第六章-萜类化合物

g lc O O
C O
O OH
O
-蒎烯 β-蒎烯
γ -蒎烯
芍药苷
-蒎烯和β-蒎烯是重要的药物合成中间体，在无水 条件下-蒎烯用酸性催化剂处理，可重排生成莰烯（又 称樟烯），莰烯在硫酸催化下与乙酸加成，经碳正离子 重排生成乙酸酯，再经水解、氧化可合成樟脑。
OCOCH 3 H
CH3COOH
莰烯
H2O H+
OPP
C H 2O P P + IP P C H 2O P P
焦磷酸多聚戊烯酯
p o ly p r e n y l p y r o
焦磷酸金合欢酯
( f a r n e s y l p y r o p h o s p h a t e ,F P P )
焦磷酸香叶醇基香叶醇酯
(g e r a n y l g e r a n y l p y r o p h o s p h a t e ,G G P P )


经验的异戊二烯法则：自然界的萜类化合物可看成 是由异戊二烯首尾相连形成的聚合体及其衍生物。 生源的异戊二烯法则：甲戊二羟酸(活性异戊二烯) 是形成萜类化合物的真正前体物质。
O C H3 C OH OH
HO
脱羧 脱水
OPP
甲戊二羟酸 mevalonic acid, MVA
异戊二烯焦磷酸酯（isopentenyl pyrophosphate, IPP）
第七章
萜类化合物
教学目的与要求
1.了解萜类化合物的含义、生源异戊二烯法则、经验 异戊二烯法则，及萜类的主要分类方法 2.掌握萜类化合物的理化性质及提取分离方法 3.熟悉萜类化合物的检识及结构鉴定的方法
第一节

概述
含义:形式上由甲戊二羟酸（mevalonic acid, MVA） 衍生、且分子式符合（C5H 8 ）n通式的化合物 及其衍生物均称为萜类化合物。
某些菌类和苔藓类植物可合成一些萜类，如
斜卧青霉菌(青霉属decumbens)合成橙花叔醇 近年来从海洋生物中发现了大量的萜类化合物
萜类的生源学说
萜类化合物的生源主要有如下两种观点： 经验的异戊二烯法则 生源的异戊二烯法则
经验的异戊二烯法则
柠檬烯或松节油等天然萜类物质的蒸气经氮气稀释 后,在低压下通过灼热的铂丝网时, 均能产生得率很高的异 戊二烯;反之,将异戊二烯加热到280 C,每两分子异戊二烯 可发生D-A加成反应聚合成柠檬烯.
O C HO
H 3C
OH OH
甲戊二羟酸
(M V A )
焦磷酸异戊烯酯
( IP P )
焦 磷 酸 γ ,γ - 二 甲 基 丙 烯 酯
(D M A P P )
3 C H 3C O
S CO A
聚合
乙 酰 辅 酶 A 半萜类
OPP
焦磷酸香叶酯 单萜类
(IP P ) g e r a n y l p y r o p h o s p h a t e (G P P )
x2 多萜类 倍半萜类 三萜类 二萜类
x2 四萜类
萜类化合物的生源途径
OPP OPP OH
焦磷酸香叶酯 GPP
焦磷酸香橙酯 NPP
香 橙 醇 n e ro l
O O g lc OH
环烯醚萜甙 ir id o id s
α -t e r p in e o l
lim o n e n e
蒈烯 △
OH
4
-c a re n e
280C
根据这些事实,Wallch于1887年提出:自然界存在的萜
类化合物可看作是两个或两个以上的异戊二烯分子以头尾
相连而成的聚合体或其衍生物.此即经验的异戊二烯法则.

