药物所研究生课件二萜

1 萜类化学 第一节 序言第二节 挥发油 单萜和倍半萜的提取分离 化学性质及鉴定第三节 单萜类化合物第四节倍半萜类化合物 2 萜类化学 第五节二萜及二倍半萜第六节三萜第七节研究课题举例 3 第五节二萜及二倍半萜 二萜 ditrrpenoids 化合物分子式可以用 C5H8 4通式代表 在植物中由焦磷酸香叶醇基香叶酯 GPPP 转化缩合而成 4 3CH3CO SCOA 乙酰辅酶A 甲戊二羧酸 MVA 焦磷酸异戊烯酯 IPP 焦磷酸二甲基丙烯酯 DMAPP 焦磷酸香叶酯 GPP IPP 焦磷酸金合欢酯 FPP 焦磷酸香叶醇基香叶酯 GPPP IPP 倍半萜类 三萜类 二萜类 四萜类 焦磷酸多聚戊烯酯 多萜类 半萜类 聚合 萜类化合物生源途径 乙酸 5 二萜类化学研究进展很快 研究范围也在扩大 例如1973年在海洋生物中只发现4种骨架类型的二萜类化合物 近几十年来 由于应用各种层析技术 物理方法和先进的分析仪器设备 使天然产物化学 包括二萜化学发生了飞跃发展 到2003年已有100余种骨架类型的二萜类化合物被发现 二萜类化合物一般存在于热带藻类 腔肠动物柳珊瑚和软珊瑚中 截止2000年 已报道二萜类化合物大约有2600多种 根据其碳环数分类有 无环型 单环型 双环型 三环型 四环型 一些二萜含氧衍生物如穿心莲酯 丹参醌 闹羊花毒 芫花酯 雷公藤素 甜菊甙等 具有较强的生物活性 有的已是重要的药物 6 随着近年来现代分离和结构分析技术的不断发展与进步 以及与药效药理学等多学科的合作和交叉 今后二萜化合物领域和其它天然产物化学一样 将有更多结构新颖化合物的发现 将有更多的二萜化合物被发现新的生物活性并得到开发利用 同时 由于二萜化合物含有多个手性中心 涉及许多立体化学方面的问题 以及它们的广泛的生物活性 这就为天然药物化学家 特别是天然产物的立体选择合成 结构改造方面提供了许多有趣的课题 7 一 无环二萜 Acyclicditerpenoid 例如从海绵Hippopongiasp 分离得到的untenospongin A 属于21个碳的呋喃高二萜 具有冠状心血管舒张作用 再如植物醇广泛存在于叶绿素中 是叶绿素的水解产物 自褐藻科Cytophoramoniliformis中分离的二萜farnesylactonepoxide 具有抗惊厥活性 小鼠ED50100mg kg ip 但口服无效 自浮萍lemmaminor分离得到4 羟基异植物醇 4R 4 hydroxyisophytol untenospongin A 植物醇 farnesylactonepoxide 4 羟基异植物醇 8 二 单环二萜 monocyclicditerpenoid 例如维生素A VitaminA 就属于单环二萜类成分 自我国西沙群岛的海洋软体珊瑚群柱虫Clavulariasp 中分得S构型的新松烯A S cembreneA 自我国南海软珊瑚中分得豆荚内酯A chilobolideA 分子中含有13元环 具有生物细胞毒活性 维生素A 豆荚内酯A 新松烯A 9 三 双环二萜 bicyclicditerpenoid 属半日花烷 labdane 型 例如野甘草全草 有清热解毒 利尿消肿功效 自全草中分得野甘草醇 scoparinol scoparinol 10 甜叶菊叶除含有四环二萜甜味苷外 尚含有半日花烷型的sterebinA B C D等化合物 sterebinA sterebinC sterebinB sterebinD 11 1969年 日本的住田哲也教授在巴西山区发现了一种很甜的菊科植物 人们叫它甜叶菊 用它提取出的糖甙 其甜度大约为糖的300倍 甜叶菊是理想的甜味剂 具有热量低的特点 它的含热量只有蔗糖的三百分之一 吃了不会使人发胖 对肥胖症患者和糖尿病人尤为适宜 因此 甜叶菊发现后 许多国家都相继引种栽培和开发利用 12 甜菊茶可消除疲劳 养阴生津 用于胃阴不足 口干口渴 亦用于原发性高血压 糖尿病 肥胖病和应限制食糖的病人 临床观察有一定降低压作用 并可降低血糖 帮助消化 促进胰腺和脾胃功能 滋养肝脏 养精提神 调整血糖 减肥养颜 符合现代人追求低卡路里 无糖 无碳水化合物 无脂肪的健康生活方式 甜菊素在全球20多个国家已正式作为安全代糖 在美国被FDA核准为 保健食品 1994年 在澳大利亚被列为 治疗用品 ARTG 1999年 在日本和韩国30年前即被正式列为桌上代糖 在中国 甜菊素被核准为 食品添加剂 13 属克罗烷 clerodane 型 例如自马鞭草科苦郎树嫩枝叶中分得结晶性的固体clerodermicacid clerodermicacid 14 粘叶莸系马鞭草科莸属植物 是中国特有种 民间用于清热解毒或驱蚊灭虫 四川产粘叶莸地上部分的乙醚提取物 初步药理实验表明 具有明显的抗炎活性和细胞毒活性 抗癌 经氧化铝和硅胶柱层析分离得到白色针状结晶粘叶莸酸 粘叶莸酸Glutinicacid 15 四 三环二萜 tricyclicditerpenoid 主要的类型有 松香烷型 海松烷型 紫衫烷型 瑞香烷型 千金二萜烷型 16 四 三环二萜 tricyclicditerpenoid 属松香烷 abietane 型 例如自卫矛科雷公藤TriperygiumwilfordiiHook根皮分得雷公藤甲素 