第七章 三萜及其苷类.ppt

第七章三萜及其苷类 TriterpenoidsandSaponins SectionOneIntroduction 一 三萜的定义定义 由30个碳原子组成的萜类化合物 分子中有6个异戊二烯单位 通式 C5H8 6 三萜类 triterpenes 在自然界分布广泛 有的游离存在于植物体 称为三萜皂苷元 Triterpenoidsapogenins 有的以与糖结合成苷的形式存在 称为三萜皂苷 Triterpenoidsaponins 因三萜皂苷多溶于水 振摇后可生成胶体溶液 并有持久性似肥皂溶液的泡沫 故有此名 三萜皂苷多具有羧基 故又称其为酸性皂苷 与甾体皂苷相同 三萜皂苷也具有溶血 毒鱼及毒贝类的作用 二 三萜的分布三萜类 triterpenes 在自然界分布广泛 菌类 蕨类 单子叶 双子叶植物 动物及海洋生物中均有分布 尤以双子叶植物中分布最多 主要分布于石竹科 五加科 豆科 七叶树科 远志科 桔梗科及玄参科 含有三萜类成分的主要中药如人参 甘草 柴胡 黄芪 桔梗 川楝皮 泽泻 灵芝等 少数三萜类成分也存在于动物体 如从羊毛脂中分离出羊毛脂醇 从鲨鱼肝脏中分离出鲨烯 从海洋生物如海参 软珊瑚中也分离出各种类型的三萜类化合物 三 存在形式 多以游离或成苷成酯的形式存在苷元 四环三萜 五环三萜常见的糖 葡萄糖 半乳糖 木糖 阿拉伯糖 鼠李糖 糖醛酸 特殊糖 如芹糖 乙酰氨基糖等 糖链 单糖链 双糖链 三糖链成苷位置 3 28 酯皂苷 或其它位 OH次皂苷 原生苷被部分降解的产物 四 研究进展 近30年来 三萜类成分的研究进展很快 特别是近10年从海洋生物中得到不少新型三萜化合物 是萜类成分研究中较为活跃的领域之一 人参皂苷能促进RNA蛋白质的生物合成 调节机体代谢 增强免疫功能 柴胡皂苷能抑制中枢神经系统 有明显的抗炎作用 并能减低血浆中胆固醇和甘油三酯的水平 七叶皂苷具有明显的抗渗出 抗炎 抗淤血作用 能恢复毛细血管的正常的渗透性 提高毛细血管张力 控制炎症 改善循环 对脑外伤及心血管病有较好的治疗作用 SectionTwoBiosynthesisofTriterpenoids 三萜是由鲨烯 squalene 经过不同的途径环合而成 而鲨烯是由倍半萜金合欢醇 farnesol 的焦磷酸酯尾尾缩合而成 这样就沟通了三萜和其它萜类之间的生源关系 SectionThreeTetracyclicTriterpenoids 三萜类化合物的结构类型很多 多数三萜为四环三萜和五环三萜 少数为链状 单环 双环和三环三萜 近几十年还发现了许多由于氧化 环裂解 甲基转位 重排及降解等而产生的结构复杂的高度氧化的新骨架类型的三萜类化合物 四环三萜 tetracyclictriterpenoids 在生源上可视为由鲨烯变为甾体的中间体 大多数结构和甾醇很相似 亦具有环戊烷骈多氢菲的四环甾核 在4 4 14位上比甾醇多三个甲基 也有认为是植物甾醇的三甲基衍生物 存在于自然界较多的四环三萜或其皂苷苷元主要有羊毛脂烷 达玛烷 甘遂烷 环阿屯烷 环阿尔廷烷 葫芦烷 楝苦素型和原萜烷型三萜类 一 羊毛脂烷型 从环氧鲨烯由全椅 船 椅式构象形成 其A B B C C D环均为反式 10 13 14位分别连有 CH3 C20为R构型 C17侧链为 构型 C3位常有 OH存在 从灵芝中分离出一个三萜化合物 具有扶正固本之功 它的结构与羊毛甾烷相比 多了3 O 11 O 15 O 23 O 27 CH3 27 COOH 是羊毛甾烷的高度氧化化合物 二 达玛烷型 从环氧鲨烯由全椅式构象形成 其结构特点是A B B C C D环均为反式 C13位 CH3移到C8位 C13有 H C17有 侧链 C20构型为R或S 举例 人参中含有人参皂苷 ginsenosides 人参中的人参皂苷 ginsenosides 由20 S 原人参二醇衍生的皂苷 由人参三醇衍生的皂苷 