terpenoids and volatile oils

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1 terpenoids and volatile oils
天然药物化学 第六章 萜类和挥发油 terpenoids and volatile oils

2 第六章 萜类和挥发油 第一节 概述 一、萜的含义和分类
第六章 萜类和挥发油 第一节 概述 一、萜的含义和分类 1. 含义：凡是由甲戊二羟酸（Mevalonic acid, MVA）衍生、且分子式符合（C5H8）n通式的衍生物均称为萜类化合物。 异 戊 二 烯 甲 戊 二 羟 酸 2. 特点：（1）化学结构大多具有异戊二烯结构片断， 其骨架以5个碳为基本单位。 （2）绝大多数萜类化合物为含氧衍生物。 （3）有的萜类化合物以苷的形式存在，如环烯醚萜苷 类成分；有的萜类化合物分子中含有氮原子，称 为萜类生物碱，如乌头碱。

3 第六章 萜类和挥发油 第一节 概述 一、萜的含义和分类 3.分类 （1）按照异戊二烯的数目进行分类 分类 碳原子数 通式(C5H8)n 存在
第六章 萜类和挥发油 第一节 概述 一、萜的含义和分类 3.分类 （1）按照异戊二烯的数目进行分类 分类 碳原子数 通式(C5H8)n 存在 半萜 5 n=1 植物叶 单萜 10 n=2 挥发油 倍半萜 15 n=3 二萜 20 n=4 树脂、苦味质 二倍半萜 25 n=5 海绵、细菌 三萜 30 n=6 皂苷、树脂 四萜 40 n=8 色素 多聚萜 (C5H8)n 橡胶

4 第六章 萜类和挥发油 第一节 概述 一、萜的含义和分类 3.分类 （2）同时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:
第六章 萜类和挥发油 第一节 概述 一、萜的含义和分类 3.分类 （2）同时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: 不含环： 链状萜 含一个环：单环萜 含二个环：双环萜 含三个环：三环萜 含四个环：四环萜 含环

5 第六章 萜类和挥发油 第一节 概述 一、萜的含义和分类 4．分布：是各类天然物质中最多的一类成分。
第六章 萜类和挥发油 第一节 概述 一、萜的含义和分类 4．分布：是各类天然物质中最多的一类成分。 据不完全统计萜类化合物超过了22000多种。

6 第六章 萜类和挥发油 第一节 概述 5．生物活性：萜类化合物具有广泛的生物活性。 如：抗炎、抗菌：穿心莲内酯（二萜）
第六章 萜类和挥发油 第一节 概述 5．生物活性：萜类化合物具有广泛的生物活性。 如：抗炎、抗菌：穿心莲内酯（二萜） 抗恶性疟疾：青蒿素（倍半萜）， 抗癌（乳腺癌、肺癌）：紫杉醇（二萜）， 提高机体免疫力：人参皂苷（三萜）， 抑制血小板凝集、扩张冠状动脉、增强免疫功能：如芍药苷 促进肝细胞再生活性：如齐墩果酸 降血脂、降血清总胆固醇活性：如泽泻萜醇A(alisol A)。 抗菌消炎活性：如雪胆甲素(cucubitacin IIa)、雪胆乙素(cucubitacin，IIb)。

7 第六章 萜类和挥发油 第一节 概述 二.萜类的生源学说 萜类化合物的生源主要有如下两种观点： 1、经验的异戊二烯法则 2、生源的异戊二烯法则
第六章 萜类和挥发油 第一节 概述 二.萜类的生源学说 萜类化合物的生源主要有如下两种观点： 1、经验的异戊二烯法则 2、生源的异戊二烯法则 （一）．经验的异戊二烯法则： 1887年Wallach提出：自然界存在的萜类化合物是由异戊二烯衍生而成的首尾相连的聚合体及其衍生物。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。

