萜类化合物的结构研究

中药玄参、地黄等炮制过后变黑，就是由于这类 成分起的作用。即
酶
聚合
玄参苷（玄参中）
苷元
水解
梓醇（地黄中）（同上）
黑色
2.呈色反应：
苷元 + H + 苷元 + OH 苷元 + >C=O
呈色 呈色 呈色
如：环烯醚萜 + 氨基酸
兰色
环烯醚萜 + 冰醋酸 Cu2+ 兰色
（二）倍半萜
由3个异戊二烯单位构成，含15个碳原子 多以挥发油的形式存在
CHO
柠檬醛
NaHSO3 H+或 OH-
OH
C H
SO-3Na+
结晶加成物
* 反应时间过长或温度过高，使双键发生加成，并 形成不可逆的双键加成物。
②与硝基苯肼加成
含羰基的萜类可与对硝基苯肼或2，4-二硝基苯肼在磷 酸中发生加成反应，生成对硝基苯肼或2，4-二硝基苯肼 的加成物。
O + H2NNH
H3C
OO
O
O
H
O
青蒿素
H3C
OO
O
O
蒿甲醚
H
OMe
H3C
OO
O
O
H
OCOCH2CH2COOH
青蒿琥酯
3、双环倍半萜
O
OH
α-桉叶醇
CHO OH HO
苍术酮
OH CHO
HO
棉酚
4、三环倍半萜
OH
环桉醇（抗金葡菌、白色念珠菌活性）
（三）二萜
由4个异戊二烯单位构成，含20个碳原子 1.无环二萜
植物醇 phytol
6、环烯醚萜类（iridoids）
环烯醚萜类是一类特殊的单萜，1925年由臭蚁的 分泌物中分离得到，是从动物中发现的第一个抗生素。 到1997年发现约900种，尤以玄参科、茜草科、龙胆科 等植物中较为多见，其生理活性也多种多样。
环烯醚萜类分为
环烯醚萜及其苷类 裂环环烯醚萜及其苷
1）环烯醚萜苷类
11
是挥发油高沸程部分的主要组成成分。 数目和结构骨架类型——萜类中最多的一类成分
迄今结构骨架超过200余种，化合物数千种。
可分为无环、单环、双环、三环及四环等类型：
1.无环倍半萜
α-金合欢烯 f arnesene
β-金合欢烯 f arnesene
CH2OH
金合欢醇 f arnesol
2、单环倍半萜
萜类
terpene
一、含义及分类
萜类化合物（tepenoids）是一类由甲戊二羟 酸（mevalonic acid,MVA）衍生而成，基本骨架 多具有2个或2个以上异戊二烯单位(C5)结构特征 的化合物。
头 H(Head)
尾 T(tail)
C
CC
C
C
异戊二烯单位
分类：
• 沿用Wallach经验异戊二烯法则（isoprene rule），
较好
（四）二倍半萜
基本碳架有25个碳原子构成，该类成分发现较晚，1965 年才有第一个报道，至1997年共发现416个该类成分，共有 无环、单环、三环、四环及五环6种类型。
H
22
16
18
17
20
24 8 9 H 15
19
OHC
O
H7
O
6
10 14
11
13
21
5 3
4
21
H
H
23
12
OH
25
蛇孢假壳素A
的结合方式有头-头、尾-尾相接，甚至无法用异戊二 烯的基本单元来划分,这又如何解释呢？
Ruzicka提出了萜类的前体物是“活性的异戊二烯” 的假设。
2.生源异戊二烯规则（biogenetic isoprene rule）
凡是由甲戊二羟酸途径合成的化合物都称萜类。 甲戊二羟酸是各类萜类化合物生物合成的关键前 体．IPP及 DMAPP可视作“活性异戊二烯”．
三、萜类化合物的分布
萜类化合物在中药中分布极为广泛，裸子植物、被子植 物中均有萜类的存在，尤其在被子植物和裸子植物中分布更 为普遍。
单萜多分布在唇形科、伞形科、樟科及松科的腺体、油室 及树脂道内；
倍半萜数量种类最多 二萜分布丰富的科属有五加科、马兜铃科、菊科、橄榄科、 杜鹃花科、大戟科、豆科、唇形科和茜草科。
6 7
8 10
H4
3 5 9
O2
1
H OH
OH H
O
H
环烯醚萜
特点：
（1）C1多连有羟基，其半缩醛结构使C1 -OH不稳定， 与糖结合成苷的形式存在于植物体中； （2） 多数为单糖苷 （3） 根据苷元C4位取代基的有无可分为：
A．环烯醚萜苷
C4位多连有甲基或羧基、羧酸甲酯、羟甲基等， 又称为C-4位有取代基环烯醚萜苷。
（2）味：多具苦味 （萜类又称苦味素）
（3）旋光和折光性 多具有不对称碳原子，且多有异构体。
（一）物理性质
2.溶解度
萜类亲脂性强——易溶醇及脂溶性有机溶剂 难溶水
