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第5章萜类和挥发油 Terpenoidsandvolatileoils 凡由甲戊二羟酸 mevalonicacid MVA 衍生 且分子式符合 C5H8 n通式的化合物及其衍生物均称为萜类化合物 定义和分类 第一节概述 异戊二烯 甲戊二羟酸 特点 骨架庞杂 种类繁多 数量巨大 结构千变万化 具有广泛的生物活性 化学结构特点 大多具有异戊二烯结构片断 其骨架以5个碳为基本单位 紫苏醛 没药醇 分类与分布 萜类化合物在自然界分布极为广泛 仅睡莲目等水生植物中未见单萜和倍半萜类成分报道 另外发现富含生物碱的植物不含或少含萜类化合物 近年来从海洋生物中发现了大量萜类成分 许多植物成分 如挥发油 树脂 胡萝卜素等均为萜类化合物 萜类的生源学说 经验的异戊二烯法则异戊二烯是萜类化合物在植物体内的生源物质 Wallach于1887年提出 自然界存在的萜类化合物是由异戊二烯首尾相连形成的聚合体及其衍生物 并以是否符合异戊二烯法则作为判断是否为萜类化合物的重要原则 二戊烯 挥发油 生源的异戊二烯法则甲戊二羟酸途径萜类化合物真正的生源前体是焦磷酸异戊烯酯 IPP 和焦磷酸 二甲基烯丙酯 DAPP 3 R 甲戊二羟酸 MVA 是合成IPP的关键性前体 焦磷酸异戊烯酯 isopentenylpyrophosphate IPP 3R 甲戊二羟酸 3R mevalonicacid MVA 二甲基烯丙酯 dimethylallylpyrophosphate DAPP 萜类化合物的生物合成 CH3COOH CoASH CoA Coenzyme 辅酶 A ATP 三磷酸腺苷 乙酰辅酶A CO2 HO2CCH2COSCoA 甲羟戊酸 或3 甲 3 5 二羟戊酸 还原 水解 丙二酰辅酶A 乙酰乙酰辅酶A 六碳中间体 萜的主要生物活性1 循环系统 抗血小板聚集 扩张心脑血管 降压 降脂等 芍药苷 银杏内酯2 消化系统 保肝降酶 利胆健胃 抗溃疡等 齐墩果酸 甘草次酸3 呼吸系统 平喘 祛痰 镇咳等 穿心莲内酯 辣薄荷酮4 神经系统 镇静 局麻 兴奋中枢等 龙脑 高乌头碱 第二节萜类的结构类型及主要代表物 一 单萜 monoterpenoids 由2个异戊二烯单位构成 含有10个C原子的化合物类群 通式C10H16 分布 广泛存在于高等植物中 常分布于唇形科 伞形科 松科等植物的腺体 油室 树脂道等分泌组织里 多半是植物挥发油中沸点较低部分的主要成分 其中含氧衍生物多具有较强的生物活性及香气 是医药 化妆品和食品等的重要原辅料 存在形式 游离态 脂溶性 挥发性 苷 亲水性 不具有挥发性 1链状单萜 月桂烯 桂叶 马鞭草挥发油中 罗勒烯 罗勒叶 薰衣草醇 薰衣草 制造香料的原料 异构体 香叶醇 牦牛儿草 玫瑰油 香茅油 橙花醇 香橙油 柠檬草油 香茅醇 香茅油 玫瑰油 玫瑰香系香料 异构体 香茅醇价格较贵 香叶醛 反式柠檬醛 橙花醛 顺式 柠檬醛 香茅醛 柠檬香系香料 柠檬醛在乙醇钠作用下与丙酮缩合 得到 紫罗兰酮及 紫罗兰酮 紫罗兰酮是高级香料 紫罗兰酮可作为合成维生素A的原料 2环状单萜 GPP NPP 柠檬烯 2 蒈烯 2 蒎烯 侧柏烯 薄荷烷 异构化 单环型 双环型 去焦磷酸基 薄荷醇 是薄荷和欧薄荷等挥发油中的主要组成成分 左旋体习称薄荷脑 镇痛 止痒 局麻 