天然荭物化学-第08章甾体及其苷类-6学时.ppt

第八章,甾体及其苷类,单 位：广西中医药大学部 门：药学院授课班级：本 科授课教师：潘为高 教授E-mail：,第一节 概述,甾体类天然化学成分，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。甾体类成分涉及到生理、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。,甾体母核有7个手性碳，C5、C8、C9、C10、C13、C14、C17，理论上有27=128种光学异构体；但因稠环的存在及其引起的空间阻碍，实际存在的异构体大大减少，一般只以稳定的构型存在。,甾体类的四个环之间，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-H)或反式(5-H)稠和。B/C环是反式稠和（8-H/9-H)。C/D环有顺式(14-H)或 反式稠和(14-H)。,正系：A/B环为顺式（C5-H及C10-CH3处于环平面同一边），B/C反式，C/D反式。,别系：A/B为反式（C5-H及C10-CH3 不处于环平面同一边），B/C反式，C/D反式。,许多甾体类，C5处形成双键，区分A/B环稠和时构型的因素不存在，无正系、别系的区别。,在甾体母核上，大都存在C3-OH，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。,天然甾类成分C10、C13、C17侧链大多为-构型，以实线表示。由于C3上有羟基，有两种类型的异构体：（1）C3-OH,C10-CH3 顺式:型（2）C3OH,C10-CH3 反式:型、epi(表)型,甾类成分在无水条件下，用酸处理，能产生各种颜色反应，用于鉴别或比色分析。醋酐-浓硫酸反应（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。三萜皂苷颜色变化稍慢，不出现污绿色（第7章三萜皂苷）；甾体皂苷颜色变化快，最后呈现污绿色。,三氯化锑或五氯化锑反应：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（不含乙醇和水）干燥后，60-70 加热，则：三萜皂苷显蓝色、灰蓝色、灰紫色斑点，UV下显蓝紫色荧光（第7章三萜皂苷）；甾体皂苷则显黄色、灰蓝色、灰紫色斑点。,氯仿-浓硫酸反应（Salkowski反应）：样品溶于氯仿，沿管壁滴加浓硫酸，氯仿层（上层）显血红色或青色，浓硫酸层（下层）显绿色荧光。三氯醋酸反应（Rosenheim反应）：样品和25%三氯醋酸乙醇液反应显红色、紫色。,第二节 C21甾类化合物,C21甾是一类含有21个碳原子的甾体衍生物，由植物中分离出的C21甾类都是以孕甾烷或其异构体为基本骨架。,卵巢黄体分泌的一种天然孕激素，在体内对雌激素激发过的子宫内膜有显著形态学影响，为维持妊娠所必需,孕烯醇酮是合成黄体酮、非那甾胺等的重要中间体,用于甾体类药物中间体和甾体类药物的合成,在植物体中，C21甾类除游离存在外，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。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）。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。,C21甾是广泛应用于临床的一类重要药物，具有抗炎、抗肿瘤、抗生育等活性。,结构特点：A/B反，B/C反，C/D顺；C5、C6位多有双键；C20位可能有羰基；C17侧链多为构型，少数为构型；C3、C8、C12、C14、C17、C20有-OH，C11 有-OH；C11、C12羟基还可能与醋酸、苯甲酸、桂皮酸结合成酯。,第三节 强心苷类,定义：强心苷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。临床应用：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。强心苷类有剧毒，若超过安全剂量，可使心脏中毒而停止跳动。分布：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。