三萜化合物结构解析
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场位移至67～69ppm。
（3）游离-OH区（65~80ppm） 此区为苷元上的羟基C和糖上未被取代的游 离OH碳 通常母核上连有羟基时 α 碳向低场位移约34-50，β 碳向低场位移约
2-10，γ 碳则向高场位移约0-9
如23位甲基连有羟基时，碳信号向低场位移 至约64.0处，24位甲基则向高场位移约13.0； 16位连有α羟基时，C-16信号低场位移至74.7， C-15及C-17分别向低场位移约8.2、2.1；连有 β羟基时，C-16信号向低场位移至68.0，其余 碳信号与α羟基取代时相近，据此可推断母核
重排必须具备的条件： ①适当位置的杂原子（如：O）
②π -体系（通常一个双键）
③可除去的氢（对C=O体系的γ 位）
+ .
RDA
O （I） O
HO
Mclafferty
HO
11-oxo，
12
Rearrangement
（II）
+
30
（三）1H-NMR
甲基质子、与氧同碳质 子、双键上烯氢质子、糖的端基质子等。
三萜及其皂苷的结构研究
沈阳药科大学天然药化 宋少江
一、概述 二、结构解析规律 三、结构解析实例
四、小结
一、概述
• 三萜皂苷由三萜皂苷元与糖或糖醛酸组成。 • 糖的组成主要有葡萄糖、半乳糖、鼠李糖、 阿拉伯糖、以及其它戊糖类。 常见的糖醛酸主要有葡萄糖醛酸及半乳糖醛 酸等。 • 苷元主要包括四环三萜（如人参皂苷）及五 环三萜（如甘草皂苷）。
7、苷元区：0~60
（1） terpene（苷元）区，0～60ppm
• 季碳数目 齐墩果烷型 6个季碳δ30~42ppm 5个季碳δ30~42ppm
乌苏烷型和羽扇豆型
羽扇豆有异丙烯基信号 δ19.3(q), 109.2(t), 150.6(s)
30
29 20 21 22 28 16
• 甲基信号
12 11 25 2 3 24 1 9
17
+ ·
A
RDA
R1 R2
C
D
R3
+
B R2
R1
(I)
(a)
(b)
R4
R4 R5 E
+ CH 2
A R1 R2 B
R5
+ CH 2
+
C D
17
+
(g)
(d)
(c)
(f)
• （a）是三萜烯的特征碎片
• C-17为-COOH、-COOMe、内酯时，（a） 易失去上述基团生成（c），（c）强度稍大
于或等于（a）
• 反相液相色谱（图谱） • 对于酸性皂苷（尤其是连有葡萄糖醛酸的 皂苷类，需加入少量酸，如0.1%磷酸）， 但要注意最后要脱盐处理。 • 检测器：最好用通用检测器，如蒸发光散 射检测器、示差检测器等；若用紫外检测 波长203~2要 时可二次展开)
二、结构解析规律
3-βH δ5.00~5.48ppm δ4.08~4.30ppm dd δ3.77~3.80ppm dd
若C-16位连有羟基则27位甲基质子信号由于 去屏蔽效应向低场位移，出现在1.70-1.90 之
间；16位氢信号则在5.0-5.50 处出现一单峰，
H-3及H-18信号通常在3.22-3.88 之间呈dd峰。
R5: CH2OH 65.8 R4: CH3 28
R4: CH2OH 73.9 R5: CH3 20
R5
R4
R6- OH: C1 46.4 (+8), C2 68.8, C3 83.8 (+5)
R6
R3 R2
CH3 27.3 CH2OH 70 COOH 180 13,28-epoxy 77 COOCH3 178 (51)
• C-17为CH2OAc时，（c）大于（a） • C-17为-CH3时，（c）是（a）的三分之一
• 当C-11位氧代的Δ12的结构时，除RDA开裂外， 还有麦氏重排
O R' H CR 2 -CR 2=CH 2 R' R'= -H,-R,-OH,-OR,-NR2 H O.+ R' H O+ CH 2 . R' O + H CH 2 .
