天然药物化学-第八章-甾体及其苷类

2020/4/221第八章甾体及其苷类STEROIDESANDGLUCOSIDES2020/4/222SectionOneIntroduction天然广泛存在的一类化学成分，种类很多，包括动植物甾醇（也称固醇）、胆酸、维生素D、动物激素、肾上腺皮质激素、植物强心苷、蟾酥毒素、甾体生物碱、甾体药物、昆虫激素等。虽然这些成分来源不同、生理活性不同，但它们的化学结构中都具有甾体母核----环戊烷骈多氢菲。这类成分涉及到生理、保健、节育、医药、农业、畜牧业等多方面，对动植物的生命活动起着重要的作用。2020/4/223C17位有侧链。ABCD10135891714一、甾体的定义又名类固醇化合物（steroids），因其结构中都具有环戊烷骈多氢菲的甾核，1936年给这类化合物提出一个总称“甾体化合物”，“甾”字很形象化地表示了这类化合物的骨架，即在含有四个稠合环“田”字上面连有三个支链“〈〈〈”。C10、C13上各有一个甲基，称为角甲基。2020/4/224二、研究进展1903--1932年，甾醇及胆酸的研究阐明了甾体的碳架结构。1928--1960年，动物激素的发现和工业生产。1960--80年代末，避孕药物的合成及其应用与昆虫激素的发现。2020/4/225ABCD101358917143三、基本结构和分类在甾体母核上，大都存在C3羟基，可和糖结合成苷。而C17侧链有显著差别，根据C17侧链结构的不同，可将天然甾类分为不同类型。2020/4/226分类C17侧链A/BB/CC/DC21甾类羟甲基衍生物反反顺强心苷类不饱和内酯环顺、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羰2020/4/227四．立体化学甾体母核有七个手性碳原子，C5、C8、C9、C10、C13、C14、C17,故理论上应有27=128种光学异构体，但由于稠环的存在及其引起的空间阻碍，实际上可能存在的异构体大大减少，一般只以稳定的构型存在。2020/4/228ABCD101358917143HHHH1.母核的构型：甾体化合物的四个环之间，每两个环以碳碳单键稠和时，可以是顺式的，也可以是反式的。A/B环有顺式(5-βH)或反式(5-αH)稠和。B/C环是反式稠和（8-βH/9-αH)。C/D环有顺式(14-βH)或反式稠和(14-αH)。2020/4/229HHHCH3CH3CH3CH3CH3H（1）正系：A/B环为顺式，B/C反式，C/D反式，C5-H及C10-CH3处于环平面同一边，以粪甾烷（coprostane）为代表。2020/4/2210HHHCH3CH3CH3CH3CH3H（2）别系或异系：A/B为反式，B/C反式，C/D反式。C5-H及C10-CH3不处于环平面同一边，以胆甾烷（cholestane）为代表。2020/4/2211•许多甾体化合物，于C5处形成双键，故区分A/B环稠和时构型的因素不存在，故无正系、别系的区别。2020/4/22122.取代基的构型：天然甾类成分C10、C13、C17侧链大多为β-构型，以实线表示。由于C3上有羟基，故取代基的构型实质上是指C3羟基的空间排列，有两种类型的异构体：C3-OH,C10-CH3顺式:β型（实线表示）C3…OH,C10-CH3反式:α型或epi(表)型（虚线表示）2020/4/2213五、甾类成分的颜色反应甾类成分在无水条件下，用酸处理，能产生各种颜色反应，用这些反应来初步鉴别该类成分或供比色分析。1.Liebermann-burchard反应样品溶于冰醋酸，加浓硫酸-醋酐(1:20)，产生红紫蓝绿污绿等颜色变化，最后褪色。2020/4/22142.Salkowski反应样品溶于氯仿，沿管壁滴加浓硫酸，氯仿层显血红色或青色，硫酸层显绿色荧光。3.三氯化锑或五氯化锑反应将样品醇溶液点于滤纸上，喷以20%三氯化锑（或五氯化锑）氯仿溶液（不应含乙醇和水）干燥后，60-70℃加热，显黄色、灰蓝色、灰紫色斑点。