萜类和挥发油

萜类和挥发油TerpenoidsandVolatileOil杨炳友含义、分类、生合成途径、分布、主要的生物活性结构特点、典型化合物理化性质常规提取分离方法检识方法萜类和挥发油结构研究方法及规律中药研究实例概述挥发油的组成挥发油的理化性质挥发油的提取与分离挥发油的检识方法挥发油的中药研究实例挥发油的概述萜类挥发油大纲要求1.掌握挥发油的组成、通性和检识方法。2.掌握挥发油的提取、分离方法。3.熟悉萜类的结构特点和分类。4.熟悉萜类的提取、分离方法。5.了解萜类的含义、生源途径、分布和生理活性。1．含义：萜类化合物为一类由甲戊二羟酸（MVA）衍生而成，基本碳架多具有2个或2个以上异戊二烯单位（C5单位）结构特征的化合物。第一节萜类一、概述(一)萜类的含义及分类甲戊二羟酸OHHOOOH2、存在形式：类别碳原子数异戊二烯单位数存在形式半萜51植物叶单萜102挥发油倍半萜153挥发油二萜204树脂、苦味素、植物醇、叶绿素二倍半萜255海绵、植物病菌、昆虫代谢物三萜306皂苷、树脂、植物乳汁四萜408植物胡萝卜素多萜～7.5×103至3×1058橡胶、硬橡胶（二）萜类化合物的生物合成途径1．经验异戊二烯法则认为“萜类的碳架是由异戊二烯单位以头-尾或非头-尾顺序相连而成”。问题:1许多碳架结构无法用异戊二烯的基本单元来划分2植物中未发现异戊二烯异戊二烯焦化理由:橡胶松节油异戊二烯280℃二戊烯2．生源异戊二烯法则甲戊二羟酸则是各种类型萜类化合物生物合成的最关键前体。前述有些萜类化合物的基本碳架不符合异戊二烯法则或其基本碳架的碳原子数不是5的倍数，则是因为其在生物合成过程中产生异构化或产生脱羧降解反应所致。P183异构化或产生脱羧降解反应符合异戊二烯法则的化合物萜类化合物不符合异戊二烯法则的化合物(基本碳架不是5的倍数)萜类异戊二烯单元的划分1在划分萜类异戊二烯单元时，关键是要找到“异戊二烯”的碳架，如薄荷醇为单萜，可划分成两个异戊二烯单元；α-桉叶醇为倍半萜，可划分成三个异戊二烯单元。薄荷醇α-桉叶醇2有些萜类化合物的碳架不符合异戊二烯规则，如卓酚酮类、4-去甲环烯醚萜类等，其遵循生源异戊二烯规则，应认定其属于萜类。OHOH（三）萜类化合物的主要分布类别分布单萜大量存在于唇形科、伞形科、樟科及松科的腺体、油室及树脂道内倍半萜种类数量最多，集中分布在木兰目、芸香目、山茱萸目及菊目中二萜分布丰富的科属有五加科、马兜铃科、菊科、橄榄科、杜鹃花科、大戟科、豆科、唇形科和茜草科二倍半萜数量不多，在羊齿植物、菌类、地衣类、海洋生物及昆虫的分泌物中存在注意：A睡莲目等水生植物未见有单萜及倍半萜类成分的报道；B富含生物碱的植物也不含或少含萜类化合物；C毛茛目植物中尚未见到倍半萜类化合物。（四）萜类化合物的生物活性1．循环系统作用:芍药苷、银杏内酯2．消化系统作用:环烯醚萜3．呼吸系统作用:穿心莲内酯4．抗病原微生物作用:臭蚁内酯,穿心莲内酯,鸡蛋花苷5．神经系统作用:缬草环氧三酯、高乌头碱及龙脑6．抗肿瘤作用:紫杉醇7．抗生育作用:棉酚,芫花酯甲、乙8．杀虫驱虫作用:青蒿素,鹰爪甲素及川楝素9．甜味剂作用:甜菊苷二、单萜（monoterpenoids）★定义:基本碳架由10个碳原子，即2个异戊二烯单位构成的萜类化合物。★分布:高等植物的腺体、油室及树脂道等分泌组织内昆虫和微生物的代谢产物海洋生物中★特点:单萜，尤其含氧衍生物多具有较强的香气和生物活性，多是挥发油的组成成分（单萜苷类不具有挥发性）。单萜的分类单萜无环单环双环三环碳环三元环四元环五元环六元环七元环萜类化合物结构中环数的确定萜类化合物分为无环（开链）、单环、双环、三环等多种环状结构，其主要依据是碳环的数量。例如青蒿素只含有一个碳环，其属于单环倍半萜；穿心莲内酯属于双环二萜。OOHHOHOOOOHOHOCH2OHH青蒿素穿心莲内酯HCH2OH（一）无环单萜（acyclicmonoterpenoids）香叶醇（牻牛儿醇），玫瑰油、香叶天竺葵油及香茅叶的挥发油中均含有此成分.