（一）UV和IR
UV用于判断齐墩果烷三萜类化合物双键类型
• 一个双键，205~250nm有微弱吸收
• α,β-不饱和羰基（-C=C-C=O），最大吸收
242~250nm
C18-βH（D/E cis），248~249nm
C18-αH（D/E trans），242~243nm
H O 11 12 18 13
纯化方法
• 分配柱色谱法要比吸附柱色谱法好，常用 硅胶为支持剂。(薄层硅胶多加压) • 常用溶剂系统： • 氯仿：甲醇：水（6：4：1; 7：3：0.5;
• • 8：2：0.25 等单一系统或梯度洗脱） 正丁醇：醋酸：水（4：1：5，上层） 氯仿：甲醇：乙酸乙酯：水 （2：2：4：1，下层）
纯化方法
19
H 18 H 17 D
15
E
C 13
26 14 8 7 27
A
4
10 5
H B
6
H
23
齐墩果烷8个甲基δ8.9~33.7ppm 低场：23-αCH3 δ27.8~28.7ppm 29-αCH3 δ32.7~33.7ppm
•判定C20和C4位取代基构型
•30-βCH3氧取代时，
29-αCH3δ32.7~33.7 → δ27.9~29.7ppm，最 低场甲基信号。 •29-αCH3氧取代时, 30βCH3δ23.6→δ20
•23-αCH3氧取代时，
24-βCH3δ15.6→ δ8.9~13.7 ppm, 最高场甲 基信号
(2) 糖C5-CH2O—区（60~65ppm） 三萜皂苷如分子中含有6碳糖如葡萄糖
或甘露糖时，在糖分子中的C5CH2OH，C6
位数目可辨认，有几个峰就有几个未被取
代的糖，如果6位被取代时-CH2O-R则向低
12 11 9
R2
R1
29
18 13
26
28
• 甲基质子：δ0.625~1.500 ppm 最高场甲基（26-CH3）
3
27
24
23
δ<0.775ppm（28-COOCH3） δ>0.775ppm（28-CH2OH、CH3或内酯） 最低场甲基 δ1.13~1.15ppm（27-CH3）其它小于1.0ppm
COOH H OH HO
1H-NMR
COOH
COOH OH HO
COOH
COOH OH HO CH 2OH
HO
HO
CH 2OH
观察氢谱中δ4.70-6.33 范围内端基质 子及碳谱中δ95-110 端基碳的个数，可以 确定糖的个数。糖的端基质子多数呈特 征性的双峰，少数呈单峰。
(四)13C-NMR
HO R0
R0: CH2OH 68 R1: CH3 23.6
α-OH 74 β-OH 68
R1
R1: CH2OH 65 R0: CH3 13
对于母核上取代基的构型还可以通过NOESY谱解 决，通常甲基上质子与空间上相近的质子有较强的 相关峰。如从头序楤木中分离得到的以16-羟基齐 墩果酸为苷元的皂苷中，在NOESY谱中，可观测 到16-H与27-CH3 和29-CH3 的相关峰。因此推测16 位羟基为β羟基。
用于判断结构类型、某些取代基位置及构型
13C-NMR
由低场向高场可以分为七个区域：
1、羰基碳区：大于163
2、烯碳区：110~160，区别苷元类型
3、端基碳区：95~110，糖的个数及类型
4、结合碳区：80~95（糖与苷元，糖与糖）
5、游离羟基碳区：65~80（苷元羟基，糖上羟基）
6、 C6碳区：60~65
子式。此外，还可由分子离子丢失的
离子碎片的m/z推定或复核分子的部分 结构。
五环三萜类的共同规律
• 有环内双键，RDA开裂；无环内双键，从C环断裂；
• 有时RDA和C环开裂同时发生。
1. 饱和三萜化合物
E
C A
HO
D
C环断裂
CH2
+
E
A
HO
B
B
+
D
(g)
2. 不饱和三萜化合物
R5 R4 R4 R5 R3 E
尽管三萜皂苷的结构解析较为繁琐， 但还是有其规律可循。可从下几个方面加 以考虑： 分子量及分子式的确定； 母核类型、糖基个数、种类及苷化位置； 糖基连接位置及顺序； 苷键的构型；
• • • •
• 最常用的方法就是红外光谱、质谱及核磁共 振谱。 • 紫外光谱较少用（三萜皂苷不饱和键少）。 • 此外，化学方法在确定皂苷的结构时也具有 不可替代的作用。如苷元结构的确定也可采 用脱水、氧化、还原、甲基或双键转位、乙 酰化、甲酯化等化学反应将未知苷元结构转 变为已知化合物，然后将其IR、mp.、Rf或 其它光谱数据与已知物数据对照的方法推测 其结构。也可采用半合成或全合成方法制备 相应的合成产物以确证天然产物的结构
上的羟基取代。
