有机化学--第15章--天然生物活性有机化合物资料

Chemistryisakeyofscience天道酬勤第15章活性有机化合物目的要求1.学习和了解动植物中存在的具有较强生物活性的有机化合物；2.对常见的萜类化合物、甾体化合物、皂苷类化合物、生物碱以及黄酮和异黄酮进行初步的学习；3.从构效关系角度了解活性有机化合物治病、防病及生理保健功效等知识。4.了解药物的一般常识及副作用等。（4h）第15章活性有机化合物应掌握的内容•了解活性有机化合物的概念掌握萜类化合物的结构特征、分类方法及命名•了解萜类化合物的主要生物活性及来源掌握苷类化合物的结构特征•区别甾体皂苷、强心苷、皂苷的苷元结构掌握生物碱的结构特征及分类掌握生物碱的主要生物活性及副作用掌握黄酮和异黄酮的结构及分类、命名•了解黄酮和异黄酮的主要生物功能掌握木质素的概念、结构类型第15章活性有机化合物15.1萜类化合物萜类化合物(terpenoids)一般是指具有（C5H8）n通式以及其含氧和不同饱和程度的衍生物。萜类化合物可看作是异戊二烯或异戊烷以各种方式连接而成的一类天然化合物，称“异戊二烯规则”，萜类化合物广泛存在于植物、昆虫及微生物中，是天然化合物中最多的一类。分类:名称碳原子数通式（C5H8）n存在半萜（hemiterpenoid）5n=1挥发油单萜(monoterpenoid)10n=2挥发油倍半萜(sesqniterpenoid)15n=3挥发油、树脂、苦味素二萜(diterpenoid)20n=4挥发油、叶绿素、苦味素二倍半萜(sesterpenoid)25n=5海绵、植物病菌、昆虫代谢物三萜(triterpenoid)30n=6皂苷、树脂、植物乳胶角质四萜(teteraterpenoid)40n=8植物胡萝卜素类多萜(polyterpenoid)~7.5×103~3×105n≥8橡胶、巴拉达树脂、古塔胶第15章活性有机化合物萜类化合物的分类按萜类分子中是否含环及所含环的多少分类第15章活性有机化合物萜类化合物的生源途径第15章活性有机化合物萜类化合物生物功能a.抗生育活性芫花酯甲（yuanhuacin）、芫花酯乙（yuanhuadin）均为引产药。b.抗白血病、抗肿瘤活性莪术醇（curcumol）治疗早期宫癌等。c.驱蛔虫和杀虫活性驱蛔素（ascaridole）、土木香内酯（costunolide）等。d.抗疟活性青蒿素（arteannuin）等。e.神经系统作用治疗神经分裂症的马桑内酯类化合物。F.促进肝细胞再生活性如齐墩果酸（oleanolicacide）等。g.降血压活性闹羊花酶素Ⅲ（rhodojuponinⅢ）对重症高血压有紧急降压作用。h.还有消炎、泻下、降血脂、降低转氨酶等活性。第15章活性有机化合物15.2甾族化合物甾类化合物（steroid）分子中含有一个环戊烷并氢化菲的骨架，4个环分别用A、B、C和D表示，广泛存在与动植物组织内，并在动植物生命活动中起着十分重要的作用。主要包括甾醇类和甾体激素。甾醇类化合物是植物细胞的重要成分，一般多以游离状态或与糖形成苷而存在，并常与油脂共存于植物种子或花粉粒中，游离的植物甾醇都有较好的结晶形状和熔点，易溶于氯仿、乙醚等有机溶剂，而难溶于水，其苷能溶于醇。第15章活性有机化合物甾醇类在结构上的区别第15章活性有机化合物甾体激素激素（hormone）是由内分泌腺及具有内分泌功能的一些组织所产生的，并具有调节各种物质代谢或生理功能的微量化学信息分子。第15章活性有机化合物胆汁酸的命名方法胆汁酸的命名方法有普通命名法和系统命名法两种：普通命名法往往是由最先发现的动物来源予以命名，如鹅去氧胆酸，最先是从鹅胆汁中分离出来的，余类推。系统命名法往往是由胆烷酸衍生出来的，如胆酸可命名为3α，7α，12α-三羟基-5-β-胆烷酸；别胆酸如胆酸可命名为3α，7α，12α-三羟基-5-α-胆烷酸。