第七章 三萜类化合物（中药化学）课件.ppt

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1、第七章三萜及其苷类,第一节 概述,一、三萜的定义定义:由30个碳原子组成的萜类化合物，分子中有6个异戊二烯单位，通式(C5H8)6 。三萜类(triterpenes)在自然界分布广泛，有的游离存在于植物体，称为三萜皂苷元 (Triterpenoid sapogenins)；有的以与糖结合成苷的形式存在，称为三萜皂苷 (Triterpenoid saponins)。,因三萜皂苷多溶于水，振摇后可生成胶体溶液，并有持久性似肥皂溶液的泡沫，故有此名。三萜皂苷多具有羧基，故又称其为酸性皂苷。与甾体皂苷相同，三萜皂苷也具有溶血、毒鱼及毒贝类的作用。,二、三萜的分布三萜类(triterpenes)在自然界

2、分布广泛，菌类、蕨类、单子叶、双子叶植物、动物及海洋生物中均有分布，尤以双子叶植物中分布最多。主要分布于菊科、石竹科、五加科、豆科、远志科、桔梗科及玄参科。含有三萜类成分的主要中药如人参、甘草、柴胡、黄芪、桔梗、川楝皮、泽泻、灵芝等。,少数三萜类成分也存在于动物体，如从羊毛脂中分离出羊毛脂醇，从鲨鱼肝脏中分离出鲨烯；从海洋生物如海参、软珊瑚中也分离出各种类型的三萜类化合物。,三、存在形式,多以游离或成苷、成酯的形式存在苷元：四环三萜、五环三萜常见的糖：葡萄糖、半乳糖、木糖、阿拉伯糖、鼠李糖，糖醛酸，特殊糖（如芹糖、乙酰氨基糖等）糖链：单糖链、双糖链、三糖链成苷位置：3、28（酯皂苷）或其它位-

3、OH次皂苷：原生苷被部分降解的产物,四、研究进展,近30年来，三萜类成分的研究进展很快，特别是近10年从海洋生物中得到不少新型三萜化合物，是萜类成分研究中较为活跃的领域之一。人参皂苷能促进RNA蛋白质的生物合成，调节机体代谢，增强免疫功能。,柴胡皂苷能抑制中枢神经系统，有明显的抗炎作用，并能减低血浆中胆固醇和甘油三酯的水平。七叶皂苷具有明显的抗渗出、抗炎、抗瘀血作用，能恢复毛细血管的正常的渗透性，提高毛细血管张力，控制炎症，改善循环，对脑外伤及心血管病有较好的治疗作用。,三萜是由鲨烯(squalene)经过不同的途径环合而成，而鲨烯是由倍半萜金合欢醇(farnesol)的焦磷酸酯尾尾缩合而成。

4、这样就沟通了三萜和其它萜类之间的生源关系。,第二节 三萜类化合物的生物合成,第三节 四环三萜,三萜类化合物的结构类型很多，多数三萜为四环三萜和五环三萜，少数为链状、单环、双环和三环三萜。近几十年还发现了许多由于氧化、环裂解、甲基转位、重排及降解等而产生的结构复杂的高度氧化的新骨架类型的三萜类化合物。,四环三萜(tetracyclic triterpenoids) 在生源上可视为由鲨烯变为甾体的中间体，大多数结构和甾醇很相似，亦具有环戊烷骈多氢菲的四环甾核。在4、4、14位上比甾醇多三个甲基，也有认为是植物甾醇的三甲基衍生物。存在于自然界较多的四环三萜或其皂苷苷元主要有达玛烷、羊毛脂烷、甘遂烷、

5、环阿屯烷（环阿尔廷烷）、葫芦烷、楝烷型三萜类。,甾醇,四环三萜,一、达玛烷型,从环氧鲨烯由全椅式构象形成，其结构特点是A/B、B/C、C/D环均为反式, C8位位有-CH3,C13位有-H, C17有侧链,C20构型为R或S。,A,B,D,C,人参中的人参皂苷(ginsenosides):,由20(S)-原人参二醇衍生的皂苷:,由人参三醇衍生的皂苷:,在HCl溶液中,20(S)原人参二醇或20(S)原人参三醇20位羟基发生异构,转变成20(R)原人参二醇或20(R)原人参三醇,再环合生成人参二醇或人参三醇。,由达玛烷衍生的人参皂苷，在生物活性上有显著的差异。例如由20(S)-原人参三醇衍生的皂