Table 3.1.13C-NMR data of aglycone from A. elata No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 I 38.9 28.1 78.0 39.4 55.8 18.8 33.9 39.7 48.2 37.4 23.8 122.6 144.2 42.2 28.3 23.8 46.7 42.0 46.5 30.9 35.2 33.3 28.8 16.5 15.5 17.4 26.2 180.1 33.3 23.8 II 38.9 27.6 73.7 42.9 48.8 18.7 33.6 39.8 48.2 37.3 23.8 122.7 144.9 42.2 28.4 23.8 46.7 42.0 46.5 31.0 34.3 32.9 64.4 13.8 16.3 17.7 26.3 180.1 33.3 23.8 III 38.9 28.0 78.0 39.3 55.8 18.8 33.3 39.8 47.2 37.4 23.7 122.4 144.9 42.0 36.0 74.6 48.8 41.3 47.2 30.9 36.0 32.7 28.7 16.5 15.5 17.4 27.1 179.8 33.5 24.7 IV 38.7 27.4 74.1 43.5 47.3 18.2 33.2 39.9 47.7 37.0 23.8 122.4 145.1 42.1 36.2 74.7 48.8 41.4 47.3 31.0 36.2 32.9 64.5 13.7 16.2 17.5 27.2 180.0 33.3 24.7 V 39.0 28.1 78.1 39.4 55.9 18.8 32.8 39.9 48.1 37.4 23.8 122.4 144.2 42.1 36.8 67.2 48.9 41.4 47.3 31.0 36.1 33.6 28.7 16.5 15.6 17.5 26.1 179.9 33.3 24.7 VI 39.1 26.8 78.1 39.7 56.0 18.6 33.6 39.7 48.1 37.0 23.7 126.2 138.5 42.6 28.7 24.7 48.4 53.4 39.4 40.2 30.9 36.8 28.0 16.6 15.8 17.7 23.8 180.1 17.4 21.3
COOH H OH HO
（4）结合C区（80～95ppm） 查看结合C区，若δppm＞84，则苷元 C3OH一般接有糖，而且糖与糖如果为1-
3相连的（G1c-G1c），一般在结合碳区
则有峰。
（5） anomeric 区（95～110）
环外双键 δH<5 ppm
同环双烯与异环双烯的比较：
2个烯氢信号 5.50~5.60 均为二重峰
H H
5.40~5.60 双峰 6.40~6.80 2个二重峰
H H
H
同环双烯
异环双烯
氧取代的氢信号：判断构型 • C3-OAc
3-αH
• C4-CH2OAc 24-H 23-H
δ4.00~4.75ppm
1.82~2.07 乙酰基中甲基
H3C
30 29
3.6 左右 甲酯中甲基
O CH3
O
CH 3 H
H 3C H
0.8~1.0 J = ~ 6~ Hz 均为二重峰
CH3
H
1.4~1.7 O J = 5.5~7.0 Hz 二重峰
乌苏烷型
6-去氧- 5甲基糖
• 烯氢信号：判断双键取代情况
环内双键 δH>5 ppm
E D
C B
• 异环共轭双键，最大吸收在240，250，260nm
• 同环共轭双键，最大吸收在285nm
IR用于区别骨架类型
A(1355~1392cm-1) B(1245~1330cm-1) 齐墩果烷型 乌苏烷型 四环三萜类 2个峰 3个峰 1个峰 3个峰 3个峰 1个峰
（二）MS的应用：
质谱可用于确定分子量及求算分
（3）游离-OH区（65~80ppm） 此区为苷元上的羟基C和糖上未被取代的游 离OH碳 通常母核上连有羟基时 α 碳向低场位移约34-50，β 碳向低场位移约
2-10，γ 碳则向高场位移约0-9
如23位甲基连有羟基时，碳信号向低场位移 至约64.0处，24位甲基则向高场位移约13.0； 16位连有α羟基时，C-16信号低场位移至74.7， C-15及C-17分别向低场位移约8.2、2.1；连有 β羟基时，C-16信号向低场位移至68.0，其余 碳信号与α羟基取代时相近，据此可推断母核
重排必须具备的条件： ①适当位置的杂原子（如：O）
②π -体系（通常一个双键）
③可除去的氢（对C=O体系的γ 位）
+ .
