皂苷类化合物

国家卫生和计划生育委员会“十二五”规划教材全国高等医药教材建设研究会规划教材全国中医药高职高专院校教材中药化学技术供中药等专业用中药化学技术3版学习项目七皂苷类化合物学习内容一、结构分类二、理化性质三、提取与分离四、检识技术五、含有皂苷类化合物的常用中药概述皂苷（saponins）是存在于生物界的一类结构比较复杂的苷类，多为螺甾烷及其生源相似的甾族化合物或三萜类化合物的低聚糖苷。主要分布于陆生高等植物中，如中药人参、远志、桔梗、甘草、知母和柴胡等的主要有效成分都含有皂苷，也少量存在于海星和海参等海洋生物中。一、结构分类（一）甾体皂苷1.定义具有螺甾烷类化合物结构母核的一类皂苷。2.分布主要分布薯蓣科、百合科、玄参科、菝契科、龙舌兰科等单子叶植物中。3.结构特征甾体皂苷元含A、B、C、D、E和F六个环，其中A、B、C、D环为甾体母核。E环是呋喃环，F环是吡喃环，两环以螺缩酮（spiroketal）的形式相连接（C22是螺原子）；当C27为β-型（绝对构型S型），称螺旋甾烷。为α-型（绝对构型R型）称异螺旋甾烷。一、结构分类OOHO123456789101112131415161718192021222324252627ABCDOOHO123456789101112131415161718192021222324252627ABCD螺旋甾烷类异螺旋甾烷类C27为β-型（C25为S构型）C27为α-型（C25为R构型）一、结构分类一、结构分类4.生物活性降血糖:伪原知母皂苷AⅢ和原知母皂苷AⅢ。降低胆固醇和免疫调节。抗真菌、杀虫等。抗生育：杀灭精子、抗早孕。原知母皂苷AⅢ一、结构分类（二）三萜皂苷苷元为三萜类（30个碳原子组成）的皂苷称为三萜皂苷，主要存在于五加科、豆科、远志科及葫芦科等，其种类比甾体皂苷多，分布也更为广泛。大部分三萜皂苷呈酸性，多为酸性皂苷，少数呈中性。根据苷元的结构可分为四环三萜和五环三萜两大类。达玛烷型（dammarane）羊毛脂烷型（lanostane）甘遂烷型（tirucallane）环阿屯烷型(环阿尔廷型)（cycloartine）葫芦烷型（cucurbitane）楝烷型（楝苦素型）（meliacane）四环三萜一、结构分类HHCH3819HHHH156108911141718192021252627282930羊毛脂烷型HHH18达玛烷型HHH171314甘遂烷型葫芦烷型HH环阿屯烷型ABCD一、结构分类知识链接：人参、西洋参比较人参在我国用于防治疾病已有2000多年历史。西洋参又称花旗参，于1694年传入中国，至今已有300多年的历史。人参和西洋参的主要有效成分为三萜皂苷，含量约4％，其中须根含量较主根高，全植物中以花蕾含皂苷量最多。人参可改善记忆全过程，而西洋参只改善记忆获得与再现而无改善记忆巩固的作用；西洋参因有较强抗氧化活性和清除自由基作用，所以对心血管系统的作用较人参更强；人参可提高人体抗X射线辐射的保护作用，长期服用人参能降低肺、胃、肝和结肠癌发生率，所以抗肿瘤作用人参更强；对伤口愈合人参好于西洋参；另外，人参西洋参均有一定的抗糖尿病作用。五加科植物人参中的人参皂苷(ginsenosides):20R原人参二醇R=H20R原人参三醇R=-OH20S原人参三醇R=-OH20S原人参二醇R=HHOHOHO2017141310HHHHHOHOR8H2017141310HHHHOR8H达玛烷型实例:一、结构分类五环三萜齐墩果烷（Oleanane）乌苏烷（Ursane）羽扇豆烷（Lupane）木栓烷（Friedelane）一、结构分类齐墩果烷型实例齐墩果酸(Oleanoicacid)降转氨酶，肝保护，防止肝硬化，治疗肝炎HOCOOH一、结构分类齐墩果酸首先由油橄榄的叶子中分得，广泛分布于植物界，如在青叶胆全草、女贞果实等植物中游离存在，但大多数与糖结合成苷存在。齐墩果酸具有抗炎、镇静、防肿瘤等作用，是治疗急性黄胆性肝炎和慢性迁延性肝炎的有效药物。