Download presentation
Presentation is loading. Please wait.
1
第六章 萜类和挥发油 主讲：胡芳弟 卫生部规划教材. 全国高等学校教材 主审：姚新生 主编：吴立军 （沈阳药科大学） 人民卫生出版社
2003年5月 主讲：胡芳弟
2
目的要求 1.了解萜类的含义以及萜类和挥发油的关系。 2.掌握萜类化合物的类型、性质以及重要的衍生物。
3.了解挥发油的含义，掌握挥发油的性质、鉴识方法，熟悉挥发油的提取分离方法。
3
第一节 概述 一：萜的含义和分类 二：萜类的生源学说 （一）经验的异戊二烯法则
（二）生源的异戊二烯法则（biogenetic isoprene rule）
4
一：萜的含义和分类 萜类化合物的含义： 萜类化合物（terpenoids）是一类天然的烃类化合物。
所以萜类化合物是一类骨架多，种类杂，数量巨大，结构千变万化、又具有广泛生物活性的一类重要的天然药物化学成分。其分子中一般具有五个碳的基本单位，即异戊二烯的基本单位，仅有极少数例外，所以以前认为萜类化合物是指所有包括异戊二烯的聚合物及其衍生物的总称。 我们知道，自然界中的烃类化合物真是多种多样，五花八门，有饱和烃、不饱和烃，饱和烃又包括：链状饱和烃和环烃；不饱和烃也包括链烃和环烃，不饱和链烃又包括烯烃、炔烃等，另外还有各种烃类衍生物如醛、醇、酮、酚、醚等等，
5
大量的实验研究证明，甲戊二羟酸（mevalinic acid ，MVA）才是萜类化合物生物合成途径中关键的前体物，而不是异戊二烯，因此，现在对萜类化合物的定义是：凡是由甲戊二羟酸衍生、且分子式符合（C5H8）n通式的衍生物统称萜类化合物。
6
萜类化合物的分类 萜类化合物的分类依据是：分子结构中的异戊二烯单位的数目。
7
同时在根据各萜类分子结构中碳环的有无和数目的多少，进一步分为链萜、单环萜、二环萜、三环萜、四环萜、五环萜等，例如链状二萜、单环二萜、三环二萜、四环二萜。萜类多数是含氧衍生物，所以萜类化合物又可分为醇、醛、酮、羧酸、酯及苷等萜类。其次，还有含氮的衍生物，构成萜类生物碱等等。
8
因此，萜类化合物之间分子量相差较大，它们的分子中绝大多数具有双键，共轭双键、碳甲基、偕碳二甲基、异丙叉基。
萜类化合物中有许多化合物具有显著的生理活性，有的已用于临床并具有较好的疗效。
9
如从黄花蒿中（青蒿）提取的倍半萜内酯青蒿素是优于氯喹的抗疟新药；从芫花根茎中分得的芫花酯甲素是有效的引产剂，穿心莲内酯是穿心莲的清热解毒、消炎止痛的有效成分；在葫芦科中的数十种植物中广泛分布的葫芦素类化合物，用于治疗肝炎和原发性肝癌有一定的疗效，中药泽泻中降低血清胆固醇的主要成分泽泻萜醇A属四环三萜类化合物，许多新的二萜衍生物如冬凌草素、雷公藤内酯等作为抗肿瘤药物已越来越引起人们研究的兴趣。
10
萜类化合物在自然界分布广泛，种类繁多，据1970年统计已有一万余种，至1991年萜类化合物已超过了22,000中，萜类化合物是各类天然物质中最多的一类化合物，也是寻找和发现天然药物生物活性成分的重要来源。
11
本章的重点内容为：单萜类、倍半萜、二萜类、二倍半萜、等萜类化合物和挥发油类化合物，三萜类化合物在自然界的分布亦比较广泛，一些常用的中药，如人参、甘草、柴胡、桔梗、远志等都含有三萜类化合物，由于三萜类化合物含有一些特殊的生物活性，性质又独特，已另立章节叙述。四萜类化合物主要为胡萝卜烃类色素，多聚萜类化合物主要为橡胶及硬橡胶，四萜及多聚萜类化合物在有机化学中已简要介绍，本章不再赘述。
12
二 萜类的生源学说 早在1887年Wallach提出“异戊二烯规则”说明萜类化合物的碳架是由异戊二烯聚合而成的，至1938年Ruzicka将经验的异戊二烯法则发展成“生源的异戊二烯法则”，从萜类化合物的结构剖析，不难看出他们是由个数不等的C5骨架片段构成的，表明萜类化合物有着共同的来源途径。我们着重来了解萜类化合物的生源的两种观点，即经验的异戊二烯法则（empirical isoprene rule）和生源的异戊二烯法则（biogenetic isoprene rule）。
13
（一）经验的异戊二烯法则： 早期在萜类化学的研究过程中，认为异戊二烯是萜类化合物在植物体内的生源物质，原因有二：
1. 将橡胶进行焦化，或将松节油的蒸汽稀释后，在低压下通过红热的铂丝网时，均能获得产率很高的异戊二烯。 2. 1875年Boochardat曾将异戊二烯加热至280℃ ，发现每两分子异戊二烯有Diels-Alder 反应聚合而成二戊烯。
14
二戊烯是柠檬烯的外消旋体，是一个典型的萜类化合物，存在于多种植物的挥发油中。
15
基于上述事实，1887年Wallach提出“异戊二烯规则”，认为自然界存在的萜类化合物都是由异戊二烯衍生而来的，是异戊二烯的聚合体或衍生体，并以是否符合异戊二烯法则作为判断是否为萜类化合物的一个重要原则。
16
但是，后来研究发现，有许多萜类化合物的碳架结构无法用异戊二烯的基本单元来划分，如
17
