天然药物化学教案2

第五章 黄酮类化合物
目的要求：
1．掌握黄酮类化合物的结构类型，了解其生物活性。
2．掌握黄酮类化合物的理化性质及不同类型的化学鉴别方法。
3．掌握黄酮类化合物的提取与分离方法和检识方法。
4．掌握各种光谱在黄酮类化合物结构鉴定中的应用。
教学时数：12学时。
教学重点和难点：
  
一、概述
黄酮类化合物为一类植物色素，分布广，数量大，生理活性多样。
（一）定义
泛指两个具有酚羟基的苯环通过中央三碳原子相互连接而成的一系列化合物，母核结构为：


生源：三个丙二酰辅酶A和一个桂皮酰辅酶A生合成而产生。
（二）结构分类及结构类别间的生物合成关系
1.分类依据：中央三碳链的氧化程度、B环连接位置及三碳链是否成环。
（1）黄酮类          （2）黄酮醇            （3）二氢黄酮类   （4）二氢黄酮醇类

（5）花色素类        （6）黄烷3，4二醇类   （7）黄烷-3-醇类    （8）双苯吡酮类

（9）异黄酮        （10）二氢异黄酮类    （11）查耳酮类      （12）二氢查耳酮类

（13）橙酮类                    （14）高异黄酮类

此外，还有双黄酮类：由两分子黄酮或两分子二氢黄酮或一分子黄酮及一分子二氢黄酮以C-C或C-O-C键连接而成。
黄酮木脂体类：水飞蓟素
生物碱型黄酮
2.各主要类别间的生物合成关系

(三)存在形式
天然黄酮类化合物多以苷类形式存在，包括氧苷与碳苷（例如葛根素），糖通常联在A环6，8位。
组成黄酮苷的糖主要有：
单糖类：D-葡萄糖，L-鼠李糖，D-半乳糖，D-葡萄糖醛酸
双糖类：槐糖(glcβ1→2glc)，芸香糖（rhaα1→6glc）
(四)黄酮类化合物的生理活性
1.对心血管系统的作用
(1)扩张冠脉：芦丁、葛根素黄酮片临床用于心绞痛、高血压。
(2)Vip样作用：橙皮苷可降低血管脆性及异常通透性，用作高血压辅助治疗剂。
(3)抑制血小板聚集作用：抑制ADP、胶原或凝血酶诱导的血小板聚集，从而防止血栓形成。
(4)降低血胆甾醇作用：山楂总黄酮      
2.抗肝脏毒性作用
水飞蓟素为二氢黄酮醇与苯丙素衍生物缩合而成，对肝细胞膜有稳定作用，能保护肝脏，改善肝功能，适用于急慢性肝炎、肝硬化、中毒性肝损伤。
3.抗炎作用
黄酮类化合物可抑制脂氧化酶，从而抑制前列腺素的生物合成，达到抗炎目的。
4.雌性激素样作用
       大豆素                            己烯雌酚
5.抗菌及抗病毒作用
黄芩苷：抗菌   山奈酚：抗病毒
6.止咳平喘驱痰作用
7.抗癌作用
8.解痉作用
二、黄酮类化合物的性质与呈色反应
（一）性质
各类黄酮类化合物的颜色、旋光性、溶解性
     类别性质 黄酮、黄酮醇及其苷 二氢黄酮、二氢黄酮醇及其苷 异黄酮 查耳酮 花色素
颜色 灰黄～黄 无色 微黄 黄～橙黄 随PH不同而改变
旋光性 苷元：无苷：有 苷元及苷均有 苷元：无苷：有 苷元：无苷：有 苷元：无苷：有
水溶性 平面型分子，分子间引力大，溶解性差 非平面分子，溶解性较黄酮类好 溶解性一般较差 溶解性较异黄酮好 水溶性
（二）酸碱性
1.酸性 黄酮类化合物母核上有酚羟基取代时化合物具有酸性，酸性与酚羟基取代的数目和位置有关，此性质可用于鉴别和分离。
     黄酮类化合物酸性强弱与结构间的关系



