第八章 甾体类化合物.ppt

1、1,第八章 甾体类化合物,2,教学基本要求,1、熟悉甾体类化合物的结构与分类。 2、掌握强心苷的结构类型、理化性质、检识及提取分离方法。 3、掌握甾体皂苷结构、分类、理化性质、检识及提取分离方法。 4、熟悉碳21甾体化合物及植物甾醇。 5、熟悉胆汁酸类化合物。,3,第八章 甾体类化合物 （steroids）,概述,强心苷类化合物,甾体皂苷,C21甾体化合物,植物甾醇,胆汁酸类化合物,昆虫变态激素,4,第一节 概述,甾体类化合物是广泛存在于自然界中的一类天然化学成分，包括植物甾醇、胆汁酸、C21甾类、强心苷、甾体皂苷、甾体生物碱等。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。,5

2、,一、甾体化合物的结构与分类 各类甾体成分C17位均有侧链。根据侧链结构的不同，又分为许多种类，如表9-1所示。 表9-1 天然甾体化合物的种类及结构特点,6,甾体化合物可分为两种类型：A/B环顺式稠合的称正系；A/B环反式稠合的称别系。通常这类化合物的C10、C13、C17侧链大都是构型，C3上有羟基，且多为构型。甾体母核的其他位置上也可以有羟基、羰基、双键等官能团。,天然甾体化合物的结构特点,7,甾体化合物是由甲戊二羟酸的生物合成途径转化而来，可以衍生成甾醇类、C21甾类、强心苷元类、甾体皂苷元类等等。如图9-1(p249) 所示。,乙酰辅酶A 角鲨烯（squalene） 2，3-氧化角鲨

3、烯（2，3-oxidosqualene） 羊毛甾醇,二、甾体化合物的生物合成途径,三、甾体类化合物的颜色反应,甾体类化合物在无水条件下用酸处理，能产生各种颜色反应。这类颜色反应的机理较复杂，是甾类化合物与酸作用，经脱水、缩合、氧化等过程生成有色物。 1Liebermann-Burchard反应 将样品溶于氯仿，加硫酸-乙酐（1:20），产生红紫蓝绿污绿等颜色变化，最后褪色。,8,9,第二节 强心苷类化合物 （cardiac glycosides）,一、强心苷概述 是生物界中存在的一类对心脏有显著生理活性的甾体苷类，是由强心苷元与糖缩合的一类苷。 它们主要分布于夹竹桃科、玄参科、百合科、萝摩科、

4、十字花科等十几个科的一百多种植物中。常见的有毛花洋地黄、紫花洋地黄、黄花夹竹桃、毒毛旋花子、铃蓝、海葱、羊角拗等。,10,强心苷的存在部位,强心苷可以存在于植物体的叶、花、种子、鳞茎、树皮和木质部等不同部位。在同一植物体中往往含有几个或几十个结构类似、理化性质近似的苷，同时还有相应的水解酶存在。另外，强心苷结构复杂，性质不够稳定，易被水解生成次生苷，给提取分离工作带来一定的困难。,11,强心苷的生物活性,强心苷是一类选择性作用于心脏的化合物。临床上主要用于治疗慢性心功能不全，以及一些心率失常等心脏疾患。据报道，某些强心苷有细胞毒活性，动物试验表明可抑制肿瘤。此外，强心苷类化合物有一定的毒性，它

5、能致恶心、呕吐等胃肠道反应，能影响中枢神经系统产生眩晕、头痛等症。,12,1 、苷元部分的结构 强心苷由强心苷元与糖缩合而成。天然存在的强心苷元是C17侧链为不饱和内酯环的甾体化合物。其结构特点如下： （1）环的稠合方式为A/B环有顺、反两种形式，但多为顺式；B/C环均为反式；C/D环多为顺式。,二、强心苷的结构与分类,13,C10、C13、C17的取代基均为型。C3、C14位有羟基取代。母核其它位置也可能有羟基取代，其中16-OH有时与小分子有机酸，如甲酸、乙酸等以酯的形式存在。在C11、C12和C19位可能出现羰基。有的母核含有双键，双键常在C4、C5位或C5、C6位。,（2）取代基,14

