第六 章萜类挥发油

第六章,萜类挥发油,一、概述(一)萜类的含义,其烃类化合物常称为萜烯，开链萜烯具有（C5H8）n通式。萜类化合物（terpenoids）是一类由甲戊二羟酸（mevalonicacid，MVA）衍生而成，基本碳架多具有2个或2个以上异戊二烯单位（C5单位）结构特征的化合物。,异戊二烯甲戊二羟酸,(二)萜类化合物的生源途径,1.经验异戊二烯法则（empiricalisoprenerule）Wallach总结了大量此类实验结果后，于1887年提出了异戊二烯法则，认为萜类的碳架是由异戊二烯单位以头-尾或非头-尾顺序相连而成，都是异戊二烯的聚合体或其衍生物。.生源异戊二烯法则（biogeneticisoprenerule）萜类化合物的形成起源于葡萄糖；葡萄糖在酶的作用下产生乙酸，三分子乙酸经合成产生MVA，它经ATP作用、再经脱羧、脱水形成焦磷酸异戊烯酯，可互变异构化为焦磷酸，-二甲基丙烯酯。,(三)萜类的分类,目前仍沿用经典的Wallach的异戊二烯法则（isoprenerule），按异戊二烯单位的多少进行分类。含有一个异戊二烯单位的萜类称为半萜含有两个异戊二烯单位的萜类称为单萜含有三个异戊二烯单位的萜类称为倍半萜含有四个异戊二烯单位的萜类称为二萜含有五个异戊二烯单位的萜类称为二倍半萜依此类推,(四)萜类化合物的分布,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。,（五）萜类化合物的生物活性,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。,二、单萜,（一）概述1单萜（monoterpenoids）的基本碳架由10个碳原子构成，即2个异戊二烯单位，多是挥发油的组成成分（多具有较强的香气和生物活性，是医药、食品及化妆品工业的重要原料。2一般按其结构中的碳环数目分类，可分为无环、单环、双环及三环等结构种类。也有依据单萜的含氧官能团分类的。,（二）常见结构类型和重要的化合物,1无环单萜（acyclicmonoterpenoid）（1）常见的三种类型月桂烷型薰衣草烷型艾蒿烷型,（2）代表化合物,月桂烯和罗勒烯牻牛儿醇和香橙月桂烯罗勒烯牻牛儿醇香橙醇,柠檬醛,柠檬醛存在于植物的挥发油中，其中在柠檬草油、川桂叶油和樟叶油中含量较高，多在70以上。也有一对顺反异构体，反式的称为型，顺式的称为型。它们通常混合共存，但以反式柠檬醛为主。可以加入亚硫酸氢钠使其形成结晶性加成物，经分离后用分解，再用减压蒸馏进行提纯。二者均是许多人造香料和调味品的重要成分。,牻牛儿醛香橙醛（型柠檬醛）（型柠檬醛）,2单环单萜（monocyclicmonoterpenoid）,（1）常见的三种类型环香叶烷型对-薄荷烷型卓酚酮型,(2)重要的化合物需掌握的化合物结构式,柠檬烯薄荷酮辣薄荷酮桉油精,卓酚酮型化合物,卓酚酮具有芳香化合物性质，并且由于酚羟基其邻位的强吸电子基团（羰基）的存在而使分子显示较强的酸性，其酸性介于酚类和羧酸之间。这类化合物能与多种金属离子形成络合物结晶体，并显示具有鲜明色调的颜色，其三价铁络合物为赤色结晶，铜络合物为绿色结晶，这样就可以进行鉴别。这类化合物种类不算太多。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。