代表植物有黄花夹竹桃、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。,以甾醇为母体经多次转化而逐渐生成涉及约20种酶的作用，如还原酶、氧化还原酶、苷化酶、乙酰化酶等。毛地黄中的强心苷元的形成过程：,强心苷的基本结构：由强心苷元（cardiac aglycone）与糖（sugar）二部分构成。,甲型强心苷元-C17位侧链为五元环的-内酯；乙型强心苷元-C17位侧链为六元环的，-内酯甲型和乙型强心苷大都是C17-侧链构型，个别为C17-侧链构型，-型无强心作用。,构成强心苷的糖有20多种。C2-OH糖：D-葡萄糖、L-鼠李糖；6-去氧糖；6-去氧糖甲醚。C2-去氧糖：2,6-二去氧糖；2,6-二去氧糖甲醚。,强心苷中，多数是几种糖结合成低聚糖形式再与苷元的C3-OH结合成苷，少数为双糖苷或单糖苷。糖和苷的连接方式有三种（原生苷末端多为葡萄糖）：型:苷元-(2,6-去氧糖)m-(D-葡萄糖)n 型:苷元-(6-去氧糖)m-(D-葡萄糖)n型：苷元-（D-葡萄糖）n,含甲型强心苷元植物,紫花洋地黄,夹竹桃科夹竹桃属-夹竹桃,海葱,1.性状：强心苷多为无色结晶或无定形粉末；中性物质；有旋光性；C17 侧链为-构型的味苦，-构型味不苦且无效；对粘膜有刺激性。2.溶解度（与所连糖的种类和数目，以及苷元分子中有无亲水基团有关）：一般可溶于水、甲醇、乙醇、丙酮等极性溶剂；略溶于乙酸乙酯、含醇氯仿；难溶于乙醚、苯、石油醚等非极性溶剂。,3.脱水反应：强心苷混合强酸（3%-5%HCl）加热水解时，苷元往往发生脱水反应。（1）C14-OH最易发生脱水反应生成缩水苷元。（2）同时存在C14-OH和C16-OH，也易脱水，得到二缩水苷元。（3）如将C3-OH氧化为酮基，则更使C5叔羟基活化，在温热条件下即可脱水而形成烯酮。（4）C16被氧化为酮基，也能促使C14-叔羟基脱水而形成烯酮。,4.五元或六元内酯环：用KOH或NaOH的水溶液处理，内酯环开裂，但酸化后又环合。用醇性苛性碱溶液处理，内酯环异构化，这种变化不可逆，遇酸不能复原，如下：,5.强心苷内酯环上双键经臭氧O3氧化可得酮醛化合物，再经KHCO3水解，得酮醇化合物，最后用过碘酸氧化，可得17-羰基化合物。,6.强心苷如果C10位有醛基取代，在冷甲醇中用盐酸处理，C3-OH能与C10-醛基形成半缩醛结构。,7.强心苷C17-内酯，在二甲基甲酰胺（DMF）中，与甲苯磺酸钠和醋酸钠110共热反应24h，可转变为17-内酯型。,8.强心苷分子中有邻二羟基取代，可被NalO4氧化，生成双甲酰，继续被NaBH4还原，得二醇衍生物。邻二羟基在A环C2、C3位，同时C11有羰基，生成半缩醛。再用乙酰法，可恢复C11羰基，得二乙酰衍生物。,水解反应是研究强心苷组成的方法，分两类：化学方法：酸水解、碱水解和乙酰解；生物方法：酶水解。糖部分不同，其水解产物难易及产物均不同。,1.酸水解A.温和酸水解：用稀酸【0.07-0.18%（0.02-0.05mol/L）】的盐酸或硫酸在含水醇中经短时间（半小时至数小时）加热回流，可水解苷元和2-去氧糖之间的苷键或 2-去氧糖与2-去氧糖之间的糖苷键。而2-OH糖与苷元形成的苷键不易切断。温和酸水解对苷元影响较小，不会引起脱水反应。,1.酸水解B.强烈酸水解：2-OH糖阻碍了苷原子的质子化，使水解较困难。用较浓酸【3%-5%（0.82-1.37mol/L）】长时间加热回流或同时加压，可水解2-OH糖。,1.酸水解B.强烈酸水解：强烈酸水解法常引起苷元失去一至数分子水，形成脱水苷元。,1.酸水解C.氯化氢-丙酮法：强心苷置于含【0.4-1%（0.11-0.38mol/L）】HCl的丙酮中，20放置两周并时时振摇，糖的C2-OH、C3-OH与丙酮生成丙酮化物，进而水解，得到原生苷和糖的衍生物。,2.酶水解法酶水解具专属性，不同性质的酶作用于不同性质的苷键。蜗牛酶能水解所有的苷键，能将糖逐步水解，直至获得苷元，用来研究强心苷的结构。,1.作用于甾体母核的反应醋酐-浓硫酸反应（Liebermann-burchard反应）：样品溶于冰醋酸，加浓硫酸-醋酐(1:20)，产生黄红 紫 蓝 绿等颜色变化，最后褪色。甾体皂苷颜色变化快，最后呈现污绿色；三萜皂苷颜色变化稍慢，且不出现污绿色。