羟基位置   酸性 溶解性
7，4＇-二羟基7或4＇-羟基一般酚羟基5-羟基 强弱 溶于5%NaHCO3溶液溶于5%Na2CO3溶液溶于0.2%NaOH溶液溶于4%NaOH溶液
2.碱性：1位氧原子有未共用电子对，表现微弱碱性，可与浓盐酸、硫酸成佯盐，极不稳定，遇水分解，佯盐黄色，可用于鉴别。
（三）显色反应
1.还原试验
（1）盐酸-镁粉反应：黄酮、黄酮醇、二氢黄酮、二氢黄酮醇：橙红～紫红色
                    查耳酮、橙酮、儿茶素：阴性
                    异黄酮：个别阳性，大多阴性
花色素，某些查耳酮，橙酮在盐酸作用下即可显色，为排除干扰，需做对照试验。
（2）盐酸-锌粉反应：同盐酸-镁粉
（3）四氢硼钠反应：二氢黄酮类阳性，专属性较高。
2.金属盐类络合反应
结构中具有3-羟基，4-酮基；5-羟基，4-酮基；邻二酚羟基时可与金属离子络合产生颜色反应。
（1）铝盐：主要用1%三氯化铝乙醇溶液，络合物显黄色并有荧光。
（2）铅盐：中性醋酸铅可沉淀具有邻二酚羟基结构的黄酮，碱式醋酸铅可沉淀具有酚羟基结构的黄酮，据此可用于分离。
（3）锆盐：具有3-羟基和5-羟基的黄酮均可与2%二氯氧锆溶液反应生成黄色络合物，但3-羟基黄酮产生的络合物稳定性大于5-羟基黄酮，加酸后3-羟基黄酮产生的络合物黄色不褪，而5-羟基黄酮产生的络合物黄色褪去，据此可用于区别两类黄酮。
（4）镁盐：样品溶液1滴滴于纸上，喷醋酸镁甲醇溶液，加热，紫外检视。
  二氢黄酮，二氢黄酮醇：天蓝色荧光
  异黄酮，黄酮：黄～橙黄～褐色
（5）锶盐：具有邻二酚羟基的黄酮可与氯化锶甲醇溶液反应生成绿～棕～黑色沉淀，用于鉴别。
（6）铁盐：具有酚羟基的黄酮即可显色。
3.硼酸显色反应
在无机酸或有机酸存在条件下，5-羟基黄酮或2‘-羟基查耳酮可与硼酸反应生成亮黄色。
4.碱性试剂显色反应
NH3,Na2CO3等碱性试剂处理点有样品的滤纸，可用于鉴别。
（1）二氢黄酮    查耳酮
（2）黄酮醇遇碱呈黄色，通入空气变棕
（3）具有邻二酚羟基或3，4‘-二羟基取代时，在碱液中由黄-深红-绿棕。
三. 黄酮类化合物的提取与分离
（一）粗提物的制备
苷元可选择乙醚、乙酸乙酯、氯仿等中强极性溶剂，苷类可选择甲醇、乙醇、丙酮等溶剂提取。
（二）对粗提物进行精制
1、溶剂萃取法：被分离物质与混入的杂质性质不同，选用不同极性溶剂萃取达到去杂质目的。例如：醇提液用石油醚萃取可除去油脂、蜡、叶绿素；水提液加醇沉淀可去除蛋白、多糖等水溶性杂质。
2、碱提取酸沉淀法
3、碳粉吸附法
适于苷类精制。
甲醇提取液加入活性炭至上清液无黄酮反应，吸附了黄酮苷的碳粉依次用沸甲醇、沸水、7%酚-水、15%酚-醇洗，7%酚-水洗下的基本为黄酮苷类。
（三）分离
依据：极性不同―硅胶、氧化铝分离（极性吸附）
      酚羟基数目、位置不同―聚酰胺分离（氢键吸附）
      酸性不同―PH梯度萃取
      分子量不同―凝胶层析
      特殊结构―化学分离
1、硅胶柱层析：适用于苷元的分离。
2、聚酰胺柱层析：适用于分离醌、酚、黄酮。
（1）性质：聚酰胺为高聚物，常用的为锦纶-6（己内酰胺聚合而成）和锦纶-66（己二酸与己二胺聚合而成），不溶于水、甲醇、乙醇、乙醚、氯仿、丙酮等常用溶剂，对碱稳定，可溶于浓盐酸、冰醋酸、甲酸。
（2）分离原理：聚酰胺分子中具有酰胺羰基，可与酚羟基形成氢键，主要依据与被分离物质成氢键能力不同进行分离。
（3）洗脱剂：水-乙醇-甲醇-丙酮-氢氧化钠水溶液（或氨水）-甲酰胺-二甲基甲酰胺-尿素水溶液（洗脱能力依次增强）
常用洗脱剂为水-乙醇，水可洗下非黄酮体水溶性成分及少数黄酮体苷；10%-30%醇可洗下黄酮苷；50-95%乙醇可洗下黄酮苷元。
（4）洗脱规律
①叁糖苷>双糖苷>单糖苷>苷元。
②母核酚羟基数目越多,洗脱越慢;酚羟基数目相同,易成分子内氢键者吸附弱。
③异黄酮>二氢黄酮醇>黄酮>黄酮醇。
④芳香核多,共轭程度高，难洗脱。
3、葡聚糖凝胶层析
常用Sephadex G（适用于水溶性成分分离）和 Sephadex LH-20（可用于亲脂性成分分离）
原理：苷类―分子筛；苷元：凝胶非完全惰性，有一定吸附力，这种吸附力来自分子间的氢键。
例如：5，7，4‘-羟基黄酮，3，5，7，3’，4‘-黄酮，3，5，7，3’，4‘，5’-羟基黄酮洗脱顺序为5，7，4‘-羟基黄酮>3，5，7，3’，4‘-黄酮>3，5，7，3’，4‘，5’-羟基黄酮
4.PH梯度萃取法
样品的乙酸乙酯溶液分别用5%碳酸氢钠溶液，5%碳酸钠溶液，0.2%氢氧化钠溶液，4%氢氧化钠溶液萃取，依次得到7，4‘-二羟基黄酮，7或4‘-羟基黄酮，一般酚羟基黄酮，5-羟基黄酮。
5.特定功能团分离
（1）铅盐法：可分离含邻二酚羟基和不含邻二酚羟基的化合物。
（2）硼酸络合法：
含邻二酚羟基的化合物可与硼酸络合生成可溶于水的产物，据此可用于分离。
四. 黄酮类化合物的鉴定与结构测定
（一）层析在黄酮类鉴定中的应用
1.纸层析
苷元：分配层析。流动相：BAW系统。
苷：双向纸层析。第一向：醇性溶剂展开，例如BAW系统，化合物极性大，吸附强。
                第二向：水类溶剂展开，例如2-6%醋酸水，化合物极性大，吸附弱。
Rf与结构的关系：
（1）水类溶剂展开时，平面型分子（黄酮、黄酮醇、查耳酮）几乎停留原点不动，非平面型分子（二氢黄酮、二氢查耳酮）Rf较大。
（2）醇性溶剂展开时，同一类型苷元，羟基越多，Rf越小。
（3）醇性溶剂展开时，羟基被甲氧基取代，Rf增大。
（4）醇性溶剂展开时，羟基糖苷化，极性增大，Rf下降。
（2）（3）（4）用酸水展开时，上述顺序颠倒。
2.TLC：主要指吸附薄层，常用硅胶TLC，聚酰胺TLC。
硅胶TLC：鉴定弱极性化合物。
聚酰胺TLC：分离大多数黄酮及苷类，适用范围广，分离效果好。
（二）紫外光谱在黄酮类结构鉴定中的应用
       苯甲酰基                              桂皮酰基
主要包含A环的苯甲酰基和主要包含B环的桂皮酰基组成了黄酮类化合物的交叉共轭体系，使黄酮类主要有两个紫外吸收带，带Ⅰ（300-400nm）--由桂皮酰基系统引起，主要反应B环取代情况；带Ⅱ（220-280 nm）--由苯甲酰基系统引起，主要反应A环取代情况。
通常测定样品在甲醇溶液中的紫外光谱后测定加入诊断试剂后的紫外光谱，以了解样品的羟基取代情况，常用诊断试剂有：甲醇钠、醋酸钠、醋酸钠/硼酸、三氯化铝及三氯化铝/盐酸。
1.甲醇溶液中的紫外光谱
（1）黄酮、黄酮醇：在200-400 nm之间出现两个主要吸收峰，二者峰形相似，但带Ⅰ位置不同，可据此进行分类。
在黄酮及黄酮醇母核上，如7-及4‘位引入羟基、甲氧基等供电基，将促进结构重排，引起相应吸收带红移，通常，整个母核上氧取代程度越高，带Ⅰ越向长波方向位移。
带Ⅱ的峰位主要受A-环氧取代程度的影响，B-环的取代基对其峰位影响甚微，但可影响它的形状。当B环有3‘，4‘-二氧取代时，带Ⅱ将为双峰。
（2）查耳酮及橙酮类：共同特征是带Ⅰ很强，为主峰；带Ⅱ较弱，为次强峰。
查耳酮中，带Ⅱ位于220～270 nm，带Ⅰ位于340～390 nm；橙酮中，常显现3～4个吸收峰，但主要吸收峰一般位于370～430 nm。
（3）异黄酮、二氢黄酮及二氢黄酮醇 这三类化合物中，除有由A-环苯甲酰系统引起的带Ⅱ吸收外，因B环不与吡喃酮环上的羰基共轭（或共轭很弱），故带Ⅰ很弱。
2.加入诊断试剂后引起的位移及在结构测定中的意义
（1）甲醇钠：是一种强碱，使黄酮母核上的所有羟基产生某种程度的离子化，对黄酮及黄酮醇紫外光谱的影响用来检查游离的3及4‘-羟基。如加入甲醇钠后带Ⅰ红移40～60 nm，强度不降，示有4’-羟基；红移50～60 nm，强度下降，示有3-羟基，但无4‘-羟基；若吸收谱随时间延长而衰退，示有对碱敏感的取代图式。
（2）醋酸钠：市售醋酸钠因含微量醋酸，碱性较弱，只能使黄酮母核上酸性较强的7-羟基离解，并影响峰带红移。如加入醋酸钠（未熔融）后带Ⅱ红移5～ 20nm，示有7-羟基。
（3）醋酸钠/硼酸：在醋酸钠的碱性存在下，硼酸可与分子中的邻二酚羟基络合，引起相应吸收带红移。醋酸钠/硼酸谱带Ⅰ红移12～ 30nm，示B环有邻二酚羟基；带Ⅱ红移5～ 10nm，示A环有邻二酚羟基。
（4）三氯化铝/盐酸：分子中有邻二酚羟基、3-羟基-4-酮基或5-羟基-4-酮基时，可与三氯化铝络合，引起相应吸收带红移；邻二酚羟基与三氯化铝形成的络合物很不稳定，加入少量酸水即可分解。若三氯化铝/盐酸谱=三氯化铝谱，示结构中无邻二酚羟基；若三氯化铝/盐酸谱≠三氯化铝谱，示结构中可能有邻二酚羟基，带Ⅰ紫移30～ 40nm，示B环有邻二酚羟基，紫移50～ 65nm，示A、B环均可能有邻二酚羟基；三氯化铝/盐酸谱=甲醇谱，示无3或5羟基。三氯化铝/盐酸谱较甲醇谱带Ⅰ红移35～55nm，示只有5-羟基，红移Ⅰ红移60nm，示只有3-羟基，红移50～ 60nm，示可能同时有3及5羟基。
（三）黄酮类化合物的1HNMR谱特征：C环质子信号可用于判断母核结构，二氢黄酮类化合物2，3位之间为单键，质子信号处于较高场（化学位移值小）；苯环质子如处于邻位，偶合常数较大，为9.0 Hz左右，如处于间位，偶合常数较小，为2.5 Hz左右。
1、A环质子
（1）5，7-二羟基取代：H-6和H-8分别作为二重峰(d)出现，J=2.5Hz，δ5.70～6.90ppm
（2）7-羟基取代：H-5，二重峰(d)，J=9.0 Hz，δ8.0ppm左右；
                 H-6，双二重峰(dd)，J=9.0，2.5 Hz，δ6.40～7.10ppm
                 H-8，二重峰(d)，J=2.5 Hz，δ6.30～7.00ppm
2、B环质子
（1）4’-氧取代：H-3’，H-5’，二重峰(d)，J=8.5 Hz，δ6.50～7.10ppm
                H-2’，H-6’，二重峰(d)，J=8.5 Hz，δ6.50～7.10ppm
（2）3’，4’-二氧取代：H-5’，二重峰(d)，J=8.5 Hz，δ6.70～7.10ppm
                H-2’，二重峰(d)，J=2.5 Hz，δ7.20～7.90ppm
                H-6’，双二重峰(dd)，J=2.5，8.5 Hz，δ7.20～7.90ppm