triptolide 雷公藤乙素 tripdiolide 雷酚萜 triptonoterpene 雷酚萜甲醚 triptonoterpenemethylether 雷酚酮内酯 triptonolide 雷酚内酯 triptophenolide 16 羟基雷公藤内酯醇 16 hydroxytriptolide 雷公藤甲素 雷公藤乙素经药理试验都具有抗白血病的活性 临床治疗白血病有一定疗效 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 雷公藤甲素 雷公藤乙素 16 羟基雷公藤内酯醇 17 雷酚酮内酯 雷酚内酯 雷酚萜 雷酚萜甲醚 18 中药狼毒大戟EuphorbiafischerianaSted根 东北民间用其水煎液治疗胃癌 肠癌 肺癌 骨结核等 分得狼毒大戟甲素 fischerianaA 狼毒大戟乙素 fischerianaB 对狼毒大戟抗癌活性成分的研究发现其二萜内酯类化合物都有不同程度的抑制艾氏腹水癌 肝癌腹水 S180等癌细胞生长的活性 狼毒大戟甲素 狼毒大戟乙素 19 属紫杉烷 taxane 型 例如自红豆杉科植物分离得到紫杉醇 taxol 它对KB细胞显示显著的细胞毒作用 对P388和P1534白血病有很高的活性 能抑制W256肉瘤 S180和肺癌的生长 1992年 美国食品药品管理局 FDA 批准紫杉醇上市 商品名为Taxol 用于治疗卵巢癌 紫杉醇除对卵巢癌有效外 对转移性乳腺癌 肺癌 头部和颈部肿瘤 恶性黑色素癌和淋巴肉瘤同样有效 美国BMS公司第一个把紫杉醇推向市场 继中国之后 瑞典 法国 日本等40多个国家已有紫杉醇面市 紫杉醇已经成为了重要的抗肿瘤药物之一 也是天然二萜化合物具有治疗人类重大疾病活性的一个标志 紫杉醇 20 根据已经发现的紫杉烷类化合物之间的结构差异可将它们分成四类 A类 在C4 C20位有环外双键的紫杉烷类化合物 B类 在C4 C20位有环氧乙烷的紫杉烷类化合物 21 C类 在C4 C5 和C20位有环氧丙烷环的紫杉烷类化合物 D类 只发现一种紫杉烷类化合物taxineA 22 由于紫杉醇的抗癌活性 对红豆杉属植物的研究越来越深入 红豆杉科植物共有五属23种 我国有四属12种 1个变种和1个栽培种 目前从该属植物中共分离得到300余个紫杉烷二萜化合物 其它稠合方式的紫杉烷相继发现 这样上述的紫杉烷结构的分类方法显得不能适应 因此出现新的分类方法 23 按照新的分类方法 先将紫杉烷类化合物依骨架的稠合方式不同分为六大类 即6 8 6 5 7 6 6 10 6 6 5 5 6 5 6 6和6 12稠合方式 分别命名为I II III IV V VI型 I III V IV VI II 24 I型骨架最常见 化合物数量占总数的3分之2以上 可分成9个亚型 紫杉醇属I D型骨架 II型骨架化合物是近几年来迅速发展起来的一类新成分 在1991年错当I型化合物发表 1992年经单晶X线衍射分析才确定了它的骨架 现II型骨架化合物的数量居第二位 分成7个亚型 III型骨架化合物比较罕见 1982年确定了第一个化合物的结构 但至今只报道了7个化合物 IV型骨架化合物早在1967年就被发现 目前只报道了6个化合物 它可通过I a型化合物在低压汞灯照射下合成 V型骨架化合物是最近才发现并具有特殊的双环三烯结构 被认为是紫杉烷类化合物的前体 VI型骨架目前只报道了1个化合物 25 紫杉醇的抗癌活性 在天然紫杉烷类化合物中 具有环氧丙烷 oxetane 的紫杉烷很多都具有抗癌活性 其中以紫杉醇的活性最强 在体外对P388 L1202HL60和P1534白血病细胞 B6黑色素瘤及人卵巢癌细胞均表现出明显的抑制作用 体内实验结果表明它对B6黑色素瘤和MX 1乳腺癌的抑制活性很强 对LX 1肺癌 CX 1结肠癌 对P388 L1202 P388白血病细胞 Lewis肺癌和肉瘤S 180等均有较好的活性 紫杉醇在临床上主要用于治疗卵巢癌 乳腺癌 肺癌等 其中以卵巢癌效果最好 有效率可达30 更令人兴奋的是 对于铂制剂产生抗药性的的病人紫杉醇仍然有效 改变了以往抗铂病人无药可救的状况 此外 紫杉醇还可以用于其它癌症 如食道癌 尿路转移上皮癌 黑色素瘤等 26 紫杉醇的抗癌机制 紫杉醇独特的抗癌作用机制是它可以促进微管的聚合 抑制微管的解聚 导致肿瘤细胞的有丝分裂终止并使肿瘤细胞调亡 apoptosis 紫杉醇催化微管蛋白迅速合成微管并结合到微管上起稳定和防止微管解聚的作用 这样紫杉醇的活性就表现在两个方面 第一 对迅速分裂的肿瘤细胞 紫杉醇能冻结纺锤体的有丝分裂 从而使肿瘤细胞停止在G2期和M期 直至死亡 第二 紫杉醇能抑制肿瘤细胞转移 27 紫杉醇的毒副作用 紫杉醇具有较强的毒副作用 如骨髓毒性 神经毒性对心脏及消化道的毒性和脱发等 在紫杉醇注射剂加入的助溶剂聚氧乙基化的蓖麻油 cremophorEL 极易引起过敏反应 故24小时只能使用170mg m2的剂量 紫杉醇的毒性反应较大 在一定限度内限制了它的使用 28 紫素 是国产紫杉醇注射液的商品名 国产紫杉醇注射液是我所植化 药理 植物等多科室联合研究开发的抗癌药物 紫杉醇 29 