天然药物化学第七章-萜类和挥发油

第七章萜类和挥发油第一节萜类所有异戊二烯聚合及其含氧衍生物的总称。分子式符合(C5H8)n通式。特点：骨架庞杂、种类繁多、数量巨大、结构千变万化、生物活性广泛。化学结构特点：大多具有异戊二烯结构片断，其骨架以5个碳为基本单位。分类与分布分类碳原子数通式(C5H8)n存在半萜5n=1植物叶单萜10n=2挥发油倍半萜15n=3挥发油二萜20n=4树脂、苦味质二倍半萜25n=5海绵、细菌三萜30n=6皂苷、树脂四萜40n=8色素多聚萜103-105(C5H8)n橡胶一、结构类型单萜类（monoterpenoids）：2个异戊二烯单位、含10个C的化合物类群，挥发油的主要组分。分子量小，脂溶性。其含氧衍生物多具有较强的生物活性和香气，是医药、化妆品和食品工业的重要原料。成苷时，不具挥发性，不能随水蒸气蒸馏。分类：链状型和环状型(单环、双环、三环等)（一）单萜CH2OHCH2OHCH2OHCHOCHOCHO香叶醇Geraniol橙花醇Nerol?香茅醇Citronellol香叶醛Geranial橙花醛Neral?香茅醛Citronellal（1）链状单萜OHHHHOHHHHHOl-薄荷醇l-menthold-新薄荷醇d-neomenthol薄荷酮methoneOHOHOl-龙脑l-borneold-龙脑d-borneol樟脑camphor（2）环状单萜（单环单萜、双环单萜、三环单萜）（二）环烯醚萜环烯醚萜理化性质苷大多为白色结晶或粉末，多具旋光性，味苦；苷易溶水和甲醇，苷可溶乙醇、丙酮和正丁醇；苷难溶于氯仿、苯等亲酯性有机溶剂；其苷易水解，苷元为半缩醛结构容易聚合，难得到结晶苷元苷元遇酸、碱、羰基化合物和氨基酸能变色，与皮肤接触会变蓝苷元在冰醋酸溶液中，加少量铜离子，加热显蓝色A、环烯醚萜苷类：10个碳占多数，C1羟基多与葡萄糖成苷，大多为单糖苷；有的C11氧化成羧酸，可成酯。结构分类及重要代表物OCOOCH3OC6H11O5HHOHOH2CHOCOOROC6H11O5HHOH2CHOOC6H11O5HH3CSCOOH2CHOO栀子苷京尼平苷R为CH3京尼平苷酸R为H鸡屎藤苷OOglcOCH2OHOHOOglcCH2OHOHHHOHCOOCH2OHOglcOO梓醇catalpol梓苷catalposide桃叶珊瑚苷aucubin12345678910B、4－去甲环烯醚萜苷：9个碳构成OOOOglc龙胆苦苷gentiopicrosideNH4OH5%HClNOO龙胆碱gentianineC、裂环环烯醚萜苷：苦味苷龙胆苦苷，当药苷，当药苦苷，绣球内酯苦苷等通式：(C5H8)3分布：挥发油高沸点部分。海洋低等动物（海藻、软体动物等）、昆虫中也有发现存在形式：挥发油，醇、酮、内酯或苷，生物碱。含氧衍生物多具有香气和生物活性骨架繁杂，超过200余种（三）倍半萜分类：按碳环数：无环、单环、双环、三环、四环型；按环的碳原子数：五元环、六元环、七元环等；按含氧官能团：倍半萜醇、醛、酮、内酯等。链状倍半萜CH3CH3CH3CH3CH2OHCH3CH3OHCH3α－金合欢烯橙花醇α-farneseneβ-farneseneFarnesolNerolidolβ－金合欢烯金合欢醇青蒿素：倍半萜过氧化物，抗恶性疟疾。双氢青蒿素，蒿甲醚、青蒿琥珀酸单酯用于临床。鹰爪甲素：抑制鼠疟原虫的生长。OOOOCH3OOOOOOOOOHOH青蒿素青蒿素甲醚鹰爪甲素ArtemisininArtemetherYingzhaosu环状倍半萜薁衍生物薁类：五元环+七元环的非苯环芳烃化合物，分子结构中具有高度的共轭体系。多具有抑菌、抗肿瘤、杀虫等生物活性。性质：1、薁类可与苦味酸或三硝基苯形成具有敏锐熔点的p络合物，用于鉴别2、沸点高，挥发油分馏时可见美丽的蓝、紫、绿色现象时，示有薁类存在3、Saberty反应：挥发油1滴溶于加、1mL三氯甲烷中，再加入5%溴的三氯甲烷溶液，产生蓝紫色或绿色。