8 第六章 萜类和挥发油 第一节 概述 二.萜类的生源学说 （一）．经验的异戊二烯法则： 局限性： 1、天然界中不存在游离的异戊二烯。
第六章 萜类和挥发油 第一节 概述 二.萜类的生源学说 （一）．经验的异戊二烯法则： 局限性： 1、天然界中不存在游离的异戊二烯。 2、某些萜类化合物的碳架不符合异戊二烯基本单元，如：苍耳醇(xanthanol)、扁柏酚(hinokitiol)、土青木香酮 (aristolone)、艾里木芬酮 (eremophilone)，等等。

9 第六章 萜类和挥发油 第一节 概述 二.萜类的生源学说 （二）．生源的异戊二烯法则：
第六章 萜类和挥发油 第一节 概述 二.萜类的生源学说 （二）．生源的异戊二烯法则： 德国学者Ruzicka于1938年提出了生源异戊二烯法则: 萜类化合物是由甲戊二羟酸（MVA）衍生途径衍生而来。 甲戊二羟酸 酶 脱水 焦磷酸异戊烯酯(IPP) 衍生 萜类化合物 少数萜类结构不符合异戊二烯法则，是因为在转变过程中产生异构化或发生降解反应的结果。

10 第二节、萜类的结构类型及代表性化合物 一、单萜 （monoterpenoids）
1、单萜类是由2个异戊二烯单位构成、含10个碳原子的化合物及其衍生物。典型单萜的分子式为（C5H8 ）2 。 2、分布 广泛分布于高等植物的腺体、油室和树脂道等分泌组织中，是植物挥发油的主要组成成分，在昆虫激素及海洋生物中也有存在。 常见科： 唇形科、伞形科、松科、菊科、樟科、芸香科、龙脑科等

11 第二节、萜类的结构类型及代表性化合物 一、单萜 （monoterpenoids） 3、分类 根据结构中碳环的有无及数目分类： 链状单萜
单环单萜 双环单萜 单萜化合物最多。

12 第二节、萜类的结构类型及代表性化合物 一、单萜

13 第二节、萜类的结构类型及代表性化合物 一、单萜 （monoterpenoids） （一）、链状单萜 代表化合物：
香叶醇（geraniol)： 香茅醇（citronellol 橙花醇（nerol 以上三种萜醇都是玫瑰香系香料，是很重要的香料化工原料。

14 第二节、萜类的结构类型及代表性化合物 一、单萜 （monoterpenoids） （二）、环状单萜 代表化合物：
薄荷醇（menthol):是薄荷和欧薄荷等挥发油中主要的组成成分。其左旋体（L-menthol)习称“薄荷脑”。对皮肤和粘膜有清凉和弱的麻醉作用，用于镇痛、止痒，亦有防腐、杀菌作用。

15 第二节、萜类的结构类型及代表性化合物 一、单萜 （monoterpenoids） （二）、环状单萜
龙脑（borneol）：俗称“冰片”，又称樟醇，具有发汗、兴奋、镇静、驱虫等作用。还具有显著的抗缺氧功能，用于治疗冠心病和心绞痛。 d－龙脑 l－龙脑 樟脑（camphor）：具有局部刺激和防腐作用。

16 第二节、萜类的结构类型及代表性化合物 一、单萜 （monoterpenoids） （二）、环状单萜
芍药苷（paeoniflorin）是从芍药Paeonia albiflora根中得到的单萜类苦味苷，对小鼠显示有镇静、镇痛及抗炎等药理作用

17 第二节、萜类的结构类型及代表性化合物 一、单萜 （monoterpenoids） （三）、卓酚酮
卓酚酮类化合物是一类变形的单萜，它们的碳架不符合异戊二烯定则，该类化合物多具有抗菌活性，但同时多有毒性。 其基本结构骨架都有一个七元环和一个异丙基的结构。 较简单的卓酚酮类化合物是一些真菌的代谢产物，在柏科的心材中也含有。例如： β－崖柏素 α－崖柏素 γ －崖柏素

