中药化学讲义第七章萜类和挥发油.docx

1、中药化学讲义第七章萜类和挥发油第七章萜类和挥发油【字体：大 中 小】【打印】 第一节萜类一、基本内容（一）萜类的定义萜类化合物是一类由甲戊二羟酸衍生而成，基本碳架多具有2个或2个以上异戊二烯单位（C5，单位）结构特征的不同饱和程度的衍生物。绝大多数萜类化合物为含氧衍生物。有的萜类化合物以苷的形式存在；有的分子中含有氮原子，称为萜类生物碱；尚有个别萜类化合物结构中含硫或氯等其他原子。（二）萜的分类萜类化合物主要还是沿用经验异戊二烯法则分类，即按分子中异戊二烯单位的数目进行分类（表7-1）。此外，根据各萜类分子结构中碳环的有无及数目的多少，进-步分为链萜（或开链萜）、单环萜、双环萜、三环萜、四环萜

2、等，例如链状二萜、单环二萜、双环二萜、三环二萜、四环二萜等。也有按所连功能基的不同将萜类分为萜烯、萜醇、萜醛、萜酮、萜酸、萜酯、萜苷及萜类生物碱等。表7-1萜类的分类及存在形式类别碳原子数异戊二烯单位数存在形式单萜102挥发油倍半萜153挥发油二萜204树脂、苦味素、植物醇、叶绿素二倍半萜255海绵、植物病菌、昆虫代谢物三萜306皂苷、树脂、植物乳汗四萜408植物胡萝卜素多萜7.5103至31058橡胶、硬橡胶二、单萜单萜是指基本碳架由两分子异戊二烯单位构成，含有10个碳原子的萜烯及其衍生物。根据单萜结构中碳环的有无和多少，将单萜类分为无环（开链）、单环、双环及三环等结构种类。无环单萜的代表化

3、合物香叶醇，香叶醇具有抗菌、驱虫等作用。单环单萜的代表化合物薄荷醇，其左旋体习称薄荷脑，是薄荷MenthaarvensisL.薄荷醇具有弱的镇痛、止痒和局麻作用，亦有防腐、杀菌和清凉作用。双环单萜龙脑即中药冰片，具升华性，有清凉气味，具有发汗、兴奋、镇痛及抗氧化的药理作用。环烯醚萜环烯醚萜类化合物在中草药中分布较广，特别是在玄参科、茜草科、唇形科及龙胆科中较为常见。（一）结构与分类1. 环烯醚萜苷环烯醚萜类的基本母核为环烯醚萜醇，具有半缩醛及环戊烷环的结构特点，环烯醚萜类化合物主要以1位羟基与糖成苷的形式存在于植物体内。根据C-4位取代基的有无，又分为C-4位有取代基的环烯醚萜苷及4-去甲基环

4、烯醚萜苷两种类型。2.裂环环烯醚萜苷此类化合物是由环烯醚萜苷元部分C-7、C-8处开环衍生而来，如龙胆中主要有效成分和苦味成分龙胆苦苷，獐牙菜中的苦味成分獐牙菜苷及獐牙菜苦苷等。（二）理化性质1.性状环烯醚萜类化合物大多数为白色结晶或粉末（极少为液态）。分子中C-1、C-5、C-8、C-9多形成手性碳原子，故多具有旋光性。味苦或极苦。2.溶解性环烯醚萜类化合物多连有极性官能团，故偏亲水性，易溶于水和甲醇，环烯醚萜苷的亲水性较其苷元更强。3.显色反应及检识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，容易进一步发生氧化聚合等反应，难以得到结晶性苷元。苷元遇酸、碱、碳基化合物和氨基酸

5、等都能变色。4.鉴别反应游离的苷元遇氨基酸并加热，即产生深红色至蓝色，最后生成蓝色沉淀。苷元溶于冰乙酸溶液中，加少量铜离子，加热显蓝色。这些显色反应，可用于环烯醚萜苷的检识及鉴别。三、倍半萜倍半萜类是由3个异戊二烯单位构成的天然萜类化合物。单环倍半萜青蒿素是从中药青蒿（黄花蒿）中分离得到的具有过氧结构的倍半萜内酯，有很好的抗恶性疟疾活性，双环倍半萜马桑毒素和羟基马桑毒素用于治疗精神分裂症。四、二萜二萜是由20个碳原子、4个异戊二烯单位构成的萜类衍生物。绝大多数不能随水蒸气蒸馏。不少二萜含氧衍生物具有很好的生物活性，如穿心莲内酯、芫花酯、雷公藤内酯、银杏内酯、紫杉醇等，有些已是临床常用的药物。双

