木脂素的结构性质提取方法及其鉴别

木脂素木脂素木脂素类天然产物是植物界中分布十分广泛的一大类代谢产物，由于最早期是从树脂提取中分离得到，因而得名木脂素。目前已从樟科、松科、胡椒科、爵床科、肉豆蔻科、五味子科、木兰科、菊科等上百个科的植物中发现不同结构类型的木脂素类化合物，尤其在松柏纲植物中最为多见，且含量较高。由于木脂素类化合物在植物生态学、人类营养、健康保护以及疾病治疗中的重要生物学作用和功能，一直备受研究者的关注。木脂素木脂素类是指C6-C3单位通过边链的β位碳连接而成的化合物，常见的有芳基萘（arylnaphthalene）、二苄基丁内酯（dibenzylbutyrolactone）、四氢呋喃（tetrahydro-furan）、二苄基丁烷（dibenzylbutane）和联苯环辛烯（dihenzo-cyclooctadiene）等类型。C6-C3单位不通过边链10位碳连接而形成的聚合体被归为新木脂素。一、结构类型二、理化性质三、提取分离四、结构鉴定五、生物活性六、结构修饰和化学合成一、结构类型常见类型如下：（一）二芳基丁烷类（dibenzylbutanes）CH2OHCH2OHMeOMeOOMeOMe叶下珠脂素phyllanthin（二）二芳基丁内酯类（dibenzyltyrolactones）这是木脂素侧链形成内酯结构的基本类型，还包括单去氢和双去氢化合物。它们是生物体内芳基萘内酯类木脂素的合成前体。OOOOOOOO扁柏脂素hinokinin（三）芳基萘类（arylnaphthalenes）有芳基萘、芳基二氢萘和芳基四氢萘（aryltetralins）三种结构。OOOO奥托肉豆蔻脂素otobain（四）四氢呋喃类（tetrahydrofurans）因氧原子连接位置的不同，可形成7-O-7’、7-O-9’和9-O-9’三种四氢呋喃结构。OOO7-O-7'7-O-9'9-O-9'（五）双四氢呋喃类（furofurans）由二个取代四氢呋喃单元形成四氢呋喃骈四氢呋喃结构。OOOOOO(+)-细辛脂素（六）联苯环辛烯类（dibenzocyclooctenes）OMeMeOMeOMeOMeOOMe五味子甲素(+)-deoxyschizandrin（七）苯骈呋喃类（benzofurans）包括苯骈呋喃及其二氢、四氢和六氢衍生物OOMeOMeOOMe海风藤酮kadsurenone（八）双环辛烷类（bicyclo[3,2,1]octanes）OOOOMeMeOMeOmacrophyllin（九）苯骈二氧六环类两分子苯丙素通过氧桥连接，形成二氧六环结构。OOOOHOHHOCH2O猫眼草素maoyancaosu（十）螺二烯酮类（spirodienones）OOOOMeO呋胡椒脂酮futoenone（十一）联苯类（biphenylenes）OHOH厚朴酚honokiol（十二）倍半木脂素（sesquilignans）和二木脂素（dilignans）分别由3分子和4分子苯丙素聚合而成。OOOOHOHOMeMeOOMeOH拉帕酚AlappaolA二、理化性质形态：多呈无色晶形，新木脂素不易结晶溶解性：游离——亲脂性，难溶水，溶苯、氯仿等成苷——水溶性增大挥发性：多数不挥发，少数有升华性质旋光性：大多有光学活性，遇酸易异构化。如：芝麻脂素为双四氢呋喃类木脂素，2个四氢呋喃环顺式骈环，有2个手性碳，故有4个异构体。d-芝麻脂素（d-sesamin）——系从麻油的非皂化物中获得，右旋体；d-表芝麻脂素（d-episesamin）——上者在盐酸乙醇液中加热转化而来。即细辛脂素。l-表芝麻脂素——从细辛根中得到，左旋体；l-芝麻脂素——由上者在盐酸乙醇液中加热部分转化获得。OOOOOOHHOOOOOOHHHCld-芝麻脂素d-表芝麻脂素OOOOOOHHOOOOOOHHHCll-表芝麻脂素l-芝麻脂素这是由于呋喃环上的氧原子与苄基相连，易于开环，重复闭环时发生构型变化。