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· 第七章  三萜及其苷类
目的要求：1．了解三萜类化合物的生源途径及其生物活性。
2．熟悉三萜类化合物的主要结构类型。
3．掌握三萜类化合物的理化性质及提取分离方法。
4．熟悉三萜类化合物的结构鉴定。
教学时数：2学时。
重点、难点
一、 概述
 1．概念：多数三萜类衍生物的基本骨架是由6个异戊二烯单位、30个碳原子组成的。有的以游离的形式存在，有的则与糖结合成苷的形式存在，该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，该类皂苷多具有羧基，所以有时又称之为酸性皂苷。 2．分布：在植物界中分布广泛，种类繁多，大部分分布于五加科、豆科、桔梗科、远志科等。
3．生物活性：抗炎，抗肿瘤，抗菌和抗病毒，降低胆固醇，杀软体动物，抗生育等活性。
4．生物合成：三萜是由鲨烯经过不同途径环合而成，鲨烯是由倍半萜金合欢醇的焦磷酸酯尾尾缩合而成。
二、结构与分类
已发现的三萜类化合物结构类型很多，多数三萜为四环三萜和五环三萜，也有少数为链状、单环、双环和三环三萜。
1．四环三萜：（1）达玛烷型达玛烷型四环三萜从环氧鲨烯由全椅式构象形成，其结构特点是8位有角甲基，且为b-构型。此外13位连有b-H，10位有b-CH3，17位有b-侧链，C-20构型为R或S。如20（S）原人参二醇、20（S）原人参三醇、酸枣仁皂苷A和B。
（2）羊毛脂烷型： 羊毛脂烷型四环三萜是从环氧鲨烯经椅-船-椅构象式环合而成，其结构特点是10、13、14位分别连有b，b，a- CH3，C-20为R构型，A/B，B/C，C/D环均反式。
（3）葫芦烷型 A/B环上的取代和羊毛脂烷类型化合物不同，有5b-H，8b-H，10a-H，9位连有b- CH3，其余与羊毛脂烷一样。
2．五环三萜类 （1）齐墩果烷型：此类又称b-香树脂烷型。其基本骨架是多氢蒎的五环母核，环的稠合方式为A/B，B/C，C/D环也均为反式，而C/D环为顺式。母核上8个甲基，其中C-4和C-20位上均有偕二甲基，C-10、C-8、C-17的甲基均为b-型，而C-14的甲基为a-构型。
（2）乌索烷型：此类又称a-香树脂烷型或熊果烷型。其基本结构与齐墩果烷型不同之处是E环上两个甲基位置不同，即C-19和C-20上各有1个甲基，其中C-19位上的甲基为b-构型，而C-20位上的甲基为a-构型。 （3）羽扇豆烷型：与齐墩果烷型不同点是D环和E环是反式，C-21与C-19连成五元环（E环），并在C-19位上有a-构型的异丙基或异丙烯基取代。
三、理化性质
1．性状
（1）三萜类化合物多有较好的结晶；若与糖结合成为苷类，则不易结晶，多为无色无定形粉末，但也有少数为晶体，如常春藤皂苷为针状晶体。
（2）皂苷多数具有苦而辛辣味，其粉末对人体各部位的粘膜有较强的刺激性，尤以鼻粘膜最为敏感。
（3）皂苷具有吸湿性，保存时应干燥放置。
（4）多数三萜皂苷属于酸性。分子中羧基有的在皂苷元部分，有的在糖醛酸部分，在植物体内常与金属离子如钾、钙、镁等结合成盐的形式存在。
2．溶解性
 三萜皂苷元易溶于石油醚、苯、氯仿等有机溶剂，不溶于水；
 三萜皂苷可溶于水，易溶于热水，稀醇、热甲醇和热乙醇中。几乎不溶于石油醚、苯等极性小的有机溶剂，含水的丁醇或戊醇对皂苷的溶解度较好，因此是萃取皂苷时常用的溶剂。
3．颜色反应
三萜化合物在无水条件下，与强酸（硫酸、磷酸、高氯酸）、中等强酸（三氯乙酸）、Lewis酸（氯化锌、三氯化铝、三氯化锑）作用，会产生颜色变化或荧光。
原理：主要是使羟基脱水，增加双键结构，再经双键移位、双分子缩合等反应生成共轭双烯系统，又在酸作用下形成阳碳离子盐而呈色。
（1）醋酐-浓硫酸反应
（2）五氯化锑反应              
（3）三氯醋酸反应              
（4）氯仿-浓硫酸反应
（5）冰醋酸-乙酰氯反应
4．表面活性
       皂苷有降低水溶液表面张力的作用，多数皂苷的水溶液经强烈振摇能产生持久性的泡沫，并不因加热而消失。用发泡实验可以初步判断皂苷的有无及区别三萜皂苷与甾体皂苷。
        （1）取1g中药粉末，加水10ml，煮沸10min后过滤，取滤液振摇，产生持久性的泡沫（15min以上）呈阳性。含蛋白质和粘液质的水溶液虽也能产生泡沫，但不能持久，很快消失，以此可区别二者。
         （2）取2支试管，分别加入0.1mol/L HCl和0.1mol/L NaOH各5ml，再各滴加3d中药水提取液，振摇1min，如两管形成泡沫持久相同，说明该中药含三萜皂苷；如碱液管的泡沫较酸液管泡沫保持时间长几倍，则证明含有甾体皂苷。
5．溶血作用
        皂苷有使血液中的红细胞破裂的作用，低浓度的水溶液就能产生溶血作用，因此在制备皂苷中药静脉注射液时须做溶血试验。
        单糖链皂苷溶血作用一般较显著；双糖链皂苷，尤其是中性三萜类双糖链皂苷溶血作用较弱或没有溶血作用；酸性皂苷的溶血作用介于二者之间。
        皂苷的溶血作用与其分子的结构有密切的关系，如使难以溶于水的皂苷元与糖以外的物质结合，并使之溶于水后，显示与皂苷有同样的溶血作用，所以溶血作用的有无与皂苷元有关，溶血作用的强弱则与结合的糖有关。
        由于皂苷能与胆甾醇形成沉淀，因此胆甾醇能解除皂苷的溶血毒性。
6．沉淀反应
         皂苷的水溶液可以和一些金属盐类如铅盐、钡盐、铜盐等产生沉淀。利用这一性质可以进行皂苷的提取和分离。
     ①酸性皂苷（通常指三萜皂苷）的水溶液加入硫酸铵、醋酸铅或其它中性盐即产生沉淀。
     ②中性皂苷（通常指甾体皂苷）的水溶液则需加入碱式醋酸铅或氢氧化钾等盐类才能生成沉淀。
四、 提取分离
1．三萜化合物的提取与分离
（1） 提取：三萜化合物的分离方法大致可分为四类：
 ①用乙醇或甲醇提取，提取物 直接进行分离；
 ②用醇类溶剂提取后，提取物依次用石油醚、氯仿、乙酸乙酯进行部分提取，然后进一步分离；
 ③制备衍生物再作分离；
 ④由三萜皂苷水解获得。
（2）分离：采用反复硅胶吸附柱层析法。      
2．三萜皂苷的提取与分离
（1）提取：三萜皂苷常用醇类溶剂提取，若皂苷含有羟基、羧基极性基团较多，亲水性强，用稀醇提取效果较好。提取物先用石油醚脱脂，然后再用正丁醇萃取，萃取物再经大孔吸附树脂，得粗皂苷。
（2）分离：采用分配柱色谱法要比吸附柱色谱法好，常用硅胶为支持剂，以氯仿-甲醇-水为或乙酸乙酯-乙醇-水为洗脱剂。
四、结构测定
1．UV 2．IR 3．MS 4． NMR
思考题：
1． 简述三萜皂苷的结构及其检识方法。
2．根据皂苷的结构说明皂苷的性质，并进一步说明皂苷的提取分离方法。