6、环二萜类的穿心莲内酯具有抗菌、消炎作用，临床已用于治疗急性菌痢、胃肠炎、咽喉炎、感冒发热等。银杏内酯是银杏根皮及叶的强苦味成分，已分离出银杏内酯A、B、C、M、J。三环二萜类的16-羟基雷公藤内酯醇具有较强的抗炎、免疫抑制和雄性抗生育作用。四环二萜类的甜菊苷是菊科植物甜叶菊叶中所含的甜味苷。例1：青蒿素抗疟作用与结构中最密切有关的基团是（C）。A.内酯环B.醚基C.过氧桥D.内酯的羰基E.以上基团都密切有关【答疑编号20070101：针对该题提问】例2：环烯醚萜类化合物多数以苷的形式存在于植物体内，其原因是（B）。A.结构中具有半缩醛羟基B.结构中具有环状半缩醛羟基C.结构中具有缩醛羟基D.结

7、构中具有环状缩醛羟基E.结构中具有环烯醚键羟基【答疑编号20070102：针对该题提问】X型题例3：具有抗癌活性的萜类化合物有（BDE）。A.甘草酸B.泽兰氯内酯C.银杏内酯AD.雷公藤内酯E.紫杉醇【答疑编号20070103：针对该题提问】第二节挥发油一、基本内容挥发油又称精油，是存在于植物中的一类具有芳香气味、可随水蒸气蒸馏出来而又与水不相混溶的挥发性油状成分的总称。（一）挥发油的化学组成1.萜类成分挥发油中的萜类成分主要是单萜和倍半萜及其含氧衍生物。单萜和倍半萜及其含氧衍生物构成了挥发油的主要的活性成分。其中，它们的含氧衍生物多具有较强的生物活性，并且是挥发油具芳香气味的主要组成成分。2

8、.脂肪族成分挥发油中的脂肪族成分多为一些小分子化合物，具有挥发性。鱼腥草所含挥发油主要有效成分为癸酰乙醛，具有抗菌作用，有鱼腥气味。3.芳香族成分挥发油中的芳香族化合物大多为苯丙素衍生物，如桂皮挥发油中具有解热镇痛作用的桂皮醛等。（二）挥发油的通性1.性状（1）颜色挥发油大多为无色或淡黄色液体，少数挥发油有其他的颜色。（2）形态挥发油在常温下为透明液体。低温放置，可能析出结晶，习称“脑”。（3）气味绝大多数的挥发油具有特殊的气味。2.挥发性挥发油均具有挥发性，可以此区别脂肪油。3.溶解性挥发油为亲脂性物质，难溶于水，可溶于高浓度乙醇，易溶于乙醚、石油醚等亲脂性有机溶剂，在低浓度乙醇中溶解度较小

9、。4.物理常数挥发油的物理常数主要有相对密度、比旋度、折光率和沸点等。5.稳定性挥发油稳定性比较差，对空气、光线和热都比较敏感。6.化学反应挥发油属于混合物，成分复杂。常含有双键、醇羟基、醛、酮、酸性基团、内酯等结构，能发生相应的化学反应。（三）挥发油的化学常数1.酸值表示挥发油中游离羧酸和酚类成分的含量指标。2.酯值表示挥发油中酯类成分的含量指标。3.皂化值表示挥发油中游离羧酸、酚类和酯类成分总量的指标。皂化值为酸值和酯值之和。二、挥发油的提取分离（一）挥发油的提取1.蒸馏法该法利用挥发油的挥发性和水不溶性，是提取挥发油最常用和最简单的方法。2.溶剂提取法用低沸点有机溶剂如乙醚、石油醚（30

10、60）等进行提取。采用连续回流提取或冷浸的方法提取挥发油。3.吸收法4.压榨法此法适用于含油量高的新鲜植物药材的提取。5.CO2超临界流体提取法特别适用于提取不稳定、易氧化、受热易分解的挥发油成分。具有提取效率高，提出物杂质含量低等优点。6.微波萃取法（二）挥发油的分离1.冷冻析晶法将挥发油于-200以下放置，挥发油中的主要成分由油状的液体变成结晶型的固体析出。如薄荷油中薄荷脑的分离。2.分馏法根据沸点差异，采用分馏法分离。挥发油的组成成分由于类别不同，分子量的大小不同，双键的数目、位置及含氧官能团等都可能有一定的差异，因而沸点也有一定的差距。如单萜类化合物的沸点随双键的增多而升高，含氧单萜的

11、沸点随其官能团极性的增大而升高。3.化学分离法（1）碱性成分的分离分离挥发油中的碱性成分时，可将挥发油溶于乙醚，加1硫酸或盐酸萃取，分取酸水层，碱化，用乙醚萃取，蒸去乙醚即可得到碱性成分。（2）酚、酸性成分的分离先用5%的碳酸氢钠溶液直接进行萃取，分出碱水层后加稀酸酸化，乙醚萃取，蒸去乙醚可得酸性成分。提取酸性成分后的挥发油再用2%氢氧化钠萃取，分取碱水层，酸化，乙醚萃取，蒸去乙醚可得酚类或其他弱酸性成分。（3）醇类成分的分离挥发油与丙二酸单酰氯或邻苯二甲酸酐或丁二酸酐反应.。（4）醛、酮成分的分离挥发油乙醚液加亚硫酸氢钠饱和溶液，分出水层或加成物结晶，加酸或碱液处理，以乙醚萃取。挥发油加入适

