第十章 萜類和揮發油,Terpenoids and Essential Oils,第一節 萜類,1、了解萜類的含義、生源途徑、分布和 生理活性。2、熟悉萜類的結構特點和分類。3、掌握萜類的理化性質、提取、分離方法。,第一節 萜類,1.概述2.結構類型3.理化性質4.提取分離,C10H16,C10H16,C15H24,C20H32,1、含義和分類：,含義： 以前：萜是由異戊二烯或異戊烷以各種方式連接而成具有不飽和度的烴及其含氧衍生物。 現代：凡由甲戊二羥酸衍生而來的且分子式符合(C5H8)n 通式的衍生物均稱為萜類化合物。,一、 概述,分類： 根據異戊二烯數目及碳環數目分類， 如無環單萜、單環倍半萜、三環二萜等。,萜類的分類和存在,2、生源途徑：,1887 Otto Wallach,萜類化合物的骨架是由異戊二烯聚合構成,1938 Leopold Ruzicka （Switzerland） 1939 Nobel Prize for his work on polymethylenes and higher terpenes,生源異戊二烯定則：萜類前體均為活性異戊二烯,Feodor Lynen 1964 Nobel Prize,IPP：焦磷酸異戊烯酯,發現了膽固醇和脂肪代謝的機制和調節,前體：甲戊二羥酸,Karl Folkers,首先由乙酰輔酶A 與乙酰乙酰輔酶生成甲戊二羥酸單酰輔酶（HMG-CoA)，后者還原生成甲戊二羥酸(MVA)。,生源異戊二烯法則內容（生源前體和）,MVA經數步反應轉化成焦磷酸異戊烯酯(IPP)，IPP經硫氫酶及焦磷酸異戊酯異構酶 轉化為焦磷酸r, r二甲基烯丙酯(DMAPP)。IPP和DMAPP稱“活性異戊二烯”，是萜類成分在生物體形成的真正前體，在生物合成中起著烷基化的作用。,幾種不符合異戊二烯法則的情況,少數萜類結構不符合異戊二烯法則，是因為在轉變過程中產生異構化或發生降解反應的結果。,天然的異戊二烯屬半萜類(hemiterpenoids)，可在植物的葉綠體中形成，雖廣泛存在，但其量極微，其生源途徑尚不清楚。,自然界常有一些半萜結合在非萜類化合物結構的母核上，形成異戊烯基或異戊基支鏈，而成為一種混雜的萜類化合物，多見于黃酮和苯丙素類化合物中。,白芷內酯 Strychnine,3、生理活性：,萜類化合物種類繁多，結構復雜，性質各異，因而具有多方面的生物活性，其中不少化合物是常見的一些中藥中的有效成分，具有較為重要的生物活性。,4、分布：,萜類化合物在中藥中分布極為廣泛，藻類、菌類、地衣類、苔蘚類、蕨類、裸子植物及被子植物中均有萜類的存在。尤其在裸子植物及被子植物中萜類化合物分布得更為普遍，種類及數量更多，如被子植物就在多個目、數百個科屬發現有萜類化合物。,4、分布：,單萜：唇形科、傘形科、樟科及松科的腺體、油室及樹脂道中多有倍半萜：最多，在木蘭目、蕓香目、山茱萸目及菊目中分布較為集中二萜：五加科、馬兜鈴科、菊科和豆科等二倍半萜：不多，在羊齒植物、菌類、地衣類、海洋生物及昆蟲的分泌物中存在海洋生物,二、結構類型,單萜環烯醚萜倍半萜二萜和二倍半三萜四萜和多萜,單萜（monoterpenes）,單萜：2個異戊二烯單位的萜烯及其衍生物。（低沸點揮發油）生源途徑：分布：多科植物。有些單萜以苷存在，有些是昆蟲或微生物代謝產物，有些是混雜萜的萜源官能團部分。