药物研究所是国内最早开始红豆杉及有效成分紫杉醇的抗肿瘤作用研究的单位 早在1984年由药理室韩锐教授提议 与植化室方起程教授 植物室陈毓亨教授合作 先后采集了中国红豆杉 云南红豆杉 东北红豆杉及南方红豆杉等植物样品 对它们的树皮粗提物进行了系统的筛选 药理实验证明国产紫杉醇在体内及体外显示明确的抗肿瘤作用 1986年这项研究经评选列入国家 七 五 科技攻关计划 30 药理室韩锐教授深入研究了紫杉醇的作用机理 证明紫杉醇与传统抗癌药不同 不抑制DNA RNA及蛋白质的合成 也不抑制微管聚合 相反却促进微管聚合并抑制其解聚 细胞动力学研究证明紫杉醇可使癌细胞阻断在G2 M期 并出现多倍体细胞群 这种作用呈时间及浓度依赖关系 用3H标记的紫杉醇进行了动物体内药代动力学的研究 证明给大鼠静脉注射紫杉醇后 广泛分布于各种组织 其中以肝 脾 肾 肺及大肠中放射性较高 小肠 脂肪及骨髓次之 脑及肌肉中放射性较低 这项研究获得国家医药管理局七 五攻关科技重大成就奖 31 1990年我所成立了包括药用植物 生物合成 植物化学 合成化学和药理五个学科的综合研究组 对紫杉醇进行了药物化学 药效学 毒性和药带动力学的研究 实验证明紫杉醇对裸鼠的人卵巢癌异种移植瘤的生长有明显抑制作用 在5mg kg和10mg kg剂量下抑制率分别为65 和87 同时进行了从红豆杉植物中提取 分离 纯化紫杉醇的工艺生产方法 紫杉醇注射液的制备工艺和紫杉醇及其注射液的质量标准 质量控制方法和稳定性等一系列研究 实践证明 紫杉醇注射液的提取 分离 纯化的工艺生产方法不仅适用于大量生产 而且纯度达到了98 以上 制出的紫杉醇注射液的质量在国内处于领先地位 完全可以与其他国家同类产品媲美 32 国产紫杉醇注射液的商品名被定为 紫素 它的II期临床试验结果不仅进一步证明本品的适应症为转移性卵巢癌和乳腺癌 还表明其对食道癌和肺癌等也有一定疗效 紫素于1995年9月获得卫生部颁发的新药证书和试生产许可证 并被评为1995年中国医药科技十大新闻之一 1996年还被评为卫生部科技进步一等奖 33 属瑞香烷型二萜原酸酯化合物 一般都具有较强的生理活性 我国民间引产药芫花根 花 花蕾中分离得到抗生育的有效成分 芫花酯甲 yuanhuacine 芫花酯乙 yuanhuadine 芫花酯丙 yuanhuafine 芫花酯丁 yuanhuatine 芫花酯甲 34 五 四环二萜 tetracyclicditerpenoid 主要的类型有 二萜毒素类 diterpenoidtoxins 巴豆萜烷 tigliane 型 瑞香烷型 巨大戟烷型 假白榄烷型 续遂子烷型 西松烷型 曼西醇型 阿替烷 stisane 型 贝克松 kaurene 型 35 属二萜毒素类自日本闹羊花分离得到闹羊花毒素I rhodojaponinI 闹羊花毒素II rhodojaponinII 闹羊花毒素III rhodojaponinIII 闹羊花毒素III经动物试验表明 该成分具有抑制颈动脉加压反射的作用 临床用于治疗心动过速 高血压等 闹羊花毒素I R1 COCH3 R2 COCH3闹羊花毒素II R1 COCH3 R2 H闹羊花毒素III R1 H R2 H 36 属巴豆萜烷 tigliane 型二萜酯 此类成分是本属植物毒性 刺激性 致炎和辅助致癌的重要成分之一 自巴豆种子油中分得巴豆醇 phorbol 巴豆醇在植物中主要以其脂肪酸的单酯 双酯 三酯的形式存在 大戟二萜醇 12 13 双酯现已被公认是致炎和辅助致癌因子 巴豆醇 37 六 二倍半萜 sesterpenoid 类1965年 Arigoni首次报道 从昆虫的分泌物中分离到第一个二倍半萜gascardicacid 目前已从自然界分离鉴定了200多种二倍半萜 这些二倍半萜来源于陆地的真菌 低等植物 昆虫以及海洋生物中的海绵和裸鳃类动物 其中海绵是二倍半萜的主要来源 约占目前已知二倍半萜的70 例如自阶梯硬丝海绵 Cacospongiascalaris 中分离得到具有抗肿瘤作用的成分硬丝海绵萜I desacetylscalariadialI 它是一个羟基二醛类化合物 硬丝海绵萜I 38 六 二倍半萜 sesterpenoid 类自角骨海绵 Spongiaidia 中分离得到的角骨海绵萜A FurospinosulinA 和角骨海绵萜B FurospinosulinB 等 它们对海虾有毒性 角骨海绵萜A 角骨海绵萜B 39 六 二倍半萜 sesterpenoid 类中国蕨科Sinopteridaceae粉背蕨属华北粉背蕨Aleuritopteriskhunii根茎 叶具有润肺止咳 清热凉血的功效 叶正己醇物中分离得到粉背蕨二醇 cheilanthenediol 粉背蕨三醇 cheilanthenetriol 背蕨二醇 粉背蕨三醇 40 七 二萜 sesterpenoid 的提取分离举例 1 穿心莲又名一见喜是爵床科穿心莲属植物 性苦寒 具有清热解毒 消毒止痛等功效 适用于细菌性痢疾 急性肠胃炎 上呼吸道感染 急性扁桃腺炎 咽喉炎及疮疖肿毒等症 是一种较好的抗菌消炎药 对绒毛上皮癌也有一定效果 广泛用于临床 穿心莲含有多种二萜内酯 例如 穿心莲内酯 新穿心莲内酯 去氧穿心莲内酯 14 去氧 11 氧化穿心莲内酯 14 去氧 11 脱氢穿心莲内酯 