中药化学(2)第七章

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1、第七章 萜类和挥发油 第一节 萜类 一、概述 （一）萜类的含义及分类 1.含义 萜类化合物（ Terpenoids）是由甲戊二羟酸衍生、基本骨架以五个碳为基本单位的异戊二烯的聚合体及其衍生物，其少数也有例外。 大量的实验研究证明，甲戊二羟酸（ Mevalonic acid, MVA）（而不是异戊二烯）是萜类化合物生源途径中最关键的前体物。因此，一般认为， 凡由甲戊二羟酸衍生、且分子式符合（ C5H8 )n 通式的衍生物均称为 萜类化合物 2.分类 萜类化合物常常根据分子结构中异戊二烯单位的数目进行分类，如单萜、倍半萜、二萜等，同时再 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

2、、单环萜、双环萜、三环萜、四环萜等，例如链状二萜、单环二萜、双环二萜、三环二萜、四环二萜。 萜类多数是含氧衍生物 ， 所以萜类化合物又可分为醇 、 醛 、 酮 、 羧酸 、 酯及苷等萜类 。 萜类化合物的分类及分布 分 类 碳原子数 通式(C5H8)n 存 在 半 萜 5 n=1 植物叶 单 萜 10 n=2 挥发油 倍 半 萜 15 n=3 挥发油 二 萜 20 n=4 树脂、苦味质、植物醇 二倍半萜 25 n=5 海绵、植物病菌，昆虫代谢物 三 萜 30 n=6 皂苷、树脂、植物 乳汁 四 萜 40 n=8 植物胡萝卜素 多 聚 萜 7.5x103至 3x105 (C5H8)n 橡胶、硬橡

3、胶 （二）萜类化合物的生物合成途径 萜类化合物的生物合成途径主要有如下两种观点： 经验的异戊二烯法则 生源的异戊二烯法则 1.经验异戊二烯法则 认为自然界存在的萜类化合物都是由异戊二烯衍变而来，是异戊二烯的聚合体或衍生物，并以是否符合异戊二烯法则作为判断萜类物质的一个重要原则。 H2CC H2C HC HC H2C H3H2CH3C加 热H2CC HC H2C HH2CC H3H3C C H2异 戊 二 烯二戊烯 后来发现有许多萜类化合物的碳架结构无法用异戊二烯的基本单元来划分 当时在植物的代谢过程中也很难找到异戊二烯的存在。 OOO H艾里木酚酮土青木香酮 扁柏酚O2.生源的异戊二烯法则 证

4、实了萜类化合物是经甲戊二羟酸途径衍生的一类化合物 。 主要内容 首先由乙酰辅酶 A (乙酰基 -CoA)与乙酰乙酰辅酶A(acetoacetyl-CoA)生成甲戊二羟酸单酰辅酶 A(3-hydroxy-3-methylglutaryl CoA, HMG-CoA)， 后者还原生成 甲戊二羟酸 (MVA)。 MVA 经数步反应转化成 焦磷酸异戊烯酯 ( 3-isopentenyl pyrophosphate, IPP)， IPP经硫氢酶(sulphyhydryl 酶 ) 及焦磷酸异戊酯异构酶 (IPP isomerase) 转化为 焦磷酸 r, r二甲基烯丙酯 (r, r-dimethyl烯丙基

5、pyrophosphate， DAPP)， IPP和 DAPP称 “ 活性异戊二烯 ” ， 是萜类成分在生物体形成的真正前体 ， 在生物合成中起着烷基化的作用 。 IPP和 DAPP两者均可转化为半萜，并在酶的作用下，头 尾相接缩合为焦磷酸香叶酯 (geranyl pyrophosphate, GPP)，衍生为单萜类化合物，或继续与 IPP分子缩合衍生为其它萜类物质。 几种不符合异戊二烯法则的情况 少数萜类结构不符合异戊二烯法则 ， 是因为在转变过程中产生异构化或发生降解反应的结果 。 天然的异戊二烯属半萜类 (hemiterpenoids)，可在植物的叶绿体中形成 ， 虽广泛存在 ，但其量极

