从毛地黄中分离提取强心苷类药物课件.ppt
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1、从毛地黄中分离提取 强心苷类药物,生物化工系 张洪鹏,一 、强心苷简介,(一)分布与应用强心苷(cardiac glycosides)是指生物界中一类对心脏有显著生理活性的甾体苷类。强心苷能加强心肌收缩性,减慢窦性频率。主要用于治疗慢性心功能不全,心房纤颤、心房扑动、阵发性心动过速等心脏疾病。 强心苷还有兴奋延髓催吐化学感受区和影响中枢神经系统作用,可引起恶心、呕吐等胃肠反应,并能使动物产生眩晕、头痛等症。,强心苷在植物界分布比较广泛,主要存在于夹竹桃科、玄参科、百合科、萝摩科、十字花科、毛茛科、卫矛科、大蕺科、桑科等十几个科的一百多种植物中。 强心苷在植物体中主要存于花、叶、种子、鳞茎、树皮
2、和木质部等组织器官中。,(二)强心苷结构与分类,强心苷的基本结构是由甾醇母核和连在 C 17 位上的不饱和共轭内酯环构成苷元部分,然后通过甾醇母核 C 3 位上的羟基和糖缩而合成。,一般根据在生物体内是原生还是次生,可分为原生苷和次生苷。次生苷是含有两个以上糖的原生苷,经水解失去一部分糖而得到的苷称为次生苷或次级苷。,1甾核的立体结构构型及表示方法,甾体母核A、B、C、D四个环的稠合方式为A/B环有顺、反两种形式,但多为顺式;B/C环均为反式;C/D环多为顺式,构向式为:,A.B反式,A.B顺式,2.结构类型,(1)苷元部分根据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-
3、内酯乙型:C17位侧链为六元环的- -内酯这两类大都是-构型,个别为-构型,-型无强心作用。,甲型强心苷元:,C17位上连五元不饱和内酯环,即-内酯-强心甾烯型。以强心甾(cardenolide)为母核命名。,乙型强心苷元,C17位上连六元不饱和内酯环,即,-双烯-内酯,称为海葱甾二烯或蟾蜍甾二烯。以海葱甾(scillanolide)或蟾蜍甾(bufanolide)为母核命名。,(2)糖部分的结构构成强心苷的糖有20多种。根据它们C2位上有无羟基可以分成-羟基糖(2-羟基糖)和-去氧糖(2-去氧糖)两类。-去氧糖常见于强心苷类,是区别于其它苷类成分的一个重要特征。,(1)-羟基糖:除D-葡萄糖
4、、L-鼠李糖外,还有6-去氧糖如L-夫糖(L-fucose)、D-鸡纳糖(D-quinovose)、D-弩箭子糖(D-antiarose)、D-6-去氧阿洛糖(D-6-deoxyallose)等;6-去氧糖甲醚如L-黄花夹竹桃糖(L-thevetose)、D-洋地黄糖(D-digitalose)等。 (2)-去氧糖:有2,6-二去氧糖如D-洋地黄毒糖(D-digitoxose)等;2,6-二去氧糖甲醚如L-夹竹桃糖(L-oleandrose)、D-加拿大麻糖(D-cymarose)、D-迪吉糖(D-diginose)和D-沙门糖(D-sarmentose)等。,D-鸡纳糖 D-弩箭子糖 D-6
5、-去氧阿洛糖 L-夫糖,D-洋地黄糖 D-洋地黄毒糖 D-加拿大麻糖 L-黄花夹竹桃糖,(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,(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: 型:苷元-(2,6-去氧糖)X-(D-葡萄糖)Y 型:
