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1、第15章 天然生物活性有机化合物15.1基本要求 了解天然生物活性有机化合物的分类及其命名。 掌握不同类天然生物活性有机化合物的结构特征。 了解各类天然生物活性有机化合物的构效关系。 初步了解天然生物活性有机化合物分布、性质及制备方法。 了解天然生物活性有机化合物的副作用。15.2基本知识点15.2.1萜类化合物（terpenoids）1. 结构特征 萜类化合物(terpenoids)一般是指具有（C5H8）n通式以及其含氧和不同饱和程度的衍生物。萜类化合物可看作是异戊二烯或异戊烷以各种方式连接而成的一类天然化合物，称“异戊二烯规则”， 萜类化合物广泛存在于植物、昆虫及微生物中，是天然化合物中
2、最多的一类。值得注意的是：（1）有的萜类化合物也不符合“异戊二烯规则”，如艾里木酚酮等。（2）异戊二烯或异戊烷不是萜类化合物的生物合成前体。2. 分类 按照“异戊二烯规则”分类，分为半萜、单萜、倍半萜、二萜等。名称碳原子数通式（C5H8）存在半萜（hemiterpenoid）5 n=1挥发油单萜(monoterpenoid)10n=2挥发油倍半萜(sesqniterpenoid)15n=3挥发油、树脂、苦味素二萜(diterpenoid)20n=4挥发油、叶绿素、苦味素二倍半萜(sesterpenoid)25n=5海绵、植物病菌、昆虫代谢物三萜(triterpenoid)30n=6皂苷、树脂、
3、植物乳胶角质四萜(teteraterpenoid)40n=8植物胡萝卜素类多萜(polyterpenoid)7.51033105n=8橡胶、巴拉达树脂、古塔胶按照分子中是否含环及所含环的多少分为：3. 主要来源及生物功效（1）提取分离：从动植物中提取分离，例如从中药没药中提取的没药烷（单环倍半萜）、从人参中提取的人参皂苷Rg3（四环三萜皂苷）等；（2）合成或半合成；包括有机合成、生物合成、酶工程等。（3）生物功效：a.抗生育活性：芫花酯甲（yuanhuacin）芫花酯乙（yuanhuadin）均为引产药。b.抗白血病、抗肿瘤活性：莪术醇（curcumol）治疗早期宫癌等。c.驱蛔虫和杀虫活性：
4、驱蛔素（ascaridole）、土木香内酯等（costunolide）。d.抗疟活性：青蒿素（arteannuin）等。 e.神经系统作用：如治疗神经分裂症的马桑内酯类化合物。 f.促进肝细胞再生活性：如齐墩果酸（oleanolicacide）。 g. 降血压活性：闹羊花酶素（rhodojuponin）对重症高血压有紧急降压作用。 h.还有消炎、泻下、降血脂、降低转氨酶等活性。 15.2.2甾族化合物甾类化合物（steroid）分子中含有一个环戊烷并氢化菲的骨架，4个环用A、B、C和D表示，广泛存在与动植物组织内，并在动植物生命活动中起着十分重要的作用。主要包括甾醇类和甾体激素。1. 甾族化合