14 去氧穿心莲内酯苷 41 穿心莲内酯 新穿心莲内酯 14 去氧 11 氧化穿心莲内酯 去氧穿心莲内酯 14 去氧 11 脱氢穿心莲内酯 42 穿心莲提取流程图 穿心莲全草 粗粉 90 乙醇热浸 乙醇流浸膏 石油醚除叶绿素 水液 加氯仿振摇 放置 过夜 分三层 氯仿层 转下页 水和氯仿界面层析出物 水层 丙酮重结晶 棒晶 新穿心莲内酯 棱晶 穿心莲内酯 母液 浓缩 43 氯仿层 接上页 干燥后 氧化铝柱层析 I II III 氯仿 乙醇 9 1 洗脱 氯仿 乙醇 7 3 洗脱 无水乙醇洗脱 洗脱液 洗脱液 洗脱液 蒸干 丙酮重结晶 蒸干 丙酮重结晶 蒸干 丙酮重结晶 少量结晶 少量结晶 片晶 新穿心莲内酯 穿心莲内酯 脱氧穿心莲内酯 44 2 冬凌草素 从唇香科香茶菜属冬凌草 延命草等植物中分离出的冬凌草素 lasiokaurin 延命草素 enmein 对小鼠艾氏腹水癌具有抑制作用 冬凌草素 延命草素 45 冬凌草素的提取流程图 冬凌草叶 粗粉 乙醚提取 乙醚液 残渣 弃去 回收乙醚 乙醚提取物 甲醇溶解 活性碳脱色 浓缩 放置过夜 过滤 甲醇母液 土黄色沉淀 46 甲醇母液 3倍氧化铝吸附 蒸干 研细 装柱 氧化铝柱 用苯 乙醚洗脱 苯液 乙醚液 回收乙醚 丙酮重结晶 冬凌草粗结晶 甲醇重结晶 无色棱柱状冬凌草结晶 47 3 芫花酯甲 芫花为瑞香科植物 本草纲目 记载其根有 催生去胎 作用 我国民间使用芫花根引产也有丰富的实践经验 研究证明其有效成分为芫花酯甲 用乙醇重结晶得柱状结晶 芫花酯甲 48 芫花酯甲的提取流程图 芫花根 石油醚 沸程70 120度 提取 提取液 药渣 减压浓缩 浓缩液 用70 乙醇萃取 油层 用70 乙醇 减压浓缩 浓缩液 氯仿萃取 氯仿液 49 氯仿液 减压蒸干 棕红色油状物 溶于石油醚 乙酸乙酯 4 1 硅胶柱层析 石油醚 乙酸乙酯 4 1 洗脱液 石油醚 乙酸乙酯洗脱 石油醚 乙酸乙酯 3 1 洗脱液 芫花萜后部位 减压蒸干 残留物 乙醇重结晶 芫花甲酯结晶 50 第六节三萜三萜类化合物是指基本碳架为30个碳原子组成的一类天然产物 三萜在生源关系上都是由鲨烯 squalene 衍生化而来 鲨烯 squalene 芒柄花醇 onocerin 羟基阿伯烷 hydroxyhopane 达玛二烯醇 dammaradienol 羊毛脂醇 lanosterol 香树脂醇 amyrin 大戟醇 euphol 羽扇豆醇 lupeol 51 三萜类化合物在植物界分布很广 单子叶植物和双子叶植物中均有分布 像一些常用的中草药如人参 远志 麦冬 桔梗 柴胡 甘草等都含有这类成分 三萜化合物也存在于动物体中 如从羊毛脂中分离得到羊毛脂醇 由真菌灵芝中也曾分离出许多三萜化合物 除陆地生物外 从海参 软珊瑚等海洋生物中也分离出许多种类型的三萜化合物 它们以甙的形式或甙元的形式存在 以甙的形式存在三萜糖苷 因振摇后可产生持久性似肥皂液的泡沫 通称为三萜皂甙类化合物 中草药中存在的游离三萜和其酯类不溶或难溶于水 可溶于常见的有机溶剂 52 三萜类化合物具有多种生物活性 一些游离的三萜单体已经作为药物应用于临床 例如 甘草次酸具有促进肾上腺皮质激素 ACTH 样活性 临床作为抗炎药 并用于胃溃疡治疗 齐墩果酸具有降低转氨酶的功能 临床用于治疗急性黄疸肝炎 川楝素临床被用作驱蛔虫药 此外近年来发现白桦酸具有抗病毒及抗肿瘤活性 正吸引人们从构效关系及作用机理等方面进行深入研究 53 目前所知的三萜已达30余种 除了个别是无环三萜 鲨烯 二环三萜 榔色酸 及三环三萜 龙涎香醇 外 主要是四环三萜和五环三萜 鲨烯 龙涎香醇 54 一 四环三萜类四环三萜类化合物在中草药中分布很广 许多植物以及某些动物都可能含有此类成分 组成四环三萜的骨架 除了含30个碳的化合物外 也有含31个碳和32个碳的衍生物 四环三萜的分子结构中 大部分具有环戊烷骈多氢菲的基本母核 有8个碳原子的侧链 在母核上有5个甲基 除C19成为角甲基外 C4有4 4 二甲基 C14有甲基 另一个甲基接在C13位或C8位 四环三萜的编号与甾体化合物相同 其中28 29两个数字未用 因为某些甾醇或三萜在C24位上有时有甲基或乙基取代 32 8 13 26 24 19 30 31 4 3 1 27 15 16 14 21 18 22 23 11 12 6 55 根据四环三萜类化合物的结构特点 可分为下列几类 1 羊毛脂烷型 lanostane 羊毛脂烷也叫羊毛脂甾烷 其结构特点是A B环反式 C D环反式 侧链的构象为10 13 14 17 13 10 14 17 A B C D 26 27 22 24 15 29 28 1 3 11 12 6 7 56 这是从羊毛脂中分离得到的羊毛脂醇 lanosterol 也存在于大戟科植物的乳汁中 羊毛脂醇 57 从猪苓属的一些植物中分离得到猪苓酸A B C D polyporenicacidA B C D 是羊毛脂烷型的31碳三萜 猪苓酸A 猪苓酸B 猪苓酸C 58 2 大戟烷型 大戟烷型衍生物是羊毛脂醇型的立体异构体 基本碳架相同 只是侧链的构象不同 为10 13 14 17 大戟烷型衍生物多存在高等植物的乳汁和树脂中 尤其在大戟科大戟属植物中分布较为普遍 