具内酯结构的萜类——溶于碱水，酸化析出 （用于分离纯化）
萜类对高热、光和酸碱较为敏感，或氧化，或重排，引 起结构改变。
（二）化学性质 1.加成反应 2.氧化反应 3.脱氢反应 4.分子重排 •1.加成反应 •（1）双键加成反应 •（卤化氢、溴、亚硝酰氯、DA反应） • 加成产物通常具有结晶性： • —— 识别双键的存在及不饱和度 • —— 分离纯化
①与卤化氢反应 萜类化合物中的双键能与氢卤酸类，生成结晶性
加成产物。 例如：柠檬烯与氯化氢加成反应。
+ 2HCl
柠檬烯
Cl
冰醋酸
Cl
柠檬烯二氢氯化物 (固体结晶)
②与溴反应
萜类的双键在冰醋酸或乙醚与乙醇的混合溶液中， 在冰冷却下，滤取析出的结晶性加成物。
+ Br2
Br
Br
加成物
③与亚硝酰氯反应
-OH -OH -OH -OH
R3
银杏内酯 J -OH H -OH
（三）二萜（diterpenoids）
属三环二萜类。具抗癌活性
雷公藤根中二萜类成分
O R3
O
12
R2
雷公藤甲素
R1 R2 R3
H H CH3
R1
1 10
7
O 18
H
O 19
OH O
雷公藤乙素 雷公藤内酯
OH H CH3 H OH CH3
16-羟基雷公藤内酯醇 H H CH2OH
紫杉醇（taxol）：又称红豆杉醇(属三环二萜类)
CH3COO
O
OH
H
HH
CCCO
O OH2 NH CO
10 9
8 76
H
3 45
1
2H
O
OH
OC OCH 3
OCO
紫杉醇（taxol) 植物中含百万分之二
1972年底美国 FDA批准上市， 临床用于治疗 卵巢癌、乳腺 癌和肺癌疗效
CH2OH
2.环状二萜
O
HO
O
HO H
CH2OH
穿心莲内酯
O O
H CH2Oglc
新穿心莲内酯
（三）二萜（diterpenoids）
穿心莲内酯
Na2SO3 H2SO4
O
无水吡啶 丁二酸酐
O
OO O
O
SO3Na + NaSO4
O
KHCO3
HO H
CH2OH
穿心莲内酯磺酸钠 (水溶性）
COO H
单钾盐
4、双环单萜（bicyclic monoterpenoid）
OH
蒈烷型
坎烷型
龙脑
龙脑俗称冰片，是樟脑的还原产物，有左旋体和右旋体两 类，合成品为外消旋体混合物，有发汗、兴奋、镇痉和防止 腐蚀等作用，还有显著的抗氧功能。
5、环烯醚萜（iridoids）
属双环单萜。 蚁臭二醛（iridoidial）的缩醛衍生物。 含环戊烷结构单元，具环状单萜的特点。 是从臭蚁的防卫性分泌物中分离出来的物质，其 生物合成途径不同于单萜，不是经由脱去GPP分子中 焦磷酸基而直接产生闭环反应这一生源途径。
CH2
CH2OCOCH2CH2COOH（水溶性）
CH2COOH
丁二酸半酯
银杏内酯——属双环二萜类。 作为拮抗血小板活化因子，用于治疗因血小板活化因子引 起的种种休克状障碍
R1 R2 R3
O
R1
OH
银杏内酯 A -OH H H
O
O
银杏内酯 B -OH -OH H
O H
O R2
O OH
银杏内酯 C -OH 银杏内酯 M H
COOCH3
O
CH2OH O¡ªglc
栀子苷
B. 4-去甲基环烯醚萜苷
是环烯醚萜苷C4位去甲基降解苷，苷元碳架部分由9个
碳组成。
OH OH
CH CH CO O
O
H H O¡ªglc
玄参苷（钩果草苷） 镇痛抗炎
OH
O
梓醇（降血糖、利尿）
O
CH2OH O¡ªglc
2）裂环环烯醚萜苷
O
O
NH3
O
O-glc
（一）单萜（monoterpenoids)
由2个异戊二烯单位构成，含10个碳原子。多以挥 发油的形式存在。
分链状、单环，双环单萜等． 1.链状单萜 较重要的化合物是一些含氧衍生物，如：萜醇、 萜醛类。
（一）单萜（monoterpenoids) 2.环状单萜 是由焦磷酸香叶酯（GPP）的双键异构化生成焦磷酸 橙花酯（nerylpyrophosphate, NPP），NPP再经双键 转位脱去焦磷酸基，生成具薄荷烷骨架的阳碳离子后， 进一步而成薄荷烷衍生物。
ophiobolin A
三、萜类化合物的理化性质 （一）物理性质
1.性状 （1）形态： 单萜、倍半萜——多具有特殊香气的油状液体；
常温可挥发或低熔点的固体。 沸点—— 单萜 < 倍半萜 （分子量、双键的增加——挥发性降低，熔点和沸点增 高——用分馏法进行分离。）