而且，当时在植物体的代谢过程中也很难找到异戊二烯的存在，所以Ruzicka称Wallach等人的“异戊二烯法则”为“经验的异戊二烯法则”，并提出所有的萜类化合物的前体物是“活性的异戊二烯”的假设
18
（二）生源的异戊二烯法则（biogenetic isoprene rule）
1938年Ruzicka的“活性的异戊二烯”的假设，一直到Lynen 实验证实焦磷酸异戊烯酯（简称IPP）的存在而得到了验证，直到1956年Folkers 又证实IPP的关键前体物质是六碳羟酸——甲戊二羟酸（MVA），由此证实了萜类化合物是经甲戊二羟酸途径衍生的一类化合物。这就是“生源的异戊二烯法则（biogenetic isoprene rule）”
19
在萜类化合物的生物合成中，首先合成活性异戊烯前体物，即由乙酰辅酶A（acetyl-CoA）与乙酰乙酰辅酶A生成甲戊二羟酸单酰辅酶A，后者还原生成甲戊二羟酸（MVA），MVA经数步反应转化成焦磷酸异戊烯酯（IPP），IPP经硫氢，酶及焦磷酸异戊烯酯异构酶转化为焦磷酸γ，γ-二甲基烯丙酯（DAPP）。IPP和DAPP两者均可转化为半萜，并在酶的作用下，头尾相接缩合为焦磷酸香叶酯（GPP），衍生为单萜类化合物，或继续与IPP分子缩合衍生为其他萜类物质，其生物合成途径如图6—1所示，因此，IPP和DAPP目前被认为是萜类成分的生物体内形成的正真的前体，是生物体内的“活性的异戊二烯”物质，在生物合成中起着烷化剂的作用。
22
第二节 萜类的结构类型和重要的代表物 一：半萜
天然的半萜（Hemi-terpenes）只有异戊二烯，在植物的叶绿素上形成，虽然广泛存在，但其量极微，其生源途径尚不清楚，半萜的焦磷酸酯（IPP）和焦磷酸二甲基丙烯酯（DAPP）是萜类化合物的关键前体物。常有一些半萜结合在非萜类化合物分子母核上，形成异戊烯基或异戊基支链，而形成一种混杂的萜类化合物。如蛇床子中的奥斯脑（osthol），黄柏叶中的黄柏-3-葡萄糖苷（phellodendroside）、未成熟的玉米、棉胚及椰子乳汁中的玉米素（zeatin）。
23
黄柏-3-葡萄糖苷（phellodendroside）
24
植物中有很多具有支链的五碳化合物，例如异戊醇、异戊醛、异戊酸、千里光酸、白芷酸、当归酸、β-糠酸等，亦均列为半萜类化合物，但尚未发现这些化合物在生源上的联系，可能与颉氨酸及亮氨酸的衍生化有关。
25
二：单萜 (一)、单萜的概述 单萜类（Monoterpenes）化合物广泛存在于高等植物中，常存在于唇形科、伞形科、松科等植物的分泌组织中（如腺体、油室、树脂道）多半是植物挥发油中沸点较低（140℃—180℃）部分的主要成分。它们的含氧衍生物沸点较高（约200℃—300℃），多具有较强的香气和生理活性，为医药、食品、化妆品工业的重要原料。
26
有些单萜在植物体呈配糖体形式存在，如芍药苷和环烯醚萜苷，则不具有随水蒸气蒸馏的性质，有些单萜是昆虫、微生物代谢产物，有的只形成混杂萜类化合物的萜源功能基部分。
T.K.Devon 1970年统计单萜类化合物已有380个,它们的基本骨架有15种主要类型和16种次要类型,至1976年统计已达450个化合物,近年来萜类化合物的研究进展更为迅速.
27
单萜类化合物的分子通式为C10H16 单萜类化合物一般常按其结构中的碳环数分类. 如: 无环型即链状单萜、单环单萜、双环单萜、三环单萜， 他们中的多数为六元环，也有五元环、三元环、四元环、七元环等。
28
有时为了便于讨论，也有依据单萜类化合物的含氧功能基分类的，如萜醇、萜醛。
焦磷酸异戊烯酯（IPP）异构为焦磷酸γ，γ-二甲基烯丙酯（DAPP）的同时，头尾（有侧链处为头）缩合，形成C10化合物焦磷酸香叶酯（GPP）GPP是单萜化合物的基本前体物质，通过植物体中酶的作用可异构化为焦磷酸橙花酯（NPP）并转化为各种单萜类衍生物。
30
杨梅叶烯为开链的单萜类化合物，有α-构型和β-构型两种。
31
（二）单萜的结构类型——重要的单萜类化合物
1. 链状单萜（由两个异戊二烯聚合而成的开链化合物） 无含氧功能基的链状单萜类化合物，常见的如蒿烷、薰衣草烷等，基本上由此骨架衍生而来。
32
罗勒烯，主要存在于罗勒叶和吴茱萸果实挥发油中
33
含氧功能基的链状单萜类化合物常见的有： 香叶醇又称“牻牛儿醇”，香叶醇和橙花醇互为顺反对应体，常共存于同一挥发油中，香叶醇是香叶油、玫瑰油、柠檬油和香茅油等的主要成分，香叶醇是良好的平喘药，用于治疗慢性支气管炎。橙花醇存在于橙花油、柠檬油和其它多种植物的挥发油中，它与香叶醇都具有玫瑰香气，是玫瑰系香料必不可少的成分。芳樟醇是香叶醇和橙花醇的同分异构体，左旋体在香柠檬油中含有，右旋体则存在与桔油及香馨花（Jasminum grandiflirum）的挥发油中，芳樟醇也在香料工业中有着重要的用途。香茅醇存在于香茅油中，又称雄刈萱草油。
34
香叶醛和橙花醛互为顺反对应体，香叶醛是α-构型柠檬醛，橙花醛是β-构型柠檬醛，两者也往往同时存在，而且通常是以反式的α-构型柠檬醛为主，柠檬香油和香茅油中柠檬醛的含量较高。香茅醛是香茅醇的氧化产物，又称雄刈萱草醛。大量存在与香茅油中，也存在于桉叶油、柠檬油中，香茅醛是重要的柠檬系香料。
35