3、C环质子
   （1）黄酮类：   H-3，尖锐单峰(s)，δ6.30 ppm
（2）二氢黄酮C环质子：H-2，双二重峰(dd)，J=5.0，11.0 Hz，δ5.20ppm
                     H-3，两组双二重峰，偶合常数分别为5.0，17.0Hz和
                          11.0，17.0 Hz，中心位于δ2.80 ppm。
二氢黄酮醇C环质子：H-2，二重峰(d)，J=11.0 Hz，δ4.90ppm
                       H-3，二重峰(d)，J=11.0 Hz，δ4.30ppm
（3）异黄酮类：H-2，单峰（s），δ7.60～7.80ppm
（4）查耳酮及橙酮类：查耳酮中，H-α和H-β：δ6.70～7.40ppm（H-α）和δ7.30～7.70ppm（H-β），J=17 Hz。
4、糖上的质子：糖的端基氢较其它糖区质子位于较低磁场区。
（四）黄酮类化合物的13C-NMR谱特征
1、黄酮类化合物的骨架类型的判断
类型 C-2 C-3 C=O
黄酮类黄酮醇类异黄酮类二氢黄酮类二氢黄酮醇类 160.5～163.2（s）147.9（s）149.8～155.4（d)75.0～80.3（d）82.7（d） 104.7～111.8（d)136.0（s）122.3～125.9（s）42.8 ～44.6（t）71.2（d） 174.5～184.0188.0～197.0(s）
2、黄酮类化合物取代图式的确定
（1）取代基位移的影响：黄酮母核上引入羟基或甲氧基取代时，将使α碳信号大幅度向低场位移，邻、对位向高场位移，间位也向低场位移，但幅度较小；通常，A环上引入取代基，位移效应只影响A环，B环上引入取代基，位移效应只影响B环。
3、黄酮类化合物O-糖苷中糖的连接位置
（1）糖的苷化位移及端基碳的信号：酚性苷中，糖上端基碳的苷化位移约为+4.0～+6.0。
（2）苷元的苷化位移：苷元糖苷化后Ispo-碳原子向高场位移，其邻位及对位碳原子则向低场位移，且对位碳原子的位移幅度大且恒定。
（五）质谱在黄酮类结构测定中的应用


途径Ⅰ


途径Ⅱ


思考题：
1、黄酮类化合物的结构类型有哪些？分类依据是什么？
2、黄酮类化合物的主要鉴别反应有哪些？
3、聚酰胺层析法分离黄酮类化合物的原理是什么？常用洗脱剂、洗脱规律是什么？
4、黄酮类化合物核磁共振氢谱特征有哪些？
5、怎样应用紫外光谱法鉴定黄酮类化合物？
6、黄酮类化合物的质谱裂解规律有哪些？


  


第六章    萜类和挥发油
目的要求：
1．掌握萜的定义、主要分类方法，了解萜的生源途径。
2．掌握卓酚酮、环烯醚萜苷、?类的结构特点和主要性质。
3．掌握萜类化合物的理化性质及提取分离方法。
4．了解萜类化合物的检识与结构鉴定方法。
5．掌握挥发油的定义、通性、化学组成及提取分离方法
6．了解挥发油成分的鉴定方法。
教学时数：4学时。
教学重点和难点：
一、萜的定义和分类
1． 定义：凡是由甲戊二羟酸衍生、且分子式符合（C5H8）n通式的衍生物均称为萜类化合物，其烃类化合物常称之为萜烯。
2． 特点：（1）开链萜烯具有（C5H8）n通式，碳原子数一般为5的倍数，而氢的比例多数不是8的倍数。
                   （2）绝大多数萜类化合物为含氧衍生物，包括醇、醚、酮、酸、酯、内酯、亚甲二氧基等含氧基团。
                    （3）有的萜类化合物以苷的形式存在，如环烯醚萜苷类成分；有的萜类化合物分子中含有氮原子，称为萜类生物碱，如乌头碱。
3．分布：萜类化合物在自然界分布十分广泛，种类繁多，是各类天然物质中最多的一类成分。据统计，1970年有萜类化合物10000余种，至1991年已超过22000种。
4．生物活性：萜类化合物的生物活性也十分重要。如穿心莲；青蒿，龙胆，紫杉，人参，柴胡等。
5．分类：
         （1）萜类化合物主要还是沿用经验异戊二烯法则分类，即按照异戊二烯的数目进行分类。
         （2）同时根据各萜类分子结构中碳环的有无和数目的多少，进一步分为：链萜、单环萜、双环萜、三环萜、四环萜等。
         （3）萜类多是含氧衍生物，所以萜类化合物又可分为醇、醛、酮、羧酸、酯及苷等萜类。

二、萜类的生源途径
1．经验异戊二烯法则：
       天然界中萜类化合物的结构研究发现，绝大多数萜类物质可以看作是由异戊二烯首尾相连形成的聚合体。
       1887年Wallach提出：自然界存在的萜类化合物是由异戊二烯衍生而成首尾相连的聚合体及其衍生物。这就是日后长期沿用的经验异戊二烯法则。

2．生源异戊二烯法则：
       后来很多学者对萜类化学深入研究的结果表明，很难在植物界发现游离的异戊二烯存在，而且有些萜类化合物液无法划分出异戊二烯的基本单元。于是德国学者Ruzicka于1938年提出了生源异戊二烯法则。
        生源异戊二烯法则的基本理论是：萜类化合物的形成起源于生物代谢的最基本的物质葡萄糖；葡萄糖在酶的作用下产生乙酸，三分子的乙酸经生物合成产生甲戊二羟酸（MVA），甲戊二羟酸被认为是萜类形成的真正的基本单元；甲戊二羟酸经高能的三磷酸腺苷（ATP）作用生成甲戊二羟酸焦磷酸酯，再经脱羧、脱水形成焦磷酸异戊烯酯，焦磷酸异戊烯酯可互变异构化为焦磷酸g、g-二甲基丙烯酯，这两个化合物被认为是萜类成分在生物体内形成的真正前体，即生物体内的“活性异戊二烯法则”物质。
        根据生源异戊二烯法则，各类萜类化合物的生物合成途径如下：

三、萜类的结构类型及重要代表物

（一）单萜       单萜类是由2个异戊二烯单位构成、含10个碳原子的化合物及其衍生物，典型单萜的分子式为C10H16，有3个不饱和度。可形成链状单萜、单环单萜、双环单萜等结构。
         分布：广泛分布于高等植物的腺体、油室和树脂道等分泌组织中，是植物挥发油的主要组成成分，在昆虫激素及海洋生物中也有存在。
1．链状单萜
        香叶醇：抗菌
2．环状单萜
       薄荷酮：平喘、止咳、抗菌
       龙脑（俗：冰片）：发汗、兴奋、镇静、驱虫
3.卓酚酮
        卓酚酮类化合物是一类变形的单萜，它们的碳架不符合异戊二烯法则，具有如下的特性：
（1） 卓酚酮具有芳香化合物性质，具有酚的通性，也显酸性，其酸性介于酚类和羧酸之间，即酚<卓酚酮<羧酸。
（2） 分子中的酚羟基易于甲基化，但不易酰化。
（3） 分子中的 羰基类似于羧酸中的羰基的性质，但不能和一般的羰基试剂反应。IR：羰基（1600-1650 cm -1）、羟基（3100-3200cm-1）较一般的化合物中的羰基略有区别。
（4） 能于多种金属离子形成络和物结晶体，并显示不同颜色，以资区别。如铜络和物为绿色结晶，铁络和物为赤红色结晶
         分布：真菌的代谢产物；柏科的心材。
         活性：抗真菌，但同时多有毒性。

