天然药物化学教案 - 达人(moil)

2005/03/31 | 天然药物化学教案
类别(科学) | 评论(21) | 阅读(12137) | 发表于 23:01: 天然药物化学教案
天然药物化学教案

天然药物化学为药学专业的专业课，根据教学大纲的要求及学校的安排，课堂讲课54学时，实验54学时，共108学时。
天然药物化学内容分为总论和各论两部分。总论主要阐述了研究天然药物有效成分常用的各种色谱分离方法和各种结构鉴定方法。各论是本课程的重点，在讨论了糖和苷的一般性质和结构研究法基础上，将所有的天然产物按照其结构母核分为苯丙素类、蒽醌类、黄酮类、萜类和挥发油、三萜及其苷类、甾体及其苷类、生物碱等七个部分，详细论述了它们的结构特点、理化性质、提取分离和结构鉴定，并结合生物活性及临床应用介绍了一些有代表性的化合物。
现将每章节教学的目的要求、教学时数、教学重点和难点、思考题等方面的内容具体安排如下：

第一章总论
目的要求：
1．了解天然药物化学的发展及其重要性。
2．了解天然药物的几个主要生合成途径。
3．掌握天然药物有效成分的提取及各种分离方法，掌握色谱技术中洗脱剂选择的原则。
4．熟悉化合物结构研究的主要程序及主要方法。
教学时数：6学时。
教学重点和难点：（主要部分）
重点、难点、疑难解析

一、中药有效成分的提取
（一）常用溶剂的特点：

环己烷，石油醚，苯，氯仿，乙醚，乙酸乙酯，正丁醇，丙酮，乙醇，甲醇

极性：小 ————大

亲脂性：大 ———— 小

亲水性：小 ———— 大

1．比水重的有机溶剂：氯仿
2．与水分层的有机溶剂：环己烷 ~ 正丁醇
3．能与水分层的极性最大的有机溶剂：正丁醇
4．与水可以以任意比例混溶的有机溶剂：丙酮 ~ 甲醇
5．极性最大的有机溶剂：甲醇
6．极性最小的有机溶剂：环己烷
7．介电常数最小的有机溶剂：石油醚
8．常用来从水中萃取苷类、水溶性生物碱类成分的有机溶剂：正丁醇
9．溶解范围最广的有机溶剂：乙醇

（二）各种提取方法：
常见的提取方法有：溶剂提取法、水蒸气蒸馏法、升华法。其中，溶剂提取法应用最广。
1．溶剂提取法
（1）溶剂提取法的原理：根据相似者相溶原理，选择与化合物极性相当的溶剂将化合物从植物组织中溶解出来，同时，由于某些化合物的增溶或助溶作用，其极性与溶剂极性相差较大的化合物也可溶解出来。
（2）各种溶剂提取法
溶剂提取法一般包括浸渍法、渗漉法、煎煮法、回流提取法、连续回流提取法等，其使用范围及特点见下表。
提取方法溶剂操作提取效率使用范围备注
浸渍法水或有机溶剂不加热效率低各类成分，尤遇热不稳定成分出膏率低，易发霉，需加防腐剂
渗漉法有机溶剂不加热 — 脂溶性成分消耗溶剂量大，费时长
煎煮法水直火加热 — 水溶性成分易挥发、热不稳定不宜用
回流提取法有机溶剂水浴加热 — 脂溶性成分热不稳定不宜用，溶剂量大
连续回流提取法有机溶剂水浴加热节省溶剂、效率最高亲脂性较强成分用索氏提取器，时间长

（2）水蒸气蒸馏法：适用于具有挥发性、能随水蒸汽蒸馏而不被破坏、难溶或不溶于水的成分的提取，如挥发油、小分子的香豆素类、小分子的醌类成分。
（3）升华法：固体物质受热不经过熔融，直接变成蒸汽，遇冷后又凝固为固体化合物，称为升华。中草药中有一些成分具有升华的性质，可以利用升华法直接自中草药中提取出来。如樟脑、咖啡因。

二、分离与精制：
（一）根据物质溶解度差别进行分离
1．结晶及重结晶法
利用不同温度可引起物质溶解度的改变的性质以分离物质。将不是结晶状态的固体物质处理成结晶状态的操作称结晶；将不纯的结晶进一步精制成较纯的结晶的过程称重结晶。
（1）溶剂选择的一般原则：
不反应；冷时对所需要的成分溶解度较小，而热时溶解度较大；对杂质溶解度很大或很小；沸点低，易挥发；无毒或毒性小。若无理想的单一溶剂时，可以考虑使用混合溶剂。一般常用甲醇、丙酮、氯仿、乙醇、乙酸乙酯等。
（2）结晶操作：
结晶操作实际是进一步分离纯化过程，一般是应用适量的溶剂在加热至沸点的情况下将化合物溶解，制成过饱和溶液，趁热过滤去除不溶性杂质，放置冷处，以析晶。
（3）结晶纯度的判定：
结晶形态和色泽：单一化合物的结晶具有结晶形状均一和均匀的色泽。
熔点和熔距：单一化合物具有一定的熔点和较小的熔距，结晶前后的熔点应一致，熔距很窄，在1℃~2℃的范围内。但要注意双熔点，如汉防己乙素、芫花素及一些与糖结合的苷类化合物。
色谱法：单一化合物在薄层色谱或纸色谱层析中经三种不同的溶剂系统展开，均为一个斑点者。
2．溶剂分离法：
（1）在中草药提取液中加入另一种溶剂以改变混合物溶剂的极性，使一部分物质沉淀析出，从而实现分离。如：水—醇法除多糖、蛋白质等水溶性杂质；醇—水法除树脂、叶绿素等水不溶性杂质；醇—醚法或醇—丙酮法使苷类成分，而脂溶性树脂等杂质则存留在母液中。
（2）对酸性、碱性或两性有机化合物来说，通常通过加入酸、碱以调节溶液的pH，以改变分子的存在状态（游离型或解离型），从而改变溶解度而实现分离。
如：酸提碱沉法，碱提酸沉法等。
（3）沉淀法：酸性或碱性化合物还可通过加入某种沉淀试剂使之生成水不溶性的盐类沉淀等析出。如加入铅盐、雷氏铵盐等。

（二）根据物质在两相溶剂中的分配比不同进行分离。
1．两相溶剂萃取法
（1）原理：利用混合物中各成分在两相互不相溶的溶剂中分配系数的不同而实现分离。萃取时如果各成分在两相溶剂中分配系数相差越大，则分离效率越高。
①分配系数K值（即分配比）：溶质在两相溶剂中的分配比（K）在一定温度及压力下为一常数
②分离难易与分离因子b：分离因子b可以表示分离的难易。分离因子b可定义为A、B两种溶质在同一溶剂系统中分配系数的比值。一般情况下，b≥100，仅作一次简单萃取就可实现基本分离；但100≥b≥10时，则需萃取10~12次；b≤2时，要实现基本分离，需作100次以上萃取才能完成。b≌1时，则KA≌KB，意味着两者性质及其相似，即使作任意次分配也无法实现分离。
实际工作中，尽量选择分离因子b值大的溶剂系统，以求简化分离过程，提高分离效率。
③分配比与pH：对酸性、碱性及两性化合物来说，分配比还受溶剂系统的影响。因为pH的变化可以改变它们的存在状态（游离型或解离型），从而影响在溶剂系统中的分配比。
酚类化合物的pKa值一般为9.2~10.8，羧酸类化合物的pKa值约为5。
一般pH<3时，酸性物质多呈非解离状态（HA）、碱性物质则呈解离状态（BH+）存在；但pH>12，则酸性物质多呈解离状态（A—）、碱性物质则呈非解离状态（B）存在。据此，可采用在不同pH的缓冲溶液与有机溶剂中进行分配的方法，使酸性、碱性、中性及两性物质的以分离。
（2）各种萃取方法：
① 简单萃取：利用分液漏斗进行两相溶剂萃取。
②逆流连续萃取法：是一种连续的两相溶剂萃取法。其装置可具有一根、数根或更多根的萃取管。
③逆流分配法（CCD）：又称逆流分溶法、逆流分布法或反流分布法，与两相溶剂逆流萃取法原理一致，对于分离具有非常相似性质的混合物效果较好。
④液滴逆流分配法（DCCC）：本法必须选用能生成液滴的溶剂系统，且对高分子化合物的分离效果较差，处理样品量小，并要有一定的设备，操作较繁琐。
一般b>50时，简单萃取即可分离，b<50时，则易采用逆流分溶法。

2．纸色谱（PPC）：纸色谱的原理与液—液萃取法基本相同。
原理：分配原理
支持剂：纤维素
固定相：水
流动相：水饱和的有机溶剂
Rf值：化合物极性越小，Rf值越大；反之，化合物极性越大，Rf值越小。
应用：用作微量分析，特别适合于亲水性较强的成分，其层析效果往往比吸附薄层色谱效果好。但纸层析一般需要较长的时间。

3．液—液分配柱色谱：
原理：分配原理
支持剂：硅胶、硅藻土、纤维素粉等
正相分配色谱：固定相：水、缓冲溶液
流动相：固定相饱和的氯仿、乙酸乙酯、丁醇等弱极性有机溶剂
洗脱顺序：化合物极性越小，越先出柱；反之，化合物极性越大，越后出柱。
应用：通常用于分离水溶性或极性较大的成分，如生物碱、苷类、糖类、有机酸等化合物。
反相分配色谱：固定相：石蜡油、化学键合固定相
流动相：固定相饱和的水或甲醇等强极性有机溶剂
洗脱顺序：化合物极性越大，越先出柱；反之，化合物极性越小，越后出柱。
应用：适合于分离脂溶性化合物，如高级脂肪酸、油脂、游离甾体等。
4．液—液分配薄层色谱法：
液—液分配色谱法也可在硅胶薄层色谱上进行。
因此，液—液分配柱色谱的最佳分离条件可以根据相应的薄层色谱结果（正相柱用正相薄层色谱，反相柱用反相薄层色谱）进行选定。
5．化学键合固定相：
常用反相硅胶薄层色谱及柱色谱的填料是普通硅胶经下列方式进行化学修饰，键合上长度不同的烃基（R）、形成亲油表面而成。其中以硅烷化键合型最为常用，其根据烃基（R）长度（—C2H5、—C8H17、—C18H37、）分别命名为：RP—2、RP—8、RP—18。三者亲脂性强弱顺序如下：RP—18> RP—8> RP—2。
键合固定相的作用并非只是分配，也有一定的吸附作用。
5．加压相色谱法：
加压相色谱法又分为：快速柱色谱（约2.02´105Pa），Lobar低压柱色谱（<5.05´105Pa），中压柱色谱（5.05~20.2´105Pa），分析用HPLC，制备用HPLC（>20.2´105Pa）。
固定相：RP—2、RP—8或RP—18
流动相：水—甲醇或水—乙腈
洗脱顺序：化合物极性越大，越先出柱；反之，化合物极性越小，越后出柱。
应用：通常用于分离水溶性或极性较大的成分，如苷类、酚性化合物等。

（三）根据物质的吸附性差别进行分离
其中以固—液吸附用的最多，并有物理吸附（硅胶、氧化铝、活性炭为吸附剂进行的吸附色谱）、化学吸附（黄酮等酚酸性物质被氧化铝吸附、生物碱被酸性硅胶吸附等）及半化学吸附（聚酰胺与黄酮类、醌类等酚性化合物之间的氢键吸附，吸附力较弱，介于物理吸附与化学吸附之间）之分。
1．物质的吸附规律：
（1）物理吸附过程一般无选择性，但吸附强弱大体遵循“相似者易于吸附” 的经验规律。
（2）被分离的物质与吸附剂、洗脱剂共同构成吸附层析的三要素，彼此紧密相连。
常用的极性吸附剂：硅胶、氧化铝。硅胶显微酸性，适于分离酸性和中性化合物，分离生物碱时需在流动相中加入适量的有机碱；氧化铝呈碱性，适于分离生物碱等碱性成分，不宜用于分离有机酸、酚性等酸性成分。均为极性吸附剂，故有以下特点：
①被分离物质极性越强，吸附力越强。强极性溶质将优先被吸附。
②溶剂极性越弱，则吸附剂对溶质的吸附能力越强。随溶剂极性的增强，则吸附剂对溶质的吸附力将减弱。
③当加入极性较强的溶剂后，先前被硅胶或氧化铝所吸附的溶质可被置换而洗脱出来。
常用的非极性吸附剂：活性炭。对非极性物质具有较强的亲和力，在水中对溶质表现出强的吸附能力。从活性炭上洗脱被吸附的物质时，溶剂的极性越小，洗脱能力越强。

2．极性及其强弱判断：
（1）一般化合物的极性按下列官能团的顺序增强：
—CH2—CH2—，—CH2=CH2—，—OCH3，—COOR，>C=O，—CHO，—NH2，—OH，—COOH
（2）溶剂的极性可大体根据介电常数的大小来判断。介电常数越大，则极性越大。一般溶剂的介电常数按下列顺序增大：
环己烷（1.88），苯（2.29），无水乙醚（4.47），氯仿（5.20），乙酸乙酯（6.11），乙醇（26.0），甲醇（31.2），水（81.0）

3．吸附柱色谱法用于物质的分离：
以硅胶或氧化铝为吸附剂进行柱色谱分离时：
（1）尽可能选用极性小的溶剂装柱和溶解样品，或用极性稍大的溶剂溶解样品后，以少量吸附剂拌匀挥干，上柱。
（2）一般以TLC展开时使组分Rf值达到0.2~0.3的溶剂系统作为最佳溶剂系统进行洗脱。实践中多用混合的有机溶剂系统。
（3）为避免化学吸附，酸性物质宜用硅胶、碱性物质宜用氧化铝作为吸附剂进行分离。通常在分离酸性（或碱性）物质时，洗脱溶剂中常加入适量的醋酸（或氨、吡啶、二乙胺），以防止拖尾、使斑点集中。