6、微 ， 其生源途径尚不清楚 。 自然界常有一些半萜结合在非萜类化合物结构的母核上 ， 形成异戊烯基或异戊基支链 ， 而成为一种混杂的萜类化合物 ， 多见于黄酮和苯丙素类化合物中 。 （三）萜类化合物的分布 萜类化合物在植物界分布很广泛，据不完全统计萜类化合物超过了 26000多种。 存在最多的是种子植物，尤其是被子植物。 萜类化合物经常与树脂、树胶并生，与生物碱相排斥。 富含挥发油的植物：松科、柏科、胡椒科、马兜铃科、樟科、芸香料、龙脑科、伞形科、唇形科、败酱科、菊科和姜科等。 水生植物很少分布有挥发油。 某些菌类和苔藓类植物可合成一些萜类，如斜卧青霉菌 (青霉decumbens)合成橙花叔醇

7、。 近年来从海洋生物中发现了大量的萜类化合物。 （四）萜类化合物的生物活性 萜类化合物种类繁多，结构复杂，性质各异，因而其生理活性也是多种多样的，例如： 1.循环系统作用 萜类具有较好的抗血小板聚集、扩张心脑血管。增加其血流量以及调整心率、降压、降脂等作用。如芍药苷、银杏内酯等 2. 消化系统作用 3.呼吸系统作用 4.抗病原微生物作用 5.神经系统作用 6.抗肿瘤作用 7.抗生育作用 8.杀虫驱虫作用 9.甜味剂作用：甜菜素 (滕氏甜昧内酯，phylloduicin)具有蔗糖 600 800倍甜度，罗汉果甜素 V(mogroside V)的 0 02水溶液比蔗糖甜约250倍，可作调味剂。 1

8、0.昆虫性引诱剂及昆虫驱避物质；倍半萜丙二烯酮，对蚂蚁及其他昆虫有驱避作用。 其它如挥发油中的单萜和倍半萜成分，不少具有祛痰、止咳、平喘、驱风、健胃、解热及镇痛等活性。有些是香料、化妆品工业的重要原料。 二、单萜（ monoterpenoids） 是由 2个异戊二烯单位构成、含 10个碳原子的化合物类群，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。单萜以苷的形式存在时，不具有挥发性，不能随水蒸气蒸馏出来。 单萜类化合物可分为链状型和单环 、 双环等结构类型 ， 其中以单环和双环型两种结构类型所包含的单萜化合物最多 。构成的碳环

9、多为六元环 ， 也有五元环 、四元环和七元环 。 （一）链状（无环）单萜 C H2O HC H2O HC H2O HC H OC H OC H O香 叶 醇 G e r a n i o l 橙 花 醇 N e r o l 香 茅 醇 C i t r o n e l l o l香 叶 醛 G e r a n i a l 橙 花 醛 N e r a l 香 茅 醛 C i t r o n e l l a lC H2O H香叶醇香叶醇 (香叶醇 )“又称牻牛儿醇”，是香叶油、玫瑰油、柠檬草油和香茅油等的主要成分，具有似玫瑰的香气，沸点 229230oC。 C H2O H橙花醇 橙花醇 (nerol)

10、存在于橙花油、柠檬草油和其它多种植物的挥发油中，具有玫瑰香气 , 沸点 255260oC。 香茅醇存在于香茅油 、 玫瑰油等多种植物的挥发油中 ， 以左旋体的经济价值较高 。 上述三种萜醇都是玫瑰香系香料 。 C H2O H香茅醇柠檬醛：反式为 - 柠檬醛 （ 香叶醛 ，geranial） ， 顺式为 -柠檬醛 （ 橙花醛 ） ， 通常是混合物 ， 以反式柠檬醛为主 。 柠檬醛在柠檬草油和香茅油的含量较高 。 柠檬醛具有柠檬香气 ， 广泛应用于香料和食品工业 。 C H OC H O橙花醛 香叶醛(二 ) 单环单萜 环状单萜是由焦磷酸香叶酯 (GPP)的双键异构化生成焦磷酸橙花酯 (neryl

