第六章 萜类

第六章第一节概述第二节萜类化合物的提取与分离第三节单萜化合物第四节倍半萜、二萜和三萜化合物第五节四萜化合物主要内容一、萜的含义和分类萜类化合物（Terpenoids）是一类骨架多样、数量庞大、生物活性广泛的一类重要的天然药物化学成分。从化学结构看，它含有异戊二烯的结构单位；大量的实验研究证明，甲戊二羟酸（Mevalonicacid,MVA）（而不是异戊二烯）是萜类化合物生源途径中最关键的前体物。因此，一般认为，凡由甲戊二羟酸衍生、且分子式符合（C5H8)n通式的衍生物均称为萜类化合物。第一节概述萜类化合物常常根据分子结构中异戊二烯单位的数目进行分类，如单萜、倍半萜、二萜、三萜等；同时再根据各萜类分子结构中碳环的有无和数目的多少，进一步分为链萜、单环萜、双环萜、三环萜、四环萜等；萜类多数是含氧衍生物，所以萜类化合物又可分为醇、醛、酮、羧酸、酯及苷等萜类。一、萜的含义和分类•单萜类植物为挥发油组分，如玫瑰油中的主要成分香叶醇，当人类开始用香料植物装点自身生活时，就已经将这类化合物与人类的生活紧密地联系在一起了。•中药黄花蒿的倍半萜成分青蒿素，为将非洲众多的人口疟疾的摧残中解救出来做了巨大贡献。•从红豆杉中分离到的二萜成分紫杉醇已经成为当今抗肿瘤药物的重要一员。•人参主要活性成分则属三萜化合物及其衍生物。第一节概述第二节萜类化合物的提取与分离第三节单萜化合物第四节倍半萜、二萜和三萜化合物第五节四萜化合物主要内容一、萜类化合物的提取1.单萜化合物（精油）的提取1）水蒸气蒸馏法利用挥发油的挥发性和与水不相混溶的性质提取。这是精油提取的传统方法，成本低廉，设备简单，操作简便，植物中油性成分提取完全。2）溶剂提取法挥发油为亲脂性物质，选用低沸点有机溶剂如乙醚、石油醚（30~60℃）等进行提取，通常采用连续回流提取法，也可用冷浸法。3）直接压榨法适用于含油量高的新鲜植物药材的提取。4）脂浸润法对热稳定性较差的萜类可用此法提取，如茉莉、晚香玉等花极不耐热，将花撒在涂有脂肪的板上，让精油吸入脂肪，再从脂肪中提取。5）CO2超临界流体提取法•超临界流体提取法1955年开始应用于提取目的，1970年以后开始在香料提取方面得到应用。•通常用CO2作为超临界流体，其临界温度为31℃，临界压力为7.4MPa。在这一温度和压力下，CO2成为既非气体又非液体的超临界流体，此时流体的密度近似液体，黏度是气体的数倍，扩散力比液体大增，浸透性优于液体，因此比液体有更好的溶解力。2.萜类化合物的提取除存在于精油中的单萜化合物能够按以上方法提取，其他类型萜类成分如倍半萜、二萜和大部分三萜化合物（不包括皂苷）都没有一个统一的提取方法。不过由于这些萜类化合物的极性大都中等偏小，所以，萜类化合物总的来说可用以下方法提取。一、萜类化合物的提取1）有机溶剂分步提取法先后用石油醚、氯仿、乙酸乙酯和甲醇浸泡粉碎的植物样品。石油醚主要是除去植物样品中的脂肪和叶绿素，倍半萜、二萜、三萜主要集中在氯仿、乙酸乙酯提取液中，萜类的配糖体主要集中在甲醇提取液中。由于这种方法操作繁琐，往往将其简化为石油醚脱脂，然后用甲醇或酒精提取，将提取液蒸干，所得浸膏分散于水中，分别用氯仿、乙酸乙酯、正丁醇萃取。这时，萜类化合物主要存在于氯仿和乙酸乙酯中，萜类配糖体主要存在于正丁醇中。一、萜类化合物的提取2）醇提法用甲醇或酒精浸泡粉碎的植物材料，加热或温浸，提取液减压浓缩得到浸膏，然后将此浸膏分散于水中，并分别用石油醚、氯仿、乙酸乙酯和正丁醇萃取。3）乙醇-水或丙酮-水提取法用乙醇-水（7：3）或丙酮-水（7：3）浸泡粉碎的植物材料，提取浓缩液加于大孔吸附树脂层析柱之上，用水冲至流出液近无色；用50%乙醇或50%甲醇洗脱至流出液近无色。萜类化合物主要集中在乙醇或甲醇洗脱液部分，萜类配糖体主要集中在50%乙醇或50%甲醇溶液中。一、萜类化合物的提取二、萜类化合物的分离单萜化合物1．冷冻处理将挥发油于0℃～－20℃以下放置使析出结晶，经重结晶可得单体结晶。