天然药化第八章甾体及其苷类.ppt

天然药物化学,讲授：张辰露第1-12周,第八章甾体及其苷类,第一节概述1.概念甾体化合物是天然化合物存在的一类化学成分，包括植物甾醇、胆汁酸、C21甾类、昆虫变态激素、强心苷、甾体皂苷、甾体生物碱、蟾毒配基等。尽管种类繁多，但它们的结构中都具有环戊烷骈多氢菲的甾体母核。,甾核四个环可以有不同的稠合方式。甾核C3位有羟基取代，可与糖结合成苷。甾核的C10和C13位有角甲基取代，C17位有侧链。根据侧链结构的不同，天然甾类成分又分为许多类型。,天然甾体化合物的种类及结构特点,昆虫变态激素（一类促蜕皮活性物质）,天然甾体化合物的B/C环都是反式，C/D环多为反式，A/B环有顺、反两种稠合方式。甾体化合物可分为两种类型:A/B环顺式稠合的称正系，即C5上的氢原子和C10上的角甲基都伸向环平面的前方，处在同一边，为构型，以实线表示；A/B环反式稠合的称为别系，即C5上的氢原子和C10上的角甲基不在同一边，而是伸向环平面的后方，为构型，虚线表示。C3上有羟基，多为构型。,2.甾体化合物的生物合成途径甾体化合物是由甲戊二羟酸的生物合成途径转化而来。乙酰辅酶A角鲨烯2,3-氧化角鲨烯羊毛甾醇接着可衍生成甾醇类、C21甾类、强心苷元类、甾体皂苷元类等。,3.甾体类化合物的颜色反应甾类成分在无水条件下，遇强酸亦能产生各种颜色反应，与三萜化合物类似。李-布氏反应（Liebermann-Burchard反应）将样品溶于氯仿，加硫酸-醋酸酐(1:20)，产生红紫蓝绿污绿等颜色变化，最后褪色。也可将样品溶于冰乙酸，加试剂产生同样的反应。,氯仿-浓硫酸试剂（Salkowski反应）将样品溶于氯仿，加入硫酸，硫酸层显血红色或蓝色，氯仿层显绿色荧光。Tschugaev反应将样品溶于冰乙酸，加几粒氯化锌和乙酰氯共热；或取样品溶于氯仿，加冰乙酸、乙酰氯、氯化锌煮沸，反应液呈现紫红蓝绿的变化。,三氯醋酸试剂（Rosen-Heimer反应）将样品溶液滴在滤纸上，喷25%的三氯乙酸乙醇溶液，加热至60呈红色至紫色反应。五氯化锑反应将样品溶液滴在滤纸上，喷25%的五氯化锑氯仿溶液，加热至6070加热35分钟，斑点呈灰蓝、蓝、灰紫色等颜色。,第二节甾体化合物1.C21甾类化合物C21甾是一类含有21个碳原子的甾体衍生物，是目前广泛应用于临床的一类重要药物，具有抗炎、抗肿瘤、抗生育等方面生物活性。目前从植物中分离出的C21甾类成分的种类多以孕甾烷或其异构体为基本骨架。C21甾类成分在植物中除游离方式存在外，也可和糖缩合成苷类存在。,如白首乌新苷、地荠普苷、白薇新苷等。,白首乌,紫花洋地黄,青阳参地上部分,青阳参治疗癫痫的有效成分,2.海洋甾体化合物海洋甾体化合物有抗肿瘤活性。如从海绵中分离的具有强细胞毒的新鞘类酯糖苷就具有抗癌活性。,第三节强心苷,一、强心苷的概述及生物合成二、强心苷的结构1.强心苷的母核结构2.强心苷的糖3.苷元和糖连接的方式三、强心苷的结构与活性的关系,第三节强心苷,四、强心苷的理化性质1.理化性质2.苷键的水解3.显色反应-检识五、强心苷的提取和分离,第三节强心苷一、强心苷的概述及生物合成强心苷是存在于植物中具有强心作用的甾体苷类化合物。强心苷存在于许多有毒的植物中，在个别动物的分泌物中含有强心成分。其生物合成是以甾醇为母体经多次转化而逐渐生成，涉及大约20种酶的作用。,二、强心苷的结构1.强心苷的母核结构强心苷元中甾体母核四个环的稠合方式与甾醇不同。天然存在的强心苷元的B/C环都是反式，C/D环都是顺式，A/B环二种稠合方式都有，以顺式稠合的较多，如毛地黄毒苷元。