Transcript 第六章萜类-1（天然药物化学）.

第六章 萜类和挥发油
第一节 概
述
一、萜的含义和分类



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
也有例外。
甲戊二羟酸（Mevalonic acid, MVA）（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。
萜类化合物的分布
萜类化合物在植物界分布很广泛，据不完全
统计萜类化合物超过了22000多种。
 存在最多的是种子植物，尤其是被子植物。
 萜类化合物经常与树脂、树胶并生，与生物
碱相排斥。
 富含挥发油的植物：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、菊科和姜科等。

水生植物很少分布有挥发油。
 某些菌类和苔藓类植物可合成一些萜类，
如斜卧青霉菌(青霉decumbens)合成橙花
叔醇。
 近年来从海洋生物中发现了大量的萜类
化合物。


1、定义:一般认为，凡由甲戊二羟酸衍生、
且分子式符合（C5H8 )n 通式的衍生物均
称为萜类化合物。
2、萜类化合物的分类:



根据分子结构中异戊二烯单位的数目进行分类，
如单萜、倍半萜、二萜等；
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；
萜类多数是含氧衍生物，所以萜类化合物又可
分为:醇、醛、酮、羧酸、酯、苷。
萜类化合物的分类及分布
分
类
碳原子数
半
萜
单
存
在
5
通式
(C5H8)n
n=1
植物叶
萜
10
n=2
挥发油
倍半萜
15
n=3
挥发油
二
20
n=4
树脂、苦味质、植物醇
25
n=5
萜
二倍半萜
三
萜
30
n=6
海绵、植物病菌，昆虫代
谢物
皂苷、树脂、植物 乳汁
四
萜
40
n=8
植物胡萝卜素
～7.5x103至
~3x105
(C5H8)n
橡胶、硬橡胶
多聚萜
3、 萜类化合物的特点



（1）开链萜烯具有（C5H8）n通式，碳原子数
一般为5的倍数，而氢的比例多数不是8的倍数。
（2）绝大多数萜类化合物为含氧衍生物，包
括醇、醚、酮、酸、酯、内酯、亚甲二氧基等
含氧基团。
（3）有的萜类化合物以苷的形式存在，如环
烯醚萜苷类成分；有的萜类化合物分子中含有
氮原子，称为萜类生物碱，如乌头碱。
二、萜类化合物的生理活性和分布
(1)抗生育活性；芫花酯甲(yuanhuacin)、芫花酯乙
(yuanhuadin)均为引产药。
(2)抗白血病、抗肿瘤活性：雷公藤内酯(triptolide)、
雷公藤羟内酯(tripdiolide)、鸦胆丁(bruceantin)等。
(3)驱蛔虫和杀虫活性：如驱蛔素(ascaridole)，川楝素
(chuanliansu，toosendanin)、土木香内酯
(costunolide)等。
(4)抗疟活性：如青蒿素(arteannuin)、鹰爪甲素
(yingzhaosu A)。
(5)神经系统作用：如治疗神经分裂症的马桑
内酯类化合物。
(6)抗菌痢和抗钩端螺旋体活性：如穿心莲内
酯(andrographolide)、穿心莲新苷
(neoandrographolide)、14—去氧穿心莲内酯
(14-deoxyandrographolide)。
(7)抑制血小板凝集、扩张冠状动脉、增强免
疫功能：如芍药苷(paeoniflorin)。
(8)泻下作用：如栀子苷(京尼平苷，
geniposide)。
(9)促进肝细胞再生活性：如齐墩果酸。
(10)防治肝硬化、肝炎的活性：如葫芦素B、
E(cucurbitacinB、E)。
(11)抗阿米巴原虫活性：如鸦胆子苷
(yatanoside、brucealin)、鸦胆子苦素A、B、
C、D、E、F、G(bruceineA、B、C、D、E、
F、G)及鸦胆子苦内酯(bruceolide)等。
(12)降血压活性：闹羊花毒素III(rhodojuponin III)
对重症高血压有紧急降压作用并对室上性心动
过速有减慢心率作用。
(13)降血脂、降血清总胆固醇活性：如泽泻萜醇
A(alisol A)。
(14)抗菌消炎活性：如雪胆甲素(cucubitacin IIa)、
雪胆乙素(cucubitacin，IIb)。
(15)降低转氨酶活性：如山芝麻酸甲酯
(methyhelicterata)。
(16)毒鱼活性：如二萜醛(sacculatal)。
(17)昆虫拒食活性：
(18)可作甜味素：甜菜素(滕氏甜昧内酯，
phylloduicin)具有蔗糖600～800倍甜度，罗汉
果甜素V(mogroside V)的0．02％水溶液比蔗
糖甜约250倍，可作调味剂。
(19)昆虫保幼激素：如天蚕蛾保幼激素(C18cecropia)、juvabione。
(20)昆虫性引诱剂及昆虫驱避物质：倍半萜丙二
烯酮，对蚂蚁及其他昆虫有驱避作用。
其他:
如挥发油中的单萜和倍半萜成分，不少具
有祛痰、止咳、平喘、驱风、健胃、解热及镇
痛等活性。有些是香料、化妆品工业的重要原
料。
三、萜类的生源学说
萜类化合物的生源主要有如下
两种观点：
 经验的异戊二烯法则
 生源的异戊二烯法则
（一）经验的异戊二烯法则

