思维导图 天然药物化学

第八章 甾体及其苷类，甾体类化合物有多种类型，它们结构中都具有环戊烷骈多氢菲的母核， C10和C13位有角甲基，C17有侧链。

甾体及其苷类

• 概述
  • 定义
    • 甾体类化合物有多种类型，它们结构中都具有环戊烷骈多氢菲的母核， C10和C13位有角甲基，C17有侧链
  • 天然甾体化合物的分类
    • C21甾类：A/B反；B/C反；C/D顺；C17甲羰基衍生物
    • 强心苷类：A/B顺或反；B/C反；C/D顺；C17不饱和内酯环
    • 甾体皂苷类：A/B顺或反；B/C反；C/D反；C17含氧螺杂环
    • 植物甾醇：A/B顺或反；B/C反；C/D反；C17脂肪烃
    • 昆虫变态激素：A/B顺；B/C反；C/D反；C17脂肪烃
    • 胆酸类：A/B顺；B/C反；C/D反；C17戊酸
  • 颜色反应
    • 甾类成分在无水条件下，遇强酸能产生各种颜色反应
    • Liebermann-Burchard 反应：将样品溶于乙酸酐，加浓硫酸-乙酸酐（1:20），产生颜色变化，最后褪色
    • Salkowski 反应：硫酸层显绿色荧光，三氯甲烷层显血红色
    • Rosen-Heimer 反应
    • 三氯化锑或五氯化锑反应
• 强心苷类
  • 强心苷概述
    • 强心苷是存在植物中具有强心作用的甾体苷类化合物，是治疗心力衰竭不可缺少的重要药物，主要用以治疗充血性心力衰竭及节律障碍等心脏疾患，如：西地兰、地高辛、毛地黄毒苷等
    • 主要存在玄参科、夹竹桃科等植物的叶、果实和根中；动物中尚未发现强心苷类存在，仅有强心苷元及其酯
  • 强心苷的化学结构和实例
    • 强心苷是由强心苷元与糖两部分构成的
      • A/B环多顺式， B/C环均反式， C/D环均顺式
      • 强心苷元中3位和14位上多都连有β羟基，C3-OH少数为α-构型，命名时冠以表(epi)字
      • 10,13位上连的都是甲基
      • 苷元是由甾体母核及其在C17位连有不饱和内酯环组成
    • 苷元部分：主要依据C17位上的内酯环的大小分成两类
      • 甲型强心苷元：C17侧链是五元不饱和内酯环
      • 乙型强心苷元：C17侧链为六元不饱和内酯环
      • 甲型强心苷以强心甾为母核命名；乙型强心苷则海葱甾或蟾酥甾为母核
    • 糖部分：分为三种类型
      • R-O-(D-O)1-3(末端葡萄糖-O-)1-2-H；R-O-(D-O)1-3-H；R-O-(末端葡萄糖-O-)-H
      • 强心苷元C3-OH与糖结合形成苷，所连糖为——2,6-二去氧糖、2,6-二去氧糖甲醚
    • 五元内酯环强心苷（甲型）
    • 六元内酯环强心苷（乙型）
      • 海葱苷、原海葱苷A、海葱苷A、葡萄糖海葱苷A、日蟾酥它灵毒类
  • 强心苷的理化性质
    • 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位为β构型者味苦，α-构型者不苦但无 强心作用；溶解性——可溶于极性溶剂，但其溶解性与其糖基的数目和种类、苷元部分的羟基数目和位置有关
      • 内酯性质：用KOH或NaOH的水溶液处理，内酯环开裂，但酸化后又环合；用醇性苛性碱溶液处理，内酯环异构化，变化不可逆，遇酸不能复原
        • 甲型强心苷是通过内酯环的质子转移，双键转位，然后14-OH质子与C-20加成，形成内酯型异构化物(Ⅰ)，再因碱的作用，内酯环开裂，形成开链型异构化物(Ⅱ)
        • 乙型强心苷在醇性苛性碱溶液中，内酯环开裂生成酯，再脱水生成异构化物
      • 强心苷内酯环上双键经臭氧氧化可得到酮醛化合物，再经KHCO3水解，得酮醇化合物，最后用过碘酸氧化，可得17-羧基化合物
      • 强心苷元中5β-羟基和14β-羟基均为叔羟基，极易脱水，含此取代基的苷类在酸水解时，常得次生的脱水苷元
      • 强心苷如果C-10位有醛基取代，在冷甲醇中用盐酸处理，3-OH能与C-10醛基形成半缩醛结构
      • 强心苷17β-内酯，在二甲基甲酰胺（DMF）中，与甲苯磺酸钠（NaOTs）和乙酸钠加热110℃反应24小时，即可异构化为17α-内酯构型
