第七章
萜类和挥发油
第一节 萜类
? 概述
? 单萜
? 倍半萜
? 二萜
? 二倍半萜
? 萜类化合物的提取分离
(一 )萜类的含义
? 其烃类化合物常称为 萜烯, 开链萜烯具
有 ( C5H8) n通式 。
? 萜类化合物 ( terpenoids) 是一类由甲
戊二羟酸 ( mevalonic acid,MVA) 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 ) 结构特征的化
合物 。
异 戊 二 烯 甲 戊 二 羟 酸
CH 2 C H C C H
2
C H 3
(二 ) 萜类的分类
? 目前仍沿用经典的 Wallach的异戊二烯法则
( isoprene rule),按 异戊二烯单位的多少进行
分类。
? 含有 一个 异戊二烯单位的萜类称为 半萜
? 含有 两个 异戊二烯单位的萜类称为 单萜
? 含有 三个 异戊二烯单位的萜类称为 倍半萜
? 含有 四个 异戊二烯单位的萜类称为 二萜
? 含有 五个 异戊二烯单位的萜类称为 二倍半萜
? 依此类推
(三 ) 萜类化合物的生源途径
1.经验异戊二烯法则( empirical isoprene rule)
Wallach总结了大量此类实验结果后,于 1887年提
出了异戊二烯法则,认为萜类的碳架是由异戊二烯
单位以头 -尾或非头 -尾顺序相连而成,都是异戊二
烯的聚合体或其衍生物。
2,生源异戊二烯法则( biogenetic isoprene rule)
萜类化合物的形成起源于葡萄糖;葡萄糖在酶的作
用下产生乙酸,三分子乙酸经合成产生 MVA,它经
ATP作用、再经脱羧、脱水形成焦磷酸异戊烯酯,可
互变异构化为焦磷酸 γ, γ -二甲基丙烯酯。
(四 ) 萜类化合物的分布
? 萜类化合物在中药中分布极为广泛, 藻
类, 菌类, 地衣类, 苔藓类, 蕨类, 裸
子植物及被子植物中均有萜类的存在 。
? 尤其在 裸子植物 及 被子植物 中萜类化合
物分布得更为普遍, 种类及数量更多,
如 被子植物 就在 30多个目, 数百个科
属 发现有萜类化合物 。
(五)萜类化合物的生物活性
? 萜类化合物种类繁多, 结构复杂, 性质
各异, 因而具有多方面的生物活性, 其
中不少化合物是常见的一些中药中的有
效成分, 具有较为重要的生物活性 。
二,单萜
( 一 ) 概述
1,单萜 ( monoterpenoids) 的 基本碳架由 10个
碳原子构成, 即 2个异戊二烯单位, 多是挥发
油的组成成分 ( 多具有较强的香气和生物活性,
是医药, 食品及化妆品工业的重要原料 。
2,一般按其结构中的碳环数目分类, 可分为 无
环, 单环, 双环 及三环等结构种类 。 也有依据
单萜的 含氧官能团 分类的 。
(二)常见结构类型和重要的化合物
1,无环单萜 ( acyclic monoterpenoid)
( 1) 常见的三种类型
月桂烷型 薰衣草烷型 艾蒿烷型
( 2)代表化合物
① 月桂烯和罗勒烯 ②牻牛儿醇和香橙
月桂烯 罗勒烯 牻牛儿醇 香橙醇
H
C H
2
O H
C H
2
O H
H
③ 柠檬醛
? 柠檬醛存在于植物的挥发油中, 其中在柠檬草
油, 川桂叶油和樟叶油中含量较高, 多在 70%
以上 。
? 也有一对顺反异构体, 反式的称为 α 型, 顺式
的称为 β 型 。 它们通常混合共存, 但以反式柠
檬醛为主 。
? 可以加入亚硫酸氢钠使其形成结晶性加成物,
