生药的化学成分及其生物合成.ppt

1、生药的化学成分及其生物合成,第一节 生物的初生代谢与次生代谢产物,代谢：植物为了维持生长、运动、繁殖等生命活动，必须不断地从周围环境进行物质交换，在此过程中所发生的物质合成、转化和分解的化学变化，总称代谢。 代谢过程：获得能量的过程合成代谢 释放能量的过程降解代谢,初生代谢（primary metabolism）：合成生命活动必需物质的代谢过程称初生代谢。 初生代谢产物有：蛋白质类、氨基酸类、糖类、脂肪类、RNA、DNA等。 次生代谢（secondary metabolism）：利用初生代谢产物产生对植物本身无明显作用的化合物的过程。 次生代谢产物有：苷类、生物碱类、萜类、 内酯类、酚类等。,

2、异常次生代谢产物植物保护素 植物体受外界物理、化学、机械损伤而产生的成分，对人类有用 如乳香、没药、血竭、阿魏,近来发现初生代谢产物有特异而显著的生物活性。 植物体内次生代谢产物含量虽低，但对人的生理活性较强，有重要的临床应用价值。,第二节 生药的化学成分,一、糖类和苷类 糖又称作碳水化合物(carbohydrates)，是生命活动所必需的一类物质，和核酸、蛋白质、脂质一起称为生命活动所必需的四大类化合物。 苷类又称配糖体(glycoside)，是由糖或糖的衍生物等与另一非糖物质通过其端基碳原子联接而成的化合物。,糖类除作为植物的贮藏养料和骨架之外，还是其它有机物质的前体。 一些具有营养、强壮

3、作用的药物，如山药、何首乌、大枣等均含有大量糖类。 苷类在心血管、呼吸、消化、神经系统以及抗菌消炎，增强机体免疫功能、抗肿瘤等方面都具有活性。 许多常见中药例如人参、甘草、柴胡、黄芪、黄芩、桔梗、芍药等都含有苷类。,1. 分类: 可分为单糖、低聚糖和多糖。 （1）单糖类 1）五碳醛碳(aldopentoses) 有L-阿拉伯糖(L-arabinose)，D-木糖(D-xylose)，D-来苏糖(D-lyxose)，D-核糖(D-ribose)等。,（一） 糖类:,L-阿拉伯糖,2）六碳醛糖(aldohexose) 常见的有D-葡萄糖(D-glucose)，D-甘露糖(D-mannose)，D-

4、阿洛糖(D-allose)，D-半乳糖(D-galactose)等。,D-葡萄糖,3 ）六碳酮糖(ketohexose, hexulose) 如D-果糖(D-fructose)，L-山梨糖(L-sorbose)等。 下图为-D-果糖的结构：,4 ）甲基五碳糖 常见的有L-鼠李糖(L-rhamnose)，L-夫糖(L-fucose) 和D-鸡纳糖(D-quinovose)。如L-鼠李糖的结构。,5）去氧糖(deoxysugars) 单糖分子的一个或二个羟基被氢原子取代的糖，常见的有6-去氧糖、2,6-二去氧糖及其3-O-甲醚等。该类糖在强心苷和微生物代谢产物中多见，如L-黄花夹竹桃糖(L-the

5、vetose)是2,6-二去氧糖的3-O-甲醚。,6） 氨基糖(amino sugar) 单糖的一个或几个醇羟基置换成氨基。如庆大霉素的结构：,7） 糖醛酸 (uronic acid) 单糖分子中的伯醇基氧化成羧基，常结合成苷类或多糖存在，常见的如葡萄糖醛酸(glucuronic acid)和半乳糖醛酸(galactocuronic acid)。,（2）低聚糖(oligosaccharides，寡糖)：由29个单糖通过苷键键合而成的直链或支链的聚糖称低聚糖。,樱草糖(primverose),蔗糖(sucrose),常见的低聚糖,（3）多聚糖(polysaccharides, 多糖) 是由10个

6、以上的单糖基通过苷键连接而成。 聚合度：100以上至几千 性质：与单糖和寡糖不同，无甜味，非还原性 分类：按组成分 由一种单糖组成均多糖 (homosaccharide) 由二种以上单糖组成杂多糖 (heterosaccharide),植物多糖：淀粉、菊糖、树胶、纤维素、葡聚糖 淀粉：由20的糖淀粉（由300个D 葡萄糖以- 1,4连接，遇碘液呈深蓝色）和80的胶淀粉（由1000个以上的葡萄糖聚合而成，-1,4和-1,6连接，热水中膨胀成粘胶状，遇碘液显红紫色）组成。,菊糖（inulin） ：由35个D-果糖以2,1结合的果聚糖。溶于热水，微溶或不溶于冷水和有机溶剂；遇碘液不显色。乙醇处理后显