,斑蝥素-崖柏素cantharidin-thujaplicin,3双环单萜（bicyclicmonoterpenoid）,（1）常见的结构类型其中前四种可看作是由薄荷烷在不同位置之间进一步环合而成的。这六种类型以蒎烷型和莰烷型最为稳定，形成的衍生物也最多。,（2）需掌握的化合物结构式,蒎烷衍生物-蒎烯-蒎烯-蒎烯（-pinene）（-pinene）（-pinene）,芍药苷龙脑樟脑paeoniflorinborneolcamphor,芍药苷是芍药（Paeoniaalbiflora）根中的蒎烷单萜苷，在芍药中还有白芍药苷（albiflorin）、新芍药苷、苯甲酰芍药苷（benzylpaeoniflorin）等结构类似的苷，多具有镇静、镇痛、抗炎活性。龙脑即中药冰片，又称“樟醇”，是樟脑的还原产物。龙脑是白色片状结晶，有升华性。不但有发汗、兴奋、镇痉和防止腐蚀等作用，还有显著的抗氧功能，临床上普遍应用的治疗冠心病、心绞痛的良药苏冰滴丸的主要成分就是冰片。此外，它还是香料工业的主要原料。樟脑是最重要的萜酮之一，我国产的天然樟脑产量占世界第一位。樟脑在医药上主要用做刺激剂和强心剂，还有局部刺激作用和防腐作用，可用于神经痛、炎症及跌打损伤。,4环烯醚萜类（iridoids）,（1）概述它是一类特殊的单萜，多与糖结合形成苷。环烯醚萜类化合物在中药中分布较广，在玄参科、茜草科、唇形科及龙胆科中较为常见，有多种生理活性（利胆、健胃、降糖、抗菌消炎等），目前发现的已达900余种。,（2）分类,环烯醚萜苷类其苷元结构特点为C1多连羟基，并多成苷，且多为-D-葡萄糖苷，常有双键存在，一般为3（4），C5、C6、C7有时连羟基，C8多连甲基或羟甲基或羟基，C7-8有时具环氧醚结构。栀子苷geniposide梓醇catalpol,栀子苷存在于栀子（Gardeniajasminoides）中，栀子苷为主要成分，与栀子的清热泻火及治疗肾炎水肿作用有一定的关系，且有一定泻下作用，其苷元京尼平（genipin）具有显著的促进胆汁分泌活性。梓醇是地黄（Rehmanniaglutinosa）降血糖的有效成分，并有较好的利尿及迟缓性泻下作用。,裂环环烯醚萜苷,其苷元结构特点为C7-C8处断键成裂环状态。裂环环烯醚萜苷在龙胆科、睡菜科、忍冬科、木犀科等植物中分布较广，在龙胆科的龙胆属及獐牙菜属分布更为普遍。龙胆苦苷gentiopicroside龙胆碱gentianine,龙胆苦苷在龙胆（Gentianascabra）、当药（Swertiapseudochinensis）及獐牙菜（青叶胆）（Swertemileensis）等植物中均有存在，是龙胆的主要有效成分和苦味成分，味极苦，将其稀释至1:12000的水溶液，仍有显著苦味。龙胆苦苷在氨的作用下可转化成龙胆碱。,（3）物理性质,性状简单的环烯醚萜类成分一般为液体或低熔点固体；环烯醚萜苷和裂环烯醚萜苷为白色结晶体或无定形粉末，具有吸湿性。这类成分均有苦味，分子结构中C-1、C-5和C-9多形成手性碳原子，故均具旋光性。溶解性这类化合物分子量一般较小，且大多连有极性官能团，虽然环烯醚萜类较环烯醚萜苷的极性小，但两类成分均能溶于水、甲醇、乙醇、正丁醇，难溶于氯仿、乙醚、苯等亲脂性有机溶剂。环烯醚萜苷的亲水性较其苷元的亲水性更强。