖的形态结构可作为生药显微鉴定的特征之一。 3. 树胶(gum) 树胶在水中膨胀成胶体溶液，不溶于有机溶剂，与醋酸铅或碱式醋酸铅溶液产生沉淀。,4. 粘液质(mucilage) 5. 粘胶质(pectic substance) 6. 纤维素(cellulose)与半纤维素(semicellulose) 纤维素为-1,4相连的直链葡聚糖，半纤维素为酸 性多糖，它们与木质素共同组成细胞壁。 7. 动物多糖 (1) 肝糖元(glycogan)： (2) 甲壳素(chitin)： (3) 肝素(heparin)： (4) 硫酸软骨素(chondroitin sulgate)： (5) 透明质酸(hyaluronic acid)：,(四)糖类成分的鉴别 1. Fehling试验 加Fehling试剂，于沸水浴加热数分钟，若有还原性糖类成分存在，则产生砖红色氧化亚铜沉淀。若有非还原性低聚糖及多糖存在，则必须加稀酸水解后，才能与Fehling试剂呈阳性反应。 生药的水浸液+碱性酒石酸铜 红色氧化亚铜 2. Molish试验 生药水浸液，加a -萘酚试剂数滴，摇匀后沿管壁滴加浓硫酸，若有糖类成分与苷类存在，则二液面交界处出现紫红色环。,3. 成脎试验 生药的水浸液+盐酸苯肼 黄色结晶物 显微镜下据结晶的形状可鉴定出糖的种类。 4. 色谱法 取生药浸出液（多糖类需水解）与糖类对照品检测。常用纸色谱法和薄层色谱法， 展开剂：正丁醇-乙酸-水（4 : 1 : 5上层） 显色剂：氨化硝酸银溶液（新配制） 还原糖形成黑色斑点。,（二）苷类 glycosides,1、苷的概念 苷又称甙、配糖体或糖杂体（heteroside） 是由糖或糖的衍生物与非糖化合物以苷键 方式结合而成的一类化合物。 根据苷键原子的不同分为O-苷、S-苷、N-苷和C-苷等类型，最多的是O-苷。苷的非糖部分称为苷元(aglycon)。,2、苷的类型,糖,1.氧苷（O苷） （1）醇苷 化合物的醇羟基与糖端基羟基脱水而成的苷。在藻类、毛莨科、杨柳科、景天科、豆科植物中有分布。,苷元的酚羟基与糖结合而成的苷,（2）酚苷phenolicglycoside,（3）氰苷 Cyanogenic glycoside,由含氰基（-CN）的氰醇衍生物和12个单糖结合而成。主要是指a -羟腈苷。 主要分布于：蔷薇科、毛茛科、豆科、大戟科等。,二、皂苷 saponins,皂苷(saponins)又称皂素 是广泛存在于植物界的一类特殊的苷类，它的水溶液振摇后可生产持久的肥皂样的泡沫，因而得名。 三萜皂苷 甾体皂苷,（一）分类 1 三萜皂苷 五环三萜皂苷 四环三萜皂苷 2 甾体皂苷 螺甾烷醇类 异螺甾烷醇类 呋甾烷醇类 变形螺甾烷醇类,乌苏烷型 齐墩果烷型 羽扇豆醇型,羊毛脂烷型 达玛烷型 大戟烷型 葫芦烷型,五环三萜皂苷,四环三萜皂苷,三萜皂苷,甾体皂苷,螺甾烷醇类 异螺甾烷醇类 呋甾烷醇类 变形螺甾烷醇类,四环三萜皂苷,（二） 鉴别,泡沫试验：是检查皂苷的经典方法。取中药粉末1g，加水10ml，煮沸10min后过滤，将滤液于试管中强烈振摇，如产生持久性泡沫(15min以上)即为阳性反应。不因加热而消失。中性皂苷的水溶液在碱性溶液中可形成较稳定的泡沫，借此可与酸性皂苷相区别。 与强酸或leweis酸：加浓硫酸 醋酐（1：20） 三萜皂苷产生黄 红 紫 蓝等颜色变化 甾体皂苷最后出现绿色 三氯醋酸反应(Rosen-heimer反应) 将样品溶液滴于滤纸上，喷25三氯醋酸乙醇溶液。 三萜皂苷加热至100生成红色渐变成紫色 甾体皂苷加热至60即发生颜色变化,（三）分布,三萜皂苷分布于： 五加科：人参、三七 豆科：甘草、黄芪 菊科：紫菀 伞形科：柴胡 蔷薇科：地榆 甾体皂苷分布于：薯蓣科、百合科等单子叶植物中,三 强心苷Cardiac glycoside,1、强心苷成分是一类对心肌有兴奋作用，具有强心生理活性的甾体化合物。