以上几种重要的链状单萜含氧衍生物可相互转化，其相互转化的关系可通过下面的简单反应式联系起来。所以这几种链状单萜的含氧衍生物之间常常交互共存于同一挥发油中。
37
2 单环单萜：顾名思义，分子结构中只含有一个环，因此，有如下结构：
如图为薄荷烷的结构，薄荷烷为一个典型的单环单萜类化合物，其余所有的单环单萜类化合物几乎都是由薄荷烷衍生而来的。
38
含氧的单环单萜类化合物有如下一些类型：
39
薄荷醇（menthol）是薄荷Mentha arvensis var
薄荷醇（menthol）是薄荷Mentha arvensis var. piperasceus和欧薄荷 Mentha pipertia等挥发油中的主要成分，其左旋体l-menthol习称“薄荷脑”，为白色块状或针状结晶，熔点42—43℃，沸点212℃，对皮肤和粘膜有清凉和弱的麻醉作用，用于镇痛和杀菌作用，日本还用它作为牙膏和食品的香料。薄荷醇有3个手性碳原子，应有8个立体异构体，即l-薄荷醇l-menthol，异薄荷醇isomenthol，d-新异薄荷醇d-neomenthol及新异薄荷醇neoisomenthil，薄荷醇可氧化生成薄荷酮，但在薄荷油中含左旋薄荷酮menthone约10—25%。
40
紫罗兰酮ionone存在于千屈菜科指甲花挥发油中，工业上由柠檬醛与丙酮缩合制成，缩合产物环合后得到α-紫罗兰酮（α-ionone）和β-紫罗兰酮（β-ionone）的混合物，α-紫罗兰酮具有馥郁的香气，用于配制高级香料，β-紫罗兰酮可作为合成维生素A的原料。
41
3 二环单萜：分子结构中含有两个环，可以看成是由薄荷烷形成阳碳离子后进行环合，而形成的一系列化合物。主要类型如下：
3 二环单萜：分子结构中含有两个环，可以看成是由薄荷烷形成阳碳离子后进行环合，而形成的一系列化合物。主要类型如下： 5，8位结合，成为蒈烷型
42
6，8位结合，成为蒎烷型； 1，8位结合成为莰烷型
43
4，6位结合，成为守烷型
44
另外，还有两类，为莰烷型的同分异构体异莰烷型和葑烷型
45
一些重要的二环二萜类化合物 龙脑（borneol ）俗称“冰片”，又称樟醇，为白色片状结晶，具有似胡椒又似薄荷的香气，有升华性，熔点204—208℃。其右旋体主要得自龙脑香树Dryobllanops aromatica Gaertn的挥发油，左旋体存在艾纳香Blumea balsmi fera DG.全草中，合成品为消旋体。
46
龙脑不但有发汗、兴奋、解痉挛和防虫蛀等作用，还具有显著的抗缺氧功能，它和苏合香脂配合制成苏冰滴丸代替苏合丸治疗冠心病、心绞痛。此外冰片也是香料工业的原料。
47
龙脑的氧化物樟脑（camphor），为白色的结晶性固体，熔点179
龙脑的氧化物樟脑（camphor），为白色的结晶性固体，熔点179.8℃，易升华，具有特殊钻透性的芳香气体。天然樟脑由右旋体与左旋体共存，其右旋体在樟树Cinnamonus camphora挥发油中约50%左右，左旋体存在与菊蒿Tanacetum vulgare的挥发油中，合成品为消旋体。
48
樟脑有局部刺激作用和防腐作用，可用于神经痛、炎症、跌打损伤的擦剂，并可作为强心剂，其强心作用是由于在体内氧化成П—氧化樟脑和对氧化樟脑所致。
49
在环状单萜中，尚有单萜氧化物、过氧化物及其苷类，显示很好的生物活性。斑蝥素，存在于斑蝥，芫青干燥虫体中，约含2%。可作为皮肤发赤、发泡或生毛剂。用斑蝥素制成的N-羟基斑蝥胺试用于皮肤癌。
50
芍药苷（paeoniflorin）是从芍药Paeonia albiflora根中得到的蒎烷型单萜类苦味苷，对小鼠显示有镇静、镇痛及抗炎等药理作用，近年来报道芍药苷具有防治老年痴呆的生物活性。
51
4 三环单萜 常见的三环单萜类化合物有三环白檀醇，香芹樟脑。
52
4.卓酚酮类 卓酚酮类化合物是一变形的单萜了一化合物，它们的碳架不符合异戊二烯定则，具有如下的特性：
a) 卓酚酮类化合物具有抗菌活性，但多具有毒性，卓酚酮有芳香化的性质，具有酚的通性，有酸性，其酸性介于酚类和羧酸之间。 b) 分之中的酚羟基易于甲基化，但不易酰化。
53
c) 分子中的羰基的性质类似与羧酸中的羰基，但不能和一般的羰基试剂发生反应。在红外光谱中显示其羰基（1600—1650cm-1）和羟基（3200—3100cm-1）吸收峰，较一般化合物中羰基略有区别。
d) 能与多种金属离子形成络合物结晶，并显示不同颜色，以资区别。如铜络合物为绿色结晶，铁络合物为赤色结晶。
54
较简单的卓酚酮类化合物是一些霉菌的代谢产物，在柏科的心材中也含有卓酚酮类化合物，α-崖柏素（α-thujaplicin）和γ-崖柏素（γ- thujaplicin）在欧洲产崖柏Thuja plicata、北美崖柏以及罗汉柏的心材中含有，β-崖柏素也称扁柏素，存在与台湾扁柏及罗汉柏心材中。
55
5. 环烯醚萜 （1）环烯醚萜类概述 环烯醚是环戊烷单萜衍生物，为臭蚁二醛的缩合衍生物，
56
臭蚁二醛原是臭蚁的防卫分泌物中分离出来的物质。在植物中，环烯醚萜类是由活性焦磷酸香叶酯（GPP）衍生而成，环烯醚萜的生物合成途径如下：
