萜类化合物是由甲戊二羟酸衍生、且分子骨架以
异戊二烯单元(C5单元)为基本
结构单元的化合物及其衍生物。这些含氧衍生物可以是醇、醛、酮、
羧酸、酯等。萜类化合物广泛存在于自然界,是构成某些植物的香精、树脂、色素等的主要成分。如
玫瑰油、
桉叶油、松脂等都含有多种萜类化合物。另外,某些动物的激素、
维生素等也属于萜类化合物。
内容简介
萜[tiē]类化合物是指具有(C5H8)n通式以及其含氧和不同饱和程度的衍生物,可以看成是由
异戊二烯或
异戊烷以各种方式连结而成的一类天然化合物。萜类化合物在自然界中广泛存在,
高等植物、真菌、微生物、
昆虫、以及
海洋生物,都有萜类成分的存在。萜类化合物是
中草药中的一类比较重要的化合物,已经发现许多化合物是中草药中的
有效成分,同时它们也是一类重要的
天然香料,是化妆品和
食品工业不可缺少的原料。一些化合物还是重要的工业原料,如
多萜化合物
橡胶是反式链接的异戊二烯
长链化合物,是
汽车工业和飞机工业的重要原料。
萜类化合物有许多的生理功效,如 祛痰、止咳、驱风、发汗、驱虫、镇痛等。天然
精油原料中的萜烯和萜类化合物,可用
精馏法、直接蒸汽
蒸馏法、
冻结法和
萃取法分离之。在香料生产中,广泛使用含有萜烯及其衍生物的精油。
单萜类
含义
单萜类化合物是指分子中含有两个分子异戊二烯单位的
萜烯及其衍生物。
单萜类化合物广泛存在于
高等植物中的
分泌组织里,多数是
挥发油中沸点较低部分的主要组成部分,其含氧衍生物沸点较高,多数具有较强的香气和生理活性,是医药、仪器和化妆品工业的重要原料,有些成苷后则不具
挥发性。
特点
单萜化合物根据单萜分子中碳环的数目可分为无环(链状)单萜、
单环单萜、双环单萜。
此类
结构类型较少,不少重要的单萜香料属于此类。
无环单萜化合物可分为
萜烯类、醇类、
醛类、
酮类。
2.1.1萜烯类
2.1.2醇类
2.1.3醛类
2.1.4酮类
2.2单环单萜类
单环单萜是由链状单萜环合作用衍变而来,由于环合方式不同,产生不同的结构类型,比较重要的代表物有:
薄荷酮、
薄荷醇,其中 酚酮型是单环单萜的一种变形结构类型,其碳架不符合异戊二烯规则,其分子中有1个七元芳环的
基本结构,由于
酮基的存在使七元环显示一定的
芳香性,如扁柏素。 酚酮类分子中的酚羟基,由于
邻位吸电子基团的存在而显有较强的酸性,其酸性比一般
酚类强,但弱于羧酸,它是挥发油的酸性部分, 酚酮类常与某些
金属离子发生具有鲜明色调的
颜色反应(如Fe3+、Cu2+等),所以常用这些反应来鉴别 酚酮类化合物。
2.2.1萜烯类
2.2.2醇类
薄荷醇(脑)、
松油醇、
香芹醇、
紫苏醇、胡薄荷醇等。
2.2.3醛酮类
2.3双环单萜类
双环单萜的结构类型较多,有
蒎烯型、
莰烯型、
蒈烯型和其它双环单萜化合物。其中以蒎烯型和莰烯型最稳定。在香料化学中当以蒎烯和莰烯类系列的化合物最为重要,其它双环单萜类化合物有待进一步开发。
2.3.1 蒎烯型化合物
比较重要的化合物如
芍药苷,是中药芍药和
牡丹中的
有效成分。还有较典型的如蒎烯、松香芹醇、
桃金娘烯醇、
马鞭草烯醇等。
2.3.2 莰烯型化合物
