导图社区 天然药物化学 萜类和挥发油
这是一个关于天然药物化学 萜类和挥发油的思维导图, 萜化合物是天然物质中最多的一类化合物,如:挥发油、橡胶、树脂及胡萝卜素等。许多具有较强生理或生物活 性的物质被应用于临床。
编辑于2024-01-16 20:36:44萜类和挥发油
萜类化合物的概述
萜类化合物的定义
定义:凡由异戊二烯聚合衍生的化合物,其分子式符合(C5H8)n通式的一类化合物
萜类化合物是天然物质中最多的一类化合物,如:挥发油、橡胶、树脂及胡萝卜素等。许多具有较强生理或生物活性的物质被应用于临床。如:薄荷醇(单萜)、青蒿素(单环倍半萜)、穿心莲内酯(双环二萜)、甘草酸(五环三萜,齐墩果烷型)等。
实验异戊二烯规则
萜类化合物:由异戊二烯衍变而来,是异戊二烯的聚合体或衍生物。 Ruzicka 提出 “经验的异戊二烯法则” :萜类的前体物是活性的异戊二烯
生源的异戊二烯法则
萜类化合物是经甲戊二羟酸途径衍生的一类化合物,通式为(C5H8)n。实际工作中,还是以实验异戊二烯规则为主。
萜类化合物的分类与分布
注意一个单位是半萜!
结构类型和主要代表物
单萜(10):是植物挥发油的主要组成成分,含氧衍生物多具有较强的生 物活性和香气,其苷不具有挥发性,不能随水蒸气蒸馏出来。
链状单萜
重要的是一些含氧衍生物,如萜醇、萜醛等
香叶醇、橙花醇、香茅醇、芳樟醇、香叶醛、橙花醛
环状单萜
薄荷醇、龙脑(冰片)、樟脑
重要的环状单萜:斑蝥素:生毛剂;斑蝥胺:用于肝癌;芍药苷:防治老年性痴呆
变形单萜
卓酚酮类:碳架不符合异戊二烯定则(卓:七元环)
卓酚酮类化合物的特殊性质: • 具有酚的通性, 酸性强弱介于酚类和羧酸之间, 即酚<卓酚酮<羧酸。 • Ar-OH易于甲基化,不易酰化。 • C=O类似于羧酸中羰基的性质, 但不能和羰基试剂反应。 IR中示其羰基 (1650~1600 cm -1)和OH (3200~3100 cm-1)的吸收峰, 较一般羰基略有区别。 • 能与多种金属离子形成不同颜色的络合物。如:Cu2+ 绿色,Fe2+ 红色。
环烯醚萜:地黄、玄参、栀子、龙胆、车前草、鸡屎藤
环烯醚萜的理化性质: • 多为白色晶体或粉末,多具有旋光性,味苦。 • 苷类易溶于H2O和CH3OH,可溶于EtOH、Aceton和n-BuOH,难溶于CHCl3、(CH3CH2)2O、C6H6等亲脂性有机溶剂。 • 半缩醛-OH,使苷元不稳定,易分解、易聚合,不易得到结晶苷元,双键可进行加成反应。环烯醚萜类多以苷类形式存在,水解生成的苷元为半缩醛结构,遇氨基酸或者与皮肤接触可以发生颜色变化。 • 多能产生吡喃衍生物的特征性颜色反应,如Shear试剂与车前草苷反应,产生黄色然后变为棕色,最后转成深绿色。
苷元与酸、碱、羰基化合物、氨基酸反应会有呈色反应。中药玄参、地黄等炮制过程中变黑就是环烯醚萜苷类物质水解聚合所起的作用
栀子苷:清热解毒;龙胆苦苷:苦味成分;桃叶珊瑚苷:清热利湿,抗菌素
倍半萜(15)
定义:由3个异戊二烯单位构成、含15个碳原子。是挥发油高沸程部分的主要组成分,多以醇、酮、内酯或苷、 或生物碱的形式存在是萜类化合物中数目、骨架结构类型最多的一类。
分类
无环倍半萜:α/β-金合欢醇,橙花醇
环状倍半萜:青蒿素、双氢青蒿素
薁类衍生物
由五元环与七元环骈合而成的芳环骨架称为薁类化合物(一种非苯环芳烃化合物,具有高度的共轭体系)。多具有抑菌、抗肿瘤、杀虫等生物活性。