例如大戟醇 存在于许多大戟属植物乳液中 在甘遂 狼毒和千金子中均有大戟醇存在 大戟醇 59 3 达玛烷型 达玛烷型四环三萜 起特点是在C8上有个甲基 C13上有个 H 常见的是羟基衍生物 例如达玛烯二醇 20R 达玛烯二醇 20S 和原人参二醇 20S 原人参三醇 20S C8 C13 达玛烯二醇 20R 达玛烯二醇 20S 原人参二醇 20S 原人参三醇 20S 60 4 其他类型 存在于泽泻和其近源植物块茎中的泽泻醇A B C alisolA B C 是原萜烷 protostane 的衍生物 为达玛烷的异构体 其特点是C8上甲基为 型 C14上甲基为 型 C20为R 型 C8 C14 C20 61 泽泻醇A及其衍生物如酯类 具有降低血液中胆固醇含量的作用 疗效很好 已用于临床 泽泻醇A 20R 泽泻醇C 23 醋酸酯 泽泻醇B 23 醋酸酯 62 二 五环三萜类五环三萜类化合物在中草药中分布很广 结构类型也很多 主要类型有下列几种 齐墩果烷型 也称 香树脂醇型 乌索烷型 也称 香树脂醇型 羽扇豆烷型 也称白桦脂醇型 63 1 齐墩果烷型 也称 香树脂醇型 属于此种植物成分的数目比较多 其基本骨架为多氢蒎的五元母核 环的构型为A B环反式 B C环反式 C D环反式 而D E环为顺式 母核上有8个甲基C10 C8 C28的甲基均为 型 C14甲基为a 型 分子中有其它取代基存在 例如羟基 羧基 羰基 双键等 一般的在C3位上有羟基 并且多为 型 若有双键 多在C12位或C11位 若有羰基时 多半在C11位 若有羧基 则多半是C28或C30或C24为羧基 A B C D E C10 C8 C17 C14 C11 C12 C28 C30 C24 齐墩果烷 64 齐墩果酸 oleanolicacid 是植物界分布较广的一种三萜皂甙元 甘草次酸 glycyrrhetinicacid 是构成甘草酸的皂甙元 齐墩果酸 甘草次酸 65 2 乌索烷型 也称 香树脂醇型与齐墩果烷结构不同点是E环上的两个甲基位置不同 即C20位一个甲基移位到C19位上 C20 C19 C19 C20 乌斯烷型 齐墩果烷 66 2 乌斯烷型的代表化合物如 香树脂醇 amyrin 和熊果酸 ursolicacid 存在于自然界许多种植物中 例如桑皮 柿蒂 车前 槲寄生等 香树脂醇 熊果酸 67 3 羽扇豆烷型 也称白桦脂醇型 与齐墩果烷结构不同点是D环和E环为反式 有C20 C29双键 C21与C19相连形成五元的E环 C19 C19 C20 C20 C21 C29 羽扇豆烷 齐墩果烷 68 属于羽扇豆烷型的中草药成分 目前发现的不多 它们的代表化合物有羽扇豆醇 lupeol 存在于羽扇豆的种子中 白桦脂醇 betulin 存在于白桦树皮及中药酸枣仁中 白桦脂酸 betulicacid 存在于酸枣仁及柿蒂中 羽扇豆醇 白桦脂醇 白桦脂酸 69 三 三萜的提取分离 1 大戟醇乙酸酯和甘遂醇乙酸酯的提取 大戟醇乙酸酯 甘遂醇乙酸酯 70 甘遂粉末 乙醚冷浸 10倍量 乙醚提取物 石油醚溶解 60倍量 石油醚提取物 石油醚溶解 3倍量 冷却 过滤 母液 结晶 浓缩 母液 结晶 加吡啶 醋酐 加热30分钟 过夜 加乙醚 乙醚液 71 乙醚液 乙醚液 乙醚液 乙醚液 用5 盐酸洗 用5 碳酸钠洗 水洗 干燥脱水 乙醚液 蒸除乙醚 大戟醇乙酸酯甘遂醇乙酸酯 72 2 齐墩果酸和熊果酸的分离 齐墩果酸 熊果酸 73 车前地上部分 乙醚提取 乙醚液 热苯溶解 苯溶物 硅胶柱 1 石油醚洗 2 2 乙醇石油醚洗 齐墩果酸和熊果酸混合物 加甲醇 加热煮沸趁热过滤 溶解物 齐墩果酸 不溶解物 熊果酸 74 三 三萜的波谱解析 1 紫外光谱大多数三萜类化合物结构中不具有共轭结构 紫外光谱不显示强的特征吸收峰 苦楝素类化合物结构中的呋喃环和一些三萜化合物结构中存在的不饱和羰基等官能团在紫外光谱中会产生特征吸收峰 在鉴定三萜类化合物的结构时 如分子中存在两个或两个以上不饱和集团 可利用紫外光谱帮助确定这些集团是否处于共轭位置 川楝素 toosendanin 甘草次酸 glycyrrhetinicacid 75 2 红外光谱根据一些三萜类化合物在红外光谱区域A 1355 1392cm 1 区域B 1245 1330cm 1 的碳氢吸收可区别齐墩果烷型 乌索烷型和四环三萜 齐墩果烷型三萜在区域A有两个峰 1392 1379cm 1 1370 1355cm 1 区域B有三个峰 1330 1315cm 1 1306 1299cm 1 1269 1250cm 1 乌索烷型三萜在区域A有三个峰 1392 1386cm 1 1383 1370cm 1 1364 1359cm 1 区域B也有三个峰 1312 1308cm 1 1276 1270cm 1 1250 1245cm 1 四环三萜的区域A和B都只有一个峰 齐墩果烷型 乌索烷型 四环三萜 76 3 质谱在EI质谱中 五环三萜化合物的质谱裂解具有一定规律 当分子中存在环内双键时 一般都有较特征的RDA裂解 如无内环双键时 常从C环处断裂为两个碎片 在有些情况下 可以同时产生RDA断裂和C环断裂 根据以上规律分析所产生碎片的质量数可帮助判断取代基所在的部位 四环三萜类化合物的裂解特征是先失去边链 