萜类和挥发油--大学课件教学课件.ppt
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1、 1.1.了解萜类的含义、分布和生理活性;了解萜类的含义、分布和生理活性;2.2.熟悉萜类的结构特点和分类;熟悉萜类的结构特点和分类;3.3.掌掌握单萜、环烯醚萜的结构与分类;握单萜、环烯醚萜的结构与分类;4.4.掌握单萜、环烯醚萜的提取与分离;掌握单萜、环烯醚萜的提取与分离;5.5.熟悉倍半萜、二萜及的结构特点与实例;熟悉倍半萜、二萜及的结构特点与实例;6.6.熟悉挥发油的组成、通性和检识;熟悉挥发油的组成、通性和检识;7.7.掌握挥发油的提取、分离方法。掌握挥发油的提取、分离方法。问题:问题:一、萜的含义、分类及生物活性一、萜的含义、分类及生物活性二、萜类的结构类型及代表性化合物二、萜类的
2、结构类型及代表性化合物三、萜类化合物的物理性质三、萜类化合物的物理性质四、萜类化合物的化学性质四、萜类化合物的化学性质五、萜类化合物的提取分离五、萜类化合物的提取分离六、挥发油六、挥发油第七章第七章 萜类和挥发油萜类和挥发油七、挥发油的鉴定七、挥发油的鉴定(一一)萜的含义萜的含义 萜类化合物(萜类化合物(Terpenoids)是一类骨架多样、数量庞大、生物活性广泛的一类重要的天然药物化)是一类骨架多样、数量庞大、生物活性广泛的一类重要的天然药物化学成分。从化学结构看,它是异戊二烯的聚合体及其衍生物,其骨架一般以五个碳为基本单位,少数也学成分。从化学结构看,它是异戊二烯的聚合体及其衍生物,其骨架
3、一般以五个碳为基本单位,少数也有例外。但是,大量的实验研究证明,甲戊二羟酸(有例外。但是,大量的实验研究证明,甲戊二羟酸(Mevalonic acid,MVA)(而不是异戊二烯)是萜类)(而不是异戊二烯)是萜类化合物生源途径中最关键的前体物。因此,一般认为,凡由甲戊二羟酸衍生、且分子式符合(化合物生源途径中最关键的前体物。因此,一般认为,凡由甲戊二羟酸衍生、且分子式符合(C C5 5H H8 8)n)n 通通式的衍生物均称为萜类化合物。式的衍生物均称为萜类化合物。一、萜的含义和分类一、萜的含义和分类 萜类化合物是一类由甲戊二羟酸(萜类化合物是一类由甲戊二羟酸(MVAMVA)衍生而成,基本碳架具
4、有)衍生而成,基本碳架具有2 2个或个或2 2个以上异戊二烯单位(个以上异戊二烯单位(C C5 5单位)单位)结构特征的化合物。结构特征的化合物。CH2CHCCH2CH3 异异 戊戊 二二 烯烯 甲甲 戊戊 二二 羟羟 酸酸1.1.生源异戊二烯法则生源异戊二烯法则 萜类化合物的形成起源于葡萄糖;葡萄糖在酶的作用下产生乙酸,三分子乙酸经合成产生萜类化合物的形成起源于葡萄糖;葡萄糖在酶的作用下产生乙酸,三分子乙酸经合成产生MVAMVA,它经,它经ATPATP作用、再经脱羧、脱水形成焦磷酸异戊烯酯,可互变异构化为焦磷酸作用、再经脱羧、脱水形成焦磷酸异戊烯酯,可互变异构化为焦磷酸,-二甲基丙烯酯。二甲
5、基丙烯酯。(二)萜的分类(二)萜的分类2.2.经典经典Wallach的异戊二烯法则的异戊二烯法则 按异戊二烯单位(按异戊二烯单位(C C5 5H H8 8)的多少进行分类。)的多少进行分类。含有一个异戊二烯单位的萜类称为半萜含有一个异戊二烯单位的萜类称为半萜含有两个异戊二烯单位的萜类称为单萜含有两个异戊二烯单位的萜类称为单萜含有三个异戊二烯单位的萜类称为倍半萜含有三个异戊二烯单位的萜类称为倍半萜含有四个异戊二烯单位的萜类称为二萜含有四个异戊二烯单位的萜类称为二萜含有五个异戊二烯单位的萜类称为二倍半萜含有五个异戊二烯单位的萜类称为二倍半萜 依此类推依此类推 萜类化合物常常根据分子结构中异戊二烯单
