思维导图 天然药物化学

第七章 三萜及其苷类，三萜是由6个异戊二烯单元、30个碳原子组成；三萜皂苷是由三萜皂苷元和糖、糖醛酸等组成。

三萜及其苷类

• 概述
  • 定义
    • 三萜是由6个异戊二烯单元、30个碳原子组成；三萜皂苷是由三萜皂苷元和糖、糖醛酸等组成
    • 由于该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，故此称为皂苷，结构中多具羧基，所以又称之为酸性皂苷
  • 分布
    • 三萜及其苷类广泛存在于自然界，菌类、蕨类、单子叶、双子叶植物、动物及海洋生物中均有分布， 尤以双子叶植物中分布最多
    • 三萜主要来源于菊科、豆科、大戟科、楝科、卫茅科、茜草科、橄榄科、唇形科等植物
    • 三萜皂苷在豆科、五加科、葫芦科、毛茛科、石竹科、伞形科、鼠李科等植物分布较多
  • 结构
    • 根据糖链的多少分为，单糖链苷、双糖链苷、三糖链苷
    • 当原生苷由于水解或酶解，部分糖被降解时，所生成的苷为次皂苷
• 四环三萜
  • 达玛烷型
    • 结构特点：8位有β-CH3；13位有β-H；17位有β-侧链；20位构型为R或S
    • 达玛烷型人参皂苷根据其6位碳上是否有羟基又分为2类：原人参二醇型和原人参三醇型
    • 如酸枣仁皂苷A和B
  • 羊毛脂烷型
    • 结构特点：8位有β-H；13位有β-CH3；17位有β-侧链；20位构型为R；A/B/C/D均为反式
    • 从灵芝中分离出的三萜化合物，它的结构为羊毛甾烷，是羊毛甾烷的高度氧化化合物
  • 环阿屯烷型
    • 结构特点：基本骨架与羊毛脂烷型很相似，10位甲基与9位脱氢形成三元环
    • 从黄芪中分离鉴定的皂苷多数为环阿屯烷型三萜皂苷，苷元为环黄芪醇
  • 甘遂烷型
    • 结构特点：13,14-CH3 构型与羊毛脂烷型相反；C-17-α侧链；C-20-S构型
  • 葫芦烷型
    • 结构特点：C-9位β-CH3；5β-H、8β-H、10α-H；其余与羊毛脂烷型相同
    • 从雪胆属植物小蛇莲根中分出雪胆甲素和乙素，临床上治疗急性痢疾、肺结核、慢性气管炎等效果较好
  • 楝烷型
    • 结构特点：26个碳； C-8、C-10 β-CH3；C-13 α-CH3；C-17 α侧链
    • 大量存在于楝科楝属植物中，具有苦味及昆虫拒食作用；苦楝果实提取物已用作昆虫拒食剂；从楝科川楝的果 实、根皮、树皮中分离到的川楝素用作驱蛔虫药
• 五环三萜
  • 齐墩果烷型
    • 结构特点：基本碳架为多氢蒎的五环母核 ；A/B环、B/C环、C/D环均为反式，D/E环为顺式；八个甲基，8个甲基连在季碳上；C28常有-COOH；C3常有羟基；C12C13位常有双键
    • 齐墩果酸首先从木樨科植物油橄榄中分到，女贞果实中也有，广泛分布于自然界，它具有降转氨酶作用，临床上用于治疗急性黄疸性肝炎；含齐墩果酸的植物很多，但含量超过10%的很少，刺五加、龙牙葱木中齐墩果酸的含量高于10%，是很好的植物资源
    • 甘草为豆科甘草属植物，具有缓急、解毒、调和诸药等作用；其中甘草酸及其苷元甘草次酸，为齐墩果烷型三萜，具有促肾上腺皮质激素（ACTH）样生物活性，临床用作抗炎药，但所含的18α-H甘草次酸 (乌拉尔甘草次酸) 无此种生物活性
  • 乌苏烷型
    • 结构特点：与齐墩果烷相似；不同之处在6个甲基连在季碳上；29-CH3和30-CH3分别连接在19β、20α位, 连接在叔碳上
    • 从女贞子叶中的乌苏酸，也称熊果酸；亦分布于熊果叶、栀子果实、女贞叶、车前叶、白花蛇舌草中，具有镇静、抗菌等活性
    • 中药地榆具有凉血止血的功效，其中含有地榆皂苷E，是乌苏酸的酯苷