防腐 杀菌 清凉 日本将其用作牙膏和食品的香料 胡椒酮 松弛平滑肌 治疗支气管哮喘 俗称冰片 具有特殊气味 易升华 右旋体得自龙脑树树干的分泌物中 左旋体存在于艾纳香的叶子和野菊花的花蕾中 人工合成品为外消旋体 具有发汗 解痉 兴奋和防虫蛀等作用 是人丹 冰硼散 苏冰滴丸 治疗心绞痛 等成药的主要成分之一 还可用作香料 清凉剂 龙脑 莰烷型 俗称辣薄荷酮 具有特殊钻透性的芳香气体 右旋体得自樟树挥发油中 左旋体存在于菊蒿油中 合成品为外消旋体 是重要的医药和工业原料 在医药上主要用作刺激剂和强心药 也具有防腐作用 樟脑 莰烷型 芍药苷 从芍药根中得到 具有镇静 镇痛和抗炎作用 现发现其能够防止老年性痴呆 蒎烷型 存在于斑蝥 芫青干燥虫体中 可作为皮肤发赤 发泡或生毛剂 用其制备的斑蝥胺对肝癌有一定疗效 斑蝥胺 斑蝥素 是一类变形的单萜 其碳架不符合异戊二烯法则 分子中都有一个七元芳环的基本结构 多具有抗癌 抗菌活性 但有毒性 3 卓酚酮 troponoides g 崖柏素 a 崖柏素 崖柏素 扁柏素 化学性质同酚类化合物 芳香性酸性 羧酸 卓酚酮 酚故常存在于挥发油的酸性部分 Ar OH易于甲基化 但不易酰化 C O不能和一般羰基试剂反应 能与多种金属离子形成配合物晶体而呈现特殊颜色 铜配合物 绿色 铁配合物 赤红色 卓酚酮类化合物的特性 二 环烯醚萜 iridoids 因分子结构中有环烯醚键 又是萜衍生物 故称环烯醚萜 环烯醚萜多具有半缩醛及环戊烷的结构 C1 OH为半缩醛羟基 不稳定 因此在植物体内主要以苷的形式存在 包括环烯醚萜类和裂环环烯醚萜类 环烯醚萜 裂环环烯醚萜 水解 氧化 环合 水合 氧化 烯醇化 羟醛缩合 一 生物合成途径 蚁臭二醛 环烯醚萜 GPP 香茅醛 二 结构分类及代表物 1 环烯醚萜苷以10个碳的环烯醚萜苷占多数 C1羟基多与葡萄糖成苷 且大多数为单糖苷 京尼平苷 山栀子 清热泻下 利胆 鸡屎藤苷 鸡屎藤 止咳 消炎 2 4 去甲基环烯醚萜苷是环烯醚萜的降解苷 碳架由9个碳组成 环上取代情况与环烯醚萜类似 氧化 脱羧 4 去甲环烯醚萜 车前草 清热 利尿 梓醇苷 地黄 降血糖 利尿 3 裂环环烯醚萜苷由环烯醚萜苷在C7 C8处断裂开环衍变而来的一类苦味苷 开环 氧化 环合 裂环内酯环烯醚萜 裂环环烯醚萜 龙胆苦苷是龙胆 当药 獐芽菜等中药的苦味成分 是龙胆草中促进胃液分泌 增加胃酸的有效成分 龙胆苦苷 泻火 除湿热 当药苦酯苷 三 理化性质 环烯醚萜类化合物多以苷的形式存在 大多为白色结晶或粉末 具有旋光性 味苦 苷类 易溶于水 甲醇 可溶于乙醇 丙酮 正丁醇 难溶于氯仿 乙醚 苯等 易水解 生成的苷元具有活泼的半缩醛结构 易发生氧化聚合反应 生成各种不同颜色的沉淀 难以得到纯的结晶苷元 游离苷元 变色反应遇酸 碱 羰基化合物 氨基酸变色 遇皮肤变蓝 苷元溶于冰醋酸中 加入铜离子 加热也变蓝 三 倍半萜类 Sesquiterpenoids 由3个异戊二烯单位构成 含15个C的化合物类群 通式C15H24 分布 植物 霉菌和海洋生物 尤以木兰目 芸香目 菊目植物中最丰富 存在形式 以烃 醇 酮 内酯和苷的形式与单萜类共存于植物挥发油中 是其中高沸程 250 280 的主要组分 倍半萜的含氧衍生物多有较强的香气和生物活性 是医药 食品 化妆品工业的重要原料 分类 按结构 无环倍半萜 环状倍半萜按构成环的C数 五元 