第十章-萜类(天然药物化学).ppt

第十章萜类和挥发油,概述,一、萜的含义和分类萜类化合物（Terpenoids）是一类骨架多样、数量庞大、生物活性广泛的一类重要的天然药物化学成分。从化学结构看，它是异戊二烯的聚合体及其衍生物，其骨架一般以五个碳为基本单位，少数也有例外。,萜类化合物的分布,萜类化合物在植物界分布很广泛，据不完全统计萜类化合物超过了22000多种。存在最多的是种子植物，尤其是被子植物。萜类化合物经常与树脂、树胶并生，与生物碱相排斥。富含挥发油的植物：松科、柏科、胡椒科、马兜铃科、樟科、芸香料、龙脑科、伞形科、唇形科、败酱科、菊科和姜科等。,1、定义:一般认为，凡由异戊二烯的聚合物且分子式符合（C5H8)n通式的衍生物均称为萜类化合物。,异戊二烯的化学结构,2、萜类化合物的分类:根据分子结构中异戊二烯单位的数目进行分类，如单萜、倍半萜、二萜等；根据各萜类分子结构中碳环的有无和数目的多少，进一步分为链萜、单环萜、双环萜、三环萜、四环萜等，例如链状二萜、单环二萜、双环二萜、三环二萜、四环二萜；萜类多数是含氧衍生物，所以萜类化合物又可分为:醇、醛、酮、羧酸、酯、苷。,萜类化合物的分类及分布,3、萜类化合物的特点,（1）开链萜烯具有（C5H8）n通式，碳原子数一般为5的倍数，而氢的比例多数不是8的倍数。（2）绝大多数萜类化合物为含氧衍生物，包括醇、醚、酮、酸、酯、内酯、亚甲二氧基等含氧基团。（3）有的萜类化合物以苷的形式存在，如环烯醚萜苷类成分；有的萜类化合物分子中含有氮原子，称为萜类生物碱，如乌头碱。,二、萜类化合物的生理活性和分布,(1)抗生育活性；芫花酯甲(yuanhuacin)、芫花酯乙(yuanhuadin)均为引产药。(2)抗白血病、抗肿瘤活性：雷公藤内酯(triptolide)、雷公藤羟内酯(tripdiolide)、鸦胆丁(bruceantin)等。(3)驱蛔虫和杀虫活性：如驱蛔素(ascaridole)，川楝素(chuanliansu，toosendanin)、土木香内酯(costunolide)等。,(4)抗疟活性：如青蒿素(arteannuin)、鹰爪甲素(yingzhaosuA)。(5)神经系统作用：如治疗神经分裂症的马桑内酯类化合物。(6)抗菌痢和抗钩端螺旋体活性：如穿心莲内酯(andrographolide)、穿心莲新苷(neoandrographolide)、14去氧穿心莲内酯(14-deoxyandrographolide)。(7)抑制血小板凝集、扩张冠状动脉、增强免疫功能：如芍药苷(paeoniflorin)。,(8)泻下作用：如栀子苷(京尼平苷，geniposide)。(9)促进肝细胞再生活性：如齐墩果酸。(10)防治肝硬化、肝炎的活性：如葫芦素B、E(cucurbitacinB、E)。(11)抗阿米巴原虫活性：如鸦胆子苷(yatanoside、brucealin)、鸦胆子苦素A、B、C、D、E、F、G(bruceineA、B、C、D、E、F、G)及鸦胆子苦内酯(bruceolide)等。,(12)降血压活性：闹羊花毒素III(rhodojuponinIII)对重症高血压有紧急降压作用并对室上性心动过速有减慢心率作用。(13)降血脂、降血清总胆固醇活性：如泽泻萜醇A(alisolA)。(14)抗菌消炎活性：如雪胆甲素(cucubitacinIIa)、雪胆乙素(cucubitacin，IIb)。(15)降低转氨酶活性：如山芝麻酸甲酯(methyhelicterata)。(16)毒鱼活性：如二萜醛(sacculatal)。,(17)昆虫拒食活性：(18)可作甜味素：甜菜素(滕氏甜昧内酯，phylloduicin)具有蔗糖600800倍甜度，罗汉果甜素V(mogrosideV)的002水溶液比蔗糖甜约250倍，可作调味剂。(19)昆虫保幼激素：如天蚕蛾保幼激素(C18-cecropia)、juvabione。(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。,其他:如挥发油中的单萜和倍半萜成分，不少具有祛痰、止咳、平喘、驱风、健胃、解热及镇痛等活性。有些是香料、化妆品工业的重要原料。,经验的异戊二烯法则,1887年Wallach提出：自然界存在的萜类化合物是由异戊二烯衍生而成首尾相连的聚合体及其衍生物。