      • 强心苷分子中如有邻二羟基取代，可被NaIO4氧化，生成双甲酰化合物，继续被NaBH4还原，可得二醇衍生物（如果邻二羟基在A环的C-2、C-3位，同时C-11又有羰基取代，形成半缩醛结构，常法乙酰化，则可恢复羰基结构，而得二乙酰衍生物）
      • 在强心苷的苷元或糖基上常有酰基存在，一般可用碱试剂处理使酯键水解脱去酰基
    • 苷键的水解
      • 酸催化水解
        • 温和酸水解：0.02~0.05mol/L的HCl或H2SO4，可水解2-去氧糖的苷键，但不引起苷元的脱水反应，不适合2-羟基糖
        • 剧烈酸水解：3~5% HCl或H2SO4，产生脱水苷元
        • 盐酸丙酮法：盐酸丙酮水解得到原苷元和糖的衍生物
      • 酶催化水解
        • 条件温和，有一定选择性，可获得次级苷和苷元，乙型比甲型易发生酶解
    • 显色反应
      • 不饱和内酯环产生的反应
        • 甲型强心苷含有五元不饱和内酯环，在碱性环境下能形成活性次甲基（+），乙型强心苷（-）
        • legal反应（亚硝酰氢化钠）→深红或蓝色；Kedde反应（3, 5-二硝基苯甲酸）→深红或红；Raymond反应（间二硝基苯）→紫红或蓝；Balject反应（碱性苦味酸）→橙或橙红
      • 2-去氧糖产生的反应
        • Keller-Kilianli反应：FeCl3-冰醋酸，要有游离2-去氧糖或能水解出2-去氧糖的强心苷才发生反应，醋酸层渐呈蓝色
        • 对二甲氨基苯甲醛反应
        • 占吨氢醇（xanthydrol）反应：含有2-去氧糖显红色
        • 过碘酸－对硝基苯胺反应：呈深黄色
  • 强心苷的提取分离
    • 提取
      • 原生苷： 生物体含有各种糖的水解酶必须除酶才能保证得到原生苷，甲醇或70%醇回流
      • 次生苷（降解产物）：通过水解（酶、酸和碱）等手段增加次生苷含量
    • 纯化（富集）
      • 溶剂法
      • 吸附法
    • 分离
      • 两相溶剂萃取法
      • 逆流分配法
      • 色谱分离
    • 提取实例
      • 毛地黄毒苷的提取：发酵、提取、析胶；脱色、析晶；精制
      • 西地兰的提取：提取、析胶；分离；脱乙酰基
  • 强心苷的波谱特征
    • 紫外光谱
      • 具有五元环内酯的强心苷，在紫外光谱中于约220nm处呈现最大吸收
      • 具有六元环内酯的强心苷在295~300nm处有吸收
    • 红外光谱
      • 五元环内酯的强心苷，一般在1800 – 1700 cm-1 有两个羰基吸收峰，较低波数是α,β-不饱和羰基产生的正常吸收，较高波数的是不正常吸收，随溶剂性质改变而改变
    • 质谱
      • 甲型强心苷元C-17侧链为Δαβ-γ内酯，质谱裂解产生m/z 111、124、163和164等含有γ-内酯环或内酯环加D环的碎片离子
      • 乙型强心苷元C-17侧链为Δαβ,γδ-δ内酯，质谱裂解产生m/z 109、123、135、136等含有δ-内酯环的碎片
      • 洋地黄毒苷可见弱分子离子峰m/z 764、634、504、357等失水、失糖碎片离子
    • 核磁共振氢谱（1H-NMR）
      • H18 1.0 s 偏低场；H19 0.8 s；H21 4.5 – 5.0 d；H22 5.6 – 6.0 br.s
    • 核磁共振碳谱（13C-NMR）
      • δ：C3 70.0；C14 85.0；C18 16.1；C19 23.9；C20 177.1；C21 76.7；C22 120.2；C23 176.3
  • 强心苷的生物活性
    • C/D环顺式，14羟基脱水则活性消失
    • 17β构型有活性；17α则活性消失
    • 内酯环开环或者被还原活性减弱
    • 与葡萄糖成苷后强心作用随分子中糖的数目增加而减弱；与洋地黄毒糖成苷后，随着糖分子数目的增加，活性无影响，毒性增大
    • 乙型强心苷元及其苷的毒性规律一般为：苷元>单糖苷>二糖苷
      • 乙型强心苷元的毒性>相应的甲型强心苷元