5、物的结构特征（1）甾醇类化合物分类 甾醇类化合物是植物细胞的重要成分，一般多以游离状态或与糖形成苷而存在，并常与油脂共存于植物种子或花粉粒中，游离的植物甾醇都有较好的结晶形状和熔点，易溶于氯仿、乙醚等有机溶剂，而难溶于水，其苷能溶于醇。（2）甾醇类在结构上的区别如下： （3）动物体内重要的甾体化合物动物体内重要的甾体化合物主要有胆固醇、7-脱氢胆固醇、胆酸、脱氧胆酸、甘氨胆酸及牛磺胆酸等。2. 甾体激素 激素（hormone）是由内分泌腺及具有内分泌功能的一些组织所产生的，并具有调节各种物质代谢或生理功能的微量化学信息分子。（1）结构特征 均具有甾体环的结构特征。（2）分类15.2.3苷类化合
6、物是一类可用稀酸或酶水解后产生糖和非糖两部分的化合物，非糖部分称为苷元。苷类多是无色、无臭的粉末，能溶于水，可溶于乙醇、甲醇，难溶于醚或苯中，有些苷可溶于乙酸乙酯、氯仿中。而苷元则难溶于水，易溶于有机溶剂。1. 苷的结构及分类 苷=苷元+糖根据苷键分为：氧苷、氮苷、硫苷、碳苷等，常以氧苷较多，生物活性较强。2. 强心苷 强心苷由强心苷元与糖类缩合而产生的具有强心功能的苷类化合物。强心苷元根据C17位上连接的不饱和内酯环分为甲型强心苷元（五元内酯环）和乙型强心苷元（六元内酯环）两种。例如：毛地黄毒苷元为甲型强心苷元，海葱苷元为乙型强心苷元。3. 皂苷 皂苷（saponins）包括三萜皂苷和甾体皂
7、苷，因这类化合物的水溶液在振摇时产生似肥皂样的持久泡沫而得名。皂苷苷元主要有五环三萜皂苷和四环三萜皂苷等。4. 苷的化学性质 苷键是苷分子中特有的化学键，它是由糖的端基碳上形成的缩醛结构，因此具有一般缩醛的性质，例如对酸不稳定，易发生裂解而生成糖和苷元。（1）酸催化水解 苷键易被酸催化水解，反应一般在水和稀醇中进行，酸可以是盐酸、硫酸、醋酸、甲酸等。苷发生酸水解反应的机理为： a按照苷元不同水解难易不同，酸水解的易难顺序为：N-苷O-苷S-苷C-苷； b呋喃糖苷比吡喃糖苷容易水解； c酮糖苷比醛糖苷易于水解，这是因为酮糖大多为呋喃糖结构； d吡喃糖苷中，酸水解顺序五碳糖甲基五碳糖六碳糖七碳糖糖
8、醛酸酐； e.氨基糖较羟基糖难于水解，而羟基糖比去氧糖难于水解； f芳香属苷比脂肪族苷易水解，因为苷元部分有供电子结构。（2）碱催化水解 氧苷键对碱性试剂相当稳定，不易被碱催化水解，只有强碱加热情况下才能水解。但对于酯苷、酚苷、烯醇苷和-吸电子基取代的苷，这些苷键因具有酯的性质，遇碱可以发生水解。例如：（3）酶催化水解 酶的专属性很强，利用酶催化水解苷键时，所用条件温和，还可以保护糖和苷元的结构不变，也可以进行部分水解得到次级苷（少一个或多个糖后分子仍为苷）。因而可以获知苷元与糖、糖与糖的连接方式。-苷酶只能水解-糖苷键，-苷酶只能水解-糖苷键。 酶 水解键型麦芽糖酶（maltase）-葡萄糖
9、苷键苦杏仁苷酶(emulsin)-葡萄糖苷键转化糖酶(invertase)-苷酶，能水解-果糖苷键纤维素酶(cellulase)-葡萄糖苷键鼠李属苷酶(rhamnodiastase)-葡萄糖苷键（4）乙酰解反应 多糖苷通常在酸存在下与乙酐发生乙酰解反应，使苷分子中一部分裂解掉，一部分保留。其反应机理同酸催化反应，它是以CH3CO+为进攻基团。例如：（5）氧化开裂反应 Smith降解法是常用的氧化开裂法，即第一步用HIO4将苷分子中糖上的邻二羟基氧化开裂为二元醛，反应在室温及水或稀酸中进行；第二步用NaBH4还原二醛成相应的二醇；第三步在室温下与稀酸作用使起水解。例如：5. 皂苷的生物活性a.