系统命名法注意以下几点：（1）甾核上的取代基必须指明所在碳原子的位数和构型；（2）字首冠以“别”（allo）字则表示C5上的氢原子和C10上的角甲基不在同一边；（3）一个胆汁酸如果仅仅只有甾核上的一个羟基的定向不同，则可在名称上冠以“异”（iso）字；（4）不饱和胆汁酸，如涉及的第一个不饱和碳原子上标以“△”记号，就不再称胆烷酸，而称胆烯酸。第15章活性有机化合物15.3苷类化合物苷类化合物是一类可用稀酸或酶水解后产生糖和非糖两部分的化合物，非糖部分称为苷元。苷类多是无色、无臭的粉末，能溶于水，可溶于乙醇、甲醇，难溶于醚或苯中，有些苷可溶于乙酸乙酯、氯仿中。而苷元则难溶于水，易溶于有机溶剂。•苷的结构苷=苷元+糖•苷的分类根据苷键分氧苷：C-O-糖基氮苷：C-N-糖基硫苷：C-S-糖基碳苷：C-糖基常以氧苷较多，生物活性较强。第15章活性有机化合物强心苷强心苷由强心苷元与糖类缩合而产生的具有强心功能的苷类化合物。强心苷元根据C17位上连接的不饱和内酯环分为甲型强心苷元（五元内酯环）和乙型强心苷元（六元内酯环）两种。例如：毛地黄毒苷元为甲型强心苷元，海葱苷元为乙型强心苷元。第15章活性有机化合物强心苷中糖类及连接方式除常见的D-葡萄糖和L-鼠李糖外，还有以下种类的糖：第15章活性有机化合物皂苷皂苷（saponins）包括三萜皂苷和甾体皂苷，因这类化合物的水溶液在振摇时产生似肥皂样的持久泡沫而得名。皂苷苷元主要有五环三萜皂苷和四环三萜皂苷等。第15章活性有机化合物皂苷的化学性质苷键是苷分子中特有的化学键，它是由糖的端基碳上形成的缩醛结构，因此具有一般缩醛的性质，例如对酸不稳定，易发生裂解而生成糖和苷元。（1）酸催化水解苷键易被酸催化水解，反应一般在水和稀醇中进行，酸可以是盐酸、硫酸、醋酸、甲酸等。苷发生酸水解反应的机制为：第15章活性有机化合物酸水解的规律a．按照苷元不同水解难易不同，酸水解的易难顺序为：N-苷O-苷S-苷C-苷；b．呋喃糖苷比吡喃糖苷容易水解；c．酮糖苷比醛糖苷易于水解，这是因为酮糖大多为呋喃糖结构；d．吡喃糖苷中，酸水解顺序五碳糖甲基五碳糖六碳糖七碳糖糖醛酸酐；e.氨基糖较羟基糖难于水解，而羟基糖比去氧糖难于水解；f．芳香属苷比脂肪族苷易水解，因为苷元部分有供电子结构。第15章活性有机化合物（2）碱催化水解氧苷键对碱性试剂相当稳定，不易被碱催化水解，只有强碱加热情况下才能水解。但对于酯苷、酚苷、烯醇苷和β-吸电子基取代的苷，这些苷键因具有酯的性质，遇碱可以发生水解。例如：第15章活性有机化合物（3）酶催化水解酶水解键型麦芽糖酶（maltase）α-葡萄糖苷键苦杏仁苷酶(emulsin)β-葡萄糖苷键转化糖酶(invertase)β-苷酶，能水解β-果糖苷键纤维素酶(cellulase)β-葡萄糖苷键苷酶(rhamnodiastase)β-葡萄糖苷键酶的专属性很强，利用酶催化水解苷键时，所用条件温和，还可以保护糖和苷元的结构不变，也可以进行部分水解得到次级苷（少一个或多个糖后分子仍为苷）。因而可以获知苷元与糖、糖与糖的连接方式。α-苷酶只能水解α-糖苷键，β-苷酶只能水解β-糖苷键。第15章活性有机化合物（4）乙酰解反应多糖苷通常在酸存在下与乙酐发生乙酰解反应，使苷分子中一部分裂解掉，一部分保留。其反应机制同酸催化反应，它是以CH3CO+为进攻基团。例如：第15章活性有机化合物（5）氧化开裂反应Smith降解法是常用的氧化开裂法，即第一步用HIO4将苷分子中糖上的邻二羟基氧化开裂为二元醛，反应在室温及水或稀酸中进行；第二步用NaBH4还原二醛成相应的二醇；第三步在室温下与稀酸作用使起水解。例如：第15章活性有机化合物皂苷的生物活性a.抗菌、抗病毒作用作用机制之一是由于皂苷与细菌细胞膜中胆固醇形成复合物。b.抗肿瘤作用如甘草酸和甘草素可抑制小鼠B16黑色素瘤的生长；人参皂苷抑制小鼠ARS肉瘤细胞的DNA合成等。c.杀精及抗生育作用五叶参中三萜皂苷、仙客来中皂苷、尼泊尔常春藤素等均具有杀精作用。d.免疫调节作用皂苷与其他成分相比，已显示为一种有效的免疫兴奋剂。