天然产物化学刘湘版萜类化合物.

第七章萜类化合物TerpenoidsChapter7第一节概述一、萜的含义和分类1.含义：凡是由甲戊二羟酸（Mevalonicacid,MVA）衍生、且分子式符合（C5H8）n通式的衍生物均称为萜类化合物。2.特点：（1）化学结构大多具有异戊二烯结构片断，其骨架以5个碳为基本单位。（2）绝大多数萜类化合物为含氧衍生物。（3）有的萜类化合物以苷的形式存在，如环烯醚萜苷类成分；有的萜类化合物分子中含有氮原子，称为萜类生物碱，如乌头碱。CH2CHCCH2CH3异戊二烯甲戊二羟酸分类碳原子数通式(C5H8)n存在半萜5n=1挥发油、植物叶单萜10n=2挥发油倍半萜15n=3挥发油、苦味素、树脂二萜20n=4树脂、苦味素、叶绿素二倍半萜25n=5海绵、植物病菌，昆虫代谢物三萜30n=6皂苷、树脂、植物乳胶、木栓质四萜40n=8植物胡萝卜素类多聚萜～7.5x103至~3x105(C5H8)n橡胶、硬橡胶（1）按照异戊二烯的数目进行分类3.分类（2）同时根据各萜类分子结构中碳环的有无和数目的多少，进一步分为:不含环：含一个环：单环萜含二个环：双环萜含三个环：三环萜含四个环：四环萜含环链状萜4．分布：是各类天然物质中最多的一类成分。据不完全统计萜类化合物超过了22000多种。•存在最多的是种子植物，尤其是被子植物。•萜类化合物经常与树脂、树胶并生，与生物碱相排斥。•富含挥发油的植物：松科、柏科、胡椒科、马兜铃科、樟科、芸香料、龙脑科、伞形科、唇形科、败酱科、菊科和姜科等。•水生植物很少分布有挥发油。•某些菌类和苔藓类植物可合成一些萜类，如斜卧青霉菌(Penicilliumdecumbens)合成橙花叔醇。•近年来从海洋生物中发现了大量的萜类化合物。5．生物活性：萜类化合物具有广泛的生物活性。如：抗炎、抗菌：穿心莲内酯（二萜）抗恶性疟疾：青蒿素（倍半萜），抗癌（乳腺癌、肺癌）：紫杉醇（二萜），提高机体免疫力：人参皂苷（三萜），抑制血小板凝集、扩张冠状动脉、增强免疫功能：如芍药苷促进肝细胞再生活性：如齐墩果酸(五环三萜)抗菌消炎活性：如雪胆甲素(cucubitacinIIa)、雪胆乙素(cucubitacin，IIb)。(四环三萜)二.萜类的生源学说萜类化合物的生源主要有如下两种观点：1、经验的异戊二烯法则2、生源的异戊二烯法则（一）．经验的异戊二烯法则：1887年Wallach提出：自然界存在的萜类化合物是由异戊二烯衍生而成的首尾相连的聚合体及其衍生物。并以是否符合异戊二烯法则作为判断是否为萜类化合物的一个重要原则。局限性：2、某些萜类化合物的碳架不符合异戊二烯基本单元，如：苍耳醇(xanthanol)、扁柏酚(hinokitiol)、土青木香酮(aristolone)、艾里木芬酮(eremophilone)，等等。1、天然界中不存在游离的异戊二烯。OOOH艾里木酚酮土青木香酮扁柏酚O（二）．生源的异戊二烯法则：德国学者Ruzicka于1938年提出了生源异戊二烯法则:萜类化合物是由甲戊二羟酸（MVA）衍生途径衍生而来。甲戊二羟酸酶脱水焦磷酸异戊烯酯(IPP)酶衍生萜类化合物少数萜类结构不符合异戊二烯法则，是因为在转变过程中产生异构化或发生降解反应的结果。第二节、单萜（monoterpenoids）单萜类是由2个异戊二烯单位构成、含10个碳原子的化合物及其衍生物。典型单萜的分子式为（C5H8）2。广泛分布于高等植物的腺体、油室和树脂道等分泌组织中，是植物挥发油的主要组成成分，在昆虫激素及海洋生物中也有存在。常见科：唇形科、伞形科、松科、菊科、樟科、芸香科、龙脑科等用途:医药工业、香料工业、昆虫信息素、昆虫驱避剂等。一、挥发油（volatileoils）概述1、概念：又称精油（essentialoils），是一类具有芳香气味的、在常温下能挥发、可随水蒸汽蒸馏的油状液体的总称。2、分布：挥发油类成分主要存在于种子植物中，尤其是芳香植物中。1/3中草药中均含有挥发油。