天然药物大纲

第一章 总论一、天然药物化学的概念（一）定义：天然药物化学是运用现代科学理论与方法研究天然药物中化学成分的一门学科。二、研究内容主要研究二次代谢物：结构特征、生物合成、理化性质、主要化学成分类型、提取分离、结构鉴定植物药、民族药、海洋生物、微生物主要研究任务：1. 创新药物的研究2. 功能性食品用及相关产品3. 中药现代化的研究三、天然药物化学成分提取分离的原理及方法(一) 天然药物化学成分的构成特点1. 同种植物含有多种结构类型的化学成分2. 总成分含量少而种类多3. 有效成分含量低(二) 提取分离前的文献调研(三) 常用提取方法：溶剂法：原理：相似者相溶； 范围：所有化学成分蒸馏法：原理：与水蒸气产生共沸点；范围：挥发油升华法：原理：遇热挥发，遇冷凝固；范围：游离蒽醌压榨法：原理：机械挤压； 范围：新鲜药材、种籽植物油极性由小到大：石油醚环己烷苯氯仿乙醚乙酸乙酯丙酮乙醇甲醇水植物成分极性强弱植物成分结构类型适于提取溶剂亲脂性强叶绿素、脂肪油、挥发油石油醚亲脂性较强游离生物碱、苷元、甾类、萜类、某些有机酸乙醚、氯仿中等极性中偏小某些苷类 (如强心苷等)氯仿-乙醚 (2:1)中 等某些苷类 (如黄酮苷类)乙酸乙酯中偏大某些苷类 (如蒽醌苷、皂苷等)正丁醇亲水性较强极性大的苷、糖类、氨基酸等丙酮、乙醇、甲醇亲水性强蛋白质、粘液汁、糖类、氨基酸、无机盐、苷类水（四）天然药物有效成分的分离与精制1.根据物质溶解度差别进行分离 原理: 相似者相溶 方法: 1) 重结晶法 利用温度差异对样品溶解度的不同达到分离 2) 混合溶剂法 H2O - EtOH 、EtOH H2O 、EtOH - Et2O 3) pH调整法4) 沉淀法2. 根据物质分配系数的不同进行分离原理: 利用物质在两种互不相溶的溶剂中的分配系数的不 同达到分离 3. 根据物质吸附能力差异进行分离*物理吸附 1）极性强弱的判断 (与功能基的种类、数目多少和排列方式有关) (1) 亲水性基团与极性成正比，亲脂性基团与极性成反比； (2) 游离型化合物极性弱、具亲脂性，解离型化合物极性强、具亲水性； 2）溶剂的极性依据介电常数来决定*化学吸附 1）基本特点：有选择性、不可逆吸附 2）基本原理：产生化学反应 (1) 酸性物质与Al2O3发生化学反应 (2) 碱性物质与硅胶发生化学反应 (3) Al2O3容易发生结构的异构化 分配层析吸附层析排阻层析离子交换层析 原 理分配系数差异极性差异分子大小差异解离度差异要素溶 质溶解度极性分子量酸碱性溶 剂固定相/流动相 (互不相溶的液体; 恒定不变)依溶质和吸附剂极性而变;可变,由小到大恒定(洗脱剂)恒定 (氨基酸pH可变)(流动/交换)载 体吸附剂 (活性)*化学吸附固定相 (阴、阳树脂)相关因素K值、b因子pH值极性（活性）氢键（聚酰胺）交联度（分子大小）交联度（交换当量）应 用CC、TLC、PC、HPLCCC、TLC、HPLCCCCC（五）提取与分离天然药物有效成分的注意点：酸碱、温度、溶剂、层析不饱度的计算： = - I/2 + /2 + 1四、天然药物的生物合成（一）生物合成假说 1. 植物化学家的强烈的科学愿望 2. 由各类同化合物的积累而产生联想 3. 某些成分已能初步解释（二）植物代谢及其代谢产物一次代谢及其代谢产物 1.一次代谢：维持植物机体生命活动的代谢过程叫一次代谢。 2.一次代谢产物 (primary metabolites)： 糖类、蛋白质、脂质、 核酸二次代谢及其代谢产物 1. 二次代谢： 以一次代谢产生的代谢产物为原料（或前体），经不同途径进一步合成的过程叫二次代谢。（三）生物合成途径 1. 醋酸丙二酸途径 (acetate-malonate pathway)合成成分类别：脂肪酸类、 酚类、蒽酮、蒽醌类化合物。 2. 甲戊二羟酸途径(mevalonic acid pathway) ：合成成分类别：萜类、甾体类化合物3. 桂皮酸 莽草酸途径 (cinnamic acid shikimic acid pathway） 合成成分类别：香豆素类、木脂素和木质素类、黄酮类 4. 氨基酸途径 (amino acid pathway）：合成成分类别：生物碱类（四）了解生物合成的意义(一) 利用植物亲缘相关性(二) 组织培养五、天然药物化学成分的结构研究的主要程序及采用的主要方法第二章 糖和苷*一、糖的结构特征定义：也称碳水化合物(Cn(H2O)n)，是多羟基醛和酮。