6、苷有溶血性质，而由20(S)-原人参二醇衍生的皂苷则具对抗溶血的作用，因此人参总皂苷不能表现出溶血的现象。人参皂苷Rg1有轻度中枢神经兴奋作用及抗疲劳作用。人参皂苷Rh则有中枢神经抑制作用和安定作用。人参皂苷Rb1还有增强核糖核酸聚合酶的活性，而人参皂苷Rc则有抑制核糖核酸聚合酶的活性。,二、羊毛脂烷型,从环氧鲨烯由全椅-船-椅式构象形成，其A/B, B/C, C/D环均为反式。10、13、14位分别连有, , -CH3，C20为R构型，C17侧链为构型,C3位常有-OH存在。,从灵芝中分离出一个三萜化合物，具有扶正固本之功。它的结构与羊毛甾烷相比，多了3=O，11=O，15=O，23=O，2

7、7-CH327-COOH，是羊毛甾烷的高度氧化化合物。,三、甘遂烷型,从环氧鲨烯由全椅-船-椅式构象形成，是羊毛脂甾烷的立体异构体其A/B, B/C, C/D环均为反式，只是13、14位分别连有 , -CH3，C20为S构型与羊毛脂甾烷构型不同。,四、环阿屯型,基本骨架与羊毛脂烷相似，差别仅在于环阿屯型19位甲基与9位脱氢形成三元环。,膜荚黄芪Astragalusmembranaceus，具有补气，强壮之功效。从其中分离鉴定的皂苷有近20个，多数皂苷的苷元为环黄芪醇 cycloastragenol 。,五、葫芦烷型,基本骨架与羊毛脂烷相似，但它有5-H, 10-H,9-CH3（羊毛脂烷为5 -

8、 H, 10-CH3,9 -H ）,从雪胆属植物小蛇莲Hemsleya amabilis根中分离得到的 雪胆甲素和雪胆乙素，临床上用于治疗急性痢疾、肺结核、慢性气管炎等。,六、楝烷型,楝科楝属植物苦楝果实及树皮中含多种三萜成分，具苦味，总称为楝苦素类成分，其由26个碳构成，属于楝烷型。其A/B, B/C, C/D均为反式；具有 C8-CH3， C10-CH3，C13-CH3。,第四节 五环三萜,多数三萜皂苷苷元以五环三萜形式存在。其C3-OH与糖结合成苷，苷元中常含有羧基，故又称酸性皂苷，在植物体中常与钙、镁等离子结合成盐。五环三萜主要有下面几种类型：,一、齐墩果烷型(oleanane),又称

9、 -香树脂烷型(-amyrane) ，在植物界分布极为广泛。其基本碳架是多氢蒎的五环母核，环的构型为A/B反，B/C反，C/D反，D/E顺，C28常有-COOH，有时也在C24位，C3常有羟基，C12、C13位往往有不饱和双键的存在。,A,E,D,C,B,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。含齐墩果酸的植物很多，但含量超过10%的很少，从刺五加(Acanthopanax senticosus)、龙牙葱木(Aralia mand

10、shurica)中提取齐墩果酸，得率都超过10%，纯度在95%以上，是很好的植物资源。,甘草(Glycyrrhiza urlensis)中含有甘草次酸(glycyrrhetinic acid)和甘草酸(glycyrrhizic acid)又称甘草皂苷(glycyrrhizin )或甘草甜素。甘草次酸有促肾上腺皮质激素(ACTH)样作用，临床上用于抗炎和治疗胃溃疡。但只有18-H的甘草次酸才有此活性，18H者无此活性。,柴胡皂苷元B,二、乌苏烷型,又称-香树脂烷型(-amyrane)或熊果烷型，其分子结构与齐墩果烷型不同之处是E环上两个甲基位置不同，即C20位的一个甲基移到C19位上。此类三萜大