六元 七元 按含氧官能团 倍半萜醇 醛 酮 内酯 a b 金合欢烯 麝子油烯 枇杷叶 藿香 啤酒花和生姜等挥发油中 一 无环倍半萜 链状倍半萜 橙花醇 苦橙油醇 金合欢醇 麝子油醇 存在于金合欢花 玫瑰花 香茅等的挥发油中 为重要的高级香料 又名苦橙油醇 存在于橙花油秘鲁香油脂中 为苹果香系香料 二 环状倍半萜 青蒿素qinghaosu 双氢青蒿素dihydroqinghaosuv 蒿甲醚Artemether脂溶性 青蒿琥珀酰单酯Artesunate水溶性 青蒿素 属过氧化物倍半萜 是从中药青蒿中分离出的抗恶性疟疾的有效成分 在水中及油中溶解度差 棉酚 杜松烷型双分子衍生物 主要存在于棉籽中 为有毒的黄色液体 具有抗菌 抗生育 杀虫等作用 具有轴手性 山道年 为桉烷衍生物 存在于山道年草和蛔蒿的全草和花中 是强力驱蛔剂 但服用过量后可产生黄视疟毒性 已被临床淘汰 蛇麻烯啤酒花挥发油 健胃 牦牛儿酮老鹳草 杜鹃叶挥发油平喘 镇咳 银代内酯甲 变色马兜铃 绵毛马兜铃 对人癌细胞株Qgy 7703有抑制作用 三 奥类 azulenoids 存在于挥发油的高沸点部分 bp250 300 呈现美丽的蓝 紫或绿色 能溶于石油醚 乙醚 乙醇及强酸中 不溶于水 故可用60 65 的硫酸或磷酸提取 加水稀释后即可沉淀析出 中药中的奥类多为其氢化物 无芳香性 奥类衍生物广泛存在于愈创木油 香附子油 桉叶油 胡萝卜油中 多具有抑菌 抗肿瘤 杀虫等活性 奥类是由五元环与七元环并和而成的芳烃衍生物 具有一定的芳香性 愈创木奥 2 4 二甲基 7 异丙基奥 泽兰苦内酯圆叶泽兰 抗癌 大苞雪莲内酯 检识 Sabety反应 蓝紫色挥发油 1d 氯仿 1mL 或绿色 5 溴的氯仿液 与Ehrlich试剂反应 对二甲氨基苯甲醛 浓硫酸 紫色挥发油 Ehrlich试剂或红色 奥类可与苦味酸或三硝基苯形成具有敏锐熔点的 络合物 可供鉴别 在挥发油分馏时 可见到美丽的蓝色 紫色或绿色的高沸点馏分 由4个异戊二烯单位构成 含20个C的化合物类群 分子结构更为复杂 结构类型多种多样 存在于是植物乳汁 树脂 松柏科 细菌代谢物及海洋生物中 以树脂 内酯和苷的形式存在 大多数不具有挥发性 二萜的含氧衍生物具有多方面的生物活性 四 二萜 diterpenoids 一 链状二萜 植物醇 叶绿素 合成维生素E K1的原料 二 环状二萜 维生素A 紫杉醇 taxol 存在于红豆杉的树皮中 含量为0 06 0 07 对晚期卵巢癌 转移性乳腺癌和非小细胞肺癌有良好的疗效 对疟疾 类风湿性关节炎 肾 病 早老性痴呆和中风的治疗也有良好的疗效 1992年底获美国FDA批准上市 但含量极低 生产1kg紫杉醇 需要大约17吨红豆杉树皮 需毁掉3000多株百年以上的红豆杉 10 去乙酰巴卡亭 可以从红豆杉树叶中提取 1g kg新鲜树叶 其活性比紫杉醇低1000倍 穿心莲内酯 是爵床科穿心莲属植物穿心莲叶中的活性成分 用于治疗急性菌痢 胃肠炎 咽喉炎 感冒发热等 具有抗菌消炎作用 穿心莲内酯 穿心莲内酯黄酸钠 增加水溶性 雷公藤甲素 存在于雷公藤的根中 是雷公藤中的对抗白血病 乳腺癌 胃癌等癌症的有效活性成份之一 银杏内酯 治疗心脑血管疾病 甜菊苷 stevioside 甜味剂 第三节萜类的性质 1 单萜 倍半萜多为油状液体 易挥发 并随着分子量 双键的增加 功能基的增多 挥发性下降 溶沸点增高 