,（1）概述,（2）結構類型和重要化合物：,無環單萜：月桂烷型 薰衣草烷型 艾蒿烷型 單環單萜：對薄荷烷型 環香葉烷型 卓酚酮型 雙環單萜：蒈烷型、蒎烷型、莰烷型、守烷型、 異莰烷型、葑烷型,無環（鏈狀）單萜重要化合物：,香葉醇：又稱牻（mng ）牛兒醇，是香葉油、玫瑰油、檸檬草油和香茅油等的主要成分，沸點229-230C。,香橙醇：又稱橙花醇，存在于橙花油、檸檬草油和其它多種植物的揮發油中，沸點255-260 oC 。,香茅醇：存在于香茅油、玫瑰油等多種植物的揮發油中，以左旋體的經濟價值較高。,分離（無水CaCl2、(C6H5)2NCOCl),檸檬醛： 反式為- 檸檬醛（香葉醛） 順式為-檸檬醛 （橙花醛） 檸檬醛在檸檬草油和香茅油的含量較高。 具有檸檬香氣 分離（NaHSO3）香茅醛是香茅醇的氧化產物，大量存在于香茅油、桉葉油、檸檬油中，也是重要的檸檬香氣香料。 分離（NaHSO3）,無環（鏈狀）單萜重要化合物：,紫羅藍酮,單環單萜,單環單萜,卓酚酮類化合物（troponoide）是一類變形的單萜，它們的碳架不符合異戊二烯法則，這類化合物結構中都有一個七元芳環，一個酮基和一個酚羥基。,單環單萜重要化合物：對薄荷烷型,薄荷醇(menthol)：是薄荷揮發油中的主要組成成分。其左旋體習稱“薄荷腦”。對皮膚和粘膜有清涼和弱麻醉作用，用于鎮痛和止癢，亦有防腐和殺菌作用。透皮吸收作用。沸點216,薄荷酮(menthone)：左旋右旋,辣薄荷酮：松馳平滑肌的作用，是治療支氣管哮喘的有效成分（ NaHSO3加成物片劑）,紫羅蘭酮(ionone)： 工業上由檸檬醛與丙酮縮合制備，縮合產物環合后得到-紫羅藍酮及-紫羅藍酮的混合物。-紫羅藍酮具有馥郁的香氣，用于配制高級香料，-紫羅藍酮可作為合成維生素A的原料。 分離（ NaHSO3，水，食鹽）,單環單萜重要化合物:環香葉烷型,斑蝥素(cantharidin) ：存在于斑蝥, 芫青干燥蟲體中，可作為皮膚發赤、發泡或生毛劑。用斑蝥素制備成的N-羥基斑蝥胺試用于肝癌，有一定療效。,單環單萜重要化合物,斑蝥素 N-羥基斑蝥素,崖柏素(thujaplicin) ：-崖柏素和-崖柏素存在于在歐洲產崖柏、北美崖柏以及羅漢柏的心材中；-崖柏素，也稱扁柏素，存在于臺灣扁柏及羅漢柏心材中。 霉菌類代謝產物,單環單萜重要化合物：卓酚酮類,雙環單萜,雙環單萜,雙環單萜,皆烷型,雙環單萜重要化合物：莰烷型,龍腦：俗稱“冰片”，又稱樟醇，為白色片狀結晶，具有似胡椒又似薄荷的香氣，有升華性。其右旋體主要得自白龍腦香樹揮發油，左旋體存在于艾納香全草和野菊花中，合成品為消旋體。204208,冰片：有發汗、興奮、鎮痙和防止蟲蛀蝕、抗缺氧功能，它和蘇合香脂配合制成蘇冰滴丸代替冠心蘇合丸治療冠心病，心絞痛。,樟腦(camphor) ：為白色結晶性固體，易升華，具有特殊鉆透性的芳香氣味。樟腦有局部刺激作用和防腐作用，用于神經痛、炎癥和跌打損傷的擦劑。我國天然樟腦產量占世界第一位。,天然樟腦由右旋體與左旋體共存，其右旋體在樟樹揮發油中約50%，左旋體存在于菊蒿揮發油中，合成品為消旋體。樟腦可作為強心劑，其強心作用是由于在體內氧化成-氧化樟腦和對氧化樟腦所致。,芍藥苷(paeoniflorin) ：是從芍藥根中得到的蒎烷單萜苦味苷，對小鼠顯示有鎮靜、鎮痛、抗炎及防治老年性癡呆的生物活性。,雙環單萜重要化合物：蒎烷型,理化性質揮發油提取分離結構鑒定 GCMS,中藥現代化 中藥化學+中藥藥理學,環烯醚萜及其苷（iridoids）,（1）概述環烯醚萜：是蟻臭二醛(iridoidial)的縮醛衍生物，是一類特殊的單萜。