中藥化學(xué)成分及生物合成簡介.ppt

第二章中藥化學(xué)成分的一般研究方法,第一節(jié)中藥化學(xué)成分及生物合成途徑簡介第二節(jié)中藥有效成分的提取、分離方法第三節(jié)中藥有效成分化學(xué)結(jié)構(gòu)研究方法,基本要求掌握主要中藥化學(xué)成分：生物堿、醌類、糖、苯丙素、黃酮、萜類、甾體等。了解中藥化學(xué)成分的主要生物合成途徑；結(jié)構(gòu)研究方法。,第一節(jié)中藥化學(xué)成分及生物合成途徑簡介,一、中藥化學(xué)成分類型二、各類中藥化學(xué)成分的主要生物合成途徑,（一）生物堿（alkaloids）,是生物界除生物體必須的含氮化合物（如氨基酸、蛋白質(zhì)和B族維生素等）之外的一類含氮的堿性有機(jī)化合物，能與酸結(jié)合生成鹽。結(jié)構(gòu)特征生物堿大多由C、H、N、O元素組成，極少數(shù)分子中尚含有其他元素。,麻黃堿,益母草堿,檳榔堿,半邊蓮堿,掌葉防己堿,10羥基喜樹堿,長春新堿,貝母堿,三尖杉酯堿,山莨菪堿,烏頭堿,1、性狀,多數(shù)生物堿為結(jié)晶型固體，少數(shù)為無定形粉末。一些小分子生物堿為液體，如檳榔堿、煙堿等；液體狀的生物堿及個(gè)別小分子生物堿尚有揮發(fā)性，甚至升華性，如麻黃堿具有揮發(fā)性，咖啡因具有升華性等。一般生物堿為無色或白色。結(jié)構(gòu)中具有較長共軛體系，并有助色團(tuán)的，可顯不同顏色。如小檗堿為黃色，味苦。,2、堿性,胍基-NH(C=NH)NH2季胺堿N-烷雜環(huán)脂肪胺基>芳雜環(huán)（吡啶）>環(huán)酰胺堿性強(qiáng)的生物堿在植物體中多與一些植物酸結(jié)合成鹽堿性很弱的生物堿，則以游離狀態(tài)存在。,3、溶解性,游離生物堿難溶于水，易溶于氯仿、苯、乙醚、丙酮及乙醇等有機(jī)溶劑，溶于稀酸溶液；生物堿鹽溶于水及乙醇，含有無機(jī)酸及小分子有機(jī)酸的生物堿鹽水溶性較大；季銨型生物堿、有氮氧配位鍵的生物堿易溶于水。,（二）糖類（saccharides）糖是多羥基的醛或酮及其衍生物聚合物的總稱。根據(jù)其分子水解反應(yīng)的情況，糖類可以分為：單糖類及其衍生物低聚糖類及其衍生物多聚糖類及其衍生物,1、單糖類化學(xué)通式為（CH2O）n，是多羥基的醛或酮。絕大多數(shù)天然存在的單糖n57，即五碳糖甲基五碳糖、六碳糖、七碳糖。單糖類多為結(jié)晶性，有甜味，易溶于水，可溶于稀醇，難溶于高濃度乙醇，不溶于乙醚、苯、氯仿等極性小的有機(jī)溶劑。具旋光性與還原性。,五碳醛糖,甲基五碳醛糖,六碳醛糖,糖醛酸,2、低聚糖類（寡糖）由29個(gè)單糖分子聚合而成。低聚糖具有與單糖類似的性質(zhì)：結(jié)晶性，有甜味，易溶于水，難溶或不溶于有機(jī)溶劑。,3、多聚糖類（多糖）由10個(gè)以上單糖分子縮合而成。大多為無定形化合物，分子量較大，無甜味與還原性，難溶于水，有的與水加熱可形成糊狀或膠體溶液。不溶于有機(jī)溶劑。水解后生成單糖或低聚糖，可有旋光性與還原性。淀粉、菊糖、樹膠、粘液、纖維素是中草藥中最常見的多糖類。,（三）苷類化合物（Glycosides）,糖或糖的衍生物與非糖物質(zhì)（苷元或配基）通過糖的端基碳原子連接而成的化合物，又稱為配糖體。無色的粉末，少數(shù)為晶體，多數(shù)苷可溶于水、甲醇、乙醇、含水正丁醇，有些苷可溶于乙酸乙酯與氯仿，難溶于乙醚、石油醚、苯等極性小的有機(jī)溶劑。