天然药物化学 NATURAL PRODUCTS CHEMISTRY

terpenoids and volatile oils 第六章 萜类和挥发油 terpenoids and volatile oils

Contents 1 概述 2 萜类的结构类型及重要代表物 3 萜类化合物的理化性质 4 萜类化合物的提取分离 5 萜类化合物的检识与结构测定 5 挥发油 6

第一节 概述 掌握 了解 萜类的生源（异戊二烯法则） 萜类的定义和分类

一、萜的含义 从化学结构看，它是异戊二烯的聚合体及其衍生物， 其骨架一般以五个碳为基本单位，少数例外。 萜类化合物是一类重要的天然药物化学成分。 从化学结构看，它是异戊二烯的聚合体及其衍生物， 其骨架一般以五个碳为基本单位，少数例外。 甲戊二羟酸（MVA）（而不是异戊二烯）才是萜类化合物生源途径中最关键的前体物。 因此，凡由甲戊二羟酸衍生、且分子式符合（C5H8)n 通式的衍生物均称为萜类化合物。

一、萜的分类 异戊二烯单位的数目：单萜、倍半萜、二萜等 碳环的有无和数目的多少：链萜、单环萜、双环萜、三环萜、四环萜等 含氧衍生物：醇、醛、酮、羧酸、酯等萜类。 本章主要介绍单萜、倍半萜、二萜、二倍半萜等萜类以及挥发油类化合物。

通式：(C5H8)n 结构单元：异戊二烯 分类： n 1 半萜 2 单萜（挥发油） 3 倍半萜（挥发油） 4 二萜（苦味素、植物醇） 5 二倍半萜（海洋生物） 6 三萜（皂苷、树脂） 8 四萜（植物胡萝卜素） >8 多聚萜（橡胶） 天然产物中最大类 (>26000种), 结构复杂, 生物活性多样 药物的重要来源：青蒿素 蒿甲醚（倍半萜） 紫杉醇（二萜）

二、萜类的生源学说 经验的异戊二烯法则（empirical isoprene rule） 生源的异戊二烯法则（biogenetic isoprene rule） 经验的异戊二烯法则 Wallach 1887年提出 异戊二烯法则 艾里木酚酮 扁柏酚 土青木香酮

二、萜类的生源学说 生源的异戊二烯法则 Ruzicka 提出 前体物是 活性的异戊二烯 后由Lynen和Folkers得到证实经 甲戊二羟酸途径衍生 甲戊二羟酸（MVA）

二、萜类的生源学说 DAPP+IPP 焦磷酸香叶酯（GPP） 焦磷酸金合欢酯（FPP） 甲戊二羟酸(MVA) 焦磷酸异戊烯酯(IPP) 焦磷酸二甲基烯丙酯(DAPP) IPP DAPP+IPP 焦磷酸香叶酯（GPP） 焦磷酸金合欢酯（FPP）

DAPP(C5) 萜类化合物的生物合成途径 IPP(C5) 单萜 焦磷酸香叶酯(C10) 甾族类 IPP 倍半萜 焦磷酸金合欢酯(C15) 角沙烯(C30) 三萜(C30) 二萜 焦磷酸香叶基香叶酯(C20) 类胡萝卜素(C40) 二倍半萜 焦磷酸香叶基金合欢酯(C25) 萜类化合物的生物合成途径

二、生源、分类 焦磷酸二甲基烯丙酯(DAPP) C5 缩合 甲戊二羟酸(MVA) 焦磷酸异戊烯酯(IPP) C5 乙酰辅酶A GGPP 二萜 C20 +C5 角鲨烯 C30 三萜 C30 -3×CH3 焦磷酸香叶酯(GPP) 单萜 C10 焦磷酸金合欢酯(FPP) 倍半萜 C15 甾体 C27