（一）单糖的立体化学单糖在水溶液中形成半缩醛环状结构，即成呋喃糖和吡喃糖。具有六元环结构的糖吡喃糖（pyranose）具有五元环结构的糖呋喃糖（furanose）单糖成环后形成的一个不对称碳原子称为端基碳(anomericcarbon)生成的一对端基差向异构体(anomers)有、两种构型。实验证明天然界吡喃糖均以椅式构象存在通常D-系吡喃糖的椅式构象中又以C1-OH在e键上即构型为其优势构象。 *二、苷类化合物定义、结构特征和分类（一）定义：苷类也称苷或配糖体，是糖或糖的衍生物与另一非糖物质（苷元）通过糖半缩醛或半缩酮羟基与苷元脱水形成的一类化合物（二）分类：根据非糖物质（苷元）与糖成苷原子分为：氧苷、氮苷、硫苷、碳苷等；根据苷元结构类型分为：黄酮苷、生物碱苷、单萜苷、二萜苷、三萜苷等根据用途分为：强心苷、皂苷等有-苷和-苷之分，天然界常见的多为-构型。按连接单糖个数分： 1个糖单糖苷 2个糖双糖苷 3个糖叁糖苷 按糖链个数分： 1个位置成苷单糖链 2个位置成苷双糖链按生物体内存在形式分：原级苷在植物体内原存在的苷 次级苷原级苷水解掉一个糖或结构发生改变*三、糖的主要化学性质（一）溶解性多OH：亲水性，糖分子中OH减少，亲水性下降。如去氧糖、甲基糖、甲氧基糖苷的水溶性均小于非去氧糖。 （二）氧化反应过碘酸氧化反应：是缓和而选择性极高的糖的邻二羟基氧化反应，尤其是开裂1，2-二元醇的反应几乎是定量进行的。反应速度顺式大于反式，这是由其反应机理决定的过碘酸反应的终产物甲醛、甲酸均较稳定，可被定量测定，用以推测糖的结构（三）糠醛形成反应，即酚醛缩合反应Molish反应：是糖和苷类的检识反应；特征是：糖或苷类 遇浓硫酸/-萘酚试剂将呈紫色环于界面上显色剂：苯胺-邻苯二甲酸试剂反应机理：在浓硫酸作用下，苷分子中糖内部脱水成糠醛衍生物，再与酚类试剂缩合形成有色物。（四）羟基反应 1、醚化反应： 苷类的分离及结构鉴定中糖的醚化反应常用的为甲醚化 所用试剂多为(CH3)2SO4/con.NaOH；CH3I，AgO等2、硼酸络合反应：苷类化合物中糖上的邻二羟基可与硼酸生成硼酸络合物，用以糖的分离、鉴定乃至构型推定。一般说来，呋喃糖苷的络合能力最强，吡喃糖苷络合能力最弱*四、主要的苷键裂解反应（一）酸催化水解反应苷键为一缩醛/酮链，故对碱、氧化剂较稳定，但易被稀酸所水解。其水解难易与下列因素有关：1.苷键原子的电子密度：电子密度升高，质子化能力增强，水解易发生，故NOSC2.苷键原子的空间环境：位阻越大，隐蔽越深，水解越难3.糖上取代基：一般说取代基增多，水解难度增大；同时，取代基的性质不同也将直接影响其水解难易。4.苷分子的稳定性及其水解产物的稳定性：苷分子内张力增大，有利于水解： 如五元环糖六元环糖苷元分子大的苷元分子小的苷键为竖键横键水解产物的稳定性： 产物苷元和糖稳定将有利于水解酸水解时，当苷元对酸不稳定时将导致苷元的结构变化.遇此种情况时可采用双相水解反应（二）乙酰解反应（ACETOLYSIS）用乙酰解法开裂部分苷键而保存另一部分苷键，从而在水解产物中得到乙酰化的低聚糖苷键邻位有OH可被乙酰化时，酰化难度加大；苷键邻位有环氧基时，酰化速度变慢；糖间连接位置不同，酰化速度不同： 如-葡萄糖间不同连接的情况: 16（易）141312（难）（三）碱催化水解和消除反应 苷键为缩醛型醚键，一般对碱稳定，但若苷元中成苷羟基的位有负电性取代基时，苷键便具有一定的酯的性质，能被碱催化水解。（四）酶催化水解 酶是活性高，专属性强的生物催化剂，其割裂苷键的条件比较温和，苷元不发生结构变化，能获得有关苷键构型情况（五）过碘酸裂解反应用于割裂具有1，2-二元醇糖苷键的温和反应，（该方法又称SMITH裂解法）。这种方法对苷元结构容易改变的苷以及C-甙的水解特别适宜。而不适宜苷元上也具有1，2-二元醇结构的苷类；该反应在水解产物中得不到完整的糖分子。五、波普测定（一）糖的1H-NMR苷类化合物中糖的1H-NMR特征： 苷类化合物中糖分子的端基质子在5.0左右，该区信号少，容易辨认； 苷类化合物中糖分子环上的质子信号在3.5左右，呈现多重干草堆峰（二）、糖的13C-NMR苷类化合物中糖的13C-NMR特征： CH318(甲基五碳糖的C6) CH2OH62(C5或C6)； CHOH7085(C2C3C4)； 端基碳95110； 糖上甲氧基碳65。 苷化位移：糖与苷元成苷后，苷元的-C、-C和糖的端基碳的化学位移值发生了改变。