强心苷类化合物

1第九章强心苷类化合物2含义:是指存在于植物体内的一类对心脏具有显著生物活性的甾体苷类化合物。现代药理实验证明，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。此外，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。3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。常存在于一些有毒的植物如毒毛旋花子、毛花洋地黄、紫花洋地黄、黄花夹竹桃、铃兰、海葱、羊角拗等植物中。黄花夹竹桃4铃兰海葱5强心苷在植物体中主要存于花、叶、种子、鳞茎、树皮和木质部等组织器官中。由于在植物中有水解苷类的酶与强心苷共存，因此原生苷常被酶水解生成多种次生苷，使结构类似的强心苷数目增多，给提取分离强心苷带来一定困难。目前在动物体中尚未发现强心苷类化合物。中药蟾酥中虽含具有强心作用的甾体化合物，但不属于苷类，是蟾毒配基与脂肪酸形成的酯类。6一、结构与分类强心苷是甾体衍生物，根据所连不饱和内酯环不同，分为甲型强心苷和乙型强心苷；强心苷所连接的糖大多是去氧糖，根据苷元及与糖连接方式不同，又可分为Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型强心苷。7（一）苷元部分强心苷元由甾体母核和不饱和内酯环组成，其甾体母核与其他甾醇立体结构不同。B/C环与其他甾醇相同为反式稠合，A/B环大多为顺式稠合（5β-H），C/D环均为顺式稠合和（C14取代基β-构型），若为反式则无强心活性（其他甾醇C/D环为反式稠合，C14取代基α-构型）。A/B环两种稠合方式皆有。8甾体母核上连有甲基、羟基、羰基等取代基。其中C10、C13连接的甲基或含氧衍生物均为β-构型；C3位都有羟基取代，而且多数是β-构型，可与糖成苷；另外在甾体母核其他部位上也可有羟基、羰基取代；在母核的C4、C5位或C5、C6位常有双键；C10位大都为甲基；C13位为甲基；C17位连接不饱和内酯环大多是β-构型，少数是α-构型。9强心苷苷元类型：C17位连接五元不饱和内酯环，称强心甾烯即甲型强心苷元；若连接六元不饱和内酯环，称海葱甾烯或蟾酥甾烯，即乙型强心苷元。自然界中的强心苷大多属于甲型强心苷。如夹竹桃苷元、洋地黄毒苷元属于甲型强心苷元；绿海葱苷元、蟾毒素等属于乙型强心苷元。10HOO1234567891011121314151617181920212223HOO123458691011121314151617181920212223247强心甾烯蟾蜍甾烯或海葱甾烯OHHOOOHOOHOCOCH3OO洋地黄毒苷元夹竹桃苷元11（二）糖的部分强心苷中的糖类，根据糖分子中C2含氧程度的不同，可分成α-羟基糖和α-去氧糖：1．α-羟基糖C2联结有氧原子的糖，此类糖包含非去氧糖（如葡萄糖）、6-去氧糖和6-去氧糖-3-甲醚。OCH3OHOCH3OHOHOOHOHOHCH3OHOOHOHCH3OCH3HOOOHOHCH3OHHOD-洋地黄糖L-鼠李糖L-黄花夹竹桃糖L-呋糖122．α-去氧糖C2不含有氧原子的糖类，主要是2,6-二去氧糖和2,6-二去氧糖-3-甲醚。OOHOHOHCH3OOCH3OHOHCH3OOCH3OHOHCH3OOHOHOHCH3D-洋地黄毒糖D-加拿大麻糖L-夹竹桃糖D-波伊文糖13强心苷的类型按照糖的种类以及与苷元的链接方式分类。Ⅰ型强心苷：苷元-（2,6-去氧糖）x-（D-葡萄糖）y，如紫花洋地黄苷A和毒毛花苷。Ⅱ型强心苷：苷元-（6-去氧糖）x-（D-葡萄糖）y，如黄花夹竹桃苷A。Ⅲ型强心苷：苷元-（D-葡萄糖）x，如绿海葱苷。植物中的强心苷以Ⅰ型、Ⅱ型较多，Ⅲ型较少。14二、构效关系构效关系即化学结构与生物活性之间的关系。强心苷的生物活性与结构有密切关系，当强心苷中某些结构发生改变时，强心作用也随之改变。