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第十章萜类和挥发油 TerpenoidsandEssentialOils 第一节萜类 1 了解萜类的含义 生源途径 分布和生理活性 2 熟悉萜类的结构特点和分类 3 掌握萜类的理化性质 提取 分离方法 第一节萜类 1 概述2 结构类型3 理化性质4 提取分离 C10H16 C10H16 C15H24 C20H32 1 含义和分类 含义 以前 萜是由异戊二烯或异戊烷以各种方式连接而成具有不饱和度的烃及其含氧衍生物 现代 凡由甲戊二羟酸衍生而来的且分子式符合 C5H8 n通式的衍生物均称为萜类化合物 一 概述 分类 根据异戊二烯数目及碳环数目分类 如无环单萜 单环倍半萜 三环二萜等 萜类的分类和存在 2 生源途径 1887OttoWallach 萜类化合物的骨架是由异戊二烯聚合构成 1938LeopoldRuzicka Switzerland 1939NobelPrize forhisworkonpolymethylenesandhigherterpenes 生源异戊二烯定则 萜类前体均为活性异戊二烯 FeodorLynen1964NobelPrize IPP 焦磷酸异戊烯酯 发现了胆固醇和脂肪代谢的机制和调节 前体 甲戊二羟酸 KarlFolkers 首先由乙酰辅酶A与乙酰乙酰辅酶生成甲戊二羟酸单酰辅酶 HMG CoA 后者还原生成甲戊二羟酸 MVA 生源异戊二烯法则内容 生源前体 和 MVA经数步反应转化成焦磷酸异戊烯酯 IPP IPP经硫氢酶及焦磷酸异戊酯异构酶转化为焦磷酸r r 二甲基烯丙酯 DMAPP IPP和DMAPP称 活性异戊二烯 是萜类成分在生物体形成的真正前体 在生物合成中起着烷基化的作用 几种不符合异戊二烯法则的情况 少数萜类结构不符合异戊二烯法则 是因为在转变过程中产生异构化或发生降解反应的结果 天然的异戊二烯属半萜类 hemiterpenoids 可在植物的叶绿体中形成 虽广泛存在 但其量极微 其生源途径尚不清楚 自然界常有一些半萜结合在非萜类化合物结构的母核上 形成异戊烯基或异戊基支链 而成为一种混杂的萜类化合物 多见于黄酮和苯丙素类化合物中 白芷内酯Strychnine 3 生理活性 萜类化合物种类繁多 结构复杂 性质各异 因而具有多方面的生物活性 其中不少化合物是常见的一些中药中的有效成分 具有较为重要的生物活性 4 分布 萜类化合物在中药中分布极为广泛 藻类 菌类 地衣类 苔藓类 蕨类 裸子植物及被子植物中均有萜类的存在 尤其在裸子植物及被子植物中萜类化合物分布得更为普遍 种类及数量更多 如被子植物就在 多个目 数百个科属发现有萜类化合物 4 分布 单萜 唇形科 伞形科 樟科及松科的腺体 油室及树脂道中多有倍半萜 最多 在木兰目 芸香目 山茱萸目及菊目中分布较为集中二萜 五加科 马兜铃科 菊科和豆科等二倍半萜 不多 在羊齿植物 菌类 地衣类 海洋生物及昆虫的分泌物中存在海洋生物 二 结构类型 单萜环烯醚萜倍半萜二萜和二倍半三萜四萜和多萜 单萜 monoterpenes 单萜 2个异戊二烯单位的萜烯及其衍生物 低沸点挥发油 生源途径 分布 多科植物 有些单萜以苷存在 有些是昆虫或微生物代谢产物 有些是混杂萜的萜源官能团部分 1 概述 2 结构类型和重要化合物 无环单萜 月桂烷型薰衣草烷型艾蒿烷型单环单萜 对薄荷烷型环香叶烷型卓酚酮型双环单萜 蒈烷型 蒎烷型 莰烷型 守烷型 异莰烷型 葑烷型 无环 链状 单萜重要化合物 香叶醇 又称牻 m ng 牛儿醇 是香叶油 玫瑰油 柠檬草油和香茅油等的主要成分 沸点229 230C 香橙醇 又称橙花醇 存在于橙花油 柠檬草油和其它多种植物的挥发油中 沸点255 260oC 香茅醇 存在于香茅油 玫瑰油等多种植物的挥发油中 以左旋体的经济价值较高 分离 无水CaCl2 C6H5 2NCOCl 柠檬醛 反式为 柠檬醛 香叶醛 顺式为 柠檬醛 橙花醛 柠檬醛在柠檬草油和香茅油的含量较高 具有柠檬香气分离 NaHSO3 香茅醛是香茅醇的氧化产物 大量存在于香茅油 桉叶油 柠檬油中 也是重要的柠檬香气香料 