在HCl溶液中 20 S 原人参二醇或20 S 原人参三醇20位羟基发生异构 转变成20 R 原人参二醇或20 R 原人参三醇 再环合生成人参二醇或人参三醇 由达玛烷衍生的人参皂苷 在生物活性上有显著的差异 例如由20 S 原人参三醇衍生的皂苷有溶血性质 而由20 S 原人参二醇衍生的皂苷则具对抗溶血的作用 因此人参总皂苷不能表现出溶血的现象 人参皂苷Rg1有轻度中枢神经兴奋作用及抗疲劳作用 人参皂苷Rh则有中枢神经抑制作用和安定作用 人参皂苷Rb1还有增强核糖核酸聚合酶的活性 而人参皂苷Rc则有抑制核糖核酸聚合酶的活性 三 甘遂烷型 从环氧鲨烯由全椅 船 椅式构象形成 其A B B C C D环均为反式 10 13 14位分别连有 CH3 C20为S构型 四 环阿屯型 基本骨架与羊毛脂烷相似 差别仅在于环阿屯型19位甲基与9位脱氢形成三元环 膜荚黄芪Astragalusmembranaceus 具有补气 强壮之功效 从其中分离鉴定的皂苷有近20个 多数皂苷的苷元为环黄芪醇cycloastragenol 五 葫芦烷型 基本骨架与羊毛脂烷相似 但它有5 H 10 H 9 CH3 云南果血胆为清热解毒药 从其中分离出抗菌消炎成分血胆甲素 cucurbitacinIIa 血胆乙素 cucurbitacinIib 六 楝烷型 楝科楝属植物苦楝果实及树皮中含多种三萜成分 具苦味 总称为楝苦素类成分 其由26个碳构成 属于楝烷型 其A B B C C D均为反式 具有C8 CH3 C10 CH3 C13 CH3 七 原萜烷 protostane 型 与达玛烷型比较 实际上是达玛烷型的立体异构体 C8 CH3为 型 C9 H为 型 C13 H为 型 C14 CH3为 型 C17侧链为 型 中药泽泻具有利尿渗湿的功效 近年来用于治疗高血脂症 对降低血清总胆固醇有疗效 已分离出泽泻萜醇A B C等原萜烷型三萜化合物 SectionFourPentacyclicTriterpenoids 多数三萜皂苷苷元以五环三萜形式存在 其C3 OH与糖结合成苷 苷元中常含有羧基 故又称酸性皂苷 在植物体中常与钙 镁等离子结合成盐 五环三萜主要有下面几种类型 一 齐墩果烷型 oleanane 又称b 香树脂烷型 amyrane 在植物界分布极为广泛 其基本碳架是多氢蒎的五环母核 环的构型为A B反 B C反 C D反 D E顺 C28常有 COOH 有时也在C4位 C3常有羟基 C12 C13位往往有不饱和双键的存在 齐墩果酸首先由油橄榄的叶子中分得 广泛分布于植物界 如在青叶胆全草 女贞果实等植物中游离存在 但大多数与糖结合成苷存在 齐墩果酸具有抗炎 镇静 防肿瘤等作用 是治疗急性黄胆性肝炎和慢性迁延性肝炎的有效药物 含齐墩果酸的植物很多 但含量超过10 的很少 从刺五加 Acanthopanaxsenticosus 龙牙葱木 Araliamandshurica 中提取齐墩果酸 得率都超过10 纯度在95 以上 是很好的植物资源 甘草 Glycyrrhizaurlensis 中含有甘草次酸 glycyrrhetinicacid 和甘草酸 glycyrrhizicacid 又称甘草皂苷 glycyrrhizin 或甘草甜素 甘草次酸有促肾上腺皮质激素 ACTH 样作用 临床上用于抗炎和治疗胃溃疡 但只有18 H的甘草次酸才有此活性 18 H者无此活性 甘草酸 Glycyrrhizicacid 植物来源 豆科植物甘草 GlycyrrhizauralensisFisch 的干燥根及根茎英文名称 Liquorice分子式及分子量 C42H62O16 822 92药理作用 甘草酸具有肾上腺皮质激素样作用 能抑制毛细血管通透性 减轻过敏性休克的症状 可以降低高血压病人的血清胆甾醇 甘草酸二铵 注射剂 DiammoniumGlycyrrhizinate 主要成分 同甘草酸二铵胶囊 药理作用 同甘草酸二铵胶囊 