三萜化合物结构解析.ppt

1、三萜及其皂苷的结构研究,沈阳药科大学天然药化 宋少江,一、概述 二、结构解析规律 三、结构解析实例 四、小结,一、概述,三萜皂苷由三萜皂苷元与糖或糖醛酸组成。 糖的组成主要有葡萄糖、半乳糖、鼠李糖、阿拉伯糖、以及其它戊糖类。 常见的糖醛酸主要有葡萄糖醛酸及半乳糖醛酸等。 苷元主要包括四环三萜（如人参皂苷）及五环三萜（如甘草皂苷）。,分配柱色谱法要比吸附柱色谱法好，常用硅胶为支持剂。(薄层硅胶多加压) 常用溶剂系统： 氯仿：甲醇：水（6：4：1; 7：3：0.5; 8：2：0.25 等单一系统或梯度洗脱） 正丁醇：醋酸：水（4：1：5，上层） 氯仿：甲醇：乙酸乙酯：水 （2：2：4：1，下层）,

2、纯化方法,反相液相色谱（图谱） 对于酸性皂苷（尤其是连有葡萄糖醛酸的皂苷类，需加入少量酸，如0.1%磷酸），但要注意最后要脱盐处理。 检测器：最好用通用检测器，如蒸发光散射检测器、示差检测器等；若用紫外检测波长203207nm。,纯化方法,纯化方法,制备薄层(必要时可二次展开),尽管三萜皂苷的结构解析较为繁琐，但还是有其规律可循。可从下几个方面加以考虑： 分子量及分子式的确定； 母核类型、糖基个数、种类及苷化位置； 糖基连接位置及顺序； 苷键的构型；,二、结构解析规律,最常用的方法就是红外光谱、质谱及核磁共振谱。 紫外光谱较少用（三萜皂苷不饱和键少）。 此外，化学方法在确定皂苷的结构时也具有不

3、可替代的作用。如苷元结构的确定也可采用脱水、氧化、还原、甲基或双键转位、乙酰化、甲酯化等化学反应将未知苷元结构转变为已知化合物，然后将其IR、mp.、Rf或其它光谱数据与已知物数据对照的方法推测其结构。也可采用半合成或全合成方法制备相应的合成产物以确证天然产物的结构,（一）UV和IR,UV用于判断齐墩果烷三萜类化合物双键类型 一个双键，205250nm有微弱吸收 ,-不饱和羰基（-C=C-C=O），最大吸收242250nm C18-H（D/E cis），248249nm C18-H（D/E trans），242243nm,异环共轭双键，最大吸收在240，250，260nm 同环共轭双键，最大吸

4、收在285nm IR用于区别骨架类型 A(13551392cm-1) B(12451330cm-1) 齐墩果烷型 2个峰 3个峰 乌苏烷型 3个峰 3个峰 四环三萜类 1个峰 1个峰,（二）MS的应用： 质谱可用于确定分子量及求算分子式。此外，还可由分子离子丢失的离子碎片的m/z推定或复核分子的部分结构。,五环三萜类的共同规律 有环内双键，RDA开裂；无环内双键，从C环断裂； 有时RDA和C环开裂同时发生。 1. 饱和三萜化合物,2. 不饱和三萜化合物,（a）是三萜烯的特征碎片 C-17为-COOH、-COOMe、内酯时，（a）易失去上述基团生成（c），（c）强度稍大于或等于（a） C-17为

5、CH2OAc时，（c）大于（a） C-17为-CH3时，（c）是（a）的三分之一,当C-11位氧代的12的结构时，除RDA开裂外，还有麦氏重排,重排必须具备的条件： 适当位置的杂原子（如：O） -体系（通常一个双键） 可除去的氢（对C=O体系的位）,（三）1H-NMR 甲基质子、与氧同碳质子、双键上烯氢质子、糖的端基质子等。,甲基质子：0.6251.500 ppm 最高场甲基（26-CH3） 0.775ppm（28-CH2OH、CH3或内酯） 最低场甲基 1.131.15ppm（27-CH3）其它小于1.0ppm,烯氢信号：判断双键取代情况 环内双键 H5 ppm 环外双键 H5 ppm 同环

