有機(jī)化學(xué)第15章天然生物活性有機(jī)化合物

1、Chemistry is a key of science 第15章 活性有機(jī)化合物目的要求 1. 學(xué)習(xí)和了解動(dòng)植物中存在的具有較強(qiáng)生物活性的有機(jī)化合物； 2. 對(duì)常見的萜類化合物、甾體化合物、皂苷類化合物、生物堿以及黃酮和異黃酮進(jìn)行初步的學(xué)習(xí)； 3. 從構(gòu)效關(guān)系角度了解活性有機(jī)化合物治病、防病及生理保健功效等知識(shí)。 4. 了解藥物的一般常識(shí)及副作用等。 （4h） 第15章 活性有機(jī)化合物應(yīng)掌握的內(nèi)容了解活性有機(jī)化合物的概念 掌握萜類化合物的結(jié)構(gòu)特征、分類方法及命名了解萜類化合物的主要生物活性及來源 掌握苷類化合物的結(jié)構(gòu)特征區(qū)別甾體皂苷、強(qiáng)心苷、皂苷的苷元結(jié)構(gòu) 掌握生物堿的結(jié)構(gòu)特征及分類 掌握

2、生物堿的主要生物活性及副作用 掌握黃酮和異黃酮的結(jié)構(gòu)及分類、命名了解黃酮和異黃酮的主要生物功能 掌握木質(zhì)素的概念、結(jié)構(gòu)類型 第15章 活性有機(jī)化合物15.1 萜類化合物 萜類化合物(terpenoids)一般是指具有（C5H8）n通式以及其含氧和不同飽和程度的衍生物。萜類化合物可看作是異戊二烯或異戊烷以各種方式連接而成的一類天然化合物，稱“異戊二烯規(guī)則”， 萜類化合物廣泛存在于植物、昆蟲及微生物中，是天然化合物中最多的一類。分類:名稱碳原子數(shù)通式（C5H8）n存在半萜（hemiterpenoid）5n=1揮發(fā)油單萜(monoterpenoid) 10n=2揮發(fā)油倍半萜(sesqniterpen

3、oid)15n=3揮發(fā)油、樹脂、苦味素二萜(diterpenoid) 20 n=4揮發(fā)油、葉綠素、苦味素二倍半萜(sesterpenoid)25n=5海綿、植物病菌、昆蟲代謝物三萜(triterpenoid) 30 n=6皂苷、樹脂、植物乳膠角質(zhì)四萜(teteraterpenoid) 40 n=8植物胡蘿卜素類多萜(polyterpenoid)7.51033105n8橡膠、巴拉達(dá)樹脂、古塔膠 第15章 活性有機(jī)化合物 萜類化合物的分類按萜類分子中是否含環(huán)及所含環(huán)的多少分類 第15章 活性有機(jī)化合物萜類化合物的生源途徑 第15章 活性有機(jī)化合物萜類化合物生物功能 a.a.抗生育活性抗生育活性 芫

4、花酯甲（yuanhuacin）、芫花酯乙（yuanhuadin）均為引產(chǎn)藥。 b.b.抗白血病、抗腫瘤活性抗白血病、抗腫瘤活性 莪術(shù)醇（curcumol）治療早期宮癌等。 c.c.驅(qū)蛔蟲和殺蟲活性驅(qū)蛔蟲和殺蟲活性 驅(qū)蛔素（ascaridole）、土木香內(nèi)酯（costunolide）等。 d.d.抗瘧活性抗瘧活性 青蒿素（arteannuin）等。 e.e.神經(jīng)系統(tǒng)作用神經(jīng)系統(tǒng)作用 治療神經(jīng)分裂癥的馬桑內(nèi)酯類化合物。 F.F.促進(jìn)肝細(xì)胞再生活性促進(jìn)肝細(xì)胞再生活性 如齊墩果酸（oleanolicacide）等。 g.g.降血壓活性降血壓活性 鬧羊花酶素（rhodojuponin）對(duì)重癥高血壓有緊急

