天然药物化学第九章强心苷ppt课件.ppt

第九章强心苷类 1 甾体化合物 天然存在的甾体类成分种类很多 包括动植物甾醇 也称固醇 植物强心苷 蟾酥毒素 甾体生物碱 甾体药物 昆虫激素等 它们的结构中都具有环戊烷骈多氢菲的甾核 这类成分涉及到生理 保健 节育 医药 农业 畜牧业等多方面 对动植物的生命活动起着重要的作用 2 又名类固醇化合物 steroids 因其结构中都具有环戊烷骈多氢菲的甾核 1936年给这类化合物提出一个总称 甾体化合物 甾 字很形象化地表示了这类化合物的骨架 即在含有四个稠合环 田 字上面连有三个支链 C10 C13上各有一个甲基 称为角甲基 C17位有侧链 甾体的定义 3 在甾体母核上 大都存在C3羟基 可和糖结合成苷 而C17侧链有显著差别 根据C17侧链结构的不同 可将天然甾类分为不同类型 基本结构和分类 4 天然甾类化合物的分类及甾核的稠合方式 5 一 C21甾类化合物 C21甾是一类含有21个碳原子的甾体衍生物 C21甾类化合物种类很多 都是以孕甾烷 pregnane 或其异构体为基本骨架 A B环为反式骈合 C D环多为顺式骈合 5 6位大多有双键 17位侧链多为 构型 孕甾烷 6 5 孕甾烷 孕甾烯醇酮 黄体酮 C21甾类化合物 7 海洋甾体化合物 海洋药物研究目前已成为天然药物化学的一个新的发展方向 海洋甾体化合物具有活性强 结构复杂的特点 从白斑角鲨获得的甾体生物碱 作为新生血管抑制剂类抗癌药已经进入 期临床试验 8 强心苷类 第一节概述 定义 强心苷 cardiacglycosides 是存在于植物中具有强心作用的甾体苷类化合物 目前临床应用的有二 三十种 用于治疗充血性心力衰竭及节律障碍等心脏疾病 如西地兰 地高辛 毛地黄毒苷等 但强心苷类能兴奋延髓催吐化学感受区而引起恶心 呕吐等胃肠道反应 且有剧毒 若超过安全剂量时 可使心脏中毒而停止跳动 9 1785年 W Withering使用洋地黄叶治疗水肿 到现在已从十几个科一百多种植物中发现强心苷类 主要有夹竹桃科 玄参科 萝摩科 卫矛科 百合科 大戟科等等 较重要的植物有黄花夹竹桃 紫花洋地黄 毛花洋地黄 杠柳 铃蓝 海葱 福寿草 羊角拗等 动物中尚未发现有强心苷类成分 蟾蜍中所含的蟾毒也对心肌有兴奋作用 具强心作用 但其非苷类 而属甾类 10 强心苷的生物合成是以甾醇为母体经多次转化而逐渐生成 涉及到大约20种酶的作用 11 强心苷的组成 强心苷 糖 苷元 六 五碳糖 6 去氧糖 2 6 二去氧糖 糖甲醚 多与3 OH结合 甲型 五元环 乙型 六元环 第一节结构与分类 12 强心苷元 1 C17位有五元不饱和内酯环 甲型强心苷 大部分 2 C17位有六元不饱和内酯环 乙型强心苷 较少 五元内酯环 内酯 六元内酯环 内酯 13 5 C10 C13 C17有取代基 C10 位上大多是甲基 也可能是醛基 羟甲基 羧基 都是 构型 C17 位为不饱和内酯环 大部分是 构型 C13 位都是甲基 3 稠环方式 B C反式 C D顺式 A B环顺 反式 但顺式较多 4 C3和C14都有羟基取代 C3 OH大多是 构型 少数是 构型 C14 OH都是 构型 3 14 dihydroxy 5 