多以含氧衍生物存在。如:
樟脑、龙脑。还有如
莰烯、日菊醇、
异龙脑等。
a.樟脑:樟脑(camphor)是最重要的萜酮之一,它在自然界中的分布不太广泛,主要存在于樟树的挥发油中。樟脑是重要的
医药工业原料,我国产的天然樟脑产量占世界第一位。樟脑在医药上主要作
刺激剂和
强心剂,其强心作用是由于在人体内被氧化成π-
氧化樟脑和对-氧化樟脑而导致的。
b.龙脑(borneol):俗称
冰片,又称樟醇,是樟脑的
还原产物,其
右旋体存在于
龙脑香树的挥发油中及其他多种挥发油中。一般以
游离状态或结合成酯的形式存
在。
左旋体存在
艾纳香的
叶子和
野菊花的
花蕾挥发油中。龙脑是白色片状结晶,具有似胡椒又似
薄荷的香气,有升华性,mp204~208℃,[α]D20+37.7°(
乙醇)和-37.3°(乙醇)。合成品为
外消旋混合物。冰片不但有发汗、兴奋、镇痉和防止腐蚀等作用,还有显著的抗氧功能,它与
苏合香脂配合制成
苏冰滴丸代替冠心苏合丸,用于治疗冠心病心绞痛疗效一致。
2.3.3蒈烯型化合物
这类化合物主要有蒈烯、4-羟基-2-
蒈烯、4-
乙酰基-2-蒈烯、3,4-环氧蒈烷等。
2.3.4其它双环单萜化合物
2.4不规则单萜化合物
有些天然单萜化合物的骨架结构,虽是从异戊二烯单元衍生过来的,由于发生了
骨架重排,并不符合首尾相连的异戊二烯规则,被归为不规则的单萜化合物(irregular monoterpenes)。已经分离得到的这类化合主要来源于
菊科植物,如除虫菊酯类,
紫罗兰酮及其类似物还有卓酚酮类等。
倍半萜类
含义
倍半萜类是指由3分子异戊二烯聚合而成,分子中含有15个C原子的天然萜类化合物。 倍半萜和单萜都是挥发油的主要组成成分,倍半萜的沸点较高,其含氧衍生物大多有较强的香气和
生物活性。
特点
(1)双环倍半萜
比较重要的代表物有 烃,它是非苯核
芳烃化合物,但由于被氢化,故其基本母核已失去芳香性。
将挥发油分级分馏时,在高沸点
馏分中有时可见到美丽的蓝色、紫色或绿色馏分,这提示可能有 类成分存在,其沸点在250~260℃之间,能溶于
石油醚、
乙醚、乙醇等
有机溶剂,不溶于水,但可溶于
强酸,加水稀释又可析出,故可用60%~65%
硫酸或
磷酸提取,提取后的酸液加水稀释, 类成分即可析出。也可与
苦味酸或三
硝基苯等试剂作用,使形成π
络合物结晶,此结晶有敏锐的熔点可以鉴定。
预试挥发油中是否有
薁类化合物,多用
溴化反应(Sabaty反应)。方法是取挥发油1滴溶于1ml
氯仿中,加入5%溴的氯仿溶液数滴,如产生蓝色、紫色或绿色时,显示含有 类衍生物。也可用对-
二甲基苯甲醛-
浓硫酸试剂(Ehrlich试剂)与挥发油反应,如产生紫色或红色时为正反应。
愈创木薁(s-guaiazuleue)系愈创木醇、喇叭醇或
缬草二醇等加硫高温
脱氢而成。
洋甘菊薁(chamazulene,C14H16)在洋甘菊花的挥发油中存在,用洋甘菊醇
内酯、洋甘菊酮内酯等脱氢也可制备。洋甘菊薁具有消炎作用。
乳
霉菌薁 (lactarzulene)是从乳霉菌分泌的红色抗生液体中分离得到的成分,在空气中可变成蓝色。
(2)单环倍半萜