5．聚酰胺吸附色谱法：
（1）原理：氢键吸附。
一般认为系通过分子中的酰胺羰基与酚类、黄酮类化合物的酚羟基，或酰胺键上的游离胺基与醌类、脂肪酸上的羰基形成氢键缔合而产生吸附。吸附强弱取决于各种化合物与之形成氢键缔合的能力。
（2）吸附能力的强弱
通常化合物在水溶剂中大致有以下规律：
①形成氢键的基团数目越多，则能力越强。
②成键位置对吸附能力也有影响。易形成分子内氢键者，其在聚酰胺上的吸
附响应减弱。
③分子中芳香化程度高这，则吸附性增强；反之，则减弱。
一般情况下，各种溶剂在聚酰胺柱上的洗脱能力由弱致强的大致顺序如下：
水—甲醇—乙醇—氢氧化钠水溶液—甲酰胺—二甲基甲酰胺—尿素水溶液
其中，最常应用的洗脱系统是：乙醇—水
（3）应用：
①特别适合于酚类、黄酮类化合物的制备和分离。
②脱鞣质处理
③ 对生物碱、萜类、甾类、糖类、氨基酸等其他极性与非极性化合物的分离也有着广泛的用途。

6．大孔吸附树脂：通常分为极性和非极性两类。
（1）原理：吸附性和分子筛性相结合。吸附性是由范德华引力或氢键引起的。分子筛是由于其本身多孔性结构产生的。
（2）影响因素：
①一般非极性化合物在水中易被非极性树脂吸附，极性化合物在水中易被极性树脂吸附。糖是极性水溶性化合物，与D型非极性树脂吸附作用很弱。
②物质在溶剂中的溶解度大，树脂对此物质的吸附力就小，反之就大。
（3）应用：广泛应用于化合物的分离与富集工作中。如：苷类与糖类的分离，生物碱的精制，多糖、黄酮、三萜类化合物的分离等。
（4）洗脱液的选择：洗脱液可使用甲醇、乙醇、丙酮、乙酸乙酯等。最常用的是乙醇—水。

（四）根据物质分子大小进行分离
1．凝胶过滤法：
（1）原理：分子筛原理。即利用凝胶的三维网状结构的分子筛的过滤作用将化合物按分子量大小不同进行分离。
（2）出柱顺序：按分子由大到小顺序先后流出并得到分离。
（3）常用的溶剂：
①碱性水溶液（0.1mol/L NH4OH）含盐水溶液（0.5mol/L NaCl等）
②醇及含水醇，如甲醇、甲醇—水
③其他溶剂：如含水丙酮，甲醇-氯仿
（4）凝胶的种类与性质：种类很多，常用的有以下两种：
① Sephadex-G：只适用于水中应用，且不同规格适合分离不同分子量的物质。
② Sephadex LH-20：为Sephadex G-25经羟丙基化后得到的产物，具有以下两个特点：具有分子筛特性，可按分子量大小分离物质；在由极性与非极性溶剂组成的混合溶剂中常常起到反相分配色谱的作用，适合于不同类型有机物的分离。
应用最广。
2．膜过滤法：
（1）概念：膜过滤法是一种用天然或人工合成的膜，以外界能量或化学位差为推动力，对双组分或多组分的溶质和溶剂进行分离、分级、提纯或富集的方法。
（2）分类：膜过滤技术主要包括渗透、反渗透、超滤、电渗析、液膜技术等。
3．透析法：
透析法是膜过滤法中的一种。
（1）原理：透析法是利用小分子物质在溶液中可通过半透膜、而大分子物质不能透过半透膜的性质，以达到分离的目的，本质上是一种分子筛作用。
（2）应用：对于生物大分子，一般可以通过透析法进行浓缩和精制。如药用酶的精制。
分离和纯化皂苷、蛋白质、多肽、多糖等大分子物质，可将其留在半透膜内，而将如无机盐、单糖、双糖等小分子的物质透过半透膜，进入膜外的溶液中，而加以分离精制。应用：

（五）根据物质解离程度不同进行分离
具有酸性、碱性、两性基团的化合物在水中多呈解离状态，据此可用离子交换法进行分离。
原理：离子交换原理
固定相：离子交换树脂
流动相：水或含水溶剂
洗脱液：强酸性阳离子交换树脂（H型）——稀氨水洗脱
强碱性阴离子交换树脂（OH型）——稀氢氧化钠洗脱
1．分类：根据交换基团不同分为：
①阳离子交换树脂
强酸性（—SO3-H+）
弱减性（—COO-H+）
②阴离子交换树脂
强碱性[—N+（CH3）3Cl]
弱减性（—NH2及仲胺、叔胺基）
2．应用：
①用于不同电荷离子的分离，如水提取物中的酸性、碱性、两性化合物的分离。
②用于相同电荷离子的分离，如同为生物碱，但碱性强弱不同，仍可用离子交换树脂分离。

（六）根据物质的沸点进行分离——分馏法
1．概念：分馏法是利用中药中各成分沸点的差别进行提取分离的方法。一般情况下，液体混合物沸点相差100℃以上时，可用反复蒸馏法；沸点相差25℃以下时，需用分馏柱；沸点相差越小，则需要的分馏装置越精细。
2．应用：挥发油、一些液体生物碱的提取分离常采用分馏法。
三、结构研究法

思考题：
1．中草药有效成分的提取方法有哪些？其各自的使用范围及其优缺点是什么？
2．分离中草药成分常用的色谱方法有哪些？他们分别适用于哪些类别化合物的分离？各自最常用的洗脱剂及洗脱顺序是什么？
3．化合物在进行结构鉴定前应注意什么问题？进行结构鉴定常用哪些方法？这些方法可以解决结构式中的什么问题？

第二章糖和苷
目的要求：
1．熟悉糖的结构类型，掌握糖Haworth式的端基碳构型、构象及糖的理化性质。
2．熟悉苷的结构类型，掌握苷的一般性质、苷键的裂解方法及其裂解规律。
3．熟悉糖和苷的提取分离方法。
4．掌握苷元和糖、糖和糖之间连接位置、连接顺序以及苷键构型的确定方法。
教学时数：8学时。
重点和难点：
一、苷类化合物的结构特征、分类及苷和苷键的定义
（一）苷和苷键的定义
苷类，又称配糖体，是糖或糖的衍生物（如氨基糖、糖醛酸等）与另一非糖物质通过糖的端基碳原子连接而成的化合物。其中非糖部分称为苷元或配基，其连接的键则称为苷键。
（二）苷类化合物中常见糖的种类、结构
1．单糖构型：其绝对构型分为D型或L型；其端基碳有两种构型：a构型和b构型 2．苷键的构型：苷键本质上都是缩醛键，其构型也有a、b之分，与成苷键的糖端基碳原子的构型一致。
但须注意b-D-糖苷与a-L-糖苷的端基碳原子的绝对构型是相同的。
3．常见的单糖和二糖
（1）单糖：五碳醛糖——D-木糖，L-阿拉伯糖，D-核糖
甲基五碳醛糖——L-鼠李糖，D-呋糖，D-鸡纳糖，D-果糖
六碳醛糖——D-葡萄糖，D-甘露糖，D-半乳糖
糖醛酸——D-葡萄糖醛酸，D-鼠李糖醛酸
（2）二糖：芸香糖，龙胆二糖，槐糖，新橙皮糖，麦芽糖，昆布二糖，冬绿糖，蚕豆糖。
（三）苷类化合物的结构特征和分类
苷有不同的分类方式，如以苷元的化学结构、苷类在植物体内的存在状况、苷键原子等为依据对苷类化合物进行分类。其中按苷键原子分类是最常见的苷类分类方式。
1．根据苷键原子的不同，可分为O-苷、S-苷、N-苷和C-苷，分类情况见表。其中最常见的是O-苷。
类别举例备注
氧苷醇苷红景天苷，毛茛苷，獐牙菜苦苷通过醇羟基与糖端基羟基脱水而成的苷
酚苷天麻苷、水杨苷通过酚羟基而成的苷
腈苷苦杏仁苷，垂盆草苷，异垂盆草主要指一类a-羟腈的苷
酯苷山慈姑苷A，土槿甲酸，土槿乙酸苷元以羧基和糖的端基相连
吲哚苷靛苷（青黛）
硫苷萝卜苷、黑芥子苷，芥子苷糖端基羟基与苷元上巯基缩合而成的苷称为硫苷
氮苷巴豆苷，腺苷、鸟苷、胞苷、尿苷通过氮原子与糖的端基碳相连的苷
碳苷黄酮碳苷（木荆素）、蒽醌碳苷（芦荟苷）糖基直接以C原子与苷元的C相连的苷类

2．其它分类方法
①以连接的单糖基的个数分为单糖苷、二糖苷等；②以苷元上连接糖链的数目可分为单糖苷链、二糖苷链等；③ 以糖的种类可分为核糖苷、葡萄糖苷等；④以生理作用分类，如强心苷等；⑤以其特殊性质分类，如皂苷。
二、苷类化合物的一般性状、溶解度、旋光性及显色反应
（一）一般性状
1．形态：苷类多为固体，其中糖基少的可结晶，糖基多的如皂苷，则多呈具有吸湿性的无定形粉末。
2．味：一般无味。但有的具苦味，如穿心莲新苷；有很少的苷具甜味，如甜菊苷。
（二）溶解度
苷类的溶解度与糖基的数目有密切的关系，其亲水性常随糖基数目的增多而增大。糖基少的可溶于低级性有机溶剂，若糖基增多，则在水中的溶解度也增加，因此，用不同极性的溶剂顺次提取时，各提取部位都有发现苷的可能。
（三）旋光性
多数苷类呈左旋，但水解生成的糖常是右旋的，因而使混合物呈右旋。
（四）显色反应
Molish反应：糖在浓硫酸、a-萘酚的作用下生成糠醛衍生物而显色，可用于糖和苷类化合物的检识。
三、苷键的裂解
（一）酸催化水解
1．原理：苷键具有缩醛结构，易为稀酸催化水解。反应一般在水或稀醇溶液中进行。常用的酸有盐酸、硫酸、乙酸、甲酸等。其机制是苷原子先质子化，然后断键生成阳碳离子或半椅型中间体，在水中溶剂化而成糖。
2．水解难易：苷键水解的难易与苷键原子的电子云密度及其空间环境有密切的关系，只要有利于苷键原子的质子化就有利于水解，因此水解难易的规律可以从苷键原子、糖、苷元三方面来讨论。
（1）按苷键原子不同，酸水解的难易顺序为：N－苷>O－苷>S－苷>C－苷。N易接受质子，最易水解，而C上无未共享电子对，不能质子化，很难水解。
（2）按糖的不同
①呋喃糖苷较吡喃糖苷易水解；②酮糖较醛糖易水解；③吡喃糖苷中吡喃环的C－5上取代基越大越难水解，因此五碳糖最易水解，其顺序为五碳糖>六碳糖>七碳糖，如果接有－COOH,则最难水解；④氨基糖较羟基糖难水解，羟基糖又较去氧糖难水解，尤其是C－2上取代氨基的糖更难。
（3）按苷元不同
①芳香属苷水解比脂肪属苷（如萜苷、甾苷）容易得多。某些酚苷（如蒽醌苷、香豆素苷）不用酸，只加热也可能水解成苷元。②苷元为小基团者。苷键横键的比苷键竖键的易于水解。
3．二相水解法
在酸水解反应液中加入与水不相混容的有机溶剂，使苷元生成后立即溶于水不相混溶的有机溶剂中，以避免苷元与酸长时间接触而脱水生成次生苷元。
（二）酸催化甲醇解
在酸的甲醇溶液中进行甲醇解，多糖或苷可生成一对保持环形的甲基糖苷的异构体。
应用：①甲基糖苷在呋喃糖环和吡喃糖环的区别判断；②糖链中单糖之间的连接位置确定；③苷键构型的判定。
（三）碱催化水解
一般的苷键对稀碱是稳定的，不易被碱催化水解，故苷类多数是用稀酸水解的，很少用碱水解，仅酯苷、酚苷、稀醇苷和β－吸电子基取代的苷等才易为碱所水解，如藏红花苦苷、靛苷、蜀黍苷等。但有时水解后得到的是脱水苷元，如藏红花苦苷。
（四）酶催化水解
酶催化反应具有专属性高，条件温和的特点。
应用：①可以获知苷键的构型；②可以保持苷元结构不变；③还可以保留部分苷键得到次级苷或低聚糖，以便获知苷元和糖、糖和糖之间的连接方式。
常用的酶有：①转化酶（水解β－果糖苷键）。②麦芽糖酶（水解α－葡萄糖苷键）。③杏仁酶（水解β－葡萄糖苷和有关六碳醛糖苷），专属性较低；纤维素酶（水解β－葡萄糖苷）。此外蜗牛酶、高峰氏糖化酶、柑橘苷酶等也常用于苷键水解。
pH条件对酶水解反应是十分重要的，例如芥子苷酶水解芥子苷，在pH7时生成异硫氰酸酯，在pH3~4时生成腈和硫磺。
（五）氧化开裂法（Smith裂解）
优点：①可得到完整的苷元；②从降解得到的多元醇，还可确定苷中糖的类型；③对苷元结构容易改变的苷以及C－苷水解研究特别适宜。
步骤：第一步在水或稀醇溶液中，用NaIO4在室温条件下将糖氧化裂解为二元醛；第二步将二元醛用NaBH4还原为醇，以防醛与醛进一步缩合而使水解困难，第三步调节pH2左右，室温放置让其水解。
注意：此法显然不适用于苷元上也有1，2－二醇结构的苷类。
四、苷类化合物的提取方法
一般都是采用水或醇从植物中提取苷类化合物。若提取的是原生苷，需抑制或破坏酶的活性；若提取的是次生苷或苷元，需利用酶的活性将其部分水解或全水解。
抑制或破坏酶活性的方法：①在中药中加入一定量的碳酸钙；②采用甲醇、乙醇或沸水提取；③在提取过程中还须尽量勿与酸和碱接触。否则，得到的不是原生苷，而是已水解失去一部分糖的次生苷，甚至是苷元。