• 甾体皂苷
  • 甾体皂苷概述
    • 甾体皂苷是一类由螺烷甾类化合物与糖结合的苷，主要分布在薯蓣科、百合科、玄参科、菝葜科、龙舌兰等科植物中
    • 生理活性：六七十年代，用于合成甾体避孕药和激素类药物的原料；九十年代发现了新的生物活性，特别是防治心脑血管疾病、抗肿瘤、抗真菌和免疫调节等作用
    • 地奥心血康胶囊——预防和治疗冠心病、心绞痛以及瘀血内阻之胸痹、眩晕、气短、心悸等；心脑舒通——对缺血性心脑血管疾病有显著疗效；云南白药——用于止血、抗炎等；宫血宁——用于月经期或子宫出血；慢性盆腔炎
  • 甾体皂苷的化学结构和实例
    • 甾体皂苷的皂苷元基本骨架属螺甾烷的衍生物
    • 特征
      • 27个碳；B/C、C/D环——反式；C17侧链——β构型；C22是E与F环共享的碳，以螺缩酮的形式相联
    • 分类：根据F环的状态和C25的构型，分为四类
      • 螺甾烷醇类：C-25为S构型，如剑麻皂苷元
      • 异螺甾烷醇类：C-25为R构型，如薯蓣皂苷元、孕烯醇酮
      • 呋甾烷醇类：F环为开链式
      • 变形螺甾烷醇类：F环为五元四氢呋喃环
    • F环裂解的双糖链皂苷产生的显色反应
      • E试剂——盐酸二甲氨基苯甲醛试剂：A试剂——茴香醛试剂
      • F环裂解的双糖链皂苷：E试剂——红色；A试剂——黄色
      • F环闭环的单糖链皂苷和螺旋甾烷衍生皂苷元：E试剂——不显色；A试剂——黄色
    • F环裂解的双糖链皂苷不具有某些皂苷的通性
      • 没有溶血作用；不能与胆甾醇形成复合物；没有抗菌活性
      • 螺旋甾烷衍生的单糖链皂苷，则具有明显抗菌作用
  • 甾体皂苷的理化性质
    • 甾体皂苷元具亲脂性，多有较好晶型；甾体皂苷水溶性大
    • 表面活性与溶血作用与三萜皂苷类似，但F环开裂的甾体皂苷往往不具溶血作用，表面活性也降低
    • 甾体皂苷与甾醇形成分子化合物
      • 甾体皂苷的乙醇溶液可被甾醇（常用胆甾醇）沉淀
      • 反应条件：甾醇需有C3-β-OH
      • 三萜皂苷与甾醇形成的分子复合物不及甾体皂苷稳定
    • 显色反应：在无水条件下，遇某些酸可产生与三萜皂苷相类似的显色反应
      • L-B（醋酐-浓硫酸）反应：甾体皂苷→颜色变化中出现绿色；三萜皂苷→产生红色（无绿色）
      • 三氯醋酸反应：甾体皂苷→加热至60℃→显色；三萜皂苷→加热至100℃→显色
  • 甾体皂苷的提取与分离
    • 工业生产上提取薯蓣皂苷元：酸水解法
    • 实验室和工业生产中多采用溶剂法提取
      • 溶剂：多用甲醇或稀乙醇
      • 分离：多用硅胶柱层析或高效液相制备色谱法
      • 洗脱剂：用不同比例的二元、三元等溶剂系统，如：氯仿:甲醇:水等混合溶剂，可参见三萜及其苷类一章的提取与分离内容
  • 甾体皂苷元的波谱特征
    • 紫外光谱
      • 饱和的甾体在210-400 nm无吸收，如果结构中引入发色团则会产生吸收
    • 红外光谱
      • 如结构中含有螺缩酮结构，会在980、920、900和 860cm-1处存在4个吸收谱带。C25位如果为R构型，920cm-1处的吸收峰强度小于900cm-1； C25位如果为S构型则相反
    • 质谱
      • 在质谱中均出现很强的m/z 139的基峰
    • 液质联用（LC-MSn）
    • 核磁共振氢谱
      • 甾体皂苷元在高场区有4个甲基的特征峰；利用27-CH3的化学位移值可确定C25位的空间构型
      • H-18 s；H-19 s；H-21 d；H-27 d
    • 核磁共振碳谱
      • 由于核磁共振碳谱宽度比氢谱大30倍，能将结构中的每个碳的化学位移一一确定
      • C-18, C-19, C-27 低于20；当A/B顺式稠合，C-19 23；C-16, C-22: δ 80, 109
  • 甾体皂苷提取分离和结构测定实例
• 其他甾体混化合物
  • C21甾类化合物
    • A/B反；B/C反；C/D顺；C17甲羰基衍生物
  • 植物甾醇类
  • 昆虫变态激素
  • 胆酸类