18 第二节、萜类的结构类型及代表性化合物 一、单萜 （monoterpenoids） （四）环烯醚萜（iridoids）
环烯醚萜是含有环戊烷结构单元的环状单萜衍生物，是单萜类化合物中的结构特殊的化合物。是蚁臭二醛 (iridodial)的缩醛衍生物。 烯醇化 羟醛缩合 环烯醚萜 蚁臭二醛

19 第二节、萜类的结构类型及代表性化合物 二、环烯醚萜（iridoids） 分布：环烯醚萜及其苷类在植物界分别较广泛，常见于双子叶植物。
常见科：唇形科、茜草科、龙胆科 常见中药：地黄、玄参、栀子 据不完全统计：已从植物中分离并鉴定结构的环烯醚萜类化合物超过800种，其中大多为苷类。

20 第二节、萜类的结构类型及代表性化合物 二、环烯醚萜（iridoids） 理化性质： 1.白色结晶或粉末，旋光，味苦
2.易溶水、甲醇，可溶乙醇、丙酮 3.半缩醛结构： 易聚合，不易得苷元 酸、碱、氨基酸——变色 与皮肤接触——蓝色

21 第二节、萜类的结构类型及代表性化合物 二、环烯醚萜（iridoids）
常用中药地黄、玄参、栀子、龙胆、车前子、山茱萸、马钱子、肉苁蓉等都含有环烯醚萜类成分。 代表化合物： 1、环烯醚萜苷类 栀子苷 Gardenoside 清热、泻火

22 第二节、萜类的结构类型及代表性化合物 二、环烯醚萜（iridoids） 2、4-去甲环烯醚萜苷类 梓醇（梓醇苷） Catapol
中药地黄中降血糖的主要有效成分，并有很好的利尿作用。

23 第二节、萜类的结构类型及代表性化合物 二、环烯醚萜（iridoids） 代表化合物： 3、裂环环烯醚萜苷类 龙胆苦苷
gentiopicroside

24 第二节、萜类的结构类型及代表性化合物 三、倍半萜（sesquiterpenoids） （一）、概述：
1、含义：是由3个异戊二烯单位构成、含15个碳原子的化合物 类群。 2、分布：主要分布在植物界和微生物界。海洋低等动物（海藻、 软体动物等）、昆虫中也有发现。 多以挥发油的形式存在。 在植物中多以醇、酮、内酯或苷的形式存在。 亦有以生物碱形式存在。

25 第二节、萜类的结构类型及代表性化合物 三、倍半萜（sesquiterpenoids） （二）无环倍半萜

26 第二节、萜类的结构类型及代表性化合物 三、倍半萜（sesquiterpenoids） （二）环状倍半萜
青蒿素（qinghaosu, artemisinin） 是倍半萜过氧化物，是从中药青蒿（黄花蒿Artemisia annua L.）中分离到的抗恶性疟疾的有效成分。

27 第二节、萜类的结构类型及代表性化合物 三、倍半萜（sesquiterpenoids） （二）环状倍半萜
鹰爪甲素（yingzhaosu）是从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。

28 第二节、萜类的结构类型及代表性化合物 三、倍半萜（sesquiterpenoids） （三）薁类（azulenoids）
薁类是由五元环与七元环骈和而成的一种非苯环芳烃化合物，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、极性小，溶于乙醚、石油醚、乙醇等有机溶剂。不溶于水。 溶于强酸。故可用60％～65％H2SO4 or H3PO4提取薁类。 药材 乙醇 乙醇提取液 酸水液 60％H2SO4 加水稀释 薁类

29 第二节、萜类的结构类型及代表性化合物 三、倍半萜（sesquiterpenoids） （三）薁类（azulenoids） 性质：
2、薁类可与苦味酸或三硝基苯形成具有敏锐熔点的π络合物，可供鉴别使用，亦可在可见光（360～700nm)吸收光谱中观察到强吸收峰。 3、 沸点高(250～300 ℃ ），挥发油分馏时可见美丽的蓝、紫、绿色现象时，示有薁类存在

