三萜類化合物中藥化學(xué)

三萜類化合物中藥化學(xué)第1頁/共81頁第一節(jié)概述一、三萜的定義定義:由30個碳原子組成的萜類化合物，分子中有6個異戊二烯單位，通式(C5H8)6。三萜類(triterpenes)在自然界分布廣泛，有的游離存在于植物體，稱為三萜皂苷元(Triterpenoidsapogenins)；有的以與糖結(jié)合成苷的形式存在，稱為三萜皂苷(Triterpenoidsaponins)。第2頁/共81頁因三萜皂苷多溶于水，振搖后可生成膠體溶液，并有持久性似肥皂溶液的泡沫，故有此名。三萜皂苷多具有羧基，故又稱其為酸性皂苷。與甾體皂苷相同，三萜皂苷也具有溶血、毒魚及毒貝類的作用。第3頁/共81頁二、三萜的分布三萜類(triterpenes)在自然界分布廣泛，菌類、蕨類、單子葉、雙子葉植物、動物及海洋生物中均有分布，尤以雙子葉植物中分布最多。主要分布于菊科、石竹科、五加科、豆科、遠(yuǎn)志科、桔?？萍靶⒖?。含有三萜類成分的主要中藥如人參、甘草、柴胡、黃芪、桔梗、川楝皮、澤瀉、靈芝等。第4頁/共81頁少數(shù)三萜類成分也存在于動物體，如從羊毛脂中分離出羊毛脂醇，從鯊魚肝臟中分離出鯊烯；從海洋生物如海參、軟珊瑚中也分離出各種類型的三萜類化合物。第5頁/共81頁三、存在形式多以游離或成苷、成酯的形式存在苷元：四環(huán)三萜、五環(huán)三萜常見的糖：葡萄糖、半乳糖、木糖、阿拉伯糖、鼠李糖，糖醛酸，特殊糖（如芹糖、乙酰氨基糖等）糖鏈：單糖鏈、雙糖鏈、三糖鏈成苷位置：3、28（酯皂苷）或其它位-OH次皂苷：原生苷被部分降解的產(chǎn)物第6頁/共81頁四、研究進(jìn)展近30年來，三萜類成分的研究進(jìn)展很快，特別是近10年從海洋生物中得到不少新型三萜化合物，是萜類成分研究中較為活躍的領(lǐng)域之一。人參皂苷能促進(jìn)RNA蛋白質(zhì)的生物合成，調(diào)節(jié)機體代謝，增強免疫功能。第7頁/共81頁柴胡皂苷能抑制中樞神經(jīng)系統(tǒng)，有明顯的抗炎作用，并能減低血漿中膽固醇和甘油三酯的水平。七葉皂苷具有明顯的抗?jié)B出、抗炎、抗瘀血作用，能恢復(fù)毛細(xì)血管的正常的滲透性，提高毛細(xì)血管張力，控制炎癥，改善循環(huán)，對腦外傷及心血管病有較好的治療作用。第8頁/共81頁

三萜是由鯊烯(squalene)經(jīng)過不同的途徑環(huán)合而成，而鯊烯是由倍半萜金合歡醇(farnesol)的焦磷酸酯尾尾縮合而成。這樣就溝通了三萜和其它萜類之間的生源關(guān)系。第二節(jié)三萜類化合物的生物合成第9頁/共81頁第10頁/共81頁第三節(jié)四環(huán)三萜三萜類化合物的結(jié)構(gòu)類型很多，多數(shù)三萜為四環(huán)三萜和五環(huán)三萜，少數(shù)為鏈狀、單環(huán)、雙環(huán)和三環(huán)三萜。近幾十年還發(fā)現(xiàn)了許多由于氧化、環(huán)裂解、甲基轉(zhuǎn)位、重排及降解等而產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)復(fù)雜的高度氧化的新骨架類型的三萜類化合物。第11頁/共81頁四環(huán)三萜(tetracyclictriterpenoids)