这就是日后长期沿用的经验异戊二烯法则。认为自然界存在的萜类化合物都是由异戊二烯衍变而来，是异戊二烯的聚合体或衍生物，并以是否符合异戊二烯法则作为判断萜类物质的一个重要原则。,萜类的结构类型,萜类,单萜,环烯醚萜,倍半萜,二萜,二倍半萜,一单萜,单萜类是由2个异戊二烯单位构成、含10个碳原子的化合物及其衍生物，典型单萜的分子式为C10H16，有3个不饱和度。可形成链状单萜、单环单萜、双环单萜等结构。分布：广泛分布于高等植物的腺体、油室和树脂道等分泌组织中，是植物挥发油的主要组成成分，在昆虫激素及海洋生物中也有存在。,（1）开链单萜,抗菌,（2）环状单萜,平喘、止咳、抗菌,发汗、兴奋、镇静、驱虫,举例：芍药苷（paeoniflorin）是从芍药paeoniaalbiflora根中得到的蒎烷单萜苦味苷，对小鼠显示有镇静、镇痛及抗炎等药理作用。近年报道芍药苷具有防治老年性痴呆的生物活性。,二倍半萜,倍半萜类是由3个异戊二烯单位构成、含15个碳原子的化合物类群。倍半萜主要分布在植物界和微生物界，多以挥发油的形式存在，在植物中多以醇、酮、内酯或苷的形式存在，亦有以生物碱形式存在。,分类,理论上可分为链状、单环、双环、三环和四环等五种倍半萜结构类型，但植物中多以单环、双环倍半萜的含氧衍生物为主，而三环、四环倍半萜数目较少。链状：麝香子油，香料成分；单环：青蒿素，抗恶性虐疾；双环：-山道年，驱蛔；三环：环桉醇，抗菌。,（1）无环倍半萜,金合欢烯，存在于枇杷叶、生姜等的挥发油中，构型体存在于藿香、啤酒花和生姜挥发油中。金合欢醇在橙花油、香茅中含量较多，为重要的高级香料原料。橙花醇具有苹果香，是橙花油中的主要成分之一。,（2）环状倍半萜,青蒿素（qinghaosu,artemisinin）是倍半萜过氧化物，是从中药青蒿（黄花蒿ArtemisiaannuaL.）中分离到的抗恶性疟疾的有效成分。曾对它的结构进行了修饰，合成大量衍生物，从中筛选出具有抗疟效价高、原虫转阴快、速效、低毒等特点的双氢青蒿素，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。,鹰爪甲素（yingzhaosu）是从草药鹰爪Artemisiaannua根中分离出的具有过氧基团的倍半萜化合物，对鼠疟原虫的生长有强的抑制作用。,三二萜,二萜类是由4个异戊二烯单位构成、含20个碳原子的化合物类群。它们的结构显示多样性，但生源上都是由前体物焦磷酸香叶基香叶酯（GGPP）衍生而成。链状：植物醇，维生素A；环状：穿心莲内酯，银杏内酯，雷公藤内酯，紫杉醇，甜菊苷等。,（1）链状二萜,链状二萜类化合物在自然界存在较少，常见的只有广泛存在于叶绿素的植物醇，与叶绿素分子中的卟啉结合成酯的形式存在于植物中，曾作为合成维生素A、K1的原料。,（2）环状二萜,维生素A(vitaminA)是一种重要的脂溶性维生素，主要存在于动物肝中，特别是鱼肝中含量较丰富，如鲨鱼和鳕鱼的肝油中富含维生素A。维生素A与眼睛的视网膜内的蛋白质结合，形成光敏感色素，是保持正常夜间视力的必需物质，而且维生素A也是哺乳动物生长必不可缺少的物质。,举例,穿心莲内酯为穿心莲Andrographispaniculata中抗菌消炎作用的活性成分，临床用于治疗急性菌痢、胃肠炎、咽喉炎等，与亚硫酸钠在酸性条件下可制成穿心莲内酯磺酸钠，制备水溶性注射剂。紫杉醇是红豆杉Taxusspp中活性成分，已成新型天然抗肿瘤药物，对于卵巢癌、乳腺癌和肺癌疗效好。关附甲素是中药关白附中的具抗心律失常的活性成分，已进入国家I类新药研制的III期临床研究。,萜类化合物的物理性质,1、性状（1）形态低分子量的萜类化合物如单萜、倍半萜类化合物通常为液态，具挥发性，是挥发油的组分；分子量较高的萜类化合物为固态，多数可形成结晶体，不具挥发性。随分子量和双键的增加，功能基的增多，化合物的挥发性降低，熔点和沸点相应增高。,（2）味多具苦味，所以萜类化合物又称苦味素；但有的具有强烈的甜味，如甜菊苷的甜味是蔗糖的300倍。（3）旋光性和折光性大多数萜类一般具有多个不对称碳原子，故具旋光性。低分子萜类具有较高的折光率。,第2节挥发油,概念：挥发油又称为精油，是存在于植物中的一类具有芳香气味、可随水蒸汽蒸馏出来而又与水不相混溶的挥发性油状成分的总称。