6、苷元-(6-去氧糖)X-(D-葡萄糖)Y 型:苷元-(D-葡萄糖)Y 一般初生苷其末端多为葡萄糖。,(五)结构举例,大量的研究证明,强心苷的化学结构对其生理活性有较大影响。强心苷的强心作用取决于苷元部分,主要是甾体母核的立体结构、不饱和内酯环的种类及一些取代基的种类及其构型。糖部分本身不具有强心作用,但可影响强心苷的强心作用强度。强心苷的强心作用强弱常以对动物的毒性(致死量)来表示。,(六)、强心苷的结构与活性的关系,1.甾体母核 甾体母核的立体结构与强心作用关系密切的是C/D环须顺式稠合。一旦这种稠合被破坏,将失去强心作用。若C14羟基为构型时即表明C/D环顺式稠合,若为构型或脱水形成脱水苷
7、元,则强心作用消失。A/B环为顺式稠合的甲型强心苷元,必须具C3-羟基,否则无活性。A/B环为反式稠合的甲型强心苷元,无论C3是-羟基还是-羟基均有活性。,2.不饱和内酯环 C17侧链上、-不饱和内酯环为-构型 时,有活性;为构型时,无活性。3.取代基 强心苷元甾核中一些基团的改变亦将对生理活性产生影响。如C10位的角甲基转化为醛基或羟甲基时,其生理活性增强;C10位的角甲基转为羧基或无角甲基,则生理活性明显减弱。,4.糖部分 强心苷中的糖本身不具有强心作用,但它们的种类、数目对强心苷的毒性会产生一定的影响。一般来说,苷元连接糖形成单糖苷后,毒性增加。随着糖数的增多,分子量增大,苷元相对比例减
8、少,又使毒性减弱。如毒毛旋花子苷元组成的三种苷的毒性比较,结果见下表。,洋地黄毒苷元与不同单糖结合的苷的毒性比较,由上表可知,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。,二.毛地黄,毛地黄 Digitalis purpurea 科属:玄参科 形态:多年生草花,常作二年生栽培。花期6-8月,果熟期8-10月。,毛花洋地黄中强心苷的种类,由上图可知:在毛化洋地黄中存在:甲,乙,丙,丁,戊五种苷,其中,乙型和丙型苷已得到较为广泛的应用 如:1.毛花洋地黄苷丙通过去乙酰基的反应可得到去乙酰毛花洋地黄苷丙,商品名为西地兰(cedilanid)。2.地高辛是毛花洋地黄苷丙的次级苷
9、。利用毛花洋地黄叶中存在的-D-葡萄糖酶水解除去葡萄糖,再用乙醇提取即可得到。,三、强心苷的物理性质,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,但无效。对粘膜有刺激性。,强心苷的溶解性与所连糖的种类和数目有关,一般可溶于水、甲醇、乙醇、丙酮等极性溶剂;难溶于乙醚、苯、石油醚等非极性溶剂。弱亲脂性苷微溶于氯仿-乙醇(2:1),亲脂性苷微溶于乙酸乙酯、含水氯仿、氯仿-乙醇(3:1)。,2.溶解性,一般糖基多的原生苷比次生苷或苷元的亲水性强、亲脂性弱,可溶于水等高极性溶剂而难溶于低极性溶剂,多为无定形粉末。 洋地黄毒苷是一个三糖苷,但3
10、分子糖都是洋地黄毒糖,整个分子只有5个羟基,故在水溶液中溶解度小(1:100000000),溶于氯仿(1:40)。,洋地黄毒苷,但糖基和苷元上羟基数目的多少对溶解性也有一定的影响。如乌本苷是一个单糖苷,却有8个羟基,水溶性很大(1:75),难溶于氯仿。,乌本苷,3.紫外吸收光谱 甲型强心苷由于存在不饱和共轭内酯环,在216-218nm处有最大吸收,当16,17位存在双键时,则最大吸收波长在270nm处。乙型强心苷在300nm处有最大吸收。,1.脱水反应2.水解反应3.颜色反应,四.强心苷类化合物的化学性质,(一)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