适应证 同甘草酸二铵胶囊 不良反应 同甘草酸二铵胶囊 用法用量 静脉注射1日1次 150mg 次 用10 葡萄糖注射液250ml稀释后缓慢滴注 注意事项 本品未经稀释不得进行注射 治疗中应检测血清钠 钾和血压 治疗中出现高血压 血钠滞留 低血钾等应停药或适当减量 甘草次酸 Glycyrrhetinicacid 植物来源 豆科植物甘草 GlycyrrhizauralensisFisch 的根 根茎英文名称 Liquorice分子式及分子量 C30H46O4 470 64药理作用 甘草次酸具有抗菌 抗肿瘤及肾上腺皮质激素样作用 可制成抗炎抗过敏制剂 用于治疗风湿性关节炎 气喘 过敏性及职业性皮炎 眼耳鼻喉科炎症及溃疡等 二 乌苏烷型 又称 香树脂烷型 amyrane 或熊果烷型 其分子结构与齐墩果烷型不同之处是E环上两个甲基位置不同 即C20位的甲基移到C19位上 此类三萜大多是乌苏酸的衍生物 熊果酸 Ursolicacid 植物来源 木犀科植物女贞 LigustrumlucidumAit 叶英文名称 GlossyPrivet分子式及分子量 C30H48O3 456 683 Hydroxyurs 12 en 28 oicacid I 药理作用 熊果酸又名乌索酸 乌苏酸 属三萜类化合物 具有镇静 抗炎 抗菌 抗糖尿病 抗溃疡 降低血糖等多种生物学效应 研发进展 近年来发现它具有抗致癌 抗促癌 诱导F9畸胎瘤细胞分化和抗血管生成作用 研究发现 熊果酸能明显抑制HL 60细胞增殖 可诱导其凋亡 能使小鼠的巨噬细胞吞噬功能显著提高 体内试验证明 熊果酸可以明显增强机体免疫功能 说明它的抗肿瘤作用广泛 极有可能成为低毒有效的新型抗癌药物 中药地榆 Sanguisorbaofficinalis 具有凉血止血的功效 其中含有地榆皂苷B E sanguisorbinBandE 是乌苏酸的苷 三 羽扇豆烷型 羽扇豆烷三萜类E环为五元碳环 且在E环19位有异丙基以 构型取代 A B B C C D及D E均为反式 白桦脂醇 betulin 存在于中草药酸枣仁 桦树皮 棍栏树皮 槐花等中 白桦脂酸 betulinicacid 存在于酸枣仁 桦树皮 柿蒂 天门冬 石榴树皮及叶 睡菜叶等中 羽扇豆醇 lupeol 存在于羽扇豆种皮中 四 木栓烷型 由齐墩果烯经甲基移位转变而来 五 何伯烷型和异何伯烷型 何伯烷型的结构特点 与羽扇豆烷型的主要区别在于异丙基的位置 C19位异丙基移到C21位 C17位甲基移到C18位 即C28由C17位移到C18位 C21位异丙基为 型 与何伯烷型相比 异何伯烷型的C21位异丙基为 型 雷公藤酮是失去25甲基的木栓烷型衍生物 化学名3 hydroxy 25 nor friedel 3 1 10 dien 2 one 30 oicacid SectionFivePhysicalandChemicalPropertiesofTriterpenoids 1 性状 苷元有较好晶型 皂苷多为无定形粉末 2 气味 皂苷多数具有苦而辛辣味 其粉末对人体黏膜具有强烈刺激性 但甘草皂苷有显著而强的甜味 对黏膜刺激性弱 皂苷还具吸湿性 3 表面活性 亲水性基团为糖 亲脂性基团为苷元 当二种基团比例适当时具有表面活性 皂苷水溶液经强烈振摇能产生持久性的泡沫 且不因加热而消失 4 溶解度 皂苷 可溶于水 易溶于热水 溶于含水醇 甲醇 乙醇 丁醇 戊醇等 溶于热甲醇 乙醇 几不溶于乙醚 苯 丙酮等有机溶剂 皂苷在提取的过程中会产生次级苷 水溶性下降 溶于中等极性有机溶剂 醇 乙酸乙酯 皂苷元 不溶于水 易溶于石油醚 苯 CHCl3 Et2O 5 溶血作用 皂苷水溶液能与红细胞壁上的胆甾醇结合 生成不溶于水的分子复合物 破坏了红细胞的正常渗透 使细胞内渗透压增加而发生崩解 从而导致溶血现象 故皂苷又称为皂毒素 saptoxins 因此 皂苷水溶液不能用于静脉注射或肌肉注射 