,（4）化学性质,这类成分的分子结构中具有半缩醛羟基，性质很活泼，能与一些试剂产生颜色反应，可用于环烯醚萜及其苷的鉴别。酸水解反应环烯醚萜苷对酸很敏感，其苷键极易被酸水解，产生的苷元很不稳定，容易发生聚合反应，生成的苷元为半缩醛结构，其化学性质活泼，容易进一步聚合，难以得到结晶性的苷元。在不同水解条件下（温度、酸度等），产生不同颜色的变化或沉淀。例如，桃叶珊瑚苷、车叶草苷、梓苷等水解、聚合产生棕黑色树脂状聚合物沉淀，中药玄参、地黄、梓实等炮制加工变黑，均由这类成分引起的反应。,氨基酸反应在加热条件下与氨基酸作用，生成蓝色或紫色沉淀。与皮肤接触，也能使皮肤染成蓝色。冰乙酸-铜离子反应将样品溶于冰乙酸，加入少量的铜离子试液，加热后即产生蓝色反应。Shear试剂反应与Shear试剂（1体积浓盐酸与15体积苯胺的混合液）产生特殊的颜色反应。如车叶草苷与Shear试剂反应产生黄色棕色深绿色反应。,（5）提取分离,提取环烯醚萜苷类成分一般采用溶剂法提取，常选用的提取溶剂为水、甲醇、乙醇、稀丙酮等溶剂。用水作为提取溶剂时，为防止植物体内酶和有机酸的影响，提取前需在被提取的药粉中拌入适量碳酸钙或氢氧化钡。分离提取液减压浓缩后预先用乙醚或石油醚脱脂，再用正丁醇萃取出环烯醚萜苷类成分；也可在脱脂后用铅盐沉淀法除去杂质，再用正丁醇或其他方法从滤去沉淀的水溶液提取出环烯醚萜苷；还可以将环烯醚萜苷的提取液通过活性炭柱，先用水洗脱除去水溶性杂质后，再用乙醇将环烯醚萜苷洗脱出来，浓缩即可得苷的粗品。,在同一植物药中，往往含有多种结构类似的环烯醚萜苷类化合物，为了得到单一成分，往往需经硅胶、氧化铝等制备性薄层或柱色谱法进行分离，目前高效液相色谱也已广泛应用于环烯醚萜苷的分离。,三、倍半萜,（一）概述倍半萜类（sesquiterpenoids）的基本碳架由15个碳原子构成，即3个异戊二烯单位，大多与单萜类共存于植物挥发油内，是挥发油高沸程（250280）的主要组分，也有低沸点的固体。倍半萜的含氧衍生物多有较强的香气和生物活性，倍半萜活性一般强于单萜，是医药、食品、化妆品工业的重要原料。,青蒿素是中药青蒿（黄花蒿）（Artemisiaannua）中分离到的具过氧结构的倍半萜内酯，有很好的抗恶性疟疾活性，是高效、速效、低毒的抗疟药物。但它不溶于水，甚至在油中的溶解度也不大，影响其发挥疗效，为此，将其制成青蒿酯钠，通过临床证明，青蒿酯钠具有抗疟效价高、水溶性好等特点，目前多种衍生物制剂已用于临床。-山道年是倍半萜内酯类成分，也属于双环倍半萜，存在于菊科的茴蒿中，是抗疟的有效成分。在茴蒿中既有型，也有型，但具有驱虫作用的只有-山道年。它在中性溶液中稳定，在氢氧化钙碱性溶液中，能形成山道年酸钙盐，增加其在水中的溶解度，加酸酸化后，山道年酸钙又变成山道年酸，并环合成山道年而溶于水，可以利用此性质提取分离山道年。,（二）分类及重要化合物,1分类倍半萜类化合物多按其结构中的碳环数目分类，可分为无环（开链）、单环、双环、三环及四环等结构种类，其碳环可有五、六、七甚至十二元的大环。,2需掌握的化合物结构,青蒿素山道年-山道年artemisinin-santonin-santonin,3薁类化合物（azulenoids）,（1）结构特征由五元环与七元环骈合而成，可看成是由环戊二烯负离子和环庚三烯正离子骈合而成，属于非苯核芳烃化合物，具有一定的芳香性。