5、降壓作用。 h.h.還有消炎、瀉下、降血脂、降低轉(zhuǎn)氨酶等活性。還有消炎、瀉下、降血脂、降低轉(zhuǎn)氨酶等活性。 第15章 活性有機(jī)化合物15.215.2 甾族化合物 甾類化合物（steroid）分子中含有一個(gè)環(huán)戊烷并氫化菲的骨架，4個(gè)環(huán)分別用A、B、C和D表示，廣泛存在與動(dòng)植物組織內(nèi)，并在動(dòng)植物生命活動(dòng)中起著十分重要的作用。主要包括甾醇類和甾體激素。 甾醇類化合物是植物細(xì)胞的重要成分，一般多以游離狀態(tài)或與糖形成苷而存在，并常與油脂共存于植物種子或花粉粒中，游離的植物甾醇都有較好的結(jié)晶形狀和熔點(diǎn)，易溶于氯仿、乙醚等有機(jī)溶劑，而難溶于水，其苷能溶于醇。 第15章 活性有機(jī)化合物甾醇類在結(jié)構(gòu)上的區(qū)別 第1

6、5章 活性有機(jī)化合物甾體激素 激素（hormone）是由內(nèi)分泌腺及具有內(nèi)分泌功能的一些組織所產(chǎn)生的，并具有調(diào)節(jié)各種物質(zhì)代謝或生理功能的微量化學(xué)信息分子。 第15章 活性有機(jī)化合物膽汁酸的命名方法膽汁酸的命名方法有普通命名法和系統(tǒng)命名法兩種：H 普通命名法往往是由最先發(fā)現(xiàn)的動(dòng)物來源予以命名，如鵝去氧膽酸，最先是從鵝膽汁中分離出來的，余類推。H 系統(tǒng)命名法往往是由膽烷酸衍生出來的，如膽酸可命名為3，7，12-三羥基-5-膽烷酸；別膽酸如膽酸可命名為3，7，12-三羥基-5-膽烷酸。 系統(tǒng)命名法注意以下幾點(diǎn)：系統(tǒng)命名法注意以下幾點(diǎn)： （1）甾核上的取代基必須指明所在碳原子的位數(shù)和構(gòu)型； （2）字首冠

7、以“別”（ allo）字則表示C5上的氫原子和 C10上的角甲基不在同一邊； （3）一個(gè)膽汁酸如果僅僅只有甾核上的一個(gè)羥基的定向不 同，則可在名稱上冠以“異”（iso）字； （4）不飽和膽汁酸，如涉及的第一個(gè)不飽和碳原子上標(biāo)以 “”記號(hào)，就不再稱膽烷酸，而稱膽烯酸。 第15章 活性有機(jī)化合物15.3 苷類化合物 苷類化合物是一類可用稀酸或酶水解后產(chǎn)生糖和非糖兩部分的化合物，非糖部分稱為苷元。苷類多是無(wú)色、無(wú)臭的粉末，能溶于水，可溶于乙醇、甲醇，難溶于醚或苯中，有些苷可溶于乙酸乙酯、氯仿中。而苷元?jiǎng)t難溶于水，易溶于有機(jī)溶劑。 苷的結(jié)構(gòu)苷的結(jié)構(gòu) 苷=苷元+糖 苷的分類苷的分類 根據(jù)苷鍵分 氧苷：C

8、-O-糖基 氮苷：C-N-糖基 硫苷：C-S-糖基 碳苷：C-糖基 常以氧苷較多，生物活性較強(qiáng)。 第15章 活性有機(jī)化合物強(qiáng)心苷 強(qiáng)心苷由強(qiáng)心苷元與糖類縮合而產(chǎn)生的具有強(qiáng)心功能的苷類化合物。 強(qiáng)心苷元根據(jù)C17位上連接的不飽和內(nèi)酯環(huán)分為甲型強(qiáng)心苷元（五元內(nèi)酯環(huán)）和乙型強(qiáng)心苷元（六元內(nèi)酯環(huán)）兩種。例如：毛地黃毒苷元為甲型強(qiáng)心苷元，海蔥苷元為乙型強(qiáng)心苷元。 第15章 活性有機(jī)化合物強(qiáng)心苷中糖類及連接方式除常見的D-葡萄糖和L-鼠李糖外，還有以下種類的糖： 第15章 活性有機(jī)化合物皂苷 皂苷（saponins）包括三萜皂苷和甾體皂苷，因這類化合物的水溶液在振搖時(shí)產(chǎn)生似肥皂樣的持久泡沫而得名。 皂苷苷