6、,C17侧链为五元不饱和内酯环（-内酯），称强心甾烯类，即甲型强心苷元。在已知的强心苷元中，大多数属于此类。,（3）强心苷元分类,强心甾,强心甾烯,15,（3）强心苷元分类,C17侧链为六元不饱和内酯环（，-内酯），称海葱甾二烯类或蟾蜍甾二烯类，即乙型强心苷元。自然界中仅少数苷元属此类，如中药蟾蜍中的强心成分蟾毒配基类。,海葱甾,海葱甾二烯（蟾蜍甾二烯）,16,强心苷元实例,洋地黄毒苷元 3-表洋地黄毒苷元,蟾毒素 绿海葱苷元,17,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两类。 （1）-羟基糖： 除D-葡萄糖、L-鼠李糖外，还有6-去氧糖如L-夫糖、D-鸡纳糖等；6-去氧糖

7、甲醚如L-黄花夹竹桃糖、D-洋地黄糖等。,2糖部分的结构,18,D-鸡纳糖 D-弩箭子糖 D-6-去氧阿洛糖,D-洋地黄糖 L-黄花夹竹桃糖 L-夫糖,19,（2）-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。 有2，6-二去氧糖如D-洋地黄毒糖等；2，6-二去氧糖甲醚如L-夹竹桃糖、D-加拿大麻糖等。,D-洋地黄毒糖 D-加拿大麻糖,20,强心苷大多是低聚糖苷，少数是单糖苷或双糖苷。通常按糖的种类以及和苷元的连接方式，可分为以下三种类型： I 型：苷元-（2，6-去氧糖）x（D-葡萄糖）y ，,3苷元和糖的连接方式,R 紫花洋地黄苷A -D葡萄糖 洋地黄毒苷 H,21,II

8、 型,苷元-（6-去氧糖）x（D-葡萄糖）y ，如黄夹苷甲。,22,III型,苷元-（D-葡萄糖）y ， 如绿海葱苷。 植物界存在的强心苷，以I、II型较多，III型较少。,练习,1、强心苷元是甾体母核C-17侧链为不饱和内酯环，甲型强心苷元17位侧链为 A.六元不饱和内酯环 B.五元不饱和内酯环 C.五元饱和内酯环 D.六元饱和内酯环 E.七元不饱和内酯环,23,A.苷元-（葡萄糖）y B.苷元-2，6-二去氧糖 C.苷元-（2，6-二去氧糖）x-（D-葡萄糖）y D.苷元 E.苷元-（6-去氧糖）x-（D-葡萄糖）y 2、按苷元3位连接糖的类型不同，强心苷可分为I、II、III，I型结构为

9、 3、II型结构为 4、III型结构为,24,25,大量的研究证明，强心苷的化学结构对其生理活性有较大影响。 强心苷的强心作用取决于苷元部分，主要是甾体母核的立体结构、不饱和内酯环的种类及一些取代基的种类及构型。糖部分本身不具有强心作用，但可影响强心苷强心作用的强度。 强心苷的强心作用强弱常以对动物的毒性（致死量）来表示。,三、强心苷的结构与活性的关系,26,甾体母核的立体结构与强心作用关系密切的是C/D环须顺式稠合。一旦这种稠合被破坏，将失去强心作用。若C14羟基为构型时即表明C/D环顺式稠合，若为构型或脱水形成脱水苷元，则强心作用消失。 A/B环为顺式稠合的甲型强心苷元，必须具C3-羟基，