6、位的数目进行分类,如半萜、单萜、倍半萜、二萜、萜类化合物常常根据分子结构中异戊二烯单位的数目进行分类,如半萜、单萜、倍半萜、二萜、三萜等,同时再根据各萜类分子结构中碳环的有无和数目的多少,进一步分为链萜、单环萜、双环萜、三萜等,同时再根据各萜类分子结构中碳环的有无和数目的多少,进一步分为链萜、单环萜、双环萜、三环萜、四环萜等,例如链状二萜、单环二萜、双环二萜、三环二萜、四环二萜。萜类多数是含氧衍三环萜、四环萜等,例如链状二萜、单环二萜、双环二萜、三环二萜、四环二萜。萜类多数是含氧衍生物,所以萜类化合物又可分为醇、醛、酮、羧酸、酯及苷等萜类。生物,所以萜类化合物又可分为醇、醛、酮、羧酸、酯及苷等
7、萜类。单萜类化合物可分为链状型和单环、双环等环状型两大类,其中以单环和双环型两种结构类型所包单萜类化合物可分为链状型和单环、双环等环状型两大类,其中以单环和双环型两种结构类型所包含的单萜化合物最多。构成的碳环多为六元环,也有五元环、四元环和七元环。含的单萜化合物最多。构成的碳环多为六元环,也有五元环、四元环和七元环。本章主要介绍单萜、倍半萜、二萜、二倍半萜等萜类以及挥发油类化合物。本章主要介绍单萜、倍半萜、二萜、二倍半萜等萜类以及挥发油类化合物。萜萜类类链萜链萜单环萜单环萜双环萜双环萜三环萜三环萜:由一定数目的异戊由一定数目的异戊C C5 5H H8 8单体组成,又可分为单萜(挥发油)和二萜(
8、树脂、叶绿素、苦味单体组成,又可分为单萜(挥发油)和二萜(树脂、叶绿素、苦味素)。素)。:两个异戊两个异戊C C5 5H H8 8单体,是分布最广的单环萜单体,是分布最广的单环萜双环单萜:龙脑、樟脑双环单萜:龙脑、樟脑 环烯醚萜:栀子苷、鸡屎藤苷环烯醚萜:栀子苷、鸡屎藤苷、狼牙菜苷、龙胆苦苷狼牙菜苷、龙胆苦苷 倍半儿萜:三个异戊二烯倍半儿萜:三个异戊二烯C C5 5H H8 8单体组成,青蒿素、单体组成,青蒿素、薁类(愈创木油、香附子油薁类(愈创木油、香附子油)环状二萜:四个异戊二烯环状二萜:四个异戊二烯C C5 5H H8 8单体组成,穿心莲内酯单体组成,穿心莲内酯:六个异戊二烯六个异戊二烯
9、C C5 5H H8 8单体组成,人参、柴胡、树脂。单体组成,人参、柴胡、树脂。(三)萜类化合物的分布与生物活性(三)萜类化合物的分布与生物活性1.1.分布分布 萜类化合物在自然界分布十分广范,至萜类化合物在自然界分布十分广范,至19911991年已超过年已超过2200022000种。种。种子植物中富含挥发油的有:松科、柏科、胡椒科、马兜铃科、樟科、芸香料、龙脑科、伞形科、种子植物中富含挥发油的有:松科、柏科、胡椒科、马兜铃科、樟科、芸香料、龙脑科、伞形科、唇形科、败酱科和姜科等唇形科、败酱科和姜科等。2.2.萜类化合物的生物活性萜类化合物的生物活性 萜类化合物具有广范的生物活性,具体如下:萜
10、类化合物具有广范的生物活性,具体如下:抗炎、抗菌:穿心莲、牻牛儿醇抗炎、抗菌:穿心莲、牻牛儿醇抗恶性疟疾:青蒿素抗恶性疟疾:青蒿素镇疼、局部麻醉、降温、消肿:乌头碱镇疼、局部麻醉、降温、消肿:乌头碱清热燥湿、泻肝胆火:龙胆苦苷、獐牙菜苦苷、獐牙菜苷。清热燥湿、泻肝胆火:龙胆苦苷、獐牙菜苦苷、獐牙菜苷。抗癌、抗炎、抗生育:紫杉醇、雷公藤内酯。紫杉醇能使肝癌、乳腺癌、子宫癌、白血病、淋巴癌细抗癌、抗炎、抗生育:紫杉醇、雷公藤内酯。紫杉醇能使肝癌、乳腺癌、子宫癌、白血病、淋巴癌细胞自然死亡。胞自然死亡。抗炎、抑制中枢神经系统,降低胆固醇和甘油三酯:柴胡(皂苷);人参(皂苷)促进抗炎、抑制中枢神经系统