2020/4/221525%三氯醋酸乙醇液红色、紫色B.25%三氯醋酸乙醇液:3%氯胺T水液（4：1）样品荧光反应毛地黄强心苷类的区别毛地黄毒苷类：黄色羟基毛地黄毒苷类：兰色异羟基毛地黄毒苷类：灰黄色4.Rosenheim反应：A.样品分子中有共轭双烯结构或经三氯醋酸作用，生成物具共轭双烯结构。2020/4/2216胆甾醇（cholesterol）三氯化锑反应黄—红色3，3‘双（2，4）胆甾二烯3，5-胆甾二烯其反应机理较复杂，无色的甾体化合物在无水条件下和浓酸作用，首先是C3含氧小基团的质子化而形成烊盐（此时加水稀释可回收甾醇），进一步则脱水形成共轭双键，然后产生双键移位或双分子聚合或氧化等过程，生成有色物，故有色物多为复杂混合物。例：2020/4/2217一、C21甾体化合物（一）定义C21甾(C21-steroides）是一类含有21个碳原子的甾体衍生物，由植物中分离出的C21甾类都是以孕甾烷（pregnane）或其异构体为基本骨架。是目前广泛应用于临床的一类重要药物，具有抗炎、抗肿瘤、抗生育等方面生物活性。SectionTwoSteroides2020/4/2218CH2CH3HHOCOCH3COCH35-孕甾烷孕甾烯醇酮黄体酮O2020/4/2219（二）存在形式C21甾类在植物体中除游离存在外，可与糖结合成苷——C21甾苷类。其苷类糖链多和C21甾的C3-OH相连，少数连于C20-OH上。其苷类分子中除2-OH糖外，还有2-去氧糖。2020/4/22201．C21甾苷类大都与皂苷、强心苷共存于中药中如洋地黄叶和种子中，含有强心苷、皂苷及C21甾苷（称为洋地黄醇苷或洋地黄醇苷类）。其无强心作用，水解可生成糖及苷元。杠柳的根皮及树皮称北五加皮，其中含多种甾苷，除强心苷--杠柳苷外，还含C21甾苷。2．有些植物，不含强心苷，而含C21甾苷，多存在于萝摩科。如从牛皮消中得到的牛皮消苷元、本波苷元、林里奥酮等均属C21甾苷。2020/4/2221A/B反；B/C反；C/D顺。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。C3、C8、C12、C14、C17、C20等位置可能有β–OH；C21位可能有α–OH。C11、C12羟基可能和醋酸、苯甲酸、桂皮酸等结合成酯。C3–OH有时和糖缩合成苷类存在。（三）结构特点2020/4/2222（四）结构类型ⅠⅡ3101317HOR1R2R3R4CCH3812R5128CH3CR1HO1713103R2R3HR4OHH20212020/4/2223OCH3OCH3OOOOCH3CH3OOCH3OCH3OOOCH3OOOCH3OCOOHOHOOHOCH3C告达亭青阳参苷II断节参苷2020/4/2224五．理化性质1．大都是结晶形化合物；一般亲脂性较强（分子中往往存在酯键）。可溶于石油醚、乙醚等亲脂性溶剂中，不溶于水；C21甾苷类水溶性增大。2020/4/2225界面及醋酸层颜色变化（蓝、蓝绿色）苷元不同而不同2．具甾体化合物的颜色反应。由于C21甾苷类分子中2-去氧糖的存在，故存在Keller—kiliani颜色反应（强心苷类颜色反应）C21甾苷类溶于含少量Fe3+(FeCl3或Fe2(SO4)3)的冰醋酸，沿管壁滴加浓H2SO4二、海洋甾体化合物2020/4/2226SectionThreeCardiacGlycosides一、定义强心苷（cardiacglycosides）是存在于植物中具有强心作用的甾体苷类化合物，由强心苷元和糖缩合而产生的一类苷。2020/4/2227目前临床应用的有二、三十种，用于治疗充血性心力衰竭及节律障碍等心脏疾病，如西地兰、地高辛、毛地黄毒苷等。但强心苷类能兴奋延髓催吐化学感受区而引起恶心、呕吐等胃肠道反应；且有剧毒，若超过安全剂量时，可使心脏中毒而停止跳动。其中某些强心苷对动物肿瘤有效，主要是细胞毒作用。