第二节、萜类的结构类型及重要代表物 掌握 了解 l-薄荷醇、l-龙脑、樟脑、梓醇、青蒿素、绵酚、维生素A、穿心莲内酯(Ⅰ)、紫杉醇的化学结构 单萜的基本骨架 银杏内酯的生物活性 l-薄荷醇、l-龙脑、樟脑、梓醇、青蒿素、绵酚、维生素A、穿心莲内酯(Ⅰ)、紫杉醇的化学结构 卓酚酮类的理化性质 环烯醚萜的结构特点、分类和主要性质

一、单 萜 单萜类（monoterpenoids）：2个异戊二烯单位、含10个C的化合物类群，挥发油的主要组分。分子量小，脂溶性。 一、单 萜 单萜类（monoterpenoids）：2个异戊二烯单位、含10个C的化合物类群，挥发油的主要组分。分子量小，脂溶性。 其含氧衍生物多具有较强的生物活性和香气，是医药、化妆品和食品工业的重要原料。 成苷时，不具挥发性，不能随水蒸气蒸馏。 分类：链状型和环状型(单环、双环、三环等)

一、单 萜 （1）链状单萜

（2）环状单萜 NPP 蒎烷 柠檬烷 中间体 莰烷 蒈烯 守烷

（2）环状单萜（单环单萜、双环单萜、三环单萜）

α－紫罗兰酮 β－紫罗兰酮 斑蝥素 N－羟基斑蝥胺 芍药苷

（3）卓酚酮类 卓酚酮类：变形单萜，其碳架不符合异戊二烯规则，具有抗菌活性，但同时多有毒性。 1、酸性 2、酚羟基易甲基化，不易酰化 3、羰基不能和一般羰基试剂反应 4、能与多种金属离子络合显颜色用于鉴别 扁柏素 a-崖柏素 g-崖柏素

二、环烯醚萜（iridoids） 1、概述 为蚁臭二醛的缩醛衍生物，含有环戊烷结构单元 取代环戊烷环烯醚萜（iridoids） 环戊烷开裂的裂环环烯醚萜（secoiridoids）两种基本碳架。 环烯醚萜骨架 裂环环烯醚萜骨架

生物合成途径 氧化

2、环烯醚萜理化性质 2、 苷大多为白色结晶或粉末，多具旋光性，味苦； 苷易溶水和甲醇， 苷可溶乙醇、丙酮和正丁醇； 苷难溶于氯仿、苯等亲酯性有机溶剂； 其苷易水解，苷元为半缩醛结构容易聚合，难得到结晶苷元 苷元遇酸、碱、羰基化合物和氨基酸能变色，与皮肤接触会变蓝 苷元在冰醋酸溶液中，加少量铜离子，加热显蓝色

3、结构分类及重要代表物 A、环烯醚萜苷类 ： 10个碳占多数， C1羟基多与葡萄糖成苷，大多为单糖苷； 有的C11氧化成羧酸，可成酯。 京尼平苷 R为CH3 京尼平苷酸R为H 栀子苷 鸡屎藤苷

3、结构分类及重要代表物 B、4－去甲环烯醚萜苷 ： 9个碳构成

龙胆苦苷，当药苷，当药苦苷，绣球内酯苦苷等 3、结构分类及重要代表物 C、裂环环烯醚萜苷：苦味苷 龙胆苦苷，当药苷，当药苦苷，绣球内酯苦苷等 NH4OH 5% HCl 龙胆苦苷 gentiopicroside 龙胆碱 gentianine

三、倍半萜 1、概述 通式：(C5H8)3 分布：挥发油高沸点部分。 海洋低等动物（海藻、软体动物等）、 昆虫中也有发现 存在形式：挥发油，醇、酮、内酯或苷，生物碱。 含氧衍生物多具有香气和生物活性 骨架繁杂，超过200余种

三、倍半萜 生源 分类： 按环的碳原子数：五元环、六元环、七元环等； 按含氧官能团：倍半萜醇、醛、酮、内酯等。 GPP(C10) + IPP(C5) → FPP(C15) 焦磷酸金合欢酯 分类： 按碳环数：无环、单环、双环、三环、四环型； 按环的碳原子数：五元环、六元环、七元环等； 按含氧官能团：倍半萜醇、醛、酮、内酯等。