五、苷类化合物的结构测定
（一）糖的鉴定
糖的鉴定可采用纸色谱法、薄层色谱法、气相色谱法、离子交换色谱法、液相色谱法等。其中纸色谱最简单、适用。
在纸色谱法中，
展开系统：水饱和的有机溶剂，如BAW，BEW，BBPW，水饱和的酚。如要增加Rf值，需在其中加入乙酸、吡啶、或乙醇等以增加它的含水量。
展开方法：上行法，下行法。
Rf值规律：单糖中，①碳原子数目少的糖>碳原子数目多的糖；②碳原子数目相同时，去氧糖>酮糖>醛糖；③分子组成相同的糖，构象式中竖键羟基多的糖>横键羟基多的糖。
显色剂：苯胺-邻苯二甲酸盐试剂等。（显色剂适当，①可区别糖的类型，如五碳糖和六碳糖、醛糖和酮糖等；②薄层扫描进行定量。）
（二）糖链的结构测定
1．分子量的测定：大多采用质谱法，通过FD、FAB、ESI获得[M+H]+、[M+Na]+等准分子离子峰。
2．单糖的鉴定：一般将苷键全部酸水解，然后用纸色谱检出单糖的种类，显色后
用薄层扫描法求得各种糖的分子比。
3．单糖之间连接位置的确定：①将苷全甲基化，然后水解苷键，鉴定所有获得的甲基化甲苷，其中游离羟基的部位即为连接位置；②可用糖或苷元13C-NMR苷化位移来确定；③利用2D-NMR如HMBC谱中的远程相关关系确定糖与糖或糖与苷元的连接位置。
4．糖链连接顺序的确定
①早期主要是缓和酸水解法；②近年质谱分析用的较多（FD、FAB、ESI）；③利用2D-NMR如HMBC谱中的远程相关关系。
（三）苷键构型的确定
1．酶催化水解法：麦芽糖酶能水解的为a-苷键，而苦杏仁能酶解的为b-苷键。
2．克分子旋光差法（Klyne法）：先测定未知苷键构型的苷及其水解所得苷元的旋光度，计算其比旋值之差，再与一对甲苷的分子比旋相比较，数值近似者其苷键构型一致。
3．利用NMR进行测定：①根据C1-H和C2-H的偶合常数（J值）来判断苷键构型，如葡萄糖等；②根据端基碳和端基质子间的偶合常数1JC1-H1值来判断，端基为横键质子（a-苷键），1JC1-H1为170Hz；端基为竖键质子（b-苷键），1JC1-H1为160Hz，如鼠李糖、甘露糖等；③利用端基碳的化学位移值判断苷键构型，通常a-构型的C1比b-构型的C1信号在较高场，如葡萄糖；④单葡萄糖苷可根据IR振动峰（a-构型的C1在770、780cm-1处有较强的吸收峰）区别；⑤葡萄糖苷乙酰化物的质谱中，m/z331这一碎片峰a-苷要比b-苷强的多。
六、糖链结构研究实例

`思考题：
1．苷键裂解常用哪些方法？其各具有哪些优缺点？各适用于哪些类别的化合物？
2．进行酸水解催化时，各类化合物水解的难易程度如何？
3．简述苷类化合物中糖链的鉴定方法。

第三章苯丙素类
目的要求：
1．了解苯丙素类化合物的结构特点。熟悉苯丙酸类的结构特点及特性。
2．掌握香豆素的结构特点和分类情况，熟悉香豆素类化合物的提取分离方法。
3．掌握香豆素类化合物的理化性质及其波谱学特性。
4．了解木脂素的结构类型、理化性质及结构鉴定方法
教学学时：4学时。
教学重点和难点：
一、概述
1、概念：天然成分中有一类苯环和3个直链碳连在一起为单位（C6-C3）构成的化合物，统称苯丙素类（phenylpropanoids）。
2、类别：包括苯丙烯、苯丙醇、苯丙酸及其缩脂、香豆素、木脂素、木质素。
3、生源途径：莽草酸途径（莽草酸为桂皮酸的前体，但同时也是酪氨酸、色氨酸的前体，后两者与生物碱的合成密切相关，命名为莽草酸途径将无法限定为仅由桂皮酸而来的苯丙素类化合物，故现多称为桂皮酸途径）
TAL在植物界的分布远比PAL有限，基本可忽略不计。
二、苯丙酸类
1. 具有C6-C3结构的芳香羧酸。结构特点是苯环有羟基取代，数目、排列方式、甲基化程度有所不同，常与不同的醇、氨基酸、糖、有机酸结合成酯存在。如绿原酸（咖啡酸与奎宁酸结合成的酯），具有抗菌、保肝活性。

绿原酸
2. 分离：苯丙酸类及其衍生物大多具有一定水溶性，常与其它一些酚酸、鞣质、黄酮苷等混在一起，一般要经纤维素、硅胶、大孔树脂、聚酰胺等反复层析才能纯化。
3. 鉴别：利用酚羟基的性质（1）1-2%的FeCl3甲醇溶液或铁氰化钾-三氯化铁试剂。（2）紫外光下呈兰色荧光，氨水处理后呈兰色或绿色荧光。（酚羟基解离）
4. 紫外光谱的测定有利于苯丙酸类的鉴定。
中性溶液中，游离的苯丙酸的UV与其酯或苷相似，碱性溶剂中，酚酸的谱带与它的酯光谱有明显差别。
5. 结构鉴定：
例1：丹参素甲的波谱特征
丹参素甲
三氯化铁呈黄绿色，红外显示羧基（1732，2750-2550）和羟基（3450-3150）的存在。
1HNMR数据如下：

例2 ：

三个芳香质子7.02，1H，d,J=1.5Hz
7.23,1H,d,J=7.9Hz
6.91,1H,dd,J=7.9,1.5Hz
两个亚甲基质子 3.04，2H，t,J=7.5Hz
2.84,2H,t,J=7.5Hz
三、香豆素（ coumarins）
1、概念：邻羟基桂皮酸的内酯，具有芳香气味。

2、生理活性
（1）植物生长调节剂：低浓度刺激植物发芽、生长；高浓度抑制植物发芽、生长
（2）光敏作用：治疗白斑病
（3）抗菌、抗病毒作用：秦皮中的七叶内酯及其苷治疗痢疾；蛇床子中的奥斯脑可抑制乙肝表面抗原。
（4）平滑肌松弛作用：冠状动脉扩张和解痉利胆
（5）抗凝血作用：防止血栓形成
（6）肝毒性：黄曲霉素致肝癌。
3、香豆素的结构类型
香豆素是由苯丙酸经氧化、环合而成，异戊烯基活泼双键结合位置不同，氧化情况不同而产生了不同的氧环结构，根据其取代基和连接方式的不同可分为以下几类：
（1）简单香豆素类
只在苯环有取代的香豆素，取代基包括羟基、甲氧基、亚甲二氧基、异戊烯基。
（2）呋喃香豆素
香豆素核上的异戊烯基与邻位酚羟基环合成呋喃环者称为呋喃香豆素。分为角型和线型。
（3）吡喃香豆素
香豆素核上的异戊烯基与邻位酚羟基环合成2，2-二甲基-α-吡喃环者称为呋喃香豆素。分为角型和线型。
（4）其它香豆素类
α-吡喃酮环上有取代基的香豆素类。
4、香豆素的化学性质
（1）内酯性质和碱水解反应
一般顺邻羟桂皮酸不易获得，长时间碱液放置或UV照射，可转变为稳定的反邻羟桂皮酸。某些具有特殊结构的香豆素，如C8取代基的适当位置上有羰基、双键、环氧等结构者，和水解新生成的酚羟基发生缔合、加成等作用，可阻碍内酯的恢复，保留了顺邻羟桂皮酸的结构。
（2）酸的反应
①环合反应异戊烯基与相邻酚羟基成氧环。
②烯醇醚键开裂
③双键加水反应
（3）显色反应
①异羟戊酸铁反应（鉴别内酯结构）
异羟戊酸铁试剂（盐酸羟胺甲醇液+氢氧化钾甲醇液+三氯化铁甲醇液），红色
②Gibb’s反应和Emerson反应（酚羟基对位即6位无取代者）
Gibb’s试剂2，6二溴苯醌氯亚胺的乙醇液+1%氢氧化钾乙醇液，呈深兰色。
Emerson试剂2%4-氨基安替匹林乙醇液+8%铁氰化钾水液，呈红色。
5、香豆素的分离方法
（1）酸碱分离法
原理：利用内酯加碱皂化，加酸恢复的性质分离香豆素。
方法：乙醚萃取液先以NaHCO3去除酸性成分，再以稀和冷的NaOH抽出酚性成分（包括酚性香豆素），剩余中性部分碱水解后，以乙醚抽去不水解的中性成分，碱液中和，再以乙醚抽出香豆素内酯成分。
缺点：对酸碱敏感的香豆素，拿不到原存物质。
（2）层析方法
硅胶、氧化铝（酸性、中性）层析最为常用。洗脱剂己烷-乙醚，乙醚-乙酸乙酯。
6、香豆素的波谱学特性
（1）紫外光谱
紫外光下出现兰色荧光，7位引入羟基，荧光增强，羟基醚化荧光减弱。
紫外图谱在274nm（苯环）和311 nm（α-吡喃酮环）呈现两个吸收峰，引入烷基最大吸收值改变甚微，当母核引入含氧取代基时，最大吸收向红位移。
（2）红外光谱
（3）核磁共振谱
①特点：
1HNMR中，香豆素母核上的质子由于受内酯羰基吸电子共扼效应影响，3，6，8位质子信号位于较高场；4，5，7位质子信号位于较低场。
C3、C4未取代的香豆素在芳香质子区可见一对双峰，分别位于芳香质子区的两端，C3-Hδ6.1-6.4，C4-Hδ7.5-8.3，J3，4为9.5Hz。
迫位效应：若分子中两个迫位质子之一被取代（如香豆素母核的4，5位质子），将对另一迫位质子产生较大的去屏蔽，使其向低场位移，即迫位效应。如5位被取代，4位H向低场位移约0.3。
②简单香豆素

③呋喃香豆素
④吡喃香豆素

⑤碳谱：母核的9个碳原子，多数在100—160 区域内，取代基效应明显。
四、木脂素（lignans）
1、木脂素的结构类型
木脂素是一类由苯丙素氧化聚合而成的天然产物，通常所指是其二聚物，少数为三聚物和四聚物。
定义：两分子苯丙素以侧链中β（8-8’）碳原子相连而成的化合物称为木脂素。
许多木脂素并非以β碳原子相连，称为新木脂素。
木脂素还有一些新的类型（1）苯丙素低聚体，包括三聚体和四聚体，三聚体常称为倍半木脂素，四聚体称为二木脂素；（2）杂木脂素，系由一分子苯丙素与黄酮、香豆素或萜类等结合而成的天然化合物，根据结合分子的不同称为黄酮木脂素、香豆素木脂素。（3）去甲木脂素，基本母核只有16—17个碳原子，比一般木脂素少1—2个。
木脂素的组成单体主要有四种：
肉桂醇肉桂酸
丙烯基酚烯丙基酚
木脂素由双分子苯丙素缩合成各种碳架后，侧链γ碳原子上的含氧官能团如羟基、羰基、羧基等相互脱水缩合，再形成半缩醛、内酯、四氢呋喃等环状结构，使木脂素的结构类型更加多样。常见下列类型：
①二芳基丁烷类 ②二芳基丁内酯类
③芳基萘类
芳基萘芳基二氢萘芳基四氢萘
芳基萘类木脂素常以氧化的γ碳原子缩合形成内酯，以内酯环合方向分上向和下向
1-苯代萘内酯 4-苯代萘内酯

④四氢呋喃类

⑤双四氢呋喃类 ⑥联苯环辛烯类

⑦苯骈呋喃类
⑧双环辛烷类
⑨苯骈二氧六环类 ⑩螺二烯酮类
联苯类
倍半木脂素
2、木脂素的理化性质
多为无色结晶，新木脂素难结晶。多呈游离型，脂溶性，能溶于苯、氯仿、乙酸乙酯、乙醚、乙醇等。有多个不对称因素，显光学活性，遇酸异构化。
无共同特征反应，一些非特征性试剂可用于薄层层析显色，如5%磷钼酸乙醇液，30%硫酸乙醇液，有亚甲二氧基可用变色酸-浓硫酸显色。
3、木脂素的提取分离
（1）提取
木脂素多呈游离型，在植物体内常与大量树脂状物共存，本身在处理过程中也易树脂化。游离木脂素易溶于氯仿、乙醚，在石油醚、苯中溶解度较小。
（2）分离
吸附层析：硅胶吸附，石油醚-乙酸乙酯，石油醚-乙醚，苯-乙酸乙酯，氯仿-甲醇梯度洗脱。
分配层析：纸层析
水饱和的硅藻土，乙酸乙酯-水分配
4、木脂素的结构鉴定
（1）化学反应
费米盐氧化：费米盐（亚硝基亚硫酸钾）可将对位有氢原子的酚羟基氧化成对醌。
（2）紫外光谱
芳环为发色团，两个取代芳环是两个孤立的发色团，两者紫外吸收位置相近，吸收强度是两者之和，立体构型对紫外光谱没有影响。
紫外光谱可用于区别芳基四氢萘、芳基二氢萘和芳基萘型木脂素，还可确定芳基二氢萘B环上的双键位置，通过鉴定失水物双键位置，还可确定B环上取代羟基的位置。
α-失水苦鬼臼脂素 β-失水苦鬼臼脂素
λmax nm 311 λmax nm 290