采用分馏方法分离提纯 二萜 二倍半萜均为结晶性固体 2 多具苦味 因此又称为苦味素 3 多具有旋光性 一 物理性质 4 溶解性 萜类化合物 亲脂性强 易溶于醇及脂溶性有机溶剂 难溶于水 具有内酯结构的萜类化合物能溶于碱水 酸化后析出 苷类化合物 水溶性增强 能溶于热水 易溶于甲醇 乙醇 不溶于亲酯性有机溶剂 5 对高热 光 酸碱较敏感 二 化学性质 1 加成反应萜类化合物分子中的不饱和双键可同卤素 卤化氢及亚硝酰氯发生加成反应生成结晶性加成物产物 可供检识不饱和度 也可用于鉴别和分离 1 双键加成 柠檬烯 与卤化氢加成 结晶性固体 与亚硝酰氯 Tilden试剂 反应 HCl 浓 亚硝酸异戊酯 氯化亚硝基衍生物有色结晶 蓝色 绿色 亚硝基胺类结晶 用于不饱和萜类成分的分离和鉴定 Diels Alder反应 共轭双键的鉴定 顺丁烯二酸酐 结晶 应用 从香茅油中分离柠檬醛 过量的NaHSO3 反应时间过长 柠檬醛 两个双键加成物不可逆 一个双键加成物不可逆 与硝基苯肼加成 与吉拉德 girard 试剂反应 吉拉德 girard 试剂P 吉拉德 girard 试剂T 腙 带有季铵基团的酰肼 2 氧化反应 脱氢反应 氧化反应是用化学方法研究萜类成分结构的经典手段之一 不同的氧化剂在不同的条件下 可将萜类成分中各种基团氧化 分解 生成一系列降解产物 据此推知原萜类成分的双键位置及碳骨架 10 HAc 氧化 常用氧化剂 O3 CrO3 铬酐 PbOAc KMnO4 SeO2 用途 1 确定分子中双键的位置 2 引入官能团 月桂烯 薄荷醇 薄荷酮 S S或Se 脱氢 将环转变为芳环 3 分子重排反应 双环萜类化合物 Pt或Pd Pt或Pd 一 提取 第四节萜类化合物的提取分离 1 非苷形式的萜类化合物 1 系统溶剂法甲醇或乙醇提取 减压除去醇后再用不同极性的亲脂性有机溶剂萃取 得到不同极性大小的萜类成分 2 碱溶酸沉法对于萜类内酯 可用该方法初步纯化得总萜内酯 但用酸碱处理时 可能引起构型的改变 2 成苷形式的萜类化合物 1 溶剂法根据苷类化合物的溶解度特性 醇提液 浓缩 浸膏 石油醚萃取 石油醚层 脂溶性杂质 水层 正丁醇萃取 粗总苷 醇层 水层 水溶性杂质 加水 残渣 水液 2 吸附法将苷类的水提液用活性炭 或大孔树脂 吸附 用水 稀醇 醇依次洗脱 蒸去醇溶剂得到苷的粗品 3 环烯醚萜苷类亲水性较强 性质不太稳定 所以一般在室温或较低温度下提取及处理提取液 常选用水 甲醇 乙醇 稀丙酮等作溶剂 并用CaCO3或Ba OH 2抑制酶的活性并中和植物中的有机酸 提取液经减压浓缩后 可转溶于水中 除去水不溶性杂质 再用石油醚脱脂 水层加入醋酸铅沉淀除去酚 鞣质 黄酮等杂质 再用正丁醇萃取 减压回收正丁醇 即得粗苷 车前草干粉 拌入碳酸钙粉 温水浸提 水提液 加入活性炭吸附苷后过滤 滤液 活性炭 先用水洗 除去糖等水溶性杂质 再用50 乙醇洗脱苷 乙醇液 减压浓缩 桃叶珊瑚苷 粗品 二 分离 一 结晶法分离 穿心莲内酯 二 色谱法分离 硅胶柱层析石油醚 乙酸乙酯 甲醇梯度洗脱硝酸银 硅胶络合柱层析洗脱剂同上分离原理 硝酸银与双键络合 不同萜的络合程度和络合物的稳定性不同 三 依据特殊官能团进行分离 含羰基的萜类 与亚硫酸氢钠或吉拉德试剂加成倍半萜内酯 碱溶解 酸沉淀 1 定义又称精油 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 