《甾体及其苷》PPT课件.ppt

甾体皂苷是以C-27甾体化合物为苷元的一类皂苷。 主要分布于百合科、薯蓣科和茄科植物中，其它科如玄参科、石蒜科、豆科、鼠李科的一些植物中也含有甾体皂苷，常用中药知母、麦冬、七叶一枝花等都含有大量的甾体皂苷。 甾体皂苷元是医药工业中生产黄体酮、性激素及皮质激素的重要原料。,第九章 甾体及其苷,甾体化合物是天然广泛存在的一类化学成分，种类很多，包括动植物甾醇（也称固醇）、胆酸、维生素D、动物激素、肾上腺皮质激素、 植物强心苷、蟾酥毒素、甾体生物碱、甾体药物、昆虫激素等。 虽然这些成分来源不同、生理活性不同，但它们的化学结构中都具有甾体母核-环戊烷骈多氢菲。 这类成分涉及到生理、保健、节育、医药、农业、畜牧业等多方面，对动植物的生命活动起着重要的作用。,第一节 概 述,甾体化合物都具有环戊烷骈多氢菲的母核和三个侧链。“甾”字很形象地表示这类化合物的基本骨架。 它最早是由脂类分离出来的一系列固体状醇类，故原名固醇类。 甾类化合物与三萜类同源，均以角鲨烯为前体，但因脱掉甲基，碳数常为27-29，也有C21-甾类化合物。 碳环常为四环型，D环为五元环。但有时C环为五元环。,谷甾醇,豆甾醇,菜油甾醇,胆固醇,研究进展,1903-1932年，甾醇及胆酸的研究阐明了甾体的碳架结构。 1928-1960年，动物激素的发现和工业生产。 1960-80年代末，避孕药物的合成及其应用与昆虫激素的发现。,结构特点与命名,1. 结构特征 在甾核上有三个侧链； C3常为羟基，可结合成苷； BC为反式稠合，AB、CD稠合有顺有反; R1、R2多为角甲基，R3是含有2、4、5、8、9、10个C原子的侧链。,甾体母核有七个手性碳原子，C5、C8、C9、C10、C13、C14、C17, 故理论上应有27=128种光学异构体，但由于稠环的存在及其引起的空间阻碍，实际上可能存在的异构体大大减少，一般只以稳定的构型存在。,2. 立体化学,3.母核的构型,甾体化合物的四个环之间，每两个环以 碳碳单键稠和时，可以是顺式的，也可以是 反式的。 A/B环有顺式(5-H)或反式(5-H)稠和。 B/C环是反式稠和（8-H/9-H)。 C/D环有顺式(14-H)或 反式稠和(14-H)。,4.取代基的构型,天然甾类成分C10、C13、C17侧链大多为-构型，以实线表示。由于C3上有羟基，故取代基的构型实质上是指C3羟基的空间排列，有两种类型的异构体： C3 -OH, C10-CH3 顺式:型（实线表示） C3OH, C10-CH3 反式:型或epi(表)型 （虚线表示）,第二节 结构类型与分布规律,自然界存在的甾体化合物包括植物甾醇、昆虫变态激素、强心苷、甾体皂苷与甾体生物碱等。 主要区别在C17侧链上。 C17 侧链是戊酸则为胆酸类； 是不饱和内酯环则为强心苷类； 是8-10个碳组成的脂肪烃衍生物则为甾醇和昆虫变态激素类； 是羟基衍生物则为C21甾体化合物； 是具有螺碳原子的含氧杂环则为甾体皂苷； 是含N、O的衍生物(N也可能在甾核其它位)则为甾体生物碱类。,C17侧链是戊酸,天然甾类不同类型,C21甾类（侧链为羟甲基衍生物） 强心苷类（侧链为不饱和内酯环） 甾体皂苷类（侧链为含氧螺杂环）,1. 