card 20 22 enolide 3 14 dihydroxy acilla 4 20 22 trienolide 14 糖部分 强心苷中糖均与苷元的C3结合形成苷 可多至5个单元 以直链连接 除有六碳醛糖 五碳醛糖 6 去氧糖 6 去氧糖甲醚以外 还有仅存在于强心苷中的特殊的2 6 二去氧糖和2 6 二去氧糖甲醚 15 6 去氧糖如L 鼠李糖 L rhamnose L 夫糖 L fucose L 鼠李糖 L 夫糖 糖部分 16 6 去氧糖甲醚如D 洋地黄糖 D digialose L 黄花夹竹桃糖 L thevetose D 洋地黄糖 L 黄花夹竹桃糖 糖部分 17 2 6 二去氧糖如D 洋地黄毒糖 D digitoxose D 波伊文糖 D boivinose D 洋地黄毒糖 D 波伊文糖 糖部分 18 2 6 二去氧糖甲醚如D 加拿大麻糖 D cymarose L 夹竹桃糖 L oleandrose D 加拿大麻糖 L 夹竹桃糖 糖部分 19 强心苷中 多数是几种糖结合成低聚糖形式再与苷元的C3 OH结合成苷 少数为双糖苷或单糖苷 糖和苷的连接方式有三种 型 苷元 2 6 去氧糖 X D 葡萄糖 Y 型 苷元 6 去氧糖 X D 葡萄糖 Y 型 苷元 D 葡萄糖 Y一般初生苷其末端多为葡萄糖 糖和苷元的连接方式 20 甲型强心苷 毛地黄强心苷 R1R2毛地黄毒苷digitoxinHH亲脂性强 多口服 用于慢性病例羟基毛地黄毒苷gitoxinHOH亲脂性低 难吸收地高辛digoxinOHH亲脂性低 注射 用于急性病例吉他洛辛gitaloxinHOCHO亲脂性增强 易吸收 减少积蓄 一 五元内酯环强心苷类 21 去乙酰化 毛花苷C 西地兰 注射用 毛花毛地黄苷C 一级苷 注射用 Glc 乙酰基 地高辛 注射用 22 二 六元内酯环强心苷类 海葱中含有的原海葱苷A 海葱苷A与葡萄糖海葱苷A等 都是海葱苷元的衍生物 R海葱苷元 H原海葱苷A Rha海葱苷A Rha glc葡萄糖海葱苷A Rha glc glc 23 来西蟾酥毒配基 毒性小 具有强心 升压 呼吸兴奋作用 临床用做心律衰竭 呼吸抑制的急救药 蟾酥由蟾蜍耳后腺 皮下腺分泌的白色浆液中经加工而制成 有攻毒散肿 通窍止痛功效 是中药 六神丸 痧药丸 的主要成分 日本的 救心丹 出口为1亿美元 是以中国的六神丸为基础研究的 血栓心脉宁也是以蟾酥为主要成分 24 第三节强心苷的理化性质 1 强心苷多为无色结晶或无定形粉末 味苦 只有C17为 构型时味不苦 对粘膜有刺激性 2 强心苷溶解度 可溶于水 丙酮及醇类等极性溶剂 略溶于乙酸乙酯 含醇氯仿 几乎不溶于乙醚 苯 石油醚等非极性溶剂 溶解度常常因糖分子数目和性质及苷元上有无亲水性基团而有差异 25 一般苷元相同时 原生苷比次生苷或苷元的亲水性强 亲脂性弱 可溶于水等极性溶剂而难溶于低极性有机溶剂 当糖基与苷元上的羟基数目相同时 苷元上的羟基可形成分子内氢键的水溶性小 26 二 化学性质 1 内酯环开裂 用KOH或NaOH水溶液处理 可以使内酯环开裂 酸化后又环合 如果用醇性苛性碱溶液处理 内酯环发生异构化 这种变化是不可逆的 遇酸也不能复原 27 乙型强心苷元在醇性苛性碱溶液中 