,（一）组成与分类挥发油为一混合物，其组分较为复杂，一种挥发油常常由数百种成分组成。其组分大致可分为一下几类：,1萜类化合物：主要是单萜、倍半萜、和它们含氧衍生物，而且含氧衍生物多半是生物活性较强或具有芳香气味的主要成分。2脂肪族成分：多为一些小分子化合物，具有挥发性。如正庚烷、辛烯乙酸乙酯等。鱼腥草中所含挥发油主要有效成分为癸酰乙醛，具有抗菌作用，有鱼醒气味。,3芳香族成分：数量仅次于萜类，存在也相当广泛。有的为萜源衍生物，如麝香草酚；有的为一般含氧衍生物，如苯乙醇、水杨酸、水杨酸甲酯等；但大多数为苯丙素类衍生物，如丁香挥发油中具有抑菌和镇静作用的丁香酚。4其它成分：其它还有一些挥发油样物质，如芥子油、挥发杏仁油、原白头翁素、大蒜油等，也能随水蒸气蒸馏，故也称之为“挥发油”。此外，川芎嗪、烟碱、毒黎碱等生物碱虽也是能随水蒸气蒸馏的液体，但这些化合物往往不作挥发油油类成分对待。,（二）理化性质,1、性状（1）颜色挥发油大多为无色或淡黄色液体，有些挥发油含有薁类成分，或溶有色素，而显特殊颜色。（2）形态挥发油在常温下为透明液体。低温放置，挥发油所含主要成分可能结晶析出，这种析出物习称为“脑”，如薄荷脑、樟脑等。（3）气味挥发油具有特殊的气味，大多数为香味。也有少数为挥发油具有异味，如鱼腥草挥发油具有不愉快的臭味。（4）挥发性挥发油均具有挥发性，可随水蒸气蒸馏，这是挥发油的重要性质，可以此区别脂肪油。,2、溶解度,挥发油为亲脂性的物质，难溶于水，可溶于高浓度乙醇，易溶于乙醚、二硫化碳、石油醚等亲脂性的有机溶剂，在低浓度乙醇中溶度较小。,3、物理常数,（1）相对密度多数挥发油比水轻，习称“轻油”；也有少数挥发油比水重，习称“重油”。其相对密度一般在0.8501.065之间。（2）折光性挥发油具有较强的折光性，其折光率一般在1.431.61之间。（3）旋光性挥发油几乎均有旋光性，其比旋度一般在+97117的范围内。（4）沸点挥发油的沸点一般在70300之间。,4.稳定性,挥发油对光，空气，热均比较敏感，长期接触会氧化变质。保存：密闭，棕色容器，低温保存。,挥发油成分的检识,1物理常数的测定相对密度、比旋度、折光率和凝固点等是鉴定挥发油常测的物理常数。2化学常数的测定酸值、皂化值、酯值是重要的化学常数，也是表示质量的重要指标。（1）酸值：酸值是代表挥发油中游离羧酸和酚类成分的含量。以中和1g挥发油中含有游离的羧酸和酚类所需要氢氧化钾毫克数目来表示。（2）酯值：代表挥发油中酯类成分含量，以水解1g挥发油所需氢氧化钾毫克数来表示。（3）皂化值：以皂化1g挥发油所需氢氧化钾毫克数来表示。事实上，皂化值等于酸值和酯值之和。,3官能团的鉴定（1）酚类（2）羰基化合物（3）不饱和化合物和薁类衍生物（4）内酯类化合物4层析法（1）薄层层析TLC法吸附剂：硅胶展开剂：石油醚-乙酸乙酯（2）气相色谱法（3）气相色谱-质谱（GC-MS）联用法,（三）提取分离,1提取（1）水蒸气蒸馏利用挥发油的挥发性和水不相混溶的性质进行的提取。在加热过程中，当挥发油和水两者蒸气压之和与大气压相等时，挥发油即可随水蒸气蒸馏出来。这是从植物中提取挥发油最常用的方法。,（2）浸取法,不宜用水蒸气蒸馏法提取的挥发油原料，可以直接用有机溶剂进行提取。油脂吸收法油脂类一般具有吸收挥发油的性质，往往利用此性质提取贵重的挥发油，如玫瑰油、茉莉花油等。溶剂提取法用石油醚、乙醚等有机溶剂，采用连续回流提取法或冷浸法进行提取。本法提取的挥发油含有较多的亲脂性杂质，需进一步处理。超临界流体萃取法二氧化碳超临界流体萃取法用于提取挥发油，具有防止氧化、热解及提高品质的突出优点。所得芳香挥发油气味与原料相同，明显优于其它方法。,（3）冷压法,此方法使用于含油量较高的新鲜植物药材的提取。通常将压榨后的药材再用水蒸气蒸馏法提取残留挥发油。,2.分离,（1）冷冻处理将挥发油置于0以下使析出结晶，如无结晶析出可将温度降至-20，继续放置。取出结晶再经重结晶可得纯品。如薄荷脑。（2）分馏法由于类别不同，分子量大小、双键的多少、含氧取代基等方面有一定的差异，因此它们的沸点各异。以此作为分离的依据。由于挥发油的组分多对热及空气中的氧较敏感，因此常采用减压分馏法分离挥发性成分。,（3）化学分离法,