第八章  甾体及其苷类
目的要求：
1．掌握甾体及其苷类的结构特征和类型。
2．掌握强心苷、甾体皂苷的理化性质、颜色反应及其应用。
3．掌握强心苷的酸水解法和酶水解法及酶水解法在生产中的应用。
4．了解强心苷的一般提取分离方法，掌握甾体皂苷及苷元的提取方法及沉淀分离方法。
5．熟悉强心苷、甾体皂苷的波谱特征，掌握甾体皂苷的红外光谱特征。
教学时数：2学时。
重点、难点
一、概述
1．概念 甾体类化合物式天然广泛存在的一类化学成分，种类很多，但结构中都具有环戊烷骈多氢菲的甾核。
2．结构特点
      （1）甾核的四个环可以有不同的稠合方式。
      （2）甾核的C10和C13位有角甲基取代，C17位有侧链，它们均为b-型。
      （3）甾核C3位有羟基取代，可与糖结合成苷。C3位羟基具有两种构型：
            ① C3-OH与C10-CH3为顺式，称为b-型（以实线表示）；
            ② C3-OH与C10-CH3为反式，称为a-型或epi-（表-）型（以虚线表示）。
      （4）母核的其它位置还可以有羟基、羰基、双键、环氧醚等功能基的取代。
3．分类
        根据侧链结构的不同，天然甾类成分又分为许多类型：
C17侧链 A/B B/C C/D
C21甾类 羟甲基衍生物 反 反 顺
强心甾类 不饱和内酯环 顺、反 反 顺
甾体皂苷类 含氧螺杂环 顺、反 反 反
植物甾醇 脂肪烃 顺、反 反 反
昆虫变态激素 脂肪烃 顺 反 反
胆酸类 戊酸 顺 反 反
4．生源途径
        通过甲戊二羟酸的生物合成途径转化而来。
           乙酰辅酶A         角鲨烯         2,3氧化角鲨烯         甾类  
5．通性
        甾类成分在无水条件下，遇强酸亦能产生各种颜色反应，与三萜化合物类似。
     （1）Liebermann-Berchard反应
     （2）Salkowski反应
     （3）Rosenheim反应
     （4）三氯化锑或五氯化锑反应