经分离后用分解, 再用减压蒸馏进行提纯 。 二
者均是许多人造香料和调味品的重要成分 。
H
C H O
H
C H O
牻牛儿醛 香橙醛
( α型柠檬醛) ( β型柠檬醛)
2.单环单萜
( monocyclic monoterpenoid)
( 1) 常见的三种类型
环香叶烷型 对 - 卓酚酮型
O
O H
(2)重要的化合物
①需掌握的化合物结构式
柠檬烯 薄荷酮 辣薄荷酮 桉油精
O
O
O
② 卓酚酮型化合物
? 卓酚酮具有芳香化合物性质, 并且由于酚羟基其邻
位的强吸电子基团 ( 羰基 ) 的存在而使分子显示 较
强的酸性, 其酸性介于酚类和羧酸之间 。
? 这类化合物能与多种金属离子形成络合物结晶体,
并显示具有鲜明色调的颜色, 其三价铁络合物为赤
色结晶, 铜络合物为绿色结晶, 这样就可以进行鉴
别 。 这类化合物种类不算太多 。
? 卓酚酮类化合物 ( troponoide) 是一类 变形的单萜,
它们的碳架不符合异戊二烯法则, 这类化合物结构
中都有一个 七元芳环, 一个酮基和一个酚羟基 。
斑蝥素 α -崖柏素
cantharidin α -thujaplicin
O O
O
O
O
O H
3.双环单萜
( bicyclic monoterpenoid)
( 1)常见的结构类型 其中前四种可看作是
由薄荷烷在不同位置之间进一步环合而成的。
这六种类型以 蒎烷型和莰烷型最为稳定,形
成的衍生物也最多。
( 2)需掌握的化合物结构式
蒎烷衍生物
α-蒎烯 β-蒎烯 γ-蒎烯
( α-pinene) ( β-pinene) ( γ-pinene)
芍药苷 龙脑 樟脑
paeoniflorin borneol camphor
O
O H
O O
OC
O
g lc
O H O
? 芍药苷 是芍药 ( Paeonia albiflora) 根中的蒎烷单萜苷, 在
芍药中还有白芍药苷 ( albiflorin), 新芍药苷, 苯甲酰芍
药苷 ( benzylpaeoniflorin) 等结构类似的苷, 多具有镇静,
镇痛, 抗炎活性 。
? 龙脑 即中药冰片,又称, 樟醇,,是樟脑的还原产物。龙脑
是白色片状结晶,有升华性。不但有发汗、兴奋、镇痉和防
止腐蚀等作用,还有显著的抗氧功能,临床上普遍应用的治
疗冠心病、心绞痛的良药苏冰滴丸的主要成分就是冰片。此
外,它还是香料工业的主要原料。
? 樟脑是最重要的萜酮之一,我国产的天然樟脑产量占世界第
一位。樟脑在医药上主要用做刺激剂和强心剂,还有局部刺
激作用和防腐作用,可用于神经痛、炎症及跌打损伤。
4.环烯醚萜类( iridoids)
( 1) 概述 它是一类特殊的单萜, 多与糖结
合形成苷 。 环烯醚萜类化合物在中药中分布
较广, 在玄参科, 茜草科, 唇形科及龙胆科
中较为常见, 有多种生理活性 ( 利胆, 健胃,
降糖, 抗菌消炎等 ), 目前发现的已达 900余
种 。
1
4
3
2
5
9
6
7
8
10
( 2)分类
① 环烯醚萜苷类
其苷元结构特点为 C1多连羟基, 并多成苷, 且多
为 β -D-葡萄糖苷, 常有双键存在, 一般为 △ 3
( 4), C5,C6,C7有时连羟基, C8多连甲基或羟甲
基或羟基, C7-8有时具环氧醚结构 。
栀子苷 梓醇
geniposide catalpol
O
C O O C H
3
O g lcH OH 2C
O
O H
O g lc
H
H
O
HO H 2 C