例如薄荷油冷至-10℃12h析出第一批粗脑，油再在－20℃冷却24h可析出第二批粗脑，粗脑加热熔融在0℃冷冻可得较纯薄荷脑。2．化学方法1）与卤化氢生成结晶物进行分离适用于含双键的萜烯类化合物的分离，此法成本较低。例如松节油中主要成分α-蒎烯的提取分离：ClHClNaOH-CH3OH低温α-蒎烯氯化蒎烯（结晶物）•温度不能太高，否则异构化：•具体操作：在0℃将HCl气体通入萜烯：乙醚（1：1）混合液中，蒸发乙醚后得结晶物，经抽滤，分离，少量乙醇洗涤，重结晶得氯化蒎烯，反应过程应绝对干燥，否则易发生重排反应。氯化蒎烯用醋酸钠-冰醋酸或NaOH-甲醇混合液等试剂处理可复原为α-蒎烯。ClCl异构大于20度2．化学方法2）生成亚硝酰氯加成物进行分离亚硝酰氯用亚硝酸戊酯与浓HCl制得，此法也适用于含双键的萜烯类化合物的分离。例：NOClNOCl重排ClNOHKOHNOHH2OO柠檬烯肟香芹酮肟香芹酮•实验方法：将15ml32%HCl滴加到50g萜烯、50ml冰醋酸和50g亚硝酰戊酯所组成的冷冻混合液中，加成物析出，经抽滤，乙醇洗，丙酮重结晶。用苯胺乙醇溶液可复原。2．化学方法3）萜醇的分离一般与H3BO3成酯后分离或加邻苯二甲酸酐成酯后分离，如：实验方法：等质量的萜醇、邻苯二甲酸酐和苯回流1.5h，加水处理，分出水层用酸处理得邻苯二甲酸氢酯，再用NaOH-乙醇皂化，加水后用乙醚萃取，乙醚萃取液经干燥后浓缩，残留物即为萜醇的混合物。OOO+R'OHCOOR'COONaCOOR'COOHCOONaCOONa回流分离(水解)乙醚萜醇(溶于水)(不溶于水)HClNaOH+R'OH(不溶于水)R'OH萜醇2．化学方法4）醛酮类萜的分离醛酮类化合物可与NaHSO3（40%）生成沉淀物，分出沉淀物后可用酸或碱复原，但应注意双键化合物会有副反应发生。3.分馏法单萜类化合物的沸点随着双键的增多而升高，即三烯＞二烯＞一烯；含氧单萜的沸点随其官能团极性的增大而升高，即醚＜酮＜醛＜醇＜酸；酯比相应的醇沸点高。挥发油中的某些成分在沸点的温度时往往被破坏，故通常都采用减压蒸馏。一般在35℃～70℃／1333.22Pa被蒸馏出来的是单萜烯类化合物；在70℃～100℃／1333.22Pa蒸馏出来的是单萜含氧化合物；在80℃～110℃133.22Pa被蒸馏出来的则是倍半萜烯及含氧化物。4.色谱分离法吸附柱色谱：吸附剂多采用硅胶和氧化铝，洗脱剂多用石油醚或正己烷，混以不同比例的乙酸乙酯。常用显色剂是碘，呈黄色斑点，方便但灵敏度不高；5%香草醛浓硫酸溶液，喷后100-105℃加热显色。第一节概述第二节萜类化合物的提取与分离第三节单萜化合物第四节倍半萜、二萜和三萜化合物第五节四萜化合物主要内容单萜类是由2个异戊二烯单位构成、含10个碳原子的化合物类群。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。它们的含氧衍生物多具有较强的生物活性和香气，是医药、化妆品和食品工业的重要原料。单萜以苷的形式存在时，不具有挥发性，不能随水蒸气蒸馏出来。第三节单萜化合物（monoterpenoids）单萜类化合物可分为链状型和单环、双环等环状型两大类，其中以单环和双环型两种结构类型所包含的单萜化合物最多。构成的碳环多为六元环，也有五元环、四元环和七元环。第三节单萜化合物（monoterpenoids）CH2OHCH2OHCH2OHCHOCHOCHO香叶醇Geraniol橙花醇Nerol?香茅醇Citronellol香叶醛Geranial橙花醛Neral?香茅醛Citronellal1.开链单萜单萜的结构类型及代表性化合物1、香叶烯又称月桂烯，淡黄色液体，广泛存在于植物界，在杨梅叶、鱼腥草、啤酒花、松节油、黄柏果实等挥发油中含有。有研究表明，月桂叶对于用戊巴比妥催眠的小鼠具有延长睡眠的作用，其机理可能是此成分干扰了戊巴比妥在体内的代谢。