10、否则无活性。A/B环为反式稠合的甲型强心苷元，无论C3是-羟基还是-羟基均有活性。,1.甾体母核,27,C17侧链上、-不饱和内酯环为-构型时，有活性；为构型时，活性减弱。 若、不饱和键转化为饱和键，活性大为减弱，但毒性也减弱；若内酯环开裂，活性降低或消失。,2.不饱和内酯环,28,3.取代基,强心苷元甾核中一些基团的改变亦将对生理活性产生影响。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。,29,4.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的影响。一般来说，苷元连接糖形成单糖苷后，毒性

11、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。如毒毛旋花子苷元组成的三种苷的毒性比较，结果见表9-2。,30,表9-2 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。,31,表9-3 洋地黄毒苷元与不同单糖结合的苷的毒性,甲型强心苷中，同一苷元的单糖苷，其毒性的强弱取决于糖的种类。 单糖苷的毒性次序为：葡萄糖苷甲氧基糖苷6-去氧糖苷2，6-去氧糖苷,32,在乙型强心苷及苷元中，苷元的作用大于苷，其毒性规律为：苷元单糖苷二糖苷。 比较甲、乙两型强心苷元时发现，通常乙型强心苷元的毒性大于甲型强心苷元。,乙型强心苷的毒

12、性,33,(一) 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。,四、强心苷的理化性质,34,一般可溶于水、醇、丙酮等极性溶剂（强心苷的原生苷和次生苷，在溶解性上有亲水性、弱亲脂性、亲脂性之分，但均能溶于甲醇、乙醇中），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。 强心苷的溶解性与分子所含糖的数目、种类、苷元所含的羟基数及位置有关。 此外，分子中是否形成分子内氢键，也影响强心苷溶解性。,（二） 溶解性,35,实例,洋地黄毒苷 （水溶性小，易溶于氯仿）,乌本苷 （水溶性大，难溶于氯仿）,36,强心苷用混合强酸

13、进行酸水解时，苷元往往发生脱水反应。C14 、C5位上的羟基最易发生脱水,(D-洋地黄毒糖)3,+3 D-洋地黄毒糖,羟基洋地黄毒苷 脱水羟基洋地黄毒苷元,（三）脱水反应,（四）苷键的水解（酸水解、碱水解、酶解） 1.酸水解,A.温和酸水解： 用稀酸（0.02-0.05mol/L) 的盐酸或硫酸在含水醇中经短时间（半小时至数小时）加热回流，可水解去氧糖的苷键。（选择性）,主要水解苷元和-去氧糖之间的苷键或 -去氧糖与-去氧糖之间的糖苷键。 不水解： -去氧糖与-羟基糖， -羟基糖之间的苷键,紫花洋地黄苷A,洋地黄毒苷元,D-洋地黄毒糖,D-洋地黄双糖,2-羟基糖的苷此条件不易水解。,B.强烈酸

14、水解,型和型强心苷，需增高酸的浓度（3%5%），延长作用时间或同时加压，才能使-羟基糖定量地水解下来，但常引起苷元结构的改变，失去一分子或数分子水形成脱水苷元。,C.氯化氢丙酮法(Mannich ）,将强心苷置于含1%氯化氢的丙酮溶液中，20放置两周，糖分子中2-OH与3-OH与丙酮反应，进而水解，可得到原来的苷元和糖的衍生物。 适合于多数型强心苷的水解。但是，多糖苷因极性太大，难溶于丙酮中，则水解反应不易进行或不能进行。此外，也并非所有能溶于丙酮的强心苷都可用此法进行酸水解。,如果苷元分子中亦有两个相邻羟基，也能被丙酮化而生成苷元丙酮化物，如乌本苷的水解，需再用稀酸加热而得到乌本苷元。,特点

