天然药物化学波谱三萜及其苷类课件

1、 第七章 三萜及其苷类Chapter 7 triterpenoid and glycosides 三萜是由30个碳原子组成的萜类化合物，多数可看成是由6个异戊二烯连接而成。与糖成苷后，可溶于水，振摇后生成胶体溶液，有持久性似肥皂溶液的泡沫，故有皂苷(三萜皂苷, triterpenoid saponins)之称。该类皂苷多具有羧基，故又称至为酸性皂苷。 苷中常见的糖有葡萄糖、半乳糖、木糖、阿拉伯糖、呋糖、鼠李糖、葡萄糖醛酸、半乳糖醛酸等。糖上可连有乙酰基、桂皮酰基、阿魏酰基等。糖多与C3-OH相连，C23、C29、C21-OH也可与糖相连，糖与COOH相连的苷称为酯苷或酰苷(ester sapo

2、nins)。根据糖链的多少可分为单糖链苷(monodemosides)、双糖链苷(bisdemosides)、三糖链苷(tridemosides)。 除个别是无环、单环、双环和三环外，大多数是四环和五环三萜，故主要介绍四环和五环三萜。第一节 三萜的分类 ( classification of triterpenoids)1.1 四环三萜 (tetracyclic triterpenoids)(1). 达玛烷型(dammarane) 四环三萜均有环戊烷骈多氢菲的结构母核。 A/B、B/C、C/D环均为反式骈合。C8、C10位甲基均为 型；C14位甲基为型；C13位氢为型；C17位侧链为型；C20

3、位有R，S两种构型。 人参中的皂苷大部分为达玛烷型皂苷，其皂苷元可分为两类：即20(S)原人参二醇和20（R）原人参三醇。该类化合物用缓和条件水解，如50%醋酸于70加热4小时，20位苷键可断裂，进一步水解可断裂3位苷键。若用盐酸水解则得不到原生苷元。这是由于20（S）构型转化成20（R）构型，然后进一步环合成原人参二醇或三醇(有R,S两种异构体)。通过氧化裂解的方法可获得原苷元。(2). 羊毛脂烷型 （lanostane) A/C、B/C、C/D环均为反式。C10、C13位甲基均为 型；C14位甲基为型；C8位氢为型；C17位侧链为型；C20位为R构型。(3). 甘遂烷型 (tirucall

4、ane) A/B、B/C、C/D环均为反式。C10、C14位甲基均为 型；C13位甲基为型；C8位氢为型；C17位侧链为型；C20位为S构型。(4). 环阿屯烷型 （环阿尔廷， cycloartane) 与羊毛脂烷相似，差别仅在于19位甲基与9位脱氢形成三元环。(5). 葫芦烷型 (cucurbitane) A/B、C/D环为反式， B/C环为顺式。C9、C13位甲基为 型；C14位甲基为型；C5、C8位氢为型；C17位侧链为 型，C20位为R构型。.(2). 乌苏烷型(ursane) 乌苏烷型又称-香树脂烷型( -amyrane)，与齐墩果烷型的差别仅在于C20位的一个甲基移到C19位。(3

5、). 羽扇豆烷型 (lupane) E环为五元碳环，且在E环上有取向的异丙基取代(C19位)。(4). 木栓烷型 (friedelane) 木栓烷在生源上是由齐墩果烯经甲基移位而演变来的。 五环三萜是由椅-椅-椅式构象的环氧鲨烯(oxidosequalene)形成的。首先形成达玛烷C20正碳离子，再经过紫苑烷、羽扇豆烷、齐墩果烷正碳离子系重排形成-香树脂和-香树脂。 在原核生物和细菌中，由鲨烯环化成tetrahymanol or diploptene/diplopterol的过程没有碳骨架的重排，环化成tetrahymanol的过程首先是质子进攻末端双键形成C21正碳离子，然后与水发生加成反应