7、球形结晶析出。 树胶（gum） ：由多种糖类连接而成，具有分支结构。在水中可膨胀成胶体溶液，不溶于有机溶剂，与醋酸铅或碱式醋酸铅溶液产生沉淀。常见阿拉伯胶、西黄芪胶、杏胶、桃胶等。,动物多糖：单一多糖肝糖、甲壳素 (chitin) 、酸性粘多糖肝素(heparin) 、硫酸软骨素(chondroitin sulfate) 、透明质酸(hyaluronic acid),甲壳素 (chitin) 甲壳素主要存在于昆虫、甲壳类动物的外壳。由N-乙酰葡萄糖胺以1b4反向连接的直链结构多糖。甲壳素对酸、碱稳定。甲壳素的水解产物葡萄糖胺是重要的合成原料。 透明质酸 存在于动物结合组织、眼球和皮肤的酸性粘多

8、糖，具有润滑剂和防止微生物侵害作用。由D-葡萄糖醛酸1b3连接N-乙酰氨基葡萄糖形成的重复二糖单位。现作为化妆品基质使用。,肝素(heparin) 肝素是分子量约500015000的高度硫酸酯化的右旋酸性粘多糖。肝素具有很强的抗凝血作用。 硫酸软骨素(chondroitin sulfate) 硫酸软骨素是保持动物组织水分和弹性的一类酸性粘多糖。硫酸软骨素C是由D-葡萄糖醛酸1b3和D-半乳糖1b4相间连接而成的直链分子，在半乳糖羟基的C6-羟基上有硫酸酯化。临床上用于治疗神经痛、风湿痛，并具有降低血脂，改善动脉粥样硬化症状的作用。,2. 鉴别,Fehling试验： 试剂：Fehling试液（碱

9、性酒石酸酮试液甲、乙，临用时等量混合）； 结果：产生砖红色沉淀； 检测化合物类型：还原性糖类，非还原性多糖需水解后呈阳性反应。,Molish试验： 试剂：a-萘酚试液，沿管壁滴加浓硫酸 结果：二液层交界处成紫色环； 检测化合物类型：所有糖类、苷类。,成脎试验 试剂：盐酸苯肼，共热 结果：糖脎结晶 检测化合物类型： a-羟基醛（酮）,色谱法：纸色谱、薄层色谱； 展开剂：正丁醇-醋酸-水（4：1：5 上层）； 显色剂：氨基硝酸银； 结果：还原糖显黑色斑点。 GC、GC-MS分析： 糖类化合物可以制成甲醚、乙酰化、三甲基硅烷化衍生物，采用 GC、GC-MS方法，进行定性、定量分析。,以糖类为主要成分

10、的生药： 茯苓、猪苓、黄芪、枸杞子、党参、昆布、海藻、黄精、玉竹、白及、蜂蜜、阿拉伯胶、西黄芪胶,（二）苷类 (glycoside) (又称配糖体) 苷类化合物的组成： 苷元(配基)：非糖的物质，常见的有黄酮，蒽醌， 三萜等。 苷类 苷键：将二者连接起来的化学键，可通过 O、N、S等原子或直接通过C-C键相连。 糖(或其衍生物，如氨基糖，糖醛酸等),苷类化合物的分类： 根据生物体内的存在形式：分为原生苷、次级苷。 根据连接单糖基的个数：单糖苷、二糖苷、 三糖苷。 根据苷键原子的不同：氧苷、硫苷、氮苷、碳苷。,1. 氧苷： 醇苷：是通过醇羟基与糖端基脱水而成的苷。 较常见，如皂苷，强心苷均属此类

11、。 酚苷：苷元的酚羟基与糖端基脱水而成的苷。 较常见，如黄酮苷、蒽醌苷多属此类。,红景天苷,天麻苷,氰苷：主要是指-羟基腈的苷。 该类化合物多为水溶性，在酸和酶催化时易于水解。生成的苷元-羟基腈很不稳定，立即分解为醛(酮)和氢氰酸。 芳香族氰苷，分解后生成苯甲醛（有典型的苦杏仁味）和氢氰酸，因而可以用于镇咳。如苦杏仁可用于镇咳，正是由于其中的苦杏仁苷分解后可释放少量HCN的结果。,酯苷：苷元的羧基与糖端基脱水而成的苷。 郁金香中的山慈菇苷A (tuliposide A)，有抗真菌活性，放置日久，失去抗真菌活性。山慈茹苷水解后立即环合生成山慈茹内酯A (tulipalin A)。,吲哚苷： 指吲