反式稠合的较少，如乌沙苷元。,甲型强心苷元：C17位侧链为不饱和内酯，有为五元环的-内酯。乙型强心苷元：C17位侧链为不饱和内酯，有为六元环的，-内酯。,甲型强心甙元（强心甾烯）,乙型强心甙元（海葱甾二烯）,绿海葱苷元,蟾毒素,常见的含强心苷的天然药物,铃兰、紫花洋地黄,R为鼠李糖铃兰毒苷,洋地黄毒苷,黄花夹竹桃,黄夹苷甲,黄夹苷乙,可强心利尿、祛痰定喘、祛瘀镇痛。,羊角拗,R为L夹竹桃糖羊角拗苷,可治疗心力衰竭，风湿肿痛、小儿麻痹后遗症等。,蟾酥,蟾毒灵,具有解毒、止痛、开窍醒神等功效。,2.强心苷的糖构成强心苷的糖有20多种。根据它们C2位上有无羟基可以分成:-羟基糖（2-羟基糖）-去氧糖（2-去氧糖）-去氧糖常见于强心苷类，是区别于其它苷类成分的一个重要特征。,-羟基糖：除D-葡萄糖、L-鼠李糖外，还有6-去氧糖如L-夫糖（L-fucose）、D-鸡纳糖（D-quinovose）、D-弩箭子糖（D-antiarose）、D-6-去氧阿洛糖（D-6-deoxyallose）等；6-去氧糖甲醚如L-黄花夹竹桃糖（L-thevetose）、D-洋地黄糖等。-去氧糖：有2，6-二去氧糖如D-洋地黄毒糖（D-digitoxose）等；2，6-二去氧糖甲醚如L-夹竹桃糖（L-oleandrose）、D-加拿大麻糖（D-cymarose）、D-迪吉糖（D-diginose）和D-沙门糖（D-sarmentose）等。,D-鸡纳糖D-弩箭子糖D-6-去氧阿洛糖L-夫糖,D-洋地黄糖D-洋地黄毒糖D-加拿大麻糖L-黄花夹竹桃糖,糖基上有乙酰基,糖基上有氨基,3.苷元和糖连接的方式多数为型、型，少数为型。,型：苷元C3-O-(2,6二去氧糖)x-(-羟基糖)y如毛花地黄属强心甙中的毛花洋地黄甙丙。型：苷元C3-O-(6-去氧糖)X-(-羟基糖)y如黄夹苷甲。型：苷元C3-O-(-羟基糖)X。如乌沙苷、绿海葱苷等。,洋地黄毒苷（型）,黄夹苷甲（型）,绿海葱苷（型）,强心苷中糖均与苷元C3-OH结合形成苷，可多至5个单元，以直链连接。,毛花洋地黄苷丙,蟾毒配基在蟾酥中不是以苷的形式存在，而是其C3-OH与辛二酰（庚二酰、己二酰和丁二酰）精氨酸等结合成酯（日蟾蜍它灵毒类），作为毒苷存在于蟾蜍体内。,三、强心苷的结构与活性的关系1.甾体母核苷元甾核中，A/B环顺式或反式，C/D环必须是顺式，才能显示强心作用。若C/D环为反式或C14-OH脱水生成脱水苷元，强心作用消失。A/B环为反式稠和的甲型强心苷元，C3-羟基必须为型才有活性。,2.不饱和內酯环在甾核的17位，必须有一个不饱和内酯环，且为型，如异构化为型或开环，或不饱和键转化成为饱和键时，强心作用和毒性将变得很微弱。,3.取代基如C10位的角甲基转化为醛基或羟甲基时，其生理活性增强；C10位的角甲基转为羧基或无角甲基，则生理活性明显减弱。此外，母核上引入5、11、12-羟基，可增强活性，引入1、6、16-羟基，可降低活性；引入双键4(5)，活性增强，引入双键16(17)则活性消失或显著降低。,4.糖部分强心苷中的糖本身不具有强心作用，但它们的种类、数目对强心苷的毒性会产生一定影响。一般来说，苷元连接成单糖苷后，毒性增加。随着糖数的增多，分子量增大，苷元相对比例减少，又使毒性减弱。强心作用强弱常以对动物的毒性（致死量）来表示。,毒毛旋花子苷元组成的三种苷的毒性比较,从上表可知，一般甲型强心苷及苷元的毒性规律为：三糖苷二糖苷单糖苷苷元。,乙型强心苷及苷元的毒性规律：苷元单糖苷二糖苷乙型强心苷元的毒性大于甲型强心苷元。