9、元主要有五環(huán)三萜皂苷和四環(huán)三萜皂苷等。 第15章 活性有機(jī)化合物皂苷的化學(xué)性質(zhì) 苷鍵是苷分子中特有的化學(xué)鍵，它是由糖的端基碳上形成的縮醛結(jié)構(gòu)，因此具有一般縮醛的性質(zhì)，例如對(duì)酸不穩(wěn)定，易發(fā)生裂解而生成糖和苷元。（1 1）酸催化水解）酸催化水解 苷鍵易被酸催化水解，反應(yīng)一般在水和稀醇中進(jìn)行，酸可以是鹽酸、硫酸、醋酸、甲酸等。苷發(fā)生酸水解反應(yīng)的機(jī)制為： 第15章 活性有機(jī)化合物酸水解的規(guī)律 a按照苷元不同水解難易不同，酸水解的易難順序?yàn)椋?N-苷O-苷S-苷C-苷； b呋喃糖苷比吡喃糖苷容易水解； c酮糖苷比醛糖苷易于水解，這是因?yàn)橥谴蠖酁檫秽?結(jié)構(gòu)； d吡喃糖苷中，酸水解順序 五碳糖甲基五碳糖

10、六碳糖七碳糖糖醛酸酐； e. 氨基糖較羥基糖難于水解，而羥基糖比去氧糖難于水解； f芳香屬苷比脂肪族苷易水解，因?yàn)檐赵糠钟泄╇娮咏Y(jié)構(gòu)。 第15章 活性有機(jī)化合物（2）堿催化水解 氧苷鍵對(duì)堿性試劑相當(dāng)穩(wěn)定，不易被堿催化水解，只有強(qiáng)堿加熱情況下才能水解。但對(duì)于酯苷、酚苷、烯醇苷和-吸電子基取代的苷，這些苷鍵因具有酯的性質(zhì)，遇堿可以發(fā)生水解。例如： 第15章 活性有機(jī)化合物（3）酶催化水解 酶 水解鍵型 麥芽糖酶（maltase） -葡萄糖苷鍵 苦杏仁苷酶(emulsin) -葡萄糖苷鍵 轉(zhuǎn)化糖酶(invertase) -苷酶，能水解-果糖苷鍵 纖維素酶(cellulase) -葡萄糖苷鍵 苷酶(

11、rhamnodiastase) -葡萄糖苷鍵 酶的專屬性很強(qiáng)，利用酶催化水解苷鍵時(shí)，所用條件溫和，還可以保護(hù)糖和苷元的結(jié)構(gòu)不變，也可以進(jìn)行部分水解得到次級(jí)苷（少一個(gè)或多個(gè)糖后分子仍為苷）。因而可以獲知苷元與糖、糖與糖的連接方式。-苷酶只能水解-糖苷鍵，-苷酶只能水解-糖苷鍵。 第15章 活性有機(jī)化合物（4）乙酰解反應(yīng) 多糖苷通常在酸存在下與乙酐發(fā)生乙酰解反應(yīng)，使苷分子中一部分裂解掉，一部分保留。其反應(yīng)機(jī)制同酸催化反應(yīng)，它是以CH3CO+為進(jìn)攻基團(tuán)。例如： 第15章 活性有機(jī)化合物（5）氧化開裂反應(yīng) Smith降解法是常用的氧化開裂法，即第一步用HIO4將苷分子中糖上的鄰二羥基氧化開裂為二元醛，

12、反應(yīng)在室溫及水或稀酸中進(jìn)行；第二步用NaBH4還原二醛成相應(yīng)的二醇；第三步在室溫下與稀酸作用使起水解。例如： 第15章 活性有機(jī)化合物皂苷的生物活性a.抗菌、抗病毒作用抗菌、抗病毒作用 作用機(jī)制之一是由于皂苷與細(xì)菌細(xì)胞膜中膽固醇形成復(fù)合物。b.b.抗腫瘤作用抗腫瘤作用 如甘草酸和甘草素可抑制小鼠B16黑色素瘤的生長(zhǎng)；人參皂苷抑制小鼠ARS 肉瘤細(xì)胞的DNA合成等。c.c.殺精及抗生育作用殺精及抗生育作用 五葉參中三萜皂苷、仙客來中皂苷、尼泊爾常春藤素等均具有殺精作用。d.d.免疫調(diào)節(jié)作用免疫調(diào)節(jié)作用 皂苷與其他成分相比，已顯示為一種有效的免疫興奮劑。人參皂苷、絞股 藍(lán)皂苷、黃芪皂苷等可增強(qiáng)肌體

