第六章萜类和挥发油1课件资料.docx
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第六章萜类和挥发油1课件资料
天然药物化学课程教案
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授课方式
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授课题目：
第六章萜类和挥发油
第一节概述
第二节萜类的结构类型及重要代表物
第三节萜类化合物的理化性质
教学目的和要求：
1、掌握萜类化合物的定义、结构类型及重要代表物的化学结构和生理活性。
2、掌握萜类化合物的性质。
3、熟悉萜类化合物的生物合成途径。
教学重点及难点：
重点：
1、萜类化合物的定义、结构类型及重要代表物的化学结构和生理活性。
2、萜类化合物的性质。
难点：
萜类化合物的性质和生物合成途径。
教学基本内容
方法及手段
第六章萜类和挥发油
第一节概述
一、萜的含义和分类
1、定义：
凡是由甲戊二羟酸衍生的化合物均称为萜类化合物。
2、分类依据
根据分子结构中异戊二烯单位的数目进行分类；在此基础上再根据各萜类分子结构中碳环的有无和数目的多少进行分类。
萜类化合物的分类及分布
分类
碳原子数
通式（C5H8）n
存在形式与分布
半萜
5
n=1
植物叶
单萜
10
n=2
挥发油
倍半萜
15
n=3
挥发油
二萜
20
n=4
树脂、苦味质、植物醇
二倍半萜
25
n=5
海绵、植物病菌，昆虫代谢物
三萜
30
n=6
皂苷、树脂、植物、乳汁
四萜
40
n=8
植物胡萝卜素
二、萜类的生源学说
（一）经验的异戊二烯法则（empiricalisoprenerule）
认为自然界存在的萜类化合物都是由异戊二烯衍变而来的，是异戊二烯的聚合体或衍生物。
并以是否符合异戊二烯法则做为判断是否为萜类化合物。
（二）生源的异戊二烯法则（biogeneticisoprenerule）
萜类化合物是经甲戊二羟酸途径衍生的一类化合物。
焦磷酸二甲烯丙酯（DAPP）和焦磷酸异戊烯酯（IPP）是生物体内真正的异戊烯基单位
合成萜类化合物的甲戊二羟酸途径：
萜类化合物的生物合成途径：
环烯醚萜的生物合成：
多媒体
讲解
第二节萜类化合物的结构类型及重要代表物
萜类化合物的分类及分布
分类
碳原子数
通式（C5H8）n
存在形式与分布
半萜
5
n=1
植物叶
单萜
10
n=2
挥发油
倍半萜
15
n=3
挥发油
二萜
20
n=4
树脂、苦味质、植物醇
二倍半萜
25
n=5
海绵、植物病菌，昆虫代谢物
三萜
30
n=6
皂苷、树脂、植物、乳汁
四萜
40
n=8
植物胡萝卜素
一、单萜
（一）链状单萜
香叶醇和橙花醇互为顺反异构体。
存在于玫瑰油、柠檬草油等多种植物的挥发油中，是这些挥发油的主要成分；具有玫瑰香气，是重要的香料工业原料。
玫瑰油中含有香叶醇、橙花醇、香茅醇，柠檬草油中含有柠檬醛、香叶醇、橙花醇。
（二）环状单萜
（薄荷脑）
对皮肤和黏膜有清凉和弱的麻醉作用,
亦有防腐和杀菌作用。
用于镇痛、止
痒、杀菌等。
龙脑
俗称“冰片”，又称樟醇习称辣薄荷酮
局部刺激作用，防腐作用
开窍醒神，清热止痛。
可以发汗、
兴奋、解痉、防止虫蛀、抗缺氧。
（三）卓酚酮类
卓酚酮类化合物（troponoides）是一类变形的单萜，它们的碳架不符合异戊二烯定则，碳原子数符合异戊二烯聚合体的碳原子数。
卓酚酮类的特性：
1、卓酚酮具有芳香化合物性质。
2、具有的酚的通性，也显酸性，其酸性介于酚类和羧酸之间，即酚<卓酚酮<羧酸。
3、分子中的羰基类似于羧酸中羰基的性质，但不能和一般羰基试剂反应。
4、能与多种金属离子形成络合物结晶体，并显示不同颜色，以资鉴别。
如铜络合物为绿色结晶，铁络合物显赤红色。
二、环烯醚萜
环烯醚萜——是蚁臭二醛的衍生物。
从化学结构看，环烯醚萜又是含有环戊烷结构单元，其性质具有一定特点的环状单萜衍生物。