11、,降低胆固醇和甘油三酯:柴胡(皂苷);人参(皂苷)促进DNADNA、蛋白质、蛋白质的合成,增强免疫力。的合成,增强免疫力。治疗心血管疾病:银杏内酯(有抗抑郁作用)治疗心血管疾病:银杏内酯(有抗抑郁作用)发汗、兴奋、镇痉、驱虫:龙脑、山道莲发汗、兴奋、镇痉、驱虫:龙脑、山道莲平喘、止咳:辣薄荷酮、环桉醇。平喘、止咳:辣薄荷酮、环桉醇。一、萜的含义、分类及生物活性一、萜的含义、分类及生物活性二、萜类的结构类型及代表性化合物二、萜类的结构类型及代表性化合物三、萜类化合物的物理性质三、萜类化合物的物理性质四、萜类化合物的化学性质四、萜类化合物的化学性质五、萜类化合物的提取分离五、萜类化合物的提取分离六
12、、挥发油六、挥发油第七章第七章 萜类和挥发油萜类和挥发油七、挥发油的鉴定七、挥发油的鉴定 单萜类(单萜类(monoterpenoids)是由)是由2 2个异戊二烯单位构成、含个异戊二烯单位构成、含1010个碳原子的化合物类群,广泛分布于个碳原子的化合物类群,广泛分布于高等植物的腺体、油室和树脂道等分泌组织中,是植物挥发油的主要组成成分,在昆虫激素及海洋生物高等植物的腺体、油室和树脂道等分泌组织中,是植物挥发油的主要组成成分,在昆虫激素及海洋生物中也有分布。其含氧衍生物多具有较强的生物活性和香气,是医药、化妆品和食品工业的重要原料。单中也有分布。其含氧衍生物多具有较强的生物活性和香气,是医药、化
13、妆品和食品工业的重要原料。单萜以苷的形式存在时,不具有挥发性,不能随水蒸气蒸馏出来。萜以苷的形式存在时,不具有挥发性,不能随水蒸气蒸馏出来。二、萜类的结构类型及代表性化合物二、萜类的结构类型及代表性化合物C CH H2 2O OH HC CH H2 2O OH HC CH H2 2O OH HC CH HO OC CH HO OC CH HO O香香叶叶醇醇 G Ge er ra an ni io ol l 橙橙花花醇醇 N Ne er ro ol l香香茅茅醇醇 C Ci it tr ro on ne el ll lo ol l香香叶叶醛醛 G Ge er ra an ni ia al l
14、橙橙花花醛醛 N Ne er ra al l香香茅茅醛醛 C Ci it tr ro on ne el ll la al l1.1.单萜单萜(1 1)链状单萜)链状单萜香橙醇(顺式)香橙醇(顺式)牻牛儿醇牻牛儿醇月桂烯、香橙醇和柠檬醛月桂烯、香橙醇和柠檬醛 -柠檬醛柠檬醛(2 2)单环单萜)单环单萜常见的三种类型常见的三种类型OOH 环香叶烷型环香叶烷型 对对-薄荷烷型薄荷烷型 卓酚酮型(抗菌)卓酚酮型(抗菌)需掌握的化合物结构式需掌握的化合物结构式OOO柠檬烯柠檬烯 薄荷酮薄荷酮 辣薄荷酮辣薄荷酮 桉油精桉油精卓酚酮具有芳香化合物性质,并且酚羟基其邻位的强吸电子基团(羰基)的存在而使分子显示
15、较强的卓酚酮具有芳香化合物性质,并且酚羟基其邻位的强吸电子基团(羰基)的存在而使分子显示较强的酸性,其酸性介于酚类和羧酸之间。酸性,其酸性介于酚类和羧酸之间。这类化合物能与多种金属离子形成络合物结晶体,并显示具有鲜明色调的颜色,其三价铁络合物为赤这类化合物能与多种金属离子形成络合物结晶体,并显示具有鲜明色调的颜色,其三价铁络合物为赤色结晶,铜络合物为绿色结晶,这样就可以进行鉴别。色结晶,铜络合物为绿色结晶,这样就可以进行鉴别。卓酚酮类化合物是一类变形的单萜,这类化合物结构中都有一个七元芳环,一个酮基和一个酚羟基。卓酚酮类化合物是一类变形的单萜,这类化合物结构中都有一个七元芳环,一个酮基和一个酚