植物甾醇 它是植物细胞的重要组分，常和油脂共存于植物种子、花粉中。 常见有谷甾醇、豆甾醇、波甾醇等。,它们在植物界广泛分布，从低等的藻类、菌类及至种子植物中均含有多种甾醇，多以游离态或甙形式存在。 谷甾醇在植物种子、叶部位等分布最广，常与豆甾醇混存。 在药用植物有效成分分离过程中常能很容易地获得结晶，但较难得到纯品。 早期获得的谷甾醇实际上是几种结构类似的甾醇混合物， 从波菜中分离出的波甾醇也是、等异构型的混晶,甾醇多为无色结晶，不溶于水，易溶于醇、氯仿等，具旋光性，LB 反应变色比三萜醇快。 谷甾醇有镇咳、祛痰及降低血中胆固醇的作用。 麦角甾醇和豆甾醇可促进人体内维生素D的合成。,.昆虫变态激素 最初发现于昆虫体内，属于内源激素，包括蜕皮 激素，如蜕皮酮、羟基蜕皮甾酮等。 结构特点为： C6为羰基； C17为含氧官能团侧链； 分子中有多个羟基，在水中溶解度较大。 A/B环处顺式者有变态活性。, 60年代以来在许多植物中也陆续发现。已知裸子植物及被子植物中均有分布。 其中桑科、唇形科、鸭跖草科及泽泻科等植物中比较丰富。如鸭跖草科的露水草地上部分此类成分含量1.2，地下部分含量高达2.9。在真蕨类的水龙骨属、荚果蕨属等也有分布。,在川牛膝及台湾产牛膝根中均分离出此类激素。 怀牛膝在民间用于活血化瘀、补肝肾、强筋骨，从中也分离到此类成分，被证明为其有效成分。它们是从醇浸膏的乙醚提取物中，用乙酸乙酯结晶后，再用乙醇、正已烷分步结晶获得牛膝甾酮和蜕皮酮。 日本：七十年代即对日本产的180科1千余种植物进行筛选，发现包括蕨类在内的多种植物中含有蜕皮激素， 从罗汉松、桑叶等中发现了相同或相似物质。,昆虫变态激素用途： 主要用于养蚕业及农业害虫防治，称之为第三代杀虫剂。 对人体也有促进蛋白质合成、排除体内胆固醇、降血脂、降血压、抑制血糖上升及促进肝功能恢复等作用，已有临床应用。,3. 强心苷 强心苷是指植物体内含有的对动物心脏有显著生理活性(强心)的一类甾体苷类化合物。 多存在于许多有毒植物中 尤其在夹竹桃科、玄参科、百合科、毛莨科、萝科、十字花科、桑科以及卫茅科等植物中较为普遍。 临床上作为强心剂 用于治疗心力衰竭和心律紊乱等症。 若使用超过安全剂量，可使心脏中毒乃至死亡。,自1869年Nativelle从紫花洋地黄中分得强心苷开始，至本世纪八十年代，已分得六百余种化合物，一百五十余种苷元。 富含强心苷的植物常见有黄花夹竹桃、羊角拗(夹竹桃科)、福寿草(毛莨科)、铃兰、万年青、海葱(百合科)等， 强心苷可存在于植物的各个部分如叶、花、种子、鳞茎、树皮等。 同一植物中常含有几十个结构类似的强心苷。 强心苷在植物中含量较低，总苷含量一般都在1以下，多以混合物共存，往往是多糖苷和不同程度的次级苷混存，且常与甾体皂苷伴生。 ,强心苷类结构共性： C3、C14均有OH (少数C3为OH) C17有个、不饱和内酯环(内酯五元环或内酯六元环，构型)； BC为反式稠合，CD顺式稠合，AB稠合有顺有反 C13与甲基相连；C10与甲基、醛基或羟甲基相连。 不饱和内酯环是具强心作用的主要官能团，而糖的连接增加了其水溶性和吸收排泄作用。糖连接愈多，则毒性愈小，疗效愈高。,根据C17不饱和内酯环结构将强心苷分为两大类： 强心甾(烯)类(甲型)：不饱和内酯五元环。 