30 第二节、萜类的结构类型及代表性化合物 三、倍半萜（sesquiterpenoids） （三）薁类（azulenoids） 性质：
4、 Sabety反应:可与溴-氯仿溶液产生蓝色或绿色 5、 可与Ehrlich试剂（对-二甲氨基苯甲醛、浓硫酸）反应产生紫色、红色

31 第二节、萜类的结构类型及代表性化合物 三、倍半萜（sesquiterpenoids） （三）薁类（azulenoids）
愈创木薁 愈创木醇 2，4-二甲基-7-异丙基薁 S Se 200 ℃

32 第二节、萜类的结构类型及代表性化合物 四、二萜（diterpenoids） （一）概述
成、含20个碳原子的化合物类群。 它们的结构显示多样性，但生源上的前体均为焦磷酸香叶基香叶酯（GGPP)，几乎都呈环状结构。 2、分布:二萜广泛分布于植物界，植物分泌的乳汁、树脂等均以二萜类衍生物为主，尤以松柏科植物最为普遍。除植物外，菌类代谢产物中也发现有二萜，从海洋生物中也有为数较多的二萜衍生物。

33 第二节、萜类的结构类型及代表性化合物 四、二萜（diterpenoids） （一）概述
3、生理活性：许多二萜的含氧衍生物具有多方面的生物活性，如：紫杉醇：抗癌（乳腺癌、肺癌） 穿心莲内酯：抗炎、抗菌，治疗急性菌痢、感冒发热 雷公藤内酯：抗炎、免疫抑制 甜菊苷等都具有较强的生物活性。

34 第二节、萜类的结构类型及代表性化合物 四、二萜（diterpenoids） （二）分类及代表化合物 1、链状二萜
链状二萜类化合物在自然界存在较少，

35 第二节、萜类的结构类型及代表性化合物 四、二萜（diterpenoids） （二）分类及代表化合物 2、环状二萜
维生素A(vitamin A )是一种重要的脂溶性维生素，主要存在于动物肝中，维生素A 与眼睛的视网膜内的蛋白质结合，形成光敏感色素，是保持正常夜间视力的必需物质， 维生素 A

36 第二节、萜类的结构类型及代表性化合物 四、二萜（diterpenoids） （二）分类及代表化合物 2、环状二萜
穿心莲内酯为穿心莲Andrographis paniculata中抗菌消炎作用的活性成分

37 第二节、萜类的结构类型及代表性化合物 四、二萜（diterpenoids） （二）分类及代表化合物 2、环状二萜
紫杉醇是红豆杉Taxus spp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。

38 第二节、萜类的结构类型及代表性化合物 四、二萜（diterpenoids） （二）分类及代表化合物 2、环状二萜
银杏内酯及银杏双黄酮是银杏制剂中治疗心脑血管疾病的有效成分

39 第二节、萜类的结构类型及代表性化合物 四、二萜（diterpenoids） （二）分类及代表化合物 2、环状二萜
雷公藤甲素对乳腺癌和胃癌细胞系集落形成有抑制作用 R R R3 雷公藤甲素(triptolide) H H CH3 雷公藤乙素 (tripdiolide) OH H CH3 雷公藤内酯(triptolidenol) H OH CH3 16-羟基雷公藤内酯醇 H H CH2OH (16-hydroxytriptolide) 39

40 第二节、萜类的结构类型及代表性化合物 四、二萜（diterpenoids） （二）分类及代表化合物 2、环状二萜
关附甲素：中药关白附中的具抗心律失常 的活性成分，已进入国家I类新 药研制的III期临床研究。