    • 伞形科植物积雪草的皂苷的主要苷元，具有抗炎、抗氧化等活性，还可以防止UV诱导的衰老，提高身体的伤口愈合能力，广泛应用于化妆品中
  • 羽扇豆烷型
    • 结构特点：C21与C19连成五元环E环；在E环19位有α-构型的异丙基；有Δ20（29）双键；其余甲基取代同齐墩果烷和乌苏烷；A/B、B/C、C/D、D/E均为反式稠合
    • 羽扇豆种子中存在的羽扇豆醇，酸枣仁中的白桦脂醇和白桦酸都是羽扇豆烷型三萜
    • 毛茛科白头翁属植物白头翁含有多种羽扇豆烷型三萜皂苷，其皂苷元为23-羟基白桦酸，白头翁皂苷C-3或C-28成苷，双糖链苷或单糖链苷
  • 木栓烷型
    • 结构特点：A/B、B/C、C/D环均为反式，D/E环为顺式；C4、C5、C9、C14位各有一个β-CH3取代；C17多β-CH3取代；C13-CH3为α-型；C2、C3位常有羰基取代
    • 从雷公藤中分离得到的 雷公藤酮。骨架有29个碳，为一降碳三萜，是25-去甲基（降）木栓烷衍生物
• 理化性质
  • 性状及溶解性
    • 性状
      • 苷元——多有较好结晶
      • 苷——不易结晶，多为无色无定形粉末
    • 溶解性
      • 苷元——溶石油醚、苯、乙醚、氯仿等有机溶剂、不溶于水
      • 苷——易溶于热水、稀醇、热MeOH、EtOH；含水丁醇、戊醇对皂苷的溶解度较好；不溶或难溶乙醚、苯等极性小的有机溶剂
    • 味
      • 苦而辛辣，粉末对人体粘膜有强烈刺激性，尤其鼻内粘膜的敏感性最大，吸入鼻内能引起喷嚏，因此，有的皂苷内服，能刺激消化道粘膜，产生反射性粘液腺分泌，而用于祛痰止咳
  • 显色反应
    • 由于三萜化合物结构中常有：-OH、>=<等，因此，在无水条件下，与强酸（硫酸、磷酸、高氯酸）、中等强酸（三氯乙酸）、Lewis酸（氯化锌、三氯化铝、三氯化锑）作用，会产生颜色变化或荧光
    • 主要是使羟基脱水、增加双键结构，再经双键移位、双分子缩合等反应生成共轭双烯系统，又在酸作用下形成阳碳离子盐而呈色
      • 醋酐-浓硫酸反应（Liebermann-Burchard反应）：将样品溶于醋酐中，加浓硫酸-醋酐（1：20）可产生黄→红→紫→蓝等颜色变化，最后褪色
      • 五氯化锑反应（Kahlenberg反应）：将样品三氯甲烷或醇溶液点于滤纸上，喷以20%五氯化锑的三氯甲烷溶液，干燥后60~70℃加热，显蓝色、灰蓝色、灰紫色等多种颜色斑点
      • 三氯醋酸反应（Rosen-Heimer反应）
      • 三氯甲烷-浓硫酸反应（Salkowski反应）
      • 冰醋酸-乙酰氯反应（Tschugaeff反应）
  • 表面活性
    • 皂苷水溶液经强烈振摇能产生持久性的泡沫，且不因加热而消失，这是由于皂苷类成分具有降低水溶液表面张力的缘故。因此，可作为清洁剂、乳化剂应用
    • 表面活性与分子内部亲水性和亲脂性结构的比例相关，只有当二者比例相当，才能较好地发挥出这种表面活性，若亲水性强于亲脂性或相反，就不呈现这种活性
  • 溶血作用
    • 机理：多数皂苷能与胆甾醇结合生成不溶性的分子复合物，皂苷水溶液与红细胞壁上的胆甾醇接触生成复合物沉淀，破坏了血红细胞的正常渗透性，使细胞内渗透压增加而崩解，导致溶血；胆甾醇可解皂苷的溶血毒性（注意有的皂苷则有抗溶血作用）
    • 其他成分也有溶血作用，如某些植物的树脂、脂肪酸、挥发油等亦能产生溶血作用（鞣质则能凝集血红细胞而抑制溶血），因此，要判断是否是由皂苷引起溶血除提纯后再进行溶血试验外，还可结合胆甾醇沉淀法，若沉淀后的滤液无溶血现象，而沉淀分解后有溶血活性，才表示是由皂苷引起的
    • 多数皂苷的水溶液能破坏红细胞而有溶血作用；皂苷水溶液肌肉注射易引起溶血，口服则无溶血作用