薁类化合物主要存在于挥发油中，游离存在的很少，大多具有抑菌、抗肿瘤、杀虫等活性。,（2）性质,在挥发油分级蒸馏时，高沸点馏分中有时可看见美丽的蓝色、紫色或绿色的馏分，这显示可能有薁类成分存在。薁类沸点较高，一般在250-300,。不溶于水，可溶于有机溶剂和强酸，加水稀释又可析出，故可用60%-65%硫酸或磷酸提取。能与苦味酸或三硝基苯试剂产生络合物结晶，此结晶具有敏锐的熔点可借以鉴定。,（3）鉴别,溴化反应（Sabaty反应）：取挥发油1D，溶于1mlCHCl3中，加入5%溴的CHCl3溶液数滴，如产生兰色、紫色或绿色时，则有薁类化合物存在。对-二甲基苯甲醛-浓硫酸反应（Enrlich反应）：阳性反应为紫色或红色。,（4）化合物,愈创木薁莪术醇莪术二醇（具有抗肿瘤作用）等。,四、二萜,1定义二萜类化合物可以看成是由4分子异戊二烯聚合而成分子中含有15个C原子的天然萜类化合物，由于二萜类分子量较大，挥发性较差，故大多数不能随水蒸气蒸馏，很少在挥发油中发现，个别挥发油中发现的二萜成分，也是多在高沸点馏分中。二萜化合物多以树脂、内酯或苷等形式存在于自然界。,2.结构类型和重要化合物（1）三环二萜比较重要的有丹参酮类化合物、雷公藤内酯等。（2）四环二萜重要代表物为甜菊苷，是四环二萜苷，其甜度约是蔗糖的300倍，可作为糖尿病、肥胖症和心脏病患者的蔗糖代用品。此外还有芫花酯甲、酯乙等具有抗癌活性的二萜内酯类成分。穿心莲中所具有的有效成分为二萜内酯类，主要有穿心莲内酯、新穿心莲内酯和去氧穿心莲内酯。,五、二倍半萜,二倍半萜可以看成是由5个异戊二烯组成的化合物，本类成分总量不多，如呋喃海棉素-3等等。,六、三萜,1.含义三萜类化合物可视为六分子异戊二烯聚合而成，在中草药中分布很广，是萜类化合物中最多的一类，多以游离状态或成苷或成酯形式存在于自然界。一些常用中草药如人参、甘草、三七、桔梗、远志、紫胡等中都含有三萜成分。,2.结构类型和重要化合物比较重要的三萜类成分主要有以下两大类。（1）四环三萜：详见皂苷。四环三萜主要包括以下各类型：羊毛脂甾烷型和达玛烷型。人参皂苷的苷元大多属于此类。如达玛烷型，其具体特点为C8为甲基，C13有-H。（2）五环三萜：详见皂苷。五环三萜类成分在中草药中较为常见，主要包括：,a齐墩果烷型（即-香树脂烷型），以齐墩果酸为代表。许多中药都含齐墩果酸，具有抗炎、镇静、防肿瘤作用。b乌苏烷型（即-香树脂烷型或熊果烷型），以乌苏酸为代表。c羽扇豆烷型，以白桦脂醇、白桦脂酸为代表。d其他类型，有木栓烷型、羊齿烷型和异羊齿烷型、何帕烷型和异何帕烷型等。,3.三萜化合物的提取分离一般可根据某些三萜类化合物的溶解特性采用不同溶剂（如乙醇、氯仿等）进行提取分离，三萜酸可以溶于碱性溶液，也可将生药的有机溶剂提取物皂化，在不皂化部分分离中性三萜成分，按皂化法分得的成分，往往可能是皂化后的产物，还可使用吉拉特试剂提取分离某些羰基化合物。色谱法是分离三萜类化合物的常用方法，多采用硅胶色谱，有时先制备成它的衍生物，如甲酯、乙酯、苯甲酸酯，然后再进行色谱分离。,七、四萜,四萜类化合物多指胡萝卜烃类而言，主要是胡萝卜烯类色素。此类色素由8个单位的异戊二烯组成，其分子中存在一系列的共轭双键发色团，故具有颜色，称为多烯烃类，是脂溶性色素。