41 第二节、萜类的结构类型及代表性化合物 四、二萜（diterpenoids） （二）分类及代表化合物 2、环状二萜
甜菊苷:甜菊叶中由不同糖组成的甜味苷。 甜菊苷 甜菊苷A 甜菊苷D 甜菊苷E

42 第六章 萜类和挥发油 第三节 萜类化合物的理化性质
第六章 萜类和挥发油 第三节 萜类化合物的理化性质 一、物理性质 1、形态：单萜和倍半萜类多为具有特殊香气的油状液体，在常温下可以挥发，或为低熔点的固体。 二萜和二倍半萜多为结晶性固体。 2、味：萜类化合物多具有苦味，有的味极苦，所以萜类化合物又称苦味素。但有的萜类化合物具有强的甜味，如具有对映-贝壳杉烷骨架（ent-kaurane）的二萜多糖苷—甜菊苷的甜味是蔗糖的300倍。

43 第六章 萜类和挥发油 第三节 萜类化合物的理化性质
第六章 萜类和挥发油 第三节 萜类化合物的理化性质 一、物理性质 3、旋光性：大多数萜类具有不对称碳原子，具有光学活性。 4、溶解度：萜类化合物亲脂性强，随着含氧官能团的增加或成苷的萜类，则水溶性增加。萜类的苷有一定的亲水性。 5、稳定性：对高热、光、酸碱较敏感

44 第六章 萜类和挥发油 第四节 萜类化合物的提取分离
第六章 萜类和挥发油 第四节 萜类化合物的提取分离 一、提取 萜的苷亲水较强，苷元脂溶性较强。 1、溶剂提取法 2、碱提取酸沉淀法 3、活性炭吸附法 4、大孔树脂吸附法

45 第六章 萜类和挥发油 第四节 萜类化合物的提取分离
第六章 萜类和挥发油 第四节 萜类化合物的提取分离 二、分离 1、结晶法分离 大部分萜类化合物都易结晶，故可选用重结晶方法进行分离。 2、柱色谱分离 1）常用吸附柱色谱。 常用吸附剂：硅胶，几乎所有的萜类化合物都可以选用硅胶柱色谱。 洗脱剂：非极性有机溶剂，如：正己烷、石油醚、乙醚、苯或乙酸乙酯等。 但实际大多选用混合溶剂：石油醚－乙酸乙酯，苯－氯仿 2）硝酸银色谱法：不同萜类化合物的双键数目和位置不同，与硝酸银形成π络合物难易程度和稳定性有差别，借此分离。

46 第六章 萜类和挥发油 第四节 萜类化合物的提取分离
第六章 萜类和挥发油 第四节 萜类化合物的提取分离 二、分离 3、利用结构中特殊官能团进行分离 如：倍半萜内酯在碱条件下开环，加酸又闭合，从而得到分离。 萜类生物碱也可以用酸碱法分离。 不饱和双键、羰基 等可用加成的方法制备衍生物进行分离。

47 第六章 萜类和挥发油 第五节 挥发油（volatile oils）
一、概述 1、概念：又称精油（essential oils），是一类具有芳香气味 的、在常温下能挥发、可随水蒸汽蒸馏的油状液体的总称。 2、分布：挥发油类成分主要存在于种子植物中，尤其是芳香植物中。1/3中草药中均含有挥发油。 常见科：菊科（菊、蒿），芸香科（芸香、橙），伞形科（小茴香、芫荽），唇形科 （薄荷、藿香），蔷薇科（玫瑰花、月季花）。 3、生理活性：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。

48 第六章 萜类和挥发油 第五节 挥发油（volatile oils）
二、组成和分类 挥发油是一类混合物，大体可分4类: 1、萜类化合物：主要是单萜、倍半萜和它们含氧衍生物， 2、芳香族化合物：如桂皮醛、茴香醚、丁香酚等。