11、多是乌苏酸的衍生物。,熊果酸（Ursolic acid） 来源于木犀科植物女贞(Ligustrum lucidum Ait.)叶中，熊果酸又名乌索酸，乌苏酸，属三萜类化合物。具有镇静、抗炎、抗菌、抗糖尿病、抗溃疡、降低血糖等多种生物学效应。,近年来发现熊果酸具有抗致癌、抗促癌、诱导F9畸胎瘤细胞分化和抗血管生成作用。研究发现：熊果酸能明显抑制HL60细胞增殖，可诱导其凋亡；能使小鼠的巨噬细胞吞噬功能显著提高。体内试验证明，熊果酸可以明显增强机体免疫功能。说明它的抗肿瘤作用广泛，极有可能成为低毒有效的新型抗癌药物。,中药地榆 (Sanguisorba officinalis)具有凉血止血的功效，

12、其中含有地榆皂苷B, E (sanguisorbin B and E)，是乌苏酸的苷。,从积雪草（Centella asiatica）中分离到的 积雪草酸：,三、羽扇豆烷型,羽扇豆烷三萜类E环为五元碳环，且在E环19位有异丙基以构型取代，A/B、B/C、C/D及D/E均为反式。,白桦脂醇(betulin)存在于中草药酸枣仁、桦树皮、棍栏树皮、槐花等中。白桦脂酸(betulinic acid) 存在于酸枣仁、桦树皮、柿蒂、天门冬、石榴树皮及叶、睡菜叶等中。羽扇豆醇(lupeol)存在于羽扇豆种皮中。,从白头翁（Pulsatilla chinensis）中分离得到的 23羟基白桦酸：,四、木栓烷型

13、,由齐墩果烯经甲基移位转变而来。与其他类型五环三萜皂苷相比，最明显的区别在于4位只有一个甲基。,雷公藤酮是失去25甲基的木栓烷型衍生物。,第五节 理化性质,1.性状：苷元有较好晶型，皂苷多为无定形粉末。2.气味：皂苷多数具有苦而辛辣味，其粉末对人体黏膜具有强烈刺激性，但甘草皂苷有显著而强的甜味，对黏膜刺激性弱。皂苷还具吸湿性。3.表面活性：亲水性基团为糖，亲脂性基团为苷元，当二种基团比例适当时具有表面活性。皂苷水溶液经强烈振摇能产生持久性的泡沫，且不因加热而消失。,4. 溶解度,皂苷：可溶于水，易溶于热水，溶于含水醇（甲醇、乙醇、丁醇、戊醇等），溶于热甲醇、乙醇；几不溶于乙醚、苯、丙酮等有机溶

14、剂。皂苷在提取的过程中会产生次级苷，水溶性下降，溶于中等极性有机溶剂（醇，乙酸乙酯）。皂苷元：不溶于水，易溶于石油醚、苯、CHCl3、Et2O。,5.溶血作用,皂苷水溶液能与红细胞壁上的胆甾醇结合，生成不溶于水的分子复合物，破坏了红细胞的正常渗透，使细胞内渗透压增加而发生崩解，从而导致溶血现象，故皂苷又称为皂毒素(saptoxins)。因此，皂苷水溶液不能用于静脉注射或肌肉注射。但并不是所有的皂苷都具有溶血作用，如以人参二醇为苷元的皂苷则无溶血作用。溶血指数：指在一定条件下能使血液中红细胞完全溶解的最低皂苷浓度。如甘草皂苷，溶血指数1：4000，溶血性能较强。,6.沉淀反应,皂苷的水溶液可以和

15、一些金属盐类如铅盐、钡盐、铜盐等产生沉淀。此性质可用于皂苷的分离：先用金属盐使皂苷沉淀下来，分离出来之后在对其分解脱盐。 如：三萜皂苷+PbAc2沉淀分解脱铅皂苷缺点：铅盐吸附力强，容易带入杂质，并且在脱铅时铅盐也会带走一些皂苷，脱铅也不一定能脱干净。三萜皂苷为酸性皂苷，可用中性PbAc2沉淀，而甾体皂苷则为中性皂苷，须用碱性PbAc2沉淀。,7.显色反应,1）浓H2SO4-醋酐（Liebermann-burchard） 反应 样品溶于冰醋酸，加浓硫酸-醋酐(1:20)，产生黄红 紫 蓝等颜色变化，最后褪色。 甾体皂苷也有此反应，但颜色变化快，在颜色变化的最后呈现污绿色；而三萜皂苷颜色变化稍慢