矿酸不仅能使木脂素构型发生变化，改变旋光性质，影响其生物活性，而且还能引起某些木脂素发生碳架重排。光照也能使木脂素起氧化环合等反应而发生碳架变化。所以，从化学结构类型来看，木脂素并非一类成分，因此，它们没有共同的特征反应，但有一些非特征性的试剂可用于薄层层析显色，如：5%磷钼酸乙醇液、30%硫酸乙醇液等。——通用显色剂三、提取分离一般宜先查阅有关资料，搜索比较该种或该类成分的各种提取方案，尤其是工业生产方法，在根据具体条件加以选用。从天然产物中寻找未知有效成分或有效部位时，情况比较复杂。只能根据预先确定的目标，在适当的活性测试体系指导下，进行提取、分离并以相应的动物模型筛选、临床验证、反复实践，才能达到目的。天然产物的有效成分往往需要从复杂的均相或非均相体系中提取出来，然后通过分离和去除杂质以达到提纯和精制的目的。一、天然产物有效成分分离方法的原理溶剂提取法与水蒸气蒸馏法的原理、操作及其特点二、天然产物有效成分分离与精制天然产物有效成分各种分离方法的原理1、溶剂提取法溶剂提取法的原理：溶剂提取法是根据天然产物中各种成分在溶剂中的溶解性质，选用对活性成分溶解度大，对不需要溶出成分溶解度小的溶剂，而将有效成分从药材组织内溶解出来的方法。当溶剂加到天然产物原料（需适当粉碎）中时，溶剂由于扩散、渗透作用逐渐通过细胞壁透入到细胞内，溶解了可溶性物质，而造成细胞内外的浓度差，于是细胞内的浓溶液不断向外扩散，溶剂又不断进入药材组织细胞中，如此多次往返，直至细胞内外溶液浓度达到动态平衡时，将此饱和溶液滤出，继续多次加入新溶剂，就可以把所需要的成分近于完全溶出或大部溶出。1、溶剂提取法天然产物成分在溶剂中的溶解度直接与溶剂性质有关。溶剂可分为水、亲本性有机溶剂及亲脂性有机溶剂，被溶解物质也有亲水性及亲脂性的不同。有机化合物分子结构中亲水性基团多其极性大而疏于油；有的亲水性基团少，其极性小而疏于水。这种亲水性、亲脂性及其程度的大小，是和化合物的分子结构直接相关1、溶剂提取法一般来说，两种基本母核相同的成分，其分子中功能基的极性越大，或极性功能基数量越多，则整个分子的极性大，亲水性强，而亲脂性就越弱，其分子非极性部分越大，或碳键越长，则极性小，亲脂性强，而亲水性就越弱。1、溶剂提取法各类溶剂的性质，同样也与其分子结构有关。这样，我们就可以通过对天然产物成分结构分析，去估计它们的此类性质和选用的溶剂。总的说来，只要天然产物成分的亲水性和亲脂性与溶剂的此项性质相当，就会在其中有较大的溶解度，即所谓“相似相溶”的规律。这是选择适当溶剂自天然产物中提取所需要成分的依据之一。1、溶剂提取法溶剂的选择：运用溶剂提取法的关键，是选择适当的溶剂。溶剂选择适当，就可以比较顺利地将需要的成分提取出来。选择溶剂要注意以下三点：①溶剂对有效成分溶解度大，对杂质溶解度小；②溶剂不能与中药的成分起化学变化；③溶剂要经济、易得、使用安全等。1、溶剂提取法常见的提取溶剂可分为以下三类：1）水：水是一种强的极性溶剂。2）亲水性的有机溶剂：也就是一般所说的与水能混溶的有机溶剂，如乙醇（酒精）、甲醇（木精）、丙酮等，以乙醇最常用。3）亲脂性的有机溶剂：也就是一般所说的与水不能混溶的有机溶剂，如石油醚、苯、氯仿、乙醚、乙酸乙酯、二氯乙烷等。1、溶剂提取法提取方法：用溶剂提取天然产物成分，、常用浸渍法、渗漉法、煎煮法、回流提取法及连续回流提取法等。同时，原料的粉碎度、提取时间、提取温度、设备条件等因素也都能影响提取效率，必须加以考虑。四、结构鉴定天然产物一般鉴定：1、已知化合物2、未知化合物主要方法：化学法光谱法天然产物一般鉴定方法1.已知化合物鉴定的一般程序①测定样品熔点，与已知品的文献值对照，比较是否一致或接近。②测定样品与标准品的混溶点，所测值不下降。③将样品与标准品共薄层色谱或纸色谱，比较其Rf值是否一致。④测样品的红外光谱或标准谱图进行比较，是否完全一致。2.