6、双烯与异环双烯的比较：,氧取代的氢信号：判断构型 C3-OAc 3-H 4.004.75ppm 3-H 5.005.48ppm C4-CH2OAc 24-H 4.084.30ppm dd 23-H 3.773.80ppm dd,若C-16位连有羟基则27位甲基质子信号由于去屏蔽效应向低场位移，出现在1.70-1.90 之间；16位氢信号则在5.0-5.50 处出现一单峰，H-3及H-18信号通常在3.22-3.88 之间呈dd峰。,1H-NMR,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。糖的端基质子多数呈特征性的双峰，少数呈单峰。,(四)

7、13C-NMR 用于判断结构类型、某些取代基位置及构型,13C-NMR,由低场向高场可以分为七个区域： 1、羰基碳区：大于163 2、烯碳区：110160，区别苷元类型 3、端基碳区：95110，糖的个数及类型 4、结合碳区：8095（糖与苷元，糖与糖） 5、游离羟基碳区：6580（苷元羟基，糖上羟基） 6、 C6碳区：6065 7、苷元区：060,季碳数目 齐墩果烷型 6个季碳3042ppm 乌苏烷型和羽扇豆型 5个季碳3042ppm 羽扇豆有异丙烯基信号 19.3(q), 109.2(t), 150.6(s),（1） terpene（苷元）区，060ppm,甲基信号,齐墩果烷8个甲基8.9

8、33.7ppm 低场：23-CH3 27.828.7ppm 29-CH3 32.733.7ppm,判定C20和C4位取代基构型 30-CH3氧取代时， 29-CH332.733.7 27.929.7ppm，最低场甲基信号。 29-CH3氧取代时, 30CH323.620 23-CH3氧取代时， 24-CH315.6 8.913.7 ppm, 最高场甲基信号,(2) 糖C5-CH2O区（6065ppm） 三萜皂苷如分子中含有6碳糖如葡萄糖或甘露糖时，在糖分子中的C5CH2OH，C6位数目可辨认，有几个峰就有几个未被取代的糖，如果6位被取代时-CH2O-R则向低场位移至6769ppm。,（3）游离

9、-OH区（6580ppm） 此区为苷元上的羟基C和糖上未被取代的游离OH碳 通常母核上连有羟基时 碳向低场位移约34-50，碳向低场位移约 2-10，碳则向高场位移约0-9,如23位甲基连有羟基时，碳信号向低场位移至约64.0处，24位甲基则向高场位移约13.0；16位连有羟基时，C-16信号低场位移至74.7，C-15及C-17分别向低场位移约8.2、2.1；连有羟基时，C-16信号向低场位移至68.0，其余碳信号与羟基取代时相近，据此可推断母核上的羟基取代。,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

10、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。,（4）结合C区（8095ppm） 查看结合C区，若ppm84，则苷元C3OH一般接有糖，而且糖与糖如果为1-3相连的（G1c-G1c），一般在结合碳区则有峰。,（5） anomeric 区（95110） 联糖数目的确定 主要查看anomeric区有几条线或几个碳就连有几个糖。 联糖的种类的确定 a.葡萄糖：可以查看6065 区域C数目辨认。 b.Ara(f):108109.8ppm；Ara(p): 104.5104.9ppm c. xyl : 104106 d. Rha

11、m 101.6 e. GlcA：106左右 f.Glc：105左右，成酯苷95左右(如齐墩果酸28-葡萄糖苷）。,糖与苷元连接位置的确定 主要根据苷化位移规律，再查看结合C区（8095）ppm84， C3-OH一定接糖； 目前二维核磁共振技术（COSY、HMQC、HMBC、TOCSY等）在皂苷结构研究中具有非常重要的作用，通过观察各个信号之间的远程相关，可以找到结构联系的重要信息。 糖与糖的连接式样（例葡萄双糖的位移效应）,（6）烯碳区（120163nnm） 根据烯碳区，再结合三萜苷元区（060ppm），可以区别三萜皂苷的类型如下,问题一. 分子量及分子式的确定 质谱可用于确定分子量及求算分子