11、pyrophos - phate, NPP), NPP再经双键转位脱去焦磷酸基，生成具薄荷烷 (menthane)骨架的阳碳离子后，进一步而成薄荷烷衍生物。薄荷烷阳碳离子进一步环化成其它骨架。 HHHO HHHHO HHHHO HHHHO Hl- 薄荷醇 异薄荷醇 d- 新薄荷醇 新异薄荷醇薄荷酮O薄荷醇是薄荷 Mentha arvensis var.piperasceus 和欧薄荷 Mentha piperita 等挥发油中的主要组成成分。其左旋体 (l-menthol)习称“薄荷脑”，为白色块状或针状结晶。对皮肤和粘膜有清凉和弱的麻醉作用，用于镇痛和止痒，亦有防腐和杀菌作用。 斑蝥素 (a

12、ntharidin), 存在于斑蝥 , 芫青干燥虫体中，可作为皮肤发赤、发泡或生毛剂。用斑蝥素制备成的 N-羟基斑蝥胺 (N-hydroxycantharidimide)试用于肝癌，有一定疗效 。 斑 蝥 斑 蝥 素O NOOO HO OOO卓酚酮类 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定则 。 - 崖柏素- 崖柏素OO HOO H具有如下特性： (1)卓酚酮具有芳香化合物性质 , 具有酚的通性，显酸性，酸性强弱：酚 54321 此外，还有制备性气 液层析、制备性薄层层析等方法。 五、挥发油的检识 （一）理化检识 1.物理常数的测定 相对密度、比旋度、折光率、凝固点 2.化

13、学常数的测定 （ 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 1克挥发油中含有游离的羧酸和酚类所需要 氢氧化钾 毫克数来表示。 （ 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。皂化值等于酸值和酯值之和。 3. 功能团的鉴定 （ 1） 酚类： 将挥发油少许溶于乙醇中 ， 加入三氯化铁的乙醇溶液 ， 如产生蓝色 ， 蓝紫或绿色反应 ， 表示挥发油中有酚类物质存在 。 （ 2）羰基化合物： 与硝酸银的氨溶液发生银镜反应，表示有醛类等还原性物质存在； 挥发油的乙醇溶液加

14、2,4-二硝基苯肼，氨基脲，羟胺等试剂，如产生结晶形衍生物沉淀，表明有醛或酮类化合物存在。 （ 3） 不饱和化合物和薁类衍生物： 溴 /CHCl3 红色褪去 含不饱和化合物 篮 、 紫或绿色 含 薁类 成分 通过挥发油的无水甲醇溶液中加入浓硫酸时颜色的变化来判断是否含有薁类衍生物 。 （ 4）内酯类化合物 挥发油 /吡啶 + 亚硝酰氰化钠试剂 /NaOH 红色并逐渐消失 （ 、 不饱和内酯类化合物） (二 ) 色谱法的应用 1 薄层层析： 吸附剂：多采用硅胶 G或 级中性氧化铝 G 展开剂：石油醚 石油醚 -乙酸乙酯 显色剂：香草醛 -浓硫酸，茴香醛 -浓硫酸 例：某挥发油中含有以下几种成分，

15、如采用硅胶薄层检识，以石油醚乙酸乙酯展开，请写出各成分的 Rf值大小 O H O HO C O C H3OA .B . C .D .E .DEBAC 2气相色谱法 挥发油中已知成分的鉴定：利用已知成分的标准品与挥发油在同一条件下，相对保留值所出现的色谱峰，以确定挥发油中某一成分。 3气相色谱 质谱 (GC/MS)联用法 多采用气相色谱 质谱 数据系统联用(GC/MS/DS)技术。 多用于未知成分的分析鉴定 本章小结： 萜类部分 1掌握萜的定义、主要分类方法及其重要的代表化合物，了解萜的生源途径。 2掌握卓酚酮、环烯醚萜苷、薁类的结构特点和主要性质 3掌握萜类化合物形态、味、旋光性、溶解性等物理