六、提取分离酶对糖及其苷类提取的影响：提取原生苷，需杀酶，60%以上乙醇、甲醇或80以上水处理、拌碳酸钙；提取次生苷或苷元，需利用酶，如发酵等。 （一）提取糖及苷类溶剂的选择糖苷类易溶于水，但苷类化合物的溶解度则因苷元性质不同而有较大差异。一般说来，糖苷类成分大多在甲醇、乙醇、丙酮、正丁醇、乙酸乙酯中溶解度较大，提取效率较好，又能抑制酶。也可选用热水提取，但杂质较多，同时应注意共存有机酸的影响，必要时可用缓冲液。（二）分离1.分级沉淀法：多数糖可溶于水，三糖以下尚可溶于乙醇，聚合度的增大，在乙醇中溶解度降低，在糖的水溶液中分次加入乙醇，使醇浓度渐增，从而达到对糖进行粗略分离目的的方法。沉淀一般在PH7时进行第三章 苯丙素类一、苯丙素（一）定义：天然存在的苯环与三个直链碳连在一起为单元（C6C3）构成的化合物。（最广泛分布的羟基桂皮酸类是组成木质素的基本单位）（二）类型：苯丙素类、香豆素类、木脂素类（苯丙烯、苯丙醇、黄酮）（三）生物合成：莽草酸通过苯丙氨酸和络氨酸等芳香氨基酸，经脱氨、羟基化、偶合等步骤形成最终产物。（桂皮酸途径）二、苯丙酸类（一）结构：酚羟基取代的芳香环与丙烯酸构成。常见苯丙酸类化合物：桂皮酸、对羟基桂皮酸、咖啡酸、阿魏酸。（二）鉴别：A、酚OH反应：1%2% FeCl3甲醇溶液。(黄棕红绿)B、苯酚 Pauly试剂：重氮化的磺胺酸 （紫、黄棕、棕、黄）Gepfner试剂：1%亚硝酸钠/10%醋酸喷雾后，空气中干燥，再用0.5mol的氢氧化钠处理（浅黄、黄棕、红棕或红色） Millon试剂：UV/or 氨水UV（黄、红）三、香豆素类（一）结构：邻羟基桂皮酸内酯（结构特点）。其母核名称为苯骈-吡喃酮。 母体：伞形花内酯根据其结构特征可分为四类，即简单香豆素类、呋喃香豆素类、吡喃香豆素和其它类。（二）性质：1.性状：淡黄或无色结晶，香味、挥发性和升华性是游离的香豆素的三大特点，香豆素苷多无香味、无挥发性也不能升华，粉末状。紫外照射下蓝或紫荧光。2.溶解性：能溶于沸H2O，不溶或难溶冷H2O，可溶MeOH、EtOH、CHCl3和乙醚等溶剂。因含Ar-OH故可溶于碱水中。成苷后溶于H2O、OH-/H2O、MeOH、EtOH等。难溶极性小的有机溶剂。3.内酯性质：与碱的作用 香豆素类及其苷因分子中具有内酯环，在强碱溶液中内酯环可以开环生成溶于水顺邻羟基桂皮酸盐，但加酸又可重新闭环成为原来的内酯，为可逆反应。但如与碱加热或紫外照射过长，则可转变为稳定的反邻羟基桂皮酸盐，加酸也不能环合而为不可逆反应。 异羟肟酸铁反应（识别内酯）呈红色。4.显色反应试剂： Gibb2,6-二氯(溴)苯醌氯亚胺（蓝） Emerson氨基安替匹林和铁氰化钾（红）条件： 有游离酚羟基，且其对位无取代者呈阳性（三）提取分离游离香豆素大多是低极性和亲脂性的，一部分与糖结合的极性较大，故开始提取时先用系统溶剂法较好，先用甲醇、乙醇或水从植物中提取，合并后用石油醚、乙醚、乙酸乙酯、丙酮、甲醇等溶剂依次萃取色谱法：香豆素一般用硅胶吸附层析、酸性或中性氧化铝层析、聚酰胺层析。洗脱剂可用己烷乙醚、己烷-乙酸乙酯和石油醚乙酸乙酯的混合溶剂。显色 可观察荧光。对极性较强的香豆素类采用反相柱色谱（C18或C8）有较好的分离效果 。 对极性较弱的香豆素类采用正相柱色谱（硅胶）有较好的分离效果 。 （四）波谱学特征1、UV光谱：荧光性质：紫外光下显示蓝色荧光无氧取代：274 nm (lg 4.03),苯环、311 nm (lg 3.72)-吡喃酮环 有氧取代：217，315330 nm 强、 240、255 nm 弱 碱液：红移2.红外光谱：1750 1700 cm-1 羰基伸缩振动（内酯环）分子内氢键： 16801660 cm-1(羰基)、 12701220 cm-1、11001000 cm-1（酯）1600 1650 cm-1 苯环出现13个较强峰3.质谱：有强分子离子峰母体香豆素基峰为苯骈呋喃离子 取代香豆素一系列失去CO峰4.1HMNR谱：环上质子由于受内酯羰基吸电子共轭效应：H-3 H-6 H-8 高场、H-4 H-5 H-7 低场 13C-NMR：当-OR取代时： 连接的碳+30 ppm 邻位碳 -13 ppm 对位碳 -8 ppm（五）生物活性1.毒性。肝毒性。2.抗病毒性。秦皮中的七叶内酯和七叶内酯苷具抑制痢疾杆菌的作用。补骨脂内酯具抗真菌及抗结核活性。3.抗肿瘤。4.