16、羟基。卓酚酮型化合物:卓酚酮型化合物:OOOOOO H斑蝥素斑蝥素 -崖柏素崖柏素卓酚酮类的检识反应卓酚酮类的检识反应:三氯化铁反应三氯化铁反应 与与1%1%的三氯化铁溶液反应生成赤色络合物的三氯化铁溶液反应生成赤色络合物硫酸铜反应硫酸铜反应 与稀硫酸铜溶液生成绿色络合物,氯仿重结晶,此晶体有高熔点。与稀硫酸铜溶液生成绿色络合物,氯仿重结晶,此晶体有高熔点。OOHOOOCOglc(3 3)双环单萜)双环单萜O HO芍药苷芍药苷 龙脑龙脑 樟脑樟脑(4 4)单环和双环单萜的重要代表物:薄荷酮、薄荷醇)单环和双环单萜的重要代表物:薄荷酮、薄荷醇 柠檬烯、桉油精、土荆芥油精(驱虫素)。有消炎、止痛、
17、止痒、活血调经等生物活性。柠檬烯、桉油精、土荆芥油精(驱虫素)。有消炎、止痛、止痒、活血调经等生物活性。O OH HH HH HH HO OH HH HH HH HH HO Ol-l-薄荷醇 l-menthol薄荷醇 l-menthold-d-新薄荷醇 d-neomenthol新薄荷醇 d-neomenthol薄荷酮 methone薄荷酮 methoneO OH HO OH HO Ol-龙脑 l-borneoll-龙脑 l-borneold-龙脑 d-borneold-龙脑 d-borneol樟脑 camphor樟脑 camphor樟醇、冰片樟醇、冰片 右旋体存在于龙脑树的挥发油中,左旋体存在
18、于艾纳香的叶子中。有发汗、解痉、兴奋、防蛀和抗缺氧右旋体存在于龙脑树的挥发油中,左旋体存在于艾纳香的叶子中。有发汗、解痉、兴奋、防蛀和抗缺氧作用。作用。柠檬醛存在于植物的挥发油中,其中在柠檬草油、川桂叶油和樟叶油中含量较高,多在柠檬醛存在于植物的挥发油中,其中在柠檬草油、川桂叶油和樟叶油中含量较高,多在7070以上。以上。也有一对顺反异构体,反式的称为也有一对顺反异构体,反式的称为型,顺式的称为型,顺式的称为型。它们通常混合共存,但以反式柠檬醛为主。型。它们通常混合共存,但以反式柠檬醛为主。可以加入亚硫酸氢钠使其形成结晶性加成物,经分离后用分解,再用减压蒸馏进行提纯。二者均是许可以加入亚硫酸氢
19、钠使其形成结晶性加成物,经分离后用分解,再用减压蒸馏进行提纯。二者均是许多人造香料和调味品的重要成分。多人造香料和调味品的重要成分。(3 3)双环单萜)双环单萜 以蒎烷型和坎烷型最稳定。以蒎烷型和坎烷型最稳定。蒎烷型:芍药苷,是中药芍药和牡丹的有效成分蒎烷型:芍药苷,是中药芍药和牡丹的有效成分樟脑樟脑龙脑(樟醇):俗称冰片龙脑(樟醇):俗称冰片莰烷型莰烷型双双环环单单萜萜 龙脑即中药冰片,又称龙脑即中药冰片,又称“樟醇樟醇”,是樟脑的还原产物。龙脑是白色片状结晶,有升华性。不但有发汗、,是樟脑的还原产物。龙脑是白色片状结晶,有升华性。不但有发汗、兴奋、镇痉和防止腐蚀等作用,还有显著的抗缺氧功能
20、,临床上普遍应用的治疗冠心病、心绞痛的良药兴奋、镇痉和防止腐蚀等作用,还有显著的抗缺氧功能,临床上普遍应用的治疗冠心病、心绞痛的良药苏冰滴丸的主要成分就是冰片。苏冰滴丸的主要成分就是冰片。樟脑是最重要的萜酮之一,我国产的天然樟脑产量占世界第一位。樟脑在医药上主要用做刺激剂和樟脑是最重要的萜酮之一,我国产的天然樟脑产量占世界第一位。樟脑在医药上主要用做刺激剂和强心剂,还有局部刺激作用和防腐作用,可用于神经痛、炎症及跌打损伤。强心剂,还有局部刺激作用和防腐作用,可用于神经痛、炎症及跌打损伤。芍药苷是从芍药根中得到的蒎烷单萜苦味苷,对小鼠显示有镇静、镇痛及抗炎等药理作用。近年报芍药苷是从芍药根中得到