内酯环开裂生成酯 再脱水生成异构化物 28 2 内酯环上双键的氧化 内酯环上双键经臭氧氧化可得酮醛化合物 再经KHCO3水解 得酮醇化合物 最后用过碘酸氧化 可得17 羰基化合物 29 3 羟基的脱水反应 强心苷元中的5 OH和14 OH都是叔羟基 极易脱水 故含此取代基的苷类在酸水解时 常得次生的脱水苷元 30 三 苷键的水解 1 酸催化水解 1 温和条件下水解 反应条件 用稀酸 0 02 0 05NHCl或硫酸 在含水醇中经短时间 半小时至数小时 加热回流 结果 水解2 去氧糖之间的苷键 对苷元的影响小 不发生脱水反应 2 羟基糖的苷 在此条件不易断裂 31 主要水解苷元和 去氧糖之间的苷键或 去氧糖与 去氧糖之间的糖键 而 去氧糖与葡萄糖之间的糖键不易切断 对苷元影响较小 不会引起脱水反应 但不适于16位有甲酰基的洋地黄强心苷类 在此种条件下 16位甲酰基水解为羟基 得不到原生苷元 32 实例 0 02 0 05mol LHCl或H2SO4 含水醇 短时间即可水解 去氧糖苷键 而非去氧糖在此条件不易断裂 33 1 紫花洋地黄苷A 洋地黄毒苷元 洋地黄毒糖 3 glc 稀酸 H2O 2 毒毛花苷K 毒毛花苷元 加拿大麻糖 葡萄糖 2 稀酸 H2O 实例 34 紫花洋地黄苷A 洋地黄毒苷元 洋地黄毒糖 3 glc 稀酸 H2O 洋地黄毒苷元 2洋地黄毒糖 洋地黄毒糖 glc 毒毛花苷K 毒毛花苷元 加拿大麻糖 葡萄糖 2 稀酸 H2O 毒毛花苷元 加拿大麻糖 葡萄糖 葡萄糖 实例 35 1 酸催化水解 2 强酸水解 3 5 2 羟基糖的苷 由于2 羟基存在 产生结构互变 阻挠了水解反应的进行 水解较为困难 必须增高酸的浓度 延长水解时间或同时加压 但此法常引起苷元失去1分子或数分子水 形成脱水苷元 即次生苷 36 1 温和酸水解 2 剧烈酸水解 37 1 酸催化水解 3 盐酸丙酮法 Mannich水解 当糖或苷元中有邻二酚羟基时 在丙酮溶液中 室温条件下与氯化氢 0 4 1 长时间反应 两周 生成丙酮化物 进行水解 可得到原来的苷元和糖的衍生物 38 0 4 1 HCl 丙酮 Mannich水解 铃兰毒苷 毒毛旋花子苷元 氯代 L 鼠李糖丙酮化合物 39 2 酶催化水解 含强心苷的植物中均有水解强心苷的酶与之共同存在 酶催化水解具有反应条件温和 选择性高 可以得到苷元结构不变的原生苷 不同性质的酶作用于不同性质的苷键 植物体中没有水解 去氧糖的酶 40 三糖次级苷 葡萄糖 苷元 3洋地黄毒糖 葡萄糖 紫花洋地黄酶 蜗牛消化酶 酶催化水解 41 42 四 显色反应 不饱和内酯环产生的反应2 去氧糖产生的反应甾体母核产生的反应 43 1 由于不饱和内酯环产生的反应 甲型强心苷类由于C17位侧链上有一个不饱和五元内酯环 在碱性溶液中 双键转位能形成活性次甲基 从而能与某些试剂反应而显色 只有甲型强心苷呈阳性 可用于区别甲型与乙型强心苷 44 Legal反应 亚硝酰铁氰化钠 活性次甲基与活性亚硝基缩合生成肟基衍生物而呈色 同时Fe3 被还原为Fe2 凡分子中有活性次甲基者均有此呈色反应 Raymond反应 间二硝基苯 通过间二硝基苯与活性次甲基缩合 再经过过量二硝基苯的氧化生成醌式结构而呈色 