理化性质: • 薁类化合物溶于石油醚、乙醚、乙醇、甲醇等有机溶剂,不溶于水,溶于强酸(可用60~65%硫酸或磷酸提取薁类成分)。和苦味酸生成结晶性Π络合物。 • 沸点较高, 一般在250℃~300℃。 挥发油分馏时,高沸点馏分见到美丽的蓝色、紫色或绿色的现象时,示有薁类化合物的存在。
二萜(20)
定义:由4个异戊二烯单位构成、含20个碳原子的化合物类群。二萜通常以树脂、苦味质、植物醇等为存在形式。
分类
链状二萜
环状二萜
穿心莲内酯:双环二萜;抗炎作用的主要活性成分
紫杉醇:三环二萜;临床现用于治疗卵巢癌、乳腺癌和肺癌
银杏内酯:双环二萜;为治疗心脑血管疾病的有效药物
二倍半萜
二环、三环、四环、开链
萜类的理化性质
物理性质
形态: • 单萜、倍半萜多为油状液体、少数为固体,具有特殊香气。 • 随分子量和双键的增加,官能基团的增多,化合物的挥发性降低,熔点和沸点相应增高,可采用分馏的方法将它们分离开来。 • 二萜和二倍半萜多为结晶性固体。
味:萜类化合物多具有苦味,又称苦味素
旋光和折光性:大多数萜类具有不对称碳原子,具有光学活性,且多有异构体存在
溶解度: • 萜类化合物亲脂性强,易溶于醇及脂溶性有机溶剂。具内酯结构的萜类化合物能溶于碱水,酸化后,又重新析出,此性质可用于具内酯结构的萜类的分离与纯化(碱提酸沉)。 • 萜类对高热、光和酸碱较为敏感,在提取分离时应注意。
化学性质
加成反应
含有双键和醛,酮等羰基的萜类化合物,可与某些试剂发生加成反应。
氧化反应
用来测定分子中双键的位置,醛酮合成等。常用氧化剂:臭氧、铬酐(三氧化铬)、 四醋酸铅、高锰酸钾、二氧化硒等。
脱氢反应
脱氢反应中,环萜的碳架转变为芳香烃类衍生物,反应通常在惰性气体的保护下, 用铂黑或钯做催化剂进行。
分子重排反应
在萜类化合物中, 特别是双环萜在发生加成、 消除或亲核性取代反应时, 常常发 生碳架的改变, 产生Wagner-Meerwein重排。
挥发油的概述
定义:挥发油(volatile oils)又称精油(essential oils), 是一类可随水蒸气蒸馏、具有芳香气味的油状液体的总称。在常温下能挥发,少数与糖结合成苷。 中草药中主要存在种子植物中,尤其是菊科、芸香科、伞形科、唇形科等植物。
生物活性
挥发油多具有祛痰、止咳、平喘、驱风、健胃、解热、镇痛、抗菌消炎作用。 如:丁香油有局部麻醉、止痛作用;土荆芥油有驱虫作用;薄荷油有清凉、驱风、消炎、局麻作用等。 在香料工业中应用极为广泛。挥发油在日用食品工业及化学工业上是重要的原料。
化学组成:一种挥发油中常常由数十种到数百种成分组成
萜类化合物
主要是单萜、倍半萜和它们含氧衍生物,且含氧衍生物多半是生物活性较强或具有芳香气味的主要组成成分。 如:薄荷油含薄荷醇8%左右;山苍子油含柠檬醛8%;樟脑油含樟脑约为50%等。
芳香族化合物
挥发油中的芳香族化合物,多为萜源衍生物和结构多具有C6-C3骨架的苯丙烷类衍生物
脂肪族化合物
挥发油中常有存在小分子脂肪族化合物 ,如:松节油的正庚烷,桂花头香中正癸烷等;在一些挥发油中还常含有小分子醇、醛及酸类化合物。如陈皮挥发油中的正壬醇等
其它类化合物
还有一些挥发油样物质,如芥子油、挥发杏仁油、原白头翁素、大蒜油等,也能随水蒸气蒸馏,故也称之为“挥发油”。
通性
形态:挥发油在常温下为透明液体,有的在冷却时其主要成分可能析出结晶。 析出物习称为“脑”,如薄荷脑、樟脑等。
挥发性:挥发油在常温下可自行挥发而不留任何痕迹,这是挥发油与脂肪油的本质区别。
溶解度:挥发油脂溶性很强,不溶于水,而易溶于各种有机溶剂,如石油醚、乙醚、二硫化碳、油脂等。在高浓度的乙醇中能全部溶解,而在低浓度乙醇中只能部分溶解。