概述由4个异戊二烯单位构成、含20个C的化合物类群。分布：植物界广泛，植物分泌的乳汁、树脂等均以二萜类衍生物为主，松柏科最多，菌类代谢产物，海洋生物。四、二萜生物活性强：紫杉醇、穿心莲内酯、关附甲素、雷公藤内酯、甜菊苷等。生源MVA×2NPP或GPP二萜C20GGPP(焦磷酸香叶基香叶酯)链状二萜CH2OH植物醇Phytol维生素A：动物肝，鱼肝，保持夜间视力，哺乳动物生长单环二萜CH2OH维生素A（vitaminA）双环二萜CH2OHHOHOOHO穿心莲内酯：抗菌消炎活性成分，临床治疗急性菌痢、胃肠炎、咽喉炎等，与亚硫酸钠反应可制成穿心莲内酯磺酸钠，制备水溶性注射剂。银杏内酯：治疗心脑血管疾病紫杉醇：是红豆杉中活性成分，已成新型天然抗肿瘤药物，对于卵巢癌、乳腺癌和肺癌疗效好。雷公藤甲素：抑制乳腺癌和胃癌细胞系集落形成三环二萜甜菊苷：甜度为蔗糖的300倍四环三萜COOglcOglc(2-1)glc由5个异戊二烯单位构成、含25个C。生源：由焦磷酸香叶基金合欢酯（GFPP）衍生而成。多为结构复杂的多环性化合物，数量少。OCOOCH3COOH14681012141618202122232425呋喃海绵素－3Furanospongin-3五、二倍半萜（一）性状：1、形态单萜和倍半萜：油状液体，可挥发，或为低熔点固体二萜和二倍半萜：结晶性固体。2、味苦味，或极苦，又称苦味素。但甜菊苷例外3、旋光性具有光学活性。二、物理性质（二）溶解性亲脂性强在水中的溶解度随着分子中含氧官能团的极性的增大、数量增多而增大萜类的苷有一定的亲水性。具内酯结构萜可用碱溶酸沉法分离纯化。萜类对高热、光、和酸碱敏感。（三）化学性质1）加成反应1.双键加成（1）与HX加成：+2HCl冰HAcClCl柠檬烯柠檬烯二氢氯化物（2）与溴加成：2Br2+BrBr冰HAc或Et2/EtOH（3）与亚硝酰氯反应：ClNOCCCCClNO氯化亚硝基衍生物蓝色~绿色NHCCNNO亚硝基胺类结晶状、物理常数⑴与NaHSO3加成反应2.羰基加成CHO柠檬醛/香茅油CSO3Na+OHH柠檬醛加成物（结晶状）H+或OH—NaHSO3或NaHSO3+H+OH—或NaHSO3+过量NaHSO3或长时间均产生双键加成物并且不可逆⑵与硝基苯肼加成反应⑶与吉拉德试剂加成反应吉拉德试剂T吉拉德试剂PNCH3H3CCH3CH2CONHNH2NCH2CONHNH210%HAc，回流水稀释，酸化，乙醚NCH2CORCRNNHNCH2CONHH2NRCRO乙醚水层（羰基物质）(吉拉德试剂P）2）氧化反应氧化剂：O3，CrO3，KMnO4，SeO2等OOHCrO3/H+薄荷醇薄荷酮CH2CH3CH3CH2CH3CH3OOOOOOOOOCH3OCH3CHOCHOCH22HCHO3O3[H]O薄荷酮CH3OCH3COOHCOOHCH3KMnO4丙酮β－甲基己二酸CCH3OCH2RCCHOOCH2RSeO2CHCHH2CCHCHHCOHCHCHCOSeO23）脱氢反应在惰性气体的保护下，用铂黑或钯做催化剂，将萜类成分与硫或硒共热（200-300℃）而实现脱氢。环萜的碳架因脱氢转变为芳香烃类衍生物，所得芳香烃类衍生物容易通过波谱或化学方法鉴定。脱氢反应可用作萜类化合物的结构鉴定。O薄荷酮SeOHCOOHSSe或第二节挥发油挥发油又称为精油（essentialoils)，具芳香气味的油状液体的总称。常温下能挥发，可随水蒸气蒸馏。分布：56科，136属，约300种菊科：菊、蒿、艾、苍术、白术、佩兰芸香科：芸香、降香、桔、橙、柠檬伞形科：川芎、小茴香、当归、柴胡唇形科：薄荷、藿香、香薷、紫苏、荆芥姜科：姜、姜黄、莪术、山奈、存在植物的全株、根茎、根、花、果、叶具体部位：植物的腺毛、油室、油管、分泌细胞、树脂道。挥发油的生物活性与应用一般具有祛风和局部刺激。生物活性多种多样例如：香柠檬油——抗菌柴胡挥发油——退热作用丁香油——局麻止痛土荆芥油——驱虫薄荷油——清凉、驱风、局麻茉莉花油——兴奋临床应用：冰片、樟脑、薄荷脑等一、挥发油的组成1．