77 4 核磁共振氢谱高兆周核磁共振仪器及二维核磁共振谱在天然产物研究中获得普遍应用 利用这些仪器和技术 人们已经能够对三萜结构的每一个氢及碳信号进行从头归属 这不仅确保了结构鉴定准确性 还大大提高了结构鉴定速度 78 三萜类化合物氢谱中容易辨别的信号有甲基质子信号 双键质子信号及连氧碳上的质子信号等 齐墩果烷型三萜氢谱中的甲基质子信号皆为单峰 乌索烷型三萜 四环三萜氢谱中常可观察到双峰甲基质子信号 羽扇豆烷型三萜的C30烯丙甲基一般位于 1 63 1 80ppm 且呈单的宽峰 齐墩果烷型 乌索烷型 四环三萜 羽扇豆烷型 79 三萜环内双键质子的 值一般大于5ppm 如齐墩果酸和熊果酸类的C12双键质子在 4 93 5 50ppm 环外双键质子的化学位移一般小于5ppm 如羽扇豆烯和何伯烯型的C29位两个同碳烯氢信号出现在 4 30 5 00ppm 羽扇豆烯 齐墩果酸 熊果酸 80 对于大多数四环及五环三萜类化合物 C3位有羟基取代 因C4一般为季碳 如C2位无取代集团时 H3表现为dd峰 根据C3位质子的偶合常数可判断C3位羟基的相对构型 对于甾体类化合物 C3位也常有羟基取代 但因其结构中C4位两个氢也与H3有偶合 使H3在氢谱中表现为dddd峰 由此常可容易地将三萜与甾体化合物区分开来 1 1 4 4 2 3 3 2 三萜类化合物 甾体类化合物 81 5 核磁共振碳谱与核磁共振氢谱相比 核磁共振碳谱信号分布在更广泛的范围 信号重叠程度大大降低 虽然利用现代二维核磁共振谱技术已能将三萜类化合物结构中每个氢及碳信号进行完全归属 将所获得的碳谱数据与已知化合物碳谱数据进行比较 仍是解析三萜化合物结构的一个快速 简单的工具 各类骨架的五环三萜化合物的碳谱数据 1 齐墩果烷型三萜化合物的碳谱数据 2 3 何伯烷型三萜化合物的碳谱数据 4 5 达玛烷型三萜皂苷元的碳谱数据 6 都有权威研究人员进行了归纳整理 对这些有关三萜类化合物碳谱数据文献的借鉴对我们鉴定化合物结构是十分有帮助的 1 MahatoS B etal Phytochem 1994 37 15172 KalinovshiiA I ChemNatCompd EnglTransl 1992 28 13 AgrawalP K etal ProgNuclMagnResonSpectrosc 1992 24 14 AgetaH etal ChemPharmBull 1994 42 395 ChakravartyA K etal Trtrahedron 1994 50 28656 左国营等 有机化学 1997 17 385 82 第八节萜类或挥发油研究课题举例一 蜜环菌萜类成分的研究二 国产沉香的化学研究三 芹菜子化学成分的研究 83 天麻系兰科多年生草本植物 以地下块茎入药 神农本草经 列为上品 作为药用已有两千年的历史 主治风湿腰腿痛 口眼歪斜 四肢痉挛 肢体麻木 眩晕头痛 小儿惊厥等症 是一种名贵的中药材 一 蜜环菌萜类成分的研究 84 蜜环菌是天麻的伴生菌 是天麻生长发育过程中必不可缺少的生物因子 没有蜜环菌天麻就不能正常生长繁殖 生药天麻的表皮都含有蜜环菌的菌丝和菌索 因而联想到天麻的疗效是否与蜜环菌的代谢产物有关 以蜜环菌的发酵物能否代替名贵中药天麻的应用 蜜环菌是否有与天麻类似的药理活性 当时国内外尚无用蜜环菌发酵物作为药用 所以为了解决中药临床急需的天麻药源问题 我所组织了植化 药理及生物合成等多学科对蜜环菌进行了系统的化学 药理的研究 85 天麻在中医临床的用途 主要用于治疗眩晕 四肢麻木 人工发酵培养生产的蜜环菌 经北京宣武医院 北京儿鼻喉科研究所 友谊医院 协和医院 阜外医院 北京军区总医院及空军总医院等有关单位试用于中医 西医临床数百例 证明对椎基底动脉供血不足 美尼尔氏症 植物神经功能紊乱引起的眩晕症状 均有较好的疗效 对肢麻 耳鸣 失眠 癫痫等症亦有一定疗效 同时观察到凡用天麻有效的病例 改用蜜环菌片也有效 服天麻无效的病例 改用蜜环菌片也无效 这进一步证明蜜环菌片与天麻的临床疗效相似 经过临床验证 发酵生产蜜环菌代用天麻获得成功 并通过技术成果鉴定 目前全国已有十几个药厂分别进行液体和固体发酵生产 获得较好的社会和经济效益 该成果获得全国科学大会奖 86 在推广生产的基础上 我所对人工发酵培养蜜环菌的化学成分又进行了深入研究 对其有效成分及作用机理均有进一步的了解 我们从蜜环菌菌丝体分离得到了近五十个化合物 分别为原伊鲁烷型倍半萜醇的芳香酸酯类化合物 嘌呤类化学成分和其它类型化学成分 特别值得一提的是从蜜环菌水提物中筛选出一个含量极低的有效成分N6 5 羟基 2 吡啶亚甲基 腺苷 AMG 1 该成分皮下注射在神经系统和心血管系统表现出多方面的药理活性 87 二 蜜环菌的化学成分 1 蜜环菌萜类成分我们从蜜环菌菌丝体进行了系统的化学成分研究 分离得到了17个原伊鲁烷型倍半萜醇的芳香酸酯类化合物 其中蜜环菌甲素 蜜环菌乙素和蜜环菌丙素早在1975年就从蜜环菌人工发酵培养的菌丝体中分离得到 直到1982年才应用X光衍射晶体解析的手段确定了蜜环菌甲素的化学结构 蜜环菌甲素armilarin 蜜环菌乙素armilaridin 88 蜜环菌菌丝体分离得到的倍半萜芳香酸酯类化合物 89 2 