皂苷

第九章皂苷学习目标概述皂苷为来源于植物界的一类结构较复杂的低聚糖苷类化合物，因其水溶液剧烈振摇时能产生大量持久的肥皂样泡沫，故名皂苷。其广泛分布于高等植物的双子叶植物和单子叶植物中，如五加科、豆科、远志科、桔梗科、石竹科、薯蓣科、百合科、玄参科等植物，另外也见于一些低等植物和海洋生物中，如茯苓、海参等。常见的中药有人参、甘草、穿山龙、柴胡、桔梗、薯蓣、甜叶菊、麦冬、知母等。皂苷的活性表现出多种多样，如甘草中的甘草酸有祛痰、止咳和抑制病毒复制作用，其苷元为甘草次酸，具有促肾上皮质激素样作用；远志里所含远志皂苷具有镇咳、祛痰和镇静作用；柴胡中得柴胡皂苷有镇静、止痛、解热和抗炎作用；娑罗子的主要活性成分为七叶皂苷，有α-和β-两种异构体，其中β-七叶皂苷是主要的活性异构体，七叶皂苷可以抑制磷脂酶A，减少炎症介质前体的释放，减轻组织的炎症反应，同时还有抑制胃酸分泌；常春藤有皂苷A和B，没有抗菌活性，酶解后，分别转变为单糖链的α-常春藤皂苷和β-常春藤皂苷，二者特别是α-常春藤皂苷具有强烈的抗菌活性；由爵床科植物（JusticiaSimplex）中分离出的三萜皂苷，称justicisaponinⅠ有精学习目的以皂苷的结构、理化性质、提取分离的基本知识和基本操作技能和实例的工艺流程进行教学。在于培养学生根据皂苷的性质从天然药物中进行提取、分离及鉴定皂苷实践操作能力和对结果做出正确分析与评价的能力，进一步熟练提取分离的理论和方法，为学习相关专业知识和技能而奠定基础。知识要求掌握皂苷的结构分类、溶解性、表面活性、溶血性、皂苷的提取、分段沉淀法和胆甾醇沉淀法分离的基本知识熟悉皂苷的形状、显色反应、皂苷元的提取、色谱法分离及实例人参了解皂苷的含义、分布、生物活性和实例穿山龙能力要求熟练掌握皂苷的提取分离基本操作技能，能提出合理的提取分离步骤和方案学会化学检识法初步鉴别皂苷的基本技术子顶体膜的稳定作用，干扰精子中酸性水解酶和蛋白质的释放，从而阻止卵细胞受精，表现出抗生育活性；柳叶牛膝的总皂苷对雌性小鼠有中期引产和抗生育作用；从植物蜘蛛抱蛋的根茎分离得到的皂苷有强烈的杀螺作用；大豆中的大豆皂苷可抑制血清中脂类氧化及过氧化脂质生成并有减肥作用；绞股蓝皂苷对大鼠血小板聚集及实验性血栓有明显抑制作用；由云南白药组分平重楼分离得到的甾体皂苷Ⅰ和Ⅳ，实验证明其对肿瘤细胞有显著的抑制作用。一些甾体皂苷元，如薯蓣皂苷元、海可皂苷元等是制药工业合成甾体激素的原料。第一节结构类型皂苷由糖或糖醛酸和皂苷元（非糖部分）组成。组成皂苷的糖常见有D-葡萄糖、D-半乳糖、L-阿拉伯糖、L-鼠李糖、D-木糖、D-葡萄糖醛酸以及D-半乳糖醛酸等。糖或糖醛酸以低聚糖的形式与苷元缩合而成皂苷。皂苷有不同的分类方法，如按照皂苷分子中是否含有酸性基团（如羧基），可将皂苷分成中性皂苷和酸性皂苷；按照皂苷分子中糖链数目的不同，可分为单糖链皂苷、双糖链皂苷和三糖链皂苷；按照皂苷在生物体的形成状态分为原生皂苷和次生皂苷。目前，最常用的是按照皂苷元的化学结构不同，将皂苷分为甾体皂苷和三萜皂苷。一、甾体皂苷甾体皂苷元为含27个碳原子的甾体衍生物，具有螺甾烷的基本骨架，其结构通式为：（一）甾体皂苷元结构特点1、螺甾烷的基本骨架由A、B、C、D、E、F六个环组成，A、B、C、D四个环为环戊烷骈合多氢菲组成甾体母核，C17位上的侧链与C16位上环合成含氧五元杂环E，C22位再环合成含氧六元杂环F，E、F环以螺缩酮形式连接（C22为螺原子）。其中A、B环的稠合有顺、反两种形式，C5位的H和C10位的-CH3在异侧的为反式，属α构型，在同侧的为顺式，属β构型。B/C环和C/D环一般为反式稠合，即8β、9α、13β、14α。2、分子结构中含有多个羟基，C3一般有一个羟基，为β构型，常与糖结合成苷。除C9或和季碳原子外，其他碳原子上都有可能有羟基取代，构型为α或β。另外，分子结构中也多含有羰基和双键，羰基常在C12位上，少数在C6和C11位上，其中羰基在C12位上皂苷元常作为合成激素药物的原料。