常见科：菊科（菊、蒿），芸香科（芸香、橙），伞形科（小茴香、芫荽），唇形科（薄荷、藿香），蔷薇科（玫瑰花、月季花）。3、生理活性：挥发油多具有祛痰、止咳、平喘、驱风、健胃、解热、镇痛、抗菌消炎作用。2、芳香族化合物：如桂皮醛、茴香醚、丁香酚等。二、挥发油的组成挥发油是一类混合物，大体可分4类:1、萜类化合物：主要是单萜、倍半萜和它们含氧衍生物，3、脂肪族化合物：主要是小分子脂肪族化合物（如正癸烷存在于桂花的头香成分中）；小分子醇、醛及酸类化合物（如正壬醇存在于橙皮挥发油中）。4、其它类化合物：除上述三类化合物外，还有一些挥发油样物质，如芥子油、挥发杏仁油、大蒜油等，也能随水蒸气蒸馏，故也称之为“挥发油”。此外，如川芎、麻黄等挥发油中的川芎嗪以及菸碱（尼古丁）、毒藜碱等生物碱，也是可以随水蒸气蒸馏的液体，但这些化合物往往不作为挥发油类成分对待。三、挥发油的理化性质4.挥发性：挥发油均具有挥发性，可随水蒸气蒸馏，这是挥发油的重要性质，利用此性质与脂肪油相区别。（一）性状1.颜色：大多为无色或淡黄色液体，有些具特殊的颜色。2.形态：在常温下为透明液体。某些种类在低温放置所含主要成分可能析出结晶，这种析出物习称为脑，如薄荷脑、樟脑等；滤去析出物的油称为脱脑油。3.气味：常常具有特殊气味，多数为香味。也有少数具有异味，如鱼腥草挥发油具有不愉快的臭味。1、相对密度：多数挥发油比水轻，习称为“轻油”；也有少数挥发油比水重，习称为“重油”，其相对密度一般在0.850-1.180之间。2.折光性：挥发油具有较强的折光性，其折光率一般在1.450-1.560之间。3.旋光性：挥发油几乎均有旋光性，其比旋度一般在+97-117°的范围内。4.沸点：挥发油的沸点一般在70-300℃之间。多数无确定的沸点和凝固点。（二）溶解性挥发油为亲脂性的物质，难溶于水，可溶于高浓度乙醇，易溶于乙醚、石油醚等亲脂性有机溶剂。（三）物理常数挥发油长时间暴露在空气中或置于光线下，可逐渐发生氧化变质反应，使挥发油的相对密度增大，粘度增大，颜色加深，失去原有的香味。因此，挥发油应置于棕色瓶内，密塞，低温保存。（四）氧化反应四、挥发油的提取提取挥发油最常用方法。优点：设备简单，操作容易，成本低、产量大、挥发油的回收率较高。缺点：但受热时间较长，对有些挥发油的质量可能有一定的影响。利用挥发油的挥发性和与水不相混溶的性质进行提取。（一）、蒸馏法：在加热过程中，当挥发油和水两者蒸汽压之和与大气压相等时，挥发油即可随水蒸气蒸馏出来。直接蒸馏和水蒸气蒸馏。2、油脂吸收法：油脂类一般具有吸收挥发油的性质，可利用此性质提取贵重的挥发油，如玫瑰油、茉莉花油。1、溶剂提取法:用石油醚（30-60℃）或乙醚等有机溶剂，采取回流浸出法或冷浸法；3、二氧化碳超临界流体萃取法；（三）、冷压法：此法适用于含油量高的新鲜植物药材的提取。如鲜橘皮、柠檬皮等。（二）、浸取法：五、挥发油成分的分离纯化1、冷冻处理：挥发油在低温处理下有结晶析出。2、真空分馏法：根据组成挥发油的成分沸点不同，因此可在一定的温度下蒸馏出一定的挥发油。由于挥发油的组成成分对热及空气中O2较敏感，因此分馏时宜在减压下进行。•挥发油组分的沸点规律：•分子量越大，沸点越高。倍半萜〉单萜•化合物极性越大，沸点越高。含氧萜〉萜烃•含氧萜中，酸〉醇〉醛〉酮〉醚，酯高于相应的醇。•萜烃中，三烯〉二烯〉一烯3、化学分离法：(1)碱性成分:1%盐酸或硫酸萃取。(2)酸、酚性成分:分别用碳酸氢钠和氢氧化钠,分离酸和酚类、内酯类化合物。•(3)羰基化合物：Ａ：亚硫酸氢钠分离法:30%亚硫酸氢钠低温短时间振摇提取,有加成物析出,分离,加酸或碱分解，以乙醚提取即可.Ｂ：Girard（吉拉德）试剂分离法：挥发油的乙醚层，回收乙醚后加入Girard试剂的乙醇液,再加入10%醋酸,加热回流，待反应完成,加水稀释,用乙醚萃取，分取水层加酸酸化,再用乙醚萃取,蒸去乙醚即可。