,四、强心苷的理化性质1.理化性质性状溶解性强心苷分子中有内酯环结构开裂和环合强心苷内酯环上双键氧化5或14羟基脱水强心苷若C10位有醛基取代可形成半缩醛结构强心苷C17-内酯异构化邻二羟基氧化,1.理化性质性状强心苷多为无定形粉末或无色结晶，具有旋光性，C17位侧链为构型者味苦，为构型者味不苦。对粘膜具有刺激性。溶解性强心苷一般可溶于水、醇、丙酮等极性溶剂，微溶于乙酸乙酯、含醇氯仿，几乎不溶于乙醚、苯、石油醚等极性小的溶剂。,它们的溶解度也因糖分子数目和性质以及苷元分子中有无亲水性基团而有差异。强心苷分子中有内酯环结构，用碱水处理，内酯环开裂，但酸化后又环合（非可逆过程）。,甲型强心苷內酯环开裂过程,14,14,质子转移，双键转位,亲电加成,乙型强心苷在醇性苛性碱溶液中，不发生双键转移，但内酯环开裂生成酯，再脱水生成甲酯异构化物。,乙型强心苷內酯环开裂过程,强心苷内酯环上双键氧化,酮醇化合物,醛酮化合物,17-羰基化合物,5或14羟基脱水强心苷元中5-羟基和14-羟基是叔羟基，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。,14,5,强心苷如果C10位有醛基取代，在冷甲醇中用盐酸处理，C3-OH能与C10-醛基形成半缩醛的结构。强心苷C17-内酯，在二甲基甲酰胺中，与甲苯磺酸钠和醋酸钠加热110反应24小时，即可异构化为C17-内酯构型。,邻二羟基氧化,强心苷元上邻二羟基氧化开裂过程,双甲酰化合物,半缩醛结构,11,二乙酰衍生物。,2.苷键的水解2.1酸催化水解温和酸水解用稀酸（0.020.05mol/L的HCL或H2SO4）在含水醇中短时间加热回流，可水解去氧糖的苷键。但2-羟基糖的苷，在此条件下不易断裂。强酸水解对于较难水解的苷（如2-羟基糖的苷）须提高酸的浓度（3%5%），延长水解时间，并同时加压。由于反应剧烈常引起苷元脱水，产生缩水苷元。,盐酸丙酮法,室温2W,如果苷元分子中有二个相邻羟其，也能被丙酮化而生成苷元丙酮化物，如乌本苷的水解，需再用稀酸加热水解而得到乌本苷元。,2.2碱水解强心苷的苷键不能被碱水解，但强心甙分子中有酰基，内酯环则会受到碱液作用而水解或裂解。若强心苷分子的苷元或糖部分有酰基，用碱处理使酰基水解脱去，一般用稀碱如碳酸氢钠、碳酸氢钾、稀氢氧化钙溶液等，即可使酰基脱去而内酯环不受影响。但在强碱溶液中可使内酯开环，酸化后又能闭环。,如果在甲醇或吡啶等溶剂中与碱作用内酯环上双键能由20(22)位移至20(21)生成C22活性次甲基，许多呈色反应均利用此性质作检识。在双键移位情况下，若C14位上有羟基，在强碱醇溶液中，使强心苷生成异构化苷，这种反应是不可逆的。,22,22,14,14,2.3酶催化水解紫花毛地黄紫花苷酶,一般来说乙型强心苷较甲型强心苷易被酶水解。,（乌本苷）,3.显色反应-检识强心苷除甾体母核所产生的显色反应外，还可因结构中含有不饱和内酯和2-去氧糖而产生显色反应。3.1不饱和内酯环甲型强心苷类由于C17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C22活性次甲基，从而与试剂反应显色。,乙型强心苷在碱性溶液中不能产生活性次甲基，故无此类反应。,与间二硝基苯试剂Raymond反应,与碱性苦味酸钠试剂Baljet反应,3.2由于2-去氧糖产生的反应Keller-kiliani反应：强心苷溶于含少量Fe3+（FeCl3或Fe2(SO4)3）的冰醋酸，沿管壁滴加浓硫酸，观察界面和醋酸颜色变化。