15、：专属性强。不同的酶作用于不同的苷键。,2.酶水解法,酶解法在强心苷产生中有很重要的作用。由 于甲型强心苷的强心作用与分子中的糖基数目有 关，即苷的强心作用强度为：单糖苷二糖苷三糖苷，所以常利用酶解法使植物体内的原生苷水解成强心作用更强的次生苷。,紫花洋地黄苷A,酶水解,洋地黄毒苷,蜗牛酶（一种混合酶，蜗牛肠管消化液经处理而得）几乎能水解所有的苷键，能将强心苷分子的糖逐步水解，直至获得苷元，常用来研究强心苷的结构。,49,3.碱水解,强心苷的苷键不被碱水解。但强心苷分子中的酰基、内酯环会受碱的影响，发生水解或裂解、双键移位、苷元异构化等反应。 （1）酰基的水解 强心苷的苷元或糖上常有酰基存在，

16、它们遇碱可水解脱去酰基。一般用碳酸氢钠、碳酸氢钾、氢氧化钙、氢氧化钡等。 上述四种碱只水解酰基，不影响内酯环。氢氧化钠、氢氧化钾由于碱性太强，不仅使所有酰基水解，而且还会使内酯环开裂。,50,（2）内酯环的水解,在水溶液中，氢氧化钠、氢氧化钾溶液可使内酯环开裂，加酸后可再环合；在醇溶液中，氢氧化钠、氢氧化钾溶液使内酯环开环后生成异构化苷，酸化亦不能再环合成原来的内酯环，为不可逆反应。,51,乙型强心苷 异构化苷,甲型强心苷 内酯型异构化苷 开链型异构化苷,（2）内酯环的水解,五、强心苷的提取分离,强心苷的提取分离困难： 强心苷种类比较复杂，大多含量又较低。 2. 原生苷、次生苷多种强心苷共存。

17、 3. 与糖类、皂苷、色素、鞣质等共存，可影响强心苷在溶剂中的溶解度。 4. 强心苷不稳定，易分解。,此外，植物中还含有能酶解强心苷类的酶，植物原料在保存或提取过程中均可促使强心苷的酶解，产生次级苷，增加了成分的复杂性。因此提取过程中，要注意酶的问题。,因酸碱可使强心苷发生水解、脱水和异构化，故提取分离时应注意控制酸碱性。,如果要提取原生苷，必须抑制酶的活性，原料要新鲜，采集后要低温快速干燥（5060）。如果提取次级苷，可利用酶的活性，进行酶解（2540，还可加适量水）可获得次级苷。,（一）提取 如以提取原生苷为目的时，要抑制酶的活性，防止酶解；如以提取次生苷为目的时，要利用酶的活性，进行部分

18、酶解。 避免接触酸、碱。,一般原生苷易溶于水而难溶于亲脂性溶剂，次 级苷则相反，易溶于亲脂性溶剂而难溶于水。 提取时可根据强心苷的性质选择不同溶剂，例如乙醚、氯仿、氯仿-甲醇混合溶剂、甲醇、乙醇等。但最常用的为甲醇或70%乙醇，提取效率高且能使酶破坏失去活性。,（二）纯化 1溶剂法 原料如为种子或含油脂类杂质较多时，一般宜进行脱脂处理。 醇提取，浓缩，残留水提液用石油醚、苯萃取，除去亲脂性杂质。水液再用氯仿-甲醇混合液萃取，提出强心苷，亲水性杂质则留在水层而弃去。,若原料为地上部分，叶绿素含量较高，可将醇提液浓缩，保留适量浓度的醇，放置使叶绿素等脂溶性杂质成胶状沉淀析出，过滤除去。,2铅盐法：