•(4)醇类：邻苯二甲酸酐无环单萜：月桂烯、香叶醇柠檬醛单环单萜：薄荷醇、桉油精、斑蟊素、驱蛔素双环单萜：龙脑、樟脑、芍药苷（单萜苷）环烯醚萜：（特殊单萜衍物）单萜按碳环数分为六、单萜化合物的分类单萜化合物基本母核无环(acyclic)蒈烷(carane)蒎烷(pinane)莰烷(camphane)优香芹烷(eucarvane)侧柏烷(thujane)薄荷烷(menthane)菊花烷(chrysanthemane)蒿烷(artemisane)薰衣草烷(lavandulane)桂花烷(osmane)环香叶烷(cyclogeraniane)1、无环单萜代表化合物：香叶醇（geraniol)CH2OH橙花醇（nerolCH2OH香茅醇（citronellolCH2OH以上三种萜醇都是玫瑰香系香料，是很重要的香料化工原料。月桂烯罗勒烯牻牛儿醇香橙醇HCH2OHCH2OHH2、单环单萜代表化合物：薄荷醇（menthol):是薄荷和欧薄荷等挥发油中主要的组成成分。其左旋体（L-menthol)习称“薄荷脑”。对皮肤和粘膜有清凉和弱的麻醉作用，用于镇痛、止痒，亦有防腐、杀菌作用。OH桉油精和驱蛔素桉树脑驱蛔素桉油精是桉叶油的主要成分（70%），存在于樟油和蛔蒿花蕾等挥发油中，分子中具有一个环醚结构，属单萜氧化物。具有解热消炎作用和较强的抗菌防腐能力。驱蛔素存在于土荆芥挥发油中，又称土荆芥油精，是驱虫土荆芥油中的主要成分（约占70%）。因系过氧化物，加热至130-150℃时可发生爆炸并分解。3、双环单萜双环单萜的结构类型较多，比较常见的四种可视为由薄荷烷在不同位置间环合形成的产物。樟烷型(1)蒎烷型化合物蒎烯桃金娘烯醇松樟酮马鞭草烯醇马鞭草烯酮土荆芥酮芍药苷(paeoniflorin)是从芍药paeoniaalbiflora根中得到的蒎烷单萜苦味苷，对小鼠显示有镇静、镇痛、抗炎及防治老年性痴呆的生物活性。OHOOOHHOOHOHOCH2OHH2CCOO(2)樟烷及异樟烷型衍生物樟脑π－氧化樟脑异龙脑龙脑对氧化樟脑樟烯樟脑O樟脑(camphor)习称辣薄荷酮，为白色结晶性固体，易升华，具有特殊钻透性的芳香气味。樟脑有局部刺激作用和防腐作用，可用于神经痛、炎症和跌打损伤的擦剂。我国的天然樟脑产量占世界第一位。天然樟脑由右旋体与左旋体共存，其右旋体在樟树Cinnamonuscamphora挥发油中约50%，左旋体存在于菊蒿Tanacetumvulgare挥发油中，合成品为消旋体。樟脑可作为强心剂，其强心作用是由于其在体内氧化成π-氧化樟脑(π-oxocamphor)和对氧化樟脑(p-oxocamphor)所致。π-氧化樟脑对-氧化樟脑OCHOOO龙脑俗称“冰片”，又称樟醇，为白色片状结晶，具有似胡椒又似薄荷的香气，有升华性。其右旋体主要得自白龙脑香树的挥发油，左旋体存在于艾纳香全草和野菊花中，合成品为消旋体。冰片有发汗、兴奋、镇痉和防止虫蛀蚀、抗缺氧功能，它和苏合香脂配合制成苏冰滴丸代替冠心苏合丸治疗冠心病，心绞痛。d-龙脑l-龙脑OHOH(3)葑烷型衍生物茴香酮茴香醇(4)蒈烷型化合物2-长松针烯3-长松针烯β-长松针烯长松针酮(5)侧柏烷型化合物α-侧柏烯β-侧柏烯油冬青烯侧柏醇α-侧柏酮异侧柏烯4、环烯醚萜（iridoids）环烯醚萜是含有环戊烷结构单元的环状单萜衍生物，是单萜类化合物中的结构特殊的化合物。是虹彩二醛(iridodial)的缩醛衍生物。CHOCHO烯醇化CHOOHH羟醛缩合OHOH虹彩二醛环烯醚萜环烯醚萜C4位甲基经生物氧化成羧基，再脱羧形成4—去甲基环烯醚萜(4-deme-thyliridoid)。环烯醚萜中环戊烷部分的C7—C8处断裂，则形成裂环环烯醚萜(secoiridoid)，C4位甲基经氧化成羧基，闭环而衍生成裂环内酯环烯醚萜。氧化OOHOOHCOOHOOH开环OOH环烯醚萜1457891011234567891011467810116OOHOO4594-去甲环烯醚萜裂环环烯醚萜脱羧裂环内酯环烯醚萜氧化环合分布：环烯醚萜及其苷类在植物