11、)C14和C5-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。同样,C16被氧化为酮基,也能促使C14-叔羟基脱水而形成烯酮。(4)若C4位有双键,可促使C3-OH与C4-H脱水,生成共轭双键。,海葱苷A 脱水海葱苷元,羟基洋地黄毒苷 脱水羟基洋地黄毒苷元,鼠李糖-O-葡萄糖,+3 D-洋地黄毒糖,+ L-鼠李糖 + D-葡萄糖,(D-洋地黄毒糖)3,(1)温和酸水解 用稀酸0.020.05mol/L的盐酸或硫酸,在含水醇中经短时间加热回流,可使I型
12、强心苷水解为苷元和糖。由于此水解条件温和,对苷元的影响较小,不致引起脱水反应,对不稳定的-去氧糖亦不致分解。,(二)水解反应,(2)氯化氢-丙酮法(Mannich和 Siewert法)将强心苷置于含1%氯化氢的丙酮溶液中,20放置两周。此法可得到原生苷元和糖衍生物。,(3)强烈酸水解 型和型强心苷与苷元直接相连的均为- 羟基糖,由于糖的2-羟基阻碍了苷键原子的质子化,使水解较为困难,用温和酸水解无法使其水解,必须增高酸的浓度(3%5%),延长作用时间或同时加压,才能使-羟基糖定量地水解下来,但常引起苷元结构的改变,失去一分子或数分子水形成脱水苷元。,强心苷的苷键不被碱水解。但强心苷分子中的酰基
13、、内酯环会受碱的影响,发生水解或裂解、双键移位、苷元异构化等反应。又可分为:(1)酰基的水解(2)内酯环的水解,3.碱水解反应,(1)酰基的水解 强心苷的苷元或糖上常有酰基存在,它们遇碱可水解脱去酰基。一般用碳酸氢钠、碳酸氢钾、氢氧化钙、氢氧化钡等。-去氧糖上的酰基最易脱去,用碳酸氢钠、碳酸氢钾处理即可,而羟基糖或苷元上的酰基须用氢氧化钙、氢氧化钡处理才可。甲酰基较乙酰基易水解,提取分离时,若用氢氧化钙处理,即可水解。上述四种碱只水解酰基,不影响内酯环。氢氧化钠、氢氧化钾由于碱性太强,不仅使所有酰基水解,而且还会使内酯环开裂。,(2)内酯环的水解 在水溶液中,氢氧化钠、氢氧化钾溶液可使内酯环开
14、裂,加酸后可再环合;在醇溶液中,氢氧化钠、氢氧化钾溶液使内酯环开环后生成异构化苷,酸化亦不能再环合成原来的内酯环,为不可逆反应。,(三)颜色反应强心苷颜色反应很多,根据颜色反应发生在分子的不同部位可分为三类:1.作用于甾体母核的反应: (1).醋酐-浓硫酸反应(Liebermann-burchard rection) (2).氯仿-浓硫酸反应(Salkowski reaction) (3).三氯化锑或五氯化锑反应,2.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。,三.强心苷的检测识别和定性、定量分析方
15、法,(一).常用检测识别方法 :显色反应,强心苷的显色反应包括五元不饱和内酯环、-去氧糖、甾体母核三部分。,1.五元不饱和内酯环的显色反应,间二硝基苯试剂反应(Raymond反应),3,5二硝基苯甲酸试剂反应(Kedde反应) 取试样的甲醇或乙醇溶液于试管中,加入3,5二硝基苯甲酸试剂(A液:2%的3,5-二硝基苯甲酸甲醇或乙醇溶液;B液:2mol/L氢氧化钾溶液,用前等量混合)34滴,产生红色或紫红色。原理与间二硝基苯试剂反应类似,本试剂可作为强心苷纸色谱和薄层色谱的显色试剂,喷雾后显紫红色,几分钟后褪色。,取试样的甲醇或乙醇溶液于试管中,加入碱性苦味酸试剂(A液:1%苦味酸乙醇溶液;B液:
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