抗骨质疏松。5.抗凝血。双香豆素-防血栓及消血块、泽兰内酯-止血。6.对心血管系统作用。血管扩张作用。7.光敏作用。补骨脂内酯治疗白癜风。呋喃香豆素多有该作用。很多香豆素可以吸收紫外光，放出在可见区（近470nm）的荧光，故可用做增白剂，如7-OH香豆素。由于吸光性，七叶内酯和七叶苷可用于保护皮肤防止辐射的药物。四、木脂素类（具有苯丙烷骨架的两个结构通过其中，或8,8碳相连而形成的一类天然产物）（一） 结构：由苯丙素氧化聚合而成，通常指其二聚物，少数为三聚物和四聚物。 组成的单体有：肉桂醇、肉桂酸、丙烯基酚、烯丙基酚 结构类型：1.木脂素类二苄基丁烷类：叶下珠脂素二苄基丁内酯类：扁柏脂素芳基萘类：鬼臼毒素四氢呋喃 2.新木脂素 3.降木脂素 4.杂类木脂素（二）性质：多呈无色晶形，新木脂素不易结晶。游离亲脂性，难溶水，溶苯、氯仿等 苷水溶性增大挥发性：多数不挥发，少数有升华性质。 旋光性：大多有光学活性，遇酸碱易异构化。（三）提取分离 提取：多用乙醇或丙酮等提取后，再用极性较小的溶剂如：乙醚、氯仿等进行萃取。分离：色谱法、溶剂萃取法、分级沉淀法、重结晶法。 常用吸附色谱，硅胶。 木脂素分离：甲醇中溶解性好葡聚糖凝胶 难以分离反相填料RP-18（四）光谱学特征1、紫外：区别芳基四氢萘、芳基二氢萘、芳基萘型木脂素，确定芳基二氢萘B环上的双键。2、红外：饱和的内酯羰基在1770cm-1左右有一强吸收带。当化合物的羰基与一双键共轭时，羰基吸收带移至17503、光学活性4、氢谱：（略）P137（五）生物活性1.抗肿瘤作用 2.肝保护和抗氧化作用3.对中枢神经系统的作用如：镇静、兴奋作用4.血小板活化因子PAF拮抗活性5.抗HIV病毒作用6.平滑骨解痉作用7.毒鱼作用8.杀虫作用第四章 醌类化合物一、醌类化合物的结构类型是指分子内具有不饱和环二酮结构（醌式结构）或容易转变成这样结构的天然有机化合物。天然醌类主要有四种类型：苯醌、萘醌、菲醌、蒽醌（一） 苯醌有邻苯醌与对苯醌，多为对苯醌。常见取代基有-OH、-OMe、-Me或其他烃基侧链。如：信筒子醌（橙红色结晶，驱除肠寄生虫作用）辅酶Q10（治疗心脏病、高血压及癌症（二） 萘醌分为-(1,4)、-(1,2)及amphi-(2,6)三种类型。如：胡桃醌、拉帕醌有抗癌活性。蓝雪醌抗菌止咳祛痰。从中药紫草中分得一系列萘醌类衍生物，有止血、抗炎、抗菌、抗病毒及抗癌作用。（三） 菲醌天然菲醌衍生物包括邻菲醌和对菲醌两种类型。如：唇形科植物丹参提取的丹参醌具有活血化瘀、消炎抗菌、抗肿瘤、扩张血管等多种作用（四） 蒽醌包括蒽醌衍生物及其不同程度的还原产物。如氧化蒽酚、蒽酚、蒽酮、二蒽酮。1. 蒽醌衍生物（1）大黄素型（-OH在羰基的两侧）（2）茜草素型（-OH在一侧苯环上）2. 蒽酚（或蒽酮）衍生物依其还原程度的不同而分为蒽酚和蒽酮蒽酮、蒽酚性质不稳定，故只存在于新鲜植物中羟基蒽酚抑菌作用较强，对霉菌有较强的杀灭作用，可治疗疥癣之类皮肤病。3. 二蒽酮类衍生物两分子蒽酮相互结合的产物。二、醌类化合物的理化性质（一）性状颜色：无Ar-OH近乎于无色，助色团越多，颜色越深，如：黄、红、橙、紫红等，多为有色晶体。存在状态：苯醌、萘醌多以游离状态存在；易结晶。蒽醌类则往往结合成苷而存在于植物中, 难以结晶。（二） 升华性游离醌类化合物一般具有升华性。升华温度随酸度增加而升高，小分子的苯醌及萘醌类具有挥发性。（三） 溶解性H2O MeOH EtOH Et2O CHCl3游离醌 + + + +成 苷 +（热） + + 蒽醌的碳苷：在水中的溶解度很小，难溶于亲脂性有机溶剂而易溶于吡啶中。（四） 酸性1. 苯醌和萘醌醌核上的羟基：插烯酸，酸性较强，可溶于NaHCO32. 萘醌和蒽醌的苯环上的羟基酸性： -羟基（可溶于Na2CO3） -羟基（可溶于NaOH）3. 游离蒽醌衍生物酸性强弱排序为： 含-COOH 含2个以上-OH 含1个-OH 含2个-OH 含1个 -OH可依次用：5%NaHCO3、5%Na2CO3、1%NaOH及5%NaOH水溶液进行梯度萃取（五） 颜色反应1. Feigl反应：醌类衍生物，碱性条件/与醛类及邻二硝基苯反应生成紫色化合物2. 无色亚甲蓝显色试验：检出苯醌类及萘醌类的专用显色剂，可用来和蒽醌类化合物相区别，PPC和TLC，显蓝色斑点。3. 碱性条件下的显色反应 羟基醌类在碱性溶液中颜色会加深显橙、红、紫红色及蓝色 (Borntrger)反应，蒽酚、蒽酮、二蒽酮类化合物需氧化成羟基蒽醌类化合物后才能显色。