12、哚醇和糖形成的苷，在豆科和蓼科中有分布，苷元无色，但易氧化是暗蓝色的靛蓝，具有反式结构，中药青黛就是粗制靛蓝，民间用以外涂治疗腮腺炎，有抗病毒作用。,2. 硫苷：是糖的端基OH与苷元上巯基缩合而成的苷。 如萝卜中的萝卜苷。,芥子苷是存在于十字花科植物中的一类硫苷，其通式如下，几乎都是以钾盐的形式存在。经其伴存的芥子酶水解，生成的芥子油含有异硫氰酸酯类、葡萄糖和硫酸盐，具有止痛和消炎作用。,3.氮苷： 糖的端基碳与苷元上氮原子相连的苷称氮苷，是生化领域中的重要物质。如核苷类化合物。,胞苷,巴豆苷,4. 碳苷： 是一类糖基和苷元直接相连的苷。组成碳苷的苷元多为酚性化合物，如黄酮、查耳酮、色酮、蒽醌

13、和没食子酸等。尤其以黄酮碳苷最为常见。 碳苷常与氧苷共存，它的形成是由苷元酚羟基所活化的邻对位的氢与糖的端基羟基脱水缩合而成。 黄酮碳苷的糖基均在A环的6位或8位。碳苷类化合物具有溶解度小、难以水解的特点。,豆科植物葛和野葛的根中含有的葛根素(puerarin)对心血管系统有较强的活性，有明显的扩张冠状动脉，增加冠脉流量，降低血压的作用。该化合物即为异黄酮的碳苷，8位直接与葡萄糖相结合。,二、皂苷类,皂苷 (saponins) 是广泛存在于植物界的一类特殊的苷类，它的水溶液振摇后可生产持久的肥皂样的泡沫，因而得名。 根据水解后生成皂苷元的结构，皂苷可分为三萜皂苷与甾体皂苷两大类。 组成皂苷的糖

14、常见的有葡萄糖、半乳糖、鼠李糖、阿拉伯糖、木糖及葡萄糖醛酸、半乳糖醛酸等，常与皂苷元 C 3 位的 -OH 连接成苷。,三萜皂苷（ triterpenoid saponins ） 三萜皂苷的皂苷元为 30 个碳原子组成的三萜类衍生物。大多数苷元在 C-24 或 C-28 位有 -COOH 基，故又称酸性皂苷；少数苷元只含醇羟基而呈中性，如人参皂苷、柴胡皂苷等。 三萜皂苷元的结构可分为五环三萜 (pentacyclic triterpenoids) 及四环三萜 (tetracyclic triterpenoids) 。,五环三萜皂苷,齐墩果烷 乌苏烷,羽扇豆烷 木栓烷,四环三萜皂苷,达玛烷 羊毛

15、脂烷,甘遂烷 环阿屯烷,葫芦烷 楝烷,三萜皂苷在植物界分布较广 双子叶植物：五加科(人参、三七达玛烷型)、伞形科(柴胡齐墩果烷 )、菊科（紫菀、款冬花）、豆科(甘草、黄芪)、桔梗科(桔梗、党参、南沙参)、远志科(远志)、毛茛科（威灵仙、白头翁）、蔷薇科(地榆)、夹竹桃科、萝藦科、葫芦科、大戟科、桃金娘科、茜草科等； 单子叶植物含三萜皂苷植物较少见，仅见于禾本科少数属； 裸子植物及低等植物也较少含有这类皂苷。,甾体皂苷 (steroidal saponins) 甾体皂苷的皂苷元由 27 个碳原子组成，其不含羧基，呈中性，故又称中性皂苷。 甾体皂苷的基本骨架为螺旋甾烷 (spirostane) 或