海葱甾(双烯)类(乙型)：不饱和内酯六元环 前者较多，且主要应用于临床。如毒毛旋花甙元。,一般毒性规律： 甲型：苷元单糖苷二糖苷三糖苷 乙型：苷元单糖苷二糖苷,4甾体皂甙 以C27甾体化合物为苷元的一类皂苷，基本骨架为螺旋甾烷及其异构体异螺旋甾烷，前者为L型(C25为S)，后者为D型(C25为R)。 甾体皂苷不含羧基，因而又称为中性皂苷。 常见甾体皂苷元有剑麻皂苷元、薯预皂苷元、洋菝葜皂苷元等； 甾体皂苷除直接药用外，更多地应用于医药工业生产黄体酮、性激素及皮质激素。,甾体皂苷在植物中已发现近百种，但分布有限。 大部分集中在单子叶植物的百合科、薯蓣科、龙舌兰科及姜科，其植物叶中往往含有0.10.5的游离皂苷元。双子叶植物仅在豆科、玄参科、蒺藜科、苦木科及茄科少数属种有分布。 迄今已从薯蓣属植物中共分得近个甾体皂苷元，以及大量甾体皂苷。含有强心苷的植物中常也含有甾体皂苷，如洋地黄种子中常含洋地黄皂苷。,结构特征 C17侧链有一特征的螺旋缩酮结构； C18、C19角甲基均为型。 C3多有OH，双键常在5（6）、9（11）、25（27）等位，羟基多在C12上。 F环有D(异)、L型；F环既有吡喃环，也有呋喃环，亦可开环。 稠合方式：BC、CD为反式，AB可顺可反，即存在C5、C25两类差向异构体。,天然存在的螺旋甾烷存在C-5和C-25两类差向异构体，其它手性碳的构型是不变的。 螺旋甾烷的侧链上有C-20，C-22和C-25三个手性中心，其中C-20和C-22分别为S和R构型，C-25产生的异构体在植物界广泛存在。这两种异构体可相互转化。,（1）螺甾烷类(C25为S）与异螺甾烷类(C25为R）,盾叶薯蓣（D.zingiberensis）和穿龙薯蓣（D.nirponica）是国内生产薯蓣皂苷元的主要原料，前者的干燥茎中主要含三种皂苷：延令草次苷（trillin，99）、纤细皂苷（gracillin，100）和薯蓣皂苷元双葡萄糖苷（diosgenin-diglucoside，101），后者的主要甾体皂苷成分为薯蓣皂苷（dioscin，102）和纤细皂苷 。,除了OH-3与糖结合成苷外，其它羟基也常与糖结合形成双糖链皂苷。如铃兰葡萄糖苷B（glucoconvallasaponin B，103）和铃兰皂苷D（convallasaponin D，104）。,（）呋甾烷类(F环开环)和呋喃螺甾烷类(F环为呋喃环) 这两种骨架均在新鲜植物材料中存在，在其干燥、贮藏过程中会发生变化。尤其是前者，原皂苷常发生酶促水解反应，在分离过程中已被转化为相应的次皂苷。对一些植物进行重新研究表明，这两类原皂苷在植物体内是普遍存在着的，而以前人们对其中的螺甾烷类次皂苷做过大量的研究工作。 这两类原皂甙的共同特点是：形成双糖链皂苷，其中一条为分枝低聚糖链。,呋甾烷类(F环开环)： 对新鲜的盾叶薯蓣研究表明，其中主要含有两种呋喃甾烷类原皂苷，原盾叶皂苷（protozingberenssaponin，117）和原纤细皂苷（protogracillin，118）。,注意：环开裂的双糖链皂苷不具有皂苷通性，如无溶血作用，不能与胆甾醇形成复合物，也无抗菌活性。