强心作用与甾体母核的立体结构、不饱和内酯环和取代基的种类、构型有关。糖部分本身不具有强心作用，但可以改变强心苷的水/油分配系数，影响强心苷对心肌细胞膜上类脂质的亲和力，进而影响强心作用的强度。15（一）甾体母核与强心作用的关系1．环的稠合方式A/B环为顺式稠合的甲型强心苷元，C3羟基为β-构型有强心活性，否则无活性；A/B环为反式稠合的甲型强心苷元，无论C3羟基是β-还是α-构型对强心活性无明显影响。C/D环为顺式稠合，即C14羟基或氢为β-构型时有强心活性；C/D环为反式稠和，即C14羟基或氢为α构型，或C14羟基与邻位氢原子脱水形成脱水苷元，强心作用消失。162．取代基甾体母核中的取代基对强心活性也有影响。当C10位的角甲基被醛基或羟基取代时，强心作用增强。当C10位的角甲基被羧基取代或无角甲基时，强心作用明显减弱。如果在甾体母核上引入5β、11α、12β-羟基时，强心作用增强。引入1β、6β、16β-羟基时，活性降低；引入双键Δ4（5），活性增强；引入双键Δ16，则活性降低或消失。173．不饱和内酯环C17侧连上的不饱和内酯环为β-构型时，具有活性。为α构型时，活性减弱；若内酯环的不饱和键被饱和，活性大大减弱，毒性亦减弱；若不饱和内酯环水解开环，活性降低或消失。18（二）糖部分与强心活性的关系糖本身不具强心作用，但糖的种类、数目可影响强心苷在水/油中的分配系数，影响对心肌细胞上类脂质的亲和力，从而影响强心活性和毒性。毒性规律：1、单糖苷＞二糖苷＞三糖苷2、乙型强心苷＞甲型强心苷19二、强心苷的理化性质1.性状大多为无色结晶或无定形粉末。具有旋光性。对粘膜有刺激性,C17侧连为β-构型者味苦，为α-构型无苦味。。2．溶解性水甲醇、乙醇醋酸乙酯、含水氯仿、氯仿-甲醇乙醚、苯、石油醚原生苷次生苷+难溶++微溶可溶-难溶--20强心苷一般可溶于水、甲醇、乙醇、丙酮等极性较大的溶剂，微溶于醋酸乙酯、含醇氯仿，难溶于乙醚、苯、石油醚等极性小的溶剂。强心苷的溶解性与糖分子数目、种类，苷元中取代基的种类、数目及位置有关。如果强心苷分子中的糖及苷元结构中含有较多的羟基，则极性强，亲水性亦强。若分子中含有羟基的数目较少，则极性弱，亲脂性强。21例如洋地黄毒苷虽是三糖苷，但三个糖分子均为洋地黄毒糖，整个分子中只有5个羟基，所以极性小，亲水性弱而亲脂性强，难溶于水（1∶100000）、易溶于氯仿（1∶40）；乌本苷虽是单糖苷，分子中却含有8个羟基，极性大，易溶于水，难溶于氯仿。强心苷的原生苷分子中含有较多糖分子，其亲水性比相应的次生苷强，可溶于水等极性大的溶剂，难溶于极性小的有机溶剂。22当羟基数目相同时，强心苷中的羟基形成分子内氢键后水溶性减小。例如：毛花洋地黄苷乙和毛花洋地黄丙，都是四糖苷，整个分子中有8个羟基，四个糖的种类也相同，苷元上羟基数目也相同，仅位置不同，前者是C14、C16二羟基，其中C16羟基能与C17位内酯环上的羰基形成分子内氢键。后者是C12、C14二羟基，不能形成分子内氢键，因此水溶性上，毛花洋地黄丙要大于毛花洋地黄乙。233．脱水反应强心苷用混合强酸（3～5%盐酸）水解时，苷元上羟基（C14-OH，C5-OH更容易）与邻位上的氢脱去水分子的反应。属于水解反应的副反应，应注意避免。24三、水解性强心苷分子中苷键可被酸、酶水解生成次生苷或苷元，分子中的内酯环和其它酯键可被碱水解。水解反应是研究强心苷的化学组成及改造强心苷化学结构的重要手段。（一）酸水解根据水解条件的不同，可分为温和酸水解法和剧烈酸水解法。251．温和酸水解法用稀酸0.02mol/L～0.05mol/L的盐酸或硫酸在含水乙醇中经短时间（半小时至数小时）加热回流，可使苷元与α-去氧糖之间的苷键、α-去氧糖与α-去氧糖之间的糖苷键水解断裂，而α-去氧糖与α-羟基糖、α-羟基糖与α-羟基糖之间的糖苷键不易被水解。所以温和酸水解可使Ⅰ型强心苷水解成苷元、一个或几个单分子的2,6-二去氧糖、含一个分子的2,6-二去氧糖和D-葡萄糖的低聚糖。