第3章 植物活性成分

7 吐根碱类 异喹啉环带苯骈喹啉啶环
吐根碱(emetine)
催吐
2.1. 1 生物碱的分类 8 α－萘菲啶类
N O O O
血根碱 (sanguinarine) 9 吗啡类
吗啡(morphine) R=H
O
CH3
降压
可待因(codeine) R=CH3
麻醉 止咳
2.1. 1 生物碱的分类 （五）喹啉类生物碱
蒽醌类 黄酮类
2 3
2.2. 1 苯丙酸类 基本结构——酚羟基取代的芳香羧酸。
多具有C6-C3结构的苯丙酸类。
常见的苯丙酸类：
R1 R2 H H OH OCH3 OH
桂皮酸 对羟基桂皮酸 咖啡酸 阿魏酸 异阿魏酸
H OH OH OH OCH3
2.2. 2 蒽醌类
1 3
蒽醌化合物的分类
2
蒽醌类化合物的工艺学特性
来源于苯丙氨酸 和络氨酸途径
1 简单异喹啉类
降压
猪毛菜碱(salsoline)
H3CO H3CO N
解痉
2 苄基异喹啉类（最多）
罂粟碱（papaverine）
H3CO OCH3
2.1. 1 生物碱的分类 3 双苄基异喹啉类
粉防己碱（tetrandrine）
2.1. 1 生物碱的分类 4 阿扑菲类
2.1. 2 生物碱的工艺学特性
3）共轭效应
N原子上孤对电子形成p- π共轭时，碱性减弱
苯胺型
酰胺型
烯胺型
2.1. 2 生物碱的工艺学特性 烯胺型特例：N原子α,β-位有双键可能转化为季铵
蛇根碱 （serpentine）
pka 10.8
2.1. 2 生物碱的工艺学特性
4）空间效应
pka 8.2 pka 5.6 pka 3.8
1.概 述
天然产物化学成分的生物合成：
一次代谢过程：对维持植物生命活动来说是不可缺少的过程， 且几乎存在于所有的绿色植物中。
一次代谢产物：糖、蛋白质、脂质、核酸等这些对植物机体生
命活动来说不可缺少的物质。 二次代谢过程：并非在所有的植物中都能发生，对维持植物生 命活动来说又不起重要作用的过程。 二次代谢产物：生物碱、萜类、苯丙素类成分。
1 3
生物碱的分类
2
生物碱的工艺学特性
2.1. 1 生物碱的分类 按生源结合化 学骨架分类
按植物来源分 类
分类方法 如长春花生物 碱、石蒜生物 碱等）
基于生物碱合 成前体物的来 源
按化学骨架分类 按含Ｎ基核类型：如吲哚、喹啉等 按整个母核类型：如萜类、甾类等
2.1. 1 生物碱的分类 （一）吡咯烷类
第三章 植物活性成分
R1 R2 COOH
O
O
第三章植物活性成分
1 3
2 3 4
概述
植物活性成分的结构及理化性质
活性简介 制备技术及工艺
1.概 述
天然药物来自植物、动物、矿物和微生物，并以植物
为主。明代李时针在《本草纲目》中收录中草药1892种， 清代学者赵学敏在《本草纲目拾遗》中补充中草药1021 种。 药物的药性来源于其所含的活性成分，活性成分通常是 指经过不同程度药效试验或生物活性试验，证明对机体 具有一定生理活性的成分。活性成分基本是由植物体二 次生理代谢所产生。
2.1. 2 生物碱的工艺学特性 （三） 生物碱的溶解性 亲脂性 水
叔胺碱和仲胺碱，溶于有机溶剂，溶于酸
游离 生物碱
主要指季铵碱和某些含N-氧化物生物碱； 亲水性 液体或分子较小的生物碱亲脂又亲水。如 东莨菪碱、氧化苦参碱、烟碱、麻黄碱。
两性生物碱（吗啡、小檗胺、槟榔次碱） ：可溶于酸水及碱水，pH8～9产生沉淀 具特殊 。 官能团 内酯（或内酰胺）结构：类似一般叔胺碱 ，但在碱水中可以开环形成羧酸盐溶于水 ，加酸又复原。
2.植物活性成分的结构与理化性质
1 3
碱性成分
酸性成分 亲水性成分 亲脂性成分
2 3 4
2.1. 碱性成分（生物碱）
1.多数由C、H、 O、N组成。
生物碱的含义和特点
（含N有机化合物的总称）
2. Ｎ多在环上，少数在环外。
3. 大多具碱性，可与酸成盐。
4. 多具显著的生理活性。
2.1. 碱性成分（生物碱）
2.1. 2 生物碱的工艺学特性
一般易溶于水，可溶于醇
生物 碱盐
无机酸盐＞有机酸盐；无机酸盐中含氧酸盐＞卤代酸盐 ；小分子有机酸盐＞大分子有机酸盐
溶解性 特殊的 化合物