57
环烯醚萜为半缩醛结构，不稳定，在植物体多形成苷类。常见的环烯醚萜有两种骨架。
59
环烯醚萜及其苷类在植物界分布广泛，以双子叶植物，尤其是唇形科、茜草科、龙胆科等植物分布相当广泛。据不完全统计，已从植物中分离鉴定结构的环烯醚萜类化合物已超过800种，其中大多数为苷类成分，非苷环烯醚萜仅占60余种，裂环环烯醚萜类30余种。
60
（2）环烯醚萜的理化性质 A环烯醚萜苷和裂环环烯醚萜苷大多为白色结晶体或粉末，多具有旋光性，味苦。 B：环烯醚萜苷类溶于水和甲醇，可溶于乙醇、丙酮、正丁醇，难溶于氯仿、乙醚和苯等亲脂性有机溶剂。 C：环烯醚萜苷易被水解，生成的苷元为半缩醛结构，其化学性质活波，容易进一步聚合，难以得到结晶苷元。
61
苷元遇酸、碱、羰基化合物和氨基酸等都能变色。如车叶草苷与稀酸混合加热，能被水解、聚合产生棕褐色树脂状聚合物沉淀；若用酶水解，则显深蓝色，也不易得到结晶形状的苷元。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。因此，与皮肤接触，也能使皮肤染成蓝色。苷元溶于冰醋酸溶液中，加少量的铜离子，加热，也能显示蓝色。
62
（3）环烯醚萜的结构分类 及重要代表物 A：环烯醚萜苷类：环烯醚萜类成分多以苷的形式存在，以10个碳的环烯醚萜苷类占多数，其结构上C1羟基多与葡萄糖形成苷类，且大多数为单糖苷，C11有的氧化成羧酸，并可以形成酯。
63
栀子苷、京尼平苷、京尼平苷酸是清热泻火中药山栀子的主成分。其中京尼平苷有显著的泻下作用和利胆作用，并且京尼平苷和京尼平苷酸对应力负荷小鼠的性行为，学习行为低下示有预防效果，而京尼平苷苷元具有显著的促进胆汁分泌作用和泻下作用。 鸡屎藤苷是鸡屎藤的主要成分，其C4位羟基形成γ-内酯，而C10位的甲硫酸酯在鸡屎藤组织损伤时，由于酶解的作用而产生甲硫醇，故鸡屎藤叶具有恶嗅而得名。
64
4-去甲基环烯醚萜苷类是环烯醚萜的降解苷，由9个碳原子构成，环上取代情况与环烯醚萜类似
B：4-去甲基环烯醚萜苷类 4-去甲基环烯醚萜苷类是环烯醚萜的降解苷，由9个碳原子构成，环上取代情况与环烯醚萜类似 桃叶珊瑚苷是车前草清湿热、利小便的有效成分，药理实验证实桃叶珊瑚苷的苷元及其多聚体有抗菌作用，是一种抗菌素。 梓醇又称梓醇苷，是地黄中降血糖作用的主要有效成分，并有很好的利尿作用，这些与地黄的药效相一致。 梓苷存在与梓实中，梓苷的药理作用和梓醇相似。
65
裂环环烯醚萜苷是由环烯醚萜苷苷元部分在C7-C8处开环衍生而来的苦味苷。
这类化合物在龙胆科、茜草科、木犀科等植物中分布广泛，尤其在龙胆科的龙胆属和獐牙菜属植物中存在更为普遍。
69
三 倍半萜 （一）概述 倍半萜（sesquiterpenoids）化合物分布较广，在木兰目、芸香目、山茱萸目及菊目植物中最丰富，倍半萜类化合物与单萜类化合物常共存于植物的挥发油中，是挥发油中高沸点部分（250—280℃）的组成部分，倍半萜的含氧衍生物多有较强的香气和生物活性，是医药、食品、化妆品工业的重要原料。倍半萜类是由3个异戊二烯单位组成，含有15个碳原子的化合物类群。倍半萜类化合物在植物体中生物合成的前体物质是焦磷酸金合欢酯（FPP）。
70
绝大多数基本骨架都经由下述反应步骤： 1. trans，trans-FPP或它的异构体trans，cis-FPP中的焦磷酸基与分子中的相关双键结合而脱去，形成正离子。 2. 形成的正离子进一步进攻分子内的其他双键，形成新的环，并伴随着邻位氢原子的移动，发生wagner-meerwein重排，在闭环过程中，产生具有最终生成骨架的正碳离子。 3. 这种正碳离子由于脱氢或者水分子的进攻，最后形成各种烯烃。由上述步骤形成的母核，在经进一步的修饰、重排，构成各种不同的倍半萜类化合物。如图6-6a，图6-6b所示
73
倍半萜类化合物较多，无论从数目上还是从结构骨架的类型上看，都是萜类化合物中较多的一类，T. K
倍半萜类化合物较多，无论从数目上还是从结构骨架的类型上看，都是萜类化合物中较多的一类，T.K.Devon等1970年统计，倍半萜类的基本骨架有30余种主要类型，一般类型也有百余种，包括1000余种化合物，至1976年已有1200余种，近年来在海洋生物中就发现有300多种，1982年的统计显示，倍半萜的结构类型约有200种骨架。 倍半萜化合物，按其结构碳环数分类有：无环型、单环型、双环型、三环型、四环型，其环有五元环、六元环、七元环等，甚至可达十二元环。也有按含氧功能基分为倍半萜醇、醛、酮、内酯等。
74
（二）倍半萜的结构类型及重要的倍半萜类化合物
1：无环倍半萜 金合欢烯又称麝子油烯，有α、β两种构型，在姜、杨芽、依兰及洋甘菊的挥发油中，在啤酒花挥发油中存在的是β构型的金合欢烯。 金合欢醇又称麝子油醇，在金合欢Acacia faresian 花油、橙花油、香茅油中含量较高，为重要的高级香料原料。 橙花醇又称苦橙油醇，具有苹果香，是橙花油中的主要成分之一。
75