1887年Wallach提出：自然界存在的萜类化合物
是由异戊二烯衍生而成首尾相连的聚合体及其
衍生物。这就是日后长期沿用的经验异戊二烯
法则。

认为自然界存在的萜类化合物都是由异戊二烯
衍变而来，是异戊二烯的聚合体或衍生物，并
以是否符合异戊二烯法则作为判断萜类物质的
一个重要原则。

后来发现有许多萜类化合物的碳架结构无法用
异戊二烯的基本单元来划分；
OH
O
O
O
°¬Àïľ·Óͪ

ÍÁÇàľÏãͪ
±â°Ø·Ó
当时在植物的代谢过程中也很难找到异戊二烯
的存在。因而有人提出前提物是“活性的异戊
二烯”。
(二) 生源的异戊二烯法则



德国学者Ruzicka于1938年提出了生源异戊
二烯法则。
证实了萜类化合物是经甲戊二羟酸途径衍
生的一类化合物。
首先证明了焦磷酸异戊烯酯(△3-isopentenyl
pyrophosphate, IPP)的存在。
主要内容


首先由乙酰辅酶A (乙酰基-CoA)与乙酰乙酰
辅酶A(acetoacetyl-CoA)生成甲戊二羟酸单酰
辅 酶 A(3-hydroxy-3-methylglutaryl CoA,
HMG-CoA) ， 后 者 还 原 生 成 甲 戊 二 羟 酸
(MVA)。
MVA经数步反应转化成焦磷酸异戊烯酯(△3isopentenyl pyrophosphate, IPP)，IPP经硫氢酶
(sulphyhydryl酶)及焦磷酸异戊酯异构酶 (IPP
isomerase) 转化为焦磷酸γ, γ －二甲基烯丙酯
(r, r-dimethyl烯丙基pyrophosphate，DAPP)。

IPP和DAPP称“活性异戊二烯”，是萜类成
分在生物体形成的真正前体，在生物合成中
起着烷基化的作用。

IPP和DAPP两者均可转化为半萜，并在酶的
作用下，头—尾相接缩合为焦磷酸香叶酯
(geranyl pyrophosphate, GPP)，衍生为单萜类
化合物，或继续与IPP分子缩合衍生为其它
萜类物质。
几种不符合异戊二烯法则的情况



少数萜类结构不符合异戊二烯法则，是因为在
转变过程中产生异构化或发生降解反应的结果。
天然的异戊二烯属半萜类(hemiterpenoids)，可在
植物的叶绿体中形成，虽广泛存在，但其量极
微，其生源途径尚不清楚。
自然界常有一些半萜结合在非萜类化合物结构
的母核上，形成异戊烯基或异戊基支链，而成
为一种混杂的萜类化合物，多见于黄酮和苯丙
素类化合物中。
第二节
萜类的结构类型
单萜
环烯醚萜
萜类
倍半萜
二萜
二倍半萜
1、单萜

单萜类是由2个异戊二烯单位构成、含10个碳
原子的化合物及其衍生物，典型单萜的分子式
为C10H16，有3个不饱和度。可形成链状单萜、
单环单萜、双环单萜等结构。

分布：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中也有存在。
（1）开链单萜
抗菌
（2）环状单萜
平喘、止咳、抗菌
发汗、兴奋、镇静、驱虫
举例：芍药苷（paeoniflorin）是从芍药
paeoniaalbiflora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。近年报道芍药苷具有防治老年性痴呆
的生物活性。
（3）卓酚酮类

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。
卓酚酮类化合物的特性




（1）卓酚酮具有芳香化合物性质，具有酚的通性，
也显酸性，其酸性介于酚类和羧酸之间，即酚卓
酚酮羧酸。
（2）分子中的酚羟基易于甲基化，但不易酰化。
（3）分子中的羰基类似于羧酸中的羰基的性质，
但不能和一般的羰基试剂反应。IR较一般的化合
物中的羰基略有区别。
（4）能于多种金属离子形成络和物结晶体，并显
示不同颜色，以资区别。如铜络和物为绿色结晶，
铁络和物为赤红色结晶
2、环烯醚萜


