中药化学成分及生物合成简介.ppt

第二章中药化学成分的一般研究方法,第一节中药化学成分及生物合成途径简介第二节中药有效成分的提取、分离方法第三节中药有效成分化学结构研究方法,基本要求掌握主要中药化学成分：生物碱、醌类、糖、苯丙素、黄酮、萜类、甾体等。了解中药化学成分的主要生物合成途径；结构研究方法。,第一节中药化学成分及生物合成途径简介,一、中药化学成分类型二、各类中药化学成分的主要生物合成途径,（一）生物碱（alkaloids）,是生物界除生物体必须的含氮化合物（如氨基酸、蛋白质和B族维生素等）之外的一类含氮的碱性有机化合物，能与酸结合生成盐。结构特征生物碱大多由C、H、N、O元素组成，极少数分子中尚含有其他元素。,麻黄碱,益母草碱,槟榔碱,半边莲碱,掌叶防己碱,10羟基喜树碱,长春新碱,贝母碱,三尖杉酯碱,山莨菪碱,乌头碱,1、性状,多数生物碱为结晶型固体，少数为无定形粉末。一些小分子生物碱为液体，如槟榔碱、烟碱等；液体状的生物碱及个别小分子生物碱尚有挥发性，甚至升华性，如麻黄碱具有挥发性，咖啡因具有升华性等。一般生物碱为无色或白色。结构中具有较长共轭体系，并有助色团的，可显不同颜色。如小檗碱为黄色，味苦。,2、碱性,胍基-NH(C=NH)NH2季胺碱N-烷杂环脂肪胺基芳杂环（吡啶）环酰胺碱性强的生物碱在植物体中多与一些植物酸结合成盐碱性很弱的生物碱，则以游离状态存在。,3、溶解性,游离生物碱难溶于水，易溶于氯仿、苯、乙醚、丙酮及乙醇等有机溶剂，溶于稀酸溶液；生物碱盐溶于水及乙醇，含有无机酸及小分子有机酸的生物碱盐水溶性较大；季铵型生物碱、有氮氧配位键的生物碱易溶于水。,（二）糖类（saccharides）糖是多羟基的醛或酮及其衍生物聚合物的总称。根据其分子水解反应的情况，糖类可以分为：单糖类及其衍生物低聚糖类及其衍生物多聚糖类及其衍生物,1、单糖类化学通式为（CH2O）n，是多羟基的醛或酮。绝大多数天然存在的单糖n57，即五碳糖甲基五碳糖、六碳糖、七碳糖。单糖类多为结晶性，有甜味，易溶于水，可溶于稀醇，难溶于高浓度乙醇，不溶于乙醚、苯、氯仿等极性小的有机溶剂。具旋光性与还原性。,五碳醛糖,甲基五碳醛糖,六碳醛糖,糖醛酸,2、低聚糖类（寡糖）由29个单糖分子聚合而成。低聚糖具有与单糖类似的性质：结晶性，有甜味，易溶于水，难溶或不溶于有机溶剂。,3、多聚糖类（多糖）由10个以上单糖分子缩合而成。大多为无定形化合物，分子量较大，无甜味与还原性，难溶于水，有的与水加热可形成糊状或胶体溶液。不溶于有机溶剂。水解后生成单糖或低聚糖，可有旋光性与还原性。淀粉、菊糖、树胶、粘液、纤维素是中草药中最常见的多糖类。,（三）苷类化合物（Glycosides）,糖或糖的衍生物与非糖物质（苷元或配基）通过糖的端基碳原子连接而成的化合物，又称为配糖体。无色的粉末，少数为晶体，多数苷可溶于水、甲醇、乙醇、含水正丁醇，有些苷可溶于乙酸乙酯与氯仿，难溶于乙醚、石油醚、苯等极性小的有机溶剂。,人参二醇型皂苷元的化学结构,（四）醌类化合物（quinones）,是一类分子中具有醌式结构的化合物。分子中多具有酚羟基，有一定的酸性。游离醌类多溶于乙醇、乙醚、苯、氯仿等，微溶或难溶于水。结合成苷后，极性增大，易溶于甲醇、乙醇和热水。,1、苯醌,2、萘醌,3、菲醌,4、蒽醌,（五）苯丙素类化合物（phenylpropanoids）,是一类分子中以苯丙基为基本骨架单位（C6-C3）构成的化合物。苯丙酸类香豆素类木脂素类,基本结构多具有酚羟基取代的芳香羧酸，C6-C3结构。常见的苯丙酸类：,（一）苯丙酸类,香豆素（香豆精coumarins）是具有苯并-吡喃酮母核的一类化合物的总称。环上常有-OH、-OCH3、异戊烯基等取代基。,（二）香豆素类,1、香豆素的基本母核,由于绝大多数香豆素在C7位都有含氧官能团存在，故7-羟香豆素可以认为是香豆素类成分的母体。