RDA
O （I） O
HO
Mclafferty
HO
11-oxo，
12
Rearrangement
（II）
+
30
（三）1H-NMR
甲基质子、与氧同碳质 子、双键上烯氢质子、糖的端基质子等。
三萜及其皂苷的结构研究
沈阳药科大学天然药化 宋少江
一、概述 二、结构解析规律 三、结构解析实例
四、小结
一、概述
• 三萜皂苷由三萜皂苷元与糖或糖醛酸组成。 • 糖的组成主要有葡萄糖、半乳糖、鼠李糖、 阿拉伯糖、以及其它戊糖类。 常见的糖醛酸主要有葡萄糖醛酸及半乳糖醛 酸等。 • 苷元主要包括四环三萜（如人参皂苷）及五 环三萜（如甘草皂苷）。
7、苷元区：0~60
（1） terpene（苷元）区，0～60ppm
• 季碳数目 齐墩果烷型 6个季碳δ30~42ppm 5个季碳δ30~42ppm
乌苏烷型和羽扇豆型
羽扇豆有异丙烯基信号 δ19.3(q), 109.2(t), 150.6(s)
30
29 20 21 22 28 16
• 甲基信号
12 11 25 2 3 24 1 9
17
+ ·
A
RDA
R1 R2
C
D
R3
+
B R2
R1
(I)
(a)
(b)
R4
R4 R5 E
+ CH 2
A R1 R2 B
R5
+ CH 2
+
C D
17
+
(g)
(d)
(c)
(f)
• （a）是三萜烯的特征碎片
• C-17为-COOH、-COOMe、内酯时，（a） 易失去上述基团生成（c），（c）强度稍大
于或等于（a）
• 反相液相色谱（图谱） • 对于酸性皂苷（尤其是连有葡萄糖醛酸的 皂苷类，需加入少量酸，如0.1%磷酸）， 但要注意最后要脱盐处理。 • 检测器：最好用通用检测器，如蒸发光散 射检测器、示差检测器等；若用紫外检测 波长203~2要 时可二次展开)
二、结构解析规律
3-βH δ5.00~5.48ppm δ4.08~4.30ppm dd δ3.77~3.80ppm dd
若C-16位连有羟基则27位甲基质子信号由于 去屏蔽效应向低场位移，出现在1.70-1.90 之
间；16位氢信号则在5.0-5.50 处出现一单峰，
H-3及H-18信号通常在3.22-3.88 之间呈dd峰。
R5: CH2OH 65.8 R4: CH3 28
R4: CH2OH 73.9 R5: CH3 20
R5
R4
R6- OH: C1 46.4 (+8), C2 68.8, C3 83.8 (+5)
R6
R3 R2
CH3 27.3 CH2OH 70 COOH 180 13,28-epoxy 77 COOCH3 178 (51)
• C-17为CH2OAc时，（c）大于（a） • C-17为-CH3时，（c）是（a）的三分之一
• 当C-11位氧代的Δ12的结构时，除RDA开裂外， 还有麦氏重排
O R' H CR 2 -CR 2=CH 2 R' R'= -H,-R,-OH,-OR,-NR2 H O.+ R' H O+ CH 2 . R' O + H CH 2 .
