强心苷类

人民卫生出版社《天然药物化学》强心苷章节的总结整理，包括强心苷的结构与分类、强心苷的理化性质、强心苷的提取分离、强心苷的波谱特征等。

强心苷类（Cardiac Glycosides）

• 概述
  • 定义
    • 强心苷（cardiac glycosides）是存在于植物中具强心作用的甾体苷类化合物，由强心苷元和糖缩合而成
  • 典型生物活性
    • 具有强心作用，主药以治疗充血性心力衰竭及节律障碍等心脏疾患
    • 某些强心苷还具有抗肿瘤活性
    • 毒副作用
      • 兴奋延髓催吐化学感受区引起恶心、殴辱等胃肠道反应
      • 具有剧毒，超过安全剂量可使心脏中毒而停止跳动
  • 分布
    • 主要分布于被子植物，包括夹竹桃科、百合科、玄参科等
    • 较重要的植物有黄花夹竹桃、紫花洋地黄、毛花洋地黄、红柳、铃兰等
    • 动物中尚未发现有强心苷类成分
  • 富含强心苷的代表性植物
    • 铃兰
      • 铃兰毒苷（Convallatoxin）
    • 洋地黄
      • 洋地黄毒苷（Digitoxigenin）
    • 黄花夹竹桃
      • 黄夹苷甲（Thevetin A）
    • 羊角拗
      • 羊角拗苷（Divaricoside）
      • 全株具有毒性，毒性成分为羊角拗苷及毒毛旋花苷
• 强心苷的结构与分类
  • 强心苷元部分
    • 强心苷元由甾体母核与C-17位取代的不饱和内酯环组成
    • 取代基
      • 母核上的C3、C14位上都有羟基
        • C3-OH多为β-型：洋地黄毒苷，少数为α-型
        • C14-OH都是β-型（C/D环顺式）
      • C10、C13多连有β-CH3
      • C17位侧链为不饱和内酯环
      • C11/12/19位可能连有羰基，C4/5、C5/6、C9/11、C16/17可能有双键
    • 结构分类
      • 甲型强心苷元（五元内酯环强心苷元类）
        • 基本母核为强心甾（cardenolide）
        • 结构特征
          • 多为顺式稠合的A/B和C/D环
          • 14β-羟基
          • C17位连接五元不饱和内酯环，大多为β-构型
          • 糖残基连接在3β-羟基
      • 乙型强心苷元（六元内酯环强心苷元类）
        • 基本母核位海葱甾（scillanoside）或蟾酥甾（bufanolide）
        • 母核部分C17位上连接的是六元不饱和内酯环，为β构型
  • 糖部分
    • 概述
      • 构成强心苷的糖有20多种，均与苷元3-OH成苷
      • 除有六碳醛糖、6-去氧糖、6-去氧糖甲醚和五碳醛糖外，还有仅存于强心苷种的2,6-二去氧糖，2,6-二去氧糖甲醚
    • 分类
      • 6-去氧糖：L-鼠李糖、L-夫糖
      • 6-去氧糖甲醚：D-洋地黄糖、L-黄花夹竹桃糖
      • 2,6-二去氧糖：D-洋地黄糖、D-波伊文糖
      • 2,6-二去氧糖甲醚：D-加拿大麻糖、L-夹竹桃糖
  • 糖和苷元的连接方式
    • 强心苷种的糖均与苷元3-OH结合成苷，多数为寡聚糖苷、少数为双糖苷或单糖苷
    • 一般原生苷中糖链末端多为葡萄糖
  • 代表性药材及结构
    • 甲型强心苷
      • 毛花洋地黄（Digitalis Ianata）
      • 毛地黄强心苷
        • 毛地黄毒苷（digitoxin）
        • 羟基毛花黄毒苷（gitoxin）
        • 地高辛（digoxin）
        • 吉他洛辛（gitaloxin）
    • 乙型强心苷
      • 海葱（Scilla maritima）
      • 原海葱苷A（proscillaridin A）
      • 海葱苷A（scillaren A）
    • 具强心作用的非强心苷类成分
      • 蟾酥
        • 蟾蜍耳后腺、皮下腺分泌的白色浆液加工而成
        • 蟾毒配基类（bufogenins）及其酯类即蟾酥毒（bufotoxins）