生源途徑：焦磷酸牻牛兒酯(GPP)為前體。生理活性：多種多樣。分布：唇形科、茜草科、龍膽科等植物。目前已從植物中分離并鑒定結構的環烯醚萜類化合物超過800多種，其中大多數為苷類成分，非苷環烯醚萜僅占60余種，裂環環烯醚萜類30余種。,環烯醚萜類化合物的合成途徑示意圖,環烯醚萜及其苷：4-無取代:(環戊烷型、環戊烯型、環氧醚型)4-有取代:(環戊烷型、環戊烯型、環氧醚型)裂環環烯醚萜（seco-iridoid）及其苷,（2）結構類型,特點：C1多有官能團，-OH(與葡萄糖成苷)、-OCH3、C=O C3、C4多為雙鍵，C4-CH3易為氧化物； C8-CH3易為氧化物； C11有的為羧酸，并可成酯； 環戊烷呈不同氧化態。,理化性質：酸不穩定提取分離：溶劑法結構測定：NMR,倍半萜（sesqniterpenes）,（1）概述倍半萜：3個異戊二烯單位、含15個碳原子的萜類化合物，沸點250280。生源途徑：焦磷酸麝子油酯(FPP)衍生而來；奧類由愈創木烷和巖蘭烷衍生而來。生理活性：具有較強的香氣和生物活性，是醫藥、食品和化妝品工業的重要原料。分布：主要分布在植物界和微生物界，在海洋生物、昆蟲中也有發現。多以醇、酮、內酯或苷的形式存在，是萜類化合物中最多的一類，骨架超過200余種，化合物數千種。,（2）結構類型和重要化合物,無環倍半萜 單環倍半萜 雙環倍半萜：萘烷型 薁型 三環倍半萜 特殊倍半萜,麝子油烯：又稱金合歡烯，存在于枇杷葉、生姜、洋甘菊揮發油中。金合歡烯有、兩種構型，其中體存在于藿香、啤酒花和生姜揮發油中。麝子油醇：又稱金合歡醇,存在于金合歡花油、橙花油、香茅中，高級香料的原料。橙花醇：又稱苦橙油醇，具有蘋果香，是橙花油中的主要成分之一。,薁類,薁類(azulenoids)：由五元環與七元環駢合而成，屬于非苯核芳烴化合物。薁類化合物主要存在于揮發油中，大多具有抑菌、抗腫瘤、殺蟲等活性。,Two New Guaiane Sesquiterpenes from the Fruits of Daucus carota(p 2769-2773)Tao Yi, Lin Zhang, Hong-Wei Fu, Shi-Lin Yang, Jing-Kui TianPublished Online: Dec 17 2009 1:13PMDOI: 10.1002/hlca.200900106,環狀倍半萜重要化合物：,青蒿素(arteannuin)：過氧化物倍半萜，結構修飾合成出具有抗瘧效價高、原蟲轉陰快、速效、低毒等特點的雙氫青蒿素(dihydroqinghaosu)，再進行甲基化，將它制成油溶性的蒿甲醚(artemether)及水溶性的青蒿琥珀酸單酯(artesunate) 用于臨床。,環狀倍半萜重要化合物：,鷹爪甲素(yingzhaosu)：是從民間治療瘧疾草藥鷹爪根中分離出。對鼠瘧原蟲的生長有強的抑制作用。,環狀倍半萜重要化合物,棉酚(gossypol)：為杜松烷型雙分子衍生物，主要存在于棉籽中，為有毒的黃色液體，具有殺精子的作用，但副作用大而未應用于臨床。棉酚不含手性碳原子，但由于兩個苯環折疊障礙而具有光學活性。棉酚在棉籽中為消旋體，有多種不同熔點的晶體。,- 山道年：山道年草或蛔蒿未開放的頭狀花序或全草中的主成分，強力驅蛔劑，但服用過量可產生黃視瘧毒性，已被臨床淘汰。,環狀倍半萜重要化合物,提取分離 結構測定,二萜（diterpenes）,（1）概述二萜：4個分子異戊二烯單位構成、含20個碳原子的化合物。