环烯醚萜的结构分类：
环烯醚萜苷类
环烯醚萜的理化性质：
1、环烯醚萜苷和裂环环烯醚萜苷大多为白色结晶或粉末，多具旋光性，味苦。
2、溶解性：
环烯醚萜苷易溶于水和甲醇，可溶于乙醇、丙酮和正丁醇，难溶于氯仿、乙醚和苯等亲脂性有机溶剂。
3、环烯醚萜苷易被水解，生成的苷元为半缩醛结构，其化学性质活泼：
（1）苷元容易进一步聚合。
（2）苷元遇酸、碱、羰基化合物、氨基酸等都能变色。
※中药玄参、地黄等在炮制过程后变黑，就是由于玄参苷、地黄中的梓醇（梓醇苷），在共存的酶的作用下水解成苷元，聚合而成黑色。
※与皮肤接触，能使皮肤染成蓝色。
三、环状倍半萜
（一）环状倍半萜
黄花蒿中青蒿素为环状倍半萜，抗疟药
（二）薁类化合物
薁类化合物——凡由五元环与七元环骈合而成的芳环骨架都称为薁类化合物。
薁类化合物是一种非苯环芳烃化合物，分子结构中具有高度的共轭体系。
如：
薁类化合物的溶解性：
薁类化合物溶于有机溶剂，不溶于水，溶于强酸。
故可用60～65%硫酸或磷酸提取薁类成分。
薁类化合物的鉴别：
1、薁类化合物与苦味酸或三硝基苯试剂作用，形成有敏锐熔点的π-络合物，可供鉴别使用。
2、在可见光区（360～700nm）有强吸收峰。
3、Sabety反应
4、Ehrlich反应
四、环状二萜
环状二萜内酯
抗菌、消炎，用于菌痢、
上呼吸道感染。
环状二萜，抗白血病和抑制肿瘤
环状二萜，甜味剂
多媒体
讲解
第三节萜类化合物的理化性质
一、萜类化合物的物理性质
（一）性状
1、形态和沸点
形态：
单萜和倍半萜多为具有特殊香气的油状液体。
二萜和二倍半萜多为结晶性固体。
沸点：
单萜的沸点比倍半萜低，且单萜和倍半萜随分子量和双键的增加，功能基的增多，化合物的挥发性降低，熔点和沸点相应增高。
2、味：
多具有苦味。
3、旋光性：
大多数萜类具有光学活性。
（二）溶解性
萜易溶于醇及有机溶剂，难溶于水。
具有内酯结构的能溶于碱水，酸化后析出。
萜苷能溶于热水及甲醇、乙醇溶液而不溶于有机溶剂。
二、萜类化合物的化学性质
（一）加成反应
1、双键加成反应
（1）与卤化氢加成
（2）与溴加成反应
（3）与亚硝酰氯反应
（4）Diels-Alder加成反应
2、羰基加成反应
（1）与NaHSO3加成
注意：
含双键和羰基的萜类化合物反应时间过长或温度过高，可使双键发生加成，并形成不可逆的双键加成物。
（2）与硝基苯肼加成
（3）与Girard试剂加成
（二）氧化反应
（三）脱氢反应
（四）示例：
14-去氧穿心莲内酯的系列反应
思考题：
1、萜类化合物分几类？
分类的依据是什么？
2、青蒿素属哪一类萜类化合物？
具有何种生物活性？
为改善其溶解吸收行为，是如何进行结构修饰的？
3、卓酚酮类化合物是一类变形的单萜，试根据其结构讨论其应具有的化学性质。
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第六章萜类和挥发油
第四节萜类化合物的提取分离
第五节萜类化合物的结构检识与结构测定
第六节挥发油
教学目的和要求：
1、掌握萜类化合物常用的提取分离方法。
2、掌握挥发油的定义、分类、性质、鉴别、提取分离方法和重要代表物的结构及生理活性。
3、熟悉萜类化合物的结构检识方法。
4、了解萜类化合物的结构测定方法。
教学重点及难点：
重点：
1、萜类化合物常用的提取分离方法。
2、挥发油的定义、分类、性质、鉴别、提取分离方法和重要代表物的结构及生理活性。
难点：
萜类化合物的结构测定。
教学基本内容
方法及手段
第四节萜类化合物的提取分离
一、萜类的提取
（一）水蒸气蒸馏法
（二）溶剂提取法
1、苷类化合物的提取
2、非苷类化合物的提取
用甲醇或乙醇提取，减压回收溶剂，溶于水中，再用乙酸乙酯萃取，得总萜类提取物。
或用不同极性的有机溶剂按极性递增的方法依次分别萃取，得不同极性的萜类萃取物，再行分离。
（三）碱提取酸沉淀法
（四）吸附法
----适合于萜苷
所用吸附剂：
活性炭
大孔吸附树脂