2：单环倍半萜 （1）没药烷型 在红没药树脂挥发油、樟油、杨芽挥发油中均含有没药烯，姜烯存在于生姜、莪术、姜黄、百里香等挥发油中。用于活血化淤、舒肝解郁。 姜烯存在于生姜、莪术、姜黄、百里香等挥发油中。用于活血化淤、舒肝解郁。
76
青蒿素是过氧化物倍半萜，是从中药青蒿（黄花蒿）中分离到的抗恶性疟疾的有效成分。
77
鹰爪甲素是从民间治疗疟疾的有效草药鹰爪根中分离出的具有过氧基团的倍半萜化合物，对鼠疟原虫的生长有强的抑制作用。
（2）杜松烷型 棉酚为杜松烷型双分子衍生物，主要存在于棉籽中，具有精子杀灭作用，但副作用较大，此外棉酚有抗菌杀虫活性。
78
为十元大环，存在于牦牛苗科植物大根老鹳草，杜鹃花科兴安杜鹃叶的挥发油中，用于平喘、镇咳。
（3）牦牛儿酮 为十元大环，存在于牦牛苗科植物大根老鹳草，杜鹃花科兴安杜鹃叶的挥发油中，用于平喘、镇咳。
79
3： 双环倍半萜 芹子烯，本品在芹菜种子挥发油中含有。
80
在桉油、厚朴、苍术中含有。
81
（三）愈创木内及奥类 凡具有1，4二甲基-7-异丙基的五元环与七元环并和的结构称为愈创木烷，而五元与七元的并和的芳香环称为奥类。
82
奥类成分在愈创木油、香附子油、桉液油、胡萝卜子油、苍耳子油、蓍草、野菊花、苦艾、泽兰等的挥发油中均有存在，多具有抑菌、抗肿瘤、杀虫等活性。
83
愈创木醇：存在于愈创木木材的挥发油中。愈创木醇类成分在蒸馏、酸处理时可氧化脱氢而形成奥类。
84
奥类化合物的性质 1.在挥发油分级蒸馏时，高沸点馏分中有时可见到蓝色或绿色馏分，这显示有奥类成分。 2.预试挥发油中奥类化合物时，多用溴化反应（Sabety反应），即取挥发油一滴溶于1ml氯仿中，加入5%溴的氯仿溶液，如产生蓝紫色或绿色时。显示有奥类化合物存在，用Ehrich氏试剂（对二甲氨基苯甲醚浓硫酸）挥发油中有奥类化合物时，可产生紫色或红色。
85
3.奥类是一种非苯芳烃化合物，沸点一般在250—300℃，溶于有机溶剂，不溶于水，可溶于强酸，加水稀释又可析出，故可用60—65%硫酸或磷酸提取。
4.奥类化合物也能与苦味酸或三硝基苯试剂产生奥类络合物结晶，此结晶有敏锐的熔点可供测定，所以可以用熔点鉴定。奥分子具有高度共轭体系，所以在可见光（360—700nm）吸收光谱中有强吸收峰。
86
四：二萜和二倍半萜 二萜类化合物的分子式可用（C5H8）4通式代表，在植物中由焦磷酸香叶基香叶酯（GGPP）转化缩合而成，此类化合物的基本骨架主要有20余种，次要的有50余种，许多二萜类化合物具有多方面的活性，如紫杉醇具有很强的抗肿瘤活性，临床用于治疗卵巢癌、乳腺癌、肺癌，疗效较好，颇受医药界重视，临床需求量较大。1972年底美国FDA已批准上市。雷公藤素也具有较强的抗肿瘤活性，穿心莲内酯具有清热解毒活性；丹参醌有抑菌活性，芫花酯有引产活性。
87
也有链状和环状二萜 链状二萜常见的有植物醇 单环二萜常见的有维生素A 穿心莲内酯（二环）、紫杉醇（三环）、丹参醌（三环）、甜菊苷（四环）、高乌甲素（五环）等是多环二萜
88
二倍半萜含有25个碳原子，从50年代末才陆续有所报道，为数不多，发现的活性成分较少。
89
第三节 萜类化合物的理化性质 萜类化合物分布广泛，数目较多，彼此间的结构与性质差异很大，但是它们都是有甲戊二羟酸（MVA）衍生而来的，分子结构中绝大多数具有双键、共轭双键及活波氢原子，而且大多数具有内酯结构，因而具有一些相同的理化。
90
一：萜类化合物的物理性质 1.性状 萜类化合物中的单萜和倍半萜多数为具有特殊香气的油状液体或低熔点的固体（如薄荷脑的熔点约为42—43℃）。在常温下可以挥发，单萜的沸点比倍半萜的沸点低，含氧功能基的萜类化合物的沸点比不含氧功能基的萜类化合物高。多数萜类化合物味苦，但有的萜类化合物如甜菊苷具有较强的甜味，且甜味为蔗糖的300倍。多数萜类化合物有光学活性。
91
2 溶解性 萜类化合物脂溶性较强，易溶于有机溶剂中，难溶于水，但单萜和倍半萜类由于分子量较小，而且具有挥发性，所以具有随水蒸汽蒸馏的性质。 萜类化合物随着含氧功能基的增加以及与糖结合成苷类化合物，水溶性会相应增大，萜类成苷后，具有一定的亲水性，能溶于热水，易溶于甲醇、乙醇，不溶于亲脂性反对有机溶剂中。
92
二：萜类化合物的化学性质 萜类化合物因大多数具有双键、共轭双键及活波氢原子，而且大多数有含氧的功能基，所以可以发生加成、氧化、脱氢、分子重排等化学反应。
93
第四节 挥发油 一：概述 挥发油（volatile oils）又称精油（essential oils），是植物或中药中一类具有芳香气味的、在常温下能挥发的油状液体的总称。
94
（一） 挥发油的分布 挥发油在植物界分布很广，含有挥发油的药材也很多，在我国野生和栽培的芳香药用植物有数百中之多，约分布在30多个科中，特别是菊科（如苍术、白术、菊花）、芸香科（橙皮、桔皮、花椒）、伞形科（如小茴香、当归）、唇形科（薄荷、藿香）、木兰科（如五味子、八角茴香）等，多数富含挥发油的部位是重要的药材。
95
挥发油存在植物的腺毛、油室、油管、分泌细胞或树脂道中，多数成油滴状存在，也有些与树脂粘液质等共同存在。还有少数以苷的形式存在，如冬绿苷。冬绿苷的水解产物为葡萄糖、木糖及水杨甲酯，水杨甲酯为冬绿油的主要成分。
