天然药物化学 三萜及其苷类

这是一个关于天然药物化学 三萜及其苷类的思维导图，三萜及其苷类是一类重要的天然产物，具有广泛的药理活性和生物活性。

三萜及其苷类

• 概述
  • 定义
    • 由6个异戊二烯单位组成的30个碳原子的萜类化合物，通式(C5H8)6 。可以以游离状态或苷的形式存在，其苷类化合物多数可溶于水，水溶液振摇后产生似肥皂水溶液样泡沫，故被称为三萜皂苷。三萜皂苷多具有羧基，故又称其为酸性皂苷。
  • 分布
    • • 主要分布于双子叶植物：石竹科、五加科、豆科、七叶树科、远志科、桔梗科及玄参科 • 含有三萜类成分的主要中药如人参（达玛烷型）、甘草（齐墩果烷型）、柴胡、黄芪（环阿屯型）、桔梗、川楝皮、泽泻、灵芝（羊毛脂烷型）等。 • 少数三萜类成分也存在于动物体，如从羊毛脂中分离出羊毛脂醇，从鲨鱼肝脏中分离出鲨烯；从海洋生物如海参、软珊瑚中也分离出各种类型的三萜类化合物。
  • 存在形式
    • • 苷元：四环三萜、五环三萜 • 常见的糖：葡萄糖、半乳糖、木糖、阿拉伯糖、鼠李糖，糖醛酸，特殊糖（如芹糖、乙酰氨基糖等） • 糖链：单糖链、双糖链、三糖链 • 成苷位置： 3、28（酯皂苷）或其它位-OH • 次皂苷：原生苷被部分降解的产物
  • 生物合成
    • 研究表明三萜是由鲨烯（squalene）经过不同的途径环合而成，鲨烯是由倍半萜金合欢醇（farnesol）的焦磷酸酯尾尾缩合生成。
• 四环三萜
  • 结构特点
    • 四环三萜在生源上可视为由鲨烯变为甾体的中间体，与甾醇类化合物相比，在4、14位上多三个甲基，也有认为是植物甾醇的三甲基衍生物。
    • 四环三萜均有环戊烷骈多氢菲的结构母核 A/B、B/C、C/D环均为反式骈合
  • 结构类型（会要求画出结构、编号，即与波谱相关）
    • 达玛烷型
      • 与羊毛脂烷相比较：达玛烷型：CH3-18由13位迁移到8位；人参皂苷
        • 采用HCl溶液水解，水解产物中得不到原生的皂苷元。结构发生改变，即20（S）-原人参二醇或20（S）-原人参三醇的20位上甲基和羟基发生差向异构化，转变为20（R）-原人参二醇或20（R）-原人参三醇，然后环合生成人参二醇或人参三醇。
    • 羊毛脂烷型
      • • 灵芝：多孔菌科真菌灵芝和紫芝的干燥子实体 • 补中益气、扶正固本、滋补强壮的名贵中药材 • 从中分离得到一百余种四环三萜类化合物，属于高度氧化的羊毛脂烷衍生物
    • 环阿屯烷型
      • 与羊毛脂烷相比较：环阿屯烷型：CH3-19与9位脱氢形成三元环；黄芪皂苷
    • 甘遂烷型
      • 甘遂烷型四环三萜结构与羊毛脂烷型相比较：13、14位甲基相反，C-20连有α侧链（20S）
    • 葫芦烷型
      • 葫芦烷型与羊毛脂烷型相比较： CH3-19由10位迁移至9位； 雪胆甲素
    • 楝苦素型
      • 楝烷型由26个碳组成，又称为四降三萜；甘遂烷14位上CH3迁移至8位
  • 核磁特征数据
    • • 四环三萜一般表现为8个甲基信号，其中5个为单峰甲基， 3个为双峰甲基 • 一般甲基信号在δ 0.62-1.50之间 • 13C-NMR中， e键甲基相对a键甲基偏低场位移。一般而言， a键CH3在8.0-20.0之间，而e键CH3在27.5-33.7之间。
• 五环三萜
  • 齐墩果烷型（β-香树脂烷型）
    • • A/B、B/C、C/D环为反式，D/E环为顺式居多，也有反式排列的情况 • C-3有-OH取代；C-28-CH3易被氧化成酸或CH2OH；12-13位常脱氢成为烯双键
    • 齐墩果酸：临床用于治疗肝炎；甘草酸和甘草次酸：都有促肾上腺皮质激素（ACTH） 样的生物活性，临床作为抗炎药，并用于胃溃疡病的治疗；柴胡皂苷元、柴胡皂苷；商陆酸、商陆皂苷；远志皂苷；合欢皂苷
