生药的化学成分及其生物合成.ppt

第二章生药的化学成分及其生物合成 主要内容 生物的初生代谢与次生代谢 生药的化学成分 植物化学成分的生源与生物合成 第一节生物的初生代谢与次生代谢 生物为了维持生存 生长 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 总称为代谢 metabolism 合成生命活动必需物质的代谢过程称为初生代谢 primarymetabolism 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 primarymetabolites 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 甙类 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 secondarymetabolites 这个代谢过程称次生代谢 secondarymetabolism 第二节生药的化学成分 糖类及苷类 皂苷类 强心苷类 生物碱类 醌类 香豆素类 黄酮类 萜类和挥发油类 其他成分 一 糖类及苷类 一 糖类糖类 suger 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 按照组成糖类成分的糖基个数 可将糖类分为单糖 低聚糖和多糖三类 1 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 现已发现的天然单糖有200多种 n 3 8 而以五碳 戊糖 pentose 六碳 己糖 hexose 单糖最多见 大多数单糖在生物休内是呈结合状态的 仅葡萄糖 glucose 和果糖 fructose 等少数单糖呈游离状态存在 常见的单糖 五碳醛糖 aldopentoses L 阿拉伯糖 L arabinose D 木糖 D xylose D 核糖 D ribose 等 甲基五碳醛糖 D 夫糖 D fucose L 鼠李糖 L rhamnose 等 六碳醛糖 aldohexoses D 葡萄糖 D glucose D 甘露糖 D mannose D 半乳糖 D galactose 等 六碳酮糖 ketohexose D 果糖 D fructose L 山梨糖 L sorbose 等 L 阿拉伯糖 l arabinose D 木糖 D xylose L 鼠李糖 L rhamnose D 夫糖 D fucose D 葡萄糖 D glucose D 甘露糖 D mannose D 半乳糖 D galactose D 果糖 D fructose 特殊的单糖 去氧糖 deoxysugars 单糖分子的一个或二个羟基被氢原子替代的糖叫去氧糖 如 D 洋地黄毒糖 D digitoxose L 夹竹桃糖 L oleandrose 等 分枝碳链糖 如 D芹菜糖 D apiose D 金缕梅糖 D hamanelose 链霉糖 streptose 等 氨基糖 aminosugar 单糖分子的一个或几个醇羟基被氨基替代的糖叫氨基糖 大多存在于地衣 微生物和动物中 如存在于龙虾甲壳中的2 氨基 2 去氧 D 葡萄糖 又称葡萄糖胺 常用的庆大霉素 青霉素 卡那霉素都属于氨基糖甙类 D 洋地黄毒糖 D digitoxose 2 氨基 2 去氧 D 葡萄糖 又称葡萄糖胺 单糖衍生物 糖醇 单糖分子的醛或酮基还原成羟基后所得的多元醇称糖醇 如 D 山梨醇 D sorbitol 等 糖醛酸 单糖分子的伯醇基氧化成羧基的化合物叫糖醛酸 如葡萄糖醛酸 glucuronicacid 半乳糖醛酸 galacturonicacid 等 糖的磷酸酯 如 D 葡萄糖磷酸酯等 环醇类 最多见的是肌醇 inositols 葡萄糖醛酸 glucuronicacid 半乳糖醛酸 galacturonicacid D 山梨糖 