γ-失水苦鬼臼脂素去氢鬼臼毒素
λmax nm 245.5，350 λmax nm 266，263，323，356
（3）核磁共振谱
氢谱对于芳基萘类和联苯环辛烯类木脂素的氢谱信号与结构间的关系，已获知一些规律。
芳基萘类木脂素
可区别内酯环的上向和下向。
2-羰基化合物 3-羰基化合物
2-羰基对H-1和CH3O-1的去屏蔽作用使它们化学位移移向低场；2-羰基内酯环-CH2-则受4-芳基的屏蔽，与3-羰基化合物相比处于相对高场，以此可区别内酯环取向。
思考题：4~5个
1、苯丙素类化合物包括哪些类别？
2、常用于鉴别香豆素类化合物的试剂有哪些？
3、香豆素类化合物的核磁共振氢谱信号有哪些特点？
4、芳基萘类木脂素的氢谱信号与结构间的关系有什么规律？

第四章醌类化合物
目的要求：
1．掌握醌类化合物的基本结构及分类。
2．掌握醌类化合物的理化性质及其衍生物的制备。
3．掌握醌类化合物的提取分离及结构鉴定方法。
4．了解2D NMR谱及MS在结构鉴定中的应用。
教学时数：4学时。
教学重点和难点：
一、醌类化合物的结构类型
（一）苯醌类
对苯醌邻苯醌
（二）萘醌类
α-（1，4）萘醌 β-（1，2）萘醌 amphi-(2,6)萘醌
（三）菲醌类
邻菲醌对菲醌
（四）蒽醌类
包括蒽醌衍生物及其不同程度的还原产物，如氧化蒽酚、蒽酚、蒽酮及蒽酮的二聚体。

蒽醌氧化蒽酚蒽酮

蒽酚
1、蒽醌衍生物
蒽醌母核上有羟基、羟甲基、甲氧基和羧基取代。
根据羟基在蒽醌母核上的分布情况，可将羟基蒽醌衍生物分为两类。
（1）大黄素型羟基分布在两侧的苯环上，多数化合物呈黄色。

（2）茜草素型羟基分布在一侧的苯环上，颜色较深，多为橙黄至橙红。

2、蒽酚或蒽酮衍生物
存在于新鲜植物中，该类成分可慢慢氧化成蒽醌类成分。
3、二蒽酮类衍生物

二、醌类化合物的理化性质
（一）物理性质
1、性状
醌类化合物母核无酚羟基取代时，无色，引入酚羟基等助色团，表现一定的颜色，取代越多，颜色越深。
2、升华性
游离的醌类化合物具升华性。
3、溶解度
游离醌类极性较小，一般溶于乙醇、乙醚、苯、氯仿。
成苷后极性增大，易溶于乙醇、甲醇。
（二）化学性质
1、酸性
醌类化合物具有酸性，因分子中酚羟基的数目及位置不同，酸性表现显著差异。

含COOH>含2个以上β-OH>含1个β-OH>含2个α-OH>含1个α-OH
2、颜色反应
（1）Feigl反应：醌类衍生物在碱性条件下经加热能迅速与醛类及邻二硝基苯反应生成紫色化合物。
（2）无色亚甲蓝显色实验：用于PPC和TLC喷雾剂，是检出苯醌和萘醌的专用显色剂。
（3）碱性条件下的呈色反应：羟基蒽醌类在碱性溶液中发生颜色改变，会使颜色加深，多呈橙、红、紫红及兰色。
（4）与活性次甲基试剂的反应：苯醌及萘醌类化合物当其醌环上有未被取代的位置时，可在氨碱性条件下与一些含有活性次甲基试剂的醇溶液反应，生成蓝绿色或蓝紫色。
（5）与金属离子的反应：在醌类化合物中，如果有α-酚羟基或邻位二酚羟基结构时，则可与Pb2+、Mg2+等金属离子形成络合物。
三、醌类化合物的提取分离
（一）游离醌类的提取
1、有机溶剂提取法
2、碱提取-酸沉淀法：带游离酚前基的醌类
3、水蒸气蒸馏法
（二）游离羟基蒽醌的分离
1、 PH梯度萃取法

A B C
C可溶于5%碳酸氢钠溶液，A可溶于5%碳酸钠溶液，B可溶于1%氢氧化钠溶液。
2、吸附硅胶层析

（三）蒽醌苷类与蒽醌衍生物苷元的分离
极性不同，在有机溶剂中的溶解度不同。
（四）蒽醌苷类的分离
主要应用层析法，一般用溶剂法或铅盐法处理粗提物，除去大部分杂质。
铅盐法：醋酸铅与蒽醌苷成沉淀
溶剂法：正丁醇萃取
层析法：硅胶、葡聚糖凝胶LH-20、反相硅胶
四、醌类化合物的结构鉴定
（一）醌类化合物的紫外光谱
1、苯醌和萘醌的紫外光谱
苯醌有三个主要吸收峰：240（强），285（中强），400（弱）
萘醌有四个吸收峰：245，251，335（苯样结构引起）；257（醌样结构引起）
2、蒽醌的紫外光谱
羟基蒽醌有五个主要吸收带
Ⅰ：230左右；Ⅱ：240-260（苯样结构引起）；Ⅲ：262-295（醌样结构引起）,受β酚羟基影响；Ⅳ：305-389（苯样结构引起）；Ⅴ：>400(羰基引起) 受α酚羟基影响
（二）红外光谱
主要为羰基吸收峰（1675-1653），羟基吸收峰（>3000），芳环（1500-1600）
羰基的峰位与羟基的数目及位置有关。
（三）醌类化合物的1HNMR
1、醌环上的质子

醌环引入供电取代基，使其它质子移向高场。
2、芳环质子

（四）醌类化合物的13C-NMR
1、1，4萘醌类化合物的13C-NMR谱
2、9，10蒽醌类化合物的13C-NMR谱
（五）醌类化合物衍生物的制备
1、甲基化反应
甲基化试剂的组成反应官能团
CH2N2/Et2OCH2N2/Et2O+MeOH(CH3)2SO4+K2CO3+丙酮CH3I+Ag2O+CHCl3 -COOH,β酚OH,-CHO-COOH, β酚OH, 两个α-OH之一,-CHOβ酚-OH, α-酚OH-COOH,所有的酚OH,醇OH,-CHO
2、乙酰化反应
试剂组成反应条件作用位置
冰醋酸（加少量乙酰氯）醋酐醋酐+硼酸醋酐+浓硫酸醋酐+吡啶冷置加热短时间长时间冷置室温放置过夜室温放置过夜醇OH醇OH，β-酚OH醇OH，β-酚OH，两个α酚OH之一醇OH，β-酚OH醇OH，β-酚OH，α-酚OH醇OH，β-酚OH，烯醇式OH

思考题：4~5个
1、醌类化合物有哪些结构类型？各类型母核是什么？
2、醌类化合物的鉴别反应有哪些，反应试剂及现象是什么？
3、PH梯度萃取法分离蒽醌类化合物的原理是什么？
4、蒽醌类化合物的核磁共振氢谱特征是什么？
5、蒽醌类化合物常用的甲基化试剂有哪些？

第五章黄酮类化合物
目的要求：
1．掌握黄酮类化合物的结构类型，了解其生物活性。
2．掌握黄酮类化合物的理化性质及不同类型的化学鉴别方法。
3．掌握黄酮类化合物的提取与分离方法和检识方法。
4．掌握各种光谱在黄酮类化合物结构鉴定中的应用。
教学时数：12学时。
教学重点和难点：

一、概述
黄酮类化合物为一类植物色素，分布广，数量大，生理活性多样。
（一）定义
泛指两个具有酚羟基的苯环通过中央三碳原子相互连接而成的一系列化合物，母核结构为：

生源：三个丙二酰辅酶A和一个桂皮酰辅酶A生合成而产生。
（二）结构分类及结构类别间的生物合成关系
1.分类依据：中央三碳链的氧化程度、B环连接位置及三碳链是否成环。
（1）黄酮类（2）黄酮醇（3）二氢黄酮类（4）二氢黄酮醇类

（5）花色素类（6）黄烷3，4二醇类（7）黄烷-3-醇类（8）双苯吡酮类

（9）异黄酮（10）二氢异黄酮类（11）查耳酮类（12）二氢查耳酮类

（13）橙酮类（14）高异黄酮类

此外，还有双黄酮类：由两分子黄酮或两分子二氢黄酮或一分子黄酮及一分子二氢黄酮以C-C或C-O-C键连接而成。
黄酮木脂体类：水飞蓟素
生物碱型黄酮
2.各主要类别间的生物合成关系

(三)存在形式
天然黄酮类化合物多以苷类形式存在，包括氧苷与碳苷（例如葛根素），糖通常联在A环6，8位。
组成黄酮苷的糖主要有：
单糖类：D-葡萄糖，L-鼠李糖，D-半乳糖，D-葡萄糖醛酸
双糖类：槐糖(glcβ1→2glc)，芸香糖（rhaα1→6glc）
(四)黄酮类化合物的生理活性
1.对心血管系统的作用
(1)扩张冠脉：芦丁、葛根素黄酮片临床用于心绞痛、高血压。
(2)Vip样作用：橙皮苷可降低血管脆性及异常通透性，用作高血压辅助治疗剂。
(3)抑制血小板聚集作用：抑制ADP、胶原或凝血酶诱导的血小板聚集，从而防止血栓形成。
(4)降低血胆甾醇作用：山楂总黄酮
2.抗肝脏毒性作用
水飞蓟素为二氢黄酮醇与苯丙素衍生物缩合而成，对肝细胞膜有稳定作用，能保护肝脏，改善肝功能，适用于急慢性肝炎、肝硬化、中毒性肝损伤。
3.抗炎作用
黄酮类化合物可抑制脂氧化酶，从而抑制前列腺素的生物合成，达到抗炎目的。
4.雌性激素样作用
大豆素己烯雌酚
5.抗菌及抗病毒作用
黄芩苷：抗菌山奈酚：抗病毒
6.止咳平喘驱痰作用
7.抗癌作用
8.解痉作用
二、黄酮类化合物的性质与呈色反应
（一）性质
各类黄酮类化合物的颜色、旋光性、溶解性
类别性质黄酮、黄酮醇及其苷二氢黄酮、二氢黄酮醇及其苷异黄酮查耳酮花色素
颜色灰黄～黄无色微黄黄～橙黄随PH不同而改变
旋光性苷元：无苷：有苷元及苷均有苷元：无苷：有苷元：无苷：有苷元：无苷：有
水溶性平面型分子，分子间引力大，溶解性差非平面分子，溶解性较黄酮类好溶解性一般较差溶解性较异黄酮好水溶性
（二）酸碱性
1.酸性黄酮类化合物母核上有酚羟基取代时化合物具有酸性，酸性与酚羟基取代的数目和位置有关，此性质可用于鉴别和分离。
黄酮类化合物酸性强弱与结构间的关系