吸附分离法：
用吸附剂将含萜类化合物的溶液吸附，再用稀醇、醇依次洗脱，回收醇即得。
注意：
萜类化合物，尤其是倍半萜内酯类化合物容易发生结构重排，二萜类易聚合而树脂化，引起结构的变化，所以宜选用新鲜药材、或迅速晾干的药材，并尽可能避免酸、碱的处理。
含苷类成分，要避免接触酸，而且应按提取苷类成分的常法事先破坏酶的活性。
二、萜类的分离
（一）分馏法
适用于挥发性的单萜及倍半萜。
（二）结晶法
（三）利用结构中特殊功能团进行分离
1、萜内酯
可在碱性条件下开环，加酸后又环合而析出，借此可与非内酯类化合物分离。
2、含双键、羰基的萜类
可以用加成的方法制备衍生物加以分离。
（四）柱色谱分离
1、吸附柱色谱法
常用吸附剂：
硅胶、中性氧化铝。
常用洗脱剂：
正己烷、石油醚、环己烷、乙醚、苯、乙酸乙酯。
以及石油醚-乙酸乙酯、苯-乙酯乙酯、苯-氯仿、氯仿-乙醇、氯仿-甲醇等溶剂系统。
2、硝酸银色谱法
含有双键的萜类化合物可与硝酸银形成π络合物，双键数目和位置不同，π络合物形成的难易程度和稳定性亦不相同，从而达到分离目的。
往往和其它柱色谱联合使用。
三、应用实例
穿心莲的提取分离
1、超临界CO2萃取法
SFE-CO2流程：
CO2钢瓶→冷冻系统→高压泵→萃取斧→解析斧I→解析斧II→冷冻系统
穿心莲药材（40目）投入萃取斧,对萃取斧和2个解析斧加热，对贮罐进行冷却，当温度达到预定温度时，打开CO2气瓶送气，压力达到预定压力时，开始循环萃取，调节流量，同时加入夹带剂乙醇，恒压恒温萃取2小时。
最佳工艺条件：
萃取斧压力25MPa，温度46℃；解析斧I压力6MPa，温度65℃；解析斧II压力6MPa，温度45℃；流量40Kg/h。
优势：
与传统醇提法比较，流程短，节约溶剂，绿色环保，指标性成分脱水穿心莲内酯和穿心莲内酯含量较高（23.75%，13.03%）。
不足：
需冷媒和高压支持，成本高；生产量小；设备一次性投资大。
对资源少，疗效好，附加值高和热不稳定性的产品极为适用。
2、大孔吸附树脂法
穿心莲乙醇提取物（70%乙醇60℃分别浸提2h、1h，蒸醇，石油醚萃取除叶绿素）的20%乙醇液上ADS-7树脂柱，用去离子水淋洗树脂，再用95%的乙醇洗脱被吸附的穿心莲内酯类成分。
收集醇洗液，蒸干，真空干燥即得。
穿心莲内酯含量:
25.3%。
*ADS-7是以聚苯乙烯为骨架的强极性树脂，兼具吸附和脱色（植物色素）双重功能。
具有良好的吸附选择性，用于酚类、黄酮类物质的吸附分离可得到纯度较高的产品，如用于提取沙棘黄酮、大豆异黄酮、葛根素，可得到含量大于35％～50％的提取物。
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第五节萜类化合物的结构测定
一、紫外光谱
萜类化合物的紫外吸收
功能基
λmax（nm）
吸收系数（ε）
孤立双键
205～250
900左右
共轭双烯
215～270
2500～30000
链状共轭双烯217～228
15000～25000
环内共轭双烯256～265
2500～10000
一个双键在环内230～240
13000～20000
α,β-不饱和羰基
220～250
10000～17500
例：
穿心莲内酯（223nm）、去氧穿心莲内酯（203）、
脱水穿心莲内酯（203，248）
二、红外光谱
在解决萜类内酯的存在及内酯环种类上有一定意义。
1700-1800cm-1有强峰，示有内酯的存在；
1735cm-1有吸收，示有饱和六元内酯环的存在；
1770cm-1有吸收，示有饱和五元内酯环的存在；
1840cm-1有吸收，示有饱和四元内酯环的存在。
如为不饱和内酯环，则吸收峰向低波数方向移动。
三、实例
IR（cm-1）：
3384，2976，2933，2851，
1739，1637，1451，1389，
1350，1273，1219，1101，
1040，997，884。
MS（ESI）m/z：
355.3（M+Na）+356.3（M+1+Na）+。
