第六章 萜類和揮發(fā)油

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第六章萜類和揮發(fā)油Terpenoidsandvolatileoils教學(xué)基本要求

1、了解萜類的含義、生源途徑、分布和生理活性。2、熟悉萜類的結(jié)構(gòu)特點、分類及檢識方法。3、熟悉萜類的提取分離方法。4、熟悉揮發(fā)油的組成、理化性質(zhì)和檢識方法。5、熟悉揮發(fā)油的提取、分離方法。

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第一節(jié)概述一、萜類的含義和分類1、萜類的含義凡是由甲戊二羥酸（Mevalonicacid,MVA）衍生、且分子式符合（C5H8）n通式的衍生物均稱為萜類化合物。異戊二烯甲戊二羥酸4

（1）化學(xué)結(jié)構(gòu)大多具有異戊二烯結(jié)構(gòu)片斷，其骨架以5個碳為基本單位。（2）絕大多數(shù)萜類化合物為含氧衍生物。（3）有的萜類化合物以苷的形式存在，如環(huán)烯醚萜苷類成分；有的萜類化合物分子中含有氮原子，稱為萜類生物堿，如烏頭堿。2、特點5

3、分類（1）按照異戊二烯的數(shù)目進(jìn)行分類6

（2）同時根據(jù)各萜類分子結(jié)構(gòu)中碳環(huán)的有無和數(shù)目的多少，進(jìn)一步分為:不含環(huán)：鏈狀萜含一個環(huán)：單環(huán)萜含二個環(huán)：雙環(huán)萜含三個環(huán)：三環(huán)萜含四個環(huán)：四環(huán)萜含環(huán)

是各類天然物質(zhì)中最多的一類成分。據(jù)不完全統(tǒng)計萜類化合物超過了22000多種。4、分布

萜類化合物具有廣泛的生物活性。如：

抗炎、抗菌：穿心蓮內(nèi)酯（二萜）

抗惡性瘧疾：青蒿素（倍半萜），

抗癌（乳腺癌、肺癌）：紫杉醇（二萜），

提高機(jī)體免疫力：人參皂苷（三萜），

抑制血小板凝集、擴(kuò)張冠脈、增強(qiáng)免疫功能：如芍藥苷

促進(jìn)肝細(xì)胞再生活性：如齊墩果酸

降血脂、降血清總膽固醇活性：如澤瀉萜醇A(alisolA)。

抗菌消炎活性：如雪膽甲素(cucubitacinIIa)、雪膽乙素(cucubitacin，IIb)。5、生物活性8

二、萜類的生源學(xué)說萜類化合物的生源主要有如下兩種觀點：經(jīng)驗的異戊二烯法則生源的異戊二烯法則

（一）經(jīng)驗的異戊二烯法則：

1887年Wallach提出：自然界存在的萜類化合物是由異戊二烯衍生而成的首尾相連的聚合體及其衍生物。并以是否符合異戊二烯法則作為判斷是否為萜類化合物的一個重要原則。

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局限性：1、天然界中不存在游離的異戊二烯。2、某些萜類化合物的碳架不符合異戊二烯基本單元，如：蒼耳醇(xanthanol)、扁柏酚(hinokitiol)、土青木香酮(aristolone)、艾里木芬酮(eremophilone)，等等。（二）生源的異戊二烯法則：

德國學(xué)者Ruzicka于1938年提出了生源異戊二烯法則:萜類化合物是由甲戊二羥酸（MVA）衍生途徑衍生而來。甲戊二羥酸酶脫水焦磷酸異戊烯酯(IPP)酶衍生萜類化合物

少數(shù)萜類結(jié)構(gòu)不符合異戊二烯法則，是因為在轉(zhuǎn)變過程中產(chǎn)生異構(gòu)化或發(fā)生降解反應(yīng)的結(jié)果。

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萜類化合物的生物合成途徑14

第二節(jié)萜類的結(jié)構(gòu)類型及代表性化合物一、單萜(monoterpenoids)