部分间二硝基苯自身还原为间硝基苯胺 45 Kedde反应 3 5 二硝基苯甲酸试剂 取样品的甲醇或乙醇溶液于试管中 加入3 5 二硝基苯甲酸试剂3 4滴 产生红或紫红色 Baljet反应 碱性苦味酸试剂 取样品的甲醇或乙醇液于试管中 加入碱性苦味酸试剂数滴 呈现橙或橙红色 有时需放置15min后显色 46 1 由于活性次甲基产生的反应 47 2 由于2 去氧糖产生的反应 1 Keller Kiliani K K 反应 试剂 冰醋酸中 Fe3 FeCl3或Fe2 SO4 3 浓硫酸显色 醋酸层呈蓝色或篮绿色其颜色随苷元不同而异 如毛地黄毒苷呈草绿色 羟基毛地黄毒苷呈洋红色 异羟基毛地黄毒苷呈黄棕色 适用范围 含游离或可水解得到2 去氧糖 2 去氧糖若和葡萄糖或其他 OH糖相接的双糖 叁糖则不呈色 所以对此反应不呈色的并非绝对没有2 去氧糖的组成 如K 毒毛旋花子苷虽然分子中有加拿大麻糖 但因与葡萄糖相连 均呈阴性反应 48 2 对二甲氨基苯甲醛反应 将强心苷醇溶液滴在滤纸上 干后 喷对二甲氨基苯甲醛试剂 1 对二甲氨基苯甲醛 浓盐酸4 1 并于90 加热30秒钟 结果 如有2 去氧糖 可显灰红色斑点 3 占吨氢醇反应 xanthydrol 取强心苷固体样品少许 加占吨氢醇试剂 10mg占吨氢醇溶于100ml冰醋酸 加1ml浓硫酸 置水浴上加热3分钟 分子中有2 去氧糖显红色 49 4 过碘酸 对硝基苯胺反应 过碘酸能将强心苷分子中的2 去氧糖氧化生成丙二醛 再与对硝基苯胺缩合而呈黄色 该显色反应可作为薄层色谱和纸色谱的显色 50 甾类成分在无水条件下 用酸处理 能产生各种颜色反应 用这些反应来初步鉴别该类成分 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 三萜皂苷也有此反应 颜色变化稍慢 且不出现污绿色 但甾体皂苷颜色变化快 在颜色变化的最后呈现污绿色 3 由于甾体母核产生的反应 51 氯仿 浓硫酸反应 Salkowski反应 样品溶于氯仿 沿管壁滴加浓硫酸 氯仿层显血红色或青色 硫酸层显绿色荧光 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 52 A 样品 25 三氯醋酸乙醇液 红色 紫色 分子中有共轭双烯结构或经三氯醋酸作用 生成物具共轭双烯结构 B 25 三氯醋酸乙醇液 3 氯胺T水液 4 1 样品 荧光反应 毛地黄强心苷类的区别 毛地黄毒苷类 黄色羟基毛地黄毒苷类 兰色异羟基毛地黄毒苷类 灰黄色 三氯醋酸反应 Rosenheim反应 53 第四节强心苷的波谱特征 一 紫外光谱 借此可区别二类强心苷 若 16 17 与 内酯共轭 则另外在270nm处产生强的共轭吸收 甲型强心苷 内酯 max220nm lg 4 34 乙型强心苷 双烯 内酯 max295 300nm lg 3 93 54 二 红外光谱 强心苷结构中最大特征吸收来自 内酯 一般在1700 1800 1有两个羰基吸收 较低波数的是 不饱和羰基的正常吸收 较高波数的是不正常吸收 随溶剂性质而改变 在极性大的溶剂中 吸收强度减弱或消失 55 毒毛旋花子苷元 3 乙酰毛地黄毒苷元 