2、罗勒烯在罗勒叶中，有Z、E式两种，称α-罗勒烯3、香叶醇在玫瑰油、香叶天竺葵油及另一种香茅叶的挥发油中含有，是玫瑰系香料不可少的成分。4、香茅醛也是香茅油的主要成分之一，具有强烈而佳适的香气。5、蒿酮蒿酮存在于黄花蒿挥发油中，蒿酮由两个异戊二烯组成，但不是头尾和尾尾相联缩合而成，而是一种不规则的单萜。6、柠檬醛柠檬醛常以混合物的形式存在于植物界中，其中含有两种几何异构体，称为α-柠檬醛和β-柠檬醛，它们都有柠檬香气。2.单环单萜单萜的结构类型及代表性化合物OHOOOCHCHCOCH3CHCHCOCH3薄荷醇桉油精驱蛔素α-紫罗兰酮β-紫罗兰酮•单环单萜类植物成分的种类很多，其基本骨架在10种以上。其中，薄荷烷和异薄荷烷类以及桉油精衍生物类和紫罗酮衍生物类是比较重要的类型。•大多数单环单萜是由薄荷烯衍生而来的。•薄荷醇也叫薄荷脑，薄荷醇可氧化成薄荷酮或脱水生成薄荷烯。薄荷醇有3个手性碳原子，应有8个立体异构体。天然薄荷油中分离所得的是左旋薄荷醇，白色针状结晶，可升华，微溶于水，易溶于乙醇、乙醚、氯仿、石油醚、乙酸。薄荷醇具有弱的镇痛、止痒和局部麻醉作用，亦有防腐、杀菌和清凉的作用。•桉油精是桉叶挥发油中的主成分，樟油低沸点馏分中可达30%，蛔蒿花蕾挥发油中亦有，本品遇盐酸、HBr、H3PO4及甲苯酚等可形成结晶性加成物，加碱处理又分解出桉油精，本品可用作防腐杀菌剂。•紫罗兰酮存在于千屈菜科指甲花挥发油中，工业上由枸醛与丙酮缩合制备。紫罗兰酮是混合物，α-紫罗兰酮可作香料，β-紫罗兰酮可用作合成维生素A的原料。二氢α-紫罗兰酮存在于龙涎香中，有较佳的香气。•驱蛔素亦称土荆芥油精，是驱虫药土荆芥油中的主要成分，因是过氧化物，加热至130-150℃时可爆炸并分解，本品为强力驱蛔药，但有听力障害、耳鸣、呕吐等副作用。3.二环单萜单萜的结构类型及代表性化合物二环单萜类化合物在植物界分布很广，组成它们的基本碳架在15种以上，比较常见的有以下6种：侧柏烷长松针烷蒎烷樟烷异樟烷茴香烷蒎烯：在松节油中α-蒎烯约含70%、β-蒎烯约含30%，在柠檬、八角茴香、蓝桉叶、百里香、茴香、橙花等挥发油中广泛存在，是合成龙脑、樟脑的重要原料。α-蒎烯的右旋体存在于带蜡松节油和中国海南岛产松节油中，左旋体则存在于西班牙、奥地利松节油和中国广大产区的松节油中。α-蒎烯均为无色液体，右旋体的沸点156℃，α-蒎烯在空气中能自动氧化聚合变稠，故常用抗氧化剂。α-蒎烯氢化，生成蒎烷；也可异构成含3～6％β-蒎烯的混合物。α-蒎烯在硫酸作用下水合开环，生成松油醇。α-蒎烯可用于矫正一些工业产品的香味，并可做涂料溶剂、杀虫剂和增塑剂等。β-蒎烯在松节油中含量较α-蒎烯低得多，在美国大量从松节油中分馏得到，中国思茅松节油含β-蒎烯约30％。右旋体的沸点164～166℃。β-蒎烯类似α-蒎烯，遇热极易异构化成α-蒎烯；也可水合和异构化成莰烯。β-蒎烯的主要工业用途为热裂解成月桂烯，作为合成开链萜的原料；与甲醛加成生成诺卜醇，其乙酸酯用作香料。以β-蒎烯为原料，已生产出多种香料和维生素A、维生素E等。•龙脑：即中药“冰片”。龙脑的右旋体得自龙脑树的树干空洞内的渗出物。左旋龙脑，在海南省产的艾纳香全草中含有。几乎不溶于水，易溶于乙醇、乙醚、苯、丙酮等，极易升华，它们可通过α-蒎烯来制备：+R-COOH[(RCO)2O]H+6-8hOCOROH-H2OOHOH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、镇痛及抗炎等药理作用。近年报道芍药苷具有防治老年性痴呆的生物活性。卓酚酮类化合物是一类变形的单萜，它们的碳架不符合异戊二烯定则，该类化合物多具有抗菌活性，但同时多有毒性。OOHOHOCH2OHHOHOOHOCOOH2C芍药苷PaeoniflorinOOHα－扁柏素α－thujaplicin四、环烯醚萜（iridoids）含有环戊烷结构单元，包括含有取代环戊烷环烯醚萜（irid