13、的免疫功能。e.e.對(duì)心血管系統(tǒng)的作用對(duì)心血管系統(tǒng)的作用 例如大豆皂苷通過阻止膽固醇在腸道的吸收而具有降低血液膽固醇含量的 作用；人參皂苷對(duì)心臟功能的影響主要是增加心肌收縮力，減慢心率，增 加心輸出量和冠脈血流量，擴(kuò)張血管等。f.f.對(duì)酶活性的影響對(duì)酶活性的影響 人參皂苷可激活兔肝中醛氧化酶和黃嘌呤氧化酶等。g.g.對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)的作用對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)的作用 人參皂苷、柴胡皂苷、黃芪皂苷均具有鎮(zhèn)靜和抗驚厥等作用。 第15章 活性有機(jī)化合物15.4 生物堿（1）存在于生物體內(nèi)的含氮有機(jī)化合物，不包括氨基 酸、蛋白質(zhì)；（2）有似堿的性質(zhì)，能與酸結(jié)合生成鹽；（3）游離的生物堿大多不溶或難溶于水，能溶于乙醇、

14、氯仿、丙酮、 乙醚和苯等有機(jī)溶劑中，而生物堿 鹽尤其是無(wú)機(jī)酸鹽和小分子有機(jī)酸鹽則易溶于水 及乙醇，不溶或難溶于常見的有機(jī)溶劑；（4）生物堿多具有特殊而顯著的生理活性，是中藥中 一類重要的活性有機(jī)成分。 第15章 活性有機(jī)化合物生物堿的分類 第15章 活性有機(jī)化合物生物堿的化學(xué)性質(zhì)（1 1）性狀：）性狀： 多數(shù)生物堿為結(jié)晶形固體，少數(shù)為無(wú)定形粉末。有些小分子的生物堿為液體。生物堿多數(shù)具有苦味，個(gè)別具有揮發(fā)性，也有的生物堿可以升華。（2 2）旋光性：）旋光性： 生物堿結(jié)構(gòu)中如有手性碳原子或?yàn)槭中苑肿?，則具有旋光性。其旋光性與手性碳原子的構(gòu)型有關(guān)，并且具有加和性。（3 3）溶解度：）溶解度： 游離狀

15、態(tài)的生物堿分為親脂性生物堿和親水性生物堿兩類。前者數(shù)目較多，它們易溶于苯、乙醚、鹵代烴等極性較弱的溶劑中。而在水中溶解度較小或者不溶，相反，親水性生物堿易溶于水中。（4 4）堿性：）堿性： 其一般生物堿分子中含有N原子上的孤對(duì)電子，所以具有一定的堿性，隨著N的類型不同及N多少及環(huán)境不同等因素導(dǎo)致生物堿的堿性不同。一般堿性順序?yàn)椋?胍基季銨堿脂肪胺基和脂氮雜環(huán)芳胺和芳氮雜環(huán)多氮同環(huán)芳雜環(huán)酰胺基（5 5）沉淀反應(yīng)：）沉淀反應(yīng)：常用生物堿沉淀試劑名稱組成與生物堿反應(yīng)產(chǎn)物碘-碘化鉀試劑KII2無(wú)定形紅棕色沉淀，由生物堿氮原子上未共享電子對(duì)和 I2生成不牢固的絡(luò)合物 N：I-I碘化汞鉀試劑K2HgI4類

16、白色沉淀，B*HHgI3或（BH）2HgI4碘化鉍鉀試劑KBiI4黃至橘紅色無(wú)定形沉淀B*HBi4硅鎢酸（10%）試劑SiO212WoO3NH2O淡黃色或灰白色無(wú)定形沉淀4B*SiO212WO32H2O 或3B*SiO212WO32H2O飽和苦味酸試劑（水溶液）B*代表一元堿生物堿分子OHNO2NO2O2NOHB*NO2NO2O2N 第15章 活性有機(jī)化合物生物堿的生物活性a.a.抗癌活性：抗癌活性： 喜樹生物堿，長(zhǎng)春花生物堿，三尖杉生物堿等；b.b.鎮(zhèn)靜、止疼：鎮(zhèn)靜、止疼： 嗎啡，阿片等；c.c.消炎：消炎： 黃連素等。d.d.止咳：止咳： 可待因等；e.e.神經(jīng)中樞興奮作用：神經(jīng)中樞興奮作