双键常在∆5（6）、∆9（11），也有∆25（27）位上的。3、甾体皂苷分子中一般不含羧基，呈中性，故甾体皂苷又称中性皂苷，而三萜皂苷中多由羧基，称为酸性皂苷。4、甾体皂苷元在C10、C13、C20、C25位上都有一个甲基，C10、C13位甲基为角甲基，均为β构型。E、F环中含有C20、C22、C25三个手性碳原子。C20甲基在E环背面，为α构型（20αE）；C22对F环也是α构型（22αE）。而C25位甲基有差向异构体，当C25位上甲基位于F环平面上（即a键），为β构型，其绝对构型为S型，当C25位甲基位于F环平面（即e键），为α型，其绝对构型为R型，二者互为异构体，往往共存于植物体，因R型较稳定，故S型极易转化为R型。（二）甾体皂苷的结构类型依据螺甾烷结构中C25的构型和F环的环合状态，可将甾体皂苷元分为四种类型，具体见表8-1。表8-1甾体皂苷元的结构类型结构类型结构特点活性成分主要来源作用螺旋甾烷类C25位甲基为R构型菝葜皂苷元百合科植物菝葜（Smilaxchina）根茎其苷有抗真菌作用异螺旋甾烷类C25位甲基为S构型薯蓣皂苷元薯蓣科植物穿龙薯蓣(Dioscoreanipponica)根茎合成甾体激素的原料呋甾烷类F环开裂，C26引入β-OH，多成双糖链苷原菝葜皂苷百合科植物菝葜（Smilaxchina）根茎在酶作用水解成菝葜皂苷变形螺旋甾烷类F环为含氧的五元环，此类苷极少燕麦皂苷B禾本科植物燕麦（Avenasativa）种子调节血脂作用二、三萜皂苷三萜皂苷在植物界分布比甾体皂苷广泛，种类也多。其皂苷元是三萜类衍生物，一般含30个碳原子，由6个异戊二烯单位组成基本骨架。根据皂苷元的结构，三萜皂苷可分为四环三萜和五环三帖两大类。（一）四环三萜皂苷四环三萜皂苷的苷元除了含30个碳的化合物外，也有31个碳和32个碳的衍生物。其基本骨架与甾体相似，亦具有环戊烷骈多氢菲的基本母核，但在C17位上有由8个碳原子组成的侧链，多为β构型；在甾核的C4位上存在偕二甲基，并在C14位上比甾醇类多一个甲基。四环三萜皂苷元主要有以下类型，见表8-2。表8-2四环三萜皂苷元的结构类型结构类型结构特点活性成分主要来源作用羊毛脂烷型C18β-甲基连接在C13上猪苓酸A多孔菌科真菌茯苓（Poriacocos）抗肿瘤、免疫调节作用达玛烷型C18β-甲基由C13位转到C8上（C环内）20(S)-原人参三醇五加科植物人参(Panaxginseng)根及茎叶具有调血脂作用葫芦烷型与羊毛脂烷型骨架区别A/B环取代基不同：C5-β-H、C9-β-CH3、C10-α-H雪胆乙素葫芦百合科植物小蛇莲(Hemsleyaamabilis)根临床试用于急性痢疾、肺结核等（二）五环三帖皂苷五环三帖皂苷元类型数目较多，目前已发现的有15种以上，在中药中多见的主要的类型有以下三种，见表8-3。表8-3五环三萜皂苷元的结构类型结构类型结构特点活性成分主要来源作用齐墩果烷型（β-香树脂烷型）A/B、B/C、C/D环均为反式，D/E为顺式；母核8个甲基，C4、C14为偕二甲基，C8、C10C17为β型，C14为α型甘草次酸豆科植物乌拉尔甘草（Glycyrrhizauralensis）根茎有促肾上腺皮质激素样作用；抗炎、抗溃疡等作用乌苏烷型（α-香树脂烷型）与β-香树脂烷型不同，E环C29、C30甲基分别接在C19、C20上，构型分别是β和α型熊果酸来源于熊果叶、女贞叶、栀子果实等在体外有抑菌活性，有安定作用羽扇豆烷型与β-香树脂烷型不同，E环为五元环，C19有α型异丙烷或异丙烯基取代，D/E环反式白桦酸鼠李科植物酸枣（wildjujube）种子抗肿瘤和HIV作用第二节理化性质一、性状皂苷是分子量较大的化合物，多为白色无定形粉末，不易结晶，仅少数为晶体（如常春藤皂苷为针状晶体），而其皂苷元大多有完好的结晶。皂苷多具吸湿性，保存时应应注意保持干燥。