  • 乌苏烷型（α-香树脂烷型）
    • 积雪草：具有伤口愈合作用
  • 羽扇豆烷型
    • E环为五元碳环，且在E环上有α取向的异丙基取代(C19位)；所有环/环之间均为反式
    • 白桦酸、白桦醇
  • 木栓烷型
    • 木栓烷在生源上是由齐墩果烯经甲基移位而演变来的
    • 雷公藤
• 三萜及其皂苷的理化性质
  • 物理性质
    • 性状：苷元多具有较好的晶形，成苷后难结晶多为无定形粉末。具有苦而辛辣味，对人体粘膜有强烈刺激性。
    • 溶解度：苷元能溶于有机溶剂。苷能溶于水，易溶于热水，稀醇和醇中。在含水丁醇、戊醇中具有较好的溶解度，可据此性质提取总皂苷。
    • 降低水溶液表面张力作用
      • 水溶液经振摇后能产生持久性泡沫(15min以上)，类似肥皂，故称皂苷。可用作清洁剂、乳化剂。 但并非产生泡沫的就为皂苷，粘液质、蛋白亦可产生泡沫，但不持久，很快消失。 皂苷的表面活性与分子中亲水性和亲脂性结构比例有关，如果比例不合适则并不表现此种性质。
    • 溶血作用
      • 皂苷的水溶液大多能破坏红细胞而有溶血作用，故常称皂苷为皂毒类。皂苷水溶液肌内注射易引起组织坏死，但口服则无溶血作用，可能是与其在消化道不易被吸收有关。皂苷的溶血作用强弱可用溶血指数表示，溶血指数是指在一定条件下能使血液中红细胞完全溶解的最低浓度。
      • 皂苷溶血的原因：是因为多数皂苷能与细胞壁中的胆甾醇结合生成水不溶性的分子复合物， 影响细胞壁的转运功能， 使细胞破裂。并不是所有皂苷都有溶血作用， 如以人参三醇及齐墩果酸为苷元的人参皂苷有显著的溶血作用， 但以人参二醇为苷元的人参皂苷则有抗溶血作用，故人参总皂苷无溶血作用。
      • 溶血与结构的关系： 1） A环上有极性基团，而在D环或E环上有一中等极性基团的三萜皂苷，一般有溶血作用。 2）苷元3位有β-OH，16位有α-OH或=O时，溶血指数最高。 3）若D环或E环有极性基团，而28位连有糖链，或具有一定数量的羟基取代，则可导致溶血作用消失。 4）多数单糖链皂苷溶血作用明显，而双糖链皂苷无溶血作用。
      • 葡萄糖具有稳定血细胞的作用，所以如果是注射剂，皂苷可以配合葡萄糖使用。
  • 化学性质
    • 颜色反应
      • 三萜类化合物在无水条件下，与强酸(硫酸、磷酸、高氯酸)、中等强酸(三氯乙酸)或Lewis酸(氯化锌、三氯化铝、三氯化锑)作用会产生颜色或荧光。主要是羟基脱水，双键移位、缩合，生成阳碳离子盐而呈色。全饱和的、3位无羟基或羰基的呈阴性。有共轭双键的反应快，孤立双键的慢。
      • 醋酐-浓硫酸反应 (Liebermann-Burchard)： 产生黄－红－紫 －兰颜色 变为紫红色的为三萜皂苷；变为绿色的为甾体皂苷
      • 五氯化锑反应(Kahlenberg 反应)： 于60-70℃产生兰色、灰蓝色、灰紫色等。 (可用三氯化锑代替五氯化锑，反应结果相同)
      • 三氯醋酸反应 (Rosen-Heimer反应)：‏可以作为皂苷纸色谱显色剂 在100℃显红色的为三萜皂苷；在60℃显红色的为甾体皂苷
      • 氯仿-浓硫酸反应(Salkowski 反应)： 氯仿层为红色或蓝色，并有绿色荧光
      • 冰醋酸-乙酰氯反应(Tschugaeff 反应)： 呈现淡红色或紫红色
    • 沉淀反应
      • 皂苷的水溶液可以和一些金属盐类如铅盐、钡盐、酮盐等产生沉淀。 • 酸性皂苷（三萜皂苷）的水溶液加入硫酸铵、醋酸铅或其它中性盐类即生成沉淀。 • 中性皂苷（甾体皂苷）的水溶液则需加入碱式醋酸铅或氢氧化钡等碱性盐类才可生成沉淀。 • 该性质可用于皂苷的提取和初步分离。可用于分离中性皂苷与酸性皂苷的方法是中性醋酸铅沉淀。