二、C21甾体化合物
        1．概念：C21甾是一类含有21个碳原子的甾体衍生物，是目前广泛应用于临床的一类重要药物。
        2．活性：具有抗炎、抗肿瘤、抗生育等方面的活性。
        3．结构特点：C21甾类成分在植物体中除游离方式存在外，也可和糖缩合成苷类存在。

  （1）苷元的结构特征：①以孕甾烷或其异构体为基本骨架。在C5、C6位大多有双键，C20位可能有羰基，C17位上的侧链多为a-构型，但也有b-构型。
                                                  ②近年还发现一些变形的C21甾体化合物，如：14,15-开裂孕甾烷的衍生物——脱水拉得苷元；13,14;14,15-双开裂孕甾烷的衍生物——白薇新苷。
        （2）苷的结构特征：糖链多和C3-OH 相连，但也发现有连在C20位OH上。分子中除含有2-羟基糖外，有时还含有2-去氧糖。
三、  强心苷
（一）概述
      1．概念：强心苷是存在于植物中具有强心作用的甾体苷类化合物。
      2．生物活性：具有强心作用，主要用以治疗充血性心力衰竭及节律障碍等心脏疾患。
      3．分布：强心苷存在于许多有毒的植物中，已知主要有十几个科几百种植物，尤以玄参科、夹竹桃科植物最普遍。
                        在植物体内主要存在于果、叶或根中。
    （动物中至今未发现强心成分存在。如蟾蜍中强心成分为蟾毒配基基其酯类，而非苷类成分。）
     4．生物合成：以甾醇为母体经过多次转化而逐渐生成，涉及到大约20种酶的作用。
（二）化学结构与分类