16、，且不出现污绿色。,2）三氯化锑或五氯化锑（kahlenberg）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，在紫外灯下显蓝紫色荧光（甾体皂苷则显黄色荧光）。 注意：五氯化锑腐蚀性很强，宜少量配置，用后倒掉。,3）三氯醋酸（Rosen-Heimer）反应样品溶液点于滤纸上，喷25%三氯醋酸乙醇溶液，加热至100，显红色紫色斑点。4）氯仿-浓硫酸（salkawski）反应将样品溶于氯仿，加入浓硫酸后，在氯仿层呈现红色或兰色，硫酸层有绿色荧光出现。,5）冰醋酸-乙酰氯（Tschugaeff） 反应 样

17、品溶于冰醋酸，加乙酰氯数滴及氯化锌 结晶数粒，稍加热，则呈现淡红色或紫红色。,第六节 提取与分离,一、苷元的提取与分离（一） 提取 1.醇提，提取物直接进行分离； 2.醇提，有机溶剂萃取； 3.制备成衍生物再进行分离； 4.将皂苷进行水解，有机溶剂提；（二）分离 硅胶吸附柱层析,二、三萜皂苷的提取与分离,特性：难以结晶，多为无定形粉末。由于糖分子的引入，极性基团明显增多，致使极性增强，故具有较大的极性而易溶于醇类溶剂、含水醇及水。难溶于弱极性的有机溶剂。,常用的提取方法,甲醇或乙醇提取,石油醚等脱脂正丁醇萃取,总皂苷,大孔吸附树脂柱,（二）分离,1.分配柱层析法 以硅胶为支持剂，CHCl3-M

18、eOH-H2O，CH2Cl2-MeOH-H2O，EtOAc-EtOH-H2O或水饱和的正丁醇等溶剂系统洗脱。2.反相层析法 以反相键合相RP-18、RP-8或RP-2为填充剂，常用CH3OH-H2O或乙腈-水为洗脱剂。,第七节结构测定,1、化学法用Liebemman-Burchard反应和Molish反应鉴定三萜皂苷通过苷键裂解，而到小分子的苷元和糖，使结构测定简单化。苷元结构确定可采用氧化、还原、脱水、甲基或双键转位、乙酰化、甲酯化等化学反应将未知苷元结构转变为已知化合物，然后将其IR、mp、Rf或其它光谱数据与已知物数据对照的方法推测其结构。,二、三萜的波谱特征,1、紫外光谱(UV)结构中

19、有一个孤立双键:205-250nm 处有微弱 吸收;、不饱和羰基max:242-250nm；异环共轭双烯max:240、250、260nm；同环共轭双烯max:285nm。多数三萜类化合物不产生紫外吸收，但以浓硫酸为试剂测定五环三萜类化合物时，可在310nm处观察到最大吸收，且不受母核上的取代基影响。,2、质谱,三萜类化合物质谱裂解有较强的规律：1）当有环内双键时，一般都有较特征的RDA裂解；2）如无环内双键时，常从C环断裂成两个碎片；3）在有些情况下，可同时产生RDA裂解和C环断裂。四环三萜类化合物裂解的共同规律是失去侧链。,皂苷难挥发，所以，EI-MS 和 CI-MS 技术在三萜皂苷的应用

20、受以限制。但 FD-MS 、ESIMS和 FAB-MS 在皂苷的结构检测中却得到了广泛应用，这些质谱的应用可以得到皂苷的准分子离子峰（quasi-molecular ion peaks）M+H+、M+Na+ 和M+K+等，或M-H-峰；,3.、1H-NMR,1） 环内双键质子的值一般大于5，如齐墩果酸类和乌苏酸类C12烯氢在4.935.50处出现分辨不好的多重峰。 环外烯键的值一般小于5，如羽扇豆烯的C29位两个同碳氢信号多出现在4.305.00。,2）乙酰基质子的值在1.82-2.07。对于绝大多数齐墩果烷型和乌苏烷型三萜，当-COOCH3位于C28位时，其甲酯的值小于3.795，否则就大于