Ⅱ型、Ⅲ型强心苷在此条件下不发生水解。由于温和酸水解条件温和，对苷元的影响较小，不会使苷元分子发生脱水反应。262．剧烈酸水解法用3%～5%的盐酸或硫酸在含水乙醇中加温加压的条件下，可使所有的糖苷键水解。由于水解条件较剧烈，常使苷元结构发生脱水，产物是单糖和缩水苷元。如紫花洋地黄苷A在此条件下生成缩水苷元。OOHO[H2O]强酸紫花洋地黄苷A+3洋地黄毒糖+葡萄糖缩水羟基洋地黄毒苷元273．氯化氢丙酮法（Mannich和Siewert法）在强心苷的丙酮溶液中加入1%氯化氢试剂，20℃放置两周。可水解得到原生苷元和糖衍生物。此法适用于易溶于丙酮的单糖苷。OHOHHOOOOHOCH3OHOOCCH3CH3OHCOHOHOOHClCH3COCH3OHOHOO铃兰毒苷OOCH3OHOOCCH3CH3OHCOHCOOCH3OHOHOH水解+28（三）酶水解在含强心苷的植物中，存在水解β-D-葡萄糖苷键的酶，而无水解α-去氧糖的酶，所以酶水解只能除去分子中的葡萄糖，保留α-去氧糖部分生成次生苷。如毛花洋地黄苷丙酶水解生成次生苷（地高辛）。酶水解具有专属性，不同的酶切断不同的苷元。如毒毛花苷K的酶水解过程。29除了植物体中共存的酶以外，其它生物中的水解酶也能使某些强心苷水解。如来源于动物脏器、蜗牛的消化液、紫苜蓿和一些霉菌中的水解酶，能使所有苷键水解，使强心苷分子中的糖链逐步水解，直至获得苷元，该方法常用于研究强心苷的结构。30（二）碱水解法强心苷分子中的苷键不易被碱水解。而分子中的内酯键、酰基在不同的碱性条件下可以发生水解或裂解、双键转位及苷元异构化等反应。311．酰基的水解强心苷的苷元或糖分子中常有酰基存在，在碱性条件下可水解脱去酰基。α-去氧糖上的酰基最易脱去，一般用碳酸钠、碳酸氢钾水解就可使糖分子上的酰基除去。羟基糖或苷元上的酰基须用氢氧化钙、氢氧化钡水解才能除去。酰基的水解条件较温和，不能使内酯环水解开环。322．内酯环的水解在强心苷的水溶液中加入氢氧化钠、氢氧化钾可使内酯环水解开裂，加酸后又环合成内酯环。甲型强心苷在醇性氢氧化钾溶液中，Δαβ-ｒ内酯可以发生双键转位，生成活性亚甲基，并可与某些试剂缩合显色，用于甲型强心苷元的检识。而乙型强心苷不能发生双键转位的反应，不能生成活性亚甲基。33提取与分离方法由于在同一植物中常常含有几个甚至几十个结构、性质相似的强心苷类化合物，而且总苷含量往往小于1%，又与糖类、皂苷、色素、鞣质等化学成分共存，这些成分又能影响强心苷在多种溶剂中的溶解度。强心苷大多连接多个糖分子，可以水解产生多种次生苷，从而进一步增加了提取分离的难度。34提取溶剂法（相似者相溶原则）：原生苷可以用甲醇、乙醇提取次生苷选择乙醚、氯仿、氯仿-甲醇混合溶剂提取常用提取溶剂:70-80%乙醇（提取效率高；能使酶破坏失活）35纯化溶剂法:油脂类杂质（种子类药材）：压榨法或石油醚脱脂（原料/醇提浓缩液）叶绿素（地上部分药材）：静置析胶法（醇提液浓缩至适当醇浓度静置）36铅盐法:沉淀酚酸类杂质（鞣质等），应注意调整含醇量，减少强心苷的损失注意某些强心苷的脱酰基反应吸附法:活性炭吸附除叶绿素等脂溶性杂质氧化铝吸附除去糖类、水溶性色素、皂苷等，注意调整醇浓度。37分离两相溶剂萃取法：依分配系数差异（K）逆流分流法：依分配系数差异（K）液滴逆流分溶法（DCCC）:依分配系数差异（K）色谱分离法：对亲脂性苷（单糖苷、次生苷、苷元）：吸附色谱(硅胶）对弱亲脂性苷（原生苷）：分配色谱（硅胶、硅藻土、纤维素为支持剂）38检识方法一、显色反应强心苷的显色反应包括五元不饱和内酯环、α-去氧糖、甾体母核三部分。39（三）作用于甾体母核的反应这类显色试剂与皂苷中同类显色试剂显色原理与方法基本相同1．醋酐-浓硫酸反应（Liebermann-Burchard反应）取试样溶于冰醋酸，加浓硫酸-醋酐（1∶20）混合液数滴，反应液呈黄→红→蓝→紫→绿等变化，最后褪色。本反应液的呈色变化过程随分子中双键数目与位置不同