56 三 质谱 强心苷苷元的质谱裂解方式较多也较复杂 除羟基的脱水 醛基脱CO 脱甲基 脱C17内酯侧链和双键的RDA裂解外 还可出现一些由较复杂的裂解方式产生的特征碎片 甲型 乙型 57 对于甲型和乙型强心苷 它们各自的不饱和内酯环的氢谱信息有所差别 而对于苷元中甾核与糖部分的H信息是相似的 四 核磁共振氢谱 1H NMR 58 苷元 1 C10 C13上 CH3 1 002 C10上CHO 9 5 103 C10上CH2OH 4 0 5 04 C3 OH C3 H 3 9 6 去氧糖 C5 CH3 1 0 1 5 d J 6 5Hz m2 去氧糖 高场区 与端基质子有耦合甲氧基糖 OCH3 3 5 s端基质子 5 0 D GlcJ 6 8Hz L RhaJ 2Hz D 2 去氧糖dd 糖 59 碳谱 13CNMR 苷元部分 CH CH 110 180CHO 195 7环上C O 200 O C 60 90 糖 60 强心苷由于下列因素提取困难 1 植物体中所含强心苷比较复杂 大多含量较低 2 多数强心苷是多糖苷 常常与糖类 皂苷 色素 鞣质等共存 这些成分的存在往往能影响或改变强心苷在许多溶剂中的溶解度 3 植物中含有酶解强心苷类的酶 植物原料在保存或提取过程中均可促使强心苷的酶解 产生次级苷 增加了成分的复杂性 第五节强心苷的提取分离 61 提取原生苷 抑制酶活性 1 原料要新鲜2 采集后要低温迅速干燥3 保存期间要避免潮湿提取次级苷 利用酶活性 进行酶解 最适宜的温度25 40 酸 碱对强心苷结构的影响 62 1 原生苷的提取 新鲜药材为原料 抑制酶的活性 原生苷易溶于水 醇等极性溶剂 难溶于亲脂性溶剂 故用70 80 EtOH提取 2 次级苷的提取 利用酶的活性 25 40 进行酶解 次级苷易溶于亲脂性溶剂而难溶于水 一般用CHCl3提取 也可提取原生苷再进行酶解 酶解完全后再用CHCl3萃取 一 提取 63 二 纯化 1 溶剂法 原料如果是种子或含油脂多时 1 先用压榨法或溶剂法脱脂 然后再用醇或稀醇提取 2 也可以先用醇或稀醇提取 提取液浓缩去醇后再以石油醚萃取脱脂 用氯仿 甲醇萃取除去亲水性杂质 64 2 铅盐沉淀法铅盐可与一些成分 黄酮 醌类 多糖 皂苷等 生成沉淀 与强心苷类成分分开 但铅盐与杂质生成的沉淀能吸附强心苷而导致损失 这种吸附和溶液中醇的含量有关 当溶液中醇浓度增大时 能降低沉淀对强心苷的吸附 但若醇浓度太高 则纯化效果不好 例如 提取毛地黄强心苷时 水提取液用碱性Pb AC 2试剂处理 强心苷损失达14 若增加含醇量为40 则并无损失 若醇的量大于50 则纯化效果差 65 3 吸附法活性炭吸附 将强心苷稀醇溶液通过活性炭 提取液中的叶绿素等脂溶性杂质可被吸附而除去 氧化铝吸附 当提取液通过Al2O3 溶液中糖类 水溶性色素 皂苷等可被吸附 从而达到纯化的目的 但强心苷亦有可能被吸附而损失 聚酰胺吸附 当提取液通过聚酰胺柱层析时 可以除去鞣质 66 三 分离 2 逆流分配法 也是利用分配系数的不同使混合苷分离 常用的溶剂系统为氯仿 甲醇 水 调节三者的比例 可以得到满意的结果 如果没有逆流分配器 可以用一定数量的分液漏斗 1 两相溶剂萃取法 