（一）概述:分類單萜類化合物一般是按其結(jié)構(gòu)中的碳環(huán)數(shù)目分類，如鏈狀單萜、單環(huán)單萜、雙環(huán)單萜、三環(huán)單萜等，其中以單環(huán)和雙環(huán)型兩種結(jié)構(gòu)類型所包含的單萜化合物最多。構(gòu)成的碳環(huán)多為六元環(huán),也有五元環(huán)、四元環(huán)、三元環(huán)和七元環(huán)。15

單萜的基本骨架代表化合物：香葉醇（geraniol)橙花醇（nerol)香茅醇（citronellol)以上三種萜醇都是玫瑰香系香料，是很重要的香料化工原料。（二）鏈狀單萜

薄荷醇是薄荷和歐薄荷等揮發(fā)油中的主要組成成分。其左旋體習(xí)稱“薄荷腦”，為白色塊狀或針狀結(jié)晶。對皮膚和粘膜有清涼和弱的麻醉作用，用于鎮(zhèn)痛和止癢，亦有防腐和殺菌作用。（三）單環(huán)單萜

龍腦俗稱“冰片”，又稱樟醇，為白色片狀結(jié)晶，具有發(fā)汗、興奮、鎮(zhèn)靜和驅(qū)蟲、抗缺氧功能，用于治療冠心病，心絞痛。

（四）雙環(huán)單萜樟腦（camphor）：稱辣薄荷酮，具有局部刺激和防腐作用。19

芍藥苷(paeoniflorin)是從芍藥paeoniaalbiflora根中得到的單萜苦味苷，對小鼠顯示有鎮(zhèn)靜、鎮(zhèn)痛、抗炎及防治老年性癡呆的生物活性。

（五）卓酚酮類(troponoides)1、卓酚酮類化合物是一類變形單萜，碳架不符合異戊二烯定則，該類化合物具有抗菌活性，但多有毒性。2、基本骨架都有一個七元環(huán)和一個異丙基的結(jié)構(gòu)。3、較簡單的卓酚酮類化合物是一些真菌的代謝產(chǎn)物，在柏科的心材中也有。例如：β－崖柏素4、特性:（1）顯酸性，酸性強(qiáng)弱：酚<卓酚酮<羧酸。（2）分子中的酚OH易甲基化，但不易酰化。（3）分子中的羰基類似于羧酸中羰基的性質(zhì)，但不能和一般羰基試劑反應(yīng)。（4）能與多種金屬離子形成絡(luò)合物結(jié)晶體，并顯示不同顏色，以資鑒別。如銅絡(luò)合物為綠色結(jié)晶，鐵絡(luò)合物為赤紅色結(jié)晶。

（一）概述

1、環(huán)烯醚萜是含有環(huán)戊烷結(jié)構(gòu)單元的環(huán)狀單萜衍生物，是單萜類化合物中的結(jié)構(gòu)特殊的化合物。是蟻臭二醛(iridodial)的縮醛衍生物。

烯醇化羥醛縮合蟻臭二醛環(huán)烯醚萜二、環(huán)烯醚萜(iridoids)2、分布：環(huán)烯醚萜及其苷類在植物界分別較廣泛，常見于雙子葉植物。常見科：唇形科、茜草科、龍膽科常見中藥：地黃、玄參、梔子據(jù)不完全統(tǒng)計：已從植物中分離并鑒定結(jié)構(gòu)的環(huán)烯醚萜類化合物超過800種，其中大多為苷類。（二）理化性質(zhì)1.白色結(jié)晶或粉末，旋光，味苦2.易溶水、甲醇，可溶乙醇、丙酮3.半縮醛結(jié)構(gòu)：易聚合，不易得苷元酸、堿、氨基酸——變色與皮膚接觸——藍(lán)色

這三種成分是清熱瀉火中藥山梔子的主成分。（三）結(jié)構(gòu)分類及重要代表物1、環(huán)烯醚萜苷類環(huán)烯醚萜類成分多以苷的形式存在，C1羥基多與葡萄糖形成苷，且大多為單糖苷；C11有的氧化成羧酸，并可形成酯。2、4-去甲環(huán)烯醚萜苷類27