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；
O O OH O
艾里木酚酮
土青木香酮
扁柏酚

当时在植物的代谢过程中也很难找到异戊二烯的存在
O
OH
l-龙 脑 l-b o r n e o l
α -蒎 烯 α -p in e n e
茴香醇 fe n c h o l
侧柏酮 th u jo n e
生源的异戊二烯法则 1.萜类形成的真正前体物质： 甲戊二羟酸（MVA) 焦磷酸异戊烯酯（ IPP） 2.焦磷酸香叶酯 单萜 3.焦磷酸金合欢酯 倍半萜 4.焦磷酸香叶基香叶酯 二萜 5.角沙烯 三萜、甾体
(如薄荷油、桉叶油、松节油、橘皮油山苍子油等)， 昆虫激素及海洋生物中也存在。单萜类化合物的含氧
衍生物往往有较高的沸点（220~230C），在常温下
多为芳香性液体，具有芳香开窍、疏通理气等多种活性 ，是食品、医药、化妆品工业的重要原料。有些单萜 类化合物以苷的形式存在，水溶性很强，不具挥发性， 不能随水蒸气蒸馏出来。 主要结构类型及代表化合物如下：
卓酚酮类：卓酚酮类是单环单萜类化合物中一种变形
的结构类型，其碳架结构不符合异戊二烯法则。在植物 界的数目不多。
特性：
O
1. 酸性：COOH＞卓酚酮＞酚类
2. IR光谱：νC=O：1600~1650cm-1
OH
νO-H：3100~3200cm-1
3. 金属络合：Cu+2——绿色 Fe+3——赤红色 4.生物活性：抗菌，毒性
CH2OH
[H] [O]
H
+
CH 2 OH
香叶醛
[H]
香叶醇
橙花醇
CHO
[H] [O]
CH 2 OH
香茅醛
香茅醇
2、单环单萜：可看作是由链状单萜经环合作用衍变 而来，因环合方式不同可产生以下不同结构类型
O
OH
对薄荷烷型
环香叶烷型
卓酚酮型
对薄荷烷型类单萜类化合物较多，可看作是六元环状化 合物的二元取代物。例如：
H2SO4
乙酸异冰片酯
O
氧化
OH H
异冰片
樟脑
（2）莰烷型衍生物：多以含氧衍生物存在 樟脑俗称辣薄荷酮，白色结晶性固体，易升华，具有 特殊的芳香气味。有（+）-樟脑和（-）-樟脑两种 异构体。 龙脑俗称冰片，又称樟醇，白色结晶物，具有类似 胡椒又似薄荷的香气。
O
OH
樟脑（2-莰酮）
龙脑（冰片）
TiO 2 。 130 C
1、链状单萜：可看作是饱和烃2,6-二甲基辛烷(下图1) 的衍生物。大多数天然萜类化合物是以异亚丙基的 形式存在（下图2），称为β-异构体；而另外一些 是以异丙烯基的形式存在（下图-3），通常称为 异构体。
1
2
3
比较重要的是一些含氧衍生物如萜烯、萜醇、萜 醛等。例如:
OH
CH2OH H
CH 2 OH CH 2 OH

第二节

萜的结构类型及重要化合物
一、单萜——以两分子异戊二烯为单位的聚合体及其 衍生物。多是植物挥发油的组成成分， 基本碳架30种。
链状单萜 月桂烯、香叶醇、柠檬醛 按是否成环 单环单萜 薄荷醇、桉油精、斑蟊素、 及碳环数 双环单萜 龙脑、樟脑、芍药苷(单萜苷) 环烯醚萜（特殊单萜衍生物）