羟基位置酸性溶解性
7，4＇-二羟基7或4＇-羟基一般酚羟基5-羟基强弱溶于5%NaHCO3溶液溶于5%Na2CO3溶液溶于0.2%NaOH溶液溶于4%NaOH溶液
2.碱性：1位氧原子有未共用电子对，表现微弱碱性，可与浓盐酸、硫酸成佯盐，极不稳定，遇水分解，佯盐黄色，可用于鉴别。
（三）显色反应
1.还原试验
（1）盐酸-镁粉反应：黄酮、黄酮醇、二氢黄酮、二氢黄酮醇：橙红～紫红色
查耳酮、橙酮、儿茶素：阴性
异黄酮：个别阳性，大多阴性
花色素，某些查耳酮，橙酮在盐酸作用下即可显色，为排除干扰，需做对照试验。
（2）盐酸-锌粉反应：同盐酸-镁粉
（3）四氢硼钠反应：二氢黄酮类阳性，专属性较高。
2.金属盐类络合反应
结构中具有3-羟基，4-酮基；5-羟基，4-酮基；邻二酚羟基时可与金属离子络合产生颜色反应。
（1）铝盐：主要用1%三氯化铝乙醇溶液，络合物显黄色并有荧光。
（2）铅盐：中性醋酸铅可沉淀具有邻二酚羟基结构的黄酮，碱式醋酸铅可沉淀具有酚羟基结构的黄酮，据此可用于分离。
（3）锆盐：具有3-羟基和5-羟基的黄酮均可与2%二氯氧锆溶液反应生成黄色络合物，但3-羟基黄酮产生的络合物稳定性大于5-羟基黄酮，加酸后3-羟基黄酮产生的络合物黄色不褪，而5-羟基黄酮产生的络合物黄色褪去，据此可用于区别两类黄酮。
（4）镁盐：样品溶液1滴滴于纸上，喷醋酸镁甲醇溶液，加热，紫外检视。
二氢黄酮，二氢黄酮醇：天蓝色荧光
异黄酮，黄酮：黄～橙黄～褐色
（5）锶盐：具有邻二酚羟基的黄酮可与氯化锶甲醇溶液反应生成绿～棕～黑色沉淀，用于鉴别。
（6）铁盐：具有酚羟基的黄酮即可显色。
3.硼酸显色反应
在无机酸或有机酸存在条件下，5-羟基黄酮或2‘-羟基查耳酮可与硼酸反应生成亮黄色。
4.碱性试剂显色反应
NH3,Na2CO3等碱性试剂处理点有样品的滤纸，可用于鉴别。
（1）二氢黄酮查耳酮
（2）黄酮醇遇碱呈黄色，通入空气变棕
（3）具有邻二酚羟基或3，4‘-二羟基取代时，在碱液中由黄-深红-绿棕。
三. 黄酮类化合物的提取与分离
（一）粗提物的制备
苷元可选择乙醚、乙酸乙酯、氯仿等中强极性溶剂，苷类可选择甲醇、乙醇、丙酮等溶剂提取。
（二）对粗提物进行精制
1、溶剂萃取法：被分离物质与混入的杂质性质不同，选用不同极性溶剂萃取达到去杂质目的。例如：醇提液用石油醚萃取可除去油脂、蜡、叶绿素；水提液加醇沉淀可去除蛋白、多糖等水溶性杂质。
2、碱提取酸沉淀法
3、碳粉吸附法
适于苷类精制。
甲醇提取液加入活性炭至上清液无黄酮反应，吸附了黄酮苷的碳粉依次用沸甲醇、沸水、7%酚-水、15%酚-醇洗，7%酚-水洗下的基本为黄酮苷类。
（三）分离
依据：极性不同—硅胶、氧化铝分离（极性吸附）
酚羟基数目、位置不同—聚酰胺分离（氢键吸附）
酸性不同—PH梯度萃取
分子量不同—凝胶层析
特殊结构—化学分离
1、硅胶柱层析：适用于苷元的分离。
2、聚酰胺柱层析：适用于分离醌、酚、黄酮。
（1）性质：聚酰胺为高聚物，常用的为锦纶-6（己内酰胺聚合而成）和锦纶-66（己二酸与己二胺聚合而成），不溶于水、甲醇、乙醇、乙醚、氯仿、丙酮等常用溶剂，对碱稳定，可溶于浓盐酸、冰醋酸、甲酸。
（2）分离原理：聚酰胺分子中具有酰胺羰基，可与酚羟基形成氢键，主要依据与被分离物质成氢键能力不同进行分离。
（3）洗脱剂：水-乙醇-甲醇-丙酮-氢氧化钠水溶液（或氨水）-甲酰胺-二甲基甲酰胺-尿素水溶液（洗脱能力依次增强）
常用洗脱剂为水-乙醇，水可洗下非黄酮体水溶性成分及少数黄酮体苷；10%-30%醇可洗下黄酮苷；50-95%乙醇可洗下黄酮苷元。
（4）洗脱规律
①叁糖苷>双糖苷>单糖苷>苷元。
②母核酚羟基数目越多,洗脱越慢;酚羟基数目相同,易成分子内氢键者吸附弱。
③异黄酮>二氢黄酮醇>黄酮>黄酮醇。
④芳香核多,共轭程度高，难洗脱。
3、葡聚糖凝胶层析
常用Sephadex G（适用于水溶性成分分离）和 Sephadex LH-20（可用于亲脂性成分分离）
原理：苷类—分子筛；苷元：凝胶非完全惰性，有一定吸附力，这种吸附力来自分子间的氢键。
例如：5，7，4‘-羟基黄酮，3，5，7，3’，4‘-黄酮，3，5，7，3’，4‘，5’-羟基黄酮洗脱顺序为5，7，4‘-羟基黄酮>3，5，7，3’，4‘-黄酮>3，5，7，3’，4‘，5’-羟基黄酮
4.PH梯度萃取法
样品的乙酸乙酯溶液分别用5%碳酸氢钠溶液，5%碳酸钠溶液，0.2%氢氧化钠溶液，4%氢氧化钠溶液萃取，依次得到7，4‘-二羟基黄酮，7或4‘-羟基黄酮，一般酚羟基黄酮，5-羟基黄酮。
5.特定功能团分离
（1）铅盐法：可分离含邻二酚羟基和不含邻二酚羟基的化合物。
（2）硼酸络合法：
含邻二酚羟基的化合物可与硼酸络合生成可溶于水的产物，据此可用于分离。
四. 黄酮类化合物的鉴定与结构测定
（一）层析在黄酮类鉴定中的应用
1.纸层析
苷元：分配层析。流动相：BAW系统。
苷：双向纸层析。第一向：醇性溶剂展开，例如BAW系统，化合物极性大，吸附强。
第二向：水类溶剂展开，例如2-6%醋酸水，化合物极性大，吸附弱。
Rf与结构的关系：
（1）水类溶剂展开时，平面型分子（黄酮、黄酮醇、查耳酮）几乎停留原点不动，非平面型分子（二氢黄酮、二氢查耳酮）Rf较大。
（2）醇性溶剂展开时，同一类型苷元，羟基越多，Rf越小。
（3）醇性溶剂展开时，羟基被甲氧基取代，Rf增大。
（4）醇性溶剂展开时，羟基糖苷化，极性增大，Rf下降。
（2）（3）（4）用酸水展开时，上述顺序颠倒。
2.TLC：主要指吸附薄层，常用硅胶TLC，聚酰胺TLC。
硅胶TLC：鉴定弱极性化合物。
聚酰胺TLC：分离大多数黄酮及苷类，适用范围广，分离效果好。
（二）紫外光谱在黄酮类结构鉴定中的应用
苯甲酰基桂皮酰基
主要包含A环的苯甲酰基和主要包含B环的桂皮酰基组成了黄酮类化合物的交叉共轭体系，使黄酮类主要有两个紫外吸收带，带Ⅰ（300-400nm）--由桂皮酰基系统引起，主要反应B环取代情况；带Ⅱ（220-280 nm）--由苯甲酰基系统引起，主要反应A环取代情况。
通常测定样品在甲醇溶液中的紫外光谱后测定加入诊断试剂后的紫外光谱，以了解样品的羟基取代情况，常用诊断试剂有：甲醇钠、醋酸钠、醋酸钠/硼酸、三氯化铝及三氯化铝/盐酸。
1.甲醇溶液中的紫外光谱
（1）黄酮、黄酮醇：在200-400 nm之间出现两个主要吸收峰，二者峰形相似，但带Ⅰ位置不同，可据此进行分类。
在黄酮及黄酮醇母核上，如7-及4‘位引入羟基、甲氧基等供电基，将促进结构重排，引起相应吸收带红移，通常，整个母核上氧取代程度越高，带Ⅰ越向长波方向位移。
带Ⅱ的峰位主要受A-环氧取代程度的影响，B-环的取代基对其峰位影响甚微，但可影响它的形状。当B环有3‘，4‘-二氧取代时，带Ⅱ将为双峰。
（2）查耳酮及橙酮类：共同特征是带Ⅰ很强，为主峰；带Ⅱ较弱，为次强峰。
查耳酮中，带Ⅱ位于220～270 nm，带Ⅰ位于340～390 nm；橙酮中，常显现3～4个吸收峰，但主要吸收峰一般位于370～430 nm。
（3）异黄酮、二氢黄酮及二氢黄酮醇这三类化合物中，除有由A-环苯甲酰系统引起的带Ⅱ吸收外，因B环不与吡喃酮环上的羰基共轭（或共轭很弱），故带Ⅰ很弱。
2.加入诊断试剂后引起的位移及在结构测定中的意义
（1）甲醇钠：是一种强碱，使黄酮母核上的所有羟基产生某种程度的离子化，对黄酮及黄酮醇紫外光谱的影响用来检查游离的3及4‘-羟基。如加入甲醇钠后带Ⅰ红移40～60 nm，强度不降，示有4’-羟基；红移50～60 nm，强度下降，示有3-羟基，但无4‘-羟基；若吸收谱随时间延长而衰退，示有对碱敏感的取代图式。
（2）醋酸钠：市售醋酸钠因含微量醋酸，碱性较弱，只能使黄酮母核上酸性较强的7-羟基离解，并影响峰带红移。如加入醋酸钠（未熔融）后带Ⅱ红移5～ 20nm，示有7-羟基。
（3）醋酸钠/硼酸：在醋酸钠的碱性存在下，硼酸可与分子中的邻二酚羟基络合，引起相应吸收带红移。醋酸钠/硼酸谱带Ⅰ红移12～ 30nm，示B环有邻二酚羟基；带Ⅱ红移5～ 10nm，示A环有邻二酚羟基。
（4）三氯化铝/盐酸：分子中有邻二酚羟基、3-羟基-4-酮基或5-羟基-4-酮基时，可与三氯化铝络合，引起相应吸收带红移；邻二酚羟基与三氯化铝形成的络合物很不稳定，加入少量酸水即可分解。若三氯化铝/盐酸谱=三氯化铝谱，示结构中无邻二酚羟基；若三氯化铝/盐酸谱≠三氯化铝谱，示结构中可能有邻二酚羟基，带Ⅰ紫移30～ 40nm，示B环有邻二酚羟基，紫移50～ 65nm，示A、B环均可能有邻二酚羟基；三氯化铝/盐酸谱=甲醇谱，示无3或5羟基。三氯化铝/盐酸谱较甲醇谱带Ⅰ红移35～55nm，示只有5-羟基，红移Ⅰ红移60nm，示只有3-羟基，红移50～ 60nm，示可能同时有3及5羟基。
（三）黄酮类化合物的1HNMR谱特征：C环质子信号可用于判断母核结构，二氢黄酮类化合物2，3位之间为单键，质子信号处于较高场（化学位移值小）；苯环质子如处于邻位，偶合常数较大，为9.0 Hz左右，如处于间位，偶合常数较小，为2.5 Hz左右。
1、A环质子
（1）5，7-二羟基取代：H-6和H-8分别作为二重峰(d)出现，J=2.5Hz，δ5.70～6.90ppm
（2）7-羟基取代：H-5，二重峰(d)，J=9.0 Hz，δ8.0ppm左右；
H-6，双二重峰(dd)，J=9.0，2.5 Hz，δ6.40～7.10ppm
H-8，二重峰(d)，J=2.5 Hz，δ6.30～7.00ppm
2、B环质子
（1）4’-氧取代：H-3’，H-5’，二重峰(d)，J=8.5 Hz，δ6.50～7.10ppm
H-2’，H-6’，二重峰(d)，J=8.5 Hz，δ6.50～7.10ppm
（2）3’，4’-二氧取代：H-5’，二重峰(d)，J=8.5 Hz，δ6.70～7.10ppm
H-2’，二重峰(d)，J=2.5 Hz，δ7.20～7.90ppm
H-6’，双二重峰(dd)，J=2.5，8.5 Hz，δ7.20～7.90ppm

3、C环质子
（1）黄酮类： H-3，尖锐单峰(s)，δ6.30 ppm
（2）二氢黄酮C环质子：H-2，双二重峰(dd)，J=5.0，11.0 Hz，δ5.20ppm
H-3，两组双二重峰，偶合常数分别为5.0，17.0Hz和
11.0，17.0 Hz，中心位于δ2.80 ppm。
二氢黄酮醇C环质子：H-2，二重峰(d)，J=11.0 Hz，δ4.90ppm
H-3，二重峰(d)，J=11.0 Hz，δ4.30ppm
（3）异黄酮类：H-2，单峰（s），δ7.60～7.80ppm
（4）查耳酮及橙酮类：查耳酮中，H-α和H-β：δ6.70～7.40ppm（H-α）和δ7.30～7.70ppm（H-β），J=17 Hz。
4、糖上的质子：糖的端基氢较其它糖区质子位于较低磁场区。
（四）黄酮类化合物的13C-NMR谱特征
1、黄酮类化合物的骨架类型的判断
类型 C-2 C-3 C=O
黄酮类黄酮醇类异黄酮类二氢黄酮类二氢黄酮醇类 160.5～163.2（s）147.9（s）149.8～155.4（d)75.0～80.3（d）82.7（d） 104.7～111.8（d)136.0（s）122.3～125.9（s）42.8 ～44.6（t）71.2（d） 174.5～184.0188.0～197.0(s）
2、黄酮类化合物取代图式的确定
（1）取代基位移的影响：黄酮母核上引入羟基或甲氧基取代时，将使α碳信号大幅度向低场位移，邻、对位向高场位移，间位也向低场位移，但幅度较小；通常，A环上引入取代基，位移效应只影响A环，B环上引入取代基，位移效应只影响B环。
3、黄酮类化合物O-糖苷中糖的连接位置
（1）糖的苷化位移及端基碳的信号：酚性苷中，糖上端基碳的苷化位移约为+4.0～+6.0。
（2）苷元的苷化位移：苷元糖苷化后Ispo-碳原子向高场位移，其邻位及对位碳原子则向低场位移，且对位碳原子的位移幅度大且恒定。
（五）质谱在黄酮类结构测定中的应用

途径Ⅰ

途径Ⅱ

思考题：
1、黄酮类化合物的结构类型有哪些？分类依据是什么？
2、黄酮类化合物的主要鉴别反应有哪些？
3、聚酰胺层析法分离黄酮类化合物的原理是什么？常用洗脱剂、洗脱规律是什么？
4、黄酮类化合物核磁共振氢谱特征有哪些？
5、怎样应用紫外光谱法鉴定黄酮类化合物？
6、黄酮类化合物的质谱裂解规律有哪些？

第六章萜类和挥发油
目的要求：
1．掌握萜的定义、主要分类方法，了解萜的生源途径。
2．掌握卓酚酮、环烯醚萜苷、薁类的结构特点和主要性质。
3．掌握萜类化合物的理化性质及提取分离方法。
4．了解萜类化合物的检识与结构鉴定方法。
5．掌握挥发油的定义、通性、化学组成及提取分离方法
6．了解挥发油成分的鉴定方法。
教学时数：4学时。
教学重点和难点：
一、萜的定义和分类
1．定义：凡是由甲戊二羟酸衍生、且分子式符合（C5H8）n通式的衍生物均称为萜类化合物，其烃类化合物常称之为萜烯。
2．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。
3．分布：萜类化合物在自然界分布十分广泛，种类繁多，是各类天然物质中最多的一类成分。据统计，1970年有萜类化合物10000余种，至1991年已超过22000种。
4．生物活性：萜类化合物的生物活性也十分重要。如穿心莲；青蒿，龙胆，紫杉，人参，柴胡等。
5．分类：
（1）萜类化合物主要还是沿用经验异戊二烯法则分类，即按照异戊二烯的数目进行分类。
（2）同时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。
（3）萜类多是含氧衍生物，所以萜类化合物又可分为醇、醛、酮、羧酸、酯及苷等萜类。