96
挥发油在植物中的分布，有的植物全株中都含有，有的则在花、果、叶、根或根茎部分器官中含量较高，且随着植物品种的差异，有的同一植物的药用不同，其所含有的挥发油组成也有差异。如樟科桂属植物的树皮挥发油中多含有桂皮醛，叶中则主要含有丁香酚。而根和木质部含樟脑多。有的植物由于采集时间不同，同一药用部位所含的挥发油成分不完全一样，如胡荽子，当果实未熟时，其挥发油主要含桂皮醛和异桂皮醛，成熟时则主要含芳樟醇、杨梅叶烯。
97
对于含挥发油的植物，采集规律一般为： 花——花蕾未开时采； 果实——成熟期； 根茎——秋末冬初； 全草——花期前。
98
（二）挥发油的生物活性和应用 挥发油多具有祛痰、止咳、平喘、驱风、健胃、解热、镇痛、抗菌消炎作用。例如香柠檬油对淋球菌、葡萄球菌、大肠杆菌和白喉菌有抑制作用；柴胡挥发油制备的注射液，有较好的退热效果；丁香油有局部麻醉、止痛作用；土荆芥油有驱虫作用 ；薄荷油有清凉、驱风、消炎、局麻作用；茉莉花油具有兴奋作用，等等。临床上早已应用的有樟脑、冰片、薄荷脑、丁香酚、百里香酚等。随着“回归自然”热潮的掀起，利用精油的芳香疗法又重新崛起。
99
挥发油不仅在医药上具有重要的作用，在香料工业中应用也极为广泛。在香料工业生产上，尚有“浸膏”、“净油”、“香膏”、“头香”等制品，多用低沸点的溶剂浸提而得。芳香浸膏是以香花为原料，经浸提、浓缩的制品。净油有完全溶于乙醇的含义。有些 芳香植物原料，以乙醇提取、浓缩的产品称为香膏。鲜花的浸提一般不直接用乙醇为溶剂，如桂花、茉莉花等浸膏多采用石油醚、苯冷浸制备，如用脂肪吸收法制备则称“香脂”。头香是用冷冻法或多孔聚合树脂吸附法所得到的鲜花芳香成分。多为鲜花中低沸点的组分，往往是能真实地反映鲜花天然香气的成分。
100
挥发油在日用食品工业上也是重要的原料。 (三) 组成和分类 各种挥发油所含成分比较复杂，一种挥发油中常常含有几十种到一二百种成分，如草莓挥发油中已检出100多中成分，保加利亚玫瑰由中已检出275种化合物，一种挥发油组成成分虽多，但往往其中某些成分所占的分量较大，且有一定的比例，所以仍能具有一定的性质 .
101
挥发油中所含的化学成分主要有以下四类 1.萜类化合物 挥发油中的萜类成分，主要是单萜及倍半萜类化合物，其中含氧衍生物多半是生物活性较强或芳香气味的主要成分，它们的结构类型已在前面讨论过了。
102
2.芳香族化合物 在挥发油中，芳香族化合物仅次于萜类化合物，存在也相当广泛，挥发油中的芳香族化合物的来源大致有两种: 一种是萜源衍生物，如百里香草酚、 孜然芹烯、α-姜黄烯等。 另一种是苯丙烷类衍生物，其结构多具有C6-C3骨架、多有一个丙烷基的苯酚化合物或其酯类。例如桂皮醛存在于桂皮油中，茴香醚为八角茴香及茴香油中的主成分，丁香酚为丁香油中的主成分，α-细辛醚及β-细辛醚为菖蒲及石菖蒲挥发油中的主成分。
105
3.脂肪族化合物 一些小分子脂肪族化合物在挥发油中常有存在。例如甲基正壬酮在鱼腥草、黄柏果实及芸香挥发油中，正葵烷存在于桂花的头香成分中。在一些挥发油中还常含有小分子醇、醛及酸类化合物。如正壬醇存在与橙皮挥发油中，异戊醛存在于橘子、柠檬、薄荷、铵叶、香茅等挥发油中。
106
4其它化合物 除了上述三类化合物外，还有一些挥发油样物质，如芥子油、挥发杏仁油、原白头翁素、大蒜油等，也能随水蒸气蒸馏，故也称之为“挥发油”。黑芥子油是芥子苷经酶水解后产生的异硫氰酸烯丙酯，挥发杏仁油是苦杏仁苦杏仁苷经水解后产生的苯甲醛，原白头翁素是毛茛苷水解后产生的物质，大蒜油是打大蒜中大蒜氨基酸水解后产生的物质，如大蒜辣素等。 此外，如川芎、麻黄等挥发油中的川芎嗪以及菸碱、毒藜碱等生物碱，也是可以随水蒸气蒸馏的液体，但这些化合物往往不做挥发油类成分对待。
107
二：挥发油的性质 1. 颜色：挥发油大多数为无色或微显淡黄色的透明的油状液体。有些挥发油中含奥类成分，或溶有色素而具有特别的颜色。 2. 气味：所有的挥发油都具有特殊的气味。有辛辣烧灼的感觉。 3.挥发性：常温下可挥发，涂在纸板上，不留油渍，可与脂肪或油脂区别。
108
4. 溶解性：挥发油不溶于水而易溶于各种有机溶剂中，如石油醚、乙醚、CS2、油脂等，在高浓度的乙醇中能全部溶解，而在低浓度乙醇中只能溶解一定数量。
5. 状态：挥发油在常温下为液体，有的在冷却时其主要成分可能结晶析出。这种结晶习称“脑”，如薄荷脑、樟脑等，滤去析出物的油称为“脱脑油”，如薄荷油的脱脑油习称“薄荷素油”，但仍含有约50%的薄荷脑。
109
5.不稳定性：挥发油与空气及光线经常接触会逐渐氧化变质，使挥发油的比重、颜色变深，失去原来的香味，并能形成树脂样物质，也不能在随水蒸气蒸馏了，挥发油的气味，往往是其品质优劣的重要标志。因此，制备挥发油方法的选择很重要。产品也要装入棕色瓶内密塞并低温保存。
110
7 物理常数：挥发油多数比水轻，有比水重的如丁香油、桂皮油，挥发油的比重在0. 85—1
7 物理常数：挥发油多数比水轻，有比水重的如丁香油、桂皮油，挥发油的比重在0.85—1.065之。挥发油几乎都有光学活性，比旋度在97—117°之间，且有强的折光性，折光率在1.43—1.61之间。挥发油的沸点一般在70—300℃之间，挥发油具有随水蒸气蒸馏的性质。