? 栀子苷 存在于栀子 ( Gardenia jasminoides)
中, 栀子苷为主要成分, 与栀子的清热泻火
及治疗肾炎水肿作用有一定的关系, 且有一
定泻下作用, 其苷元京尼平 ( genipin) 具有
显著的促进胆汁分泌活性 。
? 梓醇 是地黄( Rehmannia glutinosa)降血糖
的有效成分,并有较好的利尿及迟缓性泻下
作用。
② 裂环环烯醚萜苷
? 其苷元结构特点为 C7-C8处断键成裂环状态 。裂环环
烯醚萜苷在龙胆科、睡菜科、忍冬科、木犀科等植物
中分布较广,在龙胆科的龙胆属及獐牙菜属分布更为
普遍。
龙胆苦苷 龙胆碱
gentiopicroside gentianine
O
N
OO
O
O
O g lc
N H
3
? 龙胆苦苷 在龙胆 ( Gentiana scabra), 当药
( Swertia pseudochinensis) 及獐牙菜 ( 青
叶胆 ) ( Swerte mileensis) 等植物中均有
存在, 是龙胆的主要有效成分和苦味成分,
味极苦, 将其稀释至 1:12000的水溶液, 仍有
显著苦味 。 龙胆苦苷在氨的作用下可转化成
龙胆碱 。
( 3)物理性质
① 性状
简单的环烯醚萜类成分一般为液体或低熔点固体;
环烯醚萜苷和裂环烯醚萜苷为白色结晶体或无定形
粉末, 具有吸湿性 。 这类成分均有苦味, 分子结构
中 C-1,C-5和 C-9多形成手性碳原子, 故均具旋光性 。
② 溶解性
这类化合物分子量一般较小, 且大多连有极性官能
团, 虽然环烯醚萜类较环烯醚萜苷的极性小, 但两
类成分均能溶于水, 甲醇, 乙醇, 正丁醇, 难溶于
氯仿, 乙醚, 苯等亲脂性有机溶剂 。 环烯醚萜苷的
亲水性较其苷元的亲水性更强 。
( 4)化学性质
这类成分的分子结构中具有半缩醛 羟基, 性质很活泼,
能与一些试剂产生颜色反应, 可用于环烯醚萜及其苷
的鉴别 。
① 酸水解反应
环烯醚萜苷对酸很敏感, 其苷键极易被酸水解, 产生
的苷元很不稳定, 容易发生聚合反应, 生成的苷元为
半缩醛结构, 其化学性质活泼, 容易进一步聚合, 难
以得到结晶性的苷元 。 在不同水解条件下 ( 温度, 酸
度等 ), 产生不同颜色的变化或沉淀 。 例如, 桃叶珊
瑚苷, 车叶草苷, 梓苷等水解, 聚合产生棕黑色树脂
状聚合物沉淀, 中药玄参, 地黄, 梓实等炮制加工变
黑, 均由这类成分引起的反应 。
② 氨基酸反应
在加热条件下与氨基酸作用, 生成蓝色或紫色沉淀 。
与皮肤接触, 也能使皮肤染成蓝色 。
③ 冰乙酸 -铜离子反应
将样品溶于冰乙酸, 加入少量的铜离子试液, 加热后
即产生蓝色反应 。
④ Shear试剂反应
与 Shear试剂 ( 1体积浓盐酸与 15体积苯胺的混合液 )
产生特殊的颜色反应 。 如车叶草苷与 Shear试剂反应
产生黄色 → 棕色 → 深绿色反应 。
三、倍半萜
( 一 ) 概述
倍半萜类( sesquiterpenoids)的
基本碳架由 15个碳原子构成,即 3个异戊
二烯单位,大多与单萜类共存于植物挥发
油内,是 挥发油高沸程( 250℃ — 280℃ )
的主要组分,也有低沸点的固体。倍半
萜的含氧衍生物多有较强的香气和生物活
性,倍半萜活性一般强于单萜,是医药、
食品、化妆品工业的重要原料。
( 5)提取分离
① 提取 环烯醚萜苷类成分一般采用溶剂法
提取, 常选用的提取溶剂为水, 甲醇, 乙醇, 稀丙