人参皂苷、绞股蓝皂苷、黄芪皂苷等可增强肌体的免疫功能。e.对心血管系统的作用例如大豆皂苷通过阻止胆固醇在肠道的吸收而具有降低血液胆固醇含量的作用；人参皂苷对心脏功能的影响主要是增加心肌收缩力，减慢心率，增加心输出量和冠脉血流量，扩张血管等。f.对酶活性的影响人参皂苷可激活兔肝中醛氧化酶和黄嘌呤氧化酶等。g.对神经系统的作用人参皂苷、柴胡皂苷、黄芪皂苷均具有镇静和抗惊厥等作用。第15章活性有机化合物15.4生物碱（1）存在于生物体内的含氮有机化合物，不包括氨基酸、蛋白质；（2）有似碱的性质，能与酸结合生成盐；（3）游离的生物碱大多不溶或难溶于水，能溶于乙醇、氯仿、丙酮、乙醚和苯等有机溶剂中，而生物碱盐尤其是无机酸盐和小分子有机酸盐则易溶于水及乙醇，不溶或难溶于常见的有机溶剂；（4）生物碱多具有特殊而显著的生理活性，是中药中一类重要的活性有机成分。第15章活性有机化合物生物碱的分类第15章活性有机化合物生物碱的化学性质（1）性状：多数生物碱为结晶形固体，少数为无定形粉末。有些小分子的生物碱为液体。生物碱多数具有苦味，个别具有挥发性，也有的生物碱可以升华。（2）旋光性：生物碱结构中如有手性碳原子或为手性分子，则具有旋光性。其旋光性与手性碳原子的构型有关，并且具有加和性。（3）溶解度：游离状态的生物碱分为亲脂性生物碱和亲水性生物碱两类。前者数目较多，它们易溶于苯、乙醚、卤代烃等极性较弱的溶剂中。而在水中溶解度较小或者不溶，相反，亲水性生物碱易溶于水中。（4）碱性：其一般生物碱分子中含有N原子上的孤对电子，所以具有一定的碱性，随着N的类型不同及N多少及环境不同等因素导致生物碱的碱性不同。一般碱性顺序为：胍基季铵碱脂肪胺基和脂氮杂环芳胺和芳氮杂环多氮同环芳杂环酰胺基（5）沉淀反应：常用生物碱沉淀试剂名称组成与生物碱反应产物碘-碘化钾试剂KI·I2无定形红棕色沉淀，由生物碱氮原子上未共享电子对和I2生成不牢固的络合物N：…I-I碘化汞钾试剂K2HgI4类白色沉淀，B*H·HgI3或（BH）2HgI4碘化铋钾试剂KBiI4黄至橘红色无定形沉淀B*HBi4硅钨酸（10%）试剂SiO2·12WoO3·NH2O淡黄色或灰白色无定形沉淀4B*·SiO2·12WO3·2H2O或3B*·SiO2·12WO3·2H2O饱和苦味酸试剂（水溶液）B*代表一元碱生物碱分子OHNO2NO2O2NOHB*NO2NO2O2N第15章活性有机化合物生物碱的生物活性a.抗癌活性：喜树生物碱，长春花生物碱，三尖杉生物碱等；b.镇静、止疼：吗啡，阿片等；c.消炎：黄连素等。d.止咳：可待因等；e.神经中枢兴奋作用：咖啡因等。第15章活性有机化合物15.5木质素木质素（lingnan）是一类由基本结构为苯丙素所组成的多合物。结构单元：C6-C3大多数木质素是游离状态，也有一些与糖结合成苷类。因其从植物的木质部和树脂中发现较早，并且分布较多，故而得名木质素。第15章活性有机化合物木质素的生源组成木质素的单位有桂皮酸、桂皮醇、丙烯苯、烯丙苯等。木质素的碳骨架结构类型多变，可由下列生源过程来解释：第15章活性有机化合物木质素的分类第15章活性有机化合物木质素的理化性质（1）性状及溶解度多数常见的木质素是无色的结晶，一般没有挥发性，不能随水蒸气蒸馏，只有少数木质素在常压下因加热而升华，如去甲二氢愈创木质酸。游离的木质素是亲脂性的，一般难溶于水，易溶于苯、乙醚、氯仿及乙醇等有机溶剂，具有酚羟基的木质素类还可以溶于碱性水溶液中。木质素与糖结合成苷时则亲水性增加，对水的溶解性也增大。（2）光学活性木质素分子中经常有多个手性碳原子或手性中心结构，所以大部分都有光学活性。木质素的生理活性常与手性碳的构型有关。因此在处理木质素过程中，应注意操作条件，以避免使其构型发生改变。（3）酸碱异构化作用许多木质素类成分，由于饱和的环状结构部分可能有立体异构体存在，在受到酸碱作用后，很容易发生异构化转变成立体异构体。（4）功能团反应木质素分子中常有醇羟基