6、。何伯烷型三萜形成是经C22正碳离子形成五元环E环，然后或消除29-H或在C22正碳离子中心进行水加成。第三节 理化性质 (physicochemical property) (1). 苷元多具有较好的晶形，成苷后难结晶多为无定形粉末。具有苦而辛辣味，对人体粘膜有强烈刺激性。 (2). 苷元能溶于有机溶剂。苷能溶于水，易溶于热水，稀醇和醇中。在含水丁醇、戊醇中具有较好的溶解度，可据此性质提取总皂苷。 (3). 多数皂苷具有降低水溶液表面张力作用。水溶液经振摇后能产生持久性泡沫(15分钟以上)，类似肥皂，故称皂苷。可用作清洁剂、乳化剂。但并非产生泡沫的就为皂苷，粘液质、蛋白亦可产生泡沫，但不持久

7、，很快消失。皂苷的表面活性与分子中亲水性和亲脂性结构比例有关，如果比例不合适则并不表现此种性质。 总皂苷无溶血作用。皂苷的溶血作用与苷元和糖有关，一般单糖链皂苷溶血作用明显，某些双糖链皂苷无溶血作用，酶解后变为单糖链皂苷后又有溶血作用。一些三萜酯皂苷具有溶血作用，当E环上酯键被水解后则失去了溶血作用。在A环上有极性基团而在D环或E环上有一个中等极性基团的三萜皂苷，一般有溶血作用。苷元3位有-OH，16位有-OH或羰基溶血作用强，如果D环或E环有极性基团，如28位有糖链或一定数量的羟基取代，则可导致溶血作用消失. (5). 颜色反应 三萜类化合物在无水条件下，与强酸(硫酸、磷酸、高氯酸)、中等强

8、酸(三氯乙酸)或Lewis酸(氯化锌、三氯化铝、三氯化锑)作用会产生颜色或荧光。主要是羟基脱水，双键移位、缩合，生成阳碳离子盐而呈色。全饱和的、3位无羟基或羰基的呈阴性。有共轭双键的反应快，孤立双键的慢。 a). 醋酐-浓硫酸反应 (Liebermann-Burchard 反应) 加热产生黄红紫 兰颜色 变为绿色的为甾体皂苷 变为紫红色的为三萜皂苷 f). 冰醋酸-乙酰氯反应(Tschugaeff 反应) 呈现淡红色或紫红色。(6). 沉淀反应 皂苷的水溶液可以和一些金属盐类如铅盐、钡盐、酮盐等产生沉淀。酸性皂苷（三萜皂苷）的水溶液加入硫酸铵、醋酸铅或其它中性盐类即生成沉淀。中性皂苷（甾体皂苷

9、）的水溶液则需加入碱式醋酸铅或氢氧化钡等碱性盐类才可生成沉淀。该性质可用于皂苷的提取和初步分离。(7). 双键异构化 有些三萜类化合物遇酸易引起双键移位，有的在双键移位的同时还会发生甲基移位产生重排反应。羊毛甾烯乙酰酯 大戟甾烷在弱酸条件下与羊毛甾烯乙酰酯相似,若用强酸处理双键移至13(17)位，并有CH3重排。(8). 环丙烷环的反应 环阿尔廷类三萜C9与C19位形成的环丙烷环用酸处理时易开环生成双键，由于C11 -H对消除有利，故9(11)位形成的双键占主导地位。为主(9). 氧化反应 oppenauer试剂反应条件温和，可选择性地氧化仲羟基而不影响伯羟基和双键，在用CD或ORD解决三萜的

10、绝对构型上很有用。(10). 甲基位移和骨架重排 三萜类化合物在酸的影响下常见到由于甲基位移而引起的分子骨架重排。(11). 内酯化反应 C17位羧基的，位有双键时，在酸催化下很易生成内酯。若以溴甲醇溶液作用，则生成溴代内酯。若双键在， 位，虽不易内酯化，但在溴化氢的冰醋酸溶液中长期放置，也可生成内酯。 位若有-羟基也可生成内酯。第四节 皂苷苷键的裂解 某些皂苷在剧烈条件下水解，皂苷元往往会发生脱水、环合、双键移位等变化，得不到存在于植物中的原皂苷元。为了获得原皂苷元(protosapogenin)，下列几种苷键裂解方法可供选用。(1). 光分解法 用500W高压汞灯为光源对皂苷溶液进行照射，