,呋喃螺甾烷类(F环为呋喃环)： 这一类皂苷的数量很少，它与螺旋甾烷类皂苷不同之处是其苷元的F环是呋喃环，而不是吡喃环。 从茄属新鲜植物中分得的两个皂苷癫茄皂苷A和B，其皂苷元为纽阿替皂甙元。,5甾族生物碱 其母核是甾体，但骨架中又含有原子。 甾族生物碱主要分布于茄科、百合科植物中 仅在茄科茄属植物有60种植物中含有30余种这类化合物。 其结构特点是C3-OH易结合成苷而存在 澳洲茄胺、茄定、番茄定、番茄次碱、贝母碱、藜芦碱等。 有些常作为提取甾体化合物的原料。,一、理化性质 1. 强心苷 强心苷都是中性化合物，为无色结晶或无定形粉末，味苦，有旋光性，能溶于甲醇、乙醇和水，难溶于乙醚、氯仿等。强心苷稳定性较差，在酸或酶作用下易水解或异构化。 强心苷在水中的溶解性与糖的数目、种类及苷元上亲水基团的数目有关。 乌本(箭毒)苷,G毒毛旋花苷(用以制药,非洲人用以制毒箭) 乌本甙虽为单糖甙、整个分子却有八个羟基，水溶性大()。 洋地黄毒苷虽是三糖苷，但三分子糖均为洋地黄毒糖，OH少，在水中溶解度小(140万)，而易溶于氯仿(140)。,第三节 理化性质与提取分离,2、甾体皂苷 甾体皂苷熔点较高(200以上)，常在熔点前即分解。其苷元熔点随羟基增多而升高(200240) 甾体皂苷及其苷元的旋光性几乎都表现为左旋，未饱和的苷元及其乙酰化产物旋光性均较原苷元偏负(偏左旋)。 甾体原皂苷易被植物体内的酶水解而产生次皂苷，使其水溶性降低。 甾体皂苷亦有溶血性，如薯蓣皂苷。 甾体皂苷乙醇溶液可与胆甾醇结合而以分子复合物形式沉淀。,显色反应与检识 除与三萜皂苷、强心苷有类似的显色反应之外，还有以下特殊反应： LB反应：甾体皂甙经一系列色变，最后呈污绿色，而三萜皂苷最终显红、紫、兰色，以示区别 三氯醋酸试验：将试剂滴加于有甾体皂苷的斑点上，热至60即有红色渐变为紫色，而三萜皂苷须热至100才显红、红紫色。 ,二、提取分离,1.甾体皂苷元的提取 (1)酸水解法提取：在实验室先用甲醇(乙醇、丁醇)从植物中提出粗皂苷，再酸水解，最后用有机溶剂萃取皂苷元。工业上直接酸水解：先用水浸透原料切片，再以浓硫酸使达量。在酸性溶液加热水解后，过滤，药渣水洗后干燥，再用有机溶剂提取甾体皂苷元，后一方法收率较低只有左右。 (2)预发酵水解法：原料在酸水解元之前经预发酵或自然发酵处理，不但能缩短时间，还能提高苷元收得率。 利用此法，黄姜(即盾叶薯蓣)可提高收得率40，穿山龙(即穿龙薯蓣)提高收率54左右。尔后，用HCl-丙酮体系在水解的基础上萃取苷元。,2. 皂体皂苷的分离精制 （1）沉淀法 有分段沉淀法、铅盐沉淀法和胆甾醇沉淀法。铅盐沉淀法主要用于分离酸性皂苷和中性皂苷。 凡是具有OH的甾体皂苷均可被胆甾醇形成复合物而沉淀，沉淀依次用水、乙醇、乙醚等洗涤，以除去糖、色素、油脂等杂质。沉淀干燥后即用索氏提取器以乙醚提出胆甾醇，残留物即为甾体皂甙。 应注意，在某些药用植物体内，有的甾体皂苷可能与其共存的甾醇类已形成分子复合物，不能为稀醇或醇提取出来。,分段沉淀法是向粗皂苷的甲醇(乙醇)溶液中在剧烈搅拌下逐渐加入乙醚、丙酮或其混合液(11)，即有沉淀析出，开始析出时夹带较多杂质，后续沉淀纯度较高。分段沉淀或反复处理即可达精制目的。,(2) 层析法 常用氧