生源途徑：牻牛兒醇基牻牛兒醇酯（GGPP）為前體。分布：植物界（廣泛），菌類代謝產物，海洋生物。多以樹脂、內酯或苷等存在于植物乳汁、樹脂中。 香茶菜二萜,（2）結構類型和重要化合物,鏈狀二萜單環二萜雙環二萜三環二萜四環二萜,二萜重要化合物：,維生素A：是一種重要的脂溶性維生素，主要存在于動物肝臟中，特別是魚肝中含量較豐富。,胡蘿卜素,二萜重要化合物：,穿心蓮內酯(andrographolide) ：存在于穿心蓮 (欖核蓮，一見喜)中，具有抗炎作用。,二萜重要化合物：,紫杉醇(taxol)又稱紅豆杉醇，最早從太平洋紅豆杉Taxus brevifolia的樹皮中分離得到，1992年底美國FDA批準上市，臨床用于治療卵巢癌、乳腺癌和肺癌療效較好。,二萜重要化合物：,甜菊Stevia rebaudianum Bertoni 葉中含有以對映-貝殼杉烷(ent-kaurane) 骨架為母核、由不同糖組成的甜味苷。總甜菊苷含量約6%，其甜度約為蔗糖的300倍，其中又以甜菊苷A甜味最強，但含量較少。甜菊苷(stevioside)因其高甜度、低熱量、無毒性等優良特性。,二萜重要化合物：,銀杏內酯(ginkgolides)：是銀杏Ginkgo biloba 根皮及葉的強苦味成分，可作為拮抗血小板活化因子，是血小板活化因子（PAF）的特效拮抗劑。,二萜重要化合物：,雷公藤甲素對乳腺癌和胃癌細胞系集落形成有抑制作用，16-羥基雷公藤內酯醇具有較強的抗炎免疫抑制和雄性抗生育作用。,二萜重要化合物：香茶菜二萜,二萜重要化合物：二萜生物堿（Diterpenoid Alkaloids）,Two New Diterpenoid Glucosides from Clerodendrathus spicatus(p 2802-2807)Yi-Lei Chen, Chang-Heng Tan, Jun-Jie Tan, Xue-Mei Zhao, Shan-Hao Jiang, Da-Yuan ZhuPublished Online: Dec 17 2009 1:13PMDOI: 10.1002/hlca.200900121,First Example of Diterpenoids from 14,15-Cyclopimarane in the Roots of Linum usitatissimum(p 2746-2753)Jian-Long Sun, An-Jun Deng, Yan Li, Zhi-Hong Li, Hui Chen, Hai-Lin QinPublished Online: Dec 17 2009 1:13PMDOI: 10.1002/hlca.200900104,提取分離結構測定,二倍半萜（sesterpenes）,二萜半萜：5個分子異戊二烯單位構成、含25個碳原子的化合物。生源途徑：以焦磷酸香葉基麝子油酯(GFPP)為前體。分布：數量少，1965年發現第一個，迄今來自天然的有6種類型約30余種化合物，分布在羊齒植物，植物病源菌，海洋生物海綿、地衣及昆蟲分泌物中。