香叶醇葡萄糖苷HoglcHCH2OH香橙醇混合共存，但以反式柠檬醛为主，具有柠檬香气，为重要的香料。在香茅油中可达70%~85%，山鸡椒、橘子油中均有大量存在。HCHOHCHOα-柠檬醛(香叶醛)顺式柠檬醛(橙花醛)（二）单环单萜OH薄荷醇（menthol）的左旋体习称薄荷脑，是薄荷油中的主要组成部分。薄荷醇具有弱的镇痛、止痒和局麻作用，亦有防腐、杀菌和清凉作用。OOCOCH3O胡椒酮（piperitone）习称辣薄荷酮，洋薄荷酮。存在于芸香草（含量可达35％以上）等多种中药的挥发油中，有松弛平滑肌作用，是治疗支气管哮喘的有效成分。O桉油精（cineole，eucalyptol）是桉叶挥发油中的主成分（约占70%），桉油低沸点馏分（白油）中可达30%。蛔蒿花蕾挥发油中亦含有桉油精。本品遇盐酸、氢溴酸、磷酸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。有似樟脑的香气，用作防腐杀菌剂OOβ-紫罗兰酮（△5，6）α-紫罗兰酮（△4，5）卓酚酮－－－变形的单环单萜结构特征：碳架不符合异戊二烯定则，结构中有一个七元芳环。OOH★酸性：卓酚酮具有芳香结构，环上的羟基具有酚的通性，显酸性，其酸性介于酚类和羧酸之间。★化学性质：1与多种金属离子形成络合物结晶体铜络合物为绿色结晶，铁络合物为红色结晶。2分子中的羰基类似羧酸中羰基的性质，但不能和一般羰基试剂反应；★IR特征:羰基（1600cm－1～1650cm－1）和羟基（3100cm－1～3200cm－1）卓酚酮类化合物的性质：卓酚酮类化合物的分布:真菌的代谢产物柏科的心材中也含有卓酚酮类化合物。卓酚酮类化合物的生物活性:OOHα-崖柏素多具有抗癌活性，但同时多有毒性。（三）双环单萜（bicyclicmonoterpenoid）蒈烷型蒎烷型莰烷型异莰烷型葑烷型芍药苷是芍药根中的蒎烷单萜苷。其中还有白芍药苷、氧芍药苷、苯甲酰芍药苷等结构类似的苷，多具有镇静、镇痛、抗炎活性。OOHOOOCOglc芍药苷是芍药根中的蒎烷单萜苷。其中还有白芍药苷、氧芍药苷、苯甲酰芍药苷等结构类似的苷，多具有镇静、镇痛、抗炎活性。OOHOOOCOglc双环单萜龙脑(中药冰片)的右旋体〔α〕+37.7°（乙醇），得自龙脑香树（Dryobalanopscamphora）的树干空洞内的渗出物。左旋龙脑〔α〕-37.7°（乙醇），在海南省产的艾纳香（Blumeabalsmifera）全草中含有。合成品是消旋龙脑。均用于香料、清凉剂及中成药。OH右旋樟脑在樟脑油中约占50%，左旋樟脑在菊蒿油中存在。合成品为消旋体;消旋体在菊中亦有存在。樟脑有局部刺激作用和防腐作用，可用于神经痛、炎症及跌打损伤。O（四）三环单萜（tricyclicmonoterpenoid）CH2OHCH2OH三环烷型三环白檀醇存在于檀香木部挥发油五环烯醚萜类化合物OHO134567891011定义：环烯醚萜类多具有半缩醛及环戊烷环的结构特点，环烯醚萜类化合物的结构特征：1环烯醚萜类为臭蚁二醛的缩醛衍生物。2环烯醚萜形成后，其C4-甲基经氧化脱羧，形成4–去甲基环烯醚萜；3其C7—C8处断键开环，形成裂环环烯醚萜，并多与糖结合形成苷。4其半缩醛C1–OH性质不稳定，故主要以C1-OH与糖成苷的形式存在于植物体内。环烯醚萜分类：根据其环戊烷环是否裂环OOglc环烯醚萜环烯醚萜苷裂环环烯醚萜苷OOglc环烯醚萜类化合物在中药中分布较广，特别是在玄参科、茜草科、唇形科及龙胆科中较为常见。5914OH6113O28710OHOCOOHOHOOHOOOglc氧化开环脱羧1．环烯醚萜苷类A.C4位多连甲基或羧基、羟甲基，故又称为C-4位有取代基环烯醚萜苷。OOglc1234567891011OCOOCH3OglcHOH2C存在于栀子（Gardeniajasminoides）中，它们与栀子的清热泻火、治疗肾炎水肿可能有一定关系，栀子苷为主成分，有一定泻下作用，其苷元京尼平（genipin）具有显著的促进胆汁分泌活性。