①吗啡为酸性叔胺碱：难溶于氯仿、乙醚，可溶于水 ②石蒜碱叔胺碱：难溶于有机溶剂，溶于水 ③喜树碱：不溶于一般有机溶剂，而溶于酸性氯仿 ④高石蒜碱的盐酸盐：难溶于水，易溶于氯仿 ⑤盐酸小檗碱、麻黄碱草酸盐：难溶于水
紫杉醇 (taxol)
2.1. 1 生物碱的分类 （八）有机胺类生物碱 1. 代表化合物——麻黄碱、伪麻黄碱 互为立体异构体，区别在于C1的构型不同。
平喘
麻黄碱 (ephedrine)
R=H, R’=CH3
伪麻黄碱
（pseudoephedrine）
2.1. 1 生物碱的分类 2. 代表化合物—— 秋水仙碱
2.2. 2.1 蒽醌化合物的分类
主要包括：蒽醌，氧化蒽酚，蒽酚，蒽酮及蒽酮的二 聚体。
2.2. 2.1 蒽醌化合物的分类 1.单蒽核类
天然蒽醌以9,10-蒽醌最为常见。
O
8 7 9 1 2
1,4,5,8位为α位 2,3,6,7位为β位 9,10位为meso位
5
10
4
O
2.2. 2.1 蒽醌化合物的分类 其中羟基蒽醌分为两类：大黄素型和茜草素型。
来源于邻氨基苯甲酸途径
奎宁（金鸡纳树皮中的抗疟有 效成分，含量高达3％）
奎尼丁
2.1. 1 生物碱的分类
喜树碱及其类似物
抗癌
喜树碱(camptothecin) 羟基喜树碱(hydroxycamptothecin)
R=H R=OH
2.1. 1 生物碱的分类 （六）吲哚生物碱（较多，有千余种） 1. 双吲哚类
（1）大黄素型（-OH在羰基的两侧）（2）茜草素型（-OH在一侧苯环上）
2.2. 2.1 蒽醌化合物的分类 2. 氧化蒽酚衍生物
O
Zn OH-
O
OH
O
H OH
OH
氧化蒽酚及蒽二酚不稳定，氧化蒽酚易氧化为蒽酮 ，蒽二酚易氧化为蒽醌，故较少存在于植物体中。
2.2. 2.2 蒽醌化合物的工艺学特性 1.性状 颜色—— 无Ar-OH近乎于无色, 助色团越多，颜色越深 如：黄、红 橙、紫红等，多为有色晶体 存在状态：蒽醌类往往结合成苷而存在于植物中
2.1. 2 生物碱的工艺学特性
杂化方式 诱导效应 2. 碱性与分 子结构的关系 共轭效应 空间效应 氢键效应
2.1. 2 生物碱的工艺学特性 1）杂化方式 碱性 类型 杂化 举例 脂肪胺 sp3 脂氮环 芳杂环 sp2
0.4 5.17 4.94 5.14
11.3
11.2
9.5
氰基
sp
－C≡N
2.1. 2 生物碱的工艺学特性 2）诱导效应 碱性增强 甲基 氨基 其他烷基 供电子基 碱性减弱 羟基,醚氧 酰基,双键 苯环 吸电子基
来源于色氨酸途径
抗肿瘤
长春碱 （vinblastine, VLB） R=CH3 长春新碱 （vincristine, VCR）R=CHO
2.1. 1 生物碱的分类 2. 单萜吲哚类
降压
利血平 (reserpine)
2.1. 1 生物碱的分类 （七）萜类生物碱 二萜生物碱
抗心律失常
抗肿瘤
关附甲素( guanfu base A)
Fra Baidu bibliotek
2.2. 2.2 蒽醌化合物的工艺学特性
2.溶解度
H2 O 游离醌 — 成 苷
3.挥发性
MeOH +
EtOH + +
Et2O + —
CHCl3 + —
+（热） +
游离的蒽醌类化合物具有升华性，常压下加热即可升华
2.2. 2.2 蒽醌化合物的工艺学特性 4. 酸性
蒽醌类化合物多具有酚羟基，具酸性，遇碱可成盐；
番木鳖碱
假马钱子碱
异马钱子碱
N: 处在桥头，为刚性结构，不发生未共用电子对 的转移，故不形成季铵碱。
2.1. 2 生物碱的工艺学特性 5）氢键效应
生物碱的共轭酸盐若能生成稳定的分子内氢键（ 与含氧基团），则碱性增强。
和钩藤碱
pka 6.32
异和钩藤碱
pka 5.20
2.2. 酸性成分
1 3
苯丙酸类
阿托品(atropine) R=HO （dl） 东莨菪碱 O OH 莨菪碱(hyoscyamine) R=H （l–） H OH H (scopolamine) 山莨菪碱(anisodamine) R=OH O C C
O C CH O
樟柳碱 (anisodine)
O OH
2.1. 1 生物碱的分类 （四）异喹啉类生物碱*（最大的一类）