单萜类化合物广泛存在于由高等植物得到的挥发油中
生源的异戊二烯法则
Ruzicka 提出的假设首先由Lynen证明焦磷酸 异戊烯酯(isopentenyl pyrophosphate， IPP) 的存 在而得到验证，其后Folkers于1956年又证明 3(R)-甲戊二羟酸(3R-mevalonic酸, MVA)是IPP的 关键性前体物质。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”。
月桂烯 (香叶烯)
香叶醇
橙花醇
香茅醇
芳樟醇
CHO
CHO
CHO
香叶醛(-柠檬醛)
橙花醛(β-柠檬醛)
香茅醛
Cl
CH 2 Cl
H C l、 C u C l
H
*
H
+
CH 2 Cl
+
月桂烯
香叶基氯
橙花基氯
芳樟基氯
OH
CH 2 OH
H 2 O /O H
-
H
*
H
+
CH 2 OH
+
月桂烯
香叶醇
橙花醇
芳樟醇
CHO
多聚萜
25 30 40
103-105
n=5 n=6 n=8
(C5H8)n
有些高分子萜类化合物,如类胡萝卜素等在植 物体内因生物降解而生成的代谢产物，其分子中
碳原子数并不符合上述规律，但它们仍属萜类化
合物范畴，称为“降类异戊二烯”。
几种不符合异戊二烯法则的情况
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。 天然的异戊二烯属半萜类(hemiterpenoids)，可在植 物的叶绿体中形成，虽广泛存在，但含量极微，其 生源途径尚不清楚。 自然界常有一些半萜结合在非萜类化合物结构的母 核上，形成异戊烯基或异戊基支链，而成为一种混 杂的萜类化合物，多见于黄酮和苯丙素类化合物中
经验的异戊二烯法则作为认识萜类及进行萜的分类 具有重要意义。
萜的分类与分布
分类 单萜 倍半萜 二萜 碳原子数 10 15 20 通式(C5H8)n n=2 n=3 n=4 存在 挥发油 挥发油、内酯 树脂、苦味质、 植物醇、叶绿素 海绵、细菌 皂苷、树脂 色素、植物胡萝 卜素 橡胶
二倍半萜 三萜 四萜
特点：骨架庞杂、种类繁多、数量巨大、结构千变 万化、生物活性广泛。
化学结构特点：大多具有异戊二烯结构片断，其骨
架以5个碳为基本单位。
萜类化合物的分布
萜类化合物在植物界分布Байду номын сангаас广泛，据不完全
统计，萜类化合物超过了22000多种。 存在最多的是种子植物，尤其是被子植物。 萜类化合物经常与树脂、树胶并生，与生物碱 相排斥。
CH 2 OPP
水解 氧化
环合
CH O
水合
氧化
GPP
CH O CH O
香茅醛
H
羟醛缩合
烯醇化
H H O H OH
CH 2 OH CH O
H
蚁臭二醛
≡
O
H
环烯醚萜醇
H OH
COOH
氧
O
化
OH
脱羧
O
O
OH
11
开
环
7 6 5
O
4 3
7
11
O
4
OH
氧化 环合
6
5
3
8 10
9 1
O2
10
8
9 1
O2
OH
OH
对薄荷烷型类单萜类化合物较多，可看作是六元环状化 合物的二元取代物。例如：
柠檬烯
-萜品烯
β-水芹烯
O
OH
O
胡椒酮
薄荷醇
薄荷酮
环香叶烷型的代表物是紫罗兰酮，有-及β-两种
异构体： -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。
O O
-紫罗兰酮 β-紫罗兰酮 -紫罗兰酮和β-紫罗兰酮的合成在工业上可由柠檬醛与 丙酮在乙醇钠存在的条件下发生羟醛缩合，生产伪紫罗 兰酮，伪紫罗兰酮与硫酸加热环合得到的-及β-两种异 构体混合物，两者的分离是将其与饱和亚 硫酸氢钠加成 的产物溶于水，加入饱和食盐水使成饱和状态， -紫罗 兰酮首先以小叶状晶体析出从而与β-紫罗兰酮分离。
6 4 5 3
6 7
4 5 3
6 7 8
4 5 3
7 8 9 1
O2
8
9 1
O2
9 1
O2
OH
环烯醚萜
7 6 4 5 3
环烯醚萜醇
7 6 4 5 3
环烯醚萜苷
7 6 4 5 3
Oglu
8
9 1
O2
8
9 1 10
O2
8 10
9 1
O2
裂环环烯醚萜
10
裂环环烯醚萜醇
OH
裂环环烯醚萜苷
Oglu
按其生源途径，这类物质在植物体内是由活性焦磷酸 香叶酯（GPP）衍生而成。
冰醋酸 硫酸 。 1d 25 C
OCOCH 3
-蒎烯
30% N aO H 二 甲 苯 ， 5h
OH
石灰水
O
（±）-樟脑
冰片（龙脑）和异冰片（异龙脑）
+ RCOOH 或 (R C O ) 2 O
H +
OCOR
6~8h
-蒎烯
OH
龙脑
_ OH H 2O
OH
异龙脑
4、环烯醚萜类化合物：为蚁臭二醛的缩醛衍生物。该 类化合物具有取代环戊烷环烯醚萜和环戊烷开裂的裂环 环烯醚萜两种基本骨架。
O H OC 6 H 11 O 5
京尼平苷酸
鸡屎藤苷
环烯醚萜的理化性质
1.白色结晶或粉末，旋光，味苦
2.易溶于水、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
二、倍半萜——以三分子异戊二烯单位结合组 成的含有15个碳原子的的聚合体及其衍生物。 是植物挥发油高沸程（250~280℃）的主要组 分。倍半萜的骨架类型、数量是萜类化合物中 最多的一类，基本碳架200种以上，至1997年 倍半萜的数量达9615种。 倍半萜在植物中多以醇、酮、内酯或苷的形式存在， 也有以生物碱的形式存在。倍半萜的含氧衍生物多具有较 强的香气和生物活性
环烯醚萜的主要衍生化途径
环烯醚萜苷类：以10个碳的环烯醚萜苷占多数
CHO
H COOCH 3 H COOCH 3
H
O
O HOH 2 C OH H Oglu HOH 2 C H Oglu O
H Oglu
栀子苷类
H COOH
京尼平苷
O
肉苁蓉苷
O H
O HOH 2 C H Oglu
H 3 CSCOOH
2C
3、双环单萜：双环单萜的衍生物在植物界分布很广, 组成的碳架有15种以上,常见的有6种:蒎烷型、蒈烷型、 莰烷型、葑烷型、异莰烷型、垨烷型等。其中以蒎烷型 和莰烷型结构最稳定，形成的衍生物也最多。
（1）蒎烷型衍生物： -蒎烯、β-蒎烯、γ -蒎烯、 芍药苷等。 -蒎烯在松节油中含量可高达60%，可 作为合成樟脑和龙脑的原料。松节油中还含有少量的 β-蒎烯和更少量的γ -蒎烯。