17、用： 咖啡因等。 第15章 活性有機(jī)化合物15.5 木質(zhì)素 木質(zhì)素（ lingnan）是一類由基本結(jié)構(gòu)為苯丙素所組成的多合物。 結(jié)構(gòu)單元： C6-C3 大多數(shù)木質(zhì)素是游離狀態(tài)，也有一些與糖結(jié)合成苷類。因其從植物的木質(zhì)部和樹脂中發(fā)現(xiàn)較早，并且分布較多，故而得名木質(zhì)素。 第15章 活性有機(jī)化合物木質(zhì)素的生源 組成木質(zhì)素的單位有桂皮酸桂皮酸、桂皮醇、丙烯苯、烯桂皮醇、丙烯苯、烯丙苯丙苯等。木質(zhì)素的碳骨架結(jié)構(gòu)類型多變，可由下列生源過程來解釋： 第15章 活性有機(jī)化合物木質(zhì)素的分類 第15章 活性有機(jī)化合物木質(zhì)素的理化性質(zhì)（1 1）性狀及溶解度）性狀及溶解度 多數(shù)常見的木質(zhì)素是無(wú)色的結(jié)晶，一般沒有揮發(fā)性

18、，不能隨水蒸氣蒸餾，只有少數(shù)木質(zhì)素在常壓下因加熱而升華，如去甲二氫愈創(chuàng)木質(zhì)酸。游離的木質(zhì)素是親脂性的，一般難溶于水，易溶于苯、乙醚、氯仿及乙醇等有機(jī)溶劑，具有酚羥基的木質(zhì)素類還可以溶于堿性水溶液中。木質(zhì)素與糖結(jié)合成苷時(shí)則親水性增加，對(duì)水的溶解性也增大。（2 2）光學(xué)活性）光學(xué)活性 木質(zhì)素分子中經(jīng)常有多個(gè)手性碳原子或手性中心結(jié)構(gòu)，所以大部分都有光學(xué)活性。木質(zhì)素的生理活性常與手性碳的構(gòu)型有關(guān)。因此在處理木質(zhì)素過程中，應(yīng)注意操作條件，以避免使其構(gòu)型發(fā)生改變。（3 3）酸堿異構(gòu)化作用）酸堿異構(gòu)化作用 許多木質(zhì)素類成分，由于飽和的環(huán)狀結(jié)構(gòu)部分可能有立體異構(gòu)體存在，在受到酸堿作用后，很容易發(fā)生異構(gòu)化轉(zhuǎn)變成

19、立體異構(gòu)體。（4 4）功能團(tuán)反應(yīng)）功能團(tuán)反應(yīng) 木質(zhì)素分子中常有醇羥基、酚羥基、甲氧基、亞甲二氧基、羧基及內(nèi)酯等基團(tuán)，因而也具有這些功能團(tuán)的性質(zhì)和反應(yīng)。 第15章 活性有機(jī)化合物木質(zhì)素的生物活性a.a.抗腫瘤及抗病毒抗腫瘤及抗病毒 如鬼臼素類化合物開發(fā)上市的產(chǎn)品有VP-16及足葉草苷等。b.b.保肝利膽作用保肝利膽作用 如五味子素約有40余種，具有良好的保肝作用。c.c.抗微生物活性抗微生物活性 二氫愈創(chuàng)木酸、異木蘭醇等。d.d.心血管方面心血管方面 從杜仲中得到的pinorsinol雙糖苷具有降壓作用。e.e.對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng) 柄果脂素具有中樞抑制作用等。 第15章 活性有機(jī)化合物15.6 黃酮和異黃酮異黃酮二氫異黃酮查耳酮OHOOOOOOOOOOHOHOOOH+黃酮醇二氫查耳酮花色素黃烷-3-醇OOOOOOHOOHOHOOCH二氫黃酮二氫黃酮醇奧 弄口口OOOH黃烷-3，4二醇異黃酮二氫異黃酮查耳酮OHOOOOOOOOOOHOHOOOH+黃酮醇二氫查耳酮花色素黃烷-3-醇OOOOOOHOOHOHOOCH二氫黃酮二氫黃酮醇奧 弄口口OOOH黃烷-3，4二醇雙苯丙酮黃酮 第15章 活性有機(jī)化合物黃酮類化合物的理化性質(zhì)（1 1）形態(tài)）形態(tài) 黃酮類化合