,人參二醇型皂苷元的化學(xué)結(jié)構(gòu),（四）醌類化合物（quinones）,是一類分子中具有醌式結(jié)構(gòu)的化合物。分子中多具有酚羥基，有一定的酸性。游離醌類多溶于乙醇、乙醚、苯、氯仿等，微溶或難溶于水。結(jié)合成苷后，極性增大，易溶于甲醇、乙醇和熱水。,1、苯醌,2、萘醌,3、菲醌,4、蒽醌,（五）苯丙素類化合物（phenylpropanoids）,是一類分子中以苯丙基為基本骨架單位（C6-C3）構(gòu)成的化合物。苯丙酸類香豆素類木脂素類,基本結(jié)構(gòu)多具有酚羥基取代的芳香羧酸，C6-C3結(jié)構(gòu)。常見的苯丙酸類：,（一）苯丙酸類,香豆素（香豆精coumarins）是具有苯并-吡喃酮母核的一類化合物的總稱。環(huán)上常有-OH、-OCH3、異戊烯基等取代基。,（二）香豆素類,1、香豆素的基本母核,由于絕大多數(shù)香豆素在C7位都有含氧官能團(tuán)存在，故7-羥香豆素可以認(rèn)為是香豆素類成分的母體。,2、香豆素的分類,（1）簡單香豆素類（2）呋喃香豆素類(furocoumarins)(線型和角型)（3）吡喃香豆素類(pyranocoumarins)(線型和角型)（4）其它香豆素類,（1）簡單香豆素類,（2）呋喃香豆素類(furocoumarins),香豆素核上的異戊烯基常與鄰位酚羥基（7-羥基）環(huán)合成呋喃或吡喃環(huán)，前者稱為呋喃香豆素。呋喃香豆素類成分生物合成途徑：,香豆素C-6或C-8異戊烯基與鄰酚羥基環(huán)合而成2,2-二甲基-吡喃環(huán)結(jié)構(gòu)，形成吡喃香豆素。這一類天然產(chǎn)物并不多見。吡喃香豆素類成分的生物合成途徑：,（3）吡喃香豆素類(pyranocoumarins),少數(shù)為5,6-吡喃駢香豆素，如：,（4）其它香豆素類,指-吡喃酮環(huán)上有取代基的香豆素類。還包括二聚體和三聚體。C3、C4上常有取代基：苯基、羥基、異戊烯基等。,（1）性狀游離狀態(tài)結(jié)晶形固體，有一定熔點(diǎn)；大多具有香氣；具有升華性質(zhì)分子量小的有揮發(fā)性（可隨水蒸氣蒸出）UV下顯藍(lán)色熒光成苷大多無香味、無揮發(fā)性、不能升華。,3、香豆素的理化性質(zhì),（2）溶解性游離能溶于沸H2O，不溶或難溶冷H2O，可溶MeOH、EtOH、CHCl3和乙醚等溶劑。因含Ar-OH故可溶于堿水中。成苷溶于H2O、OH-/H2O、MeOH、EtOH等。難溶極性小的有機(jī)溶劑。,1、定義及分類木脂素（Lignans）:是一類由苯丙素雙分子氧化聚合而成的天然成分，即由二分子C6-C3單位氧化縮合而成的化合物。少數(shù)為三聚物和四聚物。木質(zhì)素（Lignins）:是一類由幾十個(gè)C6-C3單位聚合而成的高分子化合物。,（三）木脂素類,早期木脂素的定義：兩分子苯丙素以側(cè)鏈中碳原子（8-8）連結(jié)而成的化合物木脂素。非碳原子相連（如3-3、8-3）新木脂素。,2、理化性質(zhì)形態(tài)：多呈無色結(jié)晶，新木脂素不易結(jié)晶溶解性：游離親脂性，難溶水，溶苯、氯仿等成苷水溶性增大揮發(fā)性：多數(shù)不揮發(fā)，少數(shù)有升華性質(zhì)旋光性：大多有光學(xué)活性，遇酸易異構(gòu)化。,(六)黃酮類化合物（flavonoids）,（一）定義：黃酮類化合物是泛指兩個(gè)苯環(huán)通過三碳相互連接而成的一系列化合物。