19、是一种比较有效的纯化方法，但铅盐与杂质形成的沉淀能吸附强心苷。这种吸附和溶液中醇的含量有关。 3吸附法 ： 活性炭叶绿素等脂溶性色素等。 氧化铝糖类、水溶性色素、皂苷等。,（三）分离 1、两相溶剂萃取法 利用强心苷在两种互不相溶的溶剂中的分配系数的不同而达到分离。 、层析分离 分离亲脂性单糖苷、次级苷、苷元，一般采用吸附层析，常以硅胶为吸附剂，用正己烷-乙酸乙酯、苯-丙酮、氯仿-甲醇、乙酸乙酯-甲醇为溶剂，进行梯度洗脱。,对弱亲脂性成分宜选用分配层析，可用硅胶、硅藻土、纤维素为支持剂，常以乙酸乙酯-甲醇-水或氯仿-甲醇-水进行梯度洗脱。,62,铃兰毒苷的分离方法如下：,铃兰全草粗粉,苯-乙醇（

20、9:1）提取,提取液,先常压，后减压浓缩，回收溶剂，加水析胶,水溶液,氯仿-乙醇（9:1）萃取,胶质沉淀 （树脂、叶绿素等）,氯仿层,浓缩至小体积，用水多次萃取,水层 （水溶性杂质）,水层,氯仿层,浓缩至小体积，静置1520日，抽滤,粗晶,甲醇重结晶,铃兰毒苷,63,六、强心苷的检识,（一）理化检识 强心苷的理化鉴别主要是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。常用的反应有Liebermann-Burchard反应、Keller-Killiani反应、Legal反应和Kedde反应等。,1. C17位上不饱和内酯环的颜色反应,甲型强心苷在碱性醇溶液中，由于五元不饱和内酯

21、环上的双键移位产生C22活性亚甲基，能与活性亚甲基试剂作用而显色。这些有色化合物在可见光区常有最大吸收，故亦可用于定量。 乙型强心苷在碱性醇溶液中，不能产生活性亚甲基，无此类反应。所以利用此类反应，可区别甲、乙型强心苷。,64,65,乙型强心苷 异构化苷,甲型强心苷 内酯型异构化苷 开链型异构化苷,内酯环的碱水解,（1）Legal反应,又称亚硝酰铁氰化钠试剂反应。 现象：反应液呈深红色并渐渐褪去。,66,活性亚硝基 活性亚甲基 异亚硝酰衍生物的盐,（2）Raymond反应,又称间二硝基苯试剂反应。样品以少量50乙醇溶解后加入间二硝基苯乙醇溶液，摇匀后再加入20氢氧化钠，呈紫红色。 其它间二硝基

22、化合物如3，5-二硝基甲酸（Kedde反应）、苦味酸（Baljet反应）等也具有相同的反应机制。,67,活性次甲基显色反应,2.-去氧糖颜色反应,（1）Keller-Kiliani（K-K）反应 样品用冰乙酸溶解，加20%的三氯化铁水溶液1滴，混匀后倾斜试管，沿管壁缓慢加入浓硫酸5ml，观察界面和乙酸层的颜色变化。如有-去氧糖，乙酸层显蓝色。界面的呈色，逐渐向下层扩散，其显色随苷元羟基、双键的位置和数目不同而异，可显红色、绿色、黄色等，但久置后均转为暗色。,69,此反应只对游离的-去氧糖或-去氧糖与苷元连接的苷显色，对-去氧糖与葡萄糖或其他羟基糖连接的二糖、三糖及乙酰化的-去氧糖不显色。 反应

23、阳性可肯定-去氧糖的存在，反应阴性不可否定-去氧糖的存在。,70,（2）呫吨氢醇（Xanthydrol）反应,取样品少许，加呫吨氢醇试剂（呫吨氢醇10mg溶于冰乙酸100ml中，加入浓硫酸1ml），置水浴上加热3分钟，只要分子中有-去氧糖即显红色。此反应极为灵敏，还可用于定量分析。,71,强心苷的理化检识总结,73,（二）色谱检识,色谱法是检识强心苷的一种重要手段，主要有纸色谱、薄层色谱等。 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作为固定相，以苯或甲苯（用甲酰胺饱和）为移动相，便可达到满意的分离效果。 如果强心苷的亲脂性较弱，可改为极性较大的溶剂系统

