第3章-植物活性成分

第三章植物活性成分COOHR1R2OO第三章植物活性成分312334概述植物活性成分的结构及理化性质活性简介制备技术及工艺1.概述天然药物来自植物、动物、矿物和微生物，并以植物为主。明代李时针在《本草纲目》中收录中草药1892种，清代学者赵学敏在《本草纲目拾遗》中补充中草药1021种。药物的药性来源于其所含的活性成分，活性成分通常是指经过不同程度药效试验或生物活性试验，证明对机体具有一定生理活性的成分。活性成分基本是由植物体二次生理代谢所产生。一次代谢过程：对维持植物生命活动来说是不可缺少的过程，且几乎存在于所有的绿色植物中。一次代谢产物：糖、蛋白质、脂质、核酸等这些对植物机体生命活动来说不可缺少的物质。二次代谢过程：并非在所有的植物中都能发生，对维持植物生命活动来说又不起重要作用的过程。二次代谢产物：生物碱、萜类、苯丙素类成分。天然产物化学成分的生物合成：1.概述1.概述按生源结合化学结构分：糖苷类、苯丙素类、醌类、黄酮类、萜及其苷类、甾体及其苷类、生物碱类。按酸碱性来分：酸性成分（脂肪酸类、苯丙酸类、含羧基皂苷、蒽醌类、黄酮类），碱性成分（生物碱、非生碱的有机氮类，如毒蕈碱、辣椒素等）按极性来分：亲水性成分、亲脂性成分。天然活性成分的分类：1.概述植物成分曾经是药物的唯一来源，目前随着化学合成药物的出现与发展，比例有所下降，但比例仍不低于30%，在处方药中的比例不低于50%。植物源活性成分中，有许多重要的代表化合物，其对于药物的发现具有重要的先导意义。如作为中枢阿片受体拮抗剂的吗啡，肾上腺素类的麻黄碱，具有良好抗癌药物的长春碱和紫杉醇等。开发现状1.概述我国天然药物的化学研究自20世纪20年代开始，经历了创立期、创建发展期和蓬勃发展期三个阶段，取得了较大成就。截止2005年，我国生产植物源药物达164个。代表性成就：（1）20世纪70年代初开发的青蒿素（2）1971年开发的喜树碱与羟基喜树碱（3）1982年开发的石杉碱甲和石杉碱乙开发现状1.概述2.植物活性成分的结构与理化性质312334碱性成分酸性成分亲水性成分亲脂性成分2.1.碱性成分（生物碱）1.多数由C、H、O、N组成。3.大多具碱性，可与酸成盐。4.多具显著的生理活性。生物碱的含义和特点（含N有机化合物的总称）2.Ｎ多在环上，少数在环外。2.1.碱性成分（生物碱）312生物碱的分类生物碱的工艺学特性2.1.1生物碱的分类按植物来源分类如长春花生物碱、石蒜生物碱等）按生源结合化学骨架分类基于生物碱合成前体物的来源按化学骨架分类按含Ｎ基核类型：如吲哚、喹啉等按整个母核类型：如萜类、甾类等分类方法1.简单吡咯烷类2.双稠吡咯烷类3.吲哚里西定类（一）吡咯烷类红古豆碱(cuscohygrine)野百合碱(monocrotaline)千里光碱(securinine)来源于鸟氨酸代谢途径2.1.1生物碱的分类（二）哌啶类生物碱*结构新颖的胆碱酯酶抑制剂。最初被用于重症肌无力和小儿麻痹症，1996年被成功开发为治疗老年性痴呆的新药。石杉碱甲(huperzineA)来源于赖氨酸代谢途径2.1.1生物碱的分类（三）托品烷类生物碱NH3CRHOCOCHNH3COHOCOCHNH3COHOCOCOHOHOHOHNH3CRHOCOCHNH3COHOCOCHNH3COHOCOCOHOHOHOHNH3CRHOCOCHNH3COHOCOCHNH3COHOCOCOHOHOHOH阿托品(atropine)R=H（dl）莨菪碱(hyoscyamine)R=H（l–）山莨菪碱(anisodamine)R=OH东莨菪碱(scopolamine)樟柳碱(anisodine)来源于鸟氨酸代谢途径2.1.1生物碱的分类NH3COH3COOCH3H3CO猪毛菜碱(salsoline)罂粟碱（papaverine）12苄基异喹啉类（最多）简单异喹啉类（四）异喹啉类生物碱*（最大的一类）来源于苯丙氨酸和络氨酸途径降压解痉2.1.1生物碱的分