在生源上可視為由鯊烯變?yōu)殓摅w的中間體，大多數(shù)結(jié)構(gòu)和甾醇很相似，亦具有環(huán)戊烷駢多氫菲的四環(huán)甾核。在4、4、14位上比甾醇多三個甲基，也有認(rèn)為是植物甾醇的三甲基衍生物。存在于自然界較多的四環(huán)三萜或其皂苷苷元主要有達(dá)瑪烷、羊毛脂烷、甘遂烷、環(huán)阿屯烷（環(huán)阿爾廷烷）、葫蘆烷、楝烷型三萜類。第12頁/共81頁甾醇四環(huán)三萜第13頁/共81頁一、達(dá)瑪烷型

從環(huán)氧鯊烯由全椅式構(gòu)象形成，其結(jié)構(gòu)特點是A/B、B/C、C/D環(huán)均為反式,C8位位有-CH3,C13位有-H,C17有側(cè)鏈,C20構(gòu)型為R或S。ABDC第14頁/共81頁人參中的人參皂苷(ginsenosides):第15頁/共81頁由20(S)-原人參二醇衍生的皂苷:第16頁/共81頁由人參三醇衍生的皂苷:第17頁/共81頁在HCl溶液中,20(S)原人參二醇或20(S)原人參三醇20位羥基發(fā)生異構(gòu),轉(zhuǎn)變成20(R)原人參二醇或20(R)原人參三醇,再環(huán)合生成人參二醇或人參三醇。第18頁/共81頁由達(dá)瑪烷衍生的人參皂苷，在生物活性上有顯著的差異。例如由20(S)-原人參三醇衍生的皂苷有溶血性質(zhì)，而由20(S)-原人參二醇衍生的皂苷則具對抗溶血的作用，因此人參總皂苷不能表現(xiàn)出溶血的現(xiàn)象。人參皂苷Rg1有輕度中樞神經(jīng)興奮作用及抗疲勞作用。人參皂苷Rh則有中樞神經(jīng)抑制作用和安定作用。人參皂苷Rb1還有增強核糖核酸聚合酶的活性，而人參皂苷Rc則有抑制核糖核酸聚合酶的活性。第19頁/共81頁二、羊毛脂烷型

從環(huán)氧鯊烯由全椅-船-椅式構(gòu)象形成，其A/B,B/C,C/D環(huán)均為反式。10、13、14位分別連有,,-CH3，C20為R構(gòu)型，C17側(cè)鏈為β構(gòu)型,C3位常有-OH存在。第20頁/共81頁從靈芝中分離出一個三萜化合物，具有扶正固本之功。它的結(jié)構(gòu)與羊毛甾烷相比，多了3=O，11=O，15=O，23=O，27-CH3→27-COOH，是羊毛甾烷的高度氧化化合物。第21頁/共81頁三、甘遂烷型從環(huán)氧鯊烯由全椅-船-椅式構(gòu)象形成，是羊毛脂甾烷的立體異構(gòu)體其A/B,B/C,C/D環(huán)均為反式，只是13、14位分別連有,-CH3，C20為S構(gòu)型與羊毛脂甾烷構(gòu)型不同。第22頁/共81頁第23頁/共81頁四、環(huán)阿屯型基本骨架與羊毛脂烷相似，差別僅在于環(huán)阿屯型19位甲基與9位脫氫形成三元環(huán)。第24頁/共81頁膜莢黃芪Astragalusmembranaceus，具有補氣，強壯之功效。從其中分離鑒定的皂苷有近20個，多數(shù)皂苷的苷元為環(huán)黃芪醇cycloastragenol。第25頁/共81頁五、葫蘆烷型基本骨架與羊毛脂烷相似，但它有5-H,10-H,9-CH3（羊毛脂烷為5-H,10-CH3,9-H）

第26頁/共81頁從雪膽屬植物小蛇蓮Hemsleyaamabilis根中分離得到的雪膽甲素和雪膽乙素，臨床上用于治療急性痢疾、肺結(jié)核、慢性氣管炎等。第27頁/共81頁六、楝烷型楝科楝屬植物苦楝果實及樹皮中含多種三萜成分，具苦味，總稱為楝苦素類成分，其由26個碳構(gòu)成，屬于楝烷型。其A/B,B/C,C/D均為反式；具有C8-βCH3，C10-βCH3，C13-αCH3。第28頁/共81頁第四節(jié)五環(huán)三萜多數(shù)三萜皂苷苷元以五環(huán)三萜形式存在。其C3-OH與糖結(jié)合成苷，苷元中常含有羧基，故又稱酸性皂苷，在植物體中常與鈣、鎂等離子結(jié)合成鹽。五環(huán)三萜主要有下面幾種類型：第29頁/共81頁一、齊墩果烷型(oleanane)又稱β

