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教学目的要求和内容第九章 甾体类化合物【目的要求】1. 掌握甾体皂苷、强心苷的提取、分离方法。2. 熟悉甾体皂苷、强心苷的结构测定。3. 熟悉甾体皂苷、强心苷、胆汁酸的结构类型、理化性质和检识方法。 4. 了解甾体类化合物的含义、生源途径、分类和生理活性以及植物甾醇、C21甾体化合物、昆虫变态激素的结构特点与一般性质。【教学内容】1. 甾体类化合物的定义、生源途径、分布及生理活性。2. 甾体皂苷、强心苷、胆汁酸、植物甾醇、C21甾体化合物、昆虫变态激素的结构和分类。3. 甾体皂苷、强心苷、胆汁酸的理化性质、显色反应。4. 甾体皂苷、强心苷、胆汁酸的提取、分离方法。5. 甾体皂苷、强心苷、胆汁酸的检识方法。6. 甾体皂苷、强心苷的结构测定；UV光谱、IR光谱、1H-NMR谱和13C-NMR谱以及MS谱。7. 实例：麦冬、薤白、毛地黄、夹竹桃、羊角拗、牛黄、熊胆、蟾酥。【教学方法】课堂讲授与实验。第九章 甾体类化合物（8学时） 第一节 概述（1学时）第二节 强心苷类化合物（3学时）第三节 甾体皂苷（2学时）第四、五节 C21甾体化合物、植物甾醇 （1学时）第六、七节 胆汁酸类化合物、昆虫变态激素（1学时）第九章 甾体类化合物第一节 概述甾体类化合物 是广泛存在于自然界中的一类天然化学成分，包括植物甾醇、胆汁酸、C21甾类、昆虫变态激素、强心苷、甾体皂苷、甾体生物碱、蟾毒配基等。甾体类化合物 结构中都具有环戊烷骈多氢菲的甾体母核。 一、甾体化合物的结构与分类各类甾体成分C17位均有侧链。根据侧链结构的不同，进行分类。天然甾体化合物的种类及结构特点名称A/BB/CC/DC17-取代基植物甾醇顺、反反反810个碳的脂肪烃胆汁酸顺反反戊酸C21甾醇反反顺C2H5昆虫变态激素顺反反810个碳的脂肪烃强心苷顺、反反顺不饱和内酯环蟾毒配基顺、反反反六元不饱和内酯环甾体皂苷顺、反反反含氧螺杂环甾体生物碱天然甾体化合物的稠合方式：B/C环都是反式，C/D环多为反式，A/B环有顺、反两种。甾体化合物可分为两种类型：A/B环顺式稠合的称正系，即C5上的氢原子和C10上的角甲基都伸向环平面的前方，处于同一边，为构型，以实线表示；A/B环反式稠合的称别系（allo），即C5上的氢原子和C10上的角甲基不在同一边，而是伸向环平面的后方，为构型，以虚线表示。通常这类化合物的C10、C13、C17侧链大都是构型，C3上有羟基，且多为构型。甾体母核的其他位置上也可以有羟基、羰基、双键等功能团。二、甾体化合物的生物合成途径甾体化合物是由甲戊二羟酸的生物合成途径转化而来，可以衍生成甾醇类、C21甾类、强心苷元类、甾体皂苷元类等等。如图所示。乙酰辅酶A 角鲨烯 2，3-氧化角鲨烯 羊毛甾醇 羊毛甾醇 甾醇类 O C21甾类 甾体皂苷元 +CH3COOH +C3 甲型强心苷元 乙型强心苷元甾体化合物的生物合成途径三、甾体类化合物的颜色反应原理：甾体类化合物在无水条件下用酸处理，能产生各种颜色反应。这类颜色反应的机理较复杂，是甾类化合物与酸作用，经脱水、缩合、氧化等过程生成有色物。1Liebermann-Burchard反应 将样品溶于三氯甲烷，加硫酸-乙酐（1:20），产生红紫蓝绿污绿等颜色变化，最后褪色。也可将样品溶于冰乙酸，加试剂产生同样的反应。2Salkowski反应 将样品溶于三氯甲烷，加入硫酸，硫酸层显血红色或蓝色，三氯甲烷层显绿色荧光。