胡萝卜烯类色素经常存在于植物的叶中，多含于果实（番茄等）、黄色花冠（蒲公英）中，另外，还存在于种子（玉米）、根（胡萝卜）和真菌、海藻中，动物中少见。,八、多萜,是异戊二烯头尾相连的聚合物，在自然界为数不多，主要代表物有橡胶、硬胶等。,三、萜类化合物的理化性质,1形态二萜和二倍半萜多为结晶性单萜和倍半萜类多为具有特殊香气的油状液体，在常温下可以挥发，或为低熔点的固体。可利用此沸点的规律性，采用分馏的方法将它们分离开来。固体。,2味萜类化萜类化合物多具有苦味，有的味极苦，所以萜类化合物又称苦味素。,3旋光性大多数萜类具有不对称碳原子，具有光学活性。,4溶解性萜类化合物亲脂性强，随着含氧官能团的增加或成苷的萜类，则水溶性增加。萜类的苷有一定的亲水性。,四、萜类化合物的化学性质,1、加成反应含有双键和醛，酮等羰基的萜类化合物，可与某些试剂发生加成反应，其产物往往是结晶性的。如含羰基的萜类化合物可与亚硫酸氢钠发生加成反应，生成结晶形成物，复加酸或加碱使其分解，生成原来的反应产物。,2、氧化反应不同的氧化剂在不同的条件下，可以将萜类成分中各种基团氧化，生成各种不同的氧化产物。常用的氧化剂有臭氧、三氧化铬等，亦可用于萜类化合物的醛酮合成。,3、脱氢反应脱氢反应在研究萜类化学结构中是一种很有价值的反应，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脱氢,五、萜类化合物的提取分离,萜的苷亲水较强，苷元脂溶性较强。1溶剂提取法2碱提取酸沉淀法3活性炭吸附法4大孔树脂吸附法,第六节挥发油,一、挥发油含义也称精油，是存在于植物体中的一类具有挥发性、可随水蒸气蒸馏出来的油状液体的总称。这类成分大多有香气。,二、挥发油的组成1萜类化合物：单萜、倍半萜2芳香族化合物：桂皮醛（解热镇痛）、丁香酚（抗菌、镇痛）3脂肪族化合物：鱼腥草素（抗菌作用）4其他,三、挥发油的性质（1）性状大多为无色或微黄色透明油状液体，有些含有类或其他色素而呈特别的颜色，具有特殊的气味。（2）难溶于水而易溶于亲脂性有机溶剂，在高浓度乙醇中全溶，在低浓度乙醇中只能溶解部分。将挥发油的温度降到一定程度可“析脑”。,（3）挥发性指常温下可自行挥发的性质。（4）挥发油经常与空气、光线接触会逐渐氧化变质（树脂化），使挥发油比重增加，粘度增大，颜色变深，因此挥发油应装入棕色瓶内低温保存。,（5）物理常数,比重（d=0.851.065）比旋光（+97+117）折光率（1.431.65）沸点（70300）,四、挥发油的提取1水蒸气蒸馏法利用挥发油的挥发性。为挥发油提取最常用的方法。2溶剂法利用挥发油的脂溶性，采用低沸点的亲脂性有机溶剂乙醚、石油醚提取。由于乙醚等易燃、易爆等，故仅作为实验室方法。,3压榨法机械压榨的方法。多用于含油量较高的新鲜原料中挥发油的提取。可保持挥发油特有的香气，但提取不完全，可配合水蒸气蒸馏法提取。4吸收法利用油脂的脂溶性吸收挥发油的方法。常用于贵重香料的提取，可保留挥发油特有的香气。,5二氧化碳超临界萃取法利用超临界状态下的二氧化碳（脂溶性）挥发油的方法。由于二氧化碳的临界温度比较低（31.3）,所以对热敏性成分比较理想，亦可提高挥发油的品质。国外多用于香料的提取。,五、挥发油的分离1冷冻析晶法用于挥发油中“脑”的分离。