嘌呤类化学成分我们在研究人工发酵得到的蜜环菌菌丝体的生物活性过程中 应用各种色谱技术 包括大孔树脂 离子交换树脂 SephadexLH 20 HPLC等 从极性较大的部分中 分离得到了8个嘌呤类衍生物 鸟苷 腺苷 2 甲氧基腺苷 N6 5 羟基 2 吡啶亚甲基 腺苷 N6 二甲基腺苷 N6 5 羟基 2 吡啶甲基 嘌呤 N6 甲基腺苷和嘌呤 其中2 甲氧基腺苷 N6 5 羟基 2 吡啶亚甲基 腺苷是新化合物 经药理实验证明N6 5 羟基 2 吡啶亚甲基 腺苷有很强的脑保护作用 在神经系统和心血管系统也表现出多方面的药理活性 鸟苷 腺苷 2 甲氧基腺苷 90 N6 二甲基腺苷 N6 甲基腺苷 91 N6 5 羟基 2 吡啶甲基 嘌呤 嘌呤 N6 5 羟基 2 吡啶亚甲基 腺苷 AMG1 92 3 其它类型化学成分从石油醚提取物中得到一个半固体混合物 该混合物对溴酚蓝显示阳性反应 经甲基化后得到其甲酯衍生物 经气相色谱检查 并与标准品比较鉴定该物为四个脂肪酸的混合物 分别为硬脂酸 棕榈酸 亚油酸和亚麻油酸 从50 甲醇提取物中 经溶剂处理和硅胶柱色谱分离得到五个酚性化合物分别鉴定为3 甲基 5 甲氧基苯酚 3 甲基 4 氯代 5 甲氧基苯酚 5 甲氧基间苯二酚 煤地衣酸和大豆黄素 从丙酮提取物中 经反复硅胶柱层析分离得到赤藓醇 甘露醇 杜鹃花酸 苔藓酸和甘露醇单油酸酯 93 二 蜜环菌倍半萜芳香酸酯类化合物的提取分离 蜜环菌菌丝体 分别用石油醚 乙醚 丙酮 甲醇回流提取 石油醚部分 乙醚部分 丙酮部分 甲醇部分 硅胶柱层析低压柱层析制备薄层 硅胶柱层析低压柱层析制备薄层 硅胶柱层析低压柱层析制备薄层 蜜环菌甲素蜜环菌乙素蜜环菌丙素蜜环菌壬素蜜环菌已素蜜环菌庚素蜜环菌辛素蜜环菌壬素 蜜环菌丑素蜜环菌寅素蜜环菌卯素蜜环菌酸 蜜环菌丁素蜜环菌戊素蜜环菌辰素蜜环菌己素蜜环菌癸素 3 甲基 5 甲氧基苯酚3 甲基 4 氯代 5 甲氧基苯酚5 甲氧基间苯二酚煤地衣酸和大豆黄素 硅胶柱层析制备薄层 94 三 蜜环菌倍半萜化合物的光谱特征 一 原伊鲁烷倍半萜芳香酸酯类化合物的紫外光谱该类化合物的紫外吸收光谱主要由三个吸收峰组成 这一方面是由芳香酸 煤地衣酸 苔藓酸以及它们的氯代衍生物 引起的 另一方面是由倍半萜部分的 不饱和羰基或共轭双键而引起的 前者是主要因素 后者影响较小 图谱几乎与游离的芳香酸一致 95 原伊鲁烷倍半萜芳香酸酯类化合物的紫外光谱 96 二 原伊鲁烷倍半萜芳香酸酯类化合物的红外光谱该类化合物由于是芳香酸酯类 因此在红外吸收光谱中酯羰基的吸收明显呈强的吸收带1700cm 1 另外在1240cm 1附近亦存在酯类化合物的特征吸收 由于有芳香酸部分 因而呈现芳环的特征吸收带1600cm 1 1500cm 1 由于有碳二甲基 因此在4300 3600cm 1附近存在强的吸收带 有的化合物有 不饱和的羰基 因而在1695cm 1有强的吸收 在一些化合物中这部分吸收和酯羰基的吸收谱带合并在一起 形成宽的吸收带 个别化合物也能形成分叉型而显示几个羰基的吸收峰 这些特征为该类化合物的结构测定提供有利的信息 97 三 原伊鲁烷倍半萜芳香酸酯类化合物的核磁共振谱我们以蜜环菌己素为例 首先看该化合物的芳香酸部分 芳香酸部分主要为煤地衣酸 苔藓酸以及它们的氯代衍生物 在低场约11 63ppm出现一个单峰信号 归因为2 位的羟基 因它与临位的羰基形成内氢键 所以出现在低场 2 30ppm附近出现一个三个质子的单峰信号 归因为芳环甲基信号 煤地衣酸 苔藓酸都仅存在两个间位偶合的芳环氢 因而在芳氢信号区出现AB型信号6 32 6 20ppm 甲氧基信号在3 78ppm 7 6 4 1 2 1 3 2 11 14 15 5 6 9 10 12 8 13 蜜环菌己素 98 三 原伊鲁烷倍半萜芳香酸酯类化合物的核磁共振谱其次看该类化合物的倍半萜部分 倍半萜中一般有四个末段甲基 原伊鲁烷倍半萜芳香酸酯类化合物有一个甲基变为醛基 所以我们能看到三个甲基信号分别在1 32 1 04 1 00ppm 醛基信号在9 48ppm 5位和6位质子构成ABX系统 5位质子5 79ppm 受6位质子的影响 为三重峰 6位两个质子在1 59和2 09ppm 为四重峰 13位和12位质子构成另一个ABX系统 13位质子在3 10ppm 12位两个质子在1 64和2 08ppm 3位质子在6 94ppm 9位质子在2 39ppm 10位质子在3 64ppm 这是在200MHz核磁共振谱数据 7 6 4 1 2 1 3 2 11 14 15 5 6 9 10 12 8 13 蜜环菌己素 99 四 原伊鲁烷倍半萜芳香酸酯类化合物的碳谱我们对从蜜环菌菌丝体得到的17个伊鲁烷倍半萜芳香酸酯类化合物进行了碳谱研究 特别是部分化合物进行了全去偶谱 偏共振谱或INDEPT和DEPT谱的测定 也进行了13C 1HCOSY谱和远程13C 1HCOSY谱的测定 从而比较准确的确定了它们各碳的归属 并应用这些研究结果于新的原伊鲁烷倍半萜芳香酸酯类化合物的结构测定 100 部分化合物的13C 1HCOSY谱数据 101 部分化合物的13C NMR谱数据 102 五 原伊鲁烷倍半萜芳香酸酯类化合物的质谱我们研究伊鲁烷倍半萜芳香酸酯类化合物的化学结构过程中 