类粉防己碱（tetrandrine）3双苄基异喹啉类2.1.1生物碱的分类4阿扑菲类NH3COHOCH3CH3HOH3CONOOOCH3OCH3小檗碱（berberine）轮环藤酚碱(cyclanoline)5原小檗碱类木兰碱（magnoflorine)降压清热解毒2.1.1生物碱的分类吐根碱(emetine)异喹啉环带苯骈喹啉啶环6普洛托品类含羰基的小檗碱开环延胡索丙素(corydalisC)7吐根碱类三环体系催吐2.1.1生物碱的分类8α－萘菲啶类OONOOCH3吗啡(morphine)R=H可待因(codeine)R=CH39吗啡类血根碱(sanguinarine)降压麻醉止咳2.1.1生物碱的分类奎宁（金鸡纳树皮中的抗疟有效成分，含量高达3％）奎尼丁（五）喹啉类生物碱来源于邻氨基苯甲酸途径2.1.1生物碱的分类喜树碱及其类似物喜树碱(camptothecin)R=H羟基喜树碱(hydroxycamptothecin)R=OH抗癌2.1.1生物碱的分类（六）吲哚生物碱（较多，有千余种）长春碱（vinblastine,VLB）R=CH3长春新碱（vincristine,VCR）R=CHO1.双吲哚类来源于色氨酸途径抗肿瘤2.1.1生物碱的分类2.单萜吲哚类利血平(reserpine)降压2.1.1生物碱的分类（七）萜类生物碱二萜生物碱关附甲素(guanfubaseA)紫杉醇(taxol)抗心律失常抗肿瘤2.1.1生物碱的分类1.代表化合物——麻黄碱、伪麻黄碱互为立体异构体，区别在于C1的构型不同。麻黄碱R=H,R’=CH3伪麻黄碱(ephedrine)（pseudoephedrine）（八）有机胺类生物碱平喘2.1.1生物碱的分类2.代表化合物——秋水仙碱秋水仙碱(colchicine)秋水仙胺(colchamine)抑制有丝分裂，毒性大与秋水仙碱作用相同，毒性为其1/30～1/40。抗癌2.1.1生物碱的分类（一）生物碱的性状组成多数含有C、H、O、N，少数含有S、Cl形态多为结晶性固体，有些为非晶性粉末，少数为液体(如烟碱、槟榔碱)味道多具苦味(盐酸小檗碱)，少数呈辛辣味颜色一般无色或白色；少数具有长链共轭体系的具有一定颜色。如，小檗碱：黄色；小檗红碱：红色；一叶萩碱：淡黄色挥发性与升华性少数液体及个别小分子生物碱具挥发性(麻黄碱)，少数具升华性(咖啡因)2.1.2生物碱的工艺学特性产生条件具有手性碳原子或手性分子影响因素A.手性碳构型B.测定溶液C.pH值D.浓度研究意义生理活性与旋光性密切相关。一般情况下，左旋体的活性比右旋体活性强。如，L-莨菪碱的散瞳作用比D-莨菪碱大100倍。（二）生物碱的旋光性2.1.2生物碱的工艺学特性游离生物碱亲脂性叔胺碱和仲胺碱，溶于有机溶剂，溶于酸水亲水性主要指季铵碱和某些含N-氧化物生物碱；液体或分子较小的生物碱亲脂又亲水。如东莨菪碱、氧化苦参碱、烟碱、麻黄碱。具特殊官能团两性生物碱（吗啡、小檗胺、槟榔次碱）：可溶于酸水及碱水，pH8～9产生沉淀。内酯（或内酰胺）结构：类似一般叔胺碱，但在碱水中可以开环形成羧酸盐溶于水，加酸又复原。（三）生物碱的溶解性2.1.2生物碱的工艺学特性生物碱盐一般易溶于水，可溶于醇无机酸盐＞有机酸盐；无机酸盐中含氧酸盐＞卤代酸盐；小分子有机酸盐＞大分子有机酸盐溶解性特殊的化合物①吗啡为酸性叔胺碱：难溶于氯仿、乙醚，可溶于水②石蒜碱叔胺碱：难溶于有机溶剂，溶于水③喜树碱：不溶于一般有机溶剂，而溶于酸性氯仿④高石蒜碱的盐酸盐：难溶于水，易溶于氯仿⑤盐酸小檗碱、麻黄碱草酸盐：难溶于水2.1.2生物碱的工艺学特性产生原因N原子具有孤对电子，能接受质子或给出电子而显碱性理论依据表示方法pKa碱性大小与pKa关系pKa＜2为极弱碱，pKa2～7为弱碱pKa7～11为中强碱，pKa11以上为强碱碱性基团pKa值顺序胍基＞季胺碱＞N-烷杂环＞脂肪胺＞芳香胺≈N-芳杂环＞酰胺≈吡咯（五）生物碱的碱性1.