3Tschugaev反应 将样品溶于冰乙酸，加几粒氯化锌和乙酰氯共热；或取样品溶于三氯甲烷，加冰乙酸、乙酰氯、氯化锌煮沸，反应液呈现紫红蓝绿的变化。4Rosen-Heimer反应 将样品溶液滴在滤纸上，喷25%的三氯乙酸乙醇溶液，加热至60，呈红色至紫色。5Kahlenberg反应 将样品溶液点于滤纸上，喷20%五氯化锑的三氯甲烷溶液（不含乙醇和水），于6070加热35分钟，样品斑点呈现灰蓝、蓝、灰紫等颜色。第二节 强心苷类化合物一、强心苷概述 概念：强心苷是生物界中存在的一类对心脏有显著生理活性的甾体苷类，是由强心苷元与糖缩合的一类苷。分布情况：强心苷类化合物主要分布于夹竹桃科、玄参科、百合科、萝摩科、十字花科、毛茛科、卫矛科、桑科等十几个科的一百多种植物中。常见的有毛花洋地黄、紫花洋地黄、黄花夹竹桃、毒毛旋花子、铃兰、海葱、羊角拗等。强心苷可以存在于植物体的叶、花、种子、鳞茎、树皮和木质部等不同部位。在同一植物体中往往含有几个或几十个结构类似、理化性质近似的苷，同时还有相应的水解酶存在。所以，强心苷结构复杂，性质不够稳定，易被水解生成次生苷，给提取分离工作带来一定的困难。生理活性：强心苷是一类选择性作用于心脏的化合物，能加强心肌收缩性，减慢窦性频率，影响心肌电生理特性。临床上主要用于治疗慢性心功能不全，以及一些心率失常如心房纤颤、心房扑动、阵发性室上性心动过速等心脏疾患。据报道，某些强心苷有细胞毒活性，动物试验表明可抑制肿瘤。此外，强心苷类化合物有一定的毒性，它能兴奋延髓极后区催吐化学感受区而致恶心、呕吐等胃肠道反应，能影响中枢神经系统产生眩晕、头痛等症。其他：动物中至今尚未发现强心苷类成分，中药蟾酥是一类具有强心作用的甾体化合物，但不属于苷类，属于蟾毒配基的脂肪酸酯类。二、强心苷的结构与分类1. 苷元部分的结构 强心苷由强心苷元与糖缩合而成。天然存在的强心苷元是C17侧链为不饱和内酯环的甾体化合物。其结构特点如下：（1）甾体母核A、B、C、D四个环的稠合方式为A/B环有顺、反两种形式，但多为顺式；B/C环均为反式；C/D环多为顺式。（2）C10、C13、C17的取代基均为型。 C10为甲基或醛基、羟甲基、羧基等含氧基团，C13为甲基取代，C17为不饱和内酯环取代。C3、C14位有羟基取代，C3羟基多数是构型，少数是构型，强心苷中的糖均是与C3羟基缩合形成苷。C14羟基为构型。母核其它位置也可能有羟基取代，一般位于1、2、5、11、11、12、12、15、16，其中16-OH有时与小分子有机酸，如甲酸、乙酸等以酯的形式存在。在C11、C12和C19位可能出现羰基。有的母核含有双键，双键常在C4、C5位或C5、C6位。（3）根据C17不饱和内酯环的不同，强心苷元可分为两类。 C17侧链为五元不饱和内酯环（-内酯），称强心甾烯类，即甲型强心苷元。在已知的强心苷元中，大多数属于此类。 C17侧链为六元不饱和内酯环（，-内酯），称海葱甾二烯类或蟾蜍甾二烯类，即乙型强心苷元。自然界中仅少数苷元属此类，如中药蟾蜍中的强心成分蟾毒配基类。 强心甾 强心甾烯 海葱甾 海葱甾二烯（蟾蜍甾二烯）天然存在的一些强心苷元，如洋地黄毒苷元、3-表洋地黄毒苷元、乌沙苷元、夹竹桃苷元、绿海葱苷元、蟾毒素的结构如下。 洋地黄毒苷元 3-表洋地黄毒苷元 乌沙苷元夹竹桃苷元 绿海葱苷元 蟾毒素按甾类化合物的命名：甲型强心苷以强心甾为母核命名，乙型强心苷元以海葱甾或蟾酥甾为母核命名。例如：洋地黄毒苷元的化学名为3，14-二羟基强心甾-20（22）-烯。