4. 与活性次甲基试剂的反应（Kesting-Craven法）苯醌及萘醌反应显阳性，蒽醌不反应。氨碱性条件下与一些有活性次甲基试剂的醇溶液反应，蓝绿色与蓝紫色。5. 与金属离子反应-酚羟基或邻二酚羟基结构：Pb2+ 、Mg2+ 等金属离子形成络合物。与Pb2+ 形成的络合物在一定PH值下能形成沉淀析出。酚羟基位置不同时，与醋酸镁可以形成不同颜色的络合物，可用于鉴别。如果结构只有一个-OH或一个-OH或二个OH不在同环上，显橙黄至橙色；如已有一个OH，并另有一个OH在邻位显蓝至蓝紫色，若在间位则显橙红至红色，在对位则显紫红至紫色。（单不橙，邻蓝，间红，对紫）！醋酸镁反应在结构测定时可提供化合物羟基取代位置的初步信息。三、提取分离（一）提取（提取前应先加酸酸化使其游离）1.有机溶剂提取法2.碱提取酸沉淀法 用于提取含酸性基团（Ar-OH、-COOH)的化合物。3.水蒸气蒸馏法适用于小分子的苯醌及萘醌类化合物。4.超临界流体萃取法和超声波提取法（二）分离1.游离羟基蒽醌的分离（1）PH梯度萃取法（2）色谱法：吸附剂硅胶、聚酰胺不易用氧化铝，尤其不用碱性氧化铝。2.蒽醌苷类与蒽醌衍生物苷元的分离*苷元溶于极性较小的有机溶剂，而苷不溶， 进行分离。苷类在氯仿中不溶，苷元溶。3. 蒽醌苷类的分离由于蒽醌苷类水溶性较强，分离精制较困难，故现多用柱色谱进行分离。柱层析载体常用有：硅胶、聚酰胺、葡萄糖凝胶、纤维素等。预处理方法： 1.铅盐法2.溶剂法（用极性较大的溶剂将苷从提取液中提取（萃取）出来）四、醌类化合物的波谱学特征（一）UV1.苯醌：主要有三个吸收峰：240强峰，285中强峰，400弱峰1,4-萘醌醌环上引入助色团如-OH, -OMe等，257nm峰红移苯环引入-OH ，335nm吸收峰红移至427nm。2.蒽醌：四个吸收峰，苯样结构（252,325）和醌样结构（272,405）（二）IR母核上无取代： 两个C=O只给出一个吸收峰1675 芳环上引入一个a-OH时，给出两个C=O吸收峰： 1675 1647 （游离C=O） 1637 1608 （缔合C=O）（三）1H-NMR谱1. 醌环上的质子：位移顺序在1,4-萘醌中为：OCH3 OH OCOCH 3 b-OH Ar-OH a-OH R-OH ( 酸性越强，质子易解离，甲基化易 ) (2)试剂的活性：CH3I (CH3)2SO4 CH2N2 (3)溶剂：溶剂的极性强，甲基化能力增强2.乙酰化反应(1)反应物的活性：（易与羰基形成氢键）强 R-OH b-OH a-OH 弱 （亲核性越强，越容易被酰化）(2)酰化试剂的活性乙酰氯 醋酐 酯 冰醋酸 CH3COCl (CH3CO)2O CH3COOR CH3COOH(3)催化剂的催化能力：吡啶 浓硫酸采用醋酐-硼酸作为乙酰化试剂，可以保护-酚羟基不被乙酰化，仅使-酚羟基乙酰化。六、醌类化合物的生物活性（一）、泻下作用（二）、抗菌作用（三）、其它作用：抗癌作用；对cAMP磷酸二酯酶有显著的抑制作用；抑制免疫反应；抗真菌活性等。第五章 黄酮类化合物一、黄酮类化合物的结构类型（一）定义：两个具有酚羟基的苯环通过中央三碳原子相互连接而成得一系列化合物。（二）生物合成：由三个丙二酰辅酶A和一个桂皮酰辅酶A生物合成而成。（三）分类：三碳链氧化程度、B环（苯基）连接位置（2-位或3-位）、三碳链是否构成环状二、性质（一）性状1. 多为结晶性固体，少为（如黄酮苷类）无定形粉末2. 旋光性：游离苷元中，除二氢黄酮、二氢黄酮醇、黄烷、黄烷醇及双黄酮有旋光外，其余无旋光性。苷类由于结构中引入糖的分子，均有旋光性且多为左旋。3. 颜色影响因素：分子中是否存在交叉共轭体系；助色团的数目；取代基的位置。色原酮部分原本无色，但在2位引入苯环后，即形成交叉共轭体系，且通过电子的转移，重排，使共轭链延长，而表现出颜色。黄酮、黄酮醇及苷类 灰黄-黄色查耳酮 黄-橙黄色二氢黄酮、二氢黄酮醇 无色异黄酮 微黄色 其中，黄酮、黄酮醇及其苷类、查耳酮等因分子中存在交叉共轭体系，在7,4位引入-OH, OCH3等供电子基团则促进电子移位、重排，使化合物颜色加深。花色苷及其苷元的颜色随pH的不同而改变：呈现红（pH8.5） （二）溶解度1. 游离苷元难溶或不溶于水，易溶于MeOH, EtOH, EtOAc, Et2O 黄酮、黄酮醇及查耳酮是平面型分子，分子堆砌紧密，分子间引力较大，更难溶于水。 