11、可获得原皂苷元。该法仅适合于直接和葡萄糖醛酸、阿拉伯糖或半乳糖相连而成单糖或多糖苷。 阿拉伯糖和半乳糖的皂苷，需要将C2-OH转变为酮基才可反应。C3 ，C4 -OH制成异丙叉进行保护，C6 -OH需用三苯甲基氯(tritylchloride)进行保护。所得到的皂苷元为酮基衍生物。(3). 醋酐-吡啶分解法 只能裂解多聚糖的葡萄糖醛酸皂苷。在葡萄糖醛酸的2 和4 位一定要与其他糖相连，6 位羧基要游离。首先进攻羧基，然后消去5 位上取代基和4 位上糖基,接着消去1 位上氢和2位上糖基，同时引入两个双键。最后苷键裂解，获得皂苷元的乙酰酯。第五节 提取分离 (extraction and isol

12、ation)5.1 三萜类化合物的提取分离 (1). 用甲醇、乙醇提取，然后进行分离。 (2). 先用水或醇类溶剂提取，提取物再依次用石油醚、氯仿、乙酸乙酯、正丁醇萃取，三萜类主要在氯仿层。然后进一步分离。 (3). 提取物进一步用乙醚提取，乙醚提取物用重氮甲烷制成甲酯化物或乙酰化，制成乙酰化物后进行分离(可防止拖尾或极性较大难于分离)。 (4). 将皂苷用酸水解得总苷元，然后再分离。 (5). 大多数化合物需要经过各种色谱方法分离后才能得到单体化合物。最常用的是硅胶色谱。5.2 三萜皂苷的提取分离(1). 提取 药材粉末水、醇或稀醇浓缩;静置水液 沉淀(脂杂)乙醚水液 乙醚液(脂杂)正丁醇正

13、丁醇 水液(水杂)回收醇总皂苷(2). 精制a).总皂苷大孔吸附树脂吸附皂苷的树脂依次用水、0-30%醇、30-75%醇、95醇洗脱 水 0-30%醇 30-75%醇 95%醇 (水杂) (水杂及强 (总皂苷) (脂杂) 极性物质) b). 总皂苷甲醇液乙醚或丙酮溶液（脂杂）PPt(皂苷)(3).分离 用各种正相和反相色谱分离 a). 用硅胶柱色谱分离时多采用分配色谱方法，常用的洗脱剂是氯仿-甲醇-水、二氯甲烷-甲醇-水、乙酸乙酯-乙醇-水等。 b). 反相柱色谱 RP-18、 RP-8、RP-2。 c). Sephadex LH-20柱色谱。 d). DCCC法。 e). HSCCC法 (h

14、igh speed counter current chromatography) 具有可定量回收样品，无死吸附，不与分离物相互作用，上样量大，速度快等优点。第六节 结构测定 (structural elucidation)6.1 UV C=C-C=O 242 250 nm 240, 250, 260 nm285 nmH-18 248 249 nmH-18 242 243 nm6.2 MS RDA开裂产生的a碎片和b碎片对于确定环上取代基的类型和数目具有重要作用。当17位为COOH或COOCH3时，a碎片易失去这些集团产生a1碎片，a和a1丰度相等或a1稍大。当17位为CH2OAc时，a1a，

15、有时可达数倍。当17位为甲基时，a1只有a的30。H+.烯丙开裂除可发生RDA开裂外，还可发生麦氏重排。6.3 1HNMR角甲基 0.625 1.50(S) 四环 5个(环阿尔廷,4个), 五环 8个(乌苏烷型 6个)，甾醇 2个 氧化成羧基，羟甲基时顺减CH3C=O 1.82 2.07, COOCH3 3.6双键氢 4.3 6.0 (环内双键 5, 环外双键 5)CH-OH 3.2 4.0， CH-OAc 4 5.51.63-1.86.4 13CNMR(1). 角甲基 ： 8.9 33.7, e CH3(23和 29位) 28和33 与氧相连的碳： 60 90, 烯碳 109 160 羰基碳