2、无环倍半萜： 链状倍半萜

3、单环倍半萜 青蒿素：倍半萜过氧化物，抗恶性疟疾。 双氢青蒿素，蒿甲醚、青蒿琥珀酸单酯 用于临床。 鹰爪甲素：抑制鼠疟原虫的生长。

4、双环倍半萜 棉 酚

5、三环倍半萜 环桉醇

6、薁衍生物 薁类：五元环+七元环的非苯环芳烃化合物，分子结构中具有高度的共轭体系。多具有抑菌、抗肿瘤、杀虫等生物活性。 性质： 1、薁类可与苦味酸或三硝基苯形成具有敏锐熔点的p络合物，用于鉴别 2、 沸点高，挥发油分馏时可见美丽的蓝、紫、绿色现象时，示有薁类存在

3、 Sabety反应 可与溴-氯仿溶液产生蓝色或绿色 4、 可与Ehrlich试剂（对-二甲氨基苯甲醛、浓硫酸）反应产生紫色、红色 2，4-二甲基-7-异丙基奥 愈创木奥 愈创木醇

四、二 萜 1、概述 由4个异戊二烯单位构成、含20个C的化合物类群。 由GGPP衍生而成 四、二 萜 1、概述 由4个异戊二烯单位构成、含20个C的化合物类群。 由GGPP衍生而成 分布：植物界广泛，植物分泌的乳汁、树脂等均以二萜类衍生物为主，松柏科最多，菌类代谢产物，海洋生物。

四、二 萜 生物活性强：紫杉醇、穿心莲内酯、关附甲素、雷公藤内酯、甜菊苷等。 生源 ×2 MVA NPP或GPP 四、二 萜 生物活性强：紫杉醇、穿心莲内酯、关附甲素、雷公藤内酯、甜菊苷等。 生源 ×2 MVA NPP或GPP GGPP(焦磷酸香叶基香叶酯) 二萜C20

2、链状二萜

3、单环二萜 维生素A：动物肝，鱼肝，保持夜间视力，哺乳动物生长 维生素A（vitamin A）

4、双环二萜 穿心莲内酯：抗菌消炎活性成分，临床治疗急性菌痢、胃肠炎、咽喉炎等，与亚硫酸钠反应可制成穿心莲内酯磺酸钠，制备水溶性注射剂。 银杏内酯：治疗心脑血管疾病

5、三环二萜 紫杉醇：是红豆杉中活性成分，已成新型天然抗肿瘤药物，对于卵巢癌、乳腺癌和肺癌疗效好。 雷公藤甲素：抑制乳腺癌和胃癌细胞系集落形成

6、四环三萜 甜菊苷：甜度为蔗糖的300倍

五、二倍半萜 由5个异戊二烯单位构成、含25个C。 生源：由焦磷酸香叶基金合欢酯（GFPP）衍生而成。 多为结构复杂的多环性化合物，数量少。

第三节、萜类化合物的理化性质 了解 掌握 性状、溶解度等 加成反应、氧化反应、脱氢反应、重排反应的反应条件

一、物理性质 （一）性状： 1、形态 单萜和倍半萜 ： 油状液体，可挥发， 或为低熔点固体 二萜和二倍半萜：结晶性固体。 单萜和倍半萜 ： 油状液体，可挥发， 或为低熔点固体 二萜和二倍半萜：结晶性固体。 2、味 苦味，或极苦，又称苦味素。 但甜菊苷例外 3、旋光性 具有光学活性。