二氢黄酮、二氢黄酮醇是非平面型分子，分子排列不紧密，分子间引力降低，对水的溶解度较大。 花色苷元（花青素）类虽系平面型分子，但因以离子形式存在，具有盐的通性，故亲水性较强，水溶度较大。 2.黄酮苷元引入羟基越多，水溶性越强，羟基甲基化后，则增加在有机溶剂中的溶解度。黄酮苷一般易溶于H2O, MeOH, EtOH等，难溶或不溶于苯，氯仿等。（三）酸碱性1. 酸性 黄酮类化合物多具有酚羟基而呈酸性，可溶于碱性水液，吡啶，甲酰胺及二甲基甲酰胺 酸性强弱顺序： 7, 4-二羟基 7, 或4羟基 5-羟基（此性质可用于提取、分离及鉴定工作）2. 碱性 -吡喃酮上的1-位氧原子上有未共用电子对，表性微弱的碱性，可与强无机酸如浓硫酸，盐酸生成yang盐，但极不稳定，加水即可分解。（黄酮类化合物溶于浓硫酸中生成的yang盐常表性特殊的颜色，可用于鉴别）（四）显色反应类型反应名称化合物及取代基阳性结果备注作用于母核盐酸/镁粉黄酮、黄酮醇、二氢黄酮、二氢黄酮醇红色干扰：花青素盐酸/锌粉黄酮、黄酮醇、二氢黄酮红干扰：花青素四氢硼钠（钾）二氢黄酮、红色鉴别二氢黄酮类五氯化锑查尔酮红色沉淀鉴别查尔酮取代基锆盐/枸橼酸3-OH、5-OH黄色加酸后有5-OH者退色三氯化铝4-OH或7，4-OH黄酮醇蓝色荧光醋酸镁二氢黄酮、二氢黄酮醇蓝色荧光黄酮、黄酮醇及异黄酮类则显黄-橙黄-褐色氯化锶(SrCl2)邻二酚羟基黑色沉淀绿-棕色-黑色硼酸/草酸硼酸/柠檬酸5-OH黄酮2-OH查耳酮黄色黄色绿色荧光无荧光铅盐各种类型OH数和位置不同而异中性醋酸铅：邻二酚OH、3-OH，4-CO、5-OH，4-CO碱式醋酸铅：含酚OH化合物NaOH水溶液二氢黄酮类橙-红黄酮醇类在碱液中先呈黄色通入空气后变为棕色有邻二酚羟基取代或3,4-二羟基取代黄色深红色绿棕色浓硫酸各种类型不同颜色注：1、二氢黄酮在碱液中互换为查耳酮而显色 2、黄酮醇类在碱液中易氧化不稳定，由黄变棕色 3、邻二OH、3，4-二OH在碱液中不稳定，易氧化而产生色变过程。三、提取分离（一）提取黄酮类化合物在花、液、果等组织中，多以苷的形式存在；在木部坚硬组织中，多以游离苷元形式存在；1. 苷元：多用CHCl3、Et2O、EtOAc等极性较小溶剂提取；2. 苷类：水或热水提取，（多糖苷在热水中溶解度较大，在冷水中溶解度较小）；也可用EtOH、MeOH、EtOAc提取。3. 含羟基的苷或苷元：碱水4. 提取花青素类可加入少量酸，但一般黄酮类化合物则应避免。*粗提物的精制处理：1 溶剂萃取法去杂：石油醚（除去叶绿素、胡罗卜素等脂溶性色素）、水溶醇沉（除去蛋白质、多糖、大分子水溶性物质）、逆流分配（水-乙酸乙酯，正丁醇-石油醚）2.碱提取酸沉淀法：酸碱度不宜过大邻二酚羟基的保护：碱性条件下，邻二酚羟基易被氧化，加硼砂保护 石灰乳的加入可除去果胶、粘液等水溶性酸性杂质3 炭粉吸附法。吸附黄酮苷，苷类精制。（二）分离常用吸附剂有聚酰胺、硅胶、纤维素粉。）聚酰胺层析： 其原理是酰胺羰基与黄酮酚羟基形成氢键缔合而吸附，吸附能力与酚羟基多少、位置及氢键缔合力大小有关。洗脱能力由弱至强依次为：水，甲醇，丙酮，氢氧化钠水溶液，甲酰胺，二甲基甲酰胺，脲素水溶液。 规律： 苷元相同，洗脱先后顺序一般是：叁糖苷、双糖苷、单糖苷、苷元。 母核上增加羟基，洗脱速度即相应减慢。 不同类型黄酮类化合物，先后顺序一般是：异黄酮、二氢黄酮、黄酮、黄酮醇。 分子芳香核共轭双键多者易被吸附，故查耳酮往往比相应的二氢黄酮难于洗脱。）硅胶层析对酚羟基多的黄酮类，如多羟基黄酮及 其苷类，硅胶减活性使用3）利用分子大小不同，用葡聚糖凝胶分子筛分离分离游离黄酮主要是吸附作用，极性小大洗脱。分离黄酮苷类，主要是分子筛作用，分子大小洗脱。总的洗脱顺序：糖多的苷糖少的苷游离苷元（极性小大）4）利用酸性强弱，采用pH梯度萃取法混合物溶于有机溶剂，依次用NaHCO3、Na2CO3、0.2%NaOH、4%NaOH萃取，相应的黄酮类化合物洗脱顺序：7,4二羟基7或4羟基一般酚羟基羟基黄酮5）根据分子中某些特定官能团进行分离 ：醋酸铅沉淀法、硼酸络合法*四、波谱特征（一）UV多数黄酮类化合物由两个主要吸收带组成：带I在300-400nm区间，由B环桂皮酰系统的电子跃迁所引起；带II在240-285nm区间，由A环苯甲酰系统的电子跃迁所引起。五、生物活性1. 