,(+)-兒茶素,R1=R2=H，大豆素,（二）一般性狀形態(tài)：多為結(jié)晶，少數(shù)為無定形粉末。顏色：結(jié)構(gòu)存在交叉共軛體系，因此化合物多有顏色。黃酮（醇）及其苷：呈黃色-灰黃色查耳酮：黃-橙色二氫黃酮（醇）：無色異黃酮：微黃色花色素可隨著pH值的變化顏色有所不同：紅色（pH8.5),溶解度,苷元：難溶于水，易溶于乙酸乙酯，乙醚等有機(jī)溶劑中苷：易溶于水、乙醇、甲醇中，糖鏈越長水溶性越大。,（三）酸堿性,酸性：來源分子中的酚羥基；可溶于堿性水溶液、吡啶、甲酰胺及二甲基甲酰胺。酸性強(qiáng)弱的比較：取決于羥基的數(shù)目和位置：7,4-OH>7-或4-OH>一般OH>5-OH,來源：1-位氧原子的未共用電子對，顯微弱的堿性，可與強(qiáng)酸生成（烊）鹽而溶于酸水中。,堿性：,H+,萜類化合物是天然物質(zhì)中最多的一類化合物。如：揮發(fā)油、橡膠、樹脂及胡蘿卜素等。親脂性強(qiáng)，難溶于水。現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的萜類化合物已超過了22000多種。,(七)萜類和揮發(fā)油,是一類由甲戊二羥酸衍生的、具有(C5H8)n通式的碳?xì)浠衔锛捌浜醯娘柡统潭炔坏鹊难苌铩Ｋ鼈兊姆肿犹脊羌芸煽醋魇钱愇於┑木酆象w(Isoprenoids)。,萜類化合物（terpenoids）含義,萜的結(jié)構(gòu)分類,（一）單萜（monoterpenoids)是植物揮發(fā)油的主要組成成分，含氧衍生物多具有較強(qiáng)的生物活性和香氣，其苷不具有揮發(fā)性，不能隨水蒸氣蒸餾出來。1.鏈狀單萜：重要的是一些含氧衍生物,如萜醇、萜醛等,香葉醇,橙花醛,2.環(huán)狀單萜,薄荷醇,l龍腦,樟腦,d龍腦,斑蝥素,生毛劑,防治老年性癡呆,芍藥苷,(二)倍半萜（sesquiterpenoids）,由3個(gè)異戊二烯單位構(gòu)成、含15個(gè)碳原子。是揮發(fā)油高沸程部分的主要組成成分，多以醇、酮、內(nèi)酯或苷、或生物堿的形式存在，是萜類化合物中數(shù)目、骨架結(jié)構(gòu)類型最多的一類。分無環(huán)、單環(huán)、雙環(huán)、三環(huán)、四環(huán)倍半萜等,1.無環(huán)倍半萜,farnesene,farnesol,金合歡醇,金合歡烯,金合歡烯,2.環(huán)狀倍半萜,青蒿素,ArtemisiaannuaL.,黃花蒿,揮發(fā)油(volatileoils)又稱精油(essentialoils)，是一類可隨水蒸氣蒸餾、具有芳香氣味的油狀液體的總稱。在常溫下能揮發(fā)。,中草藥中主要存在種子植物中，尤其是菊科、蕓香科、傘形科、唇形科等植物。,1.定義,揮發(fā)油,2.揮發(fā)油通性（1）顏色常溫下多為無色或微帶淡黃色，其中的薁類化合物多顯藍(lán)色、藍(lán)綠色、紅色等。（2）氣味揮發(fā)油大多數(shù)具有香氣或其它特異氣味，有辛辣燒灼的感覺，呈中性或酸性。揮發(fā)油的氣味，往往是其品質(zhì)優(yōu)劣的重要標(biāo)志。,（3）形態(tài)揮發(fā)油在常溫下為透明液體，有的在冷卻時(shí)其主要成分可能析出結(jié)晶。析出物習(xí)稱為“腦”，如薄荷腦、樟腦等。（4）揮發(fā)性揮發(fā)油在常溫下可自行揮發(fā)而不留任何痕跡，這是揮發(fā)油與脂肪油的本質(zhì)區(qū)別。（5）溶解度揮發(fā)油脂溶性很強(qiáng)，不溶于水，而易溶于各種有機(jī)溶劑，如石油醚、乙醚、二硫化碳、油脂等。