-香樹脂烷型(β-amyrane)，在植物界分布極為廣泛。其基本碳架是多氫蒎的五環(huán)母核，環(huán)的構(gòu)型為A/B反，B/C反，C/D反，D/E順，C28常有-COOH，有時也在C24位，C3常有羥基，C12、C13位往往有不飽和雙鍵的存在。AEDCB第30頁/共81頁第31頁/共81頁齊墩果酸首先由油橄欖的葉子中分得，廣泛分布于植物界，如在青葉膽全草、女貞果實等植物中游離存在，但大多數(shù)與糖結(jié)合成苷存在。齊墩果酸具有抗炎、鎮(zhèn)靜、防腫瘤等作用，是治療急性黃膽性肝炎和慢性遷延性肝炎的有效藥物。含齊墩果酸的植物很多，但含量超過10%的很少，從刺五加(Acanthopanaxsenticosus)、龍牙蔥木(Araliamandshurica)中提取齊墩果酸，得率都超過10%，純度在95%以上，是很好的植物資源。第32頁/共81頁甘草(Glycyrrhizaurlensis)中含有甘草次酸(glycyrrhetinicacid)和甘草酸(glycyrrhizicacid)[又稱甘草皂苷(glycyrrhizin)或甘草甜素]。甘草次酸有促腎上腺皮質(zhì)激素(ACTH)樣作用，臨床上用于抗炎和治療胃潰瘍。但只有18-βH的甘草次酸才有此活性，18αH者無此活性。第33頁/共81頁第34頁/共81頁柴胡皂苷元B第35頁/共81頁二、烏蘇烷型又稱-香樹脂烷型(α-amyrane)或熊果烷型，其分子結(jié)構(gòu)與齊墩果烷型不同之處是E環(huán)上兩個甲基位置不同，即C20位的一個甲基移到C19位上。此類三萜大多是烏蘇酸的衍生物。第36頁/共81頁熊果酸（Ursolicacid）