第四节挥发油 volatileoils 2 存在 菊科 芸香科 伞形科 唇形科 樟科 木兰科等 存在于植物的花蕾 茎叶及根茎中 3 生物活性 止咳平喘 祛痰发汗 消炎镇痛 抗菌 抗癌等 芳香疗法 食品添加剂 香料 一 组成 1 萜类 单萜 倍半萜及其含氧衍生物 后者多半是挥发油具有多种生物活性和芳香气味的主要成分 薄荷醇 薄荷油 樟脑 樟脑油 2 芳香族小分子化合物多为苯丙素的衍生物 桂皮醛 桂皮油 丁香酚 丁香油 3 脂肪族小分子化合物 甲基正壬酮鱼腥草 黄柏 芸香挥发油 人参炔醇 人参油 烷 烯 醇 酮 酯 4 其它成分 酶解或水解产物以及一些液体生物碱 大蒜辣素 大蒜油 川芎嗪 川芎 麻黄挥发油 二 性质一般形状形态及颜色 多为无色或淡黄色透明液体 少数因含奥类成分或溶有色素而有颜色 低温下某些挥发油含量较高的成分会析出结晶 脑 除脑后的油 称为脱脑油 气味 具有浓烈的香味或辛辣味 挥发性 常温下易挥发 涂在纸上自行挥发不留痕迹 可与脂肪油区别 可随水蒸气蒸馏 溶解性难溶于水 易溶于高浓度乙醇 乙醚 氯仿 苯 石油醚 二硫化碳等有机溶剂 物理常数为混合物 无确定的物理常数 但由于组成基本稳定 物理常数基本趋于一个基本范围 大多数挥发油比水轻 具有光学活性 并具有折光性 稳定性对光线 空气及温度较敏感 易氧化分解及变质 所以应低温 密闭 避光保存 三 挥发油的提取1 水蒸气蒸馏用水浸泡中药收集分液浓缩有些挥发油在水中溶解度较大 不易分层 可采用盐析法 通蒸气 1 溶剂提取法用低沸点溶剂 石油醚 CS2 CCl4 等提取 浓缩 提纯 用浓乙醇溶解浸膏 经降温 20 除去不溶物杂质 回收乙醇得净油 水蒸气蒸馏 2 浸取法 2 油脂吸收法利用牛油和猪油的混合物吸收挥发油 冷吸收法 特殊装置 温浸吸收法 将花瓣浸泡在油脂中 低温加热 50 60 加热 3 超临界流体萃取法优点 提取温度低 提取效率高 后处理简便 挥发油纯净 缺点 成本高 3 冷压法用于含挥发油较高的植物 橘 柑 柠檬等 优点 保持挥发油原有的香气缺点 不纯净 四 挥发油的分离1 冷冻析晶法 薄荷醇 2 分馏法 减压 挥发油 0 20 结晶 分离 重结晶 结构中双键数和含氧官能团不同 导致沸点不同 或热熔冷冻 低沸程馏分 35 70 10mmHg 单萜烯类化合物中沸程馏分 70 100 10mmHg 单萜含氧化合物 醛 酮 酚 酯 高沸程馏分 100 140 10mmHg 倍半萜烯及其含氧衍生物奥类化合物 各馏分还需进行纯度检查 根据情况进行再提纯 TLC GC 3 化学分离法 1 碱性成分 10 盐酸或硫酸萃取 酸性成分 羧酸和酚类 5 碳酸氢钠和2 氢氧化钠 3 羰基化合物 与多种羰基试剂形成水溶性加成物 亚硫酸氢钠法 30 亚硫酸氢钠 低温短时间振摇 吉拉德试剂 吉拉德试剂 10 醋酸 加热回流1 2h 4 醇类 5 其它成分的分离 醚萜 与浓酸形成钖盐不饱和萜烃类 与Br2 HBr加成酯类 无合适的化学分离方法 采用精馏和色谱法 4 色谱分离法须先经分馏或冷冻析脑进行粗分 1 柱色谱氧化铝或硅胶展开剂 石油醚 石油醚 乙酸乙酯 挥发油色谱分离常用的显色剂 1 香草醛 浓硫酸 喷后 105 烘烤 不同成分显不同颜色 2 高锰酸钾水溶液 粉红色背景上产生黄色斑点 c 对二甲氨基苯甲醛 Ehrlich试剂 奥类 在80 烘烤10min后显