     1．强心苷元
   从化学结构上看，是由强心苷元与糖缩合而成的一类苷。强心苷元均属甾体衍生物，其结构特征是在甾体母核的C-17位上均连一个不饱和内酯环。
  （1）甾体母核部分
         ①天然界存在的已知强心苷元，其B/C环为反式稠合，C/D环为顺式稠合，而A/B环则有顺式、反式两种稠合方式，但大多数是顺式，如洋地黄毒苷元；少数为反式，如乌沙苷元。
         ②甾体母核部的C-3和C-4位上都有羟基。C3-OH多为b-构型，如洋地黄毒苷元；少数是a-构型。C14-羟基均是b-构型。
         ③在母核的其它位置还可能出现羰基、羟基、环氧基等。
   （2）不饱和内酯环部分
         根据其在甾体母核的C-17位上连接的不饱和内酯环的不同，可将强心苷元分为两类。
         ①甲型强心苷元（强心甾烯类）：其基本母核为强心甾，由23个碳原子组成。已知的强心苷元中，绝大多数属于此类。
         母核的C-17位上连接的是五元不饱和内酯环（即Δab-g-内酯），大多为b-构型，个别为a-构型。在异构化酶的作用下，b-构型的强心苷元可转变为无强心作用的或强心作用显著降低的a-构型异构体，例如毒毛旋花子种子中含有异构化酶，能使C-17位的侧链由b-构型转变为a-构型。
         ②乙型强心苷元（蟾蜍甾烯类或海葱甾二烯类）：其基本母核为蟾蜍甾或海葱甾，由24个碳原子组成。母核部分C-17位上连接的是六元环不饱和内酯环（即Δab, gd-双烯-d-内酯），为b-构型。
                  由乙型强心苷元与糖缩合而成的苷称为乙型强心苷。天然界中仅少数几种强心苷元属于这一类型。
2．糖部分
         强心苷中的糖共有20余种。根据它们的C-2位上有无羟基可以分成a-羟基糖和a-去氧糖两类。a-去氧糖主要存在于强心苷类化合物的分子中，而在其他苷类化合物分子中则极少见，故在检识强心苷类时常需要进行a-去氧糖的鉴别反应。
        （1）a-羟基糖    除D-葡萄糖外，还有：
                 ①6-去氧糖          如L-鼠李糖等；
                 ② 6-去氧糖甲醚      如D-洋地黄糖等。
        （2）a-去氧糖  
                 ①2，6-二去氧糖          如D-洋地黄毒糖等；
                 ② 2，6-二去氧糖甲醚      如L-夹竹桃糖、D-加拿大麻糖等。
3．糖和强心苷元的连接方式
        强心苷分子，多数是几个单糖结合成低聚糖的形式，再与苷元的C-3位羟基连接成苷，少数为双糖苷或单糖苷。强心苷中糖部分自身虽无强心作用，但却科增加强心苷对心肌的亲和力。
        按与C-3位羟基直接相连的内端糖的种类的不同分为以下三种类型：
         I   型强心苷：苷元-（2，6-二去氧糖）x —（D-葡萄糖）y
         II  型强心苷：苷元-（6-去氧糖）x —（D-葡萄糖）y
        III  型强心苷：苷元-（D-葡萄糖）y
       天然存在的强心苷类以 I 型及  II 型较多，III  型较少。  
（三）理化性质
       1．理化性质
         （1）物理性质
                  ①性状：强心苷类多为无色结晶或无定形粉末，中性物质，有旋光性。C-17位上的侧链为b-构型者味苦，而a-构型者味不苦，但无强心作用。对粘膜有刺激性。
                  ②溶解度：可溶于丙酮、甲醇、乙醇、水等极性溶剂，难溶于乙醚、苯、石油醚等非极性溶剂。它们的溶解度也因糖基数目和性质以及苷元中有无亲水性基团而有差异。
        （2）化学性质
                在适当条件下，强心苷可发生分子中的内酯环开裂、双键氧化、某些取代基脱水或缩合、C17b-内酯侧链异构化等反应。在研究或制备强心苷的过程中要注意这些情况的发生。
2．苷键的水解
       强心苷的苷键可以在酸或酶的催化下发生水解。同时，分子中有的酯键结构还能被碱催化水解。因此，强心苷的水解分为化学方法和生物方法两大类，化学方法主要有酸水解、碱水解，生物方法主要有酶水解。