來源于木犀科植物女貞(LigustrumlucidumAit.)葉中，熊果酸又名烏索酸，烏蘇酸，屬三萜類化合物。具有鎮(zhèn)靜、抗炎、抗菌、抗糖尿病、抗?jié)?、降低血糖等多種生物學(xué)效應(yīng)。第37頁/共81頁近年來發(fā)現(xiàn)熊果酸具有抗致癌、抗促癌、誘導(dǎo)F9畸胎瘤細(xì)胞分化和抗血管生成作用。研究發(fā)現(xiàn)：熊果酸能明顯抑制HL－60細(xì)胞增殖，可誘導(dǎo)其凋亡；能使小鼠的巨噬細(xì)胞吞噬功能顯著提高。體內(nèi)試驗證明，熊果酸可以明顯增強機體免疫功能。說明它的抗腫瘤作用廣泛，極有可能成為低毒有效的新型抗癌藥物。第38頁/共81頁中藥地榆(Sanguisorbaofficinalis)具有涼血止血的功效，其中含有地榆皂苷B,E(sanguisorbinBandE)，是烏蘇酸的苷。第39頁/共81頁從積雪草（Centellaasiatica）中分離到的積雪草酸：第40頁/共81頁三、羽扇豆烷型羽扇豆烷三萜類E環(huán)為五元碳環(huán)，且在E環(huán)19位有異丙基以α構(gòu)型取代，A/B、B/C、C/D及D/E均為反式。第41頁/共81頁白樺脂醇(betulin)存在于中草藥酸棗仁、樺樹皮、棍欄樹皮、槐花等中。白樺脂酸(betulinicacid)存在于酸棗仁、樺樹皮、柿蒂、天門冬、石榴樹皮及葉、睡菜葉等中。羽扇豆醇(lupeol)存在于羽扇豆種皮中。第42頁/共81頁從白頭翁（Pulsatillachinensis）中分離得到的23－羥基白樺酸：第43頁/共81頁四、木栓烷型由齊墩果烯經(jīng)甲基移位轉(zhuǎn)變而來。與其他類型五環(huán)三萜皂苷相比，最明顯的區(qū)別在于4位只有一個甲基。第44頁/共81頁雷公藤酮是失去25甲基的木栓烷型衍生物。第45頁/共81頁第五節(jié)理化性質(zhì)1.性狀：苷元有較好晶型，皂苷多為無定形粉末。2.氣味：皂苷多數(shù)具有苦而辛辣味，其粉末對人體黏膜具有強烈刺激性，但甘草皂苷有顯著而強的甜味，對黏膜刺激性弱。皂苷還具吸濕性。3.表面活性：親水性基團(tuán)為糖，親脂性基團(tuán)為苷元，當(dāng)二種基團(tuán)比例適當(dāng)時具有表面活性。皂苷水溶液經(jīng)強烈振搖能產(chǎn)生持久性的泡沫，且不因加熱而消失。第46頁/共81頁4.溶解度皂苷：可溶于水，易溶于熱水，溶于含水醇（甲醇、乙醇、丁醇、戊醇等），溶于熱甲醇、乙醇；幾不溶于乙醚、苯、丙酮等有機溶劑。皂苷在提取的過程中會產(chǎn)生次級苷，水溶性下降，溶于中等極性有機溶劑（醇，乙酸乙酯）。皂苷元：不溶于水，易溶于石油醚、苯、CHCl3、Et2O。第47頁/共81頁5.溶血作用皂苷水溶液能與紅細(xì)胞壁上的膽甾醇結(jié)合，生成不溶于水的分子復(fù)合物，破壞了紅細(xì)胞的正常滲透，使細(xì)胞內(nèi)滲透壓增加而發(fā)生崩解，從而導(dǎo)致溶血現(xiàn)象，故皂苷又稱為皂毒素(saptoxins)。因此，皂苷水溶液不能用于靜脈注射或肌肉注射。但并不是所有的皂苷都具有溶血作用，如以人參二醇為苷元的皂苷則無溶血作用。溶血指數(shù)：指在一定條件下能使血液中紅細(xì)胞完全溶解的最低皂苷濃度。如甘草皂苷，溶血指數(shù)1：4000，溶血性能較強。第48頁/共81頁6.沉淀反應(yīng)皂苷的水溶液可以和一些金屬鹽類如鉛鹽、鋇鹽、銅鹽等產(chǎn)生沉淀。此性質(zhì)可用于皂苷的分離：先用金屬鹽使皂苷沉淀下來，分離出來之后在對其分解脫鹽。如：三萜皂苷+PbAc2→沉淀→分解脫鉛→皂苷缺點：鉛鹽吸附力強，容易帶入雜質(zhì)，并且在脫鉛時鉛鹽也會帶走一些皂苷，脫鉛也不一定能脫干凈。三萜皂苷為酸性皂苷，可用中性PbAc2沉淀，而甾體皂苷則為中性皂苷，須用堿性PbAc2沉淀。第49頁/共81頁7.顯色反應(yīng)1）濃H2SO4-醋酐（Liebermann-burchard）反應(yīng)樣品溶于冰醋酸，加濃硫酸-醋酐(1:20)，產(chǎn)生黃→紅→紫→藍(lán)等顏色變化，最后褪色。甾體皂苷也有此反應(yīng)，但顏色變化快，在顏色變化的最后呈現(xiàn)污綠色；而三萜皂苷顏色變化稍慢，且不出現(xiàn)污綠色。第50頁/共81頁2）三氯化銻或五氯化銻（kahlenberg）反應(yīng)將樣品醇溶液點于濾紙上，噴以20%三氯化銻（或五氯化銻）氯仿溶液（不應(yīng)含乙醇和水）干燥后，60-70℃加熱，顯黃色、灰藍(lán)色、灰紫色斑點，在紫外燈下顯藍(lán)紫色熒光（甾體皂苷則顯黃色熒光）。注意：五氯化銻腐蝕性很強，宜少量配置，用后倒掉。第51頁/共81頁3）三氯醋酸（Rosen-Heimer）反應(yīng)樣品溶液點于濾紙上，噴25%三氯醋酸乙醇溶液，加熱至100℃，顯紅色→紫色斑點。4）氯仿-濃硫酸（salkawski）反應(yīng)將樣品溶于氯仿，加入濃硫酸后，在氯仿層呈現(xiàn)紅色或蘭色，硫酸層有綠色熒光出現(xiàn)。第52頁/共81頁5）冰醋酸-乙酰氯（Tschugaeff）反應(yīng)