共轭酸碱概念及强度表示2.1.2生物碱的工艺学特性杂化方式诱导效应共轭效应空间效应氢键效应2.碱性与分子结构的关系2.1.2生物碱的工艺学特性碱性类型杂化举例脂肪胺脂氮环sp311.311.29.5芳杂环sp20.45.174.945.14氰基sp－C≡N1）杂化方式2.1.2生物碱的工艺学特性甲基苯环2）诱导效应氨基其他烷基酰基,双键羟基,醚氧供电子基吸电子基碱性增强碱性减弱2.1.2生物碱的工艺学特性苯胺型酰胺型烯胺型N原子上孤对电子形成p-π共轭时，碱性减弱3）共轭效应2.1.2生物碱的工艺学特性烯胺型特例：N原子α,β-位有双键可能转化为季铵蛇根碱（serpentine）pka10.82.1.2生物碱的工艺学特性pka8.2pka5.6pka3.8番木鳖碱假马钱子碱异马钱子碱N:处在桥头，为刚性结构，不发生未共用电子对的转移，故不形成季铵碱。4）空间效应2.1.2生物碱的工艺学特性生物碱的共轭酸盐若能生成稳定的分子内氢键（与含氧基团），则碱性增强。和钩藤碱pka6.32异和钩藤碱pka5.205）氢键效应2.1.2生物碱的工艺学特性2.2.酸性成分31233苯丙酸类蒽醌类黄酮类基本结构——酚羟基取代的芳香羧酸。多具有C6-C3结构的苯丙酸类。常见的苯丙酸类：R1R2桂皮酸HH对羟基桂皮酸OHH咖啡酸OHOH阿魏酸OHOCH3异阿魏酸OCH3OH2.2.1苯丙酸类312蒽醌化合物的分类蒽醌类化合物的工艺学特性2.2.2蒽醌类主要包括：蒽醌，氧化蒽酚，蒽酚，蒽酮及蒽酮的二聚体。2.2.2.1蒽醌化合物的分类1.单蒽核类天然蒽醌以9,10-蒽醌最为常见。1,4,5,8位为α位2,3,6,7位为β位9,10位为meso位OO1245789102.2.2.1蒽醌化合物的分类其中羟基蒽醌分为两类：大黄素型和茜草素型。（1）大黄素型（-OH在羰基的两侧）（2）茜草素型（-OH在一侧苯环上）2.2.2.1蒽醌化合物的分类2.氧化蒽酚衍生物OOZnOH-OOHHOHOH氧化蒽酚及蒽二酚不稳定，氧化蒽酚易氧化为蒽酮，蒽二酚易氧化为蒽醌，故较少存在于植物体中。2.2.2.1蒽醌化合物的分类1.性状颜色——无Ar-OH近乎于无色,助色团越多，颜色越深如：黄、红橙、紫红等，多为有色晶体存在状态：蒽醌类往往结合成苷而存在于植物中2.2.2.2蒽醌化合物的工艺学特性2.溶解度H2OMeOHEtOHEt2OCHCl3游离醌—++++成苷+（热）++——3.挥发性游离的蒽醌类化合物具有升华性，常压下加热即可升华2.2.2.2蒽醌化合物的工艺学特性4.酸性蒽醌类化合物多具有酚羟基，具酸性，遇碱可成盐；萘醌和蒽醌的苯环上的羟基酸性：β-羟基α-羟基游离蒽醌的酸性强弱顺序为：含COOH2个以上β-OH1个β-OH2个以上α-OH1个α-OH溶于NaHCO3溶于Na2CO3溶于1%NaOH溶于5%NaOH2.2.2.2蒽醌化合物的工艺学特性312黄酮类化合物的分类黄酮类化合物的工艺学特性2.2.3黄酮类母核：9(8a)10(4a)2.2.3.1黄酮类化合物的分类a.中央三碳链的氧化程度b.B-环联接位置（2-或3-位）c.三碳链是否构成环状分类标准2.2.3.1黄酮类化合物的分类木犀草素，抗菌作用黄芩苷，清热解毒槲皮素：R=H芦丁：R=芸香糖最常见的黄酮醇类化合物黄酮类flavones黄酮醇类flavonols2.2.3.1黄酮类化合物的分类二氢黄酮类flavanones二氢黄酮醇类flavanonols橙皮苷Vp样作用甘草素对溃疡有抑制作用水飞蓟素保肝作用,治疗急慢性肝炎、肝硬化、中毒性肝损伤等。2.2.3.1黄酮类化合物的分类异黄酮类isoflavones二氢异黄酮类isoflavanones大豆异黄酮鱼鳞酮农业杀虫剂2.2.3.1黄酮类化合物的分类查耳酮类chalcones橙酮类aurones较少见黄花波斯菊花：硫黄菊素2.2.3.1黄酮类化合物的分类花色素类anthocyanidins黄烷醇类矢车菊素：R1=OH,R2=H