三、萜类化合物的理化性质
（1）形态： 二萜和二倍半萜——多为结晶性固体。
NO2
NO2
2,4-二硝基苯肼
磷酸
N NH
NO2
NO2
2,4-二硝基苯肼的加成物
③与吉拉德试剂加成
吉拉德（Girard）试剂是一类带有季铵基团的酰 肼，常用的有Girard T和Girard P，结构如下：
+
N
H N NH2
O
吉拉德试剂 T
+
N
H N NH2
O
吉拉德试剂 P
③与吉拉德试剂加成
R
O + 吉拉德试剂
O
O
Diels-Alder
+
O
O
加成
共轭双键的萜
O
顺丁烯二酸酐
O
结晶形加成物 (可证明共轭双键的存在)
（2）羰基——加成反应
（与亚硫酸氢钠、硝基苯肼、吉拉德试剂加成） ①与亚硫酸氢钠加成
含羰基的萜类可与亚硫酸氢钠发生加成反应，生 成结晶加成物，复加酸或加碱使其分解，生成原来 的反应产物。 如：从香茅油中分取柠檬醛
O
O
N
龙胆苦苷
龙胆碱
环烯醚萜的性质 物理性质
1.大多为白色结晶体或粉末； 味苦，多具有旋光性。
2.溶解性：苷类易溶于H2O、MeOH； 可溶于EtOH、n-BuOH等溶剂。 难溶于——CHCl3、Et2O、C6H6等
化学性质
1.半缩醛-OH：使苷元不稳定，易分解，易聚合变为 深色。故难得到结晶苷元。
在实际工作中，仍以经验异戊二烯规则为主。 （分类、结构分析）
萜类化合物的分类及分布
分 类 碳数
半萜
5
(C5H8)n n=1
存在 植物叶
单萜
10
2
挥发油
倍半萜 15
3
挥发油
二萜
20
4 树脂、苦味质、植物醇
二倍半萜 25
5 海绵、植物病菌
三萜
Fra Baidu bibliotek
30
6 皂苷、树脂、植物乳汁
四萜
40
8 植物胡萝卜素
多聚萜 ~7.5×103至~3×105 (C5H8)n 橡胶、硬橡胶
按异戊二烯单位数（或碳数）分类。 • 可分为半萜、单萜、倍半萜、二萜….四萜、多萜等。
二、萜类化合物的生物合成途径
1.经验异戊二烯法则（empirical isoprene rule） 凡是以异戊二烯为基本单位，以头尾相接的方式
而结合的化合物，通式为(C5H8)n。 随着新的萜类化合物不断增多， 结构中异戊二烯
3O3
月桂烯
O
O
O
O
[H]
O
O
O
O
O
O
O
+
CHO + 2HCHO
丙酮
CHO
甲醛
α-羰基异戊醛
四、萜类化合物的提取分离
（一）提取
➢ 单萜、倍半萜多为挥发油的组成成分，它们的提取分离 方法将在挥发油中论述。
➢ 环烯醚萜多以单糖苷的形式存在，亲水性较强。 ➢ 倍半萜内酯类成分——易发生结构的重排。 ➢ 二萜类成分——易聚合而树脂化引起结构变化。
10%醋酸 R H
NN
R'
（促进反应） R'
脂溶
EtOH
O
水溶
复原
乙醚萃取
H+ 水层
回收乙醚
酸化
+
N
X
加水
可与非羰基类脂溶性成分分离
（二）化学性质
2.氧化反应 用途——测定分子中双键的位置；
萜类醛酮的合成。 常用的氧化剂有：
臭氧、铬酐（三氧化铬）、四醋酸铅、高锰酸 钾、二氧化硒等。例：
臭氧的氧化反应：
宜选用新鲜药材或迅速晾干的药材，尽可能避免 酸、碱 的处理。
1.溶剂提取法
药材
MeOH或EtOH提取
回收溶剂
大多不饱和的萜类成分可与亚硝酰氯（Tilden 试剂）发生加成反应，生成亚硝基氯化物。
Cl N O
Cl
亚硝酰氯
NO
不饱和的萜类
N
亚硝基胺类 NO
缩合
亚硝基氯化物 （蓝绿色结晶）
（六氢吡啶）
固体结晶
④DA反应（Diels-Alder） 有共轭双键的萜类成分能与顺丁烯二酸酐产生
Diels-Alder加成反应，生成结晶形加成产物。
3、单环单萜（monocyclic monoterpenoids）
对-薄荷烷型
OH 薄荷醇
薄荷醇（menthol）的左旋体习称薄荷脑，是薄荷油中 的主要组成部分，具有弱的镇痛、止痒和局麻作用，亦有 防腐、杀菌和清凉作用。
CH CH CO CH3
环香叶烷型
α-紫罗兰酮
紫罗兰酮（ionone）是一种名贵的人造紫罗兰香料，其中 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 可用作合成VA的原料。天然的紫罗兰酮存在于千屈菜科指甲 花挥发油中。