（一）UV和IR
UV用于判断齐墩果烷三萜类化合物双键类型
• 一个双键，205~250nm有微弱吸收
• α,β-不饱和羰基（-C=C-C=O），最大吸收
242~250nm
C18-βH（D/E cis），248~249nm
C18-αH（D/E trans），242~243nm
H O 11 12 18 13
纯化方法
• 分配柱色谱法要比吸附柱色谱法好，常用 硅胶为支持剂。(薄层硅胶多加压) • 常用溶剂系统： • 氯仿：甲醇：水（6：4：1; 7：3：0.5;
• • 8：2：0.25 等单一系统或梯度洗脱） 正丁醇：醋酸：水（4：1：5，上层） 氯仿：甲醇：乙酸乙酯：水 （2：2：4：1，下层）
纯化方法
19
H 18 H 17 D
15
E
C 13
26 14 8 7 27
A
4
10 5
H B
6
H
23
齐墩果烷8个甲基δ8.9~33.7ppm 低场：23-αCH3 δ27.8~28.7ppm 29-αCH3 δ32.7~33.7ppm
•判定C20和C4位取代基构型
•30-βCH3氧取代时，
29-αCH3δ32.7~33.7 → δ27.9~29.7ppm，最 低场甲基信号。 •29-αCH3氧取代时, 30βCH3δ23.6→δ20
•23-αCH3氧取代时，
24-βCH3δ15.6→ δ8.9~13.7 ppm, 最高场甲 基信号
(2) 糖C5-CH2O—区（60~65ppm） 三萜皂苷如分子中含有6碳糖如葡萄糖
或甘露糖时，在糖分子中的C5CH2OH，C6
位数目可辨认，有几个峰就有几个未被取
代的糖，如果6位被取代时-CH2O-R则向低
12 11 9
R2
R1
29
18 13
26
28
• 甲基质子：δ0.625~1.500 ppm 最高场甲基（26-CH3）
3
27
24
23
δ<0.775ppm（28-COOCH3） δ>0.775ppm（28-CH2OH、CH3或内酯） 最低场甲基 δ1.13~1.15ppm（27-CH3）其它小于1.0ppm
COOH H OH HO
1H-NMR
COOH
COOH OH HO
COOH
COOH OH HO CH 2OH
HO
HO
CH 2OH
观察氢谱中δ4.70-6.33 范围内端基质 子及碳谱中δ95-110 端基碳的个数，可以 确定糖的个数。糖的端基质子多数呈特 征性的双峰，少数呈单峰。
(四)13C-NMR
HO R0
R0: CH2OH 68 R1: CH3 23.6
α-OH 74 β-OH 68
R1
R1: CH2OH 65 R0: CH3 13
对于母核上取代基的构型还可以通过NOESY谱解 决，通常甲基上质子与空间上相近的质子有较强的 相关峰。如从头序楤木中分离得到的以16-羟基齐 墩果酸为苷元的皂苷中，在NOESY谱中，可观测 到16-H与27-CH3 和29-CH3 的相关峰。因此推测16 位羟基为β羟基。
用于判断结构类型、某些取代基位置及构型
13C-NMR
由低场向高场可以分为七个区域：
1、羰基碳区：大于163
2、烯碳区：110~160，区别苷元类型
3、端基碳区：95~110，糖的个数及类型
4、结合碳区：80~95（糖与苷元，糖与糖）
5、游离羟基碳区：65~80（苷元羟基，糖上羟基）
6、 C6碳区：60~65
子式。此外，还可由分子离子丢失的
离子碎片的m/z推定或复核分子的部分 结构。
五环三萜类的共同规律
• 有环内双键，RDA开裂；无环内双键，从C环断裂；
• 有时RDA和C环开裂同时发生。
1. 饱和三萜化合物
E
C A
HO
D
C环断裂
CH2
+
E
A
HO
B
B
+
D
(g)
2. 不饱和三萜化合物
R5 R4 R4 R5 R3 E
尽管三萜皂苷的结构解析较为繁琐， 但还是有其规律可循。可从下几个方面加 以考虑： 分子量及分子式的确定； 母核类型、糖基个数、种类及苷化位置； 糖基连接位置及顺序； 苷键的构型；
• • • •