（二）溶解性 亲脂性强，萜类的苷有一定的亲水性。 具内酯结构萜可用碱溶酸沉法分离纯化。 萜类对高热、光、和酸碱敏感。

二、化学性质 （一）加成反应 有双键和醛，酮等羰基的萜类化合物 1、 双键加成反应 A 与卤化氢加成 B 与溴加成

C 与亚硝酰氯加成 不饱和萜类 氯化亚硝基衍生物 亚硝基胺类 D Diels－Alder加成 顺丁烯二酸酐

2、羰基加成反应 A 与亚硫酸氢钠加成

B 与硝基苯肼加成 C与吉拉德试剂加成

（二）氧化反应 氧化剂：O3，CrO3，KMnO4，SeO2等

（三）脱氢反应 （四）分子重排反应 Wagner－Meerwein重排，α-蒎烯合成樟脑

第四节、萜类化合物的提取分离 了解 萜类的提取方法 萜类的分离方法 硅胶硝酸银色谱法的应用

一 、 提取 萜 低分子单萜：挥发油 环烯醚萜苷 单萜 卓酚酮 低分子倍半萜：挥发油 倍半萜内酯 倍半萜 奥类 二萜：二萜内酯、二萜生物碱 三萜及其苷

一、提取 亲水性：苷类（环烯醚萜苷、三萜苷） 不稳定：环烯醚萜苷、倍半萜内酯 1、溶剂提取法 :苷类；非苷类 2、碱提取酸沉淀法 亲脂性：单萜、二萜、倍半萜内酯、三萜 亲水性：苷类（环烯醚萜苷、三萜苷） 不稳定：环烯醚萜苷、倍半萜内酯 1、溶剂提取法 :苷类；非苷类 2、碱提取酸沉淀法 3、活性炭吸附法 4、大孔树脂吸附法

溶剂提取法提取苷 材料 醇浸膏 不溶物 水液 Et2O萃取 Et2O萃取液 水液 低极性(游离萜; 黄酮苷元, 部分单糖苷) EtOAc液 不溶物 水液 亲脂性杂质 MeOH (EtOH)热提 热水反复溶解 Et2O萃取 (如叶绿素,树脂物) Et2O萃取液 水液 低极性(游离萜; 黄酮苷元, 部分单糖苷) EtOAc液 中等极性(萜单糖苷, 双糖苷) EtOAc萃取 水液 n-BuOH萃取 n-BuOH液 高极性(双糖苷, 三糖苷) 水液 (水溶性杂质)

二、分离 结晶法分离 柱色谱分离 吸附柱色谱，硅胶，氧化铝 利用结构中特殊功能团分离 内酯；双键，羰基；萜类生物碱 硅胶硝酸银色谱 溶剂系统 反相柱色谱 RP-18，RP-8等 凝胶色谱法 Sephadex LH-20 利用结构中特殊功能团分离 内酯；双键，羰基；萜类生物碱

第五节、萜类化合物的检识与结构测定 了解 萜类的结构研究方法

波谱法在萜类结构鉴定中的应用 紫外光谱UV 红外光谱IR 质谱MS 核磁共振谱NMR： 1H-, 13C-, 2D-

(一) 紫外光谱 共轭双烯在λmax 215~270(ε2500~ 30000)有最大吸收； 含有α，β－不饱和羰基功能团的萜类则在λmax 220~250(ε10000~17500)有最大吸收

链状萜类的共轭双键体系在λmax 217~228(ε15000~25000)处有最大吸收；

(二) 红外光谱 偕二甲基在υmax 1370 cm-1吸收峰处裂分，出现二条吸收带；而贝壳杉烷型二萜的环外亚甲基则通常在υmax 900 cm-1左右有最大吸收峰。 在υmax 1700~1800 cm-1间出现的强峰为羰基的特征吸收峰，可考虑有内酯化合物存在 ； 六元环、五元环及四元环内酯羰基的吸收波长分别在υmax 1735、1770和1840 cm-1。

(三) 质谱 1. 萜类化合物的分子离子峰除以基峰形式出现外, 一般较弱; 2. 在环状萜类化合物中常进行RDA裂解; 3. 在裂解过程中常伴随着分子重排裂解, 尤以麦氏重排多见; 4. 裂解方式受功能基的影响较大, 得到的裂解峰大都主要是失去功能基的离子碎片, 例如有羟基或羟甲基存在时，多有失水或失羟甲基、甲醛等离子碎片。