,二倍半萜結構類型和重要化合物,鏈狀二倍半萜 單環二倍半萜 雙環二倍半萜 三環二倍半萜 四環二倍半萜 五環二倍半萜,J. Nat. Prod., 2009, 72 (3), pp 340344,Genepolide, a Sesterpene -Lactone with a Novel Carbon Skeleton from Mountain Wormwood (Artemisia umbelliformis),Org. Lett., 2007, 9 (23), pp 46934696,Bolivianine, a New Sesterpene with an Unusual Skeleton from Hedyosmum angustifolium, and Its Isomer, Isobolivianine,三萜（triterpenes）,（1）概述三萜：6個異戊二烯單位聚合而成。生源途徑：焦磷酸麝子油酯(FPP)縮合成鯊烯，鯊烯通過不同環合方式轉變而來。分布：多以游離態或成苷或成酯的形式存在，含氧衍生物是樹脂的主要組成部分，與甾醇類共存。分布在多科植物、少數動物中。,（2）結構類型和重要化合物無環三萜三環三萜四環三萜：羊毛脂甾烷和大戟烷型 達馬烷型 葫蘆素烷型 原萜烷型 楝烷型 環菠蘿密烷型五環三萜：齊墩果烷型 烏蘇烷型 羽扇豆烷型 木栓烷型 羊齒烷型和異羊齒烷型 何帕烷型和異何帕烷型,提取分離結構鑒定,四萜和多萜（tetraterpenes and polyterpenes）,四萜：8個異戊二烯單位組成，主要指胡蘿卜烯類色素（脂溶性色素）稱為多烯烴(polenses)。 分布：植物的葉、果實、花冠中。,結構類型和重要化合物,胡蘿卜烯類 醇類 酮類 環氧化物 非四萜類色素,多萜,橡膠：順式高分子異戊二烯化合物。硬膠：反式高分子異戊二烯化合物。,理化性質,單萜,（1）多數是揮發油中沸點較低部分的組成成分： 萜烴(140-180)，含氧衍生物(200-230)。（2）多數具有較強的香氣和生理活性，是醫藥、食品、 化妝品的重要原料。（3）有些單萜以苷的形成存在，有些是昆蟲或微生物代謝產物，有的是形成混雜萜類的萜源官能團部分。,卓酚酮,（4）卓酚酮是揮發油的酸性部分， 酸性：酚卓酚酮羧酸； 鑒別：能與金屬離子絡合產生特殊的顏色反應 與鐵離子，赤色結晶； 與銅離子，綠色結晶。,環烯醚萜及其甙,（1）性狀：一般為液體或低熔點固體，環烯醚萜苷為白 色結晶或無定形具吸濕性粉末；有苦味；有旋光性。（2）溶解度：偏親水性，易溶于水和甲醇，可溶于乙醇、 丙酮、正丁醇等，難溶于氯仿、苯、石油醚等親脂性溶劑。（3）檢識：利用酸水解反應檢查環烯醚萜甙的存在，水解后的甙元具半縮醛結構易聚合，產生黑色沉淀。,環烯醚萜及其甙,（4）顯色反應：京尼平+氨基酸 藍紫色沉淀； 京尼平+皮膚，藍紫色； 京尼平/HAc+銅離子 藍色； 京尼平+2,4-二硝基苯肼 黃色； 車葉草+Shear試劑，黃-棕-深綠色。 (1HCl+15Aminobenzene ),倍半萜,（1）一般為液體或低沸點固體，沸點較高（250-280）。（2）有較強香氣和生理活性，醫藥、食品、香料等原料。 （3）倍半萜內酯（有細胞毒和抗癌活性）的構效關系： 重要活性基團：環戊烯酮、 -亞甲基-內酯 ,-不飽和內酯； 一般活性基團：,-環氧酮、,-不飽和酯、烯醇。,薁(y)類化合物,（4）薁類是揮發油高沸點餾分中呈現藍、紫或綠色的餾分；沸點250260 溶于醚、醇等有機溶劑，不溶于水，但可溶于強酸；鑒別：苦味酸或三硝基苯試劑，結晶絡合物(熔點敏銳)； 檢識：溴化反應（Sabaty反應），藍、紫或綠色； 對二甲氨基苯甲醛-濃硫酸(Ehrlich試劑)，紫或紅色。 多有抑菌、抗腫瘤、殺蟲等活性,1,2,