4．环烯醚萜
         环烯醚萜苷类属于单萜类化合物，其基本母核的是环烯醚萜醇，根据其环戊烷结构部分的环合与否，又可分为环烯醚萜苷和裂环烯醚萜苷两种基本碳架，主要以苷的形式存在。
1．生源途径：
        环烯醚萜是由活性焦磷酸香叶酯（GPP）衍生而成，是GPP经水解脱去焦磷酸后，经氧化形成香茅醛，香茅醛在化合过程中发生双键转位，再水合成一个伯醇基，伯醇基进一步被氧化，衍生为仪臭二醛。仪臭二醛发生烯醇化后，再进行分子内的羟基缩合，即产生环烯醚萜，其生物合成途径如下：
（一般单萜是经由脱去GPP分子中焦磷酸基而直接产生闭环反应）
2．结构与分类
     （1）结构特点：C-1位一般连有官能团，多为羟基；C-3和C-4位间大多连有双键；C4-CH3和C8-CH3易被氧化成CH2OH、COOH等。
           C1-OH为半缩醛羟基，性质活泼，易与糖结合成苷，天然界的环烯醚萜多以苷的形式存在，其结构类型主要分为环烯醚萜苷和裂环烯醚萜苷。
     （2）结构类型
         ①环烯醚萜苷：这类环烯醚萜苷数目较多，根据其结构上C-4位有无取代基由可分为两小类：（i ）C-4位有取代的环烯醚萜苷，其取代基一般为甲基、羧基、酯基、内酯等。如栀子苷。
                                （ii）  C-4位无取代的环烯醚萜苷，其基本母核只有9个碳原子，是由于其C-4位羧基在植物体内生物合成过程中脱羧所至。如车前草中的桃叶珊瑚苷。
         ②裂环烯醚萜苷：裂环烯醚萜苷可看成是由环烯醚萜苷在C-7和C-8键断裂开环衍变而成的化合物。如獐牙菜苷、龙胆苦苷。
3．理化性质
        （1）性状：环烯醚萜苷类大多数为白色结晶或粉末，多数具有旋光性，吸湿性，味苦。
        （2）溶解性：环烯醚萜苷类易溶于水和甲醇，可溶于乙醇、丙酮、正丁醇，难溶于氯仿、乙醚、苯等亲酯性有机溶剂。
        （3）鉴别反应：这类成分的分子结构中具有半缩醛羟基，性质很活泼，能与一些试剂产生颜色反应，可用于环烯醚萜及其苷类的鉴别。
                ① 酸水解反应：环烯醚萜苷对酸很敏感，其苷键极易被水解，产生的苷元很不稳定，容易发生聚合反应，在不同的水解条件下（温度、酸度等），产生不同颜色的变化或沉淀。若用酶水解，则显深蓝色，也不易得到结晶性苷元。如车叶草苷。
                ②氨基酸反应：在加热条件下与氨基酸作用产生蓝色沉淀。因此，与皮肤接触，也能使皮肤染成蓝色。
                ③乙酸-铜离子反应：将样品溶于冰乙酸，加入少量的铜离子试液，加热后即产生蓝色反应。

（二）倍半萜
         倍半萜类是由3个异戊二烯单位构成、含15个碳原子的化合物类群。骨架复杂多变的倍半萜类，生源上都是由前体物焦磷酸金合欢酯（FPP）衍生而成。
1． 分类
       理论上可分为链状、单环、双环、三环和四环等五种倍半萜结构类型，但植物中多以单环、双环倍半萜的含氧衍生物为主，而三环、四环倍半萜数目较少。
         链状：麝香子油，香料成分；
         单环：青蒿素，抗恶性虐疾；
         双环：a-山道年，驱蛔；
         三环：环桉醇，抗菌。
2．?类衍生物
        凡是由五元环与七元环骈合而成的?芳环骨架都称为?类化合物。这类化合物多具有抑菌、抗肿瘤、杀虫等生物活性。
        植物中的倍半萜?类衍生物多半是其氢化衍生物，这些氢化衍生物多数失去芳香性，其结构以愈创木烷骨架类型较多。如圆叶泽兰中的抗癌活性成分：泽兰苦内酯、泽兰绿内酯以及从新疆雪莲中得到的大苞雪莲内酯等。
（1）物理性质：
1）?类化合物溶于石油醚、乙醚、乙醇、甲醇等有机溶剂，不溶于水，溶于强酸。故可用60%~65%硫酸或磷酸提取?类成分，硫酸或磷酸提取液加水稀释后，?类成分即沉淀析出。
2）?类化合物的沸点较高，一般在250~300℃，在挥发油分溜时，高沸点馏分可尖刀美丽的蓝色、紫色、或绿色的现象时，表示可能有?类化合物的存在。
（2）化学性质：
1）与苦味酸或三硝基苯试剂作用，形成有敏锐熔点的p-络和物 ，可共鉴别用。
2）Sabety反应：取挥发油1滴溶于1ml氯仿中，加入5%溴的氯仿溶液，若产生蓝紫色或绿色时，表明有?类化合物存在。
3）与Ehrlich试剂反应：与Ehrlich试剂（对-二甲胺基苯甲醛浓硫酸）反应产生紫色或红色时，亦可证实挥发油中有?类化合物存在。

（三）二萜
        二萜类是由4个异戊二烯单位构成、含20个碳原子的化合物类群。它们的结构显示多样性，但生源上都是由前体物焦磷酸香叶基香叶酯（GGPP）衍生而成。
       链状：植物醇，维生素A；
       环状：穿心莲内酯，银杏内酯，雷公藤内酯，紫杉醇，甜菊苷等。
（四）二倍半萜
      二倍半萜是由5个异戊二烯单位构成、含25个碳原子的化合物类群。1965年发现第一个二倍半萜，在生源上都是由前体物焦磷酸香叶基金合欢酯（GFPP）衍生而成，多数为结构复杂的多环性化合物，数量较少。

三、萜类化合物的理化性质

         某些特殊结构的萜类，如卓酚酮类、环烯醚萜类、?类等化合物的特性已如前述，不再赘述。
         萜类分子中绝大多数具有双键、共轭双键、活泼氢原子，较多萜类具有内酯结构，因而有 一些相同的理化性质及化学反应，归纳如下：

（一）萜类化合物的物理性质
1． 性状
（1）形态    低分子量的萜类化合物如单萜、倍半萜类化合物通常为液态，具挥发性，是挥发油的组分；分子量较高的萜类化合物为固态，多数可形成结晶体，不具挥发性。随分子量和双键的增加，功能基的增多，化合物的挥发性降低，熔点和沸点相应增高。
      （2）味      多具苦味，所以萜类化合物又称苦味素；但有的具有强烈的甜味，如甜菊苷的甜味是蔗糖的300倍。
       （3）旋光性和折光性：大多数萜类一般具有多个不对称碳原子，故具旋光性。低分子萜类具有较高的折光率。
2．溶解性
        萜类化合物一般为亲脂性成分，难溶于水，易溶于亲脂性有机溶剂，可溶于醇。但萜类化合物若与糖成苷，则具亲水性，易溶于水，难溶于亲脂性有机溶剂。

（二）萜类化合物的化学性质        
1． 双键加成反应
            萜类化合物的分子结构中多存在双键，可与卤素、卤化氢、亚硝酰氯等试剂发生加成反应。如柠檬烯与氯的加成反应。
2． 羰基加成反应：
      （1）与亚硫酸氢钠加成：反应生成结晶形加成物，复加酸或加碱使其分解，生成原来的反应产物。
（2）与硝基苯肼加成：与对硝基苯肼或2，4-二硝基苯肼在磷酸中发生反应，生成对硝基苯肼或2，4-二硝基苯肼的加成物。
（1） 与吉拉德试剂加成：将吉拉德试剂的乙醇溶液加入含羰基的萜类化合物中，再加入10%醋酸促进反应，加热回流。反应完毕后加水稀释，分取水层，加酸酸化，再用乙醚萃取，蒸去乙醚后复得原羰基化合物。
3． 氧化反应
         氧化反应是早期萜类化合物的结构研究的重要手段，优以臭氧对萜类的氧化方法应用较多。
4． 脱氢反应
脱氢反应可用作萜类化合物的结构测定，常用于结构母核的确定。
四、 提取分离
（一）提取
  1．溶剂提取法
（1） 苷类化合物的提取
（2） 非苷类化合物的提取
2． 碱提取酸沉淀法
3． 吸附法
（1） 活性炭吸附法
（2） 大孔树脂吸附法
（二）分离
1． 结晶法分离
2． 柱层析分离
3．利用结构中的特殊功能团进行分离