1H-NMR（DMSO-d6,δ）：
7.67（1H，s，14-H），
6.73（1H，dd，J=10.1，J=15.6，11H），
6.13（1H，d，J=15.7，12-H），5.06（1H，brs，3-OH），4.90（2H，s，15-H），4.74，4.42（各1H，s，17H），
4.15（1H，brs，19-OH），3.83，3.28（各1H，d，J=10.9，19-H），
3.25（1H，m，3-H），1.10（3H，s，18-H），0.77（3H，s，20-H）。
脱水穿心莲内酯
脱水穿心莲内酯的MS图
脱水穿心莲内酯的1H-NMR图
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第六节挥发油
一、概述
定义：
挥发油（volatileoils）又称精油（essentialoils），是植物或中草药中具有芳香气味、在常温下能挥发、可随水蒸气蒸馏的油状液体的总称。
分布：
挥发油类成分主要存在在芳香植物中。
存在：
挥发油存在于植物的腺毛、油室、分泌细胞、或树脂道中；大多数成油滴状存在，也有些与树脂、粘液质共存。
腺毛油室
（一）生物活性与应用
1、在医药方面的应用
挥发油多具有祛痰、止咳、平喘、驱风、健胃、解热、抗菌消炎等作用。
丁香罗勒油：
局部止痛、防腐
八角茴香油：
芳香调味剂、健胃药
肉桂油：
驱风、健胃
芸香草油：
平喘、松弛支气管平滑肌，用于慢性支气管炎
松节油：
皮肤刺激药，用于肌肉、关节疼痛
桉油：
解热、镇痛、抗菌
2、在香料工业中的应用
浸膏、净油、香膏、头香
（二）组成和分类
1、萜类化合物
胡椒酮、α-派烯、β-派烯、桉油精
2、芳香族化合物
丁香酚、茴香醚、桂皮醛
麝香草酚：
具杀菌、祛痰作用，用于治疗气管炎、百日咳等。
既属于萜类化合物也属于芳香族化合物
3、脂肪族化合物
1、其它类化合物
二、挥发油的性质
（一）性状
颜色：
挥发油在常温下大多为无色或微带淡黄色。
气味：
挥发油大多具有香气或其它特异气味。
挥发油的气味往往是其品质优劣的重要标志。
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结晶析出。
该析出物习称为“脑”。
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。
（二）溶解度
挥发油不溶于水，而易溶于各种有机溶剂，在高浓度的乙醇中能全溶。
（三）物理常数
沸点：
挥发油的沸点一般在70～300℃，具有随水蒸气蒸馏的特性。
比重：
0.85～1.065，多数比水轻，也有比水重的。
光学活性：
挥发油几乎均有光学活性。
折光性：
挥发油具有强的折光性，折光率在1.43～1.61之间。
（四）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，颜色加深，失去原有香味，也不能再随水蒸气蒸馏了。
※挥发油制备方法的选择是很重要的；其产品应贮存于棕色瓶内，装满、密塞，并在阴凉处低温保存。
三、挥发油的提取
（一）水蒸气蒸馏法
挥发油与水不相混溶，可采用水蒸气蒸馏法提取。
优点：
设备简单，操作容易，成本低，产量大，挥发油的回收率较高。
缺点：
原料易受强热而焦化，或使成分发生变化，且有的挥发油含水溶性
化合物较多。
（二）浸取法
1、油脂吸收法
用猪油或牛油吸收挥发油：
冷吸收法
温浸吸收法
优点：
所得挥发油较纯净。
缺点：
耗费时间较长。
适用范围：
贵重的挥发油。
2、溶剂萃取法
用石油醚（30～60℃）、CS2、CCl4、苯等：
回流提取法
冷浸法
优点：
提取效率高。
缺点：
得到的浸膏往往含有植物蜡类等物质。
3、超临界流体萃取法
超临界CO2流体萃取。
优点：
防止氧化、热解及提高品质。
缺点：
工艺技术要求高，设备费用投资大。
（三）冷压法
将新鲜原料捣碎冷压后，分出油分，即得挥发油粗品。
优点：