分离 NaHSO3 无环 链状 单萜重要化合物 紫罗蓝酮 单环单萜 单环单萜 卓酚酮类化合物 troponoide 是一类变形的单萜 它们的碳架不符合异戊二烯法则 这类化合物结构中都有一个七元芳环 一个酮基和一个酚羟基 单环单萜重要化合物 对薄荷烷型 薄荷醇 menthol 是薄荷挥发油中的主要组成成分 其左旋体习称 薄荷脑 对皮肤和粘膜有清凉和弱麻醉作用 用于镇痛和止痒 亦有防腐和杀菌作用 透皮吸收作用 沸点216 薄荷酮 menthone 左旋右旋 辣薄荷酮 松驰平滑肌的作用 是治疗支气管哮喘的有效成分 NaHSO3加成物片剂 紫罗兰酮 ionone 工业上由柠檬醛与丙酮缩合制备 缩合产物环合后得到 紫罗蓝酮及 紫罗蓝酮的混合物 紫罗蓝酮具有馥郁的香气 用于配制高级香料 紫罗蓝酮可作为合成维生素A的原料 分离 NaHSO3 水 食盐 单环单萜重要化合物 环香叶烷型 斑蝥素 cantharidin 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 用斑蝥素制备成的N 羟基斑蝥胺试用于肝癌 有一定疗效 单环单萜重要化合物 斑蝥素N 羟基斑蝥素 崖柏素 thujaplicin 崖柏素和 崖柏素存在于在欧洲产崖柏 北美崖柏以及罗汉柏的心材中 崖柏素 也称扁柏素 存在于台湾扁柏及罗汉柏心材中 霉菌类代谢产物 单环单萜重要化合物 卓酚酮类 双环单萜 双环单萜 双环单萜 皆烷型 双环单萜重要化合物 莰烷型 龙脑 俗称 冰片 又称樟醇 为白色片状结晶 具有似胡椒又似薄荷的香气 有升华性 其右旋体主要得自白龙脑香树挥发油 左旋体存在于艾纳香全草和野菊花中 合成品为消旋体 204 208 冰片 有发汗 兴奋 镇痉和防止虫蛀蚀 抗缺氧功能 它和苏合香脂配合制成苏冰滴丸代替冠心苏合丸治疗冠心病 心绞痛 樟脑 camphor 为白色结晶性固体 易升华 具有特殊钻透性的芳香气味 樟脑有局部刺激作用和防腐作用 用于神经痛 炎症和跌打损伤的擦剂 我国天然樟脑产量占世界第一位 天然樟脑由右旋体与左旋体共存 其右旋体在樟树挥发油中约50 左旋体存在于菊蒿挥发油中 合成品为消旋体 樟脑可作为强心剂 其强心作用是由于在体内氧化成 氧化樟脑和对氧化樟脑所致 芍药苷 paeoniflorin 是从芍药根中得到的蒎烷单萜苦味苷 对小鼠显示有镇静 镇痛 抗炎及防治老年性痴呆的生物活性 双环单萜重要化合物 蒎烷型 理化性质 挥发油提取分离结构鉴定 GC MS 中药现代化中药化学 中药药理学 环烯醚萜及其苷 iridoids 1 概述环烯醚萜 是蚁臭二醛 iridoidial 的缩醛衍生物 是一类特殊的单萜 生源途径 焦磷酸牻牛儿酯 GPP 为前体 生理活性 多种多样 分布 唇形科 茜草科 龙胆科等植物 目前已从植物中分离并鉴定结构的环烯醚萜类化合物超过800多种 其中大多数为苷类成分 非苷环烯醚萜仅占60余种 裂环环烯醚萜类30余种 环烯醚萜类化合物的合成途径示意图 环烯醚萜及其苷 4 无取代 环戊烷型 环戊烯型 环氧醚型 4 有取代 环戊烷型 环戊烯型 环氧醚型 裂环环烯醚萜 seco iridoid 及其苷 2 结构类型 特点 C1多有官能团 OH 与葡萄糖成苷 OCH3 C OC3 C4多为双键 C4 CH3易为氧化物 C8 CH3易为氧化物 C11有的为羧酸 并可成酯 环戊烷呈不同氧化态 理化性质 酸不稳定提取分离 溶剂法结构测定 NMR 倍半萜 sesqniterpenes 1 概述倍半萜 3个异戊二烯单位 含15个碳原子的萜类化合物 沸点250 280 生源途径 焦磷酸麝子油酯 FPP 衍生而来 奧类由愈创木烷和岩兰烷衍生而来 生理活性 具有较强的香气和生物活性 是医药 食品和化妆品工业的重要原料 分布 主要分布在植物界和微生物界 在海洋生物 昆虫中也有发现 多以醇 酮 内酯或苷的形式存在 是萜类化合物中最多的一类 骨架超过200余种 化合物数千种 2 结构类型和重要化合物 无环倍半萜单环倍半萜双环倍半萜 萘烷型薁型三环倍半萜特殊倍半萜 麝子油烯 又称金合欢烯 存在于枇杷叶 生姜 洋甘菊挥发油中 金合欢烯有 两种构型 其中 体存在于藿香 