D sorbitol 2 低聚糖类 低聚糖类 oligosaccharides 由2 9个单糖分子聚合而成 目前仅发现由2 5个单糖分子组成的低聚糖 分别称为双糖 如蔗糖 麦芽糖 三糖 如龙胆三糖 甘露三糖 四糖 如水苏糖 五糖 如毛蕊糖 等 在植物体内分布最广又呈游离状态的低聚糖是蔗糖 理化性质 低聚糖大多由不同的糖聚合而成 也可由相同的单糖聚合而成 如麦芽糖 海藻糖 低聚糖与单糖类似 为结晶性 部分糖有甜味 易溶于水 难溶或不溶于有机溶剂 易被酶或酸水解成单糖而具旋光性 当分子中有游离醛基或酮基时 具有还原性 如麦芽糖 乳糖 当分子中没有游离醛基或酮基时 不具有还原性 如蔗糖 龙胆三糖 植物中常见的低聚糖 3 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 由一种单糖组成的多糖 称为均多糖 homosaccharide 由二种以上不同的单糖组成的多糖 称杂多糖 heterosaccharide 在多糖结构中除单糖外 还含有糖醛酸 去氧糖 氨基糖与糖醇等 且可有别的取代基 淀粉 starch 为D 葡萄糖的高聚物 通式为 C6H10O5 n 淀粉是植物体内贮藏的营养物质 具有一定的形态 通常为白色颗粒状粉末 不溶于冷水 乙醇及有机溶剂 在热水中形成胶体溶液 可被稀酸水解成葡萄糖 也可被淀粉酶水解成麦芽糖 按淀粉的结构可分为两类 支链淀粉 由1000个以上D 葡萄吡喃糖以 1 4连接 并带有 1 6连接的支链 在热水中膨胀成粘胶状 遇碘液呈紫色或红紫色 直链淀粉 由约300 350个D 葡萄吡喃糖以 1 4连接而成 可溶于热水 遇碘液显深蓝色 淀粉通常无明显的药理作用 大量用作制取葡萄糖的原料 在制剂中常作为赋形剂 润滑剂或保护剂 淀粉粒的形态结构是生药显微鉴定的特征之一 菊糖 inulin 为约35个D 果糖以2 1连接而成 最后接D 葡萄糖 菊糖遇乙醇可形成球状结晶 遇碘液不显色 广泛分布于菊科和桔梗科植物中 树胶 gum 树胶是一种有分支结构的杂多糖 水解后产生L 阿拉伯糖 L 鼠李糖 D 葡萄糖醛酸等 糖醛酸常与钙 镁 钾结合成盐 主要分布于蔷薇科 豆科 芸香科与梧桐科等多种植物 树胶有阿拉伯胶 acacia 西黄芪胶 tragacanth 杏胶 桃胶等 主要用作制剂的赋形剂 混悬剂 粘合剂和乳化剂 动物多糖 肝糖元 glycogan 是动物的贮藏养料 存在于肌肉与肝脏中 其结构与胶淀粉相似 遇碘液呈红褐色 甲壳素 chitin 主要存在于昆虫 甲壳类动物的外壳和大多数真菌的细胞壁中 其结构与纤维素类似 由N 乙酰葡萄糖胺以1b 4反向连接的直链结构多糖 不溶于水 对稀酸和碱都很稳定 甲壳素的水解产物葡萄糖胺是重要的合成原料 肝素 heparin 是分子量约5000 15000的高度硫酸酯化的右旋酸性粘多糖 由A B两种二糖单元组成 此外肝素的糖链上常接有丝氨酸或小分子肽 肝素具有很强的抗凝血作用 临床用于预防和治疗血栓的形成 硫酸软骨素 chondroitinsulgate 是保持动物组织水分和弹性的一类酸性粘多糖 是鱼类和哺乳动物软骨的主要成分 主要有软骨素A B C等数种 硫酸软骨素C是由D 葡萄糖醛酸1b 3和D 半乳糖1b 4相间连接而成的直链分子 在半乳糖羟基的C6 羟基上有硫酸酯化 一般在生物体内与蛋白质结合成粘多糖 蛋白复合体 proteoglycan 而存在 硫酸软骨素临床上用于治疗神经痛 风湿痛 并具有降低血脂 改善动脉粥样硬化症状的作用 透明质酸 hyaluronicacid 为酸性粘多糖 存在于眼球玻璃体 关节液 皮肤等组织中作为润滑剂 并能阻止微生物的入侵 由D 葡萄糖醛酸1b 3连接N 乙酰氨基葡萄糖形成的重复二糖单位 每一个重复二糖单位彼此以1b 4键结合而成 现在作为化妆品的基质使用 糖类成分的鉴别 1 Fehling试验生药的水浸液加Fehling试剂 碱性酒石酸酮试液甲 乙 临用时等量混合 