16、其异构体异螺旋甾烷 (isospirostane) 。,1,3,18,19,5,9,11,12,17,15,20,21,22,23,24,25,27,A 与 B 环的稠合有反式也有顺式， B与C环及C 与D环的稠合大多为反式。 C 3 大多有 -OH 基，和糖常在此部位结合，某些皂苷元分子中还含有双键和羰基，双键常为 D 5(6) ，也有 D 9(11) 、 D 25(27) 等类型；羰基多在 C 12 位上,甾体皂苷,螺甾烷醇 异螺甾烷醇,呋甾烷醇 变形螺甾烷醇,甾体皂苷主要分布于：薯蓣科、百合科、玄参科和龙舌兰科等植物中。,鉴别 Liebermann 反应：皂苷在无水条件下与强酸或lewe

17、is酸作用产生颜色变化或荧光。 生药的70%乙醇提取液，加浓硫酸-醋酐（1：20），三萜皂苷产生黄-红-紫-兰等颜色变化；甾体皂苷最后呈绿色。,三氯醋酸反应（Rosen-Heimer）反应 样品溶液滴于滤纸，喷25三氯醋酸乙醇溶液，三萜皂苷加热至100生成红色渐变成紫色，甾体皂苷加热至60即发生颜色变化。,三、强心苷,强心苷类(cardiac glycosides)是生药中具有强心作用的甾体苷类化合物。 地高辛、西地兰、毛地黄毒苷等化合物的制剂已广泛应用于临床，于用于治疗充血型心力衰竭及节律障碍等心脏病。 该类化合物主要分布于夹竹桃科、玄参科、百合科、十字花科、毛茛科、萝摩科、卫茅科等植物中。

18、,乙型（蟾蜍甾烯型）,甲型（强心甾烯型）,强心苷的构效关系,B/C环反式，C/D环顺式，A/B环有两种稠合方式，顺式稠合为多见。 C3-OH主要为b-构型，少数为a-构型。C14-OH为b-构型。 C17位必须有五元或六元不饱和内酯环，多为b-构型，个别为a-构型。 C13位有b-甲基，C10多为b-甲基，也可能是醛基、羟甲基、羧基。 C3-OH与糖结合成苷键，可多至5个单元，以直链连接。有仅存在于强心苷中的2，6-二去氧糖，2，6-二去氧糖甲醚，其他糖类有六碳醛糖、6-去氧糖、6-去氧糖甲醚。,强心苷类的鉴别,1.Kedde反应 3，5-二硝基苯甲酸1g溶于50ml甲醇，加1mol/L KO

19、H溶液50ml； 甲型强心苷由于C17侧链含有五元不饱和内酯环，在碱性条件下，双键转位形成活性次甲基，与3，5-二硝基苯甲酸反应生成红色。乙型强心苷不能显色（五元不饱和内酯环）。,2.Keller-Kiliani反应 强心苷溶于含0.5% FeCl3的冰醋酸，沿试管壁滴加浓硫酸，醋酸层渐呈蓝色或绿色。 浓硫酸对苷元所起的作用逐渐扩散向下层，界面的颜色随苷元而异呈不同颜色。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（a-去氧糖）,四、生 物 碱,生物碱（alkaloids）是一类存在于天然生物界中含氮原子的碱性有机化合物。 生物碱广泛分布于植物界约100余科的植物中，

20、如粗榧科、毛茛科、小檗科、防己科、罂粟科、豆科、马钱科、夹竹桃科、茄科、菊科、百合科和石蒜科等植物多含有大量的生物碱。,根据生物碱分子中氮原子所处的状态分为六类：游离碱、盐类、酰胺类、N-氧化物、氮杂缩醛类和其他类（亚胺、烯胺等）。 大多数生物碱与有机酸（草酸、柠檬酸、苹果酸、枸橼酸、酒石酸等）结合成盐存在于液泡中，有的结合成苷。 生物体内，除以酰胺形式存在的生物碱外，仅少数碱性极弱的生物碱以游离状态存在，如秋水仙碱、咖啡碱(caffeine)和那可丁(narcotine)。,生物碱是生药中一类重要的有效成分，已有80余种用于临床。 如麻黄中的麻黄碱（ephedrine）具有松弛支气管平滑肌，收缩血管，兴奋中枢神经作用，临床用于治疗哮喘 小檗碱（berberine）分布于黄连、黄柏和十大功劳、三棵针中，具有抗菌、消炎作用，用于治疗肠道感染、菌痢、眼结膜炎、化脓性中耳炎等。,丽江山慈姑中的秋水仙碱(colchicine)临床用于抗肿瘤、抗痛风。 夹竹桃科植物长春花的长春碱(vinblastine)、长春新碱(vincristine)具有抗肿瘤作用。 芸香科植物毛果芸香中的毛果芸香碱(pilocapine)具