二、萜类的生源途径
1．经验异戊二烯法则：
天然界中萜类化合物的结构研究发现，绝大多数萜类物质可以看作是由异戊二烯首尾相连形成的聚合体。
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。

2．生源异戊二烯法则：
后来很多学者对萜类化学深入研究的结果表明，很难在植物界发现游离的异戊二烯存在，而且有些萜类化合物液无法划分出异戊二烯的基本单元。于是德国学者Ruzicka于1938年提出了生源异戊二烯法则。
生源异戊二烯法则的基本理论是：萜类化合物的形成起源于生物代谢的最基本的物质葡萄糖；葡萄糖在酶的作用下产生乙酸，三分子的乙酸经生物合成产生甲戊二羟酸（MVA），甲戊二羟酸被认为是萜类形成的真正的基本单元；甲戊二羟酸经高能的三磷酸腺苷（ATP）作用生成甲戊二羟酸焦磷酸酯，再经脱羧、脱水形成焦磷酸异戊烯酯，焦磷酸异戊烯酯可互变异构化为焦磷酸g、g-二甲基丙烯酯，这两个化合物被认为是萜类成分在生物体内形成的真正前体，即生物体内的“活性异戊二烯法则”物质。
根据生源异戊二烯法则，各类萜类化合物的生物合成途径如下：

三、萜类的结构类型及重要代表物

（一）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．链状单萜
香叶醇：抗菌
2．环状单萜
薄荷酮：平喘、止咳、抗菌
龙脑（俗：冰片）：发汗、兴奋、镇静、驱虫
3.卓酚酮
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法则，具有如下的特性：
（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：羰基（1600-1650 cm -1）、羟基（3100-3200cm-1）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
分布：真菌的代谢产物；柏科的心材。
活性：抗真菌，但同时多有毒性。

4．环烯醚萜
环烯醚萜苷类属于单萜类化合物，其基本母核的是环烯醚萜醇，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，主要以苷的形式存在。
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，其生物合成途径如下：
（一般单萜是经由脱去GPP分子中焦磷酸基而直接产生闭环反应）
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，其结构类型主要分为环烯醚萜苷和裂环烯醚萜苷。
（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。
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。

（二）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。
1．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：a-山道年，驱蛔；
三环：环桉醇，抗菌。
2．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p-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。

（三）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。
（四）二倍半萜
二倍半萜是由5个异戊二烯单位构成、含25个碳原子的化合物类群。1965年发现第一个二倍半萜，在生源上都是由前体物焦磷酸香叶基金合欢酯（GFPP）衍生而成，多数为结构复杂的多环性化合物，数量较少。

三、萜类化合物的理化性质

某些特殊结构的萜类，如卓酚酮类、环烯醚萜类、薁类等化合物的特性已如前述，不再赘述。
萜类分子中绝大多数具有双键、共轭双键、活泼氢原子，较多萜类具有内酯结构，因而有一些相同的理化性质及化学反应，归纳如下：

（一）萜类化合物的物理性质
1．性状
（1）形态低分子量的萜类化合物如单萜、倍半萜类化合物通常为液态，具挥发性，是挥发油的组分；分子量较高的萜类化合物为固态，多数可形成结晶体，不具挥发性。随分子量和双键的增加，功能基的增多，化合物的挥发性降低，熔点和沸点相应增高。
（2）味多具苦味，所以萜类化合物又称苦味素；但有的具有强烈的甜味，如甜菊苷的甜味是蔗糖的300倍。
（3）旋光性和折光性：大多数萜类一般具有多个不对称碳原子，故具旋光性。低分子萜类具有较高的折光率。
2．溶解性
萜类化合物一般为亲脂性成分，难溶于水，易溶于亲脂性有机溶剂，可溶于醇。但萜类化合物若与糖成苷，则具亲水性，易溶于水，难溶于亲脂性有机溶剂。

（二）萜类化合物的化学性质
1．双键加成反应
萜类化合物的分子结构中多存在双键，可与卤素、卤化氢、亚硝酰氯等试剂发生加成反应。如柠檬烯与氯的加成反应。
2．羰基加成反应：
（1）与亚硫酸氢钠加成：反应生成结晶形加成物，复加酸或加碱使其分解，生成原来的反应产物。
（2）与硝基苯肼加成：与对硝基苯肼或2，4-二硝基苯肼在磷酸中发生反应，生成对硝基苯肼或2，4-二硝基苯肼的加成物。
（1）与吉拉德试剂加成：将吉拉德试剂的乙醇溶液加入含羰基的萜类化合物中，再加入10%醋酸促进反应，加热回流。反应完毕后加水稀释，分取水层，加酸酸化，再用乙醚萃取，蒸去乙醚后复得原羰基化合物。
3．氧化反应
氧化反应是早期萜类化合物的结构研究的重要手段，优以臭氧对萜类的氧化方法应用较多。
4．脱氢反应
脱氢反应可用作萜类化合物的结构测定，常用于结构母核的确定。
四、提取分离
（一）提取
1．溶剂提取法
（1）苷类化合物的提取
（2）非苷类化合物的提取
2．碱提取酸沉淀法
3．吸附法
（1）活性炭吸附法
（2）大孔树脂吸附法
（二）分离
1．结晶法分离
2．柱层析分离
3．利用结构中的特殊功能团进行分离

五、检识与结构鉴定
（一）波谱法在萜类结构鉴定中的应用
1．UV
2．IR
3． MS
4．NMR
（二）结构鉴定实例

六、挥发油
概念：挥发油又称为精油，是存在于植物中的一类具有芳香气味、可随水蒸汽蒸馏出来而又与水不相混溶的挥发性油状成分的总称。

（一）组成与分类
挥发油为一混合物，其组分较为复杂，一种挥发油常常由数百种成分组成。其组分大致可分为一下几类：
1．萜类化合物：主要是单萜、倍半萜、和它们含氧衍生物，而且含氧衍生物多半是生物活性较强或具有芳香气味的主要成分。
2．脂肪族成分：多为一些小分子化合物，具有挥发性。如正庚烷、辛烯乙酸乙酯等。鱼腥草中所含挥发油主要有效成分为葵酰乙醛，具有抗菌作用，有鱼醒气味。
3．芳香族成分：数量仅次于萜类，存在也相当广泛。有的为萜源衍生物，如麝香草酚；有的为一般含氧衍生物，如苯乙醇、水杨酸、水杨酸甲酯等；但大多数为苯丙素类衍生物，如丁香挥发油中具有抑菌和镇静作用的丁香酚。
4．其它成分：其它还有一些挥发油样物质，如芥子油、挥发杏仁油、原白头翁素、大蒜油等，也能随水蒸气蒸馏，故也称之为“挥发油”。
此外，川芎嗪、烟碱、毒黎碱等生物碱虽也是能随水蒸气蒸馏的液体，但这些化合物往往不作挥发油油类成分对待。

（二）理化性质
1．性状
（1）颜色挥发油大多为无色或淡黄色液体，有些挥发油含有奥类成分，或溶有色素，而显特殊颜色。
（2）形态挥发油在常温下为透明液体。低温放置，挥发油所含主要成分可能结晶析出，这种析出物习称为“脑”，如薄荷脑、樟脑等。
（3）气味挥发油具有特殊的气味，大多数为香味。也有少数为挥发油具有异味，如鱼腥草挥发油具有不愉快的臭味。
（4）挥发性挥发油均具有挥发性，可随水蒸气蒸馏，这是挥发油的重要性质，可以次区别脂肪油。
2．溶解度
挥发油为亲脂性的物质，难溶于水，可溶于高浓度乙醇，易溶于乙醚、二硫化碳、石油醚等亲脂性的有机溶剂，在低浓度乙醇中溶度较小。
3．物理常数
（1）相对密度多数挥发油比水轻，习称“轻油”；也油少数挥发油比水重，习称“重油”。其相对密度一般在0.850~1.065之间。
（2）折光性挥发油具有较强的折光性，其折光率一般在1.43~1.61之间。
（3）挥发性挥发油几乎均有旋光性，其比旋度一般在+97~117°的范围内。
（4）沸点挥发油的沸点一般在70~300之间。

（三）提取分离
1．提取
（1）水蒸气蒸馏
利用挥发油的挥发性和水不相混溶的性质进行的提取。在加热过程中，当挥发油和水两者蒸气压之和与大气压相等时，挥发油即可随水蒸气蒸馏出来。这是从植物中提取挥发油最常用的方法。
（2）浸取法
不宜用水蒸气蒸馏法提取的挥发油原料，可以直接用有机溶剂进行提取。
①油脂吸收法油脂类一般具有吸收挥发油的性质，往往利用此性质提取贵重的挥发油，如玫瑰油、茉莉花油等。
②溶剂提取法用石油醚、乙醚等有机溶剂，采用连续回流提取法或冷浸法进行提取。本法提取的挥发油含有较多的亲脂性杂质，需进一步处理。
③超临界流体萃取法二氧化碳超临界流体萃取法用于提取挥发油，具有防止氧化、热解及提高品质的突出优点。所得芳香挥发油气味与原料相同，明显优于其它方法。
（3）冷压法
此方法使用于含油量较高的新鲜植物药材的提取。通常将压榨后的药材再用水蒸气蒸馏法提取残留挥发油。

2．分离
（1）冷冻处理
将挥发油置于0℃以下使析出结晶，如无结晶析出可将温度降至-20℃，继续放置。取出结晶再经重结晶可得纯品。如薄荷脑。
（2）分馏法
由于类别不同，分子量大小、双键的多少、含氧取代基等方面有一定的差异，因此它们的沸点各异。以此作为分离的依据。由于挥发油的组分多对热及空气中的氧较敏感，因此常采用减压分馏法分离挥发性成分。
（3）化学分离法
根据挥发油中各组分所连的官能团不同，选择适当的化学方法处理，使各组分达到分离的方法。
①碱性成分的分离将挥发油溶于乙醚，用1%硫酸或盐酸萃取，得酸水液经碱化后再用乙醚萃取，蒸去乙醚即得碱性成分。
②酸、酚性成分的分离将分出碱性成分的挥发油乙醚母液，再分别用5%碳酸氢钠和2%氢氧化钠萃取，所得碱性水溶液分别酸化后用乙醚萃取，前者可得酸性成分，后者可得酚性成分。
③醛、酮成分得分离含这两种官能团成分的分离方法如下：
（i）将分出碱性、酸性、酚性成分的挥发油乙醚母液经水洗至中性，以无水硫酸钠干燥后，加亚硫酸氢钠饱和溶液，分出水层或加成物结晶，加酸或碱液处理，以乙醚萃取，可得醛类成分和甲基酮类成分；
（ii）将分出碱性、酸性、酚性、含醛和甲基酮等成分的挥发油乙醚母液，回收乙醚，在挥发油中加入适量的Girard T或Girard P试剂的乙醇溶液和10%乙酸，加热回流1h，待反应完成后加适量水稀释，用乙醚萃取，分取水层，酸化后再用乙醚萃取，可获得含酮基类成分。
④醇类成分的分离将挥发油与丙二酸单酰氯或邻苯二甲酸酐或丁二酸酐反应生成酸性酯，再将生成物溶于碳酸钠溶液，用乙酸洗去未作用的挥发油，碱溶液经酸化后用乙醚萃取出所生成的酯，蒸去乙醚，残留物经皂化反应，再用乙醚萃取出挥发油中醇类成分。
（4）层析分离方法
①吸附色谱法：
一般是将分馏法或化学分离法得到的部位用吸附色谱法进一步分离。
吸附剂：氧化铝或硅胶；
洗脱剂：石油醚、乙酸乙酯等按一定的比例组成溶剂系统；
②硝酸银络合薄层：
依据其双键的数目和位置的不同，与硝酸银形成p-络合物的难易及稳定性的差异进行分离。
一般来说，双键多的化合物易形成络合物；末端双键较其他双键形成的络合物稳定；顺式双键大于反式双键的络合能力。如a-细辛醚、b-细辛醚、欧细辛醚。
③其他色谱：
制备性气-液色谱法；
制备性薄层色谱。

（四）挥发油成分的鉴定
1．物理常数的测定
相对密度、比旋度、折光率和凝固点等是鉴定挥发油常测的物理常数。
2．化学常数的测定
酸值、皂化值、酯值是重要的化学常数，也是表示质量的重要指标。
（1）酸值：酸值是代表挥发油中游离羧酸和酚类成分的含量。以中和1g挥发油中含有游离的羧酸和酚类所需要氢氧化钾毫克数目来表示。
（2）酯值：代表挥发油中酯类成分含量，以水解1g挥发油所需氢氧化钾毫克数来表示。
（3）皂化值：以皂化1g挥发油所需氢氧化钾毫克数来表示。事实上，皂化值等于酸值和酯值之和。
3．官能团的鉴定
（1）酚类
（2）羰基化合物
（3）不饱和化合物和薁类衍生物
（4）内酯类化合物
4．层析法
（1）薄层层析 TLC法吸附剂：硅胶
展开剂：石油醚-乙酸乙酯
（2）气相色谱法
（3）气相色谱-质谱（GC-MS）联用法

思考题：
1．根据碳原子个数，可将萜分为几类？每一类举出一个代表性的化合物并写出其结构式。
2．简述挥发油的化学组成及主要功能基。
3．简述环稀醚萜、卓酚酮、薁类衍生物的结构特点，试根据其结构讨论其应具备的化学性质。
4．采用NaHSO3法从挥发油中分离含羰基化合物时，应注意的主要问题是什么？其应用范围和Girard试剂有何不同？

第七章三萜及其苷类
目的要求：
1．了解三萜类化合物的生源途径及其生物活性。
2．熟悉三萜类化合物的主要结构类型。
3．掌握三萜类化合物的理化性质及提取分离方法。
4．熟悉三萜类化合物的结构鉴定。
教学时数：4学时。