樣品溶于冰醋酸，加乙酰氯數(shù)滴及氯化鋅結(jié)晶數(shù)粒，稍加熱，則呈現(xiàn)淡紅色或紫紅色。

第53頁/共81頁第六節(jié)提取與分離一、苷元的提取與分離（一）提取1.醇提，提取物直接進(jìn)行分離；2.醇提，有機溶劑萃??；3.制備成衍生物再進(jìn)行分離；4.將皂苷進(jìn)行水解，有機溶劑提；（二）分離硅膠吸附柱層析第54頁/共81頁第55頁/共81頁二、三萜皂苷的提取與分離特性：難以結(jié)晶，多為無定形粉末。由于糖分子的引入，極性基團(tuán)明顯增多，致使極性增強，故具有較大的極性而易溶于醇類溶劑、含水醇及水。難溶于弱極性的有機溶劑。第56頁/共81頁◆常用的提取方法甲醇或乙醇提取石油醚等脫脂正丁醇萃取總皂苷大孔吸附樹脂柱第57頁/共81頁第58頁/共81頁（二）分離1.分配柱層析法以硅膠為支持劑，CHCl3-MeOH-H2O，CH2Cl2-MeOH-H2O，EtOAc-EtOH-H2O或水飽和的正丁醇等溶劑系統(tǒng)洗脫。2.反相層析法以反相鍵合相RP-18、RP-8或RP-2為填充劑，常用CH3OH-H2O或乙腈-水為洗脫劑。第59頁/共81頁第七節(jié)結(jié)構(gòu)測定1、化學(xué)法用Liebemman-Burchard反應(yīng)和Molish反應(yīng)鑒定三萜皂苷通過苷鍵裂解，而到小分子的苷元和糖，使結(jié)構(gòu)測定簡單化。苷元結(jié)構(gòu)確定可采用氧化、還原、脫水、甲基或雙鍵轉(zhuǎn)位、乙?；?、甲酯化等化學(xué)反應(yīng)將未知苷元結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)橐阎衔?，然后將其IR、mp、Rf或其它光譜數(shù)據(jù)與已知物數(shù)據(jù)對照的方法推測其結(jié)構(gòu)。第60頁/共81頁二、三萜的波譜特征

1、紫外光譜(UV)結(jié)構(gòu)中有一個孤立雙鍵:205-250nm

處有微弱吸收;α、β不飽和羰基λmax:242-250nm；異環(huán)共軛雙烯λmax:240、250、260nm；同環(huán)共軛雙烯λmax:285nm。多數(shù)三萜類化合物不產(chǎn)生紫外吸收，但以濃硫酸為試劑測定五環(huán)三萜類化合物時，可在310nm處觀察到最大吸收，且不受母核上的取代基影響。第61頁/共81頁2、質(zhì)譜三萜類化合物質(zhì)譜裂解有較強的規(guī)律：1）當(dāng)有環(huán)內(nèi)雙鍵時，一般都有較特征的RDA裂解；2）如無環(huán)內(nèi)雙鍵時，常從C環(huán)斷裂成兩個碎片；3）在有些情況下，可同時產(chǎn)生RDA裂解和C環(huán)斷裂。四環(huán)三萜類化合物裂解的共同規(guī)律是失去側(cè)鏈。第62頁/共81頁第63頁/共81頁第64頁/共81頁皂苷難揮發(fā)，所以，EI-MS和CI-MS技術(shù)在三萜皂苷的應(yīng)用受以限制。但FD-MS、ESI－MS和FAB-MS在皂苷的結(jié)構(gòu)檢測中卻得到了廣泛應(yīng)用，這些質(zhì)譜的應(yīng)用可以得到皂苷的準(zhǔn)分子離子峰（quasi-molecularionpeaks）[M+H]+、[M+Na]+和[M+K]+等，或[M-H]-峰；第65頁/共81頁3.、1H-NMR1）環(huán)內(nèi)雙鍵質(zhì)子的δ值一般大于5，如齊墩果酸類和烏蘇酸類C12烯氫在δ4.93～5.50處出現(xiàn)分辨不好的多重峰。環(huán)外烯鍵的δ值一般小于5，如羽扇豆烯的C29位兩個同碳?xì)湫盘柖喑霈F(xiàn)在δ4.30～5.00。第66頁/共81頁2）乙酰基質(zhì)子的δ值在1.82-2.07。對于絕大多數(shù)齊墩果烷型和烏蘇烷型三萜，當(dāng)-COOCH3位于C28位時，其甲酯的δ值小于3.795，否則就大于3.795。這一規(guī)律常用于推定齊墩果烷和烏蘇烷母核中C28位的羧基。