五、检识与结构鉴定
（一）波谱法在萜类结构鉴定中的应用
1．UV
2．IR
3． MS
4．NMR
（二）结构鉴定实例

六、挥发油
        概念：挥发油又称为精油，是存在于植物中的一类具有芳香气味、可随水蒸汽蒸馏出来而又与水不相混溶的挥发性油状成分的总称。
      
（一）组成与分类
挥发油为一混合物，其组分较为复杂，一种挥发油常常由数百种成分组成。其组分大致可分为一下几类：
      1．萜类化合物：主要是单萜、倍半萜、和它们含氧衍生物，而且含氧衍生物多半是生物活性较强或具有芳香气味的主要成分。
      2．脂肪族成分：多为一些小分子化合物，具有挥发性。如正庚烷、辛烯乙酸乙酯等。鱼腥草中所含挥发油主要有效成分为葵酰乙醛，具有抗菌作用，有鱼醒气味。
     3．芳香族成分：数量仅次于萜类，存在也相当广泛。有的为萜源衍生物，如麝香草酚；有的为一般含氧衍生物，如苯乙醇、水杨酸、水杨酸甲酯等；但大多数为苯丙素类衍生物，如丁香挥发油中具有抑菌和镇静作用的丁香酚。
     4．其它成分：其它还有一些挥发油样物质，如芥子油、挥发杏仁油、原白头翁素、大蒜油等，也能随水蒸气蒸馏，故也称之为“挥发油”。
      此外，川芎嗪、烟碱、毒黎碱等生物碱虽也是能随水蒸气蒸馏的液体，但这些化合物往往不作挥发油油类成分对待。

（二）理化性质
1．性状
        （1）颜色      挥发油大多为无色或淡黄色液体，有些挥发油含有奥类成分，或溶有色素，而显特殊颜色。
         （2）形态      挥发油在常温下为透明液体。低温放置，挥发油所含主要成分可能结晶析出，这种析出物习称为“脑”，如薄荷脑、樟脑等。
        （3）气味       挥发油具有特殊的气味，大多数为香味。也有少数为挥发油具有异味，如鱼腥草挥发油具有不愉快的臭味。
         （4）挥发性      挥发油均具有挥发性，可随水蒸气蒸馏，这是挥发油的重要性质，可以次区别脂肪油。
2．溶解度
   挥发油为亲脂性的物质，难溶于水，可溶于高浓度乙醇，易溶于乙醚、二硫化碳、石油醚等亲脂性的有机溶剂，在低浓度乙醇中溶度较小。
3．物理常数
      （1）相对密度     多数挥发油比水轻，习称“轻油”；也油少数挥发油比水重，习称“重油”。其相对密度一般在0.850~1.065之间。
      （2）折光性       挥发油具有较强的折光性，其折光率一般在1.43~1.61之间。
      （3）挥发性       挥发油几乎均有旋光性，其比旋度一般在+97~117°的范围内。
      （4）沸点           挥发油的沸点一般在70~300之间。

（三）提取分离
1．提取
      （1）水蒸气蒸馏
           利用挥发油的挥发性和水不相混溶的性质进行的提取。在加热过程中，当挥发油和水两者蒸气压之和与大气压相等时，挥发油即可随水蒸气蒸馏出来。这是从植物中提取挥发油最常用的方法。
      （2）浸取法
        不宜用水蒸气蒸馏法提取的挥发油原料，可以直接用有机溶剂进行提取。
           ①油脂吸收法        油脂类一般具有吸收挥发油的性质，往往利用此性质提取贵重的挥发油，如玫瑰油、茉莉花油等。
           ②溶剂提取法       用石油醚、乙醚等有机溶剂，采用连续回流提取法或冷浸法进行提取。本法提取的挥发油含有较多的亲脂性杂质，需进一步处理。
           ③超临界流体萃取法        二氧化碳超临界流体萃取法用于提取挥发油，具有防止氧化、热解及提高品质的突出优点。所得芳香挥发油气味与原料相同，明显优于其它方法。
       （3）冷压法      
         此方法使用于含油量较高的新鲜植物药材的提取。通常将压榨后的药材再用水蒸气蒸馏法提取残留挥发油。

2．分离
        （1）冷冻处理      
                 将挥发油置于0℃以下使析出结晶，如无结晶析出可将温度降至-20℃，继续放置。取出结晶再经重结晶可得纯品。如薄荷脑。
         （2）分馏法  
                 由于类别不同，分子量大小、双键的多少、含氧取代基等方面有一定的差异，因此它们的沸点各异。以此作为分离的依据。由于挥发油的组分多对热及空气中的氧较敏感，因此常采用减压分馏法分离挥发性成分。
         （3）化学分离法      
                 根据挥发油中各组分所连的官能团不同，选择适当的化学方法处理，使各组分达到分离的方法。
              ①碱性成分的分离       将挥发油溶于乙醚，用1%硫酸或盐酸萃取，得酸水液经碱化后再用乙醚萃取，蒸去乙醚即得碱性成分。
              ②酸、酚性成分的分离         将分出碱性成分的挥发油乙醚母液，再分别用5%碳酸氢钠和2%氢氧化钠萃取，所得碱性水溶液分别酸化后用乙醚萃取，前者可得酸性成分，后者可得酚性成分。
              ③醛、酮成分得分离         含这两种官能团成分的分离方法如下：
                     （i）将分出碱性、酸性、酚性成分的挥发油乙醚母液经水洗至中性，以无水硫酸钠干燥后，加亚硫酸氢钠饱和溶液，分出水层或加成物结晶，加酸或碱液处理，以乙醚萃取，可得醛类成分和甲基酮类成分；
                     （ii）将分出碱性、酸性、酚性、含醛和甲基酮等成分的挥发油乙醚母液，回收乙醚，在挥发油中加入适量的Girard T或Girard P试剂的乙醇溶液和10%乙酸，加热回流1h，待反应完成后加适量水稀释，用乙醚萃取，分取水层，酸化后再用乙醚萃取，可获得含酮基类成分。
              ④醇类成分的分离        将挥发油与丙二酸单酰氯或邻苯二甲酸酐或丁二酸酐反应生成酸性酯，再将生成物溶于碳酸钠溶液，用乙酸洗去未作用的挥发油，碱溶液经酸化后用乙醚萃取出所生成的酯，蒸去乙醚，残留物经皂化反应，再用乙醚萃取出挥发油中醇类成分。
         （4）层析分离方法
            ①吸附色谱法：      
              一般是将分馏法或化学分离法得到的部位用吸附色谱法进一步分离。
          吸附剂：氧化铝或硅胶；
          洗脱剂：石油醚、乙酸乙酯等按一定的比例组成溶剂系统；
            ②硝酸银络合薄层：
               依据其双键的数目和位置的不同，与硝酸银形成p-络合物的难易及稳定性的差异进行分离。
              一般来说，双键多的化合物易形成络合物；末端双键较其他双键形成的络合物稳定；顺式双键大于反式双键的络合能力。如a-细辛醚、b-细辛醚、欧细辛醚。
             ③其他色谱：
              制备性气-液色谱法；
              制备性薄层色谱。

（四）挥发油成分的鉴定
1．物理常数的测定
           相对密度、比旋度、折光率和凝固点等是鉴定挥发油常测的物理常数。
2．化学常数的测定
          酸值、皂化值、酯值是重要的化学常数，也是表示质量的重要指标。
          （1）酸值：酸值是代表挥发油中游离羧酸和酚类成分的含量。以中和1g挥发油中含有游离的羧酸和酚类所需要氢氧化钾毫克数目来表示。
           （2）酯值：代表挥发油中酯类成分含量，以水解1g挥发油所需氢氧化钾毫克数来表示。
            （3）皂化值：以皂化1g挥发油所需氢氧化钾毫克数来表示。事实上，皂化值等于酸值和酯值之和。
3．官能团的鉴定
         （1）酚类
         （2）羰基化合物
         （3）不饱和化合物和?类衍生物
         （4）内酯类化合物
4．层析法
         （1）薄层层析          TLC法        吸附剂：硅胶
                                                                 展开剂：石油醚-乙酸乙酯
         （2）气相色谱法
         （3）气相色谱-质谱（GC-MS）联用法

思考题：
1．根据碳原子个数，可将萜分为几类？每一类举出一个代表性的化合物并写出其结构式。
2．简述挥发油的化学组成及主要功能基。
3．简述环稀醚萜、卓酚酮、?类衍生物的结构特点，试根据其结构讨论其应具备的化学性质。
4．采用NaHSO3法从挥发油中分离含羰基化合物时，应注意的主要问题是什么？其应用范围和Girard试剂有何不同？