利用强心苷在两种互不相溶的溶剂中分配系数的不同而达到分离 67 3 色谱分离 分离亲脂性单糖苷 次级苷和苷元 选用吸附色谱常用硅胶为吸附剂 混合溶剂进行梯度洗脱 氧化铝为吸附剂 能引起酰氧基的消去反应 对弱亲脂性成分 选用分配色谱用硅胶 硅藻土或纤维素为支持剂 用不同比例的乙酸乙酯 甲醇 水或氯仿 甲醇 水为溶剂系统进行梯度洗脱 68 六 强心苷的生理活性 强心苷是治疗心力衰竭不可缺少的重要药物 但其治疗指数狭窄 目前仍有必要继续寻找和研究新的强心苷 一 强心苷元与强心作用的关系 1 甾体的立体结构很重要 C D环必须顺式结合 才有强心作用 2 C17必须有一个不饱和内酯环 且为 构型 构型无强心作用 内酯环中双键饱和后强心作用减弱 但毒性也减弱 比较安全 有一定的实用价值 3 C14位OH易与8 15位氢脱水形成新的双键 强心作用消失 69 4 甲型强心苷元中 A B顺式稠合 C3 OH为 构型时强心作用大于其 构型的异构体 在A B反式异构体中 C3 OH构型对强心作用无明显影响 5 C16和C17位之间引入双键 强心作用降低或消失C10位 CH3变成 CH2OH或 CHO 强心作用增强C10位 CH3变成 COOH 强心作用降低或消失6 糖和苷元上引入乙酰基时 强心作用增加 7 毒性 乙型强心苷 甲型强心苷 一 强心苷元与强心作用的关系 70 二 糖部分与强心作用的关系 糖部分本身没有强心作用 但在强心苷中 糖的性质和数目对强心作用有影响 如毛地黄毒苷元结合葡萄糖数目增多 强心作用降低 毒性降低 毛地黄毒糖的苷均比相应的葡萄糖苷的分配系数 水 油 小 显示有较强的作用和毒性 强心苷中的糖的性质和数目 很可能是影响到强心苷在水 油中的分配系数 从而影响活性和毒性 71 一般来说 2 6 二去氧糖衍生的苷对心肌和中枢神经系统比葡萄糖苷有较强的亲合力 这类苷的强心活性 毒性和亲脂性呈平行关系 但葡萄糖苷毒性较弱 被认为有可能发展为一类更为安全的药物 甲型强心苷元及其苷的毒性规律 苷元 单糖苷 二糖苷 三糖苷 二 糖部分与强心作用的关系 72 1 强心苷苷元与糖连接的方式有三种类型 其共同点是 葡萄糖在末端B 鼠李糖在末端C 去氧糖在末端D 氨基糖在末端 2 在研究强心苷构效关系时 人们发现强心苷必备的活性基团为 A 环戊烷多氢菲B C3 OHC C14 OHD C17 内酯环 3 最易被酸水解的苷是 A 2 氨基糖苷B 2 去氧糖苷C 2 羟基糖苷D 6 去氧糖苷 一 选择题 73 4 K 毒毛旋花子的组成为毒毛旋花子苷元 D 加拿大麻糖 D 葡萄糖 D 葡萄糖 该苷水解后 得到保持原结构的苷元及一个三糖 该水解条件为 A 葡萄糖苷酶解B 3 盐酸水解C 0 02mol L盐酸含水醇回流D 醋酸 水 浓盐酸 7 11 2 5 与3 5 二硝基苯甲酸 kedde反应 在碱性条件下显紫红色反应的化合物是 A 甲型强心苷B 乙型强心苷C 内酯化合物D A和B 74 6 可以用于鉴别2 去氧糖的反应是 A Rosenheim反应B 对二氨基苯甲醛反应C Sabety反应D Kedde反应7 甾体皂苷的结构特点在于甾体母核的C 17位连接有 A 不饱和 内酯B 不饱和 内酯C 具有螺原子