栀子苷B.4-去甲基环烯醚萜苷为环烯醚萜苷C4位去甲基降解苷，苷元碳架部分由9个碳组成，又称作C-4位无取代基环烯醚萜苷，其它取代与环烯醚萜苷相似。OOHOglcHHOHOH2C梓醇梓醇是地黄降血糖的有效成分，并有较好的利尿及迟缓性泻下作用。★OOHHOglcOHOCOCHCH钩果草苷钩果草苷（又名玄参苷，）存在于北玄参根中，有一定的镇痛抗炎活性。钩果草苷、梓醇等C4–去甲基环烯醚萜苷，水解后的苷元均不稳定，易变为深色，含此类苷的地黄及玄参等中药在炮制及放置过程中因此而变成黑色。2．裂环环烯醚萜苷此类化合物苷元的结构特点为C7-C8处断键成裂环状态，C7断裂后有时还可与C11形成六元内酯结构。ONOOOOOglcNH3龙胆苦苷龙胆碱龙胆苦苷在龙胆、当药及獐牙菜（青叶胆等植物中均有存在，是龙胆的主要有效成分和苦味成分，味极苦，将其稀释至1:12000的水溶液，仍有显著苦味。★3．环烯醚萜的性质：（１）性状：环烯醚萜类化合物大多数为白色结晶或粉末（极少为液态），多具有旋光性，味苦。（２）溶解性：易溶于水和甲醇，可溶于乙醇、丙酮和正丁醇，难溶于氯仿、乙醚和苯等亲脂性有机溶剂。★环烯醚萜的化学性质：★水解反应：环烯醚萜苷易被水解，生成的苷元为半缩醛结构，其化学性质活泼，易进一步聚合产生聚合物沉淀，难以得到苷元。苷元遇酸、碱、羰基化合物和氨基酸等都能变色，可用于检识及鉴别。★氨基酸反应：苷元遇氨基酸并加热，即产生深红色至蓝色，最后生成蓝色沉淀，故接触皮肤能使之染成蓝色。★冰乙酸-铜离子反应：苷元溶于冰乙酸中，加少量铜离子，加热能显蓝色。(4)．环烯醚萜苷的提取分离一般选用溶剂法。常用水、甲醇、乙醇、稀丙酮溶液、正丁醇、乙酸乙酯为提取溶剂。可采用渗漉法或热回流提取法。三、倍半萜定义：基本碳架由15个碳原子，即3个异戊二烯单位构成。存在形式：多与单萜类共存于植物挥发油中，是挥发油高沸程（250℃~280℃）的主要组分，也有低沸点的固体。倍半萜的特点：1倍半萜的含氧衍生物多有较强的香气和生物活性，是医药、食品、化妆品工业的重要原料。2倍半萜类的骨架类型及化合物数量是萜类成分中最多的一类3研究发展很快，至1991年已发现的倍半萜约为2800种，骨架类型200种以上，到1997年倍半萜化合物数量达9615种，近年来在海洋生物中就发现300余种。倍半萜类的分类倍半萜无环倍半萜单环倍半萜双环倍半萜三环倍半萜（一）无环倍半萜（acyclicsesquiterpenoids）OH金合欢醇金合欢醇在金合欢花油、橙花油、香茅油中含量较多，为重要的高级香料原料。（二）单环倍半萜（monocyclicsesquiterpenoids）OOHHOHOO青蒿素是从中药青蒿（黄花蒿）中分离到的具过氧结构的倍半萜内酯，有很好的抗恶性疟疾活性，其多种衍生物制剂已用于临床。★qinghaosu，arteannuin，artemisinin（三）双环倍半萜（bicyclicsesquiterpenoids）OHα-桉叶醇O苍术酮OHOHOHCHOOHOHOHCHO棉酚薁类化合物－－特殊的双环倍半萜★结构特点：薁类化合物是由五元环与七元环骈合而成的芳烃衍生物，可看成是由环戊二烯负离子和环庚三烯正离子骈合而成，为非苯型的芳烃类化合物，具有一定的芳香性。356781241薁是一种非苯型的芳烃类化合物，具有一定的芳香性。2在挥发油分级蒸馏时，高沸点馏分中有时可看见蓝色或绿色的馏分，这显示可能有薁类成分存在。3薁类沸点较高，一般在250℃~300℃,4不溶于水，可溶于醚类等有机溶剂和强酸，故可用60%~65%硫酸或磷酸提取，加水稀释又可析出。5能与苦味酸或三硝基苯试剂产生π络合物结晶，此结晶具有敏锐的熔点可借以鉴定。★薁类化合物的性质薁类化合物的性质6Sabety反应：与5%溴的氯仿溶液反应显蓝、紫、绿色。7薁分子具有高度共轭体系的双键，在可见光（360nm