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1、高等天然药物化学北京大学药学院天然药物学系,研究生高等天然药物化学（2008.9-2009.1）,萜类化合物,一、萜类生物合成天然烃类化合物，分子中具有异戊二烯（isoprene）单位。生源的异戊二烯法则：萜类由C5单位（类异戊二烯）集合而成，最初形成的结构以许多方式发生酶促修饰，产生各种骨架类型。天然存在C5单位：,1 2 3 4 5,MVA(mevalonic acid)甲瓦龙酸，甲戊二羟酸,重要中间体,DMAPP IPP二甲基烯丙基焦磷酸 异戊烯焦磷酸,C5+C5,GPP NPP牻牛儿基焦磷酸 橙花基焦磷酸,FPP（E，E）-法尼基焦磷酸,C10+C5,头-尾,尾-尾,含单萜类化合物的中
2、草药：唇形科：薄荷、紫苏、藿香伞形科：茴香、当归、白芷、川芎菊科：艾叶、茵陈蒿、苍术、白术、木香芸香科：橙、橘、花椒樟科：樟、肉桂姜科：生姜、姜黄、郁金含挥发油的中草药大多具有：发汗、理气、止痛、抑菌、矫味等作用；应用：医药工业、香料工业、昆虫信息素、昆虫驱避剂等,单萜（挥发油）的提取分离,单萜的提取方法：1.水蒸气蒸馏法2.溶剂萃取法 石油醚或乙醚 超临界CO2萃取3.直接压榨法 柑橘属植物果皮的油囊4.脂肪吸附法 香料工业：茉莉、晚香玉等花极不耐热，将花洒在涂有脂肪的板上,单萜的初步分离:一、物理方法1、直接结晶法薄荷油及樟油等芳香油，在1-5放置，分别析出薄荷脑及樟脑结晶。2、真空分馏法
3、 使用精密分馏装置，单萜烯类化合物：35-70/mmHg；单萜含氧化合物：70-100/mmHg；倍半萜烯及含氧化合物：80-110/mmHg,3、溶剂处理法脱色素方法：脂溶性成分（乙酸乙酯部分样品）：石油醚-甲醇（含水）萃取，色素在石油醚中；RA型大孔吸附树脂，70-95%乙醇洗脱水溶性成份（单萜苷类，丁醇部分样品）：中性氧化铝柱色谱，甲醇-水(100%,80%,50%,30%)洗脱,4、色谱分离法碱性氧化铝：I级，石油醚洗脱，得到纯单萜烯 II-IV级，石油醚洗脱，得到含氧萜类化合物硅胶色谱：石油醚-乙酸乙酯梯度洗脱 依次得到不含氧及含氧的萜类化合物Sephadex LH-20柱色谱：分离
4、游离单萜：甲醇、丙酮、氯仿-甲醇洗脱；分离单萜苷成分：水或稀醇洗脱。气-液色谱：,5、结构改造法洋甘菊奥(charmazulene)及愈疮木奥(S-guaiazulene)临床上证明可作为组织肉芽再生剂，对灼伤有促进伤口愈合作用，对防裂、防辐射热及抗过敏有作用，很多含精油的植物中均含有该类成分，但含量很低，上海立新香料厂从含有愈疮木奥前体的芳樟油下脚料，用硫磺高温脱氢得愈疮木奥，制成针剂、片剂及外用等。,二、化学方法1、酸、酚性物质的分离：将精油溶于乙醚中，用3-5%NaOH或KOH萃取，碱溶液中通入CO2气体，使酚性物质析出，乙醚萃取，得到酸或酚性物质。2、酮、醛类精油的分离：亚硫酸氢钠分离
5、法醛或酮的乙醚溶液与饱和亚硫酸氢钠溶液振摇，1-2小时后生成加成物析出或溶于水，与其他精油分离，加碱处理，使加成物分解，用乙醚萃取得到醛酮类化合物。,(2)Girard试剂分离法Girard试剂是分子内带有酰肼(hydrazide)及季铵基团试剂的总称，常用下列两种试剂：Girard试剂T Girard试剂P酰肼基团与羰基反应，回流1小时后，生成能溶于水的衍生物，使含羰基化合物转溶于水中，与其他精油分离，水溶液再以酸处理，得到羰基化合物。,3、醇的分离：可以将精油与丙二酸单酰氯反应生成相应的酯，转溶于碳酸钠溶液中，碱液酸化得到单酯，乙醚提取，蒸去乙醚得到的残渣用20%NaOH溶液回流水解，乙醚