环烯醚萜为蚁臭二醛的缩醛衍生物，具有环戊烷
结构单元，又是具有一定特点的环状单萜衍生物。
包括含有取代环戊烷环烯醚萜（iridoids）和环戊
烷开裂的裂环环烯醚萜（secoiridoids）两种基本
碳架。
主要以苷的形式存在。以10个碳的环烯醚萜苷占
多数，其结构上C1羟基多与葡萄糖形成苷，且大
多为单糖苷；C11有的氧化成羧酸，并可形成酯。
（1）生源途径

环烯醚萜是由活性焦磷酸香叶酯（GPP）衍生
而成，是GPP经水解脱去焦磷酸后，经氧化形
成香茅醛，香茅醛在化合过程中发生双键转
位，再水合成一个伯醇基，伯醇基进一步被
氧化，衍生为仪臭二醛。仪臭二醛发生烯醇
化后，再进行分子内的羟基缩合，即产生环
烯醚萜。

举例：梓醇（catalpol）又称梓醇苷，是地黄中降
血糖作用的主要有效成分。梓苷（catalposide）
的药理作用与梓醇相似。桃叶珊瑚苷（aucubin）
是车前草清湿热、利尿的有效成分。
（2） 结构与分类

(1)结构特点：C-1位一般连有官能团，多为羟基；
C-3和C-4位间大多连有双键；C4-CH3和C8-CH3易
被氧化成CH2OH、COOH等。

C1-OH为半缩醛羟基，性质活泼，易与糖结合成
苷，天然界的环烯醚萜多以苷的形式存在，根据
其环戊烷结构部分的环合与否，又可分为环烯醚
萜苷和裂环烯醚萜苷两种基本碳架。
（2）结构类型
 ①环烯醚萜苷：这类环烯醚萜苷数目较多，根据其
结构上C-4位有无取代基由可分为两小类：
（i）C-4位有取代的环烯醚萜苷，其取代基一般为
甲基、羧基、酯基、内酯等。如栀子苷。
（ii）C-4位无取代的环烯醚萜苷，其基本母核只有
9个碳原子，是由于其C-4位羧基在植物体内生物合
成过程中脱羧所至。如车前草中的桃叶珊瑚苷。
 ②裂环烯醚萜苷：裂环烯醚萜苷可看成是由环烯醚
萜苷在C-7和C-8键断裂开环衍变而成的化合物。如
獐牙菜苷、龙胆苦苷。

（3） 理化性质



（1）性状：环烯醚萜苷类大多数为白色结晶
或粉末，多数具有旋光性，吸湿性，味苦。
（2）溶解性：环烯醚萜苷类易溶于水和甲醇，
可溶于乙醇、丙酮、正丁醇，难溶于氯仿、
乙醚、苯等亲酯性有机溶剂。
（3）鉴别反应：这类成分的分子结构中具有
半缩醛羟基，性质很活泼，能与一些试剂产
生颜色反应，可用于环烯醚萜及其苷类的鉴
别。
颜色反应



① 酸水解反应：环烯醚萜苷对酸很敏感，其苷键极易
被水解，产生的苷元很不稳定，容易发生聚合反应，
在不同的水解条件下（温度、酸度等），产生不同颜
色的变化或沉淀。若用酶水解，则显深蓝色，也不易
得到结晶性苷元。如车叶草苷。
②氨基酸反应：在加热条件下与氨基酸作用产生蓝色
沉淀。因此，与皮肤接触，也能使皮肤染成蓝色。
③乙酸-铜离子反应：将样品溶于冰乙酸，加入少量的
铜离子试液，加热后即产生蓝色反应。
3、倍半萜


倍半萜类是由3个异戊二烯单位构成、含15个
碳原子的化合物类群。骨架复杂多变的倍半萜
类，生源上都是由前体物焦磷酸金合欢酯
（FPP）衍生而成。
倍半萜主要分布在植物界和微生物界，多以挥
发油的形式存在，在植物中多以醇、酮、内酯
或苷的形式存在，亦有以生物碱形式存在。
分类

理论上可分为链状、单环、双环、三环
和四环等五种倍半萜结构类型，但植物
中多以单环、双环倍半萜的含氧衍生物
为主，而三环、四环倍半萜数目较少。
链状：麝香子油，香料成分；
单环：青蒿素，抗恶性虐疾；
双环：-山道年，驱蛔；
三环：环桉醇，抗菌。
（1）无环倍半萜