刺五加龙芽楤木(刺龙芽)一、结构分类知识链接：皂苷的其他分类方法按照皂苷分子中连接糖链数目不同，可分为单糖链皂苷、双糖链皂苷和三糖链皂苷。与皂苷共存于植物体内的酶，可使低聚糖链部分水解，也可使双糖链皂苷水解成单糖链皂苷，使皂苷转化为次生苷，称次皂苷（prosapogenins）。甘草酸甘草次酸R1R2Ra1H-glc-(6-1)-ara(p)-(4-1)-xylRa2H-glc-(6-1)-ara(f)-(2-1)-xylRb1H-glc-(6-1)-glcRb2H-glc-(6-1)-ara(p)Rc1H-glc-(6-1)-ara(p)Rd1H-glcRg1H–H(20R)HOGlcGlcOHOR22R1人参皂苷（gensenosides）20(S)-protopanaxadiolR1=H20(S)-protopanaxatriolR1=OR3R1R2ReO-glc-(2-1)-rha–glcRfO-glc-(2-1)-glc–H(20S)对抗溶血溶血中枢神经抑制、安定中枢神经兴奋抗疲劳一、结构分类二、理化性质（一）性状分子量较大，不易结晶，多为无色或乳白色无定形粉末，少数为晶体。大多无明显熔点，在熔融前就已经分解，而皂苷元多为晶体，也有恒定的熔点；皂苷多具吸湿性，味甘而辛辣，对黏膜有刺激性，尤以鼻内黏膜最为灵敏，吸入鼻内可引起喷嚏，还可反射性地促进呼吸道粘液腺分泌，使浓痰稀释，易于排出。如桔梗、远志、枇杷叶、紫菀等止咳化痰药均含有皂苷。少数皂苷如甘草皂苷有显著的甜味，对黏膜刺激性也弱。二、理化性质（二）溶解性多数皂苷极性大，一般可溶于水，易溶于热水、含水稀醇、热甲醇和热乙醇，难溶于丙酮、乙醚、苯等亲脂性有机溶剂。皂苷在含水正丁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进行萃取，从而与糖类、蛋白质等亲水性强的杂质分离。皂苷水解生成次皂苷后，水溶性随之降低，易溶于中等极性的醇、丙酮、乙酸乙酯中。二、理化性质（三）表面活性皂苷有降低水溶液表面张力的作用。多数皂苷水溶液经强烈振摇，能产生大量持久性泡沫（少数泡沫量较少，如甘草皂苷）。蛋白质水浸液也可产生泡沫，但是加热后蛋白质因凝固而泡沫消失，而皂苷产生的泡沫不因加热消失。操作：中药粉末加水煮沸10分钟后滤出水液，振摇后产生持久性泡沫（15分钟以上）。利用发泡试验可区别甾体皂苷与三萜皂苷：取两支试管，分别加入5ml0.1mol/L的HCl及0.1mol/L的NaOH，再各加中药水提液3滴，振摇1分钟，如两管形成泡沫持久性、高度相同，则提示中药含三萜皂苷（酸性皂苷）；如碱液管的泡沫较酸液管的泡沫高数倍，且持续时间长，则提示中药含甾体皂苷（中性皂苷），这是由于中性皂苷在碱水溶液中能形成较稳定的泡沫。二、理化性质皂苷二、理化性质（四）溶血性大多数皂苷能破坏红细胞而具有溶血作用。皂苷溶血作用的强弱可用溶血指数来表示。溶血指数是指皂苷对同一动物来源的红细胞稀悬浮液，在同一等渗条件、缓冲条件及恒温下造成完全溶血的最低浓度。如：薯蓣皂苷的溶血指数为1∶400000;甘草皂苷为1∶4000;人参总皂苷无溶血现象，但经分离后，A型有抗溶血作用，而B型和C型人参皂苷则有显著的溶血作用。二、理化性质（五）水解性皂苷可被植物中共存的酶水解，酶水解配合化学方法水解可提高收率。皂苷中若存在酯苷键，可在碱性条件下水解。由于皂苷所含的糖都是α-羟基糖，因此水解所需条件较为剧烈，一般可用2mol/L～4mol/L的矿酸。20SHOR2OOHOR1HHHOOHOHOH+HHOHOOHOHH20RB型人参皂苷(20S)原人参三醇（20R）人参三醇在选择水解条件时，应考虑保护苷元不被异构化。采用温和的水解方法（如酶解法、土壤微生物培养法、Smith氧化降解法或光解法等）可以得到原始皂苷元。HOHOOHHH+HOOHOHHHR1OR2OOHH20SA型人参皂苷（20S）原人参二醇（20R）人参二醇二、理化性质三、提取与分离（一）提取技术1.