12、式。此外，还可由分子离子丢失的离子碎片的m/z推定或复核分子的部分结构。 EI-MS只能测到皂苷的碎片峰，故应用较少。 FD-MS、FAB-MS、ESI-MS在皂苷的解析过程中常被使用。这些质谱均可看到明显的分子离子峰(或M+H+、M+Na+ 等伪分子离子峰)及依次失去糖碎片的离子峰；FAB-MS和ESI-MS还可以给出相应的阴离子质谱。 对于新化合物可结合元素分析或HI-MS确定分子式。,ESI-MS of Congmunoside IX,随着NMR技术的发展及各种分离手段的不断完善，大量的三萜皂苷类成分得以被发现并得到确证。仅以五环三萜皂苷为例，到94年为止，从天然产物中分得的皂苷就达40

13、0余种，苷元近40余种。 主要参考文献： 分析化学手册（第五分册），化学工业出版社。 文献（如Phytochemistry 等）不定期的综述。,问题二. 苷元类型及糖种类数目的确定,（一）、羊毛脂烷型（lanostane),A/B、B/C、C/D环均为反式 C-10、C-13均有-CH3；C-14有-CH3；C-17为-侧链；C-20为R构型（-H） 一般C-3位均有-OH，或游离，或成苷，或氧取代。,四环三萜 tetracyclic triterpenoids,（二）、达玛烷型( dammarane),环与环之间均为反式； 与羊毛脂烷区别在C-8及C-13位；C-8为-CH3，C-13为-H

14、；C-10有-CH3，C-14为-CH3，C-17为-侧链；C-20为R或S构型。,缓和水解（如：50%HOAc于70 C加热4小时，20位苷键先断裂，进一步水解，可使3位苷键断裂。,（三）、甘遂烷型（tirucallane),环与环之间均为反式 与羊毛脂烷型不同之处在于，13、14为甲基与其相反，分别为，-CH3，17位有侧链，20S。,（四）、葫芦烷型(cucurbitane),与羊毛脂烷的区别只在C-9、C-10位；既C-9为-CH3、C-10为-H。,（五）、环阿尔廷型(cycloartane),与羊毛脂烷的区别只在C-9、C-10位；既C-9为-CH3、C-10为-H。,五环三萜（p

15、entacyclic triterpenoids)（一）、齐墩果烷型(oleanane,-香树脂烷型）,C-3有-OH取代；C-28-CH3易被氧化成酸或CH2OH、COOH。,（二）、乌苏烷型（ursane,-香树脂烷型）,与齐墩果烷的区别：29-CH3在19位。,（三）、羽扇豆烷( lupane),E环为5元环；C-19位为-构型异丙基。 所有环/环之间均为反式。,68种人参皂苷的8种皂苷元解析,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

16、，经显色后用薄层扫描仪求得糖的比例。也可用气相或液相色谱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。,问题三.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。由于此法需要制备各种甲基化单糖，比较烦琐。 成苷时苷元和糖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。,结合解析实践掌握一些常见糖的连接的经验数据是有益的。例如，在葡萄糖的多种连接组合中，糖

17、的12-连接使连接点处碳信号向低场位移至84左右，,13-连接出现89，14连接出现82,12- 13- 连接出现88, 79,(13)- (13)- 12- 连接出现79, 88, 88,(13)- (13)- 连接出现88, 88，熟悉这些化学位移将有利于糖连接的初步判断。,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、HMBC、TOCSY等）在皂苷结构研究中具有非常重要的作用，通

18、过观察各个信号之间的远程相关，可以找到结构联系的重要信息。如COSY谱可以归属相邻H信号，TOCSY谱可以将自旋系统内一组H信号明确地归属；再借助QC谱可以将与之相对应的C信号加以归属；HMBC 谱对于判定成苷位置具有重要意义。,问题四.苷键构型,糖的H-1和H-2的偶合常数JH1-H2可用于决定端基碳构型(甘露糖及鼠李糖除外)。J值在6-8之间为型；J值在3-4之间为型。 利用门控去偶技术得到的端基碳和端基质子之间的偶合常数，1JC1-H1也可以区分苷键的构型，当端基氢处于平伏键时(型)，1JC1-H1值为169-171Hz；当端基氢处于直立键时(型)，1JC1-H1值为158-162Hz。