（1） 酸催化水解
        ① 温和酸水解法：用稀酸（如0.02~0.05mol/L的盐酸或硫酸），在含水醇中经短时间（半小时至数小时）加热回流。在此条件下，可使 I 型强心苷水解生成苷元和糖。因为苷元和a-去氧糖、a-去氧糖和a-去氧糖之间的糖苷键极易被酸水解，在此条件下即能被切断。
            但由a-羟基糖形成的苷键则难以水解，故常常得到二糖或三糖。
        ② 强烈酸水解法：II 型和 III 型强心苷中的堂，均非a-去氧糖。必须以高浓度的酸（3%~5%），增加作用时间或同时加压，才能使强心苷和糖之间的苷键、糖和糖之间的苷键全部水解。
            但却常引起苷元发生脱水反应，得不到原来的苷元。
        （2）酶水解法
         含强心苷的植物中均有水解b-D-葡萄糖苷键的酶共存，但无水解a-去氧糖苷键的存在。所以酶能水解除去强心苷分子中的葡萄糖而保留a-去氧糖。
                一般来说，乙型强心苷较甲型强心苷更易为酶水解；糖基上有乙酰基的强心苷较糖基上无乙酰基的强心苷水解速度慢。
                酶解法在强心苷产生中有很重要的作用。由于甲型强心苷的强心作用与分子中的糖基数目有关，即苷的强心作用强度为：单糖苷>二糖苷>三糖苷，所以常利用酶解法使植物体内的原生苷水解成强心作用更强的次生苷。
               （3）碱水解法
          强心苷的苷键为缩醛结构，可被酸或酶水解，对碱则较稳定而不被水解。但是，在碱试剂的作用下，可使强心苷分子中的酰基水解、内酯环开裂、Δ20(22)转位及苷元异构化等。
　　　　①　酰基的水解：在强心苷的苷元或糖基上常有酰基存在，一般可用碱处理使酯键水解而脱去酰基。常用的碱有：NaHCO3、K HCO3（a-去氧糖上的酰基）、Ca(OH)2、Ba(OH)2（a-去氧糖、a-羟基糖上的酰基），它们能选择性地水解苷元或糖基上的酰基而不影响内酯环。
　　　　②　内酯环的水解：在水溶液中，NaOH、KOH能使强心苷的内酯环开裂，酸化后又可重新闭环。在醇溶液中，NaOH、KOH能使强心苷的内酯环开裂，但同时还使其结构异构化，故酸化也不再有可逆变化。
　　3．显色反应　　　强心苷除甾体母核所产生的显色反应外，还可因结构中含有不饱和内酯环和a-去氧糖而产生显色反应。
       （1）由不饱和内酯环产生的反应
           甲型强心苷的C17侧链上有不饱和五元内酯环，在碱液中，双键转位能形成活性次甲基，从而能够与某些试剂反应而显色。而乙型强心苷在碱液中不能产生活性次甲基，故无此类反应。
          此类反应可以在试管内进行，也可以作为薄层层析和纸层析的显色剂。
      ①Legal反应：           NaFe(NO)CN5·H2O               深红或蓝
      ②Kedde反应：        3,5-二硝基苯甲酸                    深红或红
      ③Raymond反应：     间-二硝基苯                            紫红或蓝
      ④Baljet反应：          苦味酸                                      橙或橙红
（2）由2-去氧糖产生的反应
①Keller-Kiliani反应：
②对-二甲氨基苯甲醛反应：
③呫吨氢醇（Xanthydrol）反应：
④过碘酸-对硝基苯胺反应：
（四）提取与分离
1．提取
       由于强心苷易受酸、碱、酶的作用，发生水解、脱水及异构化等反应。因此应注意：
         ①如以提取原生苷为目的时，要抑制酶的活性，防止酶解；如以提取次生苷为目的时，要利用酶的活性，进行部分酶解。
         ②避免接触酸、碱。
2．分离
       一般用各种色谱方法进行分离。
       实例：毛地黄毒苷的提取：
                   西地兰的提取：
五、波谱特征        
1．UV
2．IR
3．MS
3． NMR