如薄荷醇的分离。2分馏法利用挥发油组分的沸点差异分离的方法。挥发油组分的沸点规律：分子量越大，沸点越高。倍半萜单萜化合物极性越大，沸点越高。含氧萜萜烃含氧萜中，酸醇醛酮醚，但酯高于相应的醇。萜烃中，三烯二烯一烯,3化学分离法利用挥发油各组分官能团所表现的化学性质，通过化学反应以改变其溶解性能而达到分离的方法。挥发性生物碱：可以与酸成盐羧基成分：可溶于碳酸氢钠溶液酚性成分：可溶于氢氧化钠溶液醇类成分：可利用其单酯化物（醇的酯化反应）能溶于碳酸氢钠溶液醛、酮成分：与亚硫酸氢钠加成（醛、甲基酮）或吉拉尔试剂（酮基成分）反应酯类：精馏或色谱醚类：与浓酸成烊盐结晶双键化合物：与氯化氢、亚硝酰氯加成生成结晶性加成物,4色谱分离法采用上述方法难以分离的成分可用色谱方法分离。吸附剂：硅胶、氧化铝、硝酸银络合色谱（双键异构体的分离）-细辛醚、-细辛醚、欧细辛醚分离。洗脱剂：石油醚洗脱萜烃类，石油醚-乙酸乙酯不同比例洗脱含氧萜挥发油的色谱鉴别1薄层色谱条件同前2气相色谱（GC）法与对照品共色谱予以鉴别3气相-质谱联用（GC-MS）法分离、鉴别于一体，同时进行,六、挥发油的鉴定1.化学常数的测定（1）酸值是代表挥发油中游离羧酸和酚类成分含量的指标。以中和1g挥发油中游离酸性成分所消耗KOH的毫克数表示。（2）酯值是代表挥发油中酯类成分含量的指标。用水解1g挥发油中所含酯所需要的KOH毫克数表示。（3）皂化值是代表挥发油中所含游离羧酸、酚类成分和结合态酯总量的指标。它是以皂化1g挥发油所需KOH的毫克数表示。实际上皂化值是酸值与酯值之和。,2.功能基的测定挥发油中功能基的测定包括酸碱性、酚类、羰基化合物、内酯类化合物和不饱和化合物及类化合物等等。（1）酸碱性测定挥发油的pH值。如呈酸性反应，则表示挥发油中含有游离酸性成分；如呈碱性反应，则表示挥发油中含有碱性成分。（2）酚类将少许挥发油溶于乙醇中，加入三氯化铁的乙醇溶液，如产生蓝色、蓝紫或绿色反应，表示挥发油中含有酚类成分。,（3）羰基化合物用硝酸银的氨溶液检查挥发油，如发生银镜反应，则表示醛类等还原性化合物存在，如用苯肼或苯肼衍生物、氨基脲、羟胺等试剂与挥发油作用，如产生结晶性的衍生物，则表示有羰基类化合物存在。（4）内酯类化合物于挥发油的吡啶溶液中加入亚硝酰铁氰化钠试剂及氢氧化钠溶液，如出现红色并逐渐消失，表示油中含有内酯类化合物。（5）不饱和化合物和薁类衍生物于挥发油的氯仿溶液中滴加溴的氯仿溶液，如红棕色褪去，表示油中含有不饱和化合物；继续滴加溴的氯仿溶液，如产生蓝色、紫色或绿色，则表示油中有类化合物存在。此外，在挥发油的无水甲醇溶液中加入浓硫酸，如有类衍生物存在，则应产生蓝色或紫色反应。,3.薄层鉴定薄层色谱鉴定挥发油成分较一般试管法鉴定灵敏，而且由于分离后显色干扰也较少，有利于分析判断结果，故常采用薄层鉴定，常用吸附剂为硅胶或氧化铝、展开剂为石油醚和石油醚-乙酸乙酯（8515）。4.气相色谱和气相色谱质谱联用法鉴定由于气相色谱（GC）分离效率和灵敏度都高，样品用量少，分析速度快，应用广泛，而且还可制备高纯度物质等优点，所以被广泛应用于挥发油成分的分离、鉴定和含量测定，是研究挥发油成分的重要手段。而气质联用技术则充分克服了气相色谱定性、定量分析的困难，目前已广泛应用于挥发油的定性、定量方面。,七、挥发油研究实例（一）薄荷挥