6、萃取得到醇类化合物。鹰爪甲素及鹰爪乙素的分离，与光气反应生成碳酸酯，分离。,鹰爪甲素 鹰爪乙素,环烯醚萜类化合物 Iridoids,环戊烷骈吡喃类单萜化合物,19世纪末分离得到1958年 O.Halpern和 H.Schmid确定骨架,综述：1969:Bobbitt&Segebarth1971:Plouvier&Farve-Bonvin 1974:Buchbauer1975:Sticher&Jund-Busch1975:Jensen,Niclsen&Dahlgren1980:J Leticia J Nat Prod 43(6):6491990:A Christie J Nat Prod 53(
7、5):1055,理化数据分布 结构 性质 生物合成药理活性研究工作植物分布mp 旋光 UV IR 1H 13C MS,含环烯醚萜的中药：地黄，玄参，栀子，龙胆，胡黄连，缬草，马钱子等环烯醚萜功效及作用：清热，利胆，抗菌，抗霉，杀虫，利尿，降血糖，降血压等生物活性：獐牙菜甙sweroside：退热，抗惊厥栀子甙geniposide的甙元genipine：促胆汁分泌桃叶珊瑚甙的甙元及其多聚体：较强抗菌作用梓甙、梓醇：利尿栀子甙、马鞭草甙：缓泻作用,环烯醚萜结构分类,一、环烯醚萜苷类 iridoid glycoside,1.8C的骨架,2.9C的骨架,桃叶珊瑚苷 梓苷,Mentzeloside de
8、caloside,C4无取代,C8无取代,3.10C的骨架 C4取代基有COOR R=H，CH3，CH2CH2-Ar C4取代基有COOH 与C6-OH成内酯 C4取代基有CH3，CH2OH，CH2OR,车叶草苷asperuloside,马钱子苷loganin,丁香醚苷patrinoside,二、裂环环烯醚萜苷类secoiridiods,1.简单类型,Loniceroside 龙胆苦苷gentiopiside,2.连接萜类片断,foliamenthin,3.连接芳香基团,ligstroside,gentapicrin,三、双环烯醚萜和双裂环环烯醚萜,Sylvestroside-III,GI-3
9、,四、非苷环烯醚萜 non-glycosidic iridoids,1.miscellaneous,臭蚁内酯 新木天蓼醇 gempin 龙胆内酯,2.plumiera型,plumericin,oruwacin,3.valeriana型,定位,环烯醚萜波谱特征,一、光谱UV230240 nm：C4-COOH,COOR,-不饱和酸酯等270290 nm：环戊烷部分有酮2.IR1640 cm-1：烯醚双键的共同特征 1680 cm-1：C4-COOR1740 cm-1：环戊烷部分有酮1250，830-890 cm-1：环戊烷有醚990，910 cm-1：末端双烯（-CH=CH2）,IR：,（1）单取
10、代：（2）亚乙烯：（3）顺式二取代：（4）反式二取代：（5）三取代：,990 cm-1,910 cm-1,890 cm-1,730675 cm-1,965 cm-1,840800 cm-1,3.1H-NMRH-1 4.56.2 ppmJ1,9 03 Hz H-1 平伏键 平面上方 710 Hz 直立键 下方H-3 区别C4-COOR,CH3,CH2OR,无取代C4-无取代 6.5 ppm左右J3,4=6-8HzC4-CH3 6.0-6.2 ppm C4-CH2OH 6.3-6.6 ppmC4-COOR 7.3-7.7 ppm J3,5=0-2Hz,C8-CH3 8位叔碳 1.1-1.2 ppm
11、(d,6)7 2.0 ppm(s)C8-CH2OH 3.22-4.25 ppm COOCH3 3.7-3.9 ppm(s),4.13C-NMR常用溶剂D2O，CD3OD，Py-d5,DMSO-d6C-1 95-104 ppm d,J=170Hz C3、C4无双键C-3 56 ppm C-4 22-32 ppm C3、C4有双键C4-无取代 C-3 143 C-4 105C4-CH3 C-3 134 C-11 15C4-COOR C-3 150-160 C-4 104-114 COO 164-171 COOCH3 51-54,糖上端基碳 99-100 ppm d,J=170Hz其他碳：C-7 6