例如：绿海葱苷元的化学名为3，14-二羟基-19-醛基海葱甾-，20，22-三烯。2糖部分的结构 构成强心苷的糖有20多种。根据它们C2位上有无羟基可以分成-羟基糖（2-羟基糖）和-去氧糖（2-去氧糖）两类。-去氧糖常见于强心苷类，是区别于其它苷类成分的一个重要特征。（1）-羟基糖： 除D-葡萄糖、L-鼠李糖外，还有6-去氧糖如L-夫糖、D-鸡纳糖、D-弩箭子糖、D-6-去氧阿洛糖等；6-去氧糖甲醚如L-黄花夹竹桃糖、D-洋地黄糖等。（2）-去氧糖： 有2，6-二去氧糖 如D-洋地黄毒糖等；2，6-二去氧糖甲醚 如L-夹竹桃糖、D-加拿大麻糖、D-迪吉糖和D-沙门糖。 D-鸡纳糖 D-弩箭子糖 D-6-去氧阿洛糖 L-夫糖 D-洋地黄糖 D-洋地黄毒糖 D-加拿大麻糖 L-黄花夹竹桃糖3苷元和糖的连接方式 强心苷大多是低聚糖苷，少数是单糖苷或双糖苷。通常按糖的种类以及和苷元的连接方式，可分为以下三种类型：I 型：苷元-（2，6-去氧糖）x（D-葡萄糖）y 如紫花洋地黄苷A。II 型：苷元-（6-去氧糖）x（D-葡萄糖）y 如黄夹苷甲。III型：苷元-（D-葡萄糖）y 如绿海葱苷。植物界存在的强心苷，以I、II型较多，III型较少。 R紫花洋地黄苷A -D葡萄糖 洋地黄毒苷 H 黄夹苷甲 绿海葱苷三、强心苷的结构与活性的关系大量的研究证明，强心苷的化学结构对其生理活性有较大影响。强心苷的强心作用取决于苷元部分，主要是甾体母核的立体结构、不饱和内酯环的种类及一些取代基的种类及其构型。糖部分本身不具有强心作用，但可影响强心苷的强心作用强度。强心苷的强心作用强弱常以对动物的毒性（致死量）来表示。1. 甾体母核 甾体母核的立体结构与强心作用关系密切的是C/D环须顺式稠合。一旦这种稠合被破坏，将失去强心作用。若C14羟基为构型时即表明C/D环顺式稠合，若为构型或脱水形成脱水苷元，则强心作用消失。A/B环为顺式稠合的甲型强心苷元，必须具C3-羟基，否则无活性。A/B环为反式稠合的甲型强心苷元，无论C3是-羟基还是-羟基均有活性。2. 不饱和内酯环 C17侧链上、-不饱和内酯环为-构型时，有活性；为构型时，活性减弱；若、不饱和键转化为饱和键，活性大为减弱，但毒性也减弱；若内酯环开裂，活性降低或消失。3. 取代基 强心苷元甾核中一些基团的改变亦将对生理活性产生影响。如C10位的角甲基转化为醛基或羟甲基时，其生理活性增强；C10位的角甲基转为羧基或无角甲基，则生理活性明显减弱。此外，母核上引入5、11、12-羟基，可增强活性，引入1、6、16-羟基，可降低活性；引入双键4（5），活性增强，引入双键16（17）则活性消失或显著降低。4. 糖部分 强心苷中的糖本身不具有强心作用，但它们的种类、数目对强心苷的毒性会产生一定的影响。一般来说，苷元连接糖形成单糖苷后，毒性增加。随着糖数的增多，分子量增大，苷元相对比例减少，又使毒性减弱。如毒毛旋花子苷元组成的三种苷的毒性比较，结果见表。毒毛旋花子苷元组成的三种苷的毒性比较化合物名称LD50（猫，mg/kg）毒毛旋花子苷元0.325加拿大麻苷（毒毛旋花子苷元-D-加拿大麻糖）0.110k-毒毛旋花子次苷-（毒毛旋花子苷元-D-加拿大麻糖-D-葡萄糖）0.128k-毒毛旋花子苷 毒毛旋花子苷元-D-加拿大麻糖-D-（葡萄糖）20.186从上表可知，一般甲型强心苷及苷元的毒性规律为：三糖苷二糖苷单糖苷苷元。在甲型强心苷中，同一苷元的单糖苷，其毒性的强弱取决于糖的种类。如洋地黄毒苷元与不同单糖结合的