对心血管系统的作用 Vp样作用：芦丁、橙皮苷等有Vp样作用，能降低血管脆性及异常通透性，可用作防治高血压及动脉硬化的辅助治疗剂。 扩冠作用：芦丁、槲皮素、葛根素、人工合成的力可定。 降血脂及胆固醇：木樨草素 2. 抗肝脏毒作用 从水飞蓟种子中得到的水飞蓟素具有保肝作用，用于治疗急、慢性肝炎、肝硬化及多种中毒性肝损伤。 （+）-儿茶素(catergen)也可抗肝脏毒作用，治疗脂肪肝及因半乳糖胺或四氯化碳等引起的中毒性肝损伤。3. 抗炎：芦丁及其衍生物羟乙基芦丁、二氢槲皮素等具抗炎作用。4. 抗菌及抗病毒作用：如木樨草素、黄芩苷、黄芩素5. 解痉作用：异甘草素、大豆素：解除平滑肌痉挛；大豆苷、葛根素及葛根总黄酮可缓解高血压患者的头痛等症状； 杜鹃素、川陈皮素、槲皮素、山奈酚、芫花素、羟基芫花素：止咳祛痰。6. 雌性激素样作用：大豆素(daidzein)等异黄酮具有雌性激素样作用，可能与它们与己烯雌酚结构类似7. 清除人体自由基作用：黄酮类化合物多具有酚羟基，易氧化成醌类而提供氢离子，故有显著的抗氧特点。 另外还有降血脂、血糖，抗动脉粥样硬化及抗癌抗突变等作用。第六章 萜类和挥发油一、概述（一）定义从化学结构看，它是异戊二烯的聚合体及其衍生物，其骨架一般以五个碳为基本单位，少数例外，由甲戊二羟酸（MVA）衍生而成，开链萜烯具有（C5H8）n 的通式。（二）分类l 异戊二烯单位的数目：单萜、倍半萜、二萜等l 碳环的有无和数目的多少：链萜、单环萜、双环萜、三环萜、四环萜等l 含氧衍生物：醇、醛、酮、羧酸、酯等萜类。N=1：半萜 2：单萜（挥发油）3：倍半萜（挥发油）4：二萜（苦味素、植物醇） 5：二倍半萜（海洋生物） 6：三萜（皂苷、树脂） 8：四萜（植物胡萝卜素） 8：多聚萜（橡胶）天然产物中最大类 (26000种), 结构复杂, 生物活性多样药物的重要来源：青蒿素、蒿甲醚（倍半萜）、紫杉醇（二萜）（三）生源学说 经验的异戊二烯法则（empirical isoprene rule）天然界中萜类化合物的结构研究发现，绝大多数萜类物质可以看作是由异戊二烯首尾相连形成的聚合体。Wallach 1887年提出 异戊二烯法则 生源的异戊二烯法则（biogenetic isoprene rule）甾体与三萜同一生源。二、结构类型（一）分类及其重要代表物1.单萜J 2个异戊二烯单位、含10个C的化合物类群，挥发油的主要组分。分子量小，脂溶性。J 其含氧衍生物多具有较强的生物活性和香气，是医药、化妆品和食品工业的重要原料。J 成苷时，不具挥发性，不能随水蒸气蒸馏。分类：链状单萜：香叶醇、橙花醇、香茅醇（重要香料工业原料）环状单萜：单环单萜：薄荷醇（其左旋体为薄荷脑）双环单萜：龙脑（冰片，樟醇，白色片状结晶）樟脑（白色结晶、易升华，特殊钻透性香味）三环单萜：卓酚酮：变性单萜，具有抗菌活性，但同时多有毒性。酸性，酚卓酚酮羧酸酚羟基易甲基化，不易酰化羰基不能和一般羰基试剂反应能与多种金属离子络合显颜色用于鉴别。铜络和物为绿色结晶，铁络和物为赤红色结晶。2.环烯醚萜J 为蚁臭二醛的缩醛衍生物，含有环戊烷结构单元J 取代环戊烷环烯醚萜和裂环烯醚萜苷两种基本碳架性质：l 苷大多为白色结晶或粉末，多具旋光性，味苦；l 苷易溶水和甲醇，可溶乙醇、丙酮和正丁醇；难溶于氯仿、苯等亲酯性有机溶剂；l 其苷易水解，苷元为半缩醛结构容易聚合，难得到结晶苷元l 苷元遇酸、碱、羰基化合物和氨基酸能变色，与皮肤接触会变蓝l 苷元在冰醋酸溶液中，加少量铜离子，加热显蓝色（1）环烯醚萜苷：10个碳占多数，常有双键。C1羟基多与葡萄糖成苷，大多为单糖苷 栀子苷、京尼平苷、京尼平苷酸是清热泻火中药山栀子的主要成分。（2）4去甲环烯醚萜苷：梓醇，地黄中降血糖作用的主要有效成分，利尿及迟缓性写下。（3）裂环环烯醚萜苷：苦味苷，龙胆苦苷，当药苷，当药苦苷，绣球内酯苦苷等3.倍半萜J 骨架由三个异戊二烯单位构成、含15个碳原子的化合物类群。J 多以挥发油形式存在，高沸程部分主要成分。J 海洋低等动物（海藻、软体动物等）、昆虫中也有发现J 挥发油，醇、酮、内酯或苷，生物碱。含氧衍生物多具有香气和生物活性分类：（1）无环倍半萜（2）单环倍半萜：青蒿素：倍半萜过氧化物，抗恶性疟疾。双氢青蒿素，蒿甲醚、青蒿琥珀酸单酯用于临床（3）双环倍半萜：棉酚：（4）三环倍半萜（5）薁衍生物：五元环+七元环的非苯环芳烃化合物，分子结构中具有高度的共轭体系。多具有抑菌、抗肿瘤、杀虫等生物活性。