金合欢烯，存在于枇杷叶、生姜等的挥发油中，β
构型体存在于藿香、啤酒花和生姜挥发油中。金
合欢醇在橙花油、香茅中含量较多，为重要的高
级香料原料。橙花醇具有苹果香，是橙花油中的
主要成分之一。
（2）环状倍半萜
 青蒿素（qinghaosu, artemisinin）
是倍半萜过氧化物，是从中药青蒿（黄花蒿
Artemisia annuaL.）中分离到的抗恶性疟疾的
有效成分。曾对它的结构进行了修饰，合成
大量衍生物，从中筛选出具有抗疟效价高、
原虫转阴快、速效、低毒等特点的双氢青蒿
素，再进行甲基化，将它制成油溶性的蒿甲
醚（artemether）及水溶性的青蒿琥珀酸单酯
（artesunate），用于临床。
鹰爪甲素（yingzhaosu）是从草药鹰爪
Artemisia annua根中分离出的具有过氧基团的
倍半萜化合物，对鼠疟原虫的生长有强的抑制
作用。
（3）薁类衍生物


凡是由五元环与七元环骈合而成的薁芳环骨架
都称为薁类化合物。这类化合物多具有抑菌、
抗肿瘤、杀虫等生物活性。
植物中的倍半萜薁类衍生物多半是其氢化衍生
物，这些氢化衍生物多数失去芳香性，其结构
以愈创木烷骨架类型较多。如圆叶泽兰中的抗
癌活性成分：泽兰苦内酯、泽兰绿内酯以及从
新疆雪莲中得到的大苞雪莲内酯等。
（1）物理性质


1）薁类化合物溶于石油醚、乙醚、乙醇、甲醇
等有机溶剂，不溶于水，溶于强酸。故可用
60%~65%硫酸或磷酸提取薁类成分，硫酸或磷酸
提取液加水稀释后，薁类成分即沉淀析出。
2）薁类化合物的沸点较高，一般在250~300℃，
在挥发油分溜时，高沸点馏分可尖刀美丽的蓝色、
紫色、或绿色的现象时，表示可能有薁类化合物
的存在。
（2）化学性质



1）与苦味酸或三硝基苯试剂作用，形成有敏
锐熔点的-络和物 ，可共鉴别用。
2）Sabety反应：取挥发油1滴溶于1ml氯仿中，
加入5%溴的氯仿溶液，若产生蓝紫色或绿色时，
表明有薁类化合物存在。
3）与Ehrlich试剂反应：与Ehrlich试剂（对二甲胺基苯甲醛浓硫酸）反应产生紫色或红色
时，亦可证实挥发油中有薁类化合物存在。
4、二萜

二萜类是由4个异戊二烯单位构成、含20
个碳原子的化合物类群。它们的结构显
示多样性，但生源上都是由前体物焦磷
酸香叶基香叶酯（GGPP）衍生而成。
链状：植物醇，维生素A；
环状：穿心莲内酯，银杏内酯，雷公
藤内酯，紫杉醇，甜菊苷等。
（1）链状二萜

链状二萜类化合物在自然界存在较少，常见
的只有广泛存在于叶绿素的植物醇，与叶绿
素分子中的卟啉结合成酯的形式存在于植物
中，曾作为合成维生素E、K1的原料。
（2）环状二萜

维生素A(vitamin A)是一种重要的脂溶性维生
素，主要存在于动物肝中，特别是鱼肝中含量
较丰富，如鲨鱼和鳕鱼的肝油中富含维生素A。
维生素A 与眼睛的视网膜内的蛋白质结合，形
成光敏感色素，是保持正常夜间视力的必需物
质，而且维生素A也是哺乳动物生长必不可缺
少的物质。
举例


穿心莲内酯为穿心莲Andrographispaniculata中抗菌消
炎作用的活性成分，临床用于治疗急性菌痢、胃肠炎、
咽喉炎等，与亚硫酸钠在酸性条件下可制成穿心莲内
酯磺酸钠，制备水溶性注射剂。
紫杉醇是红豆杉Taxusspp中活性成分，已成新型天然
抗肿瘤药物，对于卵巢癌、乳腺癌和肺癌疗效好。关
附甲素是中药关白附中的具抗心律失常的活性成分，
已进入国家I类新药研制的III期临床研究。
5、二倍半萜


二倍半萜类化合物（sesterterpenoids）是由5个
异戊二烯单位构成、含25个碳原子。
1965年发现第一个二倍半萜。这类化合物在生源
上是由焦磷酸香叶基金合欢酯（ GFPP）衍生而成，
多为结构复杂的多环性化合物。数量少，分布在洋
齿植物，植物病原菌，海洋生物海绵、地衣及昆虫
分泌物中。呋喃海绵素-3是从海绵动物中得到的含
呋喃环的链状二倍半萜。