所得挥发油可保持原有的新鲜香味。
缺点：
可能溶出原料中的不挥发性物质。
四、挥发油成分的分离
（一）冷冻处理
将挥发油于0℃以下使析出结晶，取出结晶再经重结晶可得纯品。
（二）分馏法
在减压下进行分馏：
35～70℃/10mmHg——单萜烯类化合物
70～100℃/10mmHg——单萜的含氧化合物
在更高的温度下——倍半萜烯及其含氧化合物
（三）化学方法
1、利用酸、碱性不同进行分离
（1）碱性成分的分离
将挥发油溶于乙醚，加10%盐酸或硫酸萃取，分取酸水层，碱化，用乙醚萃取得碱性成分。
（2）酚、酸性成分的分离
酸性成分：
将挥发油溶于等量乙醚中，先以5%的碳酸氢钠溶液直接进行萃取，分出碱水液，加稀酸酸化，用乙醚萃取得酸性成分。
酚性成分：
除去酸性成分的挥发油用2%氢氧化钠溶液萃取，分取碱水层，酸化后，用乙醚萃取得酚性成分。
2、利用功能团特性进行分离
（1）醇化合物的分离
将挥发油与邻苯二甲酸酐反应生成酯，再用碱溶液皂化，而得到原有的萜醇。
（2）醛、酮化合物的分离
利用与亚硫酸氢钠加成反应：
向挥发油中加入亚硫酸氢钠饱和液振摇，分出加成物结晶，加酸或碱处理，使加成物水解，得原来的醛或酮类化合物。
注意：
适用于不含酚、酸成分的挥发油。
利用与Girard试剂加成反应：
将挥发油与Girard试剂T或P反应，生成水溶性的缩合物，用乙醚除去不具羰基的组分，再以酸处理，得原来的羰基化合物。
（四）色谱分离法
1、吸附柱色谱法
常用吸附剂：
硅胶、氧化铝。
常用洗脱剂：
石油醚、己烷、乙酸乙酯等的混合溶剂梯度洗脱。
2、硝酸银色谱法
适用范围：
含有双键的萜类。
3、气相色谱法GC
五、挥发油成分的鉴定
（一）物理常数的测定
相对密度、比旋度、折光率、凝固点
（二）化学常数的测定
酸值：
代表挥发油中游离羧酸和酚类成分的含量，以中和1g挥发油中含有游离的羧酸、酚类所需要要的氢氧化钾毫克数来表示。
酯值：
代表挥发油中酯类成分含量，以水解1g挥发油所需氢氧化钾毫克数来表示。
皂化值：
以皂化1g挥发油所需氢氧化钾毫克数来表示。
皂化值=酸值+酯值。
（三）功能团的鉴定
酚类：
将挥发油少许溶于乙醇中，加入三氯化铁的乙醇溶液，如产生蓝色、蓝紫色或绿色，表示挥发油中酚类物质存在。
羰基化合物：
用硝酸银的氨溶液检查挥发油，如发生银镜反应，表示有醛类等还原性物质存在。
挥发油的乙醇溶液加2,4-二硝基苯肼、氨基脲、羟胺等试剂，如产生结晶形衍生物沉淀，表明有醛或酮类化合物存在。
不饱和化合物和薁类化合物：
于挥发油的氯仿溶液中滴加溴的氯仿溶液，如红色褪去表示油中含有不饱和化合物；继续滴加溴的氯仿溶液，如产生蓝色、紫色或绿色，则表明油中含有奥类化合物。
此外，在挥发油的无水甲醇溶液中加入浓硫酸时，如产生蓝色或紫色，则表明有薁类化合物存在。
内酯类化合物：
于挥发油的吡啶溶液中，加入亚硝酰氰化钠试剂及氢氧化钠溶液，如出现红色并逐渐消失，表示油中含有α,β-不饱和内酯类化合物。
（四）色谱法的应用
1、与标准品共同进行色谱，比较定性参数：
Rf值、保留值。
2、气相色谱-质谱联用法（GC-MS）。
思考题：
1、试述加成反应在萜类化合物的鉴别、分离、提纯上的意义？
2、简述α－紫罗兰酮和β－紫罗兰酮的分离方法？
3、挥发油的通性有哪些？
应如何保存？
为什么？
4、挥发油成分鉴定的方法有几种？
5、挥发油成分的提取、分离方法有哪些？
6、从龙胆科植物金沙青叶胆中分离出一种解痉活性成分――獐牙菜苦苷（Ⅰ），部分结构鉴定数据如下，试归属各项信号。
IRvKBrmaxcm-1:
3440,1710,1290,1090,1630；1H-NMR（DMSO-d6,TMS内标）δ：
0.86（s,1H）,0.93（s,1H）,1.30（s,1H）,1.36（s,1H）,以上四峰乙酰化后消失；5.3（m,3H）,5.58（d,1H）,7.51（s,1H）
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