重点、难点
一、概述

1．概念：多数三萜类衍生物的基本骨架是由6个异戊二烯单位、30个碳原子组成的。有的以游离的形式存在，有的则与糖结合成苷的形式存在，该苷类化合物多数可溶于水，水溶液振摇后产生似肥皂水溶液样泡沫，故被称为三萜皂苷，该类皂苷多具有羧基，所以有时又称之为酸性皂苷。
2．分布：在植物界中分布广泛，种类繁多，大部分分布于五加科、豆科、桔梗科、远志科等。
3．生物活性：抗炎，抗肿瘤，抗菌和抗病毒，降低胆固醇，杀软体动物，抗生育等活性。
4．生物合成：三萜是由鲨烯经过不同途径环合而成，鲨烯是由倍半萜金合欢醇的焦磷酸酯尾尾缩合而成。

二、结构与分类

已发现的三萜类化合物结构类型很多，多数三萜为四环三萜和五环三萜，也有少数为链状、单环、双环和三环三萜。

1．四环三萜
（1）达玛烷型
达玛烷型四环三萜从环氧鲨烯由全椅式构象形成，其结构特点是8位有角甲基，且为b-构型。此外13位连有b-H，10位有b-CH3，17位有b-侧链，C-20构型为R或S。如20（S）原人参二醇、20（S）原人参三醇、酸枣仁皂苷A和B。
（2）羊毛脂烷型
羊毛脂烷型四环三萜是从环氧鲨烯经椅-船-椅构象式环合而成，其结构特点是10、13、14位分别连有b，b，a- CH3，C-20为R构型，A/B，B/C，C/D环均反式。
（3）甘遂烷型
甘遂烷型四环三萜同羊毛脂环一样，A/B，B/C，C/D环也均为反式，但13、14位连的CH3与羊毛脂烷相反，分别为a，b- CH3，C-20连有a-侧链(20S)。

（4）环阿屯烷型
环阿屯烷型的基本骨架与羊毛脂烷很相似，差别仅在于环阿屯烷19位甲基与9位脱氢形成三元环。

（5）葫芦烷型
A/B环上的取代和羊毛脂烷类型化合物不同，有5b-H，8b-H，10a-H，9位连有b- CH3，其余与羊毛脂烷一样。

（6）楝烷型
由26个碳构成，与其它四环三萜类成分相比，后侧链失去4个碳原子，形成了17b-呋喃环，因此又称为降四环三萜或降四三萜。

2．五环三萜类
（1）齐墩果烷型
此类又称b-香树脂烷型。其基本骨架是多氢蒎的五环母核，环的稠合方式为A/B，B/C，C/D环也均为反式，而C/D环为顺式。母核上8个甲基，其中C-4和C-20位上均有偕二甲基，C-10、C-8、C-17的甲基均为b-型，而C-14的甲基为a-构型。
（2）乌索烷型
此类又称a-香树脂烷型或熊果烷型。其基本结构与齐墩果烷型不同之处是E环上两个甲基位置不同，即C-19和C-20上各有1个甲基，其中C-19位上的甲基为b-构型，而C-20位上的甲基为a-构型。
（3）羽扇豆烷型
与齐墩果烷型不同点是D环和E环是反式，C-21与C-19连成五元环（E环），并在C-19位上有a-构型的异丙基或异丙烯基取代。
（4）木栓烷型
木栓烷在生源上是由齐墩果烷烯烃甲基移位而演变来的。
三、理化性质
1．性状
（1）三萜类化合物多有较好的结晶；若与糖结合成为苷类，则不易结晶，多为无色无定形粉末，但也有少数为晶体，如常春藤皂苷为针状晶体。
（2）皂苷多数具有苦而辛辣味，其粉末对人体各部位的粘膜有较强的刺激性，尤以鼻粘膜最为敏感。
（3）皂苷具有吸湿性，保存时应干燥放置。
（4）多数三萜皂苷属于酸性。分子中羧基有的在皂苷元部分，有的在糖醛酸部分，在植物体内常与金属离子如钾、钙、镁等结合成盐的形式存在。
2．溶解性
三萜皂苷元易溶于石油醚、苯、氯仿等有机溶剂，不溶于水；
三萜皂苷可溶于水，易溶于热水，稀醇、热甲醇和热乙醇中。几乎不溶于石油醚、苯等极性小的有机溶剂，含水的丁醇或戊醇对皂苷的溶解度较好，因此是萃取皂苷时常用的溶剂。
3．颜色反应
三萜化合物在无水条件下，与强酸（硫酸、磷酸、高氯酸）、中等强酸（三氯乙酸）、Lewis酸（氯化锌、三氯化铝、三氯化锑）作用，会产生颜色变化或荧光。
原理：主要是使羟基脱水，增加双键结构，再经双键移位、双分子缩合等反应生成共轭双烯系统，又在酸作用下形成阳碳离子盐而呈色。
（1）醋酐-浓硫酸反应
（2）五氯化锑反应
（3）三氯醋酸反应
（4）氯仿-浓硫酸反应
（5）冰醋酸-乙酰氯反应
4．表面活性
皂苷有降低水溶液表面张力的作用，多数皂苷的水溶液经强烈振摇能产生持久性的泡沫，并不因加热而消失。用发泡实验可以初步判断皂苷的有无及区别三萜皂苷与甾体皂苷。
（1）取1g中药粉末，加水10ml，煮沸10min后过滤，取滤液振摇，产生持久性的泡沫（15min以上）呈阳性。含蛋白质和粘液质的水溶液虽也能产生泡沫，但不能持久，很快消失，以此可区别二者。
（2）取2支试管，分别加入0.1mol/L HCl和0.1mol/L NaOH各5ml，再各滴加3d中药水提取液，振摇1min，如两管形成泡沫持久相同，说明该中药含三萜皂苷；如碱液管的泡沫较酸液管泡沫保持时间长几倍，则证明含有甾体皂苷。
5．溶血作用
皂苷有使血液中的红细胞破裂的作用，低浓度的水溶液就能产生溶血作用，因此在制备皂苷中药静脉注射液时须做溶血试验。
单糖链皂苷溶血作用一般较显著；双糖链皂苷，尤其是中性三萜类双糖链皂苷溶血作用较弱或没有溶血作用；酸性皂苷的溶血作用介于二者之间。
皂苷的溶血作用与其分子的结构有密切的关系，如使难以溶于水的皂苷元与糖以外的物质结合，并使之溶于水后，显示与皂苷有同样的溶血作用，所以溶血作用的有无与皂苷元有关，溶血作用的强弱则与结合的糖有关。
由于皂苷能与胆甾醇形成沉淀，因此胆甾醇能解除皂苷的溶血毒性。
6．沉淀反应
皂苷的水溶液可以和一些金属盐类如铅盐、钡盐、铜盐等产生沉淀。利用这一性质可以进行皂苷的提取和分离。
①酸性皂苷（通常指三萜皂苷）的水溶液加入硫酸铵、醋酸铅或其它中性盐即产生沉淀。
②中性皂苷（通常指甾体皂苷）的水溶液则需加入碱式醋酸铅或氢氧化钾等盐类才能生成沉淀。
四、提取分离
1．三萜化合物的提取与分离
（1）提取：三萜化合物的分离方法大致可分为四类：
①用乙醇或甲醇提取，提取物直接进行分离；
②用醇类溶剂提取后，提取物依次用石油醚、氯仿、乙酸乙酯进行部分提取，然后进一步分离；
③制备衍生物再作分离；
④由三萜皂苷水解获得。
（2）分离：采用反复硅胶吸附柱层析法。
2．三萜皂苷的提取与分离
（1）提取：三萜皂苷常用醇类溶剂提取，若皂苷含有羟基、羧基极性基团较多，亲水性强，用稀醇提取效果较好。提取物先用石油醚脱脂，然后再用正丁醇萃取，萃取物再经大孔吸附树脂，得粗皂苷。
（2）分离：采用分配柱色谱法要比吸附柱色谱法好，常用硅胶为支持剂，以氯仿-甲醇-水为或乙酸乙酯-乙醇-水为洗脱剂。

四、结构测定

1．UV
2．IR
3．MS
4． NMR

思考题：
1．简述三萜皂苷的结构及其检识方法。
2．根据皂苷的结构说明皂苷的性质，并进一步说明皂苷的提取分离方法。

第八章甾体及其苷类
目的要求：
1．掌握甾体及其苷类的结构特征和类型。
2．掌握强心苷、甾体皂苷的理化性质、颜色反应及其应用。
3．掌握强心苷的酸水解法和酶水解法及酶水解法在生产中的应用。
4．了解强心苷的一般提取分离方法，掌握甾体皂苷及苷元的提取方法及沉淀分离方法。
5．熟悉强心苷、甾体皂苷的波谱特征，掌握甾体皂苷的红外光谱特征。
教学时数：6学时。

重点、难点
一、概述
1．概念
甾体类化合物式天然广泛存在的一类化学成分，种类很多，但结构中都具有环戊烷骈多氢菲的甾核。
2．结构特点
（1）甾核的四个环可以有不同的稠合方式。
（2）甾核的C10和C13位有角甲基取代，C17位有侧链，它们均为b-型。
（3）甾核C3位有羟基取代，可与糖结合成苷。C3位羟基具有两种构型：
① C3-OH与C10-CH3为顺式，称为b-型（以实线表示）；
② C3-OH与C10-CH3为反式，称为a-型或epi-（表-）型（以虚线表示）。
（4）母核的其它位置还可以有羟基、羰基、双键、环氧醚等功能基的取代。
3．分类
根据侧链结构的不同，天然甾类成分又分为许多类型：
C17侧链 A/B B/C C/D
C21甾类羟甲基衍生物反反顺
强心甾类不饱和内酯环顺、反反顺
甾体皂苷类含氧螺杂环顺、反反反
植物甾醇脂肪烃顺、反反反
昆虫变态激素脂肪烃顺反反
胆酸类戊酸顺反反
4．生源途径
通过甲戊二羟酸的生物合成途径转化而来。
乙酰辅酶A 角鲨烯 2,3氧化角鲨烯甾类
5．通性
甾类成分在无水条件下，遇强酸亦能产生各种颜色反应，与三萜化合物类似。
（1）Liebermann-Berchard反应
（2）Salkowski反应
（3）Rosenheim反应
（4）三氯化锑或五氯化锑反应

二、C21甾体化合物
1．概念：C21甾是一类含有21个碳原子的甾体衍生物，是目前广泛应用于临床的一类重要药物。
2．活性：具有抗炎、抗肿瘤、抗生育等方面的活性。
3．结构特点：C21甾类成分在植物体中除游离方式存在外，也可和糖缩合成苷类存在。

（1）苷元的结构特征：①以孕甾烷或其异构体为基本骨架。在C5、C6位大多有双键，C20位可能有羰基，C17位上的侧链多为a-构型，但也有b-构型。
②近年还发现一些变形的C21甾体化合物，如：14,15-开裂孕甾烷的衍生物——脱水拉得苷元；13,14;14,15-双开裂孕甾烷的衍生物——白薇新苷。
（2）苷的结构特征：糖链多和C3-OH 相连，但也发现有连在C20位OH上。分子中除含有2-羟基糖外，有时还含有2-去氧糖。
三、强心苷
（一）概述
1．概念：强心苷是存在于植物中具有强心作用的甾体苷类化合物。
2．生物活性：具有强心作用，主要用以治疗充血性心力衰竭及节律障碍等心脏疾患。
3．分布：强心苷存在于许多有毒的植物中，已知主要有十几个科几百种植物，尤以玄参科、夹竹桃科植物最普遍。
在植物体内主要存在于果、叶或根中。
（动物中至今未发现强心成分存在。如蟾蜍中强心成分为蟾毒配基基其酯类，而非苷类成分。）
4．生物合成：以甾醇为母体经过多次转化而逐渐生成，涉及到大约20种酶的作用。
（二）化学结构与分类