可用于充血性心力衰竭。常用的有地高辛、洋地黄毒苷、西地兰等。,（一）强心苷的分布 强心苷主要分布于被子植物中。 最为常见的科是：夹竹桃科、萝摩科。 此外毛茛科、玄参科、百合科、十字花科及桑科植物中也有分布。,（二）鉴别,1.Kedde反应：不饱和内酯环的反应 取供试品甲醇或乙醇液于试管中，加Kedde试剂（3，5-二硝基苯甲酸1g溶于50ml甲醇中，加入2N氢氧化钾溶液50ml，用时新配）34滴 ，产生红或红紫色(max590nm)。 2.Keller-Kiliani反应：2去氧糖的显色反应 生药粉末1g，加70%乙醇，水浴回流30分钟，滤过，滤液蒸干，残渣溶于1ml 0.5% 三氯化铁-冰醋酸溶液后倾入小试管中，再沿管壁加浓硫酸1ml。上层醋酸液呈蓝至蓝绿色，二液层交界处由于浓硫酸对强心苷元的作用而呈棕色（其颜色可随苷元不同而异）。,（一）定义： 生物碱(alkaloid)是一类存在于生物界中含氮原子的碱性有机化合物。 （二）分类,四、生物碱 Alkaloids,（三）生物碱的鉴别 1. 沉淀反应 将水浸液精制。通常先选用3种以上不同的生物碱沉淀剂进行试验，若均为负反应，则肯定无生物碱存在；若呈正反应，则必须精制后再试验，第二次再呈正反应，才可确证存在生物碱。 (1)碘化铋钾试剂(Dragendoff试剂，BiI3KI) 在酸性溶液中与生物碱反应生成桔红色沉淀。此反应很灵敏。 (2)碘-碘化钾试剂(Wagner试剂，I2KI) 在酸性溶液中与生物碱反应生成棕红色沉淀。 (3)碘化汞钾试剂(Mayer试剂，HgI2KI) 在酸性溶液中与生物碱反应生成白色或黄白色沉淀。,(4)硅钨酸试剂(Bertrand试剂，SiO2I2WO3) 在酸性溶液中与生物碱反应生成灰白色沉淀。 (5)磷钼酸试剂 (Sonnenschein试剂，H3PO4I2MoO3) 在中性或酸性溶液中与生物碱反应生成鲜黄色或棕黄色沉淀。此反应很灵敏。 (6)苦味酸试剂(Hager试剂) 在中性溶液中与生物碱生成淡黄色沉淀。 (7)氯化金试剂(HAuCl4试剂) 在酸性溶液中与生物碱反应生成黄色晶形沉淀。由于不同生物碱产生的结晶形状常不同，可用于鉴别。,2. 显色反应 对供试液进行纯化精制，纯度愈高，显色愈明显。显色剂大多数是由浓硫酸中加入少量其他化学试剂组成。 (1)矾酸铵-浓硫酸溶液(Mandelin试剂)： 为1%矾酸铵的浓硫酸溶液。该试剂能与多数生物碱反应，呈现不同的颜色，如与阿托品、东莨宕碱显红色，与马钱子碱显血红色，与士的宁显紫色，与奎宁显淡橙色，与吗啡显棕色，与可待因显蓝色。 (2)钼酸铵（钠）-浓硫酸溶液(Frobde 试剂)： 为1%钼酸铵或钼酸钠的浓硫酸溶液。该试剂能与可待因显黄色，与小檗碱显棕绿色，与乌头碱显黄棕色，与阿托品及士的宁不显色。在使用时应注意，该试剂与蛋白质也能显色。,(3)甲醛-浓硫酸试剂(Marquis试剂) 为30%甲醛溶液0.2ml与浓硫酸10ml的混合液。该试剂能与可待因显蓝色，与吗啡显紫红色，与咖啡碱不显色。 (4)浓硫酸 该试剂能与乌头碱显紫色，与小檗碱显绿色，与阿托品不显色。 (5)浓硝酸 该试剂能与小檗碱显棕红色，与秋水仙碱显蓝色，与乌头碱显红棕色，与咖啡碱不显色。,五 醌类quinones,(一) 分类 醌类化合物主要有四种基本母核 苯醌 benzoquines 萘醌 naphthoquinones 菲醌 phenanthraquinnes 蒽苷 anthraquinone,（二）鉴别 1. Borntrger反应： 取生药粉末约0.1g于试管中，加碱液数毫升浸出，滤液呈红色，加盐酸酸化，红色转为黄色，加23ml乙醚振摇醚层显黄色。分取醚层，加碱液振摇，醚层由黄色变为无色，水层显红色。