第四节、萜类化合物的提取分离 熟悉 挥发油的分布与分类 挥发油的常用提取方法的原理及应用 挥发油的常用分离方法的原理及应用 挥发油的气相色谱鉴定法 掌握 挥发油的定义、通性、化学组成 挥发油的提取方法（水蒸气蒸馏法、超临界萃取法) 挥发油化学常数的含义及应用 了解 挥发油的性质 挥发油的其他鉴定方法

一、概 述 挥发油（volatile oils） ： 精油（essential oils），一类具有芳香气味的油状液体的总称。 一、概 述 挥发油（volatile oils） ： 精油（essential oils），一类具有芳香气味的油状液体的总称。 性状：常温能挥发，可随水蒸气蒸馏。 分布：种子植物，尤其是芳香植物。菊科(菊)、芸香科(花椒、橙)、伞形科(茴香) 存在：油滴状，或与树脂、粘液质共存，少数成苷。

生物活性： 祛痰、止咳、平喘、驱风、健胃、解 热、镇痛、抗菌消炎作用。 薄荷油、茉莉花油、樟脑、冰片、丁香酚 应用： 医药，香料工业，日用食品、化学工业等。

组成和分类 成分十分复杂，几十 → 上百个组份。 1)萜类化合物：单萜(低沸点)、倍半萜(高沸点)及其含氧衍生物，如薄荷油、樟脑等； 2)芳香族化合物：萜源性化合物以及苯丙素类(C6-C3)，如桂皮醛、茴香醚、丁香酚等； 3)脂肪族化合物：如正癸烷和小分子醇、醛及酸类化合物（如正壬醇）； 4)其它类化合物：挥发油样物质，如大蒜油等，液态小分子生物碱：川芎嗪(生物碱类)

二、挥发油的性质 性状 颜色：无色或微黄 气味：香气或特异气味 形态：常温透明液体 挥发性：可挥发 溶解度 不溶于水，易溶于有机溶剂 物理常数 沸点在70－300℃，随水蒸气蒸馏，比水轻，具光学活性和强折光性 稳定性 易氧化，应存于棕色瓶，阴凉低温保存。

三、挥发油的提取 （一）水蒸汽蒸馏 药材 + H2O 馏出液 盐析 萃取 分液 挥发油 （二）溶剂法 热乙醇溶解 减压浓缩 1、药材 + 低沸点溶剂提取 浸膏 挥发油 放冷除杂 2、吸收：油脂(高级脂肪烃) 3、二氧化碳超临界流体萃取法； (三) 冷压法：含量高，但杂质多

四、挥发油成分的分离 难度大 (一) 冷冻法 ① 低温可结晶 ② 含量高 析脑(薄荷) (二) 分馏法：减压 (三) 化学方法 1、碱性成份 四、挥发油成分的分离 难度大 (一) 冷冻法 ① 低温可结晶 ② 含量高 析脑(薄荷) (二) 分馏法：减压 (三) 化学方法 1、碱性成份 2、酚、酸性组份 3、利用官能团特性分离 醇类：成脂，皂化，乙醚提 羰基化合物：NaHSO3，羰基试剂 其它成分：酯类，醚类，含双键 (四) 色谱分离法 AgNO3柱色谱

五、挥发油成分的鉴定 物理常数的测定 相对密度、比旋度、折光率、凝固点等 化学常数的测定 酸值、酯值、皂化值 功能团的测定 酚类、 羰基化合物、 不饱和化合物和薁类衍生物、 内酯类化合物

色谱法的应用 薄层色谱、 气相色谱法、 GC/MS联用法 特点：高度仪器化、快速 程序： 五、挥发油成分的鉴定 样品 GC(气相色谱) 分离器(除N2浓缩样品) MS(质谱) DS(data storage数据库, 与标准图谱对照)