梓苷(catalposide)存在于梓實中，藥理作用與梓醇相似。

桃葉珊瑚苷(aucubin)是車前草清濕熱、利小便的有效成分，其苷元及其多聚體有抗菌作用。

3、裂環(huán)環(huán)烯醚萜苷龍膽苦苷(gentiopicroside,gentiopicrin)是龍膽科植物龍膽、當(dāng)藥、獐牙菜等植物中的苦味成分。

龍膽、當(dāng)藥等在提取過程中加氨水堿化，龍膽苦苷與氨水反應(yīng)生成龍膽堿(gentianine)。當(dāng)藥苷(獐牙菜苷，sweroside)、當(dāng)藥苦苷(獐牙菜苦苷，swertamarin)均為當(dāng)藥和獐牙菜中的苦味成分。

三、倍半萜(sesquiterpenoids)（一）概述1、是由3個異戊二烯單位構(gòu)成、含15個碳原子的化合物類群。2、多以揮發(fā)油的形式存在，是揮發(fā)油高沸程部分的主要組成分。3、在植物中多以醇、酮、內(nèi)酯或苷的形式存在。多具有較強(qiáng)的香氣和生物活性，是醫(yī)藥、食品、化妝品工業(yè)的重要原料。31

金合歡烯又稱麝子油烯，存在于枇杷葉、生姜、及洋甘菊的揮發(fā)油中。金合歡烯有α、β兩種構(gòu)型，其中β體存在于藿香、啤酒花和生姜揮發(fā)油中。金合歡醇存在于金合歡花油、橙花油、香茅中。橙花醇又稱苦橙油醇，具有蘋果香，是橙花油中的主要成分之一。（二）無環(huán)倍半萜32

（三）環(huán)狀倍半萜青蒿素(qinghaosu,arteannuin,artemisinin)是過氧化物倍半萜，是從中藥青蒿(也稱黃花蒿)中分離到的抗惡性瘧疾的有效成分，在水中及油中均難溶解。

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對青蒿素的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了修飾，合成出具有抗瘧效價高、原蟲轉(zhuǎn)陰快、速效、低毒等特點的雙氫青蒿素(dihydroqinghaosu)，再進(jìn)行甲基化，將它制成油溶性的蒿甲醚(artemether)及水溶性的青蒿琥珀酸單酯(artesunate)用于臨床。

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（四）薁類衍生物1、凡由五元環(huán)與七元環(huán)駢合而成的芳環(huán)骨架都稱為薁類化合物。2、多具有抑菌、抗腫瘤、殺蟲等生物活性。3、溶于石油醚、乙醚、乙醇、甲醇等有機(jī)溶劑，不溶于水，溶于強(qiáng)酸。4、可用60~65%H2SO4orH3PO4提取薁類成分。5、沸點較高(250~300℃)，揮發(fā)油分餾時，可見美麗的藍(lán)、紫或綠色現(xiàn)象，示有薁類化合物存在。藥材乙醇乙醇提取液酸水液60％H2SO4加水稀釋薁類35

愈創(chuàng)木醇(guaiol)存在于愈創(chuàng)木木材的揮發(fā)油中，屬于薁類的還原產(chǎn)物。該化合物在蒸餾、酸處理時，可氧化脫氫而形成薁類。36

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四、二萜(diterpenoids)1、含義：是由4個異戊二烯單位構(gòu)成、含20個碳原子的化合物類群。它們是由焦磷酸香葉基香葉酯(GGPP)衍生而成。2、分布：植物界（廣泛），菌類代謝產(chǎn)物，海洋生物。3、存在：植物乳汁、樹脂中。4、化合物舉例：紫杉醇、穿心蓮內(nèi)酯、丹參醌、銀杏內(nèi)酯、雷公藤內(nèi)酯、甜菊苷等。（一）概述38