较重要的代表物是
青蒿素:是青蒿中抗疟的有效成分,其有效基团为中间的
过氧桥-O-O-,如果断裂,则失去活性。
(3)三环倍半萜
提取分离
提取
倍半萜类化合物一般采用
水蒸气蒸馏、有机溶剂萃取和
碱溶酸沉法,然后采用
重结晶和
色谱法等纯化分离。其定性显色主要靠
薄层色谱,采用浓硫酸加热显色或用硫酸
香兰素显色,而且所呈显的颜色会因时间及硫酸中
含水量而有差别,但在色谱过程中Rf值或溶剂部位与化合物的极性和
化学性质有密切的关系,这对推定其归属烃、醛、酮、醚、醇、酯、酸等具有一定参考价值。
○1水蒸气蒸馏法:倍半萜往往是挥发油中的高沸点部分主要成分,对挥发油的香味关系很大,一般用水蒸气蒸馏所得的挥发油,经分馏蒸出低沸点的单萜部分,高沸点下步可用
色谱分离,往往可得到多种倍半萜化合物。
○2有机溶剂
萃取法:将采集不久、晾干的
生药粗粉,先以石油醚提取除去油脂,然后用乙醇或
甲醇提取,蒸去溶剂后,以20%~50%乙醇处理,尽量使倍半萜溶于醇中,再以苯、乙醚、
乙酸乙酯、氯仿萃取,分别蒸去溶剂后,据其是否带苦味,并作定性检查。有时上述
提取液浓缩时,即有结晶析出。将上述提取物分别进行硅胶或氧化铝吸附色谱分离,个别结构极为相似,化学性质相似的,可采用高效
液相分离,以进一步纯化分离得纯品。应该注意的是,石油醚提取物中可能含有倍半萜内酯,可直接浓缩后析出结晶或采用色谱法纯化。
○3碱溶酸
沉淀法:倍半萜化合物中不少具有内酯结构,它在
热碱溶液中开环成盐而溶于水中,酸化后,闭环而复得原化合物。利用此特性可将倍半萜内酯提取出来或纯化。但是当用酸碱处理时,可能会引起构型的改变,在操作过程中应予注意。
○4系统提取分离法:中药粗粉经用乙醚抽提,乙醚
浸膏溶于甲醇,于-20℃冷冻,以部分除去油、酯、醋及
三萜、
甾体类杂质,经初步
硅胶柱预分,以石油醚、石油醚-乙醚,9:1,3:1,1:1;乙醚、乙醚-甲醇(9:1)依次洗脱。石油醚洗脱部分主要为
烃类包括倍半萜
烷烃、
烯烃,9:1洗脱部分主要为醚(
氧环化合物)、醛、酮,3:1部分为醛、酮、酯(内酯)类,1:1部分为内酯、
羟基化合物,乙醚部分为羟基和
多羟基化合物,乙醚-甲醇(9:1)为多羟基化合物及羧酸类。这些大体的经验规律主要是决定于化合物的极性性质,对多
官能团的化合物取决于极性大者。天然甾体、
三萜类化合物,由于其分子比较大,其酯往往出现于石油醚-乙醇(9:1)部分,单羟基化合物则出现于3:1部分。各部位再进行层析,或采用制备性薄层色谱分离,一般可根据本方法全面检查各部位,或分离其中的个别部位。
环烯醚萜类
概述
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的,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。
结构类型
次开发环烯醚萜类的衍生物数目较多,其结构特点是:(1)C1位多数存在
官能团,可能是羟基、
甲氧基或酮基;而C1-
OH很活泼,易与糖结合成苷。(2)C3、C4位大多有双键,C4-甲基易氧化成-CH2OH、-CH2OR、-COOH、-COOR等。(3)分子中的