第七章  三萜及其苷类
目的要求：
1．了解三萜类化合物的生源途径及其生物活性。
2．熟悉三萜类化合物的主要结构类型。
3．掌握三萜类化合物的理化性质及提取分离方法。
4．熟悉三萜类化合物的结构鉴定。
教学时数：4学时。

重点、难点
一、 概述

        1．概念：多数三萜类衍生物的基本骨架是由6个异戊二烯单位、30个碳原子组成的。有的以游离的形式存在，有的则与糖结合成苷的形式存在，该苷类化合物多数可溶于水，水溶液振摇后产生似肥皂水溶液样泡沫，故被称为三萜皂苷，该类皂苷多具有羧基，所以有时又称之为酸性皂苷。
        2．分布：在植物界中分布广泛，种类繁多，大部分分布于五加科、豆科、桔梗科、远志科等。
        3．生物活性：抗炎，抗肿瘤，抗菌和抗病毒，降低胆固醇，杀软体动物，抗生育等活性。
        4．生物合成：三萜是由鲨烯经过不同途径环合而成，鲨烯是由倍半萜金合欢醇的焦磷酸酯尾尾缩合而成。
            
二、结构与分类

        已发现的三萜类化合物结构类型很多，多数三萜为四环三萜和五环三萜，也有少数为链状、单环、双环和三环三萜。

1．四环三萜
      （1）达玛烷型
               达玛烷型四环三萜从环氧鲨烯由全椅式构象形成，其结构特点是8位有角甲基，且为b-构型。此外13位连有b-H，10位有b-CH3，17位有b-侧链，C-20构型为R或S。如20（S）原人参二醇、20（S）原人参三醇、酸枣仁皂苷A和B。
      （2）羊毛脂烷型
              羊毛脂烷型四环三萜是从环氧鲨烯经椅-船-椅构象式环合而成，其结构特点是10、13、14位分别连有b，b，a- CH3，C-20为R构型，A/B，B/C，C/D环均反式。
（3）甘遂烷型
               甘遂烷型四环三萜同羊毛脂环一样，A/B，B/C，C/D环也均为反式，但13、14位连的CH3与羊毛脂烷相反，分别为a，b- CH3，C-20连有a-侧链(20S)。
      
（4）环阿屯烷型
                环阿屯烷型的基本骨架与羊毛脂烷很相似，差别仅在于环阿屯烷19位甲基与9位脱氢形成三元环。

      （5）葫芦烷型
               A/B环上的取代和羊毛脂烷类型化合物不同，有5b-H，8b-H，10a-H，9位连有b- CH3，其余与羊毛脂烷一样。

      （6）楝烷型
               由26个碳构成，与其它四环三萜类成分相比，后侧链失去4个碳原子，形成了17b-呋喃环，因此又称为降四环三萜或降四三萜。

2．五环三萜类
      （1）齐墩果烷型
              此类又称b-香树脂烷型。其基本骨架是多氢蒎的五环母核，环的稠合方式为A/B，B/C，C/D环也均为反式，而C/D环为顺式。母核上8个甲基，其中C-4和C-20位上均有偕二甲基，C-10、C-8、C-17的甲基均为b-型，而C-14的甲基为a-构型。
      （2）乌索烷型
                此类又称a-香树脂烷型或熊果烷型。其基本结构与齐墩果烷型不同之处是E环上两个甲基位置不同，即C-19和C-20上各有1个甲基，其中C-19位上的甲基为b-构型，而C-20位上的甲基为a-构型。
      （3）羽扇豆烷型
              与齐墩果烷型不同点是D环和E环是反式，C-21与C-19连成五元环（E环），并在C-19位上有a-构型的异丙基或异丙烯基取代。
      （4）木栓烷型
               木栓烷在生源上是由齐墩果烷烯烃甲基移位而演变来的。
三、理化性质
1．性状
       （1）三萜类化合物多有较好的结晶；若与糖结合成为苷类，则不易结晶，多为无色无定形粉末，但也有少数为晶体，如常春藤皂苷为针状晶体。
        （2）皂苷多数具有苦而辛辣味，其粉末对人体各部位的粘膜有较强的刺激性，尤以鼻粘膜最为敏感。
         （3）皂苷具有吸湿性，保存时应干燥放置。
         （4）多数三萜皂苷属于酸性。分子中羧基有的在皂苷元部分，有的在糖醛酸部分，在植物体内常与金属离子如钾、钙、镁等结合成盐的形式存在。
2．溶解性
         三萜皂苷元易溶于石油醚、苯、氯仿等有机溶剂，不溶于水；
         三萜皂苷可溶于水，易溶于热水，稀醇、热甲醇和热乙醇中。几乎不溶于石油醚、苯等极性小的有机溶剂，含水的丁醇或戊醇对皂苷的溶解度较好，因此是萃取皂苷时常用的溶剂。
3．颜色反应
         三萜化合物在无水条件下，与强酸（硫酸、磷酸、高氯酸）、中等强酸（三氯乙酸）、Lewis酸（氯化锌、三氯化铝、三氯化锑）作用，会产生颜色变化或荧光。
        原理：主要是使羟基脱水，增加双键结构，再经双键移位、双分子缩合等反应生成共轭双烯系统，又在酸作用下形成阳碳离子盐而呈色。
          （1）醋酐-浓硫酸反应
          （2）五氯化锑反应              
          （3）三氯醋酸反应              
          （4）氯仿-浓硫酸反应
        （5）冰醋酸-乙酰氯反应
4．表面活性
       皂苷有降低水溶液表面张力的作用，多数皂苷的水溶液经强烈振摇能产生持久性的泡沫，并不因加热而消失。用发泡实验可以初步判断皂苷的有无及区别三萜皂苷与甾体皂苷。
        （1）取1g中药粉末，加水10ml，煮沸10min后过滤，取滤液振摇，产生持久性的泡沫（15min以上）呈阳性。含蛋白质和粘液质的水溶液虽也能产生泡沫，但不能持久，很快消失，以此可区别二者。
         （2）取2支试管，分别加入0.1mol/L HCl和0.1mol/L NaOH各5ml，再各滴加3d中药水提取液，振摇1min，如两管形成泡沫持久相同，说明该中药含三萜皂苷；如碱液管的泡沫较酸液管泡沫保持时间长几倍，则证明含有甾体皂苷。
5．溶血作用
        皂苷有使血液中的红细胞破裂的作用，低浓度的水溶液就能产生溶血作用，因此在制备皂苷中药静脉注射液时须做溶血试验。
        单糖链皂苷溶血作用一般较显著；双糖链皂苷，尤其是中性三萜类双糖链皂苷溶血作用较弱或没有溶血作用；酸性皂苷的溶血作用介于二者之间。
        皂苷的溶血作用与其分子的结构有密切的关系，如使难以溶于水的皂苷元与糖以外的物质结合，并使之溶于水后，显示与皂苷有同样的溶血作用，所以溶血作用的有无与皂苷元有关，溶血作用的强弱则与结合的糖有关。
        由于皂苷能与胆甾醇形成沉淀，因此胆甾醇能解除皂苷的溶血毒性。
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、铜盐等产生沉淀。利用这一性质可以进行皂苷的提取和分离。
         ①酸性皂苷（通常指三萜皂苷）的水溶液加入硫酸铵、醋酸铅或其它中性盐即产生沉淀。
        ②中性皂苷（通常指甾体皂苷）的水溶液则需加入碱式醋酸铅或氢氧化钾等盐类才能生成沉淀。
四、 提取分离
1．三萜化合物的提取与分离
       （1） 提取：三萜化合物的分离方法大致可分为四类：
           ①用乙醇或甲醇提取，提取物 直接进行分离；
           ②用醇类溶剂提取后，提取物依次用石油醚、氯仿、乙酸乙酯进行部分提取，然后进一步分离；
           ③制备衍生物再作分离；
           ④由三萜皂苷水解获得。
      （2） 分离：采用反复硅胶吸附柱层析法。      
2．三萜皂苷的提取与分离
       （1）提取： 三萜皂苷常用醇类溶剂提取，若皂苷含有羟基、羧基极性基团较多，亲水性强，用稀醇提取效果较好。提取物先用石油醚脱脂，然后再用正丁醇萃取，萃取物再经大孔吸附树脂，得粗皂苷。
        （2）分离：采用分配柱色谱法要比吸附柱色谱法好，常用硅胶为支持剂，以氯仿-甲醇-水为或乙酸乙酯-乙醇-水为洗脱剂。