萜类——单萜和倍半萜类如：樟脑油中的樟脑（50%）桉叶油中的桉油精（70%）松节油中蒎烯（80%）薄荷油中薄荷醇（8%）2．芳香族化合物—多为苯丙素类(C6-C3)3．脂肪族成分:多为小分子(C9-C3)4．其它类成分—多为苷代谢产物或挥发性生物碱大蒜油—大蒜辣素、大蒜新素黑芥子油—异硫氰酸烯丙酯CH2=CHCH2SSCH2CHOCH2CH2=CHCH2SSSCH2CHCH2CH2=CHCH2NCS（一）性状1.颜色—多数无色、微黄，2.气味—多为香气和辛辣味，少数特异味3.形态—常温透明液体，低温—析脑如：薄荷脑，樟脑，龙脑4.挥发性—常温下可以挥发不留痕迹（与脂肪油区别）二、理化性质（二）溶解性：不溶于水（溶解部分为含氧化合物），易溶于石油醚、乙醚、二硫化碳、油脂。（三）物理常数1.沸点[b.p]：70~300℃2.相对密度[d]：＜1（单萜、倍半萜类）＞1（芳香类，丁香油、桂皮油）3.光学活性[α]：几乎均有旋光+97°~177°4.折光率[η]：1.43~1.635.稳定性：易〈O〉，[d]↑，颜色↑，树脂状物，不挥发。保存？三、提取与分离（一）提取1、水蒸气蒸馏法克莱森接头有助于减少因过度暴沸而将物料转移至接受瓶内的可能性操作技术装粉加水浸润通蒸汽挥发性成分被带出冷凝收集要点：蒸馏瓶中容积不能超过1/3溜出液由浑浊变澄清，表示蒸馏基本完成该法为通入水蒸气蒸馏，一般无需热源导人的蒸汽有助于避免混合物暴沸2、适用范围水蒸气蒸馏法只适用于具有挥发性的，能随水蒸气蒸馏而不被破坏，与水不发生反应，且难溶或不溶于水的成分的提取。3、特点：工艺简单、操作方便，实用性强，易于推广药材+H2O馏出液盐析萃取分液挥发油（一）提取1、水蒸气蒸馏法分为蒸馏法和通入水蒸气蒸馏法2、溶剂提取法低沸点溶剂回流提取或冷浸低温蒸馏得浸膏热乙醇溶解浸膏放置冷却过滤减压蒸馏较纯挥发油3、冷压法压力离心鲜果皮油与水分层特点：杂质较多除杂：再进行水蒸气蒸馏，除去非挥发性成分。4、超临界流体萃取法（SFE）超临界流体（SupercriticalFluidSF）处于临界度（Tc），临界压力（Pc）以上的流体。如CO2、NH3、CH2=CH2、丙烯、水等，目前最常用的是CO2作为超临界流体进行植物中一些成分的提取。利用一种物质在超临界区域形成的流体进行提取的方法称为超临界流体萃取。CO2的压力与温度、密度关系绿:气态橙:固态蓝:液态黄:超临界流体超临界流体（SF）的特性：SF的密度类似液体的高密度——溶解能力强。SF的粘度类似气体的低粘度SF的扩散系数约是液体的100倍——穿透力强。该项技术在月见草、桂花、柠檬、生姜等药材挥发油的提取应用上获得了良好的效果。（二）、分离薄荷油-10℃粗脑析脑油-20℃粗脑析脑油加热熔融0℃薄荷脑1、冷冻法2、分馏法分馏法分离的依据：沸点不同一般规律是：沸点随分子量增大、双键增多而升高；萜烃的沸点小于相应含氧衍生物的沸点；沸点随含氧官能团的极性增大而升高薄荷烷桉油精薄荷酮薄荷脑b.p167℃176℃207℃216℃OOOH三个馏分（1）低沸程馏分（35-70℃/1.333kPa）单萜烯类化合物（2）中沸程馏分（70-100℃/1.333kPa）单萜含氧化合物，包括醛、酮、醇、酚和酯等（3）高沸程馏分（100-140℃/1.333kPa）倍半萜烯及其含氧衍生物和薁类化合物⑴碱性成分的分离：挥发油/乙醚→1％硫酸→酸水液→碱化→乙醚萃取，蒸去乙醚（碱性成分）⑵羧酸、酚性成分的分离：羧酸/乙醚液：5％碳酸氢钠萃取酚类/乙醚液：2％氢氧化钠萃取3、化学法1.利用酸碱性不同进行分离⑴醛酮类成分的分离：NaHSO3试剂加成反应：醛酮类2.利用官能团不同进行分离挥发油母液水洗至中性无水硫酸钠干燥饱和亚硫酸氢钠低温短时间振摇提取分出水层或加成物结晶加酸或碱液，加成物分解乙醚萃取，溶剂回收GirardT(P)吉拉德试剂：醛酮类