皂苷的提取技术用不同浓度的甲醇或乙醇作为提取溶剂，提取后回收溶剂，滤除不溶物，再用石油醚、苯等亲脂性有机溶剂萃取，除去油脂、色素等脂溶性杂质，然后再用正丁醇进行萃取，皂苷转溶于正丁醇中，而糖类等水溶性杂质则留在水中，分取正丁醇溶液，回收正丁醇，得粗制总皂苷。本法为目前提取皂苷的通法。三、提取与分离2.皂苷元的提取技术皂苷元易溶于苯、三氯甲烷、石油醚等亲脂性较强的有机溶剂，不溶或难溶于水。一般可将粗皂苷加酸水解后，再用亲脂性有机溶剂提取，也可直接将药材加酸水解，使皂苷水解生成皂苷元，再用有机溶剂提取。三、提取与分离（二）分离技术1.分段沉淀技术皂苷在醇中溶解度大，在丙酮、乙醚中溶解度小，可先将粗总皂苷溶于少量的甲醇或乙醇中，然后逐滴加入丙酮、乙醚或丙酮-乙醚（1∶1）的混合溶液至混浊，放置产生沉淀，滤过得极性较大的皂苷。母液继续滴加丙酮或乙醚，至析出沉淀得极性较小的皂苷。通过这样反复处理，可初步将不同极性的皂苷分段沉淀分离。三、提取与分离2.胆甾醇沉淀技术甾体皂苷可与胆甾醇生成难溶性的分子复合物，利用此性质可与其他水溶性成分分离，达到精制目的。三、提取与分离3.色谱分离技术（1）分配色谱：皂苷极性较大，用分配柱色谱分离效果较好。（2）吸附色谱：吸附剂常用硅胶和氧化铝，适用于分离亲脂性皂苷元，用苯、三氯甲烷、甲醇等混合溶剂梯度洗脱，可依次得到极性从小到大的皂苷元。（3）高效液相色谱：大多采用反相色谱柱，以甲醇-水或乙腈-水等溶剂为流动相分离和纯化皂苷效果较好。（4）大孔树脂吸附技术：对极性较大的皂苷可先用甲醇提取，回收甲醇，残渣用水溶解，上大孔树脂柱，用水洗去糖类杂质，再用乙醇梯度洗脱，得到不同组份的皂苷混合物，初步分离后还需进一步用硅胶柱色谱或高效液相色谱分离得皂苷单体。四、检识技术（一）化学检识技术皂苷在无水条件下，与浓酸或某些Lewis酸作用，出现颜色变化或呈现荧光。此类反应较灵敏，但专属性差。1.醋酐浓硫酸反应（Liebermann-Burchard反应）试样溶于醋酐中，加入醋酐-浓硫酸（20∶1）数滴：三萜皂苷：黄→红→紫→褪色甾体皂苷：黄→红→紫→蓝→绿色→褪色甾体皂苷颜色变化较快，最后呈蓝绿色。三萜皂苷只能呈红或紫色，不出现绿色。用此法可初步区别甾体皂苷和三萜皂苷。四、检识技术2.三氯甲烷-浓硫酸反应（Salkowski反应）试样溶于三氯甲烷，加入浓硫酸，三氯甲烷层呈红或蓝色，硫酸层呈绿色荧光。3.三氯醋酸反应（Rosen-Heimer反应)将试样的三氯甲烷溶液滴在滤纸上，喷25％三氯醋酸乙醇溶液，加热至60℃，生成红色渐变为紫色（甾体皂苷），加热到100℃才显色，生成红色渐变为紫色（三萜皂苷）。三氯醋酸较浓硫酸温和，故可用于纸色谱。四、检识技术4.五氯化锑反应（Kahlenberg反应）皂苷与五氯化锑的三氯甲烷溶液呈红、棕或紫色。五氯化锑属Lewis酸类试剂，与五烯阳碳离子成盐而显色。用三氯化锑结果相同。△20%五氯化锑或三氯化锑/CHCl360℃-70℃样品/CHCl3或醇红、棕或紫色四、检识技术5.醋酸-乙酰氯的反应（Tschugaeff反应）试样溶于醋酸中，加乙酰氯数滴及氯化锌结晶数粒，稍加热，呈现淡红色或紫色。一般具有三萜类母核的化合物均可发生此反应。（二）色谱检识技术1.薄层色谱（1）亲水性强的皂苷用分配色谱效果较好。选用硅胶薄层，用极性较大的展开剂。常用展开剂：水饱和的正丁醇、正丁醇-乙酸乙酯-水（4∶1∶5）、乙酸乙酯-吡啶-水（3∶1∶3）、乙酸乙酯-醋酸-水（8∶2∶1）。四、检识技术（二）色谱检识技术（2）亲脂性强的皂苷和皂苷元用吸附色谱吸附剂：硅胶展开剂：苯-乙酸乙酯（1∶1）、环已烷-乙酸乙酯（1∶1）、苯-丙酮（8∶1）、三氯甲烷-丙酮（95∶5）。分离酸性皂苷时，应在展开剂中加少量酸，可避免产生拖尾现象。显色剂：三氯醋酸、浓硫酸、50％硫酸、三氯化锑或五氯化锑、醋酐-浓硫酸及磷钼酸等试剂。四、检识技术（二）色谱检识技术