1、鏈狀二萜在自然界存在較少，常見的只有廣泛存在于葉綠素的植物醇

(phytol)，與葉綠素分子中的卟啉(卟啉)結(jié)合成酯的形式存在于植物中，曾作為合成維生素E、K1的原料。（二）分類及代表化合物39

2、環(huán)狀二萜維生素A

是一種重要的脂溶性維生素，主要存在于動物肝臟中，特別是魚肝中含量較豐富。40

穿心蓮內(nèi)酯(andrographolide)：存在于穿心蓮中，具有抗炎作用，用于治療急性菌痢、胃腸炎、咽喉炎、感冒發(fā)熱等。41

銀杏內(nèi)酯(ginkgolides)是銀杏Ginkgobiloba根皮及葉的強(qiáng)苦味成分，銀杏內(nèi)酯及銀杏雙黃酮是銀杏制劑中治療心腦血管疾病的有效成分雷公藤甲素對乳腺癌和胃癌細(xì)胞系集落形成有抑制作用。42

R1R2R3

雷公藤甲素(triptolide)HHCH3

雷公藤乙素(tripdiolide)OHHCH3

雷公藤內(nèi)酯(triptolidenol)HOHCH3

16-羥基雷公藤內(nèi)酯醇HHCH2OH(16-hydroxytriptolide)43

紫杉醇(taxol)又稱紅豆杉醇，最早從太平洋紅豆杉Taxusbrevifolia的樹皮中分離得到，1992年底美國FDA批準(zhǔn)上市，臨床用于治療卵巢癌、乳腺癌和肺癌療效較好。

巴卡亭ⅢR=Ac去乙?；涂ㄍあ驲=H關(guān)附甲素：中藥關(guān)白附中的具抗心律失常的活性成分，已進(jìn)入國家I類新藥研制的III期臨床研究。45

甜菊葉中含有由不同糖組成的甜味苷?？偺鹁哲蘸考s6%，其甜度約為蔗糖的300倍，其中又以甜菊苷A甜味最強(qiáng)，但含量較少。甜菊苷(stevioside)因其高甜度、低熱量、無毒性等優(yōu)良特性。甜菊苷甜菊苷A甜菊苷D甜菊苷E

第三節(jié)萜類化合物的理化性質(zhì)一、物理性質(zhì)1.形態(tài)：單萜和倍半萜類多為具有特殊香氣的油狀液體，在常溫下可以揮發(fā)，或低熔點的固體。二萜和二倍半萜多為結(jié)晶性固體。

2、味：多具有苦味，有的味極苦，所以萜類化合物又稱苦味素。但有的萜類化合物具有強(qiáng)的甜味，如二萜多糖苷--甜菊苷甜味是蔗糖的300倍。

3、旋光和折光性：大多數(shù)具有不對稱碳原子，具有光學(xué)活性，且多有異構(gòu)體存在。4、溶解度：萜類化合物親脂性強(qiáng)，隨著含氧官能團(tuán)的增加或成苷的萜類，則水溶性增加。萜類的苷有一定的親水性。5、穩(wěn)定性：對高熱、光、酸堿較敏感，在提取分離或氧化鋁柱層析分離時，應(yīng)慎重考慮。

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二、化學(xué)性質(zhì)(自學(xué))(一)加成反應(yīng)含有雙鍵和醛、酮等羰基的萜類化合物，可與某些試劑發(fā)生加成反應(yīng)，其產(chǎn)物往往是結(jié)晶性的。這不但可供識別萜類化合物分子中不飽和鍵的存在和不飽和的程度，還可借助加成產(chǎn)物完好的晶型，用于萜類的分離與純化。

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1、雙鍵加成反應(yīng)

（1）與鹵化氫加成反應(yīng)：檸檬烯與氯化氫在冰醋酸中進(jìn)行加成反應(yīng)，反應(yīng)完畢加入冰水即析出檸檬烯二氫氯化物的結(jié)晶固體。50