环戊烷部分呈现不同的
氧化状态。
环烯醚萜类化合物主要分为环烯醚萜及其苷和裂环环烯醚萜及其苷两大类。
(1)环烯醚萜及其苷
根据环烯醚萜结构中的C4位上有无
取代基,又可分为两类型。
a.4-位无取代的环烯醚萜及其苷。
二者均为中药地黄中降血糖的有效成分。
b.4-位有取代的环烯醚萜及其苷
(2)裂环环烯醚萜及其苷
裂环环烯醚萜是环烯在C7、C8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。如龙胆苦苷。
理化性质
(1)性状
简单的
环烯醚类化合物一般为液体或
低熔点固体,成苷后为白色结晶或无定形具
吸湿性的粉末,此类化合物一般均味苦,是
中草药中显苦味的成分之一,分子中有
手性C,故都具有
旋光性。
此类化合物总的来说偏于
亲水性,大多数易溶于乙醇、
丙酮、
正丁醇,难溶于
氯仿、苯、
石油醚等
亲脂性有机溶剂。
此类化合物对酸很敏感,
苷键容易被
酸水解断裂,产生的
苷元因具有
半缩醛结构,性质活泼,容易进一步发生聚合等反应,故水解后不但难以得到原苷的苷元,而且还随水解条件不同而产生不同颜色的沉淀。因此,可以利用酸水解反应检查植物中环烯醚萜苷的存在。一般
植物组织易变黑者常常可作为提供环烯醚萜苷存在的线索。
环烯醚萜苷由于苷元的结构特点,还能与一些试剂发生颜色反应,也可作为该类成分的定性检识方法,例如:
京尼平与
氨基酸在加热条件下反应所形成的蓝紫色沉淀,它与皮肤接触也能使皮肤染成蓝紫色;将样品溶于冰
乙酸,加入少量
铜离子并加热,则产生蓝色反应;Shear试剂(
浓盐酸1体积与
苯胺15体积的
混合液)与哌喃衍生物常产生特殊的颜色反应,如
车叶草与Shear试剂反应,产生黄色然后变为棕色,最后转为深绿色。
提取分离
环烯醚萜苷的提取,一般采用
溶剂法,提取时常在植物材料中拌入
碳酸钙或
氢氧化钡以抑制酶的活性和中和植物酸,
常用水、
甲醇、乙醇、稀丙酮溶液、
正丁醇、
乙酸乙酯等作为提取溶剂。可采用冷渗液法和热
回流提取法。
在同一植物中,往往含有多种
结构相似的环烯醚萜苷,欲进一步分离单一成分,可采用
硅胶、
氧化铝等制备性薄层或柱色谱柱进行分离,到2020年,
高效液相色谱也已广泛应用于环烯醚萜苷的分离,有时还需要制成衍生物,如乙酰化合物才能达到有效的分离。
二萜类
定义
二萜类化合物可以看成是由4分子异戊二烯聚合而成分子中含有20个C原子的天然萜类化合物,由于
二萜类分子量较大,挥发性较差,故大多数不能随
水蒸气蒸馏,很少在挥发油中发现,个别挥发油中发现的二萜成分,也是多在高沸点
馏分中。二萜化合物多以树脂、
内酯或苷等形式存在于自然界。
特点
(1)三环二萜
重要代表物为
甜菊苷,是四环二萜苷,其甜度约是
蔗糖的300倍,可作为
糖尿病、
肥胖症和
心脏病患者的蔗糖代用品。
此外还有
芫花酯甲、酯乙等具有抗癌活性的二萜内酯类成分。
穿心莲中所具有的有效成分为二萜内酯类,主要有
穿心莲内酯、
新穿心莲内酯和
去氧穿心莲内酯。
(3)二倍半萜
二倍半萜可以看成是由5个异戊二烯组成的化合物,本类成分总量不多,如
呋喃海棉素-3等等。