• 提取分离
  • 三萜皂苷元的提取分离
    • （1）用甲醇、乙醇提取，得到总浸膏。 （2）提取物依次用石油醚、氯仿、乙酸乙酯、正丁醇萃取，三萜类主要在氯仿层，然后进一步分离。 （3）提取物用乙醚提取，乙醚提取物用重氮甲烷制成甲酯化物或乙酰化，制成乙酰化物后进行分离(可防止拖尾或极性较大难于分离)。 （4）将皂苷用酸水解得总苷元，然后再分离。 （5）大多数化合物需要经过各种色谱方法分离后才能得到单体化合物。最常用的是硅胶色谱。
  • 三萜皂苷的提取分离
    • 提取通法（乙醚：沉淀；正丁醇）
    • 精制（大孔吸附树脂；总皂苷在30-75%醇溶液中；沉淀：乙醚、pH、胆固醇）
    • 分离（用各种正相和反相色谱分离）
      • 用硅胶柱色谱分离时多采用分配色谱方法，常用的洗脱剂是氯仿-甲醇-水、二氯甲烷-甲醇-水、乙酸乙酯-乙醇-水等。
      • 反相柱色谱 RP-18、RP-8、RP-2 常用洗脱溶剂：甲醇-水；乙腈-水 在实际工作中大量使用；多在末端吸收处进行检测（或蒸发光检测）
      • Sephadex LH-20柱色谱
      • HSCCC法 (high speed counter current chromatography)： 具有可定量回收样品，无死吸附，不与分离物相互作用，上样量大，速度快等优点
• 生物活性
  • 抗炎活性：齐墩果烷型三萜具有较好的抗炎效果：齐墩果酸：治疗肝炎；甘珀酸钠：抗溃疡药；雷公藤：治疗类风湿性关节炎、 系统性红斑狼疮和肾炎
  • 抗肿瘤活性：乌苏酸是夏枯草抗癌的活性成分之一；多叶唐松草皂苷
  • 抗菌和抗病毒活性：含C-27或28位有游离羧基的齐墩果酸和常春藤皂苷元的皂苷具有较强的抗真菌活性
  • 抗心血管系统疾病：人参皂苷， 柴胡皂苷a可降低高血脂，绞股蓝皂苷对大鼠血小板聚集及实验性血栓有明显的抑制作用。茶叶、茶子中的皂苷有降压作用。
  • 降低胆固醇作用：甘草酸；柴胡皂苷a和d
  • 杀软体动物活性：常春藤C-3单糖链皂苷
  • 具有抗生育作用
• 结构鉴定
  • 紫外光谱
    • 孤立双键：λmax 205～250 nm；弱吸收 异环共轭双烯：λmax 240、250、260 nm 同环共轭双烯：λmax 280 nm α，β-不饱合酮：λmax 242～250 nm 11-oxo, Δ12-齐墩果烯：18β-H：～249 nm；18α-H：～243 nm
  • 质谱
    • Δ12-齐墩果烯的EI-MS：C环的RDA开裂：A、B环碎片b；D、E环碎片a：基峰；a + b = M+ 其他碎片：M+；b – H, b – H2O, a – COOH等
    • 11-oxo, Δ12-齐墩果烯的EI-MS：RDA裂解、麦氏重排
    • 皂苷的软电离质谱：准分子离子峰：[M+H]+, [M+Na]+, [M+K]+等；糖基连接顺序信息：逐一失去外侧糖基
  • 核磁共振氢谱
    • 四环三萜含8个甲基信号：5个为单峰，3个为双峰，δH 0.62～1.50 烯氢：δH 4.3～6.0：环内双键：δH > 5.0；环外双键：δH < 5.0 连氧碳上的H：δH 3.2～4.0 连接Oac碳上的H：δH 4.0～5.5
  • 核磁共振碳谱（PPT例题！）
    • 甲基：空间效应：a键：δC 8.0～20.0；e键：δC 27.5～33.7 五环三萜：双键位置与母核确定；羟基位置及取向的确定 苷化位移：确定糖的连接位置 糖上乙酰基的确定：α-C向低场位移：δC +0.2~1.6；β-C向高场位移：δC-2.2~3.5
  • 2D-NMR技术
    • HSQC（HMQC）：碳氢信号的归属 1H-1H COSY、TOCSY谱：确定自旋体系的连接关系 HMBC谱：确定糖单元之间；糖和非糖部分的连接位置