  • 沉淀反应
    • 酸性皂苷（通常指三萜皂苷）的水溶液加入硫酸铵、醋酸铅或其他中性盐类即生成沉淀
    • 中性皂苷（通常指甾体皂苷）的水溶液则需加入碱式醋酸铅或氢氧化钡等碱性盐类才能生成沉淀
• 提取分离
  • 三萜化合物的提取与分离
    • 醇类溶剂提取法：思路——先泛提，再系统溶剂萃取，可得到游离三萜类化合物和总皂苷
    • 分离
      • 色谱分离法
        • 装柱：95%乙醇→由高到低洗（70% 、50% 、30%乙醇）→水
        • 洗脱：先水洗，再用由低到高浓度的甲/乙醇梯度洗脱
        • 常采用多种色谱法相组合的方法（先硅胶柱，再结合低压或中压柱、制备薄层、高效液相等方法进一步的分离）
  • 三萜皂苷的提取与分离
    • 对皂苷的分离，还可过硅胶柱之前，先用大孔树脂柱进行精制或初步分离
  • 提取分离三萜皂苷实例
    • 草玉梅皂苷
    • 棉团铁线莲皂苷
• 结构测定
  • 紫外光谱
    • 可判断齐墩果烷型化合物结构中的双键类型
      • 一个孤立双键—仅在205~250 nm处有微弱吸收
      • αβ-不饱和羰基—最大吸收在242~250 nm
      • 异环共轭双烯—最大吸收在240、250、260 nm
      • 同环共轭双烯—最大吸收在285 nm
  • 质谱
    • Δ12-齐墩果烯类三萜
      • 主要特征是由于双键的存在，化合物在电子撞击下，C环易产生RDA裂解，产生含A、B环和C、D环的离子
    • 11-oxo,Δ12-齐墩果烯类三萜
      • 具有11-oxo,Δ12-结构的三萜，其除发生RDA裂解外，同时还有麦氏重排发生
    • 三萜皂苷
      • 场解吸质谱（FD-MS）和正或负离子快原子轰击质谱（FAB-MS），可得到皂苷的准分子离子峰
  • 核磁共振谱
    • 核磁共振氢谱
      • 在1H NMR谱的高场出现多个甲基单峰是三萜类化合物的最大特征
        • 一般-CH3质子信号——0.625 -1.50
        • δ 0.8~1.5 出现严重堆积的亚甲基和次甲基信号
        • 烯氢质子一般为——4.3 ~ 6 左右；环内双键质子δ一般大于5；环外双键质子δ一般小于5
        • C3-OH中C3上质子——3.2 ~ 4 左右
        • 环阿屯烷型中三元环上亚甲基异常高场
    • 核磁共振碳谱
      • 一般C的位移值 < 60 （连氧碳除外），苷元和糖上与O相连的C多在60-90范围内，烯碳——109 ~ 160 （>C=C<），羰基碳——170 ~ 220 （>C=O），角甲基——10 ~ 30
      • 双键位置及结构母核的缺点
      • 苷化位置的确定
        • 三萜3-OH苷化，一般C-3向低场位移δ 8~10，糖与28-COOH成酯苷，苷化位移是向高场位移δ 3~8，羰基碳苷化位移约为-2，糖的端基碳一般位移至δ 95~96
      • 羟基取代位置及取向的缺点
        • 29,30-COOH和CH2OH位置的确定
        • 23,24-OH位置的确定
        • 2,3-OH构型的确定
        • 16-OH构型的确定
      • 糖上乙酰基的确定
    • 其他核磁共振技术
  • 结构测定实例
    • 化合物A[19]
    • 化合物B[20]
• 生物活性
  • 抗炎活性
  • 抗肿瘤活性
  • 抗菌和抗病毒活性
  • 降低胆固醇作用
  • 对中枢神经系统的作用
  • 对心、脑血管系统的作用
  • 杀软体动物活性
  • 抗生育作用
  • 其他活性