2020/4/22281785年，W.Withering使用洋地黄叶治疗水肿，到现在已从十几个科一百多种植物中发现强心苷类，主要有夹竹桃科、玄参科、萝摩科、卫矛科、百合科、大戟科等等。较重要的植物有黄花夹竹桃、紫花洋地黄、毛花洋地黄、杠柳、铃蓝、海葱、福寿草、羊角拗等。动物中尚未发现有强心苷类成分，蟾蜍中所含的蟾毒也对心肌有兴奋作用，具强心作用，但其非苷类，而属甾类。2020/4/2229二、生物合成以甾醇为母体经多次转化而逐渐生成涉及到大约20种酶的作用，如还原酶、氧化还原酶、苷化酶、乙酰化酶等。毛地黄中的强心苷的形成过程：2020/4/2230HO-C6HOOOOOHOCH2OHHOOHCH2OH+C3HOOHOOHHOOOHO-C3强心苷生物合成途径：2020/4/2231三、化学结构和分类（一）苷元部分1.基本结构强心苷是由强心苷元（cardiacaglycone）与糖（sugar）二部分构成。2020/4/2232（1）苷元母核苷元母核A,B,C,D四个环的稠合构象对强心苷的理化及生理活性有一定影响。天然界存在的强心苷元B/C环是反式，C/D环是顺式，A/B环大多数为顺式----洋地黄毒苷元(digitoxigenin)，少数为反式----乌沙苷元(uzarigenin).2020/4/2233（2）取代基苷元母核上的C3,C14位上都有羟基：C3位-OH多为β-型---洋地黄毒苷元，少数为α-型(命名时冠以“表”字)——3-表洋地黄毒苷元(3-epidigitoxigenin)。C14位-OH都是β-型(C/D环顺式)。C10，C13，C17位有侧链，C10，C13多为β-CH3。C17位侧链为不饱和内酯环。C11,C12和C19位可能连羰基；C4,5、C5,6、C9,11、C16,17可能有双键。2020/4/22342.结构类型根据C17位侧链的不饱和内酯环不同分为：甲型：C17位侧链为五元环的△-内酯乙型：C17位侧链为六元环的△，-内酯这两类大都是β-构型，个别为α-构型，α-型无强心作用。2020/4/2235OOOHHHOROOOHHO3514甲型毛地黄毒苷元H202223213¦Â,14¦-二羟基-5Â-强心甾-20(22)-烯甲型强心苷元：C17位上连五元不饱和内酯环，即△αβ-γ-内酯----强心甾烯型。以强心甾（cardenolide）为母核命名。2020/4/2236OOHHHOROrOOHHOOr乙型海葱苷元20212223243¦Â,14¦-二羟基海葱甾4,20,22-三烯乙型强心苷元C17位上连六元不饱和内酯环，即△αβ，γδ----双烯-δ-内酯，分为海葱甾二烯和蟾蜍甾二烯。以海葱甾（scillanolide）或蟾蜍甾(bufanolide)为母核命名。2020/4/2237（二）糖部分构成强心苷的糖又20多种，根据C2位上有无-OH分为2-OH糖及2-去氧糖两类。后者主要见于强心苷。2-羟基糖除广泛分布于植物界的D-葡萄糖、L-鼠李糖外，还有：（1）6-去氧糖如：L-夫糖、D-鸡纳糖等。（2）6-去氧糖甲醚如：L-黄夹糖、D-洋地黄糖等。2020/4/2238OOOH,OHH,OHH,OHHOOHCH3OHHOHOCH3CH3OCH3D-洋地黄毒糖L-夹竹桃糖D-加拿大麻糖2-去氧糖（1）2,6-二去氧糖如：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。CH32020/4/2239（三）构成强心苷的糖对强心作用的影响构成强心苷的糖数目和种类不同，对强心苷活性影响不同。甲型强心苷元及其苷的毒性规律一般为：苷元单糖苷二糖苷三糖苷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-去氧糖苷乙型强心苷元及其苷的毒性规律一般为：苷元单糖苷二糖苷乙型强心苷元的毒性相应的甲型强心苷元2020/4/2240（四）糖和苷元的连接方式强心苷中，多数是几种糖结合成低聚糖形式再与苷元的