天然产物化学 第1章 萜类物质教程教案

天然产物化学 第1章 萜类物质教程教案 天然产物化学天然产物在自然界中由活生物产生的通常具有药理学或生物学活性的化学物质，包括蛋白质、多肽、氨基酸、核酸、各种酶类、单糖、寡糖、多糖、糖蛋白、树脂、胶体物、木质素、维生素、脂肪、油脂、蜡、生物碱、挥发油、黄酮、糖苷类、萜类、苯丙素类、脂肪酸、酚类、醌类、内酯、甾体化合物、鞣酸类、抗生素类等天然存在的化学成分。 天然产物分离技术用化学、物理和生物化学的原理和方法从动物、植物及微生物发酵体系中分离纯化目标产物。 天然产物分离技术重点研究生化产物功能、质量及理化性质与分离纯化工艺、条件之间的关系，为优化分离纯化生化产物制备过程提供理论依据。 本章内容 一、概述 二、单萜类 三、环烯醚萜类 四、倍半萜类 五、二萜类 六、三萜类 七、四萜类?第一节概述萜类化合物是广泛存在于自然界的天然物质中最多的一类化合物。 1970年统计已确定结构者约4000种。 1982年统计超过一万种，目前已超过22000种。 存在高等植物、微生物、某些昆虫和海洋生物。 应用医药（紫杉醇、青蒿素）、食品（姜烯、姜黄烯、水芹烯）、香料（香茅醇）、汽车工业和飞机制造业（橡胶）等。 CCCCC头尾异戊二烯单位H(Head)T(tail)定义凡由异戊二烯聚合衍生的化合物，其分子式符合(C5H8)n通式的。 一、萜类化合物的结构倍半萜153挥发油单萜102挥发油半萜5n=1植物叶二萜204树脂、苦味质、植物醇二倍半萜255海绵、植物病菌三萜306皂苷、树脂、植物乳汁四萜408植物胡萝卜素多聚萜408橡胶、硬橡胶分类碳数(C5H8)n存在 二、萜类化合物的分类C H3C OOHOHOHH OOC葡萄糖醋酸甲戊二羟酸(M VA)2ATP（三磷酸腺苷）焦磷酸异戊烯酯（IPP）焦磷酸二甲基烯丙酯（DMAPP）异构化半萜酶作用、缩合焦磷酸香叶酯生物体内的“活性异戊二烯”物质在生物体内形成的真正前体(G PP)焦磷酸金合欢酯（FPP）焦磷酸香叶基香叶酯（GGPP）焦磷酸香叶基金合欢酯（GFPP）IPPIPPIPP衍生单萜倍半萜三萜二萜四萜二倍半萜222尾-尾二聚() 三、萜类化合物的性质及生理活性（一）物理性质1.性状 （1）形态单萜、倍半萜多具有特殊香气的油状液体；或低熔点的固体。 沸点单萜 ）二萜和二倍半萜多为结晶性固体。 （2）味多具苦味（萜类又称苦味素） （3）旋光和折光性多具有不对称碳原子，且多有异构体。 2.溶解度萜类亲脂性强易溶醇及脂溶性有机溶剂，难溶水；具内酯结构的萜类溶于碱水，酸化析出。 （用于分离纯化,银杏内酯）萜类对高热、光和酸碱较为敏感，或氧化，或重排，引起结构改变。 （二）化学性质1.加成反应 （1）双键加成反应（卤化氢、溴、亚硝酰氯、DA反应）加成产物通常具有结晶性识别双键的存在及不饱和度（分离纯化）与卤化氢反应萜类化合物中的双键能与氢卤酸类，生成结晶性加成产物。 例如柠檬烯与氯化氢加成反应。 ClCl+2HCl冰醋酸柠檬烯柠檬烯二氢氯化物(固体结晶)与溴反应萜类的双键在冰醋酸或乙醚与乙醇的混合溶液中，在冰冷却下，滤取析出的结晶性加成物。 