24、作为移动相。 对亲水性较强的强心苷，宜用水浸透滤纸作固定相，以水饱和的丁酮或乙醇-甲苯-水、氯仿-甲醇-水作移动相，展开效果较好。,74,一般色谱滤纸不预先用固定相处理，也能适用于强心苷类的分离。常用的溶剂系统为氯仿、乙酸乙酯、苯、甲苯等有机溶剂与水组成的混合溶剂，因水在这些溶剂中的溶解度较小，可加入适量的乙醇以增加溶剂系统的含水量，便于适应亲脂性较弱的强心苷类的分离。,75,2. 薄层色谱,强心苷的薄层色谱有吸附薄层色谱和分配薄层色谱。 在吸附薄层色谱上，常用硅胶作吸附剂，以氯仿-甲醇-冰乙酸、乙酸乙酯-甲醇-水等溶剂系统作展开剂。也可用反相硅胶薄层色谱分离强心苷类化合物，常用的溶剂展开系统

25、有甲醇-水、氯仿-甲醇-水等。,76,分配薄层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。常用于分离极性较强的强心苷类化合物。,77,常用显色剂, 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，几分钟后褪色（Kedde反应） 。 1%苦味酸水溶液与10%氢氧化钠水溶液（95：5），喷后于90100烘45分钟，强心苷呈橙红色（Baljet反应） 。 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（Kahlenberg反应） 。,练习,1、鉴别三萜皂苷和甾体强心苷的显色反应为 A.Liebermann

26、 Burchard反应 B.Kedde反应 C.Molish反应 D.1明胶试剂 E.三氯化铁反应 2、鉴别甲型强心苷元与乙型强心苷元的反应为 A.Tschugaev反应 B.三氯醋酸-氯胺T反应 C.Raymond反应 D.Salkowski反应 E.三氯化锑反应,78,3. 鉴别I型强心苷与II型或III型强心苷的反应为 A.Legal反应 B.Baljet反应 C.Kedde反应 D.Xanthydrol反应 E.Salkowski反应,79,第三节 甾体皂苷,一、甾体皂苷的概述 概念：甾体皂苷（steroidal saponins）是一类由螺甾烷类化合物与糖结合的寡糖苷。该苷类化合物多

27、数可溶于水，水溶液振摇后产生似肥皂水溶液样泡沫，故被称为甾体皂苷。该类皂苷不具有羧基，呈中性，所以又称之为中性皂苷。,2分布：在植物中有着广泛的分布，迄今发现的甾体皂苷类化合物已达10000种以上，主要分布在薯蓣科、百合科、玄参科等植物中 。,可的松是肾上腺皮质激素类药，主要应用于肾上腺皮质功能减退症及垂体功能减退症的替代治疗，亦可用于过敏性和炎症性疾病。,氢化可的松是人工合成也是天然存在的糖皮质激素，抗炎作用为可的松的125倍，也具有免疫抑制作用、抗毒作用、抗休克等作用。,3.生物活性,抗生育：杀灭精子、抗早孕 主要用作合成甾体避孕药和激素类药物的原料。 降血糖:伪原知母皂苷A和原知母皂苷A

28、 降低胆固醇和免疫调节 抗真菌、杀虫等,防治心脑血管疾病： 地奥心血康胶囊含8种由黄山药中提取的甾体皂苷，总量在90%以上，治疗冠心病。 心脑舒通由蒺藜果实中提取的总甾体皂苷，用于心脑血管疾病的防治。 盾叶冠心宁从盾叶薯蓣中提 取的水溶性皂苷。,二、化学结构,结构特点 1.27个C，具螺缩酮的结构 2. A/B 顺、反;B/C,C/D反 3. C10, C13具-CH3 4. C3有-OH取代 5. C5、C6有时具双键；C12有时具羰基,（二）结构分类,甾体皂苷的皂苷元基本骨架属于螺甾(spirostane）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。,1螺甾烷醇类（spirostan