啤酒花和生姜挥发油中 麝子油醇 又称金合欢醇 存在于金合欢花油 橙花油 香茅中 高级香料的原料 橙花醇 又称苦橙油醇 具有苹果香 是橙花油中的主要成分之一 薁类 薁类 azulenoids 由五元环与七元环骈合而成 属于非苯核芳烃化合物 薁类化合物主要存在于挥发油中 大多具有抑菌 抗肿瘤 杀虫等活性 TwoNewGuaianeSesquiterpenesfromtheFruitsofDaucuscarota p2769 2773 TaoYi LinZhang Hong WeiFu Shi LinYang Jing KuiTianPublishedOnline Dec1720091 13PMDOI 10 1002 hlca 200900106 环状倍半萜重要化合物 青蒿素 arteannuin 过氧化物倍半萜 结构修饰合成出具有抗疟效价高 原虫转阴快 速效 低毒等特点的双氢青蒿素 dihydroqinghaosu 再进行甲基化 将它制成油溶性的蒿甲醚 artemether 及水溶性的青蒿琥珀酸单酯 artesunate 用于临床 环状倍半萜重要化合物 鹰爪甲素 yingzhaosu 是从民间治疗疟疾草药鹰爪根中分离出 对鼠疟原虫的生长有强的抑制作用 环状倍半萜重要化合物 棉酚 gossypol 为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 具有杀精子的作用 但副作用大而未应用于临床 棉酚不含手性碳原子 但由于两个苯环折叠障碍而具有光学活性 棉酚在棉籽中为消旋体 有多种不同熔点的晶体 山道年 山道年草或蛔蒿未开放的头状花序或全草中的主成分 强力驱蛔剂 但服用过量可产生黄视疟毒性 已被临床淘汰 环状倍半萜重要化合物 提取分离结构测定 二萜 diterpenes 1 概述二萜 4个分子异戊二烯单位构成 含20个碳原子的化合物 生源途径 牻牛儿醇基牻牛儿醇酯 GGPP 为前体 分布 植物界 广泛 菌类代谢产物 海洋生物 多以树脂 内酯或苷等存在于植物乳汁 树脂中 香茶菜二萜 2 结构类型和重要化合物 链状二萜单环二萜双环二萜三环二萜四环二萜 二萜重要化合物 维生素A 是一种重要的脂溶性维生素 主要存在于动物肝脏中 特别是鱼肝中含量较丰富 胡萝卜素 二萜重要化合物 穿心莲内酯 andrographolide 存在于穿心莲 榄核莲 一见喜 中 具有抗炎作用 二萜重要化合物 紫杉醇 taxol 又称红豆杉醇 最早从太平洋红豆杉Taxusbrevifolia的树皮中分离得到 1992年底美国FDA批准上市 临床用于治疗卵巢癌 乳腺癌和肺癌疗效较好 二萜重要化合物 甜菊SteviarebaudianumBertoni叶中含有以对映 贝壳杉烷 ent kaurane 骨架为母核 由不同糖组成的甜味苷 总甜菊苷含量约6 其甜度约为蔗糖的300倍 其中又以甜菊苷A甜味最强 但含量较少 甜菊苷 stevioside 因其高甜度 低热量 无毒性等优良特性 二萜重要化合物 银杏内酯 ginkgolides 是银杏Ginkgobiloba根皮及叶的强苦味成分 可作为拮抗血小板活化因子 是血小板活化因子 PAF 的特效拮抗剂 二萜重要化合物 雷公藤甲素对乳腺癌和胃癌细胞系集落形成有抑制作用 16 羟基雷公藤内酯醇具有较强的抗炎免疫抑制和雄性抗生育作用 二萜重要化合物 香茶菜二萜 二萜重要化合物 二萜生物碱 DiterpenoidAlkaloids TwoNewDiterpenoidGlucosidesfromClerodendrathusspicatus p2802 2807 Yi LeiChen Chang HengTan Jun JieTan Xue MeiZhao Shan HaoJiang Da YuanZhuPublishedOnline Dec1720091 13PMDOI 10 1002 hlca 200900121 FirstExampleofDiterpenoidsfrom14 15 CyclopimaraneintheRootsofLinumusitatissimum p2746 2753 Jian LongSun