BrBrBr2+加成物与亚硝酰氯反应大多不饱和的萜类成分可与亚硝酰氯（Tilden试剂）发生加成反应，生成亚硝基氯化物。 NOCl NO（亚硝酰氯）不饱和萜类氯化亚硝基衍生物(蓝-绿色)NNO亚硝基胺类（六氢吡啶）缩合固体结晶DA反应（Diels-Alder）有共轭双键的萜类成分能与顺丁烯二酸酐产生Diels-Alder加成反应，生成结晶形加成产物。 OOOOOO+顺丁烯二酸酐共轭双键的萜结晶形加成物(可证明共轭双键的存在)Diels-Alder加成 （2）羰基加成反应（与亚硫酸氢钠、硝基苯肼、吉拉德试剂加成）与亚硫酸氢钠加成含羰基的萜类可与亚硫酸氢钠发生加成反应，生成结晶加成物，复加酸或加碱使其分解，生成原来的反应产物。 如从香茅油中分取柠檬醛*反应时间过长或温度过高，使双键发生加成，并形成不可逆的双键加成物。 CHO COHSO3NaH柠檬醛或-+NaHSO3OH H+-结晶加成物与硝基苯肼加成含羰基的萜类可与对硝基苯肼或2，4-二硝基苯肼在磷酸中发生加成反应，生成对硝基苯肼或2，4-二硝基苯肼的加成物（沉淀）。 OH2NNH NO2NO2NH NO2NO2N+2,4-二硝基苯肼磷酸2,4-二硝基苯肼的加成物与吉拉德试剂加成吉拉德（Girard）试剂是一类带有季铵基团的酰肼，常用的有Girard T和Girard P，结构如下NONH NH2NH NH2NO+吉拉德试剂T吉拉德试剂P与吉拉德试剂加成RRONONH NRR吉拉德试剂EtOH10%醋酸+（促进反应）+加水水层H+乙醚萃取回收乙醚复原酸化X-脂溶水溶2.氧化反应用途测定分子中双键的位置；萜类醛酮的合成。 常用的氧化剂有臭氧、铬酐（三氧化铬）、四醋酸铅、高锰酸钾、二氧化硒等。 臭氧的氧化反应OO OOOOOOOOOCHOCHO+2HCHO丙酮-羰基异戊醛甲醛3O3H月桂烯铬酐的氧化反应薄荷醇氧化成薄荷酮OH OCrO3H KMnO4OCOOHCOOH+薄荷醇薄荷酮-甲基已二酸丙酮仲醇3.脱氢反应脱氢反应通常在惰性气体的保护下，用铂黑或钯做催化剂，将萜类成分与硫或硒共热（200300）而实现脱氢。 OH-eudesmol-桉醇S-HO OH+薄荷酮SementhoneCOOH松香酸S或Se1-甲基-7-异丙基菲abietic acid4.分子重排萜类，特别是双环萜在发生加成、消除或亲核性取代反应时，常常发生碳架的改变，产生Wagner-Meerwein重排。 目前工业上由-蒎烯合成樟脑的过程，就是应用Wagner-Meerwein重排再氧化制得。 （三）萜类化合物的生理活性 1、抗生育活性芫花酯甲、芫花酯乙均为引产药。 2、抗白血病、抗肿瘤活性雷公藤内酯、雷公藤羟内酯、鸦胆丁等。 3、驱蛔虫和杀虫活性驱蛔素、川楝素、土木香内酯等。 4、抗疟活性青蒿素、鹰爪甲素。 5、神经系统作用马桑内酯类化合物（治疗神经分裂症）。 6、抗菌痢和抗钩端螺旋体活性穿心莲内酯、穿心莲新苷、12-去氧穿心莲内酯。 7、抑制血小板凝集、扩张冠状动脉、增强免疫功能芍药苷。 8、泻下作用栀子苷、京尼平苷。 9、促进肝细胞再生活性齐墩果酸 10、防治肝硬化、肝炎的活性葫芦素B、E 11、抗阿巴原虫活性鸦胆子苷，鸦胆子苦素AG及鸦胆子苦内酯等。 