如有2-去氧糖存在，醋酸层渐呈蓝色或蓝绿色。此反应只对游离2-去氧糖或在反应条件下能水解出2-去氧糖的强心苷显色。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。放置后碳化变深变暗。,对二甲基苯甲醛反应：将强心苷醇溶液滴在滤纸上，干后，喷对二甲氨基苯甲酸试剂(1%对二甲氨基苯甲醛乙醇溶液-浓硫酸4:1)，并于90加热30秒，如有2-去氧糖，可显灰红色斑点。呫吨氢醇反应：取少量强心苷固体样品，加呫吨氢醇试剂（10mg呫吨氢醇溶于100ml冰醋酸，加入1ml浓硫酸），置水浴上加热3分钟，只要分子中有2-去氧糖都能显红色。,过碘酸-对硝基苯胺反应：过碘酸能与强心苷分子中的2-去氧糖氧化生成丙二醛，再与对硝基苯胺缩合而呈黄色。这个显色反应可作为薄层层析和纸层析的显色。,五、强心苷的提取和分离从药材中分离提纯强心苷是比较复杂与困难的，应考虑强心甙在药材中存在的状况及其性质和共存物的影响等。一般强心苷在药材中的含量都比较低（1%以下），又常与性质相似的皂苷混在一起，此外还有糖类、色素、鞣质等共存，这些成分的存在往往会影响改变强心苷在许多溶剂当中的溶解度，而且同一药材中又常含有几个或甚至几十个性质近似的强心苷，每个苷又有原生苷、次生苷或苷元之区别，这些都使提纯变得困难。,用鲜原料提取原生苷时，要防止酶解，在提取前必须抑制酶的活性，新鲜原料采收后，应低温快速干燥或通风阴干。强心苷性质较不稳定，在有水情况下，特别是在加热过程中受酸、碱作用，容易发生水解、脱水和异构化等反应，使其生理活性降低，因此在提取时应注意控制适当的温度、酸碱性和抑制酶的活性。,1.原生苷的提取首先要抑制酶的作用，可用乙醇破坏酶的活性或用硫酸铵等无机盐使酶沉淀除去。药材可直接用7080%乙醇加热提取。若原料为种子或含脂杂质较多时，须先脱脂后在提取。含叶绿素多时可用稀碱液皂化除去，或用稀醇提取时使叶绿素留在残渣中而不被稀醇提出。将醇提液减压浓缩后，加水过滤，滤液进一步通过铅盐法、氧化镁或活性碳吸附法，得原生苷的总苷。,中性皂苷,2.次生苷的提取（酶解法）次生苷的提取通常利用药材中的酶自行水解，脱去葡萄糖成次生苷后再进行提取，具体方法：将药材粉末加等量水拌匀湿润后，在3040保持612小时进行发酵酶解，然后用乙酸乙酯或乙醇按上述原生苷提取办法进行提取和纯化。亦可先提出原生的苷再进行酶解，酶解完全后再用有机溶剂提取。,3.强心苷的分离和纯化3.1重结晶法（对浓度较高组分）3.2逆流分溶法（在两相中分配系数不同）3.3层析法对于亲脂性强的强心苷类，如次生苷可用吸附层析法进行分离。常用吸附剂有硅胶、氧化铝（中性），洗脱剂为苯:甲醇、氯仿:甲醇等混合溶剂，,由于强心苷尤其是原生苷一般极性较大，吸附层析往往分离效果不好，改用分配层析能得到较好的分离效果。常用的支持剂有硅藻土、纤维素，以甲酰胺为固定相，甲酰胺饱和的氯仿、苯或甲酰胺饱和的氯仿:丙酮（4:1）为洗脱剂，对极性较强的苷分离效果较好。,4.提取实例4.1铃兰毒苷的提取,4.2西地蓝的提取医药用西地蓝是毛花洋地黄苷丙的去乙酰化物，用于急性和慢性心力衰竭、心房颤动等。其能溶于水、甲醇或乙醇，微溶于氯仿。提取总苷,分离苷丙粗总苷中所含毛花洋地黄苷甲、乙、丙的苷元由于羟基的数目和位置不同，使得它们的极性和溶解度有差异。极性大小顺序为苷丙苷乙苷甲去乙酰基氢氧化钙或碳酸钾水解,4.3黄花夹竹桃,继续分离强心灵（夹竹桃次生苷混合物）成5种单体，可用柱色谱。