10、皂苷具有抗菌、抗病毒作用，作用机制之一是由于皂苷与细菌细胞膜中胆固醇形成复合物。b. 抗肿瘤作用，如干草酸和干草素可抑制小鼠B16黑色素瘤的生长；人参皂苷抑制小鼠ARS肉瘤细胞的DNA合成等。c. 杀精及抗生育作用，五叶参中三萜皂苷、仙客来中皂苷、尼泊尔常春藤素等均具有杀精作用。d. 免疫调节作用，皂苷与其他成分相比，已显示为一种有效的免疫兴奋剂。人参皂苷、绞股蓝皂苷、黄芪皂苷等可增强肌体的免疫功能。e. 对心血管系统的作用更强，例如大豆皂苷通过阻止胆固醇在肠道的吸收而具有降低血液胆固醇含量的作用；人参皂苷对心脏功能的影响主要是增加心肌收缩力，减慢心率，增加心输出量和冠脉血流量，扩张血管等。f
11、. 对酶活性的影响，人参皂苷可激活兔肝中醛氧化酶和黄嘌呤氧化酶等。g. 对神经系统的作用，人参皂苷、柴胡皂苷、黄芪皂苷均具有镇静、和抗惊厥等作用。15.2.4 生物碱是一类存在于生物体内的含氮有机化合物，有似碱的性质，能与酸结合生成盐。游离的生物碱大多不溶或难溶于水，能溶于乙醇、氯仿、丙酮、乙醚和苯等有机溶剂中，而生物碱盐尤其是无机酸盐和小分子有机酸盐则易溶于水及乙醇，不溶或难溶于常见的有机溶剂。生物碱多具有特殊而显著的生理活性，是中药中一类重要的活性有机成分。1. 生物碱的分类 生物碱分类方法有多种，但都有它不够完善之处。在此我们介绍以下以基本母核类型进行分类，简单介绍如下：2. 生物碱的结
12、构特征 大多数生物碱由于分子结构中都含有氮原子，而氮原子有一孤电子对，能与质子结合生成盐，所以呈碱性。生物碱的分子结构不同，碱性强弱也不一样。游离生物碱极性较小，一般不溶于水或难溶于水，能溶于氯仿、乙醚、酒精、丙酮等有机溶剂中，亦能溶于稀酸溶液并生成盐。生物碱的盐类极性大，大多易溶于水及醇，难溶或不溶于苯、氯仿、乙醚等有机溶剂中。其溶解性能与游离生物碱恰好相反。生物碱盐遇碱仍可变为不溶于水的生物碱。生物碱分子中必须含有N元素，例如黄连素、吗啡等；但是含有N元素的不一定都是生物碱，例如氨基酸、蛋白质等不是生物碱。3. 生物碱的化学性质（1）性状：多数生物碱为结晶形固体，少数为无定形粉末。有些小分
13、子的生物碱为液体。生物碱多数具有苦味，个别具有挥发性，也有的生物碱可以升华。（2）旋光性：生物碱结构中如有手性碳原子或为手性分子，则具有旋光性。其旋光性与手性碳原子的构型有关，并且具有加和性。（3）溶解度：游离状态的生物碱分为亲脂性生物碱和亲水性生物碱两类。前者数目较多，它们易溶于苯、乙醚、卤代烃等极性较弱的溶剂中。而在水中溶解度较小或者不溶，相反，亲水性生物碱易溶于水中。（4）碱性：因其一般生物碱分子中含有N原子上的孤对电子，所以具有一定的碱性，随着N的类型不同及N多少及环境不同等因素导致生物碱的碱性不同。一般碱性顺序为： 胍基季铵碱脂肪胺基和脂氮杂环芳胺和芳氮杂环多氮同环芳杂环酰胺基4.
14、生物碱的生物活性a. 抗癌活性：喜树生物碱，长春花生物碱，三尖杉生物碱等；b. 镇静、止疼：吗啡，阿片等；c. 消炎：黄连素等。d. 止咳：可待因等；e. 神经中枢兴奋作用：咖啡因等。15.2.5 木质素木质素（ lingnan）是一类由基本结构为苯丙素（C6-C3）所组成的多合物。大多数木质素是游离状态，也有一些与糖结合成苷类。因其从植物的木质部和树脂中发现较早，并且分布较多，故而得名木质素。1. 木质素结构及分类 组成木质素的单位有桂皮酸、桂皮醇、丙烯苯、烯丙苯等。木质素的碳骨架结构类型多变，可由下列生源过程来解释： 以上游离基相互缩合即形成各种不同类型的木质素。 分类：2. 木质素的理化性质（1）性状及溶解度 多数常见的木质素是无色的结晶，一般没有挥发性，不能随水蒸气蒸馏，只有少数木质素在常压下因加热而升华，如去甲二氢愈创木质酸。游离的木质素是亲脂性的，一般难溶于水，易溶于苯、乙醚、氯仿及乙醇等有机溶剂，具有酚羟基的木质素类还可以溶于碱性水溶液中。木质素与糖结合成苷时则亲水性增加，对水的溶解性也增大。（2）光学活性 木质素分子中经常有多个手性碳原子或手性中心结构，所以大部分都有光学活性。木质素的生理活性常与手性碳的构型有关。因此在处理木质素过程中，应注意操作条件，以避免使其构型发生改变。（3）酸碱异构化作用 许多木质素类成分，由于饱和的环状结构部分可能