12、降血压活性闹羊花毒素III 13、降血脂、血清、总胆固醇活性如泽泻萜醇A 14、抗菌消炎活性如雪胆甲素、雪胆乙素。 15、降低转氨酶活力如山芝麻酸甲酯。 16、毒鱼活性如二萜醛。 17、昆虫拒食活性。 18、可作甜味剂甜菜素（滕氏甜味内酯）具有600?800倍蔗糖甜度,罗汉果甜素V的0.02%水溶液为蔗糖甜度的约250倍，可作甜味剂。 19、昆虫保幼激素如天蚕蛾保幼激素，防治害虫。 20、昆虫性引诱剂及昆虫驱避物质倍半萜丙二烯酮对蚂蚁及其他昆虫有驱避作用。 第二节单萜类单萜化合物通常存在于唇形科、樟科、芸香科、桃金娘科、木兰科、松平科等。 单萜类含氧衍生物沸点200-230，大多数是植物挥发油中沸点在140-180部分的主要成分。 一、链状单萜罗勒烯链状萜烯类，吴茱萸，祛痰镇咳香茅醇I I含氧链状单萜，沸点99，九里香，驱虫，香料柠檬醛含氧链状单萜，沸点229，百合科大蒜，杀、驱虫，抑、杀真菌和防腐。 香茅醇II含氧链状单萜，沸点222，柠檬油、香茅油、香叶油等，抑制金黄色葡萄球菌和伤寒杆菌。 二、单环单萜类柠烯左旋体沸点177.6-177.8，白皮松的松针油和松节油，右旋体沸点71，柠檬、柑橘、佛手、黄花杜鹃油，祛痰镇咳，生产香料、合成橡胶薄荷醇自然界只存在左旋，沸点212，薄荷油，清凉剂、驱风剂、防腐剂 三、双环单萜类-松节烯（-松节烯）沸点155-156（164），柠檬、百里香、茴香、薄荷、橙花等挥发油中，局部止痛作用。 樟脑右旋体沸点179，外消旋体沸点178，樟树挥发油，兴奋剂、增加微血管循环。 龙脑左旋体存在于艾纳香和野菊花的花蕾挥发油中，右旋体存在于龙脑香树树干空洞内的渗出物中，发汗、镇痉、止痛，人丹、冰硼散的主要成分。 第三节环烯醚萜类属双环单萜，蚁臭二醛（iridoidial）的缩醛衍生物，含取代环戊烷环烯醚萜和环戊烷开裂的裂环环烯醚萜两种基本碳架。 大多为白色结晶体或粉末；味苦，多具有旋光性；苷类易溶于H2O、甲醇；可溶于乙醇、丙酮、正丁醇等溶剂；难溶于氯仿、乙醚、苯等。 一、环烯醚萜苷类栀子苷熔点64-65，茜草科植物栀子的果实、叶和叶柄，大花栀子的果实和叶中，促进植物根的生长，烟油抑制剂的原料。 京尼平苷熔点161-163，山栀子的主要成分，清热泻火、泻下、利胆作用。 二、44-去甲环烯醚萜苷类梓醇熔点203-205，玄参科植物地黄中降血糖的主要成分，利尿和迟发性的缓下功能。 三、裂环环烯醚萜苷类当药苦苷熔点113-114，当药和樟牙菜中的苦味成分，抑制癌细胞转移。 第四节倍半萜由33个异戊二烯单位构成，含15个碳原子。 芸香目、山茱萸目、木兰目等植物中含量丰富，沸点250-300，多以挥发油的形式存在，是挥发油高沸程部分的主要组成成分。 数目和结构骨架类型萜类中最多的一类成分。 生理活性广泛，医疗、食品和化妆品加工工业的重要原料。 一、金合欢醇熔点160，各种花挥发油，具特殊香气，配制香精的重要香料，抗菌作用。 二、大牻牛儿酮沸点56-57，大根老鹳草，兴安杜鹃叶以及满山红的挥发油中，治疗慢性气管炎。 三、愈创木薁无花果根皮、兴安杜鹃叶、母菊、满山红、桉叶的挥发油中，是烫伤膏的主要成分。 第五节二萜类由4个异戊二烯单位构成，含20个碳原子，在植物树脂中分布广泛。 