三氯化锑或五氯化锑反应样品醇溶液点于滤纸上，喷20%三氯化锑（或五氯化锑）氯仿溶液（不含乙醇、水）干燥后，加热，显蓝色、灰蓝色、灰紫色斑点。三萜UV下显蓝紫色荧光；甾体皂苷则显黄色荧光。氯仿-浓硫酸反应（Salkowski反应）样品溶于氯仿，加入浓硫酸后：在氯仿层（上层）呈现红色或兰色，硫酸层（下层）有绿色荧光出现。,作用于,不饱和内酯环的反应：甲型强心苷在碱性醇溶液中，发生双键转移，生成活性亚甲基，故可与活性亚甲基试剂作用而显色。乙型强心苷无此类反应。,2.作用于,不饱和内酯环（甲型强心苷）的反应：,3.作用于2-去氧糖的反应：Keller-kiliani反应：此反应是2-去氧糖的特征反应，对游离的2-去氧糖或在反应条件下能水解出2-去氧糖的强心苷都可显色。操作：取样品1mg溶于5ml冰乙酸中，加一滴20%FeCl3水溶液，倾斜试管，沿试管壁加入5ml浓硫酸，若有2-去氧糖存在，乙酸上层渐呈蓝或蓝绿色。但若不显色，不能说明无2-去氧糖。占吨氢醇反应:取样品加占吨氢醇试剂，沸水浴3min呈红色。过碘酸-对硝基苯胺反应：样品反应后呈深黄色斑点，UV下为棕色背底上现黄色荧光斑点。对-硝基苯肼反应：样品反应后呈红色或紫红色。对2-去氧糖和葡萄糖结合的，Keller-kiliani反应阴性的也可呈阳性反应。对-二甲氨基苯甲醛反应：样品反应后呈灰红色斑点。,1提取原生苷:防止植物中的酶对成分的酶解，需抑制酶的活性，原料要新鲜，采集后低温快速冷冻干燥、快速提取；常用甲醇或70%乙醇为溶剂进行提取，提取效率高、且能使酶失去活性。次生苷：利用酶的活性，EtOH、EtOAc提取。,2纯化溶剂法 先用醇或稀醇提取，浓缩致无醇味，再根据化合物的极性选择溶剂进行除杂（用乙醚、氯仿脱脂）。铅盐法铅盐与杂质可生成沉淀，但该沉淀能吸附强心苷而导致损失。这种吸附和溶液中醇的含量有关，增加醇含量能降低沉淀对强心苷的吸附现象，但纯化效果下降。过量的铅试剂能引起一些强心苷的脱酰基反应。,2纯化吸附法(强心苷亦有可能被吸附而损失)活性炭使叶绿素等脂溶性杂质可被吸附而除去 Al2O3 糖类、水溶性色素、皂苷等可吸附,极性相似者相吸,3.分离两相溶剂萃取法依据分配系数的不同例如：毛花毛地黄总苷含A苷、B苷、C苷：氯仿中溶解度：A（1/225）、B（1/550）C（1/2000）甲醇中溶解度：A、B、C 均约为1/20水中溶解度：A、B、C 均几乎不溶用氯仿-甲醇-水（5:1:5）体系进行二相溶剂萃取，萃取用量为总苷的1000倍，A和B分配到氯仿层，C分配到水层。,3.分离逆流分配法依据分配系数的不同，使混合苷分离（方法见课本p22-23）。例如：黄花夹竹桃苷A和B的分离：以【氯仿-乙醇（2:1）750ml】-【水150ml】体系为二相溶剂，氯仿为移动相，水为固定相，经9次逆流分配（0-8管），最后由氯仿层6-7管得B，水层2-5管得A。,黄花夹竹桃苷A 黄花夹竹桃苷B 极性稍大 极性稍小,3.分离色谱分离 分离亲脂性单糖苷、次级苷和苷元正相吸附色谱：吸附材料用硅胶等，洗脱体系正己烷-乙酸乙酯、苯-丙酮、氯仿-甲醇、乙酸乙酯-甲醇；,3.分离色谱分离 对极性稍大成分正相分配层析 选硅胶、纤维素、硅藻土等为支持剂；洗脱体系乙酸乙酯-甲醇-水、氯仿-甲醇-水。,主要是由不饱和内酯环引起的吸收 甲型苷max=220nm（lg 4.34）乙型苷max=295300nm（lg3.93）据此可以区别二类强心苷,由不饱和内酯环在18001700 cm-1产生两个羰基吸收峰:-内酯(甲型)两个羰基峰,-内酯(乙型)峰位向低波数移40cm-1低波数为正常峰；高波数为非正常峰（随溶剂性质改变而改变，在极性大的溶剂中，吸收强度减弱甚至消失）应用：根据IR可区别甲型和乙型强心苷；依非正常峰因溶剂的极性增强而吸收强度减弱甚至消失的现象，可指示不饱和内酯环的存在。,强心苷苷元质谱裂解方式较多也较复杂，如羟基脱水、醛基脱CO、脱甲基、脱C17内酯侧链、双键逆DA裂解等。甲型苷元产生：m/z 111、124、163、164(内酯E和D环)乙型苷元产生：m/z 109、123、135、136(-内酯环的碎片),C10、C13两个角甲基（叔甲基）1.00左右。C3-H3.90左右，为多重峰,内酯环中的质子,糖分子上的质子 端基氢：-D-glc aa J=6-8Hz；-L-rha ee J=2Hz。