于沸水浴加热数分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 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 若有糖类成分与甙类存在 则在二液面交界处出现紫红色环 3 成脎试验生药的水浸液与盐酸苯肼液共热 只要有糖类成分存在 即生成黄色的糖脎结晶 镜检结晶 可视结晶的形状而鉴定出糖的种类 4 色谱法取生药浸出液 多糖类需水解 以某种糖为对照品一起进行层析检测 常用纸层析法 正丁醇 乙酸 水 4 1 5上层 作展开剂 新配制的氨化硝酸银溶液为显色剂 结果还原糖形成黑色斑点 5 GC和GC MS分析糖类化合物可以制成甲醚 乙酰化或三甲基硅烷化衍生物 采用GC和GC MS色谱分析法进行定性 定量鉴别 二 苷类 概念 苷 glycosides 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 苷的非糖部分称为苷元 aglycone 组成甙类的糖有单糖 双糖和低聚糖 最常见的是葡萄糖与鼠李糖 在强心苷中还有 去氧糖 分类 根究苷元的结构类型 结合特异的理化性质和生理活性进行分类命名 如氰苷 酚苷 醇苷 蒽苷 黄酮苷 皂苷 强心苷 香豆素苷 环烯醚萜苷等 根据苷键原子的不同分为O 苷 S 苷 N 苷和C 苷等类型 在自然界存在最多的是O 苷 苷元O 苷 苷元S 苷 苷元N 苷 苷元C 苷 氧苷 O 苷 醇苷为化合物的醇羟基与糖结合而成的苷 在藻类 毛莨科 杨柳科 景天科 豆科植物中有分布 如毛莨科中的毛莨苷 ranunculin 是原白头翁素 proanemonin 的 D 葡萄糖苷 苷元有抗菌作用 毛柳皮中的毛柳苷 salidroside 有解热镇痛作用 酚苷由苷元的酚羟基与糖结合而成 广泛分布于植物界 在杜鹃花科 木犀科和柳属 Salix 杨属 Populis 芍药属 Paeonis 松属 Pinus 等科属植物中较多 不少具有一定的生理活性 毛莨苷 ranunculin 天麻苷 gastrodin 水杨苷红景天苷 氰苷 ayanogenicglycoside 是由含氰基 CN 的氰醇衍生物和1 2个单糖结合而成 主要是指 羟腈苷 现已发现50余种 分布广泛 常见于蔷薇科植物的种子 叶和树皮中 如苦杏仁 桃仁 枇杷仁 野樱皮等 还分布于毛莨科 忍冬科 豆科 亚麻科 大戟科 景天科等植物中 苦杏仁苷 amygdalin 氰苷的鉴别试验 苦味酸钠试验 将生药研碎 取0 5g放入试管中 加数滴水润湿 加塞密闭 管口内悬挂一条用碳酸钠溶液润湿的苦味酸试纸 将试管置40 50 水浴进行酶解 试纸转为砖红色 若是悬挂联苯胺 硫酸铜试纸 则应生成联苯胺氧化物而使试纸变蓝 苦味酸 砖红色 酯苷 苷元以羧基和糖的端基碳结合而成的苷 S 苷主要存在于十字花科某些生药中 如硫甙 sulfuricglycoside C 苷包括某些蒽醌苷 芦荟苷 barbaloin 某些黄酮苷 芒果苷 mangiferin 等 N 苷除植物中个别甙外 主要是核苷 naclcoside 鸟苷 guanoside 与腺苷 adenosine 等 芥子苷 胞苷 牡荆素 生药中苷类成分的一般鉴别 对下列试验呈阳性反应 Molishi试验Fehling试验 水解前后进行 加醋酸铅或碱式醋酸铅试剂 生成沉淀 这些试剂遇多糖类成分亦呈阳性反应 二 皂苷 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 根据皂苷水解后生成皂苷元的结构 可分为三萜皂苷 triterpenoidalsaponins 与甾体皂苷 steroidalsaponins 两大类 组成皂苷的糖常见的有葡萄糖 半乳糖 鼠李糖 阿拉伯糖 木糖及葡萄糖醛酸 半乳糖醛酸等 常与皂苷元C3位的 OH连接成苷 三萜皂苷 皂苷元为30个碳原子组成的三萜类衍生物 