但并不是所有的皂苷都具有溶血作用 如以人参二醇为苷元的皂苷则无溶血作用 溶血指数 指在一定条件下能使血液中红细胞完全溶解的最低皂苷浓度 如甘草皂苷 溶血指数1 4000 溶血性能较强 菊科植物蟛蜞菊 蟛蜞菊内酯 药理作用 酊剂和煎剂用试管稀释法对白喉杆菌 金黄色葡萄球菌和乙型链球菌 枯草杆菌均有不同程度的抑制作用 6 沉淀反应 皂苷的水溶液可以和一些金属盐类如铅盐 钡盐 铜盐等产生沉淀 此性质可用于皂苷的分离 先用金属盐使皂苷沉淀下来 分离出来之后在对其分解脱盐 如 三萜皂苷 PbAc2 沉淀 分解脱铅 皂苷缺点 铅盐吸附力强 容易带入杂质 并且在脱铅时铅盐也会带走一些皂苷 脱铅也不一定能脱干净 三萜皂苷为酸性皂苷 可用中性PbAc2沉淀 而甾体皂苷则为中性皂苷 须用碱性PbAc2沉淀 7 显色反应 1 浓H2SO4 醋酐 Liebermann burchard 反应样品溶于冰醋酸 加浓硫酸 醋酐 1 20 产生红 紫 蓝 绿 污绿等颜色变化 最后褪色 甾体皂苷也有此反应 但颜色变化快 在颜色变化的最后呈现污绿色 而三萜皂苷颜色变化稍慢 且不出现污绿色 2 五氯化锑 kahlenberg 反应三氯化锑或五氯化锑反应将样品醇溶液点于滤纸上 喷以20 三氯化锑 或五氯化锑 氯仿溶液 不应含乙醇和水 干燥后 60 70 加热 显黄色 灰蓝色 灰紫色斑点 在紫外灯下显蓝紫色荧光 甾体皂苷则显黄色荧光 注意 五氯化锑腐蚀性很强 宜少量配置 用后倒掉 3 三氯醋酸 Rosen Heimer 反应样品溶液点于滤纸上 喷25 三氯醋酸乙醇溶液 加热至100 显红色 紫色斑点 4 氯仿 浓硫酸 salkawski 反应将样品溶于氯仿 加入浓硫酸后 在氯仿层呈现红色或兰色 硫酸层有绿色荧光出现 5 冰醋酸 乙酰氯 Tschugaeff 反应样品溶于冰醋酸 加乙酰氯数滴及氯化锌结晶数粒 稍加热 则呈现淡红色或紫红色 SectionSixExtractionandIsolationofTriterpenoids 一 苷元的提取与分离 一 提取1 醇提 提取物直接进行分离 2 醇提 有机溶剂萃取 3 制备成衍生物再进行分离 4 将皂苷进行水解 有机溶剂提 二 分离硅胶柱层析 二 三萜皂苷的提取与分离 特性 难以结晶 多为无定形粉末 由于糖分子的引入 极性基团明显增多 致使极性增强 故具有较大的极性而易溶于醇类溶剂 含水醇及水 难溶于弱极性的有机溶剂 一 提取 常用的提取方法 甲醇或乙醇提取 脱脂正丁醇萃取 沉降 总皂苷 大孔吸附树脂柱 二 分离 1 分配柱层析法以硅胶为支持剂 CHCl3 MeOH H2O CH2Cl2 MeOH H2O EtOAc EtOH H2O或水饱和的正丁醇等溶剂系统洗脱 2 反相层析法以反相键合相RP 18 RP 8或RP 2为填充剂 常用CH3OH H2O或乙腈 水为洗脱剂 SectionSevenStructuralIdentificationofTriterpenoids 一 常用的化学反应 1 酰化反应 伯羟基和A环羟基在醋酐 吡啶中室温下放置过夜即可乙酰化 缓和条件 其它位置上的羟基必须在醋酐 吡啶中回流8小时或更长时间才能乙酰化 一般用2次酰化的方法来确定羟基的数目 种类和位置 即第一次在缓和条件下酰化 确定伯羟基和A环上的羟基 第二次在强烈条件下酰化 以确定其它羟基 2 水解反应 多用温和的水解条件 如酶水解 微生物水解 紫外线照射水解 封管水解 Riliani s混合液 乙酸 盐酸 水 35 15 50 水解和Smith降解方法 可以获得原始的苷元 但是某些三萜酸酯类成分 如齐墩果酸甲酯 白桦酯酸甲酯等 特别是C17位 键上的 COOCH3基团 由于空间位阻较大 在氢氧化钾的乙醇溶液中 虽经长时间加热 仍不能水解 若改用氢氧化钾的二甘醇溶液于200 水解 则可得到相应的三萜酸 这一特点有助于判断羧基的位置 3 氧化反应 三萜化合物分子上的羟基可被氧化成醛或酮 