四、结构测定

1．UV
2．IR
3．MS
4． NMR

思考题：
1． 简述三萜皂苷的结构及其检识方法。
2． 根据皂苷的结构说明皂苷的性质，并进一步说明皂苷的提取分离方法。


第八章  甾体及其苷类
目的要求：
1．掌握甾体及其苷类的结构特征和类型。
2．掌握强心苷、甾体皂苷的理化性质、颜色反应及其应用。
3．掌握强心苷的酸水解法和酶水解法及酶水解法在生产中的应用。
4．了解强心苷的一般提取分离方法，掌握甾体皂苷及苷元的提取方法及沉淀分离方法。
5．熟悉强心苷、甾体皂苷的波谱特征，掌握甾体皂苷的红外光谱特征。
教学时数：6学时。

重点、难点
一、概述
1．概念
       甾体类化合物式天然广泛存在的一类化学成分，种类很多，但结构中都具有环戊烷骈多氢菲的甾核。
2．结构特点
      （1）甾核的四个环可以有不同的稠合方式。
      （2）甾核的C10和C13位有角甲基取代，C17位有侧链，它们均为b-型。
      （3）甾核C3位有羟基取代，可与糖结合成苷。C3位羟基具有两种构型：
            ① C3-OH与C10-CH3为顺式，称为b-型（以实线表示）；
            ② C3-OH与C10-CH3为反式，称为a-型或epi-（表-）型（以虚线表示）。
      （4）母核的其它位置还可以有羟基、羰基、双键、环氧醚等功能基的取代。
3．分类
        根据侧链结构的不同，天然甾类成分又分为许多类型：
C17侧链 A/B B/C C/D
C21甾类 羟甲基衍生物 反 反 顺
强心甾类 不饱和内酯环 顺、反 反 顺
甾体皂苷类 含氧螺杂环 顺、反 反 反
植物甾醇 脂肪烃 顺、反 反 反
昆虫变态激素 脂肪烃 顺 反 反
胆酸类 戊酸 顺 反 反
4．生源途径
        通过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         甾类  
5．通性
        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。
     （1）Liebermann-Berchard反应
     （2）Salkowski反应
     （3）Rosenheim反应
     （4）三氯化锑或五氯化锑反应

二、C21甾体化合物
        1．概念：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。
        2．活性：具有抗炎、抗肿瘤、抗生育等方面的活性。
        3．结构特点：C21甾类成分在植物体中除游离方式存在外，也可和糖缩合成苷类存在。
      
  （1）苷元的结构特征：①以孕甾烷或其异构体为基本骨架。在C5、C6位大多有双键，C20位可能有羰基，C17位上的侧链多为a-构型，但也有b-构型。
                                                  ②近年还发现一些变形的C21甾体化合物，如：14,15-开裂孕甾烷的衍生物――脱水拉得苷元；13,14;14,15-双开裂孕甾烷的衍生物――白薇新苷。
        （2）苷的结构特征：糖链多和C3-OH 相连，但也发现有连在C20位OH上。分子中除含有2-羟基糖外，有时还含有2-去氧糖。
三、  强心苷
（一）概述
      1．概念：强心苷是存在于植物中具有强心作用的甾体苷类化合物。
      2．生物活性：具有强心作用，主要用以治疗充血性心力衰竭及节律障碍等心脏疾患。
      3．分布：强心苷存在于许多有毒的植物中，已知主要有十几个科几百种植物，尤以玄参科、夹竹桃科植物最普遍。
                        在植物体内主要存在于果、叶或根中。
    （动物中至今未发现强心成分存在。如蟾蜍中强心成分为蟾毒配基基其酯类，而非苷类成分。）
     4．生物合成：以甾醇为母体经过多次转化而逐渐生成，涉及到大约20种酶的作用。
（二）化学结构与分类

     1．强心苷元
   从化学结构上看，是由强心苷元与糖缩合而成的一类苷。强心苷元均属甾体衍生物，其结构特征是在甾体母核的C-17位上均连一个不饱和内酯环。
  （1）甾体母核部分
         ①天然界存在的已知强心苷元，其B/C环为反式稠合，C/D环为顺式稠合，而A/B环则有顺式、反式两种稠合方式，但大多数是顺式，如洋地黄毒苷元；少数为反式，如乌沙苷元。
         ②甾体母核部的C-3和C-4位上都有羟基。C3-OH多为b-构型，如洋地黄毒苷元；少数是a-构型。C14-羟基均是b-构型。
         ③在母核的其它位置还可能出现羰基、羟基、环氧基等。
   （2）不饱和内酯环部分
         根据其在甾体母核的C-17位上连接的不饱和内酯环的不同，可将强心苷元分为两类。
         ①甲型强心苷元 （强心甾烯类）：其基本母核为强心甾，由23个碳原子组成。已知的强心苷元中，绝大多数属于此类。
         母核的C-17位上连接的是五元不饱和内酯环（即Δab-g-内酯），大多为b-构型，个别为a-构型。在异构化酶的作用下，b-构型的强心苷元可转变为无强心作用的或强心作用显著降低的a-构型异构体，例如毒毛旋花子种子中含有异构化酶，能使C-17位的侧链由b-构型转变为a-构型。
         ②乙型强心苷元（蟾蜍甾烯类或海葱甾二烯类）：其基本母核为蟾蜍甾或海葱甾，由24个碳原子组成。母核部分C-17位上连接的是六元环不饱和内酯环（即Δab, gd-双烯-d-内酯），为b-构型。
                  由乙型强心苷元与糖缩合而成的苷 称为乙型强心苷。天然界中仅少数几种强心苷元属于这一类型。
2．糖部分
         强心苷中的糖共有20余种。根据它们的C-2位上有无羟基可以分成a-羟基糖和a-去氧糖两类。a-去氧糖主要存在于强心苷类化合物的分子中，而在其他苷类化合物分子中则极少见，故在检识强心苷类时常需要进行a-去氧糖的鉴别反应。
        （1）a-羟基糖    除D-葡萄糖外，还有：
                 ①6-去氧糖          如L-鼠李糖等；
                 ② 6-去氧糖甲醚      如D-洋地黄糖等。
        （2）a-去氧糖  
                 ①2，6-二去氧糖          如D-洋地黄毒糖等；
                 ② 2，6-二去氧糖甲醚      如L-夹竹桃糖、D-加拿大麻糖等。
3．糖和强心苷元的连接方式
        强心苷分子，多数是几个单糖结合成低聚糖的形式，再与苷元的C-3位羟基连接成苷，少数为双糖苷或单糖苷。强心苷中糖部分自身虽无强心作用，但却科增加强心苷对心肌的亲和力。
        按与C-3位羟基直接相连的内端糖的种类的不同分为以下三种类型：
         I   型强心苷：苷元-（2，6-二去氧糖）x ―（D-葡萄糖）y
         II  型强心苷：苷元-（6-去氧糖）x ―（D-葡萄糖）y
        III  型强心苷：苷元-（D-葡萄糖）y
       天然存在的强心苷类以 I 型及  II 型较多，III  型较少。  
（三）理化性质
       1．理化性质
         （1）物理性质
                  ①性状：强心苷类多为无色结晶或无定形粉末，中性物质，有旋光性。C-17位上的侧链为b-构型者味苦，而a-构型者味不苦，但无强心作用。对粘膜有刺激性。
                  ②溶解度：可溶于丙酮、甲醇、乙醇、水等极性溶剂，难溶于乙醚、苯、石油醚等非极性溶剂。它们的溶解度也因糖基数目和性质以及苷元中有无亲水性基团而有差异。
        （2）化学性质
                在适当条件下，强心苷可发生分子中的内酯环开裂、双键氧化、某些取代基脱水或缩合、C17b-内酯侧链异构化等反应。在研究或制备强心苷的过程中要注意这些情况的发生。
2．苷键的水解
       强心苷的苷键可以在酸或酶的催化下发生水解。同时，分子中有的酯键结构还能被碱催化水解。因此，强心苷的水解分为化学方法和生物方法两大类，化学方法主要有酸水解、碱水解，生物方法主要有酶水解。
（1） 酸催化水解
        ① 温和酸水解法：用稀酸（如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。在此条件下，可使 I 型强心苷水解生成苷元和糖。因为苷元和a-去氧糖、a-去氧糖和a-去氧糖之间的糖苷键极易被酸水解，在此条件下即能被切断。
            但由a-羟基糖形成的苷键则难以水解，故常常得到二糖或三糖。
        ② 强烈酸水解法：II 型和 III 型强心苷中的堂，均非a-去氧糖。必须以高浓度的酸（3%~5%），增加作用时间或同时加压，才能使强心苷和糖之间的苷键、糖和糖之间的苷键全部水解。
            但却常引起苷元发生脱水反应，得不到原来的苷元。
        （2）酶水解法
         含强心苷的植物中均有水解b-D-葡萄糖苷键的酶共存，但无水解a-去氧糖苷键的存在。所以酶能水解除去强心苷分子中的葡萄糖而保留a-去氧糖。
                一般来说，乙型强心苷较甲型强心苷更易为酶水解；糖基上有乙酰基的强心苷较糖基上无乙酰基的强心苷水解速度慢。
                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。
               （3）碱水解法
          强心苷的苷键为缩醛结构，可被酸或酶水解，对碱则较稳定而不被水解。但是，在碱试剂的作用下，可使强心苷分子中的酰基水解、内酯环开裂、Δ20(22)转位及苷元异构化等。
　　　　①　酰基的水解：在强心苷的苷元或糖基上常有酰基存在，一般可用碱处理使酯键水解而脱去酰基。常用的碱有：NaHCO3、K HCO3（a-去氧糖上的酰基）、Ca(OH)2、Ba(OH)2（a-去氧糖、a-羟基糖上的酰基），它们能选择性地水解苷元或糖基上的酰基而不影响内酯环。
　　　　②　内酯环的水解：在水溶液中，NaOH、KOH能使强心苷的内酯环开裂，酸化后又可重新闭环。在醇溶液中，NaOH、KOH能使强心苷的内酯环开裂，但同时还使其结构异构化，故酸化也不再有可逆变化。
　　3．显色反应　　　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环和a-去氧糖而产生显色反应。
       （1）由不饱和内酯环产生的反应
           甲型强心苷的C17侧链上有不饱和五元内酯环， 在碱液中，双键转位能形成活性次甲基，从而能够与某些试剂反应而显色。而乙型强心苷在碱液中不能产生活性次甲基，故无此类反应。
          此类反应可以在试管内进行，也可以作为薄层层析和纸层析的显色剂。
      ①Legal反应：           NaFe(NO)CN5?H2O               深红或蓝
      ②Kedde反应 ：        3,5-二硝基苯甲酸                    深红或红
      ③Raymond反应：     间-二硝基苯                            紫红或蓝
      ④Baljet反应：          苦味酸                                      橙或橙红
（2）由2-去氧糖产生的反应
①Keller-Kiliani反应：
②对-二甲氨基苯甲醛反应：
③?吨氢醇（Xanthydrol）反应：
④过碘酸-对硝基苯胺反应：
（四）提取与分离
1．提取
       由于强心苷易受酸、碱、酶的作用，发生水解、脱水及异构化等反应。因此应注意：
         ①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，进行部分酶解。
         ②避免接触酸、碱。
2．分离
       一般用各种色谱方法进行分离。
       实例：毛地黄毒苷的提取：
                   西地兰的提取：
五、波谱特征        
1．UV
2．IR
3．MS
3． NMR