,2、香豆素的分类,（1）简单香豆素类（2）呋喃香豆素类(furocoumarins)(线型和角型)（3）吡喃香豆素类(pyranocoumarins)(线型和角型)（4）其它香豆素类,（1）简单香豆素类,（2）呋喃香豆素类(furocoumarins),香豆素核上的异戊烯基常与邻位酚羟基（7-羟基）环合成呋喃或吡喃环，前者称为呋喃香豆素。呋喃香豆素类成分生物合成途径：,香豆素C-6或C-8异戊烯基与邻酚羟基环合而成2,2-二甲基-吡喃环结构，形成吡喃香豆素。这一类天然产物并不多见。吡喃香豆素类成分的生物合成途径：,（3）吡喃香豆素类(pyranocoumarins),少数为5,6-吡喃骈香豆素，如：,（4）其它香豆素类,指-吡喃酮环上有取代基的香豆素类。还包括二聚体和三聚体。C3、C4上常有取代基：苯基、羟基、异戊烯基等。,（1）性状游离状态结晶形固体，有一定熔点；大多具有香气；具有升华性质分子量小的有挥发性（可随水蒸气蒸出）UV下显蓝色荧光成苷大多无香味、无挥发性、不能升华。,3、香豆素的理化性质,（2）溶解性游离能溶于沸H2O，不溶或难溶冷H2O，可溶MeOH、EtOH、CHCl3和乙醚等溶剂。因含Ar-OH故可溶于碱水中。成苷溶于H2O、OH-/H2O、MeOH、EtOH等。难溶极性小的有机溶剂。,1、定义及分类木脂素（Lignans）:是一类由苯丙素双分子氧化聚合而成的天然成分，即由二分子C6-C3单位氧化缩合而成的化合物。少数为三聚物和四聚物。木质素（Lignins）:是一类由几十个C6-C3单位聚合而成的高分子化合物。,（三）木脂素类,早期木脂素的定义：两分子苯丙素以侧链中碳原子（8-8）连结而成的化合物木脂素。非碳原子相连（如3-3、8-3）新木脂素。,2、理化性质形态：多呈无色结晶，新木脂素不易结晶溶解性：游离亲脂性，难溶水，溶苯、氯仿等成苷水溶性增大挥发性：多数不挥发，少数有升华性质旋光性：大多有光学活性，遇酸易异构化。,(六)黄酮类化合物（flavonoids）,（一）定义：黄酮类化合物是泛指两个苯环通过三碳相互连接而成的一系列化合物。,(+)-儿茶素,R1=R2=H，大豆素,（二）一般性状形态：多为结晶，少数为无定形粉末。颜色：结构存在交叉共轭体系，因此化合物多有颜色。黄酮（醇）及其苷：呈黄色-灰黄色查耳酮：黄-橙色二氢黄酮（醇）：无色异黄酮：微黄色花色素可随着pH值的变化颜色有所不同：红色（pH8.5),溶解度,苷元：难溶于水，易溶于乙酸乙酯，乙醚等有机溶剂中苷：易溶于水、乙醇、甲醇中，糖链越长水溶性越大。,（三）酸碱性,酸性：来源分子中的酚羟基；可溶于碱性水溶液、吡啶、甲酰胺及二甲基甲酰胺。酸性强弱的比较：取决于羟基的数目和位置：7,4-OH7-或4-OH一般OH5-OH,来源：1-位氧原子的未共用电子对，显微弱的碱性，可与强酸生成（烊）盐而溶于酸水中。,碱性：,H+,萜类化合物是天然物质中最多的一类化合物。如：挥发油、橡胶、树脂及胡萝卜素等。亲脂性强，难溶于水。现已发现的萜类化合物已超过了22000多种。,(七)萜类和挥发油,是一类由甲戊二羟酸衍生的、具有(C5H8)n通式的碳氢化合物及其含氧的饱和程度不等的衍生物。它们的分子碳骨架可看作是异戊二烯的聚合体(Isoprenoids)。,萜类化合物（terpenoids）含义,萜的结构分类,（一）单萜（monoterpenoids)是植物挥发油的主要组成成分，含氧衍生物多具有较强的生物活性和香气，其苷不具有挥发性，不能随水蒸气蒸馏出来。1.链状单萜：重要的是一些含氧衍生物,如萜醇、萜醛等,香叶醇,橙花醛,2.环状单萜,薄荷醇,l龙脑,樟脑,d龙脑,斑蝥素,生毛剂,防治老年性痴呆,芍药苷,(二)倍半萜（sesquiterpenoids）,由3个异戊二烯单位构成、含15个碳原子。是挥发油高沸程部分的主要组成成分，多以醇、酮、内酯或苷、或生物碱的形式存在，是萜类化合物中数目、骨架结构类型最多的一类。