An JunDeng YanLi Zhi HongLi HuiChen Hai LinQinPublishedOnline Dec1720091 13PMDOI 10 1002 hlca 200900104 提取分离结构测定 二倍半萜 sesterpenes 二萜半萜 5个分子异戊二烯单位构成 含25个碳原子的化合物 生源途径 以焦磷酸香叶基麝子油酯 GFPP 为前体 分布 数量少 1965年发现第一个 迄今来自天然的有6种类型约30余种化合物 分布在羊齿植物 植物病源菌 海洋生物海绵 地衣及昆虫分泌物中 二倍半萜结构类型和重要化合物 链状二倍半萜单环二倍半萜双环二倍半萜三环二倍半萜四环二倍半萜五环二倍半萜 J Nat Prod 2009 72 3 pp340 344 Genepolide aSesterpene LactonewithaNovelCarbonSkeletonfromMountainWormwood Artemisiaumbelliformis Org Lett 2007 9 23 pp4693 4696 Bolivianine aNewSesterpenewithanUnusualSkeletonfromHedyosmumangustifolium andItsIsomer Isobolivianine 三萜 triterpenes 1 概述三萜 6个异戊二烯单位聚合而成 生源途径 焦磷酸麝子油酯 FPP 缩合成鲨烯 鲨烯通过不同环合方式转变而来 分布 多以游离态或成苷或成酯的形式存在 含氧衍生物是树脂的主要组成部分 与甾醇类共存 分布在多科植物 少数动物中 2 结构类型和重要化合物无环三萜三环三萜四环三萜 羊毛脂甾烷和大戟烷型达马烷型葫芦素烷型原萜烷型楝烷型环菠萝密烷型五环三萜 齐墩果烷型乌苏烷型羽扇豆烷型木栓烷型羊齿烷型和异羊齿烷型何帕烷型和异何帕烷型 提取分离结构鉴定 四萜和多萜 tetraterpenesandpolyterpenes 四萜 8个异戊二烯单位组成 主要指胡萝卜烯类色素 脂溶性色素 称为多烯烃 polenses 分布 植物的叶 果实 花冠中 结构类型和重要化合物 胡萝卜烯类醇类酮类环氧化物非四萜类色素 多萜 橡胶 顺式高分子异戊二烯化合物 硬胶 反式高分子异戊二烯化合物 理化性质 单萜 1 多数是挥发油中沸点较低部分的组成成分 萜烃 140 180 含氧衍生物 200 230 2 多数具有较强的香气和生理活性 是医药 食品 化妆品的重要原料 3 有些单萜以苷的形成存在 有些是昆虫或微生物代谢产物 有的是形成混杂萜类的萜源官能团部分 卓酚酮 4 卓酚酮是挥发油的酸性部分 酸性 酚 卓酚酮 羧酸 鉴别 能与金属离子络合产生特殊的颜色反应与铁离子 赤色结晶 与铜离子 绿色结晶 环烯醚萜及其甙 1 性状 一般为液体或低熔点固体 环烯醚萜苷为白色结晶或无定形具吸湿性粉末 有苦味 有旋光性 2 溶解度 偏亲水性 易溶于水和甲醇 可溶于乙醇 丙酮 正丁醇等 难溶于氯仿 苯 石油醚等亲脂性溶剂 3 检识 利用酸水解反应检查环烯醚萜甙的存在 水解后的甙元具半缩醛结构易聚合 产生黑色沉淀 环烯醚萜及其甙 4 显色反应 京尼平 氨基酸蓝紫色沉淀 京尼平 皮肤 蓝紫色 京尼平 HAc 铜离子蓝色 京尼平 2 4 二硝基苯肼黄色 车叶草 Shear试剂 黄 棕 深绿色 1HCl 15Aminobenzene 倍半萜 1 一般为液体或低沸点固体 沸点较高 250 280 2 有较强香气和生理活性 医药 食品 香料等原料 3 倍半萜内酯 有细胞毒和抗癌活性 的构效关系 重要活性基团 环戊烯酮 亚甲基 内酯 不饱和内酯 一般活性基团 环氧酮 不饱和酯 烯醇 薁 y 类化合物 4 薁类是挥发油高沸点馏分中呈现蓝 紫或绿色的馏分 沸点250 260 溶于醚 醇等有机溶剂 不溶于水 但可溶于强酸 鉴别 苦味酸或三硝基苯试剂 结晶络合物 熔点敏锐 检识 溴化反应 Sabaty反应 蓝 紫或绿色 对二甲氨基苯甲醛 浓硫酸 Ehrlich试剂 紫或红色 多有抑菌 抗肿瘤 杀虫等活性 1 2 3 4 5 6 7 8 二萜和二倍半萜 1 多数不能随水蒸气蒸馏 沸点较高 300