（2）與溴加成反應(yīng)：萜類成分的雙鍵在冰醋酸或乙醚與乙醇的混合溶液中，在冰冷卻下，濾取析出的結(jié)晶性加成物。51

（3）與亞硝酰氯(Tilden試劑)反應(yīng)：先將不飽和的萜類化合物加入亞硝酸異戊酯中，冷卻下加入濃鹽酸，混合振搖，然后加入少量乙醇或冰醋酸即有結(jié)晶加成物析出。生成的氯化亞硝基衍生物多呈藍(lán)色~綠色，可用于不飽和萜類成分的分離和鑒定。

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（4）Diels-Alder加成反應(yīng)：帶有共軛雙鍵的萜類化合物能與順丁烯二酸酐產(chǎn)生Diels-Alder加成反應(yīng)，生成結(jié)晶形加成產(chǎn)物，可借以證明共軛雙鍵的存在。

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2、羰基加成反應(yīng)（1）與亞硫酸氫鈉加成：

注意：含雙鍵和羰基的萜類化合物若反應(yīng)時間過長或溫度過高，可使雙鍵發(fā)生加成，并形成不可逆的雙鍵加成物。

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（2）與硝基苯肼加成：含羰基的萜類化合物可與對硝基苯肼或2,4-二硝基苯肼在磷酸中發(fā)生加成反應(yīng)，生成對硝基苯肼或2,4-二硝基苯肼的加成物。

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吉拉德試劑T吉拉德試劑P（3）與吉拉德試劑加成：吉拉德(Girard)試劑是一類帶有季銨基團(tuán)的酰肼，常用的GirardT和GirardP,它們的結(jié)構(gòu)式為：

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將吉拉德試劑的乙醇溶液加入含羰基的萜類化合物中，再加入10%醋酸促進(jìn)反應(yīng)，加熱回流。反應(yīng)完畢后加水稀釋，分取水層，加酸酸化，再用乙醚萃取，蒸去乙醚后復(fù)得原羰基化合物。

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(二)氧化反應(yīng)

不同的氧化劑在不同的條件下，可以將萜類成分中各種基團(tuán)氧化，生成各種不同的氧化產(chǎn)物。常用的氧化劑有臭氧、鉻酐(三氧化鉻)、四醋酸鉛、高錳酸鉀和二氧化硒等,其中以臭氧的應(yīng)用最為廣泛。

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臭氧氧化萜類化合物中的烯烴反應(yīng)，可用來測定分子中雙鍵的位置。

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鉻酐幾乎與所有可氧化的基團(tuán)作用。用強(qiáng)堿型離子交換樹脂與三氧化鉻制得具有鉻酸基的樹脂，它與仲醇在適當(dāng)溶劑中回流，則生成酮，產(chǎn)率高達(dá)73-98%，副產(chǎn)物少，產(chǎn)物極易分離、純化。61

高錳酸鉀是常用的中強(qiáng)氧化劑，可使環(huán)斷裂而氧化成羧酸62

二氧化硒是具有特殊性能的氧化劑，它較專一地氧化羰基的α-甲基或亞甲基，以及碳碳雙鍵旁的α-亞甲基。+63

(三)脫氫反應(yīng)環(huán)萜的碳架經(jīng)脫氫轉(zhuǎn)變?yōu)榉枷銦N類衍生物。脫氫反應(yīng)通常在惰性氣體的保護(hù)下，用鉑黑或鈀做催化劑，將萜類成分與硫或硒共熱(200~300oC)而實現(xiàn)脫氫。有時可能導(dǎo)致環(huán)的裂解或環(huán)合。該反應(yīng)在研究萜類化學(xué)結(jié)構(gòu)中是一種很有價值的反應(yīng)64

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(四)分子重排反應(yīng)在萜類化合物中，特別是雙環(huán)萜在發(fā)生加成、消除或親核性取代反應(yīng)時，常常發(fā)生碳架的改變，產(chǎn)生Wagner-Meerwein重排。目前工業(yè)上由α-蒎烯合