薁类可与苦味酸或三硝基苯形成具有敏锐熔点的p络合物，用于鉴别。沸点高，挥发油分馏时可见美丽的蓝、紫、绿色现象时，示有薁类存在。Sabety反应 可与溴-氯仿溶液产生蓝色或绿色。可与Ehrlich试剂（对-二甲氨基苯甲醛、浓硫酸）反应产生紫色、红色4.二萜J 由4个异戊二烯单位构成、含20个C的化合物类群。 由GGPP衍生而成 J 分布：植物界广泛，植物分泌的乳汁、树脂等均以二萜类衍生物为主，松柏科最多，菌类代谢产物，海洋生物。 J 生物活性强：紫杉醇、穿心莲内酯、关附甲素、雷公藤内酯、甜菊苷等。分类：（1） 链状二萜：植物醇（2） 单环二萜：VA（3） 双环二萜：穿心莲内酯，抗菌消炎活性成分，临床治疗急性菌痢、胃肠炎、咽喉炎等， 与亚硫酸钠反应可制 成穿心莲内酯磺酸钠，制备水溶性注射剂。 银杏内酯：治疗心脑血管疾病（4） 三环二萜：紫杉醇：是红豆杉中活性成分，已成新型天然抗肿瘤药物，对于卵巢癌、乳 腺癌和肺癌疗效好。雷公藤甲素：抑制乳腺癌和胃癌细胞系集落形成（5） 四环二萜：甜菊苷，甜度为蔗糖300倍5.二倍半萜J 由5个异戊二烯单位构成、含25个CJ 生源：由焦磷酸香叶基金合欢酯（GFPP）衍生而成。J 多为结构复杂的多环性化合物，数量少。J紫杉醇三、性质（一）性状1、形态： 单萜和倍半萜 ：有特殊香味油状液体，可挥发，或为低熔点固体 单萜沸点比倍半萜低 二萜和二倍半萜：结晶性固体。2、味： 苦味，或极苦，又称苦味素。但甜菊苷例外3、旋光性 具有光学活性。（二）溶解度亲脂性强，萜类的苷有一定的亲水性。具内酯结构萜可用碱溶酸沉法分离纯化。萜类对高热、光、和酸碱敏感。（三）加成反应，有双键和醛，酮等羰基的萜类化合物 1.双键加成反应：与卤素、卤化氢、亚硝酰氯等试剂发生加成反应。DielsAlder加成 2. 羰基加成反应：（1）与亚硫酸氢钠加成：反应生成结晶形加成物，复加酸或加碱使其分解，生成原来的反应产物。（2）与硝基苯肼加成：与对硝基苯肼或2，4-二硝基苯肼在磷酸中发生反应，生成对硝基苯肼或2，4-二硝基苯肼的加成物。（3）与吉拉德试剂加成：将吉拉德试剂的乙醇溶液加入含羰基的萜类化合物中，再加入10%醋酸促进反应，加热回流。反应完毕后加水稀释，分取水层，加酸酸化，再用乙醚萃取，蒸去乙醚后复得原羰基化合物。（四）氧化反应：氧化剂：O3，CrO3，KMnO4，SeO2等（五）脱氧反应（六）分子重排反应：WagnerMeerwein重排，-蒎烯合成樟脑四、提取分离亲脂性：单萜、二萜、倍半萜内酯、三萜亲水性：苷类（环烯醚萜苷、三萜苷）不稳定：环烯醚萜苷、倍半萜内酯 （一）溶剂提取法 :苷类；非苷类。多用甲醇乙醇。新鲜药材或迅速晾干的药材，并尽可能避免酸碱处理。含苷时，避免接触酸，以防在提取过程中发生水解，而且应按提取苷类成分的常法事先破坏酶活性。（二）碱提取酸沉淀法：（三）活性炭吸附法 （四）大孔树脂吸附法 分离l 结晶法分离l 柱色谱分离 吸附柱色谱，硅胶，氧化铝 硅胶硝酸银色谱 溶剂系统 石油醚-乙酸乙酯、氯仿-丙酮 反相柱色谱 RP-18，RP-8等 凝胶色谱法 分子筛原理利用结构中特殊功能团分离：内酯；双键，羰基；萜类生物碱五、检识与结构测定六、挥发油的性质精油（essential oils），一类具有芳香气味的油状液体的总称。常温能挥发，可随水蒸气蒸馏。分布：种子植物，尤其是芳香植物。菊科(菊)、芸香科(花椒、橙)、伞形科(茴香)生物活性：祛痰、止咳、平喘、驱风、健胃、解 热、镇痛、抗菌消炎作用。薄荷油、茉莉花油、樟脑、冰片、丁香酚（一）性状颜色：无色或微黄 气味：香气或特异气味形态：常温透明液体 挥发性：可挥发（二）溶解性：不溶于水，易溶于有机溶剂 （三）物理常数：沸点在70300，随水蒸气蒸馏，比水轻，具光学活性和强折光性（四）稳定性：易氧化，应存于棕色瓶，阴凉低温保存。七、挥发油的提取分离提取（一）水蒸汽蒸馏：药材 + H2O 馏出液 盐析 萃取 分液 挥发油（二）溶剂法2、吸收：油脂(高级脂肪烃)提取贵重挥发油。3、二氧化碳超临界流体萃取法；(三) 冷压法：含量高但杂质多。分离（一）冷冻处理 低温可结晶 含量高 析脑(薄荷)（二）分馏法：减压（三）化学方法1、碱性成份：溶于乙醚，加酸萃取，酸水层碱化，乙醚萃取，蒸去乙醚。 2、酚、酸性组份 3、利用官能团特性分离醇类：成脂，皂化，乙醚提。NaHCO3方法、羰基试剂法、Girard法。羰基化合物：NaHSO3，羰基试剂