• 最常用的方法就是红外光谱、质谱及核磁共 振谱。 • 紫外光谱较少用（三萜皂苷不饱和键少）。 • 此外，化学方法在确定皂苷的结构时也具有 不可替代的作用。如苷元结构的确定也可采 用脱水、氧化、还原、甲基或双键转位、乙 酰化、甲酯化等化学反应将未知苷元结构转 变为已知化合物，然后将其IR、mp.、Rf或 其它光谱数据与已知物数据对照的方法推测 其结构。也可采用半合成或全合成方法制备 相应的合成产物以确证天然产物的结构
上的羟基取代。
Table 3.1.13C-NMR data of aglycone from A. elata No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 I 38.9 28.1 78.0 39.4 55.8 18.8 33.9 39.7 48.2 37.4 23.8 122.6 144.2 42.2 28.3 23.8 46.7 42.0 46.5 30.9 35.2 33.3 28.8 16.5 15.5 17.4 26.2 180.1 33.3 23.8 II 38.9 27.6 73.7 42.9 48.8 18.7 33.6 39.8 48.2 37.3 23.8 122.7 144.9 42.2 28.4 23.8 46.7 42.0 46.5 31.0 34.3 32.9 64.4 13.8 16.3 17.7 26.3 180.1 33.3 23.8 III 38.9 28.0 78.0 39.3 55.8 18.8 33.3 39.8 47.2 37.4 23.7 122.4 144.9 42.0 36.0 74.6 48.8 41.3 47.2 30.9 36.0 32.7 28.7 16.5 15.5 17.4 27.1 179.8 33.5 24.7 IV 38.7 27.4 74.1 43.5 47.3 18.2 33.2 39.9 47.7 37.0 23.8 122.4 145.1 42.1 36.2 74.7 48.8 41.4 47.3 31.0 36.2 32.9 64.5 13.7 16.2 17.5 27.2 180.0 33.3 24.7 V 39.0 28.1 78.1 39.4 55.9 18.8 32.8 39.9 48.1 37.4 23.8 122.4 144.2 42.1 36.8 67.2 48.9 41.4 47.3 31.0 36.1 33.6 28.7 16.5 15.6 17.5 26.1 179.9 33.3 24.7 VI 39.1 26.8 78.1 39.7 56.0 18.6 33.6 39.7 48.1 37.0 23.7 126.2 138.5 42.6 28.7 24.7 48.4 53.4 39.4 40.2 30.9 36.8 28.0 16.6 15.8 17.7 23.8 180.1 17.4 21.3
COOH H OH HO
（4）结合C区（80～95ppm） 查看结合C区，若δppm＞84，则苷元 C3OH一般接有糖，而且糖与糖如果为1-
3相连的（G1c-G1c），一般在结合碳区
则有峰。
（5） anomeric 区（95～110）
环外双键 δH<5 ppm
同环双烯与异环双烯的比较：
2个烯氢信号 5.50~5.60 均为二重峰
H H
5.40~5.60 双峰 6.40~6.80 2个二重峰
H H
H
同环双烯
异环双烯
氧取代的氢信号：判断构型 • C3-OAc
3-αH
• C4-CH2OAc 24-H 23-H
δ4.00~4.75ppm
1.82~2.07 乙酰基中甲基
H3C
30 29
3.6 左右 甲酯中甲基
O CH3
O
CH 3 H
H 3C H
0.8~1.0 J = ~ 6~ Hz 均为二重峰
CH3
H
1.4~1.7 O J = 5.5~7.0 Hz 二重峰
乌苏烷型
6-去氧- 5甲基糖
• 烯氢信号：判断双键取代情况
环内双键 δH>5 ppm
E D
C B
• 异环共轭双键，最大吸收在240，250，260nm
• 同环共轭双键，最大吸收在285nm
IR用于区别骨架类型
A(1355~1392cm-1) B(1245~1330cm-1) 齐墩果烷型 乌苏烷型 四环三萜类 2个峰 3个峰 1个峰 3个峰 3个峰 1个峰
（二）MS的应用：
质谱可用于确定分子量及求算分