      • 箭蛙毒素（(-)-Batrachotoxin, BTX）
• 强心苷的理化性质
  • 性状
    • 多为无色结晶或无定形粉末
    • 中性物质
    • 有旋光性
    • C17侧链为β-构型的味苦，α-构型味不苦但无效
    • 对黏膜有刺激性
  • 溶解性
    • 溶解性与所连糖的种类和数目有关
    • 一般可溶于水、甲醇、乙醇、丙酮等极性溶剂，难溶于乙醚、苯、石油醚等非极性溶剂
    • 弱亲脂性苷微溶于氯仿-乙醇(2:1)，亲脂性苷微溶于乙酸乙酯、含水氯仿、氯仿-乙醇（3:1）
    • 一般糖基多的原生苷比次生苷或苷元的亲水性强、亲脂性弱，可溶于水等高极性溶剂而难溶于低极性溶剂，多为无定形粉末
    • 例外：洋地黄毒苷为三糖苷，但3分子糖都是洋地黄毒糖，整个分子只有5个羟基，故在水溶液中溶解度小，但溶于氯仿
    • 糖基和苷元上羟基数目的多少对溶解性也有一定的影响
    • 当糖基与苷元上的羟基数目相同时，苷元上的羟基不能形成分子内氢键的比能形成分子内氢键的水溶性大
  • 强心苷元的异化
    • 内酯环反应
      • KOH/水→开环→环合
      • 甲型强心苷：活性亚甲基
      • 乙型强心苷不发生双键转移，但内酯环开裂生成酯，再脱水形成开链型异构化苷
    • 内酯环双键氧化
    • 5β-羟基或14β-羟基脱水
    • C3-OH与C10-醛基形成半缩醛
    • 邻二羟基氧化
  • 显色反应
    • 作用于甾体母核的反应
      • 醋酐-浓硫酸反应
      • 氯仿-浓硫酸反应
      • 三氯化锑或五氯化锑反应
    • 作用于不饱和内酯环的反应
      • 原理
        • 甲型强心苷在碱性醇溶液中，发生双键转移，生成活性亚甲基，故与试剂作用显色
        • 乙型强心苷无此反应
      • 不饱和内酯环产生的显色反应
        • Legal反应（亚硝酰铁氰化钠试剂）
          • 深红色并渐渐褪去
        • Raymond反应（间二硝基苯试剂）
          • 呈紫红色
        • Kedde反应（3,5-二硝基苯甲酸试剂）
          • 红或紫红色
        • Baljet反应（碱性苦味酸试剂）
          • 呈现橙或橙红色（有时需放置15min）
    • 作用于2-去氧糖的反应
      • Keller-Kiliani（K-K）反应
        • α-去氧糖（2-去氧糖）特征反应，对游离的α-去氧糖或在反应条件下能水解出α-去氧糖的强心苷都可显色
        • 乙酸层渐呈蓝或蓝绿色
        • 不显色不能说明无2-去氧糖
      • 呫吨氢醇反应
        • 显红色
      • 过碘酸-对硝基苯胺反应
        • 呈深黄色斑点，紫外灯下为棕色背地上出现黄色荧光斑点
      • 对-二甲氨基苯甲醛反应
        • 呈灰红色斑点
      • 对-硝基苯肼反应
        • 呈红色或紫红色
  • 苷键水解
    • 化学方法
      • 酸水解
        • 温和酸水解
          • 2-OH阻碍了苷原子的质子化，使水解较困难
          • 用稀酸在含水醇中经短时间加热回流，可水解去氧糖的苷键
          • 主要水解苷元和2-去氧糖之间的苷键或2-去氧糖与2-去氧糖之间的苷键；而2-去氧糖与葡萄糖之间的糖苷键不易断裂
          • 对苷元影响小，不会引起脱水反应
        • 剧烈酸水解
          • 用较浓酸长时间加热回流或同时加压，可水解2-羟基糖
          • 常引起苷元失去1分子或多分子水，形成脱水苷元
        • 盐酸丙酮法（Mannich水解）
          • 反应试剂：盐酸、丙酮溶液
          • 反应条件：室温条件，长时间反应（2周）
          • 底物条件：糖分子中有2-OH和3-OH
          • 原理：邻二羟基与丙酮反应，生成丙酮加合物进而水解
          • 特点：可得到原苷元和糖的衍生物
      • 碱水解
        • 强心苷的苷键为缩醛结构，可被酸或酶水解，而不被碱水解