12、3 ppm C-8 66 ppm C-7 127-132 ppm C-8 142-148 ppm,二、化学方法1.显色反应Shear反应：Shear试剂（浓HCl 1ml+苯胺15ml）与吡喃 衍生物产生特定颜色与氨基酸共热：红-蓝色冰醋酸及少量铜离子共热：蓝色2.还原反应：确定立体构型NaBH4，LiAlH4，Pd-H2，Pd-C-H2，Pt催化氢化,天然品：结晶,无定型粉末,马鞭草苷,3.氧化反应Kuhn-Roth氧化铬酸-浓硫酸 C-CH3HOAc 确定C-CH3数氢化、氢解，氧化降解，判断C5、C9构型衍生物制备,环烯醚萜结构测定程序,一、确定是否环烯醚萜类味苦显色反应阳性IR：164
13、0cm-1强，有时1680cm-1NMR：5-6 ppm H-1 7.3-7.7 or 6.0-6.5 H-3,二、确定结构类型,环烯醚萜类,观察NMR 7.3-7.7；IR：1680cm-1,有以上各峰 无上述峰,观察IR有无990，910,有 无,裂环环烯醚萜 C4有COOR（裂环）环烯醚萜,观察NMR 6.0-6.6,多重峰（brs）二个二重峰（J2Hz）J=6-8，0-2HzC4-CH3，CH2OH环烯醚萜 降解环烯醚萜,三、取代基确定糖的种类、数目环戊酮羰基UV、IR、ORD、2,4-二硝基苯肼OHIR、乙酰化物NMR其他基团C-CH3，OCH3，CH2OR,四、确定构型,环稠合方式
14、：顺式稠合5，9 天然产物为主反式稠合(5,9)(5,9)UV 230-240：C4-COOR顺式天然环烯醚萜类H-1 H-5 H-8 H-9 采用还原型与已知物对照3.C6-OHC7-OHC8-OH,构型 用反应,五、优势构象的确定整个六元环几乎在同一平面上，C1略向上方或下方，构象判断采用J1,9,J1,9=710 HzH1,H9 180H1 a键 C1向下,J1,9=02 HzH1,H9 0H1 e键 C1向上,化合物A-2的1HNMR谱,糖上质子信号,化合物A-2的13CNMR谱,糖上碳信号,化合物A-3的1HNMR谱,糖上质子信号,化合物A-3的13CNMR谱,糖上碳信号,化合物BL
15、-13的1HNMR谱,化合物BL-13的13CNMR谱,23C,化合物BL-13的1H-1HCOSY谱,化合物BL-13的13C-1HCOSY,化合物BL-13的HMQC谱-1,化合物BL-13的HMQC谱-2,化合物BL-13的HMQC谱-3,化合物BL-13的HMBC谱,PBM-141HNMR谱,PBM-14的13CNMR谱,CH3,四甲基环己烯型单萜苷,常见结构1,1HNMR,13CNMR 除糖以外有13个碳信号，四个甲基。,PBM-14 1HNMR谱,PBM-14的13CNMR谱,PBM-13的1HNMR谱,PBM-13的13CNMR谱,210.7,197.6,PBM-13的DEPT谱
16、,CH3 carbons,CH carbons,CH2 carbons,all protonated carbons,常见结构2：,香草醛-浓硫酸显紫红色，除糖外有13个碳信号，四个甲基。UV：232 nmIR(cm-1)：3400(OH),1945(allenic structure 丙二烯)，1670（conjugated ketone）,1HNMR：1.17(3H,s),1.62(6H,s),2.20(3H,s,methyl ketone),6.00(1H,s,olefinic proton 烯碳),13CNMR 除糖以外有13个碳信号，4个甲基信号。,PBM-13的1HNMR谱,PBM
17、-13的13CNMR谱,210.7,197.6,常见结构3：,UV：230 nmIR(cm-1)：3500,3400(OH),1685(conjugated ketone)1HNMR：0.96(3H,s),1.13(6H,s),2.29(3H,s,methyl ketone)13CNMR 除糖以外有13个碳信号，4个甲基信号。3个连氧碳信号：67.1，69.9，71.5,倍半萜类化合物,橄榄烷maliane 马兜铃烷aristolane aromadendrane 愈创木烷guaiane,桉叶烷humulane 缬草烷valerane eremophilane 葎草烷humulane,石竹烷c