16、 170 220, 其它碳 60 糖与28-COOH成酯苷，羧基位移 2， 糖的端基碳 95 96(2). 根据烯碳的个数和化学位移值可确定部分三萜的母核及双键的位置。(3). 齐墩果烷类碳谱规律 a). 羟基取代 -C 3450 , -C 210 , -C 0-9b). 29,30位羧基和羟甲基位置的确定 19-C和21-C 4-6 , 20-C 13 (COOH) 5 (CH2OH), 20-CH3(另一个) 4-5 (均为与未取代的母核比较). 29-COOH(e键): 29-C 181.4 , 30-CH3 19-20 29-CH2OH(e键): 29-C 73.9 , 30-CH3

17、19-20 30-COOH(a键): 30-C 176.9 , 29-CH3 28-29 30-CH2OH(a键): 30-C 65.8 , 29-CH3 28-29c). 23-CH2OH和24-CH2OH的确定 23-CH2OH(e键) 68, 4-C 4 , 3-C和5-C 4 , 24-CH3 2.4 24-CH2OH(a键) 64, 4-C 4 , 3-C和5-C 影响小 , 24-CH3 4.5 d). 2-OH和3-OH的确定 3-OH与3 -OH比 5-C 4.2-7.2 , 24-C 1.2-6.6 2-OH 2-C 66.5-71.0 , 1-C 5-10 3-OH 3-C

18、 78.2-83.8e). 16-OH构型的确定 16-OH 16-C 67.5, 异环双烯: 16-OH 16-C 77 16-OH 16-C 74, 异环双烯: 16-OH 16-C 68对于母核上取代基的构型还可以通过NOESY谱解决，通常甲基上质子与空间上相近的质子有较强的相关峰。如从头序楤木中分离得到的以16-羟基齐墩果酸为苷元的皂苷中，在NOESY谱中，可观测到16-H与27-CH3和29-CH3的相关峰。因此推测16位羟基为羟基。6.5 综合应用：化合物1H-NMR 糖的个数确定：观察氢谱中4.70-6.33 范围内端基质子及碳谱中95-110 端基碳的个数，可以确定糖的个数。糖

19、的端基质子多数呈特征性的双峰，少数呈单峰，比较特征性的如连在28位的葡萄糖通常在6.20-6.33 之间出现双峰；呋喃阿拉伯糖则通常在6.10 附近呈单峰，容易辨认和解析。皂苷的水解是研究其结构的最重要的反应。最常用的水解方式是酸水解。酸水解多用不同浓度盐酸或硫酸的水溶液或醇溶液，对于不稳定的苷元可用Smith降解法或酶解法得到完整的苷元，然后用TLC检出单糖的种类，经显色后用薄层扫描仪求得糖的比例。也可用气相或液相层析的方法对单糖定性定量。对于苷元28位的酯键，可用碱水解的方法研究所连接的糖链。糖间连接位置和连接顺序的确定将糖链全甲基化，然后水解，其中游离羟基的部位就是连接位置。由于此法需要

20、制备各种甲基化单糖，比较烦琐，故实际工作中常通过碳谱来鉴定糖与糖间连接位置。当苷元羟基和糖成苷时苷元的碳产生低场苷化位移，位移幅度与糖的构型有关，当苷键不存在立体障碍时，糖的端基羟基处于横键(-葡、-甘、-鼠、-阿)时苷化位移要大于端基羟基处于竖键(-葡、-阿)，若糖的2位羟基也处于竖键(-甘、-鼠)时，苷化位移值更小。齐墩果酸皂苷基本成苷位置在3位或28位，若3位成苷，向低场化学位移约10，若28位成酯苷，则向高场位移约4，而与之相连的糖端基碳通常向高场位移至93-98，据此可推断苷化位置。当糖上某羟基成苷后使直接相连的碳向低场位移8-11，碳则向高场位移约1.8，碳向低场位移约0.7 。通过与已知糖的相应碳谱数据对比，根据苷化位移规律就可判断糖的连接位置。早期决定糖链连接顺序的方法主要用缓和水解法，即用稀酸水解、酶解、乙酰解、碱水解等方法，将糖链水解成小的片段，然后分析这些片段的连接顺序。质谱可出现皂苷由糖链末端依次失去糖的一系列信号，对判断糖间连接顺序有很大帮助。目前二维核磁共振技术（COSY、HMQC、HMB