在高濃度的乙醇中能全部溶解，而在低濃度乙醇中只能部分溶解。,(八)甾體類化合物(steroids),（一）定義：以環(huán)戊烷駢多氫菲為母核而衍生的產(chǎn)物。,C21甾(C21-steroids)的基本骨架為孕甾烷(pregnane)是一類含有21個(gè)碳原子的甾體衍生物，具有抗炎、抗腫瘤、抗生育等生物活性。主要結(jié)構(gòu)類型有以下兩種，,甲型乙型,五元環(huán)的不飽和內(nèi)酯甲型強(qiáng)心苷元；六元環(huán)的不飽和內(nèi)酯乙型強(qiáng)心苷元；C17側(cè)鏈都屬于-構(gòu)型(個(gè)別為-構(gòu)型，命名時(shí)標(biāo)以17-H)。,3,3,14,10,10,14,13,13,甾體皂苷化學(xué)結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：1）27個(gè)碳2）C-17側(cè)鏈-構(gòu)型3）E、F環(huán)以螺縮酮形式相連,薯蕷皂苷元(diosgenin)，是制藥工業(yè)中重要原料。,化學(xué)名：5-20，22，25螺旋甾烯-3-醇簡稱：5-異螺旋甾烯-3-醇，,25R,1、三萜的定義（1）定義由6個(gè)異戊二烯單位組成的30個(gè)碳原子的萜類化合物?？梢砸杂坞x狀態(tài)或苷的形式存在，其苷類化合物多數(shù)可溶于水，水溶液振搖后產(chǎn)生似肥皂水溶液樣泡沫，故被稱為三萜皂苷（triterpenoidsaponins）。,（2）生物活性三萜及其皂苷廣泛分布于自然界，具有廣泛的生物活性，如溶血、抗癌、抗炎、抗菌、殺軟體動(dòng)物、抗生育等活性。,(九)三萜類化合物(triterpenoids),齊墩果酸治療肝炎。甘草次酸琥珀酸半酯的鈉鹽抗?jié)兯帯?如：,齊墩果酸,甘草次酸,皂苷具有表面活性劑的作用穩(wěn)定劑、洗滌劑和起泡劑。,2、一般性質(zhì)（1）苷元多有較好結(jié)晶，易溶于石油醚、（Et）2O、CHCl3等有機(jī)溶劑。（2）皂苷多為無定形粉末，易溶于稀醇、熱MeOH和熱EtOH，可溶于水，含水丁醇或戊醇對皂苷的溶解度較好，因此是提取和純化皂苷時(shí)常采用的溶劑。（3）皂苷多具有苦、辛辣味，對人體粘膜有強(qiáng)烈刺激性。,二、生物合成,一次代謝產(chǎn)物：糖、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、核酸等對植物機(jī)體生命活動(dòng)來說不可缺少的物質(zhì)。二次代謝產(chǎn)物：生物堿、萜、香豆素、黃酮、醌類等對維持植物生命活動(dòng)不起重要作用，且并非在所有植物中都能產(chǎn)生。由一次代謝產(chǎn)物產(chǎn)生，常為有效成分。,1、基本概念,醋酸-丙二酸途徑(AAMA途徑）合成脂肪酸類、酚類、蒽醌類甲戊二羥酸途徑（途徑）主要生成萜類、甾體類化合物桂皮酸途徑和莽草酸途徑形成具C6-C3骨架的化合物，如香豆素、木脂素、黃酮等。,2、天然化合物的主要生物合成途徑：,（4）氨基酸途徑（AminoAcidPathway）合成生物堿（5）復(fù)合途徑醋酸-丙二酸-莽草酸途徑醋酸-丙二酸-甲戊二羥酸途徑氨基酸-甲戊二羥酸途徑氨基酸-醋酸-丙二酸途徑氨基酸-莽草酸途徑,3、生物合成的意義：天然化合物結(jié)構(gòu)分類，結(jié)構(gòu)推測；植物化學(xué)分類學(xué)；仿生合成等。,