以中性氧化铝作吸附剂，苯-氯仿（1:1、1:3、1:4）、氯仿、氯仿-甲醇（99.5:0.5、99:1、98:2）、甲醇依次洗脱，合并相同组分，分别用甲醇重结晶，一次得单乙酰黄夹次苷乙、黄夹次苷乙、黄夹次苷甲、黄夹次苷丙、黄夹次苷丁。,第六节强心苷的检识1.理化检识主要利用强心苷分子结构中甾体母核、不饱和内酯环、-去氧糖的颜色反应。常用李-布氏反应、呫吨氢醇反应、legal反应（可区分甲乙型）2.色谱检识2.1纸色谱,一般对亲脂性较强的强心苷及苷元，多将滤纸预先以甲酰胺或丙二醇浸渍数分钟后座固定相，以苯或甲苯（用甲酰胺饱和）为移动相。若强心苷亲脂性较弱，可改为极性较大的溶剂，如二甲苯和丁酮的混合液，或氯仿、苯和乙醇的混合液，氯仿-四氢呋喃-甲酰胺（50:50:6.5）、丁酮-二甲苯-甲酰胺（50:50:4）等溶剂系统作流动相。对亲水型较强的强心苷，宜用水浸透滤纸作固定相，以饱和的丁酮或乙醇-甲苯-水（4:6:1）、,氯仿-甲醇-水（10:2:5；10:4:5；10:8:5）作移动相，展开效果好。2.2薄层色谱可分为吸附薄层色谱和分配薄层色谱。吸附色谱常用硅胶作吸附剂以氯仿-甲醇-冰乙酸（85:13:2）、乙酸乙酯-甲醇-水（8:5:5）等系统作展开剂。,分配色谱对分离强心苷的效果较吸附薄层更好，所得斑点集中，承载分离的样品量较大。常用硅藻土、纤维素作支持剂，以甲酰胺、二甲基甲酰胺、乙二醇等作固定相，氯仿-丙酮（4:1）、氯仿-正丁醇（19:1）等溶剂系统作展开剂，分离极性较强的强心苷类化合物。,显色剂：2%3,5-二硝基苯甲酸乙醇溶液与2mol/L氢氧化钾溶液等体积混合，喷后强心苷显红色，几分钟后退色。1%苦味酸水溶液与10%氢氧化钠水溶液（95:5）混合，喷后于90100烘45分钟，强心苷呈橙红色。2%三氯化锑的氯仿溶液，喷后于100烘5分钟，各种强心苷及苷元显不同的颜色。,本章作业1.强心苷的基本母核，结构上有哪些主要特征，它与一般甾体化合物有何不同？2.强心苷的结构和生理活性的关系？3.如何分离甾体皂苷及强心苷？,第八节甾体皂苷1.概念和分布甾体皂苷是一类由螺甾烷类化合物与糖结合的寡糖苷，主要分布在薯蓣科、百合科、玄参科、菝葜科、龙舌兰科等植物中。早期甾体皂苷元被用于合成甾体避孕药和激素类药物，后发现还可防治心脑血管疾病、抗肿瘤、降血糖和免疫调节。,心脑舒通为蒺藜总皂苷制剂,薯蓣皂苷地奥心血康胶囊,薤白皂苷可诱导家兔血小板凝集,重楼甾体皂苷云南白药,2.甾体皂苷的化学结构和实例,甾体皂元的基本骨架：螺甾烷的衍生物（27个碳）,17,20,22,21,25,27,26,24,16,甾体皂苷的皂苷元基本骨架属于螺甾烷的衍生物，依照螺甾烷结构中C25的构型和环的环合状态，可将其分为四种类型：,20,22,25,2.1螺甾烷醇类C25为S构型,2.2异螺甾烷醇类C25为R构型,25,螺甾烷型皂苷,异螺甾烷型皂苷,2.3呋甾烷醇类F环为开链衍生物,22,27,26,不具有皂苷通性，无溶血作用，无抗菌活性。,2.4变形螺甾烷醇类F环为五元四氢呋喃环。,22,F,27,25,26,B/C环、C/D环均为反式；A/B有两种稠合方式。C22是螺碳原子,以螺缩酮形式相连。C17位上侧链为-构型，侧链上有3个*C甾体皂苷元可同时拥有多个羟基，且C3羟基多为-取向。甾体皂苷元可能含有双键和羰基，一般羰基处于C12位，双键处在C5-C6间。,天然甾体皂苷元的结构共性,菝葜皂苷元（S-构型或L-）,17,20,21,22,23,24,25,26,27,16,26,22,16,26,27,17,20,21,25,