111
8. 化学常数： 酸价、酯价是指示挥发油质量的重要的化学指标。此外还可以测定碘价、乙酰价、含醇量、含酮量、含醛量等。 酸价：是代表挥发油中游离的强酸和酚酸类成分的含量，中和1g挥发油中的游离羧酸和分类所需要的NaOH的mg数，即为挥发油的酸价。 酯价：酯价代表挥发油中酯的含量，使1g挥发油中的酯水解所需要的KOH的mg数即为酯价。
112
三：挥发油的提取 （一）水蒸气蒸馏法 水蒸气蒸馏法是从中草药中提取挥发油最常用的方法 根据操作方法的不同，分为直接蒸馏法和通入水蒸气蒸馏法两种方法。
113
直接蒸馏法是将中草药与水共同煮沸，挥发油随水蒸气蒸馏出来。
前者方法虽然简单，但因受热温度较高，有可能是挥发油中的某些成分发生分解，同时因过热还可能使中草药焦化，影响挥发油的质量，应加注意。 直接蒸馏法是将中草药与水共同煮沸，挥发油随水蒸气蒸馏出来。 通入水蒸气蒸馏法是将原料置于有孔隔板网上，当底部的水受热蒸出来，挥发油随水蒸气一并馏出，原料与水不直接接触。 两种方法的比较:
114
蒸出的挥发油冷却后即与水分层，浮于水面（少数沉于水的下层），可将油层分出，如果挥发油在水中溶解度稍大，不易分层，可采用盐析法，加NaCl搅拌溶液使成饱和溶液，放置后可促使挥发油自水中析出，或盐析后再用低沸点有机溶剂萃取，使挥发油自水中析出。
115
(二)浸取法 含挥发油的原料可用低沸点的有机溶解浸取。常用的方法有油脂吸收法，溶剂萃取法、超临界流体萃取法。
116
1.油脂吸收法 提取贵重的挥发油如玫瑰油、茉莉花油等，常采用吸收法进行。 方法是用无臭味的豚脂3份与牛脂2份的混合物，均匀地涂在面积50×100cm的玻璃板两面，然后将此玻璃板嵌入5—10cm高的木制框架中，在玻璃板上面铺有金属网，网上放一层新鲜鲜花瓣，这样一个个的木框玻璃板重迭起来，花瓣被包围在两层脂肪中间，挥发油逐渐被脂肪吸收，每一、二天更换新鲜花瓣，约一周后，待脂肪充分吸收芳香成分后，刮下脂肪，即为香脂，可直接供香料工业用，也可加入无水乙醇共搅，醇溶液减压蒸去乙醇即得净油。
117
此外，还有应用活性碳或大孔树脂吸收挥发油的，一般将鲜花置于大容器中，通入空气或惰性气体，将饱和了挥发油的气体导入装满吸附剂的柱或桶中，最后将充分吸收挥发油的吸附剂，用低沸点的溶剂提取，花中芳香成分有的呈配糖体存在，经酶解作用缓缓释放出香气来，因之吸收法的芳香成分收率要多一些，但所耗费也高一些。
118
2.有机溶剂萃取法 用石油醚（30——60℃），乙醚、苯、CS2、CCl4、戊烷。浸取的方法可采用回流连续进出或冷浸法。提取液低温蒸去溶剂，则残留挥发油。此法所得的挥发油含杂质较多，原料中其它脂溶性成分如树脂、油脂、蜡等也同时被提出。因此，还需要进一步精制，精制时将挥发油的精品加入适量浓乙醇处理，放冷至-20℃，分出所析出的固体物，然后减压低温蒸去乙醇，可得较纯的挥发油。
119
3.超临界流体萃取法 当一种物质处于其临界温度与临界压力以上的状态下，形成既非液体又非气体的单一相态，称为“超临界流体”，此时其流体密度近似液体，粘度有气体的数倍，其扩散力比液体大大增加，其介电常数也随压力增大而增加，有利于溶质的萃取，特别是性质不稳定、易热解物质的提取，挥发油就是这样一类物质，利用一种物质在超临界区域内形成流体进行提取的方法，称为“超临界流体萃取法”
120
常用作超临界流体的物质有CO2、NO、乙烷、乙烯及甲苯等。
由于超临界流体萃取工艺技术要求高，设备费用投资大，在我国应用还不普遍。但是用这种技术所得的挥发油气味与原料相同，明显优于其它方法。
121
（三）冷压法 柑、桔、柠檬果皮含挥发油较多的新鲜原料，可经撕裂粉碎冷压后静置分层，或用离心机分出油分，即得粗品。此法所得挥发油可保持原有的新鲜香味，但可能溶出原料中的不挥发性的物质，如柠檬油常溶出原料中的叶绿素，而使柠檬油呈绿色。
122
（四）冷冻法 将鲜花原料（花蕾）放置在金属容器内，在一不完全密闭的体系中，用吹气通过冷阱冷冻收集鲜花香气，连续5—6小时后，在冷阱中可得到头香样品，例如白兰花花蕾3kg在冷阱中得头香样品14ml，其中油相可达7ml。
123
四：挥发油的分离 从植物中提取出来的挥发油往往为化合物，根据要求和需要，可作进一步分离与纯化，以获得单体成分，常用方法如下： （一）冷冻处理
将挥发油置于0℃以下使析出结晶（习称脑），如无结晶析出可将温度降至-20℃，继续放置。取出结晶再经重结晶可得纯品，例如如薄荷油冷至-10℃，放置12小时析出第一批粗脑，油再在-20℃冷冻24小时可析出第二批粗脑，粗脑加热熔融在0℃冷冻可得较纯薄荷脑。
124
（二）分馏法 由于挥发油的组成成分对热及空气中的氧敏感，因此分馏时宜在减压下进行。通常在35—70℃/10mmHg被蒸馏出来的为单萜烯类化合物，在70—100℃/10mmHg被蒸馏出来的为单萜烯的含氧化合物，在更高的温度被蒸馏出来的是倍半萜烯极其含氧衍生物，有的倍半萜含氧化合物的沸点很高，所得的各馏分中的组成成分有时呈交叉情况.