49 第六章 萜类和挥发油 第五节 挥发油（volatile oils）
二、组成和分类 3、脂肪族化合物：主要是小分子脂肪族化合物（如正癸烷存在于桂花的头香成分中）；小分子醇、醛及酸类化合物（如正壬醇存在于陈皮挥发油中）。 4、其它类化合物：除上述三类化合物外，还有一些挥发油样物质，如芥子油、挥发杏仁油、大蒜油等，也能随水蒸气蒸馏，故也称之为“挥发油”。 此外，如川芎、麻黄等挥发油中的川芎嗪以及菸碱（尼古丁）、 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作为挥发油类成分对待。

50 第六章 萜类和挥发油 第五节 挥发油（volatile oils）
三、理化性质 （一）性状 1. 颜色：大多为无色或淡黄色液体，有些具特殊的颜色。  2. 形态：在常温下为透明液体。某些种类在低温放置所含主要成分可能析出结晶，这种析出物习称为"脑"，如薄荷脑、樟脑等；滤去析出物的油称为"脱脑油"。 3. 气味：常常具有特殊气味，多数为香味。也有少数具有异味，如鱼腥草挥发油具有不愉快的臭味。    4. 挥发性：挥发油均具有挥发性，可随水蒸气蒸馏，这是挥发油的重要性质，利用此性质与脂肪油相区别。

51 第六章 萜类和挥发油 第五节 挥发油（volatile oils）
三、理化性质 （二）溶解性 挥发油为亲脂性的物质，难溶于水，可溶于高浓度乙醇，易溶于乙醚、石油醚等亲脂性有机溶剂。 （三）物理常数 1、相对密度：多数挥发油比水轻，习称为“轻油”； 也有少数挥发油比水重，习称为“重油”，其相对 密度一般在 之间。 2. 折光性：挥发油具有较强的折光性，其折光率一般在 之间。 3. 旋光性：挥发油几乎均有旋光性，其比旋度一般在 °的范围内。 4. 沸点：挥发油的沸点一般在 ℃之间。

52 第六章 萜类和挥发油 第五节 挥发油（volatile oils）
三、理化性质 （四）氧化反应 挥发油长时间暴露在空气中或置于光线下，可逐渐发生氧化变质反应，使挥发油的相对密度增大，粘度增大，颜色加深，失去原有的香味。因此，挥发油应置于棕色瓶内，密塞，低温保存。

53 第六章 萜类和挥发油 第五节 挥发油（volatile oils）
四、挥发油的提取 （一）、水蒸气蒸馏法： 利用挥发油的挥发性和与水不相混溶的性质进行提取。 在加热过程中，当挥发油和水两者蒸汽压之和与大气压相等时，挥发油即可随水蒸气蒸馏出来。 提取挥发油最常用方法。 优点：设备简单，操作容易，成本低、产量大、挥发油的回 收率较高。 缺点：但受热时间较长，对有些挥发油的质量可能有一定的 影响。

54 第六章 萜类和挥发油 第五节 挥发油（volatile oils）
四、挥发油的提取 （二）、浸取法： 1、油脂吸收法：油脂类一般具有吸收挥发油的性质，可利用此性质提取贵重的挥发油，如玫瑰油、茉莉花油。 2、溶剂萃取法:用石油醚（30-60℃）等有机溶剂，采取回流浸出法或冷浸法； 3、二氧化碳超临界流体萃取法； （三）、冷压法：此法适用于含油量高的新鲜植物药材的提取 。

55 第六章 萜类和挥发油 第五节 挥发油（volatile oils）
四、挥发油成分的分离 1、冷冻处理：挥发油在低温处理下有结晶析出。 2、真空分馏法：根据组成挥发油的成分沸点不同，因此可在一定的温度下蒸馏出一定的挥发油。由于挥发油的组成成分对热及空气中O2较敏感，因此分馏时宜在减压下进行。 3、化学方法：1）利用酸、碱性不同进行分离，2）利用官 能团特性进行分离；