21、3.795。这一规律常用于推定齐墩果烷和乌苏烷母核中C28位的羧基。,大多数三萜化合物C3上有羟基或其它含氧基团，此时，C3质子的信号多为dd峰。以3-乙酰氧基取代的三萜衍生物为例，C3-H为竖键(-H,-Oac)时，其值在4.00-4.75之间，最大偶合常数为12Hz左右；C3-H若为横键（-H,-OAc），值在5.00-5.48之间，最大偶合常数约为8Hz，二者均为宽峰。 3-H：4.00-4.75,J=12Hz 3-H：5.00-5.48,J=8Hz,3）三萜中甲基的信号一般出现在0.50-1.20之间，以吡啶为溶剂时，可以得到分辨较好的单峰。对于齐墩果烷型和乌苏烷型的三萜，其最高场甲基

22、的值与C28的取代基有关。当C28为COOCH3时最高场甲基的值小于0.775，反之则大于0.775。羽扇豆烯型的C30甲基因与双键相连，且有烯丙偶合，值在较低场1.63-1.80之间，且呈宽单峰。,4、13C-NMR,角甲基一般出现在8.933.7，其中23- CH3和29-CH3为e键甲基出现在低场， 值依次为28和33左右。苷元和糖上与氧相连的碳的值为6090;烯碳在109160;羰基碳为170-220。,1双键位置及结构母核的确定,根据碳谱中苷元的烯碳的个数和化学位移值不同，可推测一些三萜的双键位置。多数齐墩果烷、乌苏烷、羽扇豆烷类三萜主要烯碳化学位移如下表：,2苷化位置的确定,三萜3

23、-OH苷化，一般C-3向低场位移8-10，而且会影响C-4的值。糖之间连接位置的苷化位移约为+38。但糖与28-COOH成酯苷，苷化位移是向高场位移，羰基碳苷化位移约为-2，糖的端基碳一般位移至9596。,3. 羟基取代位置及取向的确定,羟基取代可引起-碳向低场移3450，-碳向低场移210，而-碳则高场移09。,4糖上乙酰基的确定,糖上乙酰化可能发生在任一羟基上，有的还出现双羟基乙酰化，一般乙酰化后，连接乙酰化位置的碳值向低场位移(+0.21.6)，其邻位碳向高场位移(2.2 -3.5)，但邻位双乙酰化时，乙酰化及其邻位碳一般均向高场位移。,(三)其他核磁共振技术,H-Hcosy主要通过分析

24、相邻质子的偶合关系，用于苷元及糖上质子的归属;DEPT用于确定碳的类型(CH3、CH2、CH、C);C,H-cosy和为提高灵敏度已发展的通过氢检测的异核多量子相关谱HMQC进行碳连接质子的归属，测试HMQC谱所用化合物样品量较少。,苷中糖的连接位置可由苷化位移确定，或采用NOE实验，照射糖的端基质子可观察到与糖连接位置的碳上质子增益。或采用由氢检测异核多键相关实验HMBC，在HMBC谱中糖的端基氢与连接位置的碳有明显的相关点。全相关谱TOCSY(HOHAHA)对于糖环的连续相互偶合氢的归属特别有用，特别是在糖上氢信号互相重叠时，往往可以通过任何一个分离较好的信号(如端基氢)，得到所有该信号偶

25、合体系中的其他质子信号，进行归属。,第八节 生物活性,抗炎活性 如齐墩果酸用于治肝炎，甘珀酸钠用于抗溃疡，雷公藤用于治疗类风湿性关节炎等。抗肿瘤活性 如乌苏酸。抗菌和抗病毒活性 如齐墩果酸、甘草次酸等。降低胆固醇作用 如甘草酸。 杀软体动物活性抗生育作用其他如溶血活性等。,小结：第一节 概述 掌握三萜及三萜皂苷的定义，了解三萜类化合物在自然界中的分布情况，及存在形式。第二节 三萜类化合物的生物合成 了解环状三萜的一般生物合成途径。第三节 四环三萜 掌握四环三萜的结构分类，每种类型的主要结构特点及代表化合物。,第四节 五环三萜的结构类型 掌握五环三萜的结构分类，每种类型的主要结构特点及代表化合物。第五节 理化性质 掌握三萜类化合物的颜色反应，三萜皂苷的表面活性和溶血作用。第六节 提取分离 熟悉三萜类化合物提取分离的一般方法第七节 结构测定 了解三萜类化合物的一般的光谱特征及其在结构鉴定中的应用。,