四、甾体皂苷

（一） 概述

        1．概念：甾体皂苷是一类由螺甾烷类化合物与糖结合的寡糖苷。有的以游离的形式存在，有的则与糖结合成苷的形式存在，该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，故被称为甾体皂苷。该类皂苷不具有羧基，呈中性，所以又称之为中性皂苷。
        2．分布：在植物界中分布广泛，主要分布于薯蓣科、百合科等。
        3．生物活性：防止心脑血管疾病，抗肿瘤，降血糖和免疫调节等作用。

（二）结构与分类
        甾体皂苷的皂苷元基本骨架属于螺甾烷的衍生物，依照螺甾烷结构中C25的构型和环合状态，可将其分为四种类型：
（1）螺甾烷醇类      C25为S构型
（2）异螺甾烷醇类      C25为R构型
（3）呋甾烷醇类           F环为开链衍生物
（4）变形螺甾烷醇类        F环为五元四氢呋喃环

（三）理化性质

        1．甾体皂苷元多有较好的结晶；若与糖结合成为苷类，则不易结晶，多为无色无定形粉末。
       甾体皂苷元易溶于石油醚、苯、氯仿等有机溶剂，不溶于水；甾体皂苷可溶于水，易溶于热水，稀醇、热甲醇和热乙醇中。几乎不溶于石油醚、苯等极性小的有机溶剂。含水的丁醇或戊醇对皂苷的溶解度较好，因此是萃取皂苷时常用的溶剂。
        2．甾体皂苷所具有的表面活性和溶血作用等与三萜皂苷相似，但F环开裂的皂苷往往不具溶血作用，而且表面活性降低。
        3．甾体皂苷与甾醇形成分子复合物，甾体皂苷的乙醇溶液可被甾醇（常用胆甾醇）沉淀。
        4．甾体皂苷在无水条件下，遇某些酸类亦可产生与三萜相类似的显色反应。
颜色反应

（四）提取与分离

       多采用溶剂提取法。主要使用甲醇或稀乙醇作溶剂，提取液回收溶剂后，用水稀释，经正丁醇萃取或大孔纯化，得粗皂苷，再经过硅胶柱层析分离或高效液相制备，得单体。
       常用的洗脱剂：氯仿：甲醇：水混合溶剂或水饱和的正丁醇。

（五）波谱特征
1．UV
2．IR
3．MS
4．NMR

思考题：
1．强心苷元主要分为哪几类？其主要结构特征具有哪些异同点？利用哪些化学性质可以区分它们？这些化学反应所用的试剂及反应现象是什么？
2．简述强心苷的一般溶解规律及影响因素。
3．按强心苷元及与其C-3位羟基直接相连的内端糖的种类的不同可将强心苷分为几种类型？每一类举出一个代表化合物。这些类型的强心苷分别可以采取什么样的水解方法进行水解？
4．甾体皂苷的理化性质与三萜皂苷的理化性质有何异同点？如何将二者区分开？
5．简述甾体皂苷的主要结构特征及其分类。如何利用化学反应区别呋甾和螺甾类化合物？
6．如何利用IR、1H NMR、13C NMR区别螺甾类皂苷元25位碳的构型？螺甾烷质谱裂解的特征离子碎片有哪些？碎片离子质荷比有何规律？