和紫杉醇等。
1.概 述
开发现状
我国天然药物的化学研究自20世纪20年代开始，经历了 创立期、创建发展期和蓬勃发展期三个阶段，取得了较大 成就。截止2005年，我国生产植物源药物达164个。 代表性成就： （1）20世纪70年代初开发的青蒿素 （2）1971年开发的喜树碱与羟基喜树碱 （3）1982年开发的石杉碱甲和石杉碱乙
来源于鸟氨酸代 谢途径
1.简单吡咯烷类
2.双稠吡咯烷类
3.吲哚里西定类
红古豆碱 (cuscohygrine) 野百合碱 (monocrotaline) 千里光碱 (securinine )
2.1. 1 生物碱的分类 （二）哌啶类生物碱*
来源于赖氨酸代谢途径
结构新颖的胆碱酯酶抑制剂。最 初被用于重症肌无力和小儿麻痹 症， 1996 年被成功开发为治疗老 年性痴呆的新药。 石杉碱甲(huperzine A)
1.概 述
1.概 述
天然活性成分的分类：
按生源结合化学结构分：糖苷类、苯丙素类、醌类、黄酮类、 萜及其苷类、甾体及其苷类、生物碱类。 按酸碱性来分：酸性成分（脂肪酸类、苯丙酸类、含羧基皂苷
、蒽醌类、黄酮类），碱性成分（生物碱、非生碱的有机氮
类，如毒蕈碱、辣椒素等） 按极性来分：亲水性成分、亲脂性成分。
抗癌
秋水仙碱(colchicine) 抑制有丝分裂，毒性大
秋水仙胺(colchamine) 与秋水仙碱作用相同， 毒性为其1/30～1/40。
2.1. 2 生物碱的工艺学特性 （一） 生物碱的性状 组成 形态 味道 颜色
多数含有C、H、O、N，少数含有S、Cl 多为结晶性固体，有些为非晶性粉末，少数为液 体(如烟碱、槟榔碱) 多具苦味(盐酸小檗碱)，少数呈辛辣味 一般无色或白色；少数具有长链共轭体系的具有 一定颜色。如，小檗碱：黄色；小檗红碱：红色 ；一叶萩碱：淡黄色
2.1. 2 生物碱的工艺学特性
（五）生物碱的碱性 1. 共轭酸碱概念及强度表示 N原子具有孤对电子，能接受质子或给出 产生原因 电子而显碱性
理论依据 表示方法 pKa
碱性大小与 pKa＜2为极弱碱，pKa2～7为弱碱 pKa关系 pKa7～11为中强碱，pKa11以上为强碱
碱性基团 胍基＞季胺碱＞N-烷杂环＞脂肪胺＞芳香 pKa值顺序 胺≈N-芳杂环＞酰胺≈吡咯
木兰碱（magnoflorine)
H3CO HO HO H3CO N CH3 CH3
降压
5 原小檗碱类
O O N OCH3 OCH3 小檗碱（berberine ）
清热解毒
轮环藤酚碱 (cyclanoline)
2.1. 1 生物碱的分类 6 普洛托品类
三环体系
含羰基的小檗碱开环
延胡索丙素(corydalis C)
挥发性与 少数液体及个别小分子生物碱具挥发性(麻黄碱) 升华性 ，少数具升华性(咖啡因)
2.1. 2 生物碱的工艺学特性 （二） 生物碱的旋光性 产生条件 具有手性碳原子或手性分子 影响因素 A. 手性碳构型
B. 测定溶液 C. pH值 D. 浓度
生理活性与旋光性密切相关。一般情况下，左旋 研究意义 体的活性比右旋体活性强。如，L-莨菪碱的散瞳 作用比D-莨菪碱大100倍。
H 3C N
2.1. 1 生物碱的分类
R H
H3 C N
OH
O
（三） 托品烷类生物碱
H 3C N R H OH
OH O C CH H O O C CH 来源于鸟氨酸代谢途径 O
H3 C N O H OH
H3 C N O H O C C O OH OH
O C CH O
O C CH O H3 C N
H3 C N
1.概 述
开发现状
植物成分曾经是药物的唯一来源，目前随着化学合成药物 的出现与发展，比例有所下降，但比例仍不低于30%，在处 方药中的比例不低于50%。 植物源活性成分中，有许多重要的代表化合物，其对于药 物的发现具有重要的先导意义。如作为中枢阿片受体拮抗剂 的吗啡，肾上腺素类的麻黄碱，具有良好抗癌药物的长春碱
萘醌和蒽醌的苯环上的羟基酸性：
β-羟基 >α-羟基
游离蒽醌的酸性强弱顺序为：
含COOH > 2个以上β-OH > 1个β-OH > 2个以上α-OH > 1个α-OH