19、,比旋光度方法也可确定苷键构型。 利用酶解法理论上也可以确定苷键构型；此外，红外光谱中840 cm-1是-L-吡喃糖苷，890 cm-1则是-D-吡喃糖苷的特征吸收峰。,13C-NMR 法,对于糖的绝对构型，作者在实验中参照Hara等所用的方法，将皂苷酸水解后用Amberlite MB-3 脱盐，然后以盐酸L-半胱氨酸甲基酯处理，最后用hexamethyl disilazane-trimethyl chlorosilane (HMDS-TMCS)三甲基硅烷化，以GC-MS分析所得产物，通过对比水解得到的单糖与标准糖的衍生物的保留时间及裂解碎片证实了糖的种类及构型。,对人参皂苷而言， C20位O

20、H的位置决定C20位立体构型（R，S）， C20位一对差向异构体的化学位移不同。R型与S型之间差别如下： 20(R)-20(S) 13C 16C 17C 20C 21C 22C +0.84 -0.2 -3.7 +0.6 -5.0 +7.5 X-射线单晶衍射法 1H-NMR的Mosher法 该方法是将仲醇（或伯胺）分别与（R）和（S）-甲氧基-三氟甲基-苯基乙酸（MTPA）反应形成酯（Mosher酯），然后比较（R）和（S）- MTPA酯的1H-NMR得到（=S-R），在与Mosher酯的构型关系模式图比较的基础上，根据的符号来判断仲醇手性碳的绝对构型。,辽东楤木 Aralia elata (M

21、iq.) Seem.,三.结构解析实例,Chart 2 aglycone of saponins from Aralia,I II,III IV,Structure elucidation of new compounds,1. Oleanolic acid type saponins,C59H93O28,Congmunoside XI,1H-NMR SPECTRUM,13C-NMR SPECTRUM,C-3,C-28,1H-1H COSY SPECTRUM,6.22,6.10,5.73,5.00,4.92,TOCSY SPECTRUM,HMQC SPECTRUM,A-1,G-1,G-1,G-

22、1,GlcA-1,106.4,105.3,105.5,107.9,95.7,HMQC SPECTRUM,G-H-6,GA-H-3,A-H-3,GA-H-4,A-H-2,A-H-4,HMBC SPECTRUM,Positive ESI-MS,Negative ESI-MS,Table2. NMR date of Compound 5,1014, 16 (in pyridine),2. hederagenin type saponins,R1 R2 7 -Glc2-Glc -Glc 3 Glc 9 -Ara2-Glc -Glc 3 Glc 23 -Glc2-Glc -Glc 3 Glc3-Glc,

23、Congmunoside IX,C53H86O23,1H-NMR SPECTRUM,13C-NMR SPECTRUM,C-28,C-3,C-23,C-24,1H-1H COSY SPECTRUM,6.29,4.99,5.39,5.22,TOCSY SPECTRUM,6.29,5.39,5.22,4.99,HMQC SPECTRUM,HMQC SPECTRUM,104.8,104.3,104.2,97.8,A-H-3,A-H-2,A-H-5,A-H-4,A-H-5,HMBC SPECTRUM,HMBC SPECTRUM,C-3,Ara-1,Glc-1,A-3,Glc-1,A-2,ESI-MS,T

24、able 3 NMR date of 7，9, 23,3. echinocystic acid type saponins,R1 R2,1 -Ara3-Glc -Glc 3 -Ara3-Glc3-Glc -Glc 4 -Glc3-Glc3-Glc -Glc 6 -Glc2-Glc -Glc 3 Glc 15 -Glc2-Glc -H 3 Glc3-Glc 18 -Glc2-Glc -H 3 Glc 19 -Glc4-Glc -H 20 -Glc3-Glc -H 24 -Glc3-Glc3-Glc -H,Congmunoside I,C53H86O23,1H-NMR SPECTRUM,27-H,16-H,13C-NMR SPECTRUM,107.3,106.2,95.7,74.1,49.1,35.9,C-3,C-28,1H-1H COSY SPECTRUM,NOESY SPECTRUM,26-Me,16-H,TOCSY SPECTRUM,4.73,6.33,5.39,HMQC SPECTRUM,A-H-3,C-16,HMBC SPECTRUM,ESI-MS,Table 1. 13C-