18、aryophyllane illudane proto-illudane hirsutane,Marasmene 没药烷bisabolane 檀香烷santalane 佛手柑烷bergamotane,菖蒲烷acorane 雪松烷cedrane chamigrane 斧柏烷thujopsane,Widdrane 花侧柏烷euparane 月桂烷laurane trichothecane,杜松烷cadinane 毕澄茄烷cubebane 依兰烷ylangane himachalane,长松叶烷longifolane longipinane sativane capane,倍半萜中很多具有内酯结构，
19、称为倍半萜内酯。,倍半萜的生理作用:（一）植物生长发育的控制物质 脱落酸(abscisic acid，ABA)广泛存在于植物的种子、果实、叶、根和茎中，脱落酸及其类似物xanthoxin等主要控制植物的落叶以及生长抑制、休眠、发芽等生理现象。trigol是从棉花根的渗出液中分离得到的，是玄参科植物(Striga lutea)种子发芽的兴奋物质。,(二)昆虫保幼激素 植物中存在的保幼激素类成分如juvabione是从冷杉、枞木树胶中分离得到的，对无翅红椿(Pyrrhocoris apterus)具有很强的保幼作用。,(三)昆虫性引诱剂及昆虫驱避物质 一些倍半萜类是昆虫及低等动物的性引诱剂，sir
20、ein是从Allomyces sabviscula中分得的性引诱剂。倍半萜丙二烯酮(allenic ketone)是从蚱蜢(R.microptera)中分离得到的天然丙二烯酮类化合物，对蚂蚁及其他昆虫有驱避作用。,(四)细胞毒倍半萜内酯 具有细胞毒活性的倍半萜内酯己有120多种，分别对KB细胞体外培养、P-388淋巴白血病、L-l210白血病、B-16黑色素瘤、瓦克肉瘤256等模型有效，其构效关系己经很清楚，亚甲基-内酯是细胞毒作用的主要有效基团，,-不饱和酮也有较强的作用，具有酯侧链能增加亲脂性，细胞毒作用也增强。,从紫苑族Asteraceae的Baccharis megapetamica中
21、分离得到的大环内酯类成分trichothecin，具有强烈的细胞毒作用，有抗白血病作用，对小白鼠P-388，KB细胞体外培养均有极强的抑制作用，主要有baccharin，isobaccharin，baccharinol和isobaccharinol。,伞形科植物Thapsia gerganica在古阿拉伯被用作皮肤刺激剂，从中分离得到的倍半萜类化合物arteglasin和thapsigarin，具有强细胞毒作用，并具有强烈的组织胺释放作用，可能与其致过敏有关。,(五)抗菌素类和细菌代谢产物 Illudin S(lampteroI)是从夜光覃(Clitocybe illudens)中分离得到的抗
22、菌活性成分，具有抗癌活性，Fumagillin是从Aspergillus fumiga中分离得到的抗菌、抗寄生虫及抗肿瘤活性成分。,trichothecin是疣孢漆斑菌(Myrothecium)、Trichothecium以及Trichoderma等属的细菌代谢产物，具有抗菌、抗霉菌和抗肿瘤作用。,(六)驱虫杀虫作用 很多倍半萜类具有驱虫杀虫作用，山道年santonin有驱蛔虫作用，土木香内酯costunolide和eremanthine具有杀虫作用，青高素有抗疟作用。,(七)神经系统作用 苦味素picrotoxin、马桑内酯tutin及从莽草中分离到的剧毒成分莽草毒素anisatin具有中枢