酮等溶剂 。 用水作为提取溶剂时, 为防止植物体内
酶和有机酸的影响, 提取前需在被提取的药粉中拌
入适量 碳酸钙或氢氧化钡 。
②分离 提取液减压浓缩后预先用乙醚或石
油醚脱脂,再用正丁醇萃取出环烯醚萜苷类成分;
也可在脱脂后用 铅盐沉淀法 除去杂质,再用正丁醇
或其他方法从滤去沉淀的水溶液提取出环烯醚萜苷;
还可以将环烯醚萜苷的提取液通过活性炭柱,先用
水洗脱除去水溶性杂质后,再用乙醇将环烯醚萜苷
洗脱出来,浓缩即可得苷的粗品。
? 在同一植物药中, 往往含有多种结构类似的
环烯醚萜苷类化合物, 为了得到单一成分,
往往需经硅胶, 氧化铝等制备性薄层或柱色
谱法进行分离, 目前 高效液相色谱 也已广泛
应用于环烯醚萜苷的分离 。
? 青蒿素 是中药青蒿 ( 黄花蒿 ) ( Artemisia
annua) 中分离到的具 过氧结构 的倍半萜内酯,
有很好的抗恶性疟疾活性, 是 高效, 速效, 低
毒 的抗疟药物 。 但它不溶于水, 甚至在油中的
溶解度也不大, 影响其发挥疗效, 为此, 将其
制成青蒿酯钠, 通过临床证明, 青蒿酯钠具有
抗疟效价高, 水溶性好等特点, 目前多种衍生
物制剂已用于临床 。
? α -山道年 是倍半萜内酯类成分, 也属于双环
倍半萜, 存在于菊科的茴蒿中, 是抗疟的有效
成分 。 在茴蒿中既有 α 型, 也有 β 型, 但 具有
驱虫作用的只有 α -山道年 。 它在中性溶液中
稳定, 在氢氧化钙碱性溶液中, 能形成山道年
酸钙盐, 增加其在水中的溶解度, 加酸酸化后,
山道年酸钙又变成山道年酸, 并环合成山道年
而溶于水, 可以利用此性质提取分离山道年 。
(二)分类及重要化合物
1.分类 倍半萜类化合物多按其结构
中的碳环数目分类,可分为无环(开
链)、单环、双环、三环及四环等结构
种类,其碳环可有五、六、七甚至十二
元的大环。
2.需掌握的化合物结构
青蒿素 α -山道年 β -山道年
artemisinin α -santonin β -santonin
O
O
H
H
O
H
O
O
O
O H
O H
O
O H
O H
3.薁类化合物( azulenoids)
( 1)结构特征
由五元环与七元环骈合而成, 可看成是
由环戊二烯负离子和环庚三烯正离子骈
合而成, 属于非苯核芳烃化合物, 具有
一定的芳香性 。 薁类化合物主要存在于
挥发油中, 游离存在的很少, 大多具有
抑菌, 抗肿瘤, 杀虫等活性 。3 5
6
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8
1
2
4
( 2)性质
? 在挥发油分级蒸馏时,高沸点馏分中有
时可看见美丽的蓝色、紫色或绿色的馏
分,这显示可能有薁类成分存在。
? 薁类沸点较高,一般在 250℃ --300℃,。
? 不溶于水,可溶于有机溶剂和强酸,加
水稀释又可析出,故可用 60%--65%硫酸
或磷酸提取 。
? 能与苦味酸或三硝基苯试剂产生 π 络合
物结晶,此结晶具有敏锐的熔点可借以
鉴定。
( 3)鉴别
① 溴化反应( Sabaty反应):
取挥发油 1D,溶于 1ml CHCl3中,加入
5%溴的 CHCl3溶液数滴,如产生兰色、紫
色或绿色时,则有薁类化合物存在。
② 对 -二甲 基 苯甲 醛 -浓 硫酸 反 应
( Enrlich反应 ),阳性反应为紫色或红
色 。
( 4)化合物
愈创木薁
莪术醇
莪术二醇 ( 具有抗肿瘤作用 ) 等 。