        • 碱试剂主要使分子中的酰基水解、内酯环裂开、Δ20（22）转位及苷元异构化等
      • 乙酰解
    • 生物方法
      • 酶水解
        • 特点
          • 专属性强
          • 条件温和
        • 强心苷中酶大多数水解末端的羟基糖，但无法水解2-去氧糖
        • 蜗牛酶几乎能水解所有的苷键，能将强心苷分子的糖逐步水解，直至获得苷元
• 强心苷的提取分离
  • 特点
    • 强心苷含量很低，多与糖类、皂苷、色素、鞣质等共存，这些成分的存在可影响强心苷在溶剂中的溶解度。同时，强心苷的原生苷和次生苷共存，且很多结构相似的苷亦共存，故提取分离较难。
    • 因酸碱可使强心苷发生水解、脱水和异构化，故提取分离时应注意控制酸碱性
  • 注意的问题
    • 共存物质：糖类、皂苷、色素、鞣质
    • 原生苷水解问题
  • 提取
    • 原生苷：抑制酶的活性
      • 新鲜药材，采后低温速干
      • 直接沸水或60~70℃水提取
      • 70~80%乙醇或甲醇提取
      • 药材加中性盐(如硫酸铵)再提取
    • 次生苷：利用酶的活性
      • 药材+水→25~40℃
      • 发酵12h以上，醇提取
  • 纯化
    • 溶剂法
      • 种子药材
        • 脱脂，再醇提取
        • 醇提浓缩液，石油醚萃取油脂，（氯仿:甲醇)萃取苷
      • 茎叶药材
        • 去脂溶性色素的方法
          • 醇提浓缩，冷置析胶（叶绿素析出胶状物）
          • 石油醚萃取色素
          • NaOH处理，叶绿素被皂化
          • 活性炭脱色
    • 铅盐法
      • 醋酸铅沉淀醇提取液中：酸、酚酸、皂苷类强心苷易被沉淀吸附
    • 吸附法
      • 活性炭短柱吸附：醇提液中叶绿素等脂溶性色素
      • 氧化铝短柱吸附：醇提液中糖、水溶性色素、皂苷被吸附;强心苷易被沉淀吸附损失
  • 分离
    • 两相溶剂萃取法
      • 利用强心苷在两种互不相溶的溶剂中分配系数的不同而达到分离
    • 色谱分离法
      • 吸附色谱：苷元、次级苷、单糖苷
      • 分配色谱：弱亲脂性苷类
      • 液滴逆流色谱（DCCC）
      • 高速逆流色谱（HSCCC）
      • 可克服固体载体的不可逆吸附、样品峰拖尾等弊端
• 强心苷的波谱特征
• 强心苷的生物活性
  • 概述
    • 机理：抑制心肌细胞膜上的Na+,K+-ATP酶
    • 强心苷为心脏兴奋剂，主要作用是延长传导时间，兴奋心肌。强心作用主要取决于苷元部分，但糖部分可增强心苷对心肌的亲和力，故对强心苷的生理活性也有影响
    • 缺点：治疗指数狭窄、不易控制
  • 苷元结构与强心作用的关系
    • 强心苷元甾体母核必须具有一定的构象
      • C17位连接的不饱和内酯环及β-构型必不可少
    • C/D环必须是顺式稠合（C14位连β-OH）才有强心作用
    • C14-β-OH如与邻近碳原子上的H脱水形成双键或与C8脱氢形成氧桥，均使强心作用减弱或消失
    • C14-β-OH可能是保持氧的功能和C/D环为顺式构象的重要因素
    • A/B环顺式的甲型强心苷元，C3-OH必须是β-构型，α-型无活性
    • C10-CH3氧化成羟甲基或醛基或羧酸后，可影响强心作用的强度或毒性，但不是决定因素
    • 引入5β、11α、12β-OH有增强活性作用，引入1β、6β、16β-OH有降低活性作用
    • 在母核上引入双键，对强心作用的影响不一致：引入Δ4(5)与引入5β-OH的影响相似，能增强活性，而引入Δ16(17) 则活性消失或显著下降。
    • 无论在苷元或糖基上增加乙酰基都有增强活性的作用
  • 构成强心苷的糖对强心作用的影响
    • 糖基本身无活性，但可增加水溶性，有利于与心肌结合
    • 糖的性质及数目对强心活性有影响（影响油水分配系数）
      • 葡萄糖苷：毒性小、强心作用低；2-去氧糖苷：毒性大，强心作用强
      • 甲型强心苷元及其苷的强心作用规律一般为：苷元≈单糖苷>二糖苷>三糖苷