有抗菌消炎、抗肿瘤活性、抑制昆虫活性、治疗心脑系统疾病的生理作用。 一、植物醇链状二萜类，无色油状物，存在于番茄属番杏中，用作食品及化妆品类色素，合成维生素E和K1，抑制骨骼肌中脂质过氧化酶活力。 二、维生素A A单环二萜类，黄色柱状结晶，龙葵的全草，黄花萱草的花，大豆叶，胡萝卜、青菜、玉米、鱼肝油、奶油、蛋黄中含量很高，具有促进生长发育，维持上皮组织结构完整和正常的生理功能，参与合成视紫红质，临床治疗皮肤粗燥、干燥、眼干、夜盲、角膜软化症等。 三、银杏内酯双环二萜类，作为拮抗血小板活化因子，用于治疗因血小板活化因子引起的种种休克状障碍。 OOOOOOOHR3R2OR1HH-OH-OH-OH-OH-OH-OH-OH-OH-OH-OHHHH HH银杏内酯A银杏内酯B银杏内酯C银杏内酯M银杏内酯JR1R2R3 四、雷公藤根中二萜类成分OR1HOOR2R3OHOO1101271819雷公藤甲素雷公藤乙素雷公藤内酯16-羟基雷公藤内酯醇R1R2R3H HHHHHCH3CH3CH3OHOHCH2OH属三环二萜类。 具抗癌活性OOO HCH2O HHOH穿心莲内酯穿心莲内酯属双环二萜类化合物具有抗炎作用，但水溶性不好，为增强穿心莲内酯水溶性，将其制备成衍生物。 紫杉醇（taxol）又称红豆杉醇(属三环二萜类)1972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HOCH3COOO HHOCO CH3HOO COOOHCOCHO HCHNHCO紫杉醇（taxol)12345678910植物中含百万分之二第六节三萜类?三萜-以六分子异戊二烯为单位的聚合体。 大多数三萜类化合物为晶体，不溶于水，溶于石油醚、乙醚、苯、氯仿等有机溶剂。 在无水的条件下与酸发生显色反应而发生颜色变化或发出突光，如硫酸和磷酸等强酸三氯乙酸等中强酸、氯化锌和三氯化铝等弱酸都能够与其发生反应。 48?三萜类化合物在自然界的存在形式有游离或者与糖结合成苷或酯的形式存在。 游离三萜化合物不溶于水，易于有机溶剂。 三萜苷类易于水，其水溶液剧烈振摇时能产生大量、持久的肥皂样泡沫，故称为三萜皂苷。 三萜类化合物在自然界的分布单子叶植物和双子叶植物，如豆科、桔梗科、玄参科、石竹科、五加科、远志科含量较高，人参、柴胡、甘草、黄芪等中草药中也很常见。 在真菌类的灵芝和茯苓中，动物体的羊毛脂和鲨鱼肝脏中都能够分离出少数的三萜类化合物。 ?三萜类化合物的生理功能缩短小鼠睡眠时间（芸香科黄柏中黄柏内酯和黄柏酮），治疗白血病（近心格尼迪木中的格尼迪木灵和格尼迪木灵棕榈酸酯），使昆虫拒食（新苦木素和缘毛椿素），治疗艾滋病（查杷任酮），抗骨质疏松等。 ?由于三萜类化合物生物活性的多样性及重要性，近年来成为天然产物研究的一个热点领域。 （一）角鲨烯链状三萜类，沸点240?242，油状液体，不溶于水，存在于鲨鱼肝、酵母、麦芽、橄榄油中，可通过将法呢醇溴化来获得。 在生物体内可转化为羊毛甾醇和胆甾醇，用于治疗白血球下降。 （二）甘草次酸五环三萜类，白色晶体，熔点285?286，水溶性差，存在于豆科植物甘草中，具有抗肿瘤、抗菌消炎等作用，还可以调节免疫系统和清