第67頁/共81頁大多數(shù)三萜化合物C3上有羥基或其它含氧基團(tuán)，此時，C3質(zhì)子的信號多為dd峰。以3-乙酰氧基取代的三萜衍生物為例，C3-H為豎鍵(α-H,β-Oac)時，其δ值在4.00-4.75之間，最大偶合常數(shù)為12Hz左右；C3-H若為橫鍵（β-H,α-OAc），δ值在5.00-5.48之間，最大偶合常數(shù)約為8Hz，二者均為寬峰。

δ3-H：4.00-4.75,J=12Hzδ3-H：5.00-5.48,J=8Hz

第68頁/共81頁3）三萜中甲基的信號一般出現(xiàn)在δ0.50-1.20之間，以吡啶為溶劑時，可以得到分辨較好的單峰。對于齊墩果烷型和烏蘇烷型的三萜，其最高場甲基的δ值與C28的取代基有關(guān)。當(dāng)C28為COOCH3時最高場甲基的δ值小于0.775，反之則大于0.775。羽扇豆烯型的C30甲基因與雙鍵相連，且有烯丙偶合，δ值在較低場1.63-1.80之間，且呈寬單峰。第69頁/共81頁4、13C-NMR

角甲基一般出現(xiàn)在δ8.9～33.7，其中23-

CH3和29-CH3為e鍵甲基出現(xiàn)在低場，δ

值依次為28和33左右。苷元和糖上與氧相連的碳的δ值為60～90;烯碳在δ109—160;羰基碳為δ170-220。第70頁/共81頁1．雙鍵位置及結(jié)構(gòu)母核的確定根據(jù)碳譜中苷元的烯碳的個數(shù)和化學(xué)位移值不同，可推測一些三萜的雙鍵位置。多數(shù)齊墩果烷、烏蘇烷、羽扇豆烷類三萜主要烯碳化學(xué)位移如下表：第71頁/共81頁三萜及雙鍵位置烯碳δ值其他特征碳Δ12-齊墩果烯C12:122～124，C13:143～14411-oxo,Δ12-齊墩果烯C12:128～129，C13:155～16711-C=O,199～200Δ1l-13,28-epoxy-齊墩果烯C11:132～133，C12:131～132Δ1l,13（18）齊墩果烯C11:126～127，C12:126～13-C:84～85.5（異環(huán)雙烯）C13:136～137，C18:133～Δ9（11）,12齊墩果烯C9:154～155，C11:116～117同環(huán)雙烯C12:121～122，C13:143～147Δ12-烏蘇烯C12:124～125，C13:139—140Δ20（29）羽扇豆烯C29:109～，C20:150～第72頁/共81頁2．苷化位置的確定三萜3-OH苷化，一般C-3向低場位移8-10，而且會影響C-4的δ值。糖之間連接位置的苷化位移約為+3～8。但糖與28-COOH成酯苷，苷化位移是向高場位移，羰基碳苷化位移約為-2，糖的端基碳一般位移至δ95～96。第73頁/共81頁3.羥基取代位置及取向的確定羥基取代可引起α-碳向低場移34～50，β-碳向低場移2～10，而γ-碳則高場移0～9。第74頁/共81頁4