发现它们的质谱裂解有很强的规律性 我们用高分辨质谱的精确质量测定和对化合物静电场 磁场联合扫描亚稳离子测定 对化合物的化学结构及其与质谱裂解方式的关系进行了较为详尽的研究 指出了这类成分的质谱裂解方式 103 H2O m z164 m z182 m z232 m z165 100 m z414 m z233 m z191 m z177 m z121 m z136 m z135 m z150 m z149 m z106 CH3 CHO CHO C5H10 C4H9 H 蜜环菌甲素的质谱裂解方式 104 H2O C4H8 CO m z198 m z199 100 m z131 m z216 m z214 m z232 m z215 m z187 m z430 OH 蜜环菌丁素的质谱裂解方式 105 五 原伊鲁烷倍半萜芳香酸酯类化合物的质谱根据这类化合物的质谱研究 我们将其特征归纳如下 1 分子离子的强度相对较小 但可以加大进样量或加大仪器放大倍数给与解决 2 在17个原伊鲁烷倍半萜芳香酸酯类化合物的质谱中 基峰均是芳香酰基离子 3 有环己单烯倍半萜骨架的化合物 出现显著的离子m z206和m z150 有环己二烯倍半萜骨架的化合物 出现显著的离子m z215 214和187 离子m z214与芳香酸离子互补 4 含氯的化合物可根据出现的同位素加以证实 根据以上的主要质谱特征 一般能够判断分子中芳香酸部分的取代基和倍半萜部分的不饱和程度 并根据这些特征进一步推测新化合物的结构 106 药用真菌蜜环菌有效成分的基础研究 获得2001年北京市科学技术奖三等奖 107 二 国产沉香的化学研究 108 二 国产沉香的化学研究 1 概述沉香为为瑞香科植物沉香或白木香含有黑色树脂的木材 前种住产印度和马来西亚等地 我国称其为进口沉香 后者主产我国的广东 广西和海南等省区 称其为国产沉香 柬埔寨珍贵的奇楠沉香 海南沉香 109 去年开始 沉香价格就一路狂飙 持续两年以超过30 的幅度加码 其中 收藏级别的沉香原料每公斤涨至100万元 品质最高的顶级奇楠沉香原料则高达每公斤10万元 若制成艺术品每克价格都要数十万元 目前市场上极其少见 货品售价要远高于原料价格 110 沉香制品的价格猛涨很大程度上源于资源的稀缺 沉香树目前已经非常稀少 现在国产的沉香都是老祖宗遗留下来的老种 新种国内已没有产量 目前沉香主要分布于越南 印度 印度尼西亚 马来西亚等地区 即使在沉香生产大国越南 每年野生沉香的总产量也仅为20公斤左右 因此好的天然沉香可以说是无价之宝 111 沉香为我国传统中药 有降气温中 暖气纳肾的功能 主要用于治疗喘息 呕吐 呃逆 脘腹涨痛 腰膝虚冷 小便气淋 男子精冷等症 国产沉香和进口沉香的功能和主要治疗疾病完全相同 112 2 国产沉香的化学成分 一 挥发油成分我们从国产沉香的挥发油中分离得到白木香酸 白木香醛 沉香螺旋醇 白木香醇 去氢白木香醇 异白木香醇 白木香呋喃酸 沉香呋喃 沉香呋喃 呋喃白木香醛和呋喃白木香醇等倍半萜成分 同时也得到苄基丙酮 对甲氧基苄基丙酮和茴香酸等化合物 113 白木香酸 白木香醛 沉香螺旋醇 白木香醇 去氢白木香醇 异白木香醇 114 白木香呋喃酸 沉香呋喃 沉香呋喃 呋喃白木香醛 呋喃白木香醇 115 苄基丙酮 对甲氧基苄基丙酮 茴香酸 116 二 2 苯乙基色酮类成分我们从国产沉香去掉挥发油的乙醇提取物中分离得到9个2 苯乙基色酮类成分 分别为2 2 苯乙基 色酮 6 羟基 2 2 苯乙基 色酮 6 甲氧基 2 2 苯乙基 色酮 6 7 二甲氧基 2 2 苯乙基 色酮 6 甲氧基 2 2 3 甲氧基苯 乙基 色酮 6 羟基 2 2 4 甲氧基苯 乙基 色酮 6 7 二甲氧基 2 2 4 甲氧基苯 乙基 色酮 5 8 二羟基 2 2 苯乙基 色酮 5 8 二羟基 2 2 4 甲氧基苯 乙基 色酮 117 2 2 苯乙基 色酮 6 甲氧基 2 2 苯乙基 色酮 6 7 二甲氧基 2 2 苯乙基 色酮 6 甲氧基 2 2 苯乙基 色酮 118 6 甲氧基 2 2 3 甲氧基苯 乙基 色酮 5 8 二羟基 2 2 4 甲氧基苯 乙基 色酮 5 8 二羟基 2 2 苯乙基 色酮 6 7 二甲氧基 2 2 4 甲氧基苯 乙基 色酮 6 羟基 2 2 4 甲氧基苯 乙基 色酮 119 3 国产沉香化学成分的提取分离 国产沉香粉末 石油醚 95 乙醇回流提取 乙醇部分 石油醚部分 精馏收集不同沸点馏分 ABCDE 低沸点馏分硅胶柱层析 高沸点馏分硅胶柱层析 苄基丙酮对甲氧基苄基丙酮茴香酸等 白木香醇白木香醛等倍半萜成分 用乙酸乙酯溶解 乙酸乙酯溶解部分 经过多次硅胶柱层析 2 苯乙基色酮类成分 120 4 国产沉香化学成分研究的成果1 通过国产沉香化学成分系统研究部分说明了传统中药的治病原理 对整理传统中药做出了一定贡献 2 将进口沉香和国产沉香进行了化学成分比较 两种沉香化学成分大致相同 某些成分仅有量上的差别 这为国产沉香代替进口沉香提供了理论依据 3 从国产沉香分离得到的成分 如白木香酸和沉香螺旋醇有较强神经系统活性 而2 苯乙基色酮类成分有抗过敏的活性 这为我所新药的研究提供了先导化合物 也使沉香的研究提高到国际水平 121 三 芹菜子化学成分的研究 1