23、神经兴奋作用，与番木鳖碱一样有很强的致惊撅作用。苦味素临床用于巴比妥类安眠药中毒的急救，马桑内酯用于治疗精神分裂症，amarilin有镇痛作用。,倍半萜的提取方法：倍半萜无专一的显色反应，一般采用浓硫酸加热显色或用硫酸香兰素显色。,植物原料切细,乙醚提取,乙醚浸膏,溶于甲醇，-20冷冻,固体油、酯、蜡及三萜、甾体,溶液,浸膏,系统分离法：,浸膏,硅胶柱，石油醚-乙醚-甲醇梯度,石油醚烃类：倍半萜烷烃、烯烃,石油醚-乙醚(9:1)（醚、醛、酮）,石油醚-乙醚(3:1)（醛、酮、酯）,石油醚-乙醚(1:1)(内酯、羟基化合物),乙醚羟基和多羟基化合物,乙醚-甲醇(9:1)多羟基化合物及羧酸类,倍半
24、萜内酯：不溶于水及石油醚,植物粗粉,乙醇提取,乙醇浸膏,氯仿（乙酸乙酯）-水,氯仿（乙酸乙酯）部分,水部分（水溶性杂质）,石油醚-10%含水甲醇,石油醚部分 甲醇部分（脂溶性杂质）倍半贴内酯类,倍半萜类成分的分离：天然倍半萜大多是多种同系物共同存在，分离相当困难，可考虑采用：AgNO3硅胶色谱分离：不饱和化合物制备衍生物：羟基乙酰衍生物醛酮羰基衍生物-亚甲基-内酯CH2N2衍生物,倍半萜的波谱特征,一、UV光谱 无特征吸收 如结构中有内酯环，210-200nm有吸收峰。二、IR光谱 确定羰基性质,三、质谱 一般可以找到分子离子峰，如果结构中有OH或OCOR，则分子离子峰很弱或不出现，主要出现脱
25、水峰或Mclafferty重排而失去酸部分M-RCOOH+，只有用CI或FD质谱才可以测定分子离子峰，再结合EI-MS确定酯侧链。,四、1HNMR谱（一）倍半萜1HNMR谱解析程序判断是否有酯侧链 倍半萜化合物一般碳原子为15个，实际上经常超过15个，应首先考虑有酯侧链（结合质谱观察）。酯侧链光谱特征：(1)IR有酯羰基吸收；(2)CI-MS或FD-MS测定正确分子离子峰，质谱容易丢失酸部分，推出酯侧链质量。(3)1HNMR解析酯部分,倍半萜常见酯侧链的1HNMR谱特征,2.角甲基及环外亚甲基 倍半萜由三个异戊烯单元首尾连接而成，环合时会留下一些甲基或环外亚甲基，可以帮助推测基本母核。甲基有三
26、个质子，环外亚甲基为低场区一对峰型相同的质子，容易辨认。,3.解析邻接于氧原子的质子,倍半萜中CH，CH2一般在较高场，相互重叠。倍半萜结构类型很多，一般借助去偶技术确定各组质子的归属。,2.1HNMR与立体化学 倍半萜内酯很多具有-亚甲基-内酯结构，亚甲基上的两个质子，一个在6以上，另一个在6以下，而这化学位移相差大约0.6ppm。Samek总结规律：J反 3J顺,例：从石胡荽（Centipeda minima）全草分得一倍半萜内酯IR：1785，1730CI-MS：347M+1+(100%)，247M-100(34)，83（50）1HNMR：1.06(3H,s),1.24(3H,d,J=7
27、),1.57(3H,d,J=7),1.68(1H,ddd,J=2,11,15),1.91(3H,dq,J=2,7),1.73(3H,d,J=2),2.23(1H,m),2.94(1H,J=7,11),2.48(1H,ddd,J=2,6.5,15),3.11(1H,J=7),3.88(1H,ddd,J=11,3.5),4.79(1H,ddd,J=2,7,7),6.03(1H,m,J=2,7),6.0(1H,dd,J=2.5,6.5),7.66(1H,dd,J=3,5,7),5.49(1H,brs),解析：倍半萜内酯 IR:1785,1730 cm-1CI-MS：347M+1+(100%)，247
28、M-100(34)，83（50）347M+1+(100%)分子量346；C20H26O5247M-100+脱C5H8O2，可能为当归酸(ang)或巴豆酸(tig)83 C5H7O：,1H NMR：1.91(3H,dq,J=2,7)1.73(3H,d,J=2)6.03(1H,m,J=2,7)NOE:照1.91或1.73-6.03去偶 6.06(1H,dd,J=2.5,6.5)7.66(1H,dd,J=3,5,7)NOE:照7.66-6.06，3.08去偶 5.49(1H,brs)4.79(1H,ddd,J=2,7,7)NOE:照4.79-2.48，1.68，2.94受影响NOE:照3.11-1.57，2.94去偶NOE:照2.23-3.08，1.24，1.68，2.48去偶,