12、量Girard T或P的乙醇溶液，加热回流，用乙醚萃取除去不具羰基的组分，水层酸化后再用乙醚萃取。（5）其他成分的分离4.色谱分离法（1）吸附柱色谱常用硅胶和氧化铝为吸附剂。（2）硝酸银络合色谱：化合物形成络合物的能力越强，被吸附剂吸附越牢。一般来说，双键多的化合物易形成络合物，末端双键较其他双键形成的络合物稳定；顺式双键大于反式双键的络合能力。例如，石菖薄挥发油中具反式双键的-细辛醚先洗脱出来，其次是具顺式双键的-细辛醚，最后是具末端双键的欧细辛醚。5.挥发油的气相色谱鉴定（一）气相色谱法气相色谱法具有分离效率好、灵敏度高、样品用量少、分析速度快的优点。气相色谱法常用相对保留时间对挥发油各组

13、分进行定性鉴别。1.流动相：（载气）氢气、氦气、氮气等。2.固定相：非极性的饱和烃润滑油类（如硅酮、甲基硅油等），适用于沸点差异大的萜类成分的分离。极性固定相类（如聚酯、聚乙二醇类等），适用于沸点差异小，而极性差异大的萜类成分的分离。3.柱温：多采用程序升温法，可使挥发油中的单萜、倍半萜及其含氧衍生物一次分离成功。（二）气相色谱-质谱（GC-MS）联用法第三节含萜类和挥发油的中药实例一、紫杉（一）化学成分及其生物活性主要含有二萜类成分。分子活性中心为含C-4、C-5和C-20位的环氧丙烷结构。紫杉醇属于紫杉烷型三环二萜，具有显著的抗癌作用。（二）紫杉醇的理化性质紫杉醇可溶于甲醇、乙醇、丙酮、乙

14、酸乙酯、三氯甲烷等有机溶剂，难溶于水，不溶于石油醚。紫杉醇分子中含有N原子，可以视为一种生物碱，但因处于酰胺状态，不显碱性。故紫杉醇为中性化合物。紫杉醇在pH48范围内比较稳定，碱性条件下很快分解，对酸相对较稳定。可与二氧化锰试剂发生氧化反应，且不易还原。（三）紫杉醇的提取分离二、穿心莲含有二萜内酯及其苷类，如穿心莲内酯（穿心莲乙素）、新穿心莲内酯、脱水穿心莲内酯等。穿心莲内酯难溶于水，对酸碱不稳定，遇碱加热开环，遇酸恢复成内酯。在pH10时，不但内酯开环，并可能产生双键移位或结构改变。内酯环具有活性亚甲基反应，可与Legal试剂、Kedde试剂反应显紫红色。穿心莲内酯为穿心莲抗炎作用的主要活

15、性成分，临床已用于治疗急性菌痢、胃肠炎、咽喉炎、感冒发热等。三、龙胆龙胆中主要环烯醚萜类成分为龙胆苦苷、獐牙菜苦苷和獐牙菜苷等。龙胆苦苷有显著的苦味。易溶于水，可溶于甲醇、乙醇、丙酮、正丁醇等亲水性有机溶剂，难溶于氯仿等亲脂性有机溶剂。龙胆苦苷、獐牙菜苦苷等具有环烯醚萜苷类的一般化学性质。龙胆苦苷在氨的作用下可转化成龙胆碱。四、薄荷薄荷油主要成分是单萜及其含氧衍生物，如薄荷醇、薄荷酮、新薄荷醇等。薄荷醇属于单环单帖，有3个手性碳原子，共有8种立体异构体，但其中只有（-）薄荷醇和（+）新薄荷醇存在于薄荷油中。薄荷醇的分离精制一般多采用冷冻分离法。五、莪术莪术挥发油有抗菌、抗癌活性，莪术醇、莪术二醇、莪术酮、莪术二酮等为倍半萜类化合物，是莪术挥发油的主要有效成分，莪术二酮对宫颈癌有较好疗效。X型题1.挥发油用分馏法分离，主要利用挥发油中各组分沸点不同，而沸点高低与结构有关的因素是（ABD）A.碳原子数不同B.双键数不同C.碳环数不同D.含氧官能团不同E.碳架不同【答疑编号20070201：针对该题提问】2.挥发油中主要含有的萜类化合物是（AB）A.单萜B.倍半萜C.二萜D.二倍半萜E.三萜【答疑编号20070202：针对该题提问】3.挥发油一般具有以下性质（BCD）A.升华B.芳香气味C.与水不相混溶D.可随水蒸气蒸馏E.碱性【答疑编号20070203：针对该题提问】