常采用铬酸 吡啶氧化 欧芬脑尔 oppenauer 氧化 Jone s氧化等方法进行 以铬酸 吡啶氧化法应用最多 欧芬脑尔氧化的特点是条件温和 后处理也简单 而且可以选择性的氧化仲羟基 不影响伯羟基和双键 4 还原反应 萜类化合物上的醛 酮基可经Wolff Kiskner 黄鸣龙反应或催化还原成甲基 次甲基 也可将羟基先对甲苯磺酰化 再经四氢铝锂还原成相应的甲基或亚甲基 5 脱羧 脱羟基反应 具有 不饱和酸结构的三萜 在加热情况下可脱去羧基 常利用此反应确定羧基的位置 6 重排反应 已发现的三萜化合物中 齐墩果烷型化合物占多数 可能是因为齐墩果烷型的骨架最稳定 一些非齐墩果烷型骨架的三萜化合物如羽扇豆烷型 乌苏烷型等可向齐墩果烷型转化 由羽扇豆烷型向齐墩果烷型转化的重排 可用于确定羽扇豆烷型三萜C28位的羧基 二 三萜的波谱特征 1 紫外光谱 UV 结构中有一个孤立双键 205 250nm处有微弱吸收 不饱和羰基 max 242 250nm 异环共轭双烯 max 240 250 260nm 同环共轭双烯 max 285nm 多数三萜类化合物不产生紫外吸收 但以浓硫酸为试剂测定五环三萜类化合物时 可在310nm处观察到最大吸收 且不受母核上的取代基影响 2 红外光谱 IR 根据红外光谱A区 1355 1392cm 1 和B区 1245 1330cm 1 的碳氢吸收来区别齐墩果烷 乌苏烷和四环三萜的基本骨架 齐墩果烷型的A区有两个峰 1392 1379cm 1 1370 1355cm 1 B区有三个峰 1330 1315cm 1 1306 1299cm 1 1269 1250cm 1 乌苏烷型的A区有三个峰 1392 1386cm 1 1383 1370cm 1 1364 1359cm 1 B区也有三个峰 1312 1308cm 1 1276 1270cm 1 1250 1245cm 1 四环三萜的A区和B区都只有一个峰 还可根据红外光谱初步判断三萜母核上羟基的类型 通常伯羟基的吸收在3640 3641cm 1 仲羟基在3623 3630cm 1 a键仲羟基在3625 3628cm 1 e键仲羟基在3623 3630cm 1 3 质谱 三萜类化合物质谱裂解有较强的规律 1 当有环内双键时 一般都有较特征的反Diels Alder RDA 裂解 2 如无环内双键时 常从C环断裂成两个碎片 3 在有些情况下 可同时产生RDA裂解和C环断裂 四环三萜类化合物裂解的共同规律是失去侧链 4 1H NMR 1 环内双键质子的 值一般大于5 如齐墩果酸类和乌苏酸类C12烯氢在 4 93 5 50处出现分辨不好的多重峰 环外烯键的 值一般小于5 如羽扇豆烯和何伯烯型的C29位两个同碳氢信号多出现在 4 30 5 00 2 乙酰基质子的 值在1 82 2 07 对于绝大多数齐墩果烷型和乌苏烷型三萜 当 COOCH3位于C28位时 其甲酯的 值小于3 795 否则就大于3 795 这一规律常用于推定齐墩果烷和乌苏烷母核中C28位的羧基 大多数三萜化合物C3上有羟基或其它含氧基团 此时 C3质子的信号多为dd峰 以3 乙酰氧基取代的三萜衍生物为例 C3 H为竖键 H Oac 时 其 值在4 00 4 75之间 最大偶合常数为12Hz左右 C3 H若为横键 H OAc 值在5 00 5 48之间 最大偶合常数约为8Hz 二者均为宽低峰 3 H 4 00 4 75 J 12Hz 3 H 5 00 5 48 J 8Hz 3 三萜中甲基的信号一般出现在 0 50 1 20之间 以吡啶为溶剂时 可以得到分辨较好的单峰 对于齐墩果烷型和乌苏烷型的三萜 其最高场甲基的 值与C28的取代基有关 当C28为COOCH3时最高场甲基的 值小于0 775 反之则大于0 775 羽扇豆烯型的C30甲基因与双键相连 且有烯丙偶合 值在较低场1 63 1 80之间 且呈宽单峰 5 13C NMR 角