未知化合物的结构测定方法①测定样品的物理常数，如熔点或沸点，比旋度或折光率等，查文献，初步判断样品是已知还是未知物，若是未知物，按以下程序：②进行检识反应，确定样品是哪个类型的化合物，如生物碱、黄酮、强心苷等③分子式的测定，通过元素分析和分子量的测定，计算其分子式。MS④结构分析，测样品的UV、IR、MS、NMR⑤结构验证UV：判断分子结构中是否存在共轭体系IR：确定分子结构中的官能团MS：可确定分子量，计算分子式，解析分子结构NMR1H-NMR：可以得知共振原子的相对数目及化学环境13C-NMR：推导化合物的基本骨架核磁共振谱(NMR)●1945年，F.Bloch和E.M.Purcell几乎同时发现了核磁共振现象，获得1952年诺贝尔物理奖●核磁共振：氢核磁共振（1H-NMR)谱碳核磁共振（13C-NMR)谱●天然药物化学成分以有机物为主，分子结构中必然有C、H原子，它们的结合类型、化学环境不同，均可用NMR测定，是天然化合物结构测定的重要手段。●氢核磁共振（1H-NMR)谱：化学位移范围：在0~20ppm三大要素：化学位移(δH)、偶合常数(J)及峰面积。灵敏度高，样品用量少（1-5mg），测试时间短●碳核磁共振（13C-NMR)谱：化学位移范围：在0~250ppm要素：化学位移(δC)灵敏度较低，样品用量较多（5-20mg），测试时间长谱图解析以2-(3-甲氧基-4-羟基苯基)-3-甲基-5-丙烯基-7-甲氧基-2,3-二氢苯并呋喃1为例，进行谱图解析，其分子结构、核磁氢谱见图2.4、2.5OOHOOHH6.526.625.353.836.586.556.535.01.341.713.733.736.416.06ChemNMRH-1Estimation图2.5化合物1的核磁氢谱图数据1HNMR谱图分析：(400MHz,CDCl3)δ(ppm)6.98处积分为1的单峰，6.90积分为2的单峰为一组芳香质子，6.78处积分为2的单峰为另一组芳香质子，显示该化合物结构中存在两个取代苯环；6.36处积分为1的dd峰，偶合常数为15.6Hz和1.6Hz和6.12处积分为1的多重峰分别为8位，9位的氢，归属为两个烯质子；5.85处积分为1的单峰为4位的羟基氢；3.89，3.88处两个积分为3的单峰为3位和7位OCH3上的氢；5.10处积分为1的双峰偶合常数为9.6Hz，显示为苄基质子，结合3.45处积分为1的多重峰和1.38处积分为3的双峰，可推断该化合物为苯并呋喃新木脂素，它们分别为2位、3位上的质子以及3位甲基氢。1.87处积分为3的dd峰归属为9位甲基氢。与已知化合物licarinA对照，波谱数据基本一致（表2.1），鉴定为licarinA。五、生物活性1.抗肿瘤作用2.肝保护和抗氧化作用3.对中枢神经系统的作用——如：镇静、兴奋作用4.血小板活化因子拮抗活性5.抗病毒作用6.平滑骨解痉作用7.毒鱼作用8.杀虫作用六、天然产物的结构修饰与化学合成1.天然产物的结构修饰2.天然产物的化学合成1.天然产物的结构修饰为提高药物的治疗效果，降低毒副作用，适应制剂要求，方便应用，可将药物化学结构进行修饰。修饰方法根据药物结构而定，近年来发展很快。保持药物的基本结构，仅在某些功能基上作一定的化学结构改变，称为化学结构修饰。药物经化学修饰得到的化合物，在人体内又转化为原来的药物而发挥药效时，称原来的药物为母体药物(ParentDrug)，修饰后的化合物为药物前体(Prodrug)，亦称前体药物，简称前药。结构修饰的目的改善药物的转运与代谢过程，提高生物利用度；改善药物理化性质和不良嗅味；有利于药物与受体或酶的相互作用，引起相应的生物化学和生物物理的转变。化学结构修饰的中心问题是：选择恰当的结构改变，使在生理条件下，能释放母体药物，并根据机体组织有酶、受体、pH等条件的差异，使母体药物释放有差异，而达到上述目的。大多数前药在体内主要经酶水解而释放母体药结构修饰的目的一、使药物在特定部位作用二、提高药物的稳定性三、改善药物的溶解性四、改善药物的吸收性五、延长药物作用时间六、降低药物的毒副作用七、其它，如消除药物的不良臭味