四、甾体皂苷

（一） 概述

        1．概念：甾体皂苷是一类由螺甾烷类化合物与糖结合的寡糖苷。有的以游离的形式存在，有的则与糖结合成苷的形式存在，该苷类化合物多数可溶于水，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：在植物界中分布广泛，主要分布于薯蓣科、百合科等。
        3．生物活性：防止心脑血管疾病，抗肿瘤，降血糖和免疫调节等作用。
      
（二）结构与分类
        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的构型和环合状态，可将其分为四种类型：
（1）螺甾烷醇类      C25为S构型
（2）异螺甾烷醇类      C25为R构型
（3）呋甾烷醇类           F环为开链衍生物
（4）变形螺甾烷醇类        F环为五元四氢呋喃环

（三）理化性质

        1．甾体皂苷元多有较好的结晶；若与糖结合成为苷类，则不易结晶，多为无色无定形粉末。
       甾体皂苷元易溶于石油醚、苯、氯仿等有机溶剂，不溶于水；甾体皂苷可溶于水，易溶于热水，稀醇、热甲醇和热乙醇中。几乎不溶于石油醚、苯等极性小的有机溶剂。含水的丁醇或戊醇对皂苷的溶解度较好，因此是萃取皂苷时常用的溶剂。
        2．甾体皂苷所具有的表面活性和溶血作用等与三萜皂苷相似，但F环开裂的皂苷往往不具溶血作用，而且表面活性降低。
        3．甾体皂苷与甾醇形成分子复合物，甾体皂苷的乙醇溶液可被甾醇（常用胆甾醇）沉淀。
        4．甾体皂苷在无水条件下，遇某些酸类亦可产生与三萜相类似的显色反应。
颜色反应
        
（四）提取与分离

       多采用溶剂提取法。主要使用甲醇或稀乙醇作溶剂，提取液回收溶剂后，用水稀释，经正丁醇萃取或大孔纯化，得粗皂苷，再经过硅胶柱层析分离或高效液相制备，得单体。
       常用的洗脱剂：氯仿：甲醇：水混合溶剂或水饱和的正丁醇。


（五）波谱特征
1．UV
2．IR
3．MS
4．NMR

思考题：
1．强心苷元主要分为哪几类？其主要结构特征具有哪些异同点？利用哪些化学性质可以区分它们？这些化学反应所用的试剂及反应现象是什么？
2．简述强心苷的一般溶解规律及影响因素。
3．按强心苷元及与其C-3位羟基直接相连的内端糖的种类的不同可将强心苷分为几种类型？每一类举出一个代表化合物。这些类型的强心苷分别可以采取什么样的水解方法进行水解？
4．甾体皂苷的理化性质与三萜皂苷的理化性质有何异同点？如何将二者区分开？
5．简述甾体皂苷的主要结构特征及其分类。 如何利用化学反应区别呋甾和螺甾类化合物？
6．如何利用IR、1H NMR、13C NMR区别螺甾类皂苷元25位碳的构型？ 螺甾烷质谱裂解的特征离子碎片有哪些？碎片离子质荷比有何规律？

第九章   生物碱
目的要求：
1．掌握生物碱的含义、分布及存在形式。
2．了解生物碱的生源关系，熟悉主要生物碱的结构类型。
3．掌握生物碱的理化性质、显色反应、检识方法及C―N键裂解反应。
4．掌握生物碱的一般提取、分离方法。
5．了解生物碱的结构鉴定与测定方法。
教学时数：6学时。

重点与难点：
一、 概 述
          生物碱是一类重要的天然含氮类化合物。
1．定义：       多数教材定义为：生物碱是指一类来源于生物界（以植物为主）的含氮的有机物，多数生物碱分子具有较复杂的环状结构，且氮原子在环状结构内，大多呈碱性，一般具有生物活性。                          
          含氮的有机化合物有很多，但低分子胺类（如甲胺、乙胺等）、非环甜菜因类、氨基酸、氨基糖、肽类（肽类生物碱除外）、蛋白质、核酸、核苷酸、卟啉类、维生素类等。
         比较确切的表述：生物碱是含负氧化态氮原子、存在于生物体中的环状化合物。
         负氧化态氮：包括胺（-3）、氮氧化物（-1）、酰胺（-3）；排除含硝基（+3）、亚硝基（+1）的化合物。
         环状结构：排除了小分子的胺类、非环的多胺和酰胺。（实际上有些非环的胺类或酰胺是属于生物碱范畴的，如麻黄碱）
2．分布：
       低等植物（蕨类、菌类）、高等植物（单子叶植物、双子叶植物）；
        同科同属植物可能含有相同结构类型的生物碱；
        在植物体内各个器官和组织都可能有分布，但对于一种植物来说，生物碱往往在植物的某种器官含量较高。
3．存在形式：
（1）根据氮原子在分子中所处的状态，主要分为六类：①游离碱②盐类③酰胺类④N-氧化物⑤氮杂缩醛类⑥其它如亚胺、烯胺等。  
      在植物体内，除以酰胺形式存在的生物碱外，少数碱性极弱的生物碱以游离的形式存在，绝大多数以盐的形式存在；个别生物碱则以氮氧化物的形式存在，如氧化苦参碱。

二、生物碱生物合成的基本原理

（一）环合反应
1．一级反环合应
（1）内酰胺形式：该反应主要限于肽类生物碱等的生物合成。
（2）希夫碱形式：含氨基（伯胺