皂苷一般多具有苦、辛辣味（甘草皂苷有显著甜味，对黏膜刺激性也小），其粉末对人体各部位的粘膜有较强的刺激性，尤以鼻黏膜最为敏感，可反射性刺激呼吸道黏液腺分泌，稀释浓痰，便于排出。二、溶解性皂苷多数极性较大，一般可溶于水，易溶热水、稀醇，难溶于丙酮，几乎不溶于苯、乙醚等亲脂性溶剂。皂苷在含水正丁醇或戊醇中有较大的溶解度，可利用此性质从含皂苷水溶液中用正丁醇或戊醇萃取，借以与亲水性大的糖类、蛋白质等分离。若皂苷水解成次级皂苷后，其水中溶解度随之降低，易溶于中等极性的醇、丙酮、乙酸乙酯等。而皂苷元则不溶于水，而易溶于石油醚、苯、乙醚、氯仿等亲脂性溶剂。皂苷有一定的助溶性能，可促进其它成分在水中的溶解。三、发泡性皂苷既有亲水性基团也有亲脂性基团，具有表面活性剂的作用，能降低水溶液表面张力，其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。因此可以用做清洁剂、乳化剂。皂苷产生泡沫的情况还与pH值有关，可以利用此区别三萜皂苷与甾体皂苷。蛋白质的水溶液虽也能产生泡沫，但不能持久，在加热后很快消失，而皂苷水溶液并不因加热而消失，可区别二者。区别甾体皂苷和三帖皂苷：取两支试管分别加入0.1mol/LHCl和0.1mol/LNaOH各5ml,再各滴加中药水提液3滴，强烈振摇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，提示该中药含甾体皂苷。四、溶血性皂苷因能与红细胞膜中胆甾醇形成不溶于水的复合物，破坏红细胞正常渗透性，使细胞内的渗透压增高导致细胞破裂，产生溶血作用。如将其制成水溶液注射入静脉中，低浓度皂苷水溶液就能产生溶血作用，毒性极大，故通常称皂苷为皂毒类。肌内注射易引起肌肉坏死，而口服则无溶血作用，可能与它在胃肠道中不被吸收有关。皂苷溶血作用强弱不同可用溶血指数表示。溶血指数是指在一定条件下（同一来源红细胞、等渗、恒温等）能使血中红细胞完全溶解的最低溶血浓度。如薯蓣皂苷的溶血指数为1：400000，甘草皂苷的溶血指数为1：40000。皂苷的溶血作用与其分子结构有密切的关系，如使难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糖有关。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。由此可见并不是所有的皂苷都能破坏红细胞而产生溶血作用，例如人参皂苷无溶血现象，但经分离后，B型和C型人参皂苷有显著的溶血作用，A型人参皂苷则有抗溶血作用。五皂苷的水解皂苷的水解有两种方式，即可一次完成水解，生成皂苷元及糖，也可以分步水解，即部分糖先被水解，或双糖链皂苷中先水解一条糖链形成次生苷。由于皂苷所含的糖由于皂苷所含的糖为2-羟基糖，用温和的水解条件不能使苷键断裂，需用剧烈是条件进行水解，一般用2～4mol/L的矿酸，也可酸性较强的高氯酸，有时还需要加热或加压。由于水解条件剧烈，常使生成的皂苷元发生脱水、环合、双键移位、取代基移位、构型转化等变化，这样得到的不是真正的皂苷元，而是人工次生物。如人参皂苷的苷元应是四环三萜类20（S）-原人参二醇或20（S）-原人参三醇，但酸水解时得到的却是C20为R构型的人参二醇或人参三醇，因为在水解中C20发生了构型转变。为得到原生皂苷元可采用酶水解、Smith降解或光解法。六、显色反应皂苷在无水条件下，与硫酸或某些Lewis酸作用，产生颜色变化或荧光现象。其常用的显色反应有：1、Liebermann-Bruchard反应（醋酐-浓硫酸反应）取少量皂苷样品溶于醋酐中，加入醋酐-浓硫酸试剂（20：1）数滴，呈现黄→红→紫→蓝→绿的颜色变化。甾体皂苷颜色变化较快，最后出现绿色，而三萜皂苷只能转变为红或蓝或紫，最后不出现绿色。此法可初步鉴别甾体皂苷和三萜皂苷。2、Salkowski反应（三氯甲烷-浓硫酸反应）将皂苷溶于氯仿，加入浓硫酸，氯仿层呈现红或蓝色，浓硫酸层有绿色荧光。3、Rosen-Heimer反应（三