物理常数:沸点一般在70~300℃之间, 具有随水蒸气而蒸馏的特性;比重在 0.85~1.065之间(轻、重油之分); 几乎均有光学活性, 且具有强的折光性
稳定性: • 挥发油与空气及光线接触,常会逐渐氧化变质,使之比重增加,颜色变深, 失去原有香味,并能形成树脂样物质,不能再随水蒸气而蒸馏。 • 因此产品应贮于棕色瓶内, 装满、密塞并在阴凉处低温保存。
挥发油的提取分离及鉴定
提取
水蒸气蒸馏法:挥发油与水不相混合,当受热后,二者蒸气压的总和与大气压相等时,溶液沸腾,则挥发油可随水蒸气蒸馏出来。挥发油的水蒸气蒸馏液,若由于其中的挥发油在水中的溶解度稍大或挥发油含量低,不易分层时,则可将饱和盐水加入其中,利用盐析作用促使油水的分离;或同时用低沸点有机溶剂作两相溶剂萃取出挥发油,然后蒸馏回收有机溶剂即可得到挥发油。
根据道尔顿分压定律: • 总蒸汽压 P=PA+PB ( PA、 PB 分别为A、 B物质的分压) • 混合液体沸点 P < 混合物中沸点最低物质。因此,混合物的沸点比任一单一液体的沸点低。分馏比不变。
浸取法:常用的方法有油脂吸收法、溶剂萃取法、超临界流体萃取法。 油脂吸收法:利用油脂类一般具有吸收挥发油的性质提取贵重的挥发油。
溶剂萃取法:回流浸出法、冷浸法等。并可利用乙醇对植物蜡等脂溶性杂质的溶解度,随温度的下降而降低的特性除去杂质。
超临界流体萃取法(supercritical fluid extraction SFE):利用溶剂在超临界条件下特殊的流体性能对样品进行提取。用这种技术提取芳香挥发油, 具有防止氧化、 热解及提高品质的突出优点。
超临界流体(SF):处于临界温度(Tc) 和临界压力(Pc) 以上, 介于气体和液体之间的流体。密度与液体相近, 粘度与气体相近, 扩散系数比液体大100倍对许多物质有很强的溶解能力。
冷压法 • 此法适用于新鲜原料,如桔、柑、柠檬果皮含挥发油较多的原料。 • 优点:此法所得挥发油可保持原有的新鲜香味。 • 缺点:但可能溶出原料中的不挥发性物质。
分离
冷冻法:将挥发油置于0℃以下使析出结晶, 如无结晶析出可将温度降至-20℃,继续放置。 取出结晶再经重结晶可得纯品。
分馏法:利用成分沸点不同,气化先后顺序不同进行分离。 沸点规律: • 随碳原子数增加,沸点升高。 • 双键数目越多,沸点越高 • 官能团极性越大,沸点越高, 醚<酮<醛<醇<酸 • 反式沸点高于顺式结构的沸点
化学法:利用酸、碱性不同进行分离;利用功能团特性进行分离
色谱分离法:色谱法中以硅胶和氧化铝吸附柱色谱应用最为广泛。但硅胶色谱在分离两个顺反异构体时则无能为力。因此多采用AgNO3络合色谱法。
分离原理: 双键的多少和位置不同,与硝酸银形成π 络合物,难易程度和稳定性的差别,而得到分离。 吸附的具体规律如下: 1.对双键的吸附能力大于叁键 2.双键越多吸附能力越强 3.末端双键吸附力大于一般双键 4.顺式大于反式 5.环外双键大于环内双键
成分鉴定
物理常数的测定:相对密度、比旋度、折光率和凝固点等物理常数的测定。
化学常数的测定:酸值(中和1g挥发油中含有游离羧酸和酚类所需要的氢氧化钾毫克数)、皂化值(皂化值等于酸值与酯值之和)、酯值是重要的化学常数是表示质量的重要指标。
色谱鉴定
薄层色谱:TLC应用较为普遍, 多采用硅胶G或Ⅱ-Ⅲ级中性氧化铝G
GC色谱法:广泛用于挥发油的定性和定量分析
气相色谱-质谱(GC/MS)联用法:该法已成为对化学组成极其复杂的挥发 油进行定性分析的一种有力手段。 现多采用气相色谱-质谱-数据系统联 用(GC/MS/DS)技术, 大大提高了挥发油分析鉴定的速度和研究水平。