分无环、单环、双环、三环、四环倍半萜等,1.无环倍半萜,farnesene,farnesol,金合欢醇,金合欢烯,金合欢烯,2.环状倍半萜,青蒿素,ArtemisiaannuaL.,黄花蒿,挥发油(volatileoils)又称精油(essentialoils)，是一类可随水蒸气蒸馏、具有芳香气味的油状液体的总称。在常温下能挥发。,中草药中主要存在种子植物中，尤其是菊科、芸香科、伞形科、唇形科等植物。,1.定义,挥发油,2.挥发油通性（1）颜色常温下多为无色或微带淡黄色，其中的薁类化合物多显蓝色、蓝绿色、红色等。（2）气味挥发油大多数具有香气或其它特异气味，有辛辣烧灼的感觉，呈中性或酸性。挥发油的气味，往往是其品质优劣的重要标志。,（3）形态挥发油在常温下为透明液体，有的在冷却时其主要成分可能析出结晶。析出物习称为“脑”，如薄荷脑、樟脑等。（4）挥发性挥发油在常温下可自行挥发而不留任何痕迹，这是挥发油与脂肪油的本质区别。（5）溶解度挥发油脂溶性很强，不溶于水，而易溶于各种有机溶剂，如石油醚、乙醚、二硫化碳、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部分溶解。,(八)甾体类化合物(steroids),（一）定义：以环戊烷骈多氢菲为母核而衍生的产物。,C21甾(C21-steroids)的基本骨架为孕甾烷(pregnane)是一类含有21个碳原子的甾体衍生物，具有抗炎、抗肿瘤、抗生育等生物活性。主要结构类型有以下两种，,甲型乙型,五元环的不饱和内酯甲型强心苷元；六元环的不饱和内酯乙型强心苷元；C17侧链都属于-构型(个别为-构型，命名时标以17-H)。,3,3,14,10,10,14,13,13,甾体皂苷化学结构,结构特点：1）27个碳2）C-17侧链-构型3）E、F环以螺缩酮形式相连,薯蓣皂苷元(diosgenin)，是制药工业中重要原料。,化学名：5-20，22，25螺旋甾烯-3-醇简称：5-异螺旋甾烯-3-醇，,25R,1、三萜的定义（1）定义由6个异戊二烯单位组成的30个碳原子的萜类化合物。可以以游离状态或苷的形式存在，其苷类化合物多数可溶于水，水溶液振摇后产生似肥皂水溶液样泡沫，故被称为三萜皂苷（triterpenoidsaponins）。,（2）生物活性三萜及其皂苷广泛分布于自然界，具有广泛的生物活性，如溶血、抗癌、抗炎、抗菌、杀软体动物、抗生育等活性。,(九)三萜类化合物(triterpenoids),齐墩果酸治疗肝炎。甘草次酸琥珀酸半酯的钠盐抗溃疡药。,如：,齐墩果酸,甘草次酸,皂苷具有表面活性剂的作用稳定剂、洗涤剂和起泡剂。,2、一般性质（1）苷元多有较好结晶，易溶于石油醚、（Et）2O、CHCl3等有机溶剂。（2）皂苷多为无定形粉末，易溶于稀醇、热MeOH和热EtOH，可溶于水，含水丁醇或戊醇对皂苷的溶解度较好，因此是提取和纯化皂苷时常采用的溶剂。（3）皂苷多具有苦、辛辣味，对人体粘膜有强烈刺激性。,二、生物合成,一次代谢产物：糖、蛋白质、脂质、核酸等对植物机体生命活动来说不可缺少的物质。二次代谢产物：生物碱、萜、香豆素、黄酮、醌类等对维持植物生命活动不起重要作用，且并非在所有植物中都能产生。由一次代谢产物产生，常为有效成分。,1、基本概念,醋酸-丙二酸途径(AAMA途径）合成脂肪酸类、酚类、蒽醌类甲戊二羟酸途径（途径）主要生成萜类、甾体类化合物桂皮酸途径和莽草酸途径形成具C6-C3骨架的化合物，如香豆素、木脂素、黄酮等。,2、天然化合物的主要生物合成途径：,（4）氨基酸途径（AminoAcidPathway）合成生物碱（5）复合途径醋酸-丙二酸-莽草酸途径醋酸-丙二酸-甲戊二羟酸途径氨基酸-甲戊二羟酸途径氨基酸-醋酸-丙二酸途径氨基酸-莽草酸途径,3、生物合成的意义：天然化合物结构分类，结构推测；植物化学分类学；仿生合成等。,