125
蒸馏时，在相同压力下，收集同一温度蒸馏出来的部分为一馏分，将各馏分分别进行薄层层析或气相层析，必要时结合物理常数如比重、折光率、比旋度等的测定，来了解其是否已初步纯化，是否还许需要经过适当的处理分离，才能获得纯品，例如薄荷油在200—220℃的馏分，主要是薄荷脑，在0℃下低温放置，即可得到薄荷脑的结晶，在进一步重结晶就可得到纯品。
126
（三）化学方法 1. 酚酸类成分的分离 将挥发油溶于乙醚中，先后用3-5%的碳酸钠溶液及氢氧化钠溶液先后震摇萃取，所得的碱性溶液分别酸化后以乙醚萃取，前者可得酸类化合物，后者可得酚类化合物，例如用丁香挥发油提取丁香酚，可采用本法。
127
2 碱性成分的分离 可将挥发油溶于乙醚，加10%盐酸或硫酸萃取，分取酸水层，碱化，用乙醚萃取，蒸去乙醚就可得到碱性成分。 3.醛酮类成分的分离
128
分出酸、酚、碱性成分的挥发油母液，经水洗至中性，以无水NaSO4干燥后，加NHSO3饱和溶液振摇，一般有加成物析出，分出水层或加成物结晶，加酸或碱处理，使加成物水解，以乙醚萃取，可得醛酮类化合物，也可将挥发油与吉拉得试剂T或P（Girard I或P）回流1小时，使生成水溶性的缩合物，用乙醚出去不具羰基的 组分，再以酸处理，又可获得羰基化合物，有些酮类化合物和H2S生成结晶状的衍生物，此物质经酸处理又可得到酮类化合物。
131
4. 醇类成分的分离 将挥发油与丙二酸单酰氯或邻苯二甲酸酐或丁二酸酐反应生成酯，在将生成物溶于NaCO3溶液，用乙醚洗去未作用的挥发油，碱溶液酸化，再以乙醚提取所生成的酯，蒸去乙醚残留物经皂化而得到原有的醇类成分。
133
(四)色谱分离法 挥发油的分离用吸附层析法与分馏法配合常获得较好的效果。一般将分馏馏分溶于石油醚等溶剂中，通过氧化铝或硅胶柱，依次用石油醚、乙酸乙酯等，按一定比例组成的溶剂洗脱，洗脱液分别以薄层层析进行鉴定，这样，每一馏分中的组成成分又得到进一步分离。
134
挥发油的层析除了采用一般常规方法外，还可采用硝酸银薄层或柱层析来进行分离。一些含有末端双键、键中双键或环内双键的化合物，可采用硝酸银处理过的硅胶柱层析可得到满意的效果，
136
萜类化合物可依据其双键的数目和位置不同，和硝酸银形成л络合物难易
及稳定性的差别，而得到层析分离。硝酸银在吸附剂中 的含量，一般以2.5%较适宜经济，薄层层析的展层，还和采用连续二次展层及不同展层剂单向展层析法，以获得较好的效果。如细辛醚，β-细辛醚、欧细辛醚，
137
通过含20%AgNO3的硅胶柱，以苯—无水乙醚（5：1）洗脱，分别收集，并用TLC检查，细辛醚因双键二氢为反式，与AgNO3结合不牢，故先洗脱下来，β-细辛醚为顺式，与欧细辛醚比较，因后者为末端双键化合物与AgNO3络合能力强，所以β-细辛醚第二个洗脱下来，欧细辛醚最后被洗脱下来。
138
气相层析是研究挥发油组成的好方法，有些研究应用制备气——液层析，成功的将挥发油成分分开，使得纯品能进一步用四大波谱加以确切鉴定，制备薄层层析结合波谱鉴定，也是常用的方法。
近年来，由于科学技术的飞速发展，对挥发油中各组分的分离鉴定，有了很大的进展，
139
采用气相色谱—质谱—数据采集系统联用（GC/MS/DS）技术，结合薄层层析—光谱（TLC—SP）联用方法，根据萜类化合物及其衍生物质谱碎片规律解析与标准图谱检索对照，并参考文献数据，一一加以确认，这一技术的应用，可以对微量样品的研究，在很段时间内得出比较好的结果，已成为研究挥发油工作中广泛采用的方法。
140
五：挥发油的鉴定 1. 一般鉴定：将石油醚提取液滴在滤纸上，如滤纸上的油斑在空气中能辉散，可能会含挥发油，如果油斑不消失，可能含油脂。
1. 一般鉴定：将石油醚提取液滴在滤纸上，如滤纸上的油斑在空气中能辉散，可能会含挥发油，如果油斑不消失，可能含油脂。 2. 物理常数检识：常用的物理常数有折光率、相对密度、旋光度等。 测定物理常数时，大多数采用测定挥发油的折光率，因测定折光率所需样品极少，而且操作迅速简便，若折光率不符合规定时，其余检查可不必进行。
141
3. 化学常数的检识：酸价、酯价、皂化价是代表挥发油质量的重要指标。
酸价：是代表挥发油中游离的强酸和酚酸类成分的含量，中和1g挥发油中的游离羧酸和分类所需要的NaOH的mg数，即为挥发油的酸价。 酯价：酯价代表挥发油中酯的含量，使1g挥发油中的酯水解所需要的KOH的mg数即为酯价。 皂化价：皂化价是代表挥发油中游离羧酸、酚类和酯类成分的含量，中和、皂化1g挥发油中以上成分所需KOH的mg数，即为皂化价。
142
4 色谱（或层析）检识：挥发油的层析检识常用薄层层析和气相层析。
气相层析是研究挥发油的重要手段之一，对挥发油中的各成分利用相对保留时间进行定性鉴别。而薄层层析因具有操作简便的特点，应用较为广泛。 薄层层析：吸附剂（或载体）200目以上硅胶 180目Ⅱ—Ⅲ级中性氧化铝。 溶质：挥发油
143
展开剂：极性小的成分，以石油醚或正己烷展开
极性较大的含氧衍生物：以石油醚：乙酸乙酯（85：15） 显色剂：香草醛—浓硫酸或香草醛—浓盐酸（喷后，105℃加热，挥发油中成分显不同的颜色）
144
挥发油各类功能基显色剂 （1） 不饱和成分：2%高锰酸钾（粉红色背景上产生黄色斑点） （2） 醛或酮，2，4-二硝基苯阱试剂（呈黄色斑点）醛也可以用氨性硝酸银 （3） 酯及内酯：异羟肟酸铁，（显淡红色） （4） 酚性物质：FeCl3（显绿色或蓝色） （5） 奥类：对二甲氨基苯甲醛（深蓝色斑点）5%溴的氯仿溶液（蓝色斑点）
Similar presentations