大多数苷元在C24或C28位有COOH基 故又称酸性皂苷 少数甙元只含醇羟基而呈中性 如人参皂甙 柴胡皂甙等 三萜皂甙元的结构可分为四环三萜 tetracyclictriterpenoids 及五环三萜 pentacyclictriterpenoids 达玛烷齐墩果烷 五环三萜皂苷元类型 齐墩果烷型乌苏烷型羽扇豆烷型木栓烷型 齐墩果烷型 乌苏烷型 羽扇豆烷型 木栓烷型 四环三萜皂苷元类型 达玛烷羊毛脂烷甘遂烷环阿屯烷葫芦烷楝烷 达玛烷羊毛脂烷甘遂烷 环阿屯烷葫芦烷楝烷 三萜皂苷的分布 含三萜皂苷植物较多的药用植物有五加科 人参 三七 伞形科 柴胡 菊科 紫菀 款冬花 豆科 甘草 黄芪 皂荚 桔梗科 桔梗 党参 南沙参 远志科 远志 毛莨科 威灵仙 白头翁 蔷薇科 地榆 等 在海洋生物中也有分布 甾体皂甙 甾体皂苷的皂苷元是由27个碳原子组成 其不含羧基 呈中性 故又称中性皂苷 甾体皂苷的基本骨架为螺旋甾烷 spirostane 依照螺旋甾烷结构中C25的构型和F环的环合状态 又可将其分为以下四种类型 1 螺甾烷醇 spirostanol 型 C25为S构型 2 异螺甾烷醇 isospirostanol 型 C25为R构型 3 呋甾烷醇 furostanol 型 F环为开链衍生物 4 变形螺甾烷醇 pseudospirostanol 型 F环为五元四氢呋喃环 螺甾烷醇 spirostanol 型异螺甾烷醇 isospirostanol 型 呋甾烷醇 furostanol 型变形螺甾烷醇 pseudospirostanol 型 皂苷类成分药理活性 皂苷类成分能降低液体表面张力而产生泡沫 故可作为乳化剂 内服后能刺激消化道粘膜 反射地促进呼吸道和消化道粘液腺的分泌 故具祛痰止咳的功效 如桔梗 远志 紫菀常用作祛痰药 桑寄生 接骨木中的皂苷具祛风湿作用 人参皂苷具强壮 大补元气作用 并对某些病理状态的机体起双向调节作用 皂苷还有降胆固醇 抗炎 抑菌 免疫调节 兴奋或抑制中枢神经 抑制胃液分泌 杀精子 杀软体动物等作用 有些甾体皂苷也有抗肿瘤 抗真菌 抑菌及降胆固醇作用 大量用作合成甾体激素的原料 皂苷鉴别反应 Liebermann反应 皂苷在无水条件下与强酸或leweis酸作用产生颜色变化或荧光 加醋酐 浓硫酸 20 1 三萜皂苷产生黄 红 紫 蓝色等颜色变化 而甾体皂苷最后出现绿色 三氯醋酸反应 Rosen Heimer反应 将皂苷溶液滴在滤纸上 喷三氯醋酸试剂 加热 生成红色渐变紫色 甾体皂苷加热到60 即发生颜色变化 而三萜皂苷必须加热至100 才能显色 泡沫试验 三 强心苷 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 强心苷的基本结构是由甾醇母核和连在C17位上的不饱和的共轭内酯环构成苷元部分 然后通过甾醇母核C3位上的羟基和糖缩合成 根据甙元部分C17位上连接的不饱和内酯环的类型分为甲型和乙型两类 甲型 又称强心甾烯型 cardenolide 或洋地黄 毒毛旋花型 digitalis strophanthus 在C17位上连接的1个 不饱和五元内酯环 这一类苷元都是由23个碳原子构成 目前临床应用的强心甙及植物体中发现的绝大多数强心苷都是属于这一类型 如洋地黄 毛花洋地黄 毒毛旋花 羊角拗 黄花夹竹桃 夹竹桃 福寿草 春侧金盏花 北五加皮 铃兰 万年青等所含的强心苷 乙型 又称蟾蜍甾烯型 Bufadienolide 在C17位上连接的是一个 及 双重不饱和的六元内酯环 这一类苷元除去是由24个碳原子构成的这一点与强心甾烯型不同外 其它甾醇母核的特点甲 乙型相似 构效关系特征 甾醇母核部分所有的B C环为反式 C D环为顺式 而A B环大多为顺式 个别为反式 均有C3 OH 大多为 型 个别为 型 C13有 OH C10上多为甲基 也可为羟甲基 醛基或羟基等 C17上的 不饱和五元内酯环大多为 型 个别为 型 