,强心苷类A/B顺或反，C/D顺(14-H)C21甾类A/B反(5-H)，C/D顺(14-H)。顺式（低场）反式（高场）-C18-Me、C19-Me位移值来判断C/D环的顺反。,观察信号烯碳、羰基碳、连氧碳、甲基碳（数目）、糖端基碳等信号，用比较的方法，与模拟化合物进行比对，用苷化位移规律及技术图谱进行碳归属。伯碳=12-24；仲碳=20-41；叔碳=35-57；季碳=27-43；醇碳=65-91；烯碳=119-172；羰基碳=177-210；可判断A/B环的构象：,第四节 螺甾皂苷,螺甾定义：具有螺甾烷类结构母核的一类皂苷。,分布单子叶植物和双子叶植物均有分布。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。生理活性六七十年代，用于合成甾体避孕药和激素类药物的原料。九十年代发现了新的生物活性，特别是防治心脑血管疾病、抗肿瘤、降血糖和免疫调节等作用。例如：地奥心血康胶囊是由黄山药植物中提取的甾体皂苷制成的，内含8种螺甾皂苷（含量在90%以上），对冠心病心绞痛发作疗效显著。薤白皂苷经体外试验显示具有较强的抑制ADP诱导的人血小板聚集作用。心脑舒通为蒺藜果实中提取的总皂苷制剂，临床用于心脑血管病的防治。,螺甾烷醇类（spirostanols）-C25为S构型。,龙舌兰科龙舌兰属 剑麻,12,异螺甾烷醇类（isospirostanols）-C25为R构型。,呋甾烷醇类（furostanols）-F环开链,呋甾烷醇类（furostanols）-F环开链,呋甾烷醇类（furostanols）-F环开链 F环裂解的双糖链皂苷不具有某些皂苷的通性：没有溶血作用 不能与胆甾醇形成复合物 没有抗菌活性,变形螺甾烷醇类（pseudo-pirostanols）-F环为五元四氢呋喃环,天然产物中少见。,1.性状：甾体皂苷元有较好晶形。皂苷多为无定形粉末;2.旋光性：甾体皂苷具旋光性，多为左旋。3.溶解性：甾体皂苷元能溶于亲脂性溶剂，不溶于水。甾体皂苷溶于水、稀醇，易溶于热水、稀醇，难溶于石油醚、苯、乙醚等亲脂性溶剂。4.表面活性：甾体皂苷多具发泡性，其水溶液振荡后产生持久性泡沫。5.沉淀反应：能与碱式铅盐、钡盐形成沉淀。,6.溶血作用：甾体皂苷有溶血作用。7.甾体皂苷的乙醇溶液可与甾醇（胆甾醇或C3位-OH甾醇）生成分子复合物沉淀。沉淀用乙醚回流提取时，胆甾醇可溶于醚，但皂苷不溶，而纯化皂苷，或检查是否有皂苷的存在。三萜皂苷与甾醇形成的复合物不及甾体皂苷稳定。8.颜色反应：甾体皂苷在无水条件下，遇某些酸类可产生与三萜皂苷相类似的颜色反应。醋酐浓硫酸反应：甾体皂苷最后出现绿色，三萜皂苷最后出现红色。甾体皂苷遇三氯醋酸加热到60 显色，而三萜皂苷加热到100显色。,饱和的甾体化合物在200400nm无吸收不饱和的甾体：孤立双键205225 nm（900）共轭二烯235 nm 孤立C=O285 nm（500弱）,不饱和酮基240nm（11000强）制备成衍生物。如：含-OH化合物，经脱-OH后在结构中产生双键。借此判断-OH位置。例如：C14-OH的判断：,应用：区别C25的两种立体异构体的构型四谱带980cm-1(A)、920cm-1(B)、900cm-1(C)、860cm-1(D)C25CH3取代 C25-S B带强度 C带强度 C25-R C带强度 B带强度C25CH2OH取代（无法用上述四条谱带来区别）C25-S有995强吸收 C25-R有 1010强吸收(若F环开裂即无螺缩酮结构，则无995或1010吸收),利用13C-NMR谱的各种技术如：全去偶谱、偏共振去偶谱和高分辨碳谱及驰豫的时间等参数，可以将皂苷元分子中27个碳的特征峰辨认出来。根据已知皂苷的13C谱化学位移数据，参考取代基对化学位移的影响，确定各种各个碳的化学位移推定皂苷元的可能结构。基本鉴定分析方法与三萜及其苷类同。,1.螺甾皂苷用溶剂法（甲醇或稀乙醇）提取；提取液回收溶剂后，用水稀释，经正丁醇萃取或大孔吸附树脂纯化，得粗皂苷；再用硅胶柱层析或高效液相制备色谱法分离，得单体，洗脱剂用不同比例的二元、三元等溶剂系统（氯仿-甲醇-水等混合溶剂）。2.螺甾皂苷元在植物组织中将皂苷水解，再用低极性溶剂提取皂苷元；先用极性溶剂如甲醇、乙醇、丁醇将皂苷提出，再加酸加热水解，滤出水解物，然后用低极性溶剂提取皂苷元。,