21、的蒎烷单萜苦味苷,对小鼠显示有镇静、镇痛及抗炎等药理作用。近年报道芍药苷具有防治老年性痴呆的生物活性。道芍药苷具有防治老年性痴呆的生物活性。卓酚酮类化合物是一类变形的单萜,它们的碳架不符合异戊二烯定则,该类化合物多具有抗菌活性,卓酚酮类化合物是一类变形的单萜,它们的碳架不符合异戊二烯定则,该类化合物多具有抗菌活性,但同时多有毒性。但同时多有毒性。O OO OH HO OH HO OC CH H2 2O OH HH HO OH HO OO OH HO OC CO OO OH H2 2C C芍芍药药苷苷P Pa ae eo on ni if fl lo or ri in nO OO OH H扁扁柏
22、柏素素t th hu uj ja ap pl li ic ci in n(4 4)环烯醚萜)环烯醚萜 环烯醚萜是一类特殊的单萜。最早是由伊蚁的分泌物中得到,曾称为伊蚁内酯,是从动物中发现的第一环烯醚萜是一类特殊的单萜。最早是由伊蚁的分泌物中得到,曾称为伊蚁内酯,是从动物中发现的第一个抗生素。现今已从许多植物中分出多种环烯醚萜类化合物,而且它们具有多种多样的生理活性。个抗生素。现今已从许多植物中分出多种环烯醚萜类化合物,而且它们具有多种多样的生理活性。环烯醚萜多与糖结合形成苷。环烯醚萜类化合物在中药中分布较环烯醚萜多与糖结合形成苷。环烯醚萜类化合物在中药中分布较广,在玄参科、茜草科、唇形科及龙胆
23、科中较为常见,有多种生理活广,在玄参科、茜草科、唇形科及龙胆科中较为常见,有多种生理活性(利胆、健胃、降糖、抗菌消炎等),目前发现的已达性(利胆、健胃、降糖、抗菌消炎等),目前发现的已达900900余种。余种。环烯醚萜类的衍生物数目较多,其结构特点是:环烯醚萜类的衍生物数目较多,其结构特点是:(1 1)C1C1位多数存在官能团,可能是羟基、甲氧基或酮基;而位多数存在官能团,可能是羟基、甲氧基或酮基;而C1-OHC1-OH很活泼,易与糖结合成苷。很活泼,易与糖结合成苷。(2 2)C3C3、C4C4位大多有双键,位大多有双键,C4-C4-甲基易氧化成甲基易氧化成-CH-CH2 2OHOH、-CH-
24、CH2 2OROR、-COOH-COOH、-COOR-COOR等。等。(3 3)分子中的环戊烷部分呈现不同的氧化状态。重要的代表物有梓醇和梓苷。二者均为中药地黄中降血)分子中的环戊烷部分呈现不同的氧化状态。重要的代表物有梓醇和梓苷。二者均为中药地黄中降血糖的有效成分。糖的有效成分。4-4-位有取代的环烯醚萜及其苷重要的代表物有山栀苷、栀子苷。位有取代的环烯醚萜及其苷重要的代表物有山栀苷、栀子苷。裂环环烯醚萜是环烯在裂环环烯醚萜是环烯在C C7 7、C C8 8处开环衍变而来,如中药龙胆草中的龙胆苦苷,味极苦,是苦味成分。处开环衍变而来,如中药龙胆草中的龙胆苦苷,味极苦,是苦味成分。环烯醚萜苷类
25、:环烯醚萜类成分多以苷的形式存在,以环烯醚萜苷类:环烯醚萜类成分多以苷的形式存在,以1010个碳的环烯醚萜苷占多数,其结构上个碳的环烯醚萜苷占多数,其结构上C C1 1羟基多羟基多与葡萄糖形成苷,且大多为单糖苷;与葡萄糖形成苷,且大多为单糖苷;C C1111有的氧化成羧酸,并可形成酯。有的氧化成羧酸,并可形成酯。环烯醚萜含有环戊烷结构单元,包括含有取代环戊烷环烯醚萜(环烯醚萜含有环戊烷结构单元,包括含有取代环戊烷环烯醚萜(iridoids)和环戊烷开裂的裂环环烯)和环戊烷开裂的裂环环烯醚萜(醚萜(secoiridoids)两种基本碳架。)两种基本碳架。O OO O H H12345678910
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