强心苷中的糖多连接在C3羟基上 糖部分由1 4个糖分子组成 除 羟基糖外 尚有一类特有的2 6 二去氧糖 去氧糖 和2 6 二去氧糖甲醚 L 夹竹桃糖R HD 地支糖R HD 毛地黄毒糖R HD 鸡纳糖L 黄花夹竹桃唐R OHD 毛地黄糖R OHD 加拿大麻塘R CH3 强心甙的鉴别反应 1 Kedde反应Kedde试剂 3 5 二硝基苯甲酸1g溶于50ml甲醇 加1mol LKOH溶液50ml 甲型强心苷由于C17侧链含有五元不饱和内酯环 在碱性条件下 双键转位形成活性次甲基 与3 5 二硝基苯甲酸反应生成红色 乙型强心苷在碱性条件下不能产生活性次甲基 因而不能显色 五元不饱和内酯环 2 Keller Kiliani反应强心苷溶于含0 5 FeCl3的冰醋酸 沿试管壁滴加浓硫酸 观察界面和醋酸颜色变化 如含有2 去氧糖存在 醋酸层渐呈蓝色或绿色 界面的呈色 由于浓硫酸对苷元所起的作用逐渐扩散向下层 其颜色随苷元而异呈不同颜色 如毛地黄毒苷呈草绿色 羟基毛地黄毒苷呈洋红色 异羟基毛地黄毒苷呈黄棕色 a 去氧糖 四 生物碱类 生物碱 alkaloid 是一类存在于生物界 主要是植物 中 大多具显著生物活性的含氮的碱性化合物 氮通常在环中 分子中含有碳 氢 氧和氮四种元素 极少不含氧原子 分布 生物碱广泛分布于植物界约100余科的植物中 其中以双子叶植物为多 其次为单子叶植物 裸子植物与蕨类植物 在地衣类和苔藓类植物中 尚未发现生物碱 少数真菌中也有生物碱 蛙类 蟾蜍 某些昆虫 加拿大海狸等动物中也存在生物碱 含生物碱较多的科有粗榧科 毛莨科 小檗科 防已科 罂粟科 豆科 马钱科 夹竹桃科 茄科 菊科 百合科和石蒜科等 有些科几乎全科植物均含生物碱 如罂粟科 生物碱是生药中一类重要的有效成分 目前已分离到10000余种 其中80余种已用于临床 黄连中的小檗碱 berberine 用于抗菌消炎 麻黄中的麻黄碱 ephedrine 用于平喘 萝芙木中的利血平 reserpine 用于降压 喜树中的喜树碱 camptothecine 与长春花中的长春新碱 vincristine 用于抗肿瘤等 生物碱的分类法 生物来源 如茄科生物碱 生理作用 如降压生物碱 性质 如挥发性生物碱 生源 如真生物碱 原生物碱 伪生物碱 母核的基本结构 根据生源结合化学分类 来源于氨基酸的生物碱来源于异戊烯的生物碱 来源于鸟氨酸的生物碱 红古豆碱 野百合碱 东莨菪碱 吡咯类 吡咯里西啶类 托品类 来源于赖氨酸的生物碱 赖氨酸 哌啶类 吲哚里西定类 喹喏里西啶类 胡椒碱 一叶萩碱 苦参碱 来源于邻氨基苯甲酸的生物碱 奎宁 冉特可林酮 来源于苯丙氨酸和酪氨酸的生物碱 苯丙胺类 四氢异喹啉类 苄基四氢异喹啉类 苯乙基四氢异喹啉类 苄基苯乙胺类 吐根碱类 麻黄碱 哌劳亭 小檗碱 三尖杉酯碱 石蒜碱 罂粟碱 吐根碱 来源于色氨酸的生物碱 麦角新碱 蟾酥碱 长春新碱 来源于萜类的生物碱 秦艽碱甲 石斛碱 乌头碱 来源于甾体的生物碱 环氧黄杨木己素 浙贝甲素 生物碱的鉴别 沉淀反应大多数生物碱在酸性水溶液中 能与一些特殊的试剂 生物碱沉淀剂 作用 生成沉淀 利用这些沉淀反应 不但可以预试生物碱的存在与否 也可以用于生物碱的精制 或在提取过程中 用于指示提取是否完全 显色反应生物碱能与某些试剂 显色剂 生成特殊的颜色 可供生物碱的识别 试验中 应对供试液进行纯化精制 纯度愈高 显色愈明显 沉淀反应 但直接用中药的酸水浸出液作生物碱沉淀反应 常不能得到准确的结果 因为水浸液中某些成分 如蛋白质 鞣质 胺类等 也能和生物碱沉淀剂产生沉淀 因此 必须将水浸液精制后再行试验 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 常用的沉淀剂 1 碘化铋钾试剂 Dragendoff试剂 BiI3 KI 在酸性溶液中与生物碱反应生成桔红色沉淀 Alk KI BiI3 n 为一种络盐 Alk表示生物碱 下同 此反