显示游离羟基蒽醌类成分存在。,Borntrager反应： 碱液数毫升 生药粉末 振摇后过滤 红色的滤液 盐酸酸化 水层（红色） 溶液转为黄色 碱液 乙醚2ml 乙醚层 醚层 黄色 水层弃去,与碱的显色反应：羟基蒽醌类能 溶解于碱溶液中，而显红色或紫红色， 加酸后颜色消失，若再加碱又显红色。蒽酚、蒽酮、二蒽酮类必须被氧化成蒽醌后，才会呈阳性反应,2. 醋酸镁反应：取生药粉末的乙醇浸出液于试管中，加入醋酸镁甲醇液，加热片刻，即可显色.显示含-酚羟基或邻位二酚羟基的蒽醌类成分存在。,六、香豆素类Coumarins,（一）香豆素化合物为邻羟基桂皮 酸的内酯，具有芳香气味。,（二）鉴定,取生药的乙醇提取液（0.2g+5ml）,置于紫外灯下观察（365nm），溶液呈蓝蓝紫色荧光,七、黄酮类 flavonoids,黄酮，具有两个芳香环的C6-C3-C6基本骨架的一类化合物的总称。,黄酮类化合物除少数游离外，大多数以苷的形式存在（O-苷或C-苷）。黄酮类化合物的颜色与分子中存在的交叉共轭体系和助色团的类型、数目及取代位置有关。黄酮、黄酮醇及其苷类呈灰黄黄色，查耳酮为黄橙黄色，二氢黄酮、二氢黄酮醇、异黄酮类因不存在共轭体系或共轭很少而不显色。,许多黄酮类化合物具有极强的生物活性。银杏双黄酮、槲皮素、葛根素(puerarin)、芦丁(rutin)等均具有扩张血管作用，用于治疗冠心病。山楂黄酮、山萘酚等具有降低血脂及胆固醇作用。异甘草苷元(isoliquiritigenin)及大豆素具有解除平滑肌痉挛作用。黄芩苷(baicalin)、水飞蓟素(silybin)有很强的保肝作用，用于治疗急、慢性肝炎、肝硬化及多种中毒性肝损伤。,（二）鉴别 1.盐酸镁粉还原反应 取生药粉末少许于试管中，用乙醇或甲醇数毫升温浸提取，取提取液加镁粉少许振摇，滴加几滴浓盐酸，12min内即出现颜色。,黄酮类、二氢黄酮类、黄酮醇、二氢黄酮醇类显红紫红色，异黄酮类、查耳酮类、花色素类及部分橙酮不显色。本反应机理为生成阳碳离子所致。,2.金属盐类试剂的络合 与铝盐生药乙醇或甲醇提取液，加1%三氯化铝甲醇液，黄酮醇、5-羟基黄酮与Al3+络合显鲜黄色。其络合物结构如下,与锆盐络合 生药乙醇或甲醇提取液，加2%二氯氧化锆(ZrOCl2)甲醇液，5-羟基黄酮和黄酮醇类显鲜黄色。显色后，再加2%枸椽酸甲醇液，则5-羟基黄酮类可褪色。其络合物结构如下：,八、萜类和挥发油,（一）萜类 萜类(terpenes)是一类天然的烃类化合物，其分子中具有异戊二烯(isoprene)的基本单位。通式为(C5H8)N。在挥发油中主要有单萜与倍半萜类化合物，少数为二萜类化合物。,1. 单萜类(monoterpenes) 分子式为C10H16，其分子中含2个异戊二烯单位。有时为含氧衍生物（醇类、醛类、酮类等），多具较强的香气和生物活性。,2. 倍半萜类(sesquiterpenes) 分子式为C15H24，其分子中含3个异戊二烯单位。其含氧衍生物也常具较强的香气和生物活性。该类成分有挥发性，通常分为直链型、单环型、二环型和三环型等。,3. 二萜类(diterpenes) 分子式为C20H22，其分子中含4个异戊二烯单位。二萜类成分仅少数存在于挥发油中，如樟油中的樟二萜烯(camphorene)，其结构如下：,广泛分布于植物分泌的乳汁、树脂中，松柏科植物多含有二萜类化合物，另外海洋生物、菌类代谢产物也分离到许多二萜类化合物。二萜的含氧衍生物具有多方面的生物活性，如维生素A(vitamin A) 是保持夜间正常视力的必须物质。紫杉醇(taxol)是从红豆杉等植物中分离到的抗肿瘤化合物，临床上用于治疗卵巢癌、乳腺癌和肺癌。银杏内酯类化合物具有抑制血小板活化因子的药理作用。,（二） 挥发油类 Volatile oils,挥发油(volatile