1．强心苷元
从化学结构上看，是由强心苷元与糖缩合而成的一类苷。强心苷元均属甾体衍生物，其结构特征是在甾体母核的C-17位上均连一个不饱和内酯环。
（1）甾体母核部分
①天然界存在的已知强心苷元，其B/C环为反式稠合，C/D环为顺式稠合，而A/B环则有顺式、反式两种稠合方式，但大多数是顺式，如洋地黄毒苷元；少数为反式，如乌沙苷元。
②甾体母核部的C-3和C-4位上都有羟基。C3-OH多为b-构型，如洋地黄毒苷元；少数是a-构型。C14-羟基均是b-构型。
③在母核的其它位置还可能出现羰基、羟基、环氧基等。
（2）不饱和内酯环部分
根据其在甾体母核的C-17位上连接的不饱和内酯环的不同，可将强心苷元分为两类。
①甲型强心苷元（强心甾烯类）：其基本母核为强心甾，由23个碳原子组成。已知的强心苷元中，绝大多数属于此类。
母核的C-17位上连接的是五元不饱和内酯环（即Δab-g-内酯），大多为b-构型，个别为a-构型。在异构化酶的作用下，b-构型的强心苷元可转变为无强心作用的或强心作用显著降低的a-构型异构体，例如毒毛旋花子种子中含有异构化酶，能使C-17位的侧链由b-构型转变为a-构型。
②乙型强心苷元（蟾蜍甾烯类或海葱甾二烯类）：其基本母核为蟾蜍甾或海葱甾，由24个碳原子组成。母核部分C-17位上连接的是六元环不饱和内酯环（即Δab, gd-双烯-d-内酯），为b-构型。
由乙型强心苷元与糖缩合而成的苷称为乙型强心苷。天然界中仅少数几种强心苷元属于这一类型。
2．糖部分
强心苷中的糖共有20余种。根据它们的C-2位上有无羟基可以分成a-羟基糖和a-去氧糖两类。a-去氧糖主要存在于强心苷类化合物的分子中，而在其他苷类化合物分子中则极少见，故在检识强心苷类时常需要进行a-去氧糖的鉴别反应。
（1）a-羟基糖除D-葡萄糖外，还有：
①6-去氧糖如L-鼠李糖等；
② 6-去氧糖甲醚如D-洋地黄糖等。
（2）a-去氧糖
①2，6-二去氧糖如D-洋地黄毒糖等；
② 2，6-二去氧糖甲醚如L-夹竹桃糖、D-加拿大麻糖等。
3．糖和强心苷元的连接方式
强心苷分子，多数是几个单糖结合成低聚糖的形式，再与苷元的C-3位羟基连接成苷，少数为双糖苷或单糖苷。强心苷中糖部分自身虽无强心作用，但却科增加强心苷对心肌的亲和力。
按与C-3位羟基直接相连的内端糖的种类的不同分为以下三种类型：
I 型强心苷：苷元-（2，6-二去氧糖）x —（D-葡萄糖）y
II 型强心苷：苷元-（6-去氧糖）x —（D-葡萄糖）y
III 型强心苷：苷元-（D-葡萄糖）y
天然存在的强心苷类以 I 型及 II 型较多，III 型较少。
（三）理化性质
1．理化性质
（1）物理性质
①性状：强心苷类多为无色结晶或无定形粉末，中性物质，有旋光性。C-17位上的侧链为b-构型者味苦，而a-构型者味不苦，但无强心作用。对粘膜有刺激性。
②溶解度：可溶于丙酮、甲醇、乙醇、水等极性溶剂，难溶于乙醚、苯、石油醚等非极性溶剂。它们的溶解度也因糖基数目和性质以及苷元中有无亲水性基团而有差异。
（2）化学性质
在适当条件下，强心苷可发生分子中的内酯环开裂、双键氧化、某些取代基脱水或缩合、C17b-内酯侧链异构化等反应。在研究或制备强心苷的过程中要注意这些情况的发生。
2．苷键的水解
强心苷的苷键可以在酸或酶的催化下发生水解。同时，分子中有的酯键结构还能被碱催化水解。因此，强心苷的水解分为化学方法和生物方法两大类，化学方法主要有酸水解、碱水解，生物方法主要有酶水解。
（1）酸催化水解
① 温和酸水解法：用稀酸（如0.02~0.05mol/L的盐酸或硫酸），在含水醇中经短时间（半小时至数小时）加热回流。在此条件下，可使 I 型强心苷水解生成苷元和糖。因为苷元和a-去氧糖、a-去氧糖和a-去氧糖之间的糖苷键极易被酸水解，在此条件下即能被切断。
但由a-羟基糖形成的苷键则难以水解，故常常得到二糖或三糖。
② 强烈酸水解法：II 型和 III 型强心苷中的堂，均非a-去氧糖。必须以高浓度的酸（3%~5%），增加作用时间或同时加压，才能使强心苷和糖之间的苷键、糖和糖之间的苷键全部水解。
但却常引起苷元发生脱水反应，得不到原来的苷元。
（2）酶水解法
含强心苷的植物中均有水解b-D-葡萄糖苷键的酶共存，但无水解a-去氧糖苷键的存在。所以酶能水解除去强心苷分子中的葡萄糖而保留a-去氧糖。
一般来说，乙型强心苷较甲型强心苷更易为酶水解；糖基上有乙酰基的强心苷较糖基上无乙酰基的强心苷水解速度慢。
酶解法在强心苷产生中有很重要的作用。由于甲型强心苷的强心作用与分子中的糖基数目有关，即苷的强心作用强度为：单糖苷>二糖苷>三糖苷，所以常利用酶解法使植物体内的原生苷水解成强心作用更强的次生苷。
（3）碱水解法
强心苷的苷键为缩醛结构，可被酸或酶水解，对碱则较稳定而不被水解。但是，在碱试剂的作用下，可使强心苷分子中的酰基水解、内酯环开裂、Δ20(22)转位及苷元异构化等。
　　　　①　酰基的水解：在强心苷的苷元或糖基上常有酰基存在，一般可用碱处理使酯键水解而脱去酰基。常用的碱有：NaHCO3、K HCO3（a-去氧糖上的酰基）、Ca(OH)2、Ba(OH)2（a-去氧糖、a-羟基糖上的酰基），它们能选择性地水解苷元或糖基上的酰基而不影响内酯环。
　　　　②　内酯环的水解：在水溶液中，NaOH、KOH能使强心苷的内酯环开裂，酸化后又可重新闭环。在醇溶液中，NaOH、KOH能使强心苷的内酯环开裂，但同时还使其结构异构化，故酸化也不再有可逆变化。
　　3．显色反应　　　强心苷除甾体母核所产生的显色反应外，还可因结构中含有不饱和内酯环和a-去氧糖而产生显色反应。
（1）由不饱和内酯环产生的反应
甲型强心苷的C17侧链上有不饱和五元内酯环，在碱液中，双键转位能形成活性次甲基，从而能够与某些试剂反应而显色。而乙型强心苷在碱液中不能产生活性次甲基，故无此类反应。
此类反应可以在试管内进行，也可以作为薄层层析和纸层析的显色剂。
①Legal反应： NaFe(NO)CN5·H2O 深红或蓝
②Kedde反应： 3,5-二硝基苯甲酸深红或红
③Raymond反应：间-二硝基苯紫红或蓝
④Baljet反应：苦味酸橙或橙红
（2）由2-去氧糖产生的反应
①Keller-Kiliani反应：
②对-二甲氨基苯甲醛反应：
③呫吨氢醇（Xanthydrol）反应：
④过碘酸-对硝基苯胺反应：
（四）提取与分离
1．提取
由于强心苷易受酸、碱、酶的作用，发生水解、脱水及异构化等反应。因此应注意：
①如以提取原生苷为目的时，要抑制酶的活性，防止酶解；如以提取次生苷为目的时，要利用酶的活性，进行部分酶解。
②避免接触酸、碱。
2．分离
一般用各种色谱方法进行分离。
实例：毛地黄毒苷的提取：
西地兰的提取：
五、波谱特征
1．UV
2．IR
3．MS
3． NMR

四、甾体皂苷

（一）概述

1．概念：甾体皂苷是一类由螺甾烷类化合物与糖结合的寡糖苷。有的以游离的形式存在，有的则与糖结合成苷的形式存在，该苷类化合物多数可溶于水，水溶液振摇后产生似肥皂水溶液样泡沫，故被称为甾体皂苷。该类皂苷不具有羧基，呈中性，所以又称之为中性皂苷。
2．分布：在植物界中分布广泛，主要分布于薯蓣科、百合科等。
3．生物活性：防止心脑血管疾病，抗肿瘤，降血糖和免疫调节等作用。

（二）结构与分类
甾体皂苷的皂苷元基本骨架属于螺甾烷的衍生物，依照螺甾烷结构中C25的构型和环合状态，可将其分为四种类型：
（1）螺甾烷醇类 C25为S构型
（2）异螺甾烷醇类 C25为R构型
（3）呋甾烷醇类 F环为开链衍生物
（4）变形螺甾烷醇类 F环为五元四氢呋喃环

（三）理化性质

1．甾体皂苷元多有较好的结晶；若与糖结合成为苷类，则不易结晶，多为无色无定形粉末。
甾体皂苷元易溶于石油醚、苯、氯仿等有机溶剂，不溶于水；甾体皂苷可溶于水，易溶于热水，稀醇、热甲醇和热乙醇中。几乎不溶于石油醚、苯等极性小的有机溶剂。含水的丁醇或戊醇对皂苷的溶解度较好，因此是萃取皂苷时常用的溶剂。
2．甾体皂苷所具有的表面活性和溶血作用等与三萜皂苷相似，但F环开裂的皂苷往往不具溶血作用，而且表面活性降低。
3．甾体皂苷与甾醇形成分子复合物，甾体皂苷的乙醇溶液可被甾醇（常用胆甾醇）沉淀。
4．甾体皂苷在无水条件下，遇某些酸类亦可产生与三萜相类似的显色反应。
颜色反应

（四）提取与分离

多采用溶剂提取法。主要使用甲醇或稀乙醇作溶剂，提取液回收溶剂后，用水稀释，经正丁醇萃取或大孔纯化，得粗皂苷，再经过硅胶柱层析分离或高效液相制备，得单体。
常用的洗脱剂：氯仿：甲醇：水混合溶剂或水饱和的正丁醇。

（五）波谱特征
1．UV
2．IR
3．MS
4．NMR

思考题：
1．强心苷元主要分为哪几类？其主要结构特征具有哪些异同点？利用哪些化学性质可以区分它们？这些化学反应所用的试剂及反应现象是什么？
2．简述强心苷的一般溶解规律及影响因素。
3．按强心苷元及与其C-3位羟基直接相连的内端糖的种类的不同可将强心苷分为几种类型？每一类举出一个代表化合物。这些类型的强心苷分别可以采取什么样的水解方法进行水解？
4．甾体皂苷的理化性质与三萜皂苷的理化性质有何异同点？如何将二者区分开？
5．简述甾体皂苷的主要结构特征及其分类。如何利用化学反应区别呋甾和螺甾类化合物？
6．如何利用IR、1H NMR、13C NMR区别螺甾类皂苷元25位碳的构型？螺甾烷质谱裂解的特征离子碎片有哪些？碎片离子质荷比有何规律？

第九章生物碱
目的要求：
1．掌握生物碱的含义、分布及存在形式。
2．了解生物碱的生源关系，熟悉主要生物碱的结构类型。
3．掌握生物碱的理化性质、显色反应、检识方法及C—N键裂解反应。
4．掌握生物碱的一般提取、分离方法。
5．了解生物碱的结构鉴定与测定方法。
教学时数：6学时。

重点与难点：
一、概述
生物碱是一类重要的天然含氮类化合物。
1．定义：多数教材定义为：生物碱是指一类来源于生物界（以植物为主）的含氮的有机物，多数生物碱分子具有较复杂的环状结构，且氮原子在环状结构内，大多呈碱性，一般具有生物活性。
含氮的有机化合物有很多，但低分子胺类（如甲胺、乙胺等）、非环甜菜因类、氨基酸、氨基糖、肽类（肽类生物碱除外）、蛋白质、核酸、核苷酸、卟啉类、维生素类等。
比较确切的表述：生物碱是含负氧化态氮原子、存在于生物体中的环状化合物。
负氧化态氮：包括胺（-3）、氮氧化物（-1）、酰胺（-3）；排除含硝基（+3）、亚硝基（+1）的化合物。
环状结构：排除了小分子的胺类、非环的多胺和酰胺。（实际上有些非环的胺类或酰胺是属于生物碱范畴的，如麻黄碱）
2．分布：
低等植物（蕨类、菌类）、高等植物（单子叶植物、双子叶植物）；
同科同属植物可能含有相同结构类型的生物碱；
在植物体内各个器官和组织都可能有分布，但对于一种植物来说，生物碱往往在植物的某种器官含量较高。
3．存在形式：
（1）根据氮原子在分子中所处的状态，主要分为六类：①游离碱②盐类③酰胺类④N-氧化物⑤氮杂缩醛类⑥其它如亚胺、烯胺等。
在植物体内，除以酰胺形式存在的生物碱外，少数碱性极弱的生物碱以游离的形式存在，绝大多数以盐的形式存在；个别生物碱则以氮氧化物的形式存在，如氧化苦参碱。

二、生物碱生物合成的基本原理

（一）环合反应
1．一级反环合应
（1）内酰胺形式：该反应主要限于肽类生物碱等的生物合成。
（2）希夫碱形式：含氨基（伯胺或仲胺）和羰基的化合物易加成-脱水形成希夫碱。
（3）曼尼希氨甲基化反应：醛、胺（一级胺或二级胺或氨）和负碳离子（含活泼氢的化合物）发生缩合反应，结果是活泼氢被氨甲基所取代，得到曼尼希碱。
（4）加成反应：所谓加成反应是特指一亲核氨基与芳香或醌类体系中亲电中心的加成反应。
综上所述，氨基和羰基反应体是生物碱生物合成中最重要的形成N-杂环体系的前体物。这中间希夫碱形成和曼尼希缩合所需的醛类以及酶的催化作用则是关键因素。

2．次级环化反应：
最重要的次级环化反应是氧化偶联；其次是亚胺盐的次级环合反应也比较重要。
（1）酚氧化偶联：酚氧化偶联的大致过程可归纳为：酚自由基形成®自由基偶联®再芳香化。
1）酚自由基形成
2）自由基偶联
3）再芳香化
①烯醇化-再芳香化
②C-C键迁移-再芳香化
③C-C键裂解-再芳香化

（2）亚胺盐次级环合反应

（二）C-N键的裂解
1．内酰胺开环
最简单的Ｃ－Ｎ键裂解是内酰胺开环反应。在某些情况下，仲胺可通过氧化转化成内酰胺，再进行Ｃ－Ｎ键的裂解。

2．Hofmann降解和von Braun降解
这是生物碱的两个降解反应。在生物体内同样可以化学上等价地进行这两种反应。

三、生物碱的分类、生源关系及其分布

生物碱的分类主要有三种方法：
（1）来源分类
（2）化学分类
（3）生源结合化学分类
分类依据不同，各有利弊。不过，目前似乎以后一种分类方法为主。

1．来源于鸟氨酸的生物碱
2．来源于赖氨酸的生物碱
3．来源于邻氨基苯酸的生物碱
4．来源于苯丙氨酸和酪氨酸的生物碱
5．来源于色氨酸的生物碱
6．来源于萜类的生物碱
7．来源于甾体的生物碱

四、生物碱的理化性质

（一）性状
1．形态：多数生物碱呈结晶形固体，有些为非晶形粉末状；少数生物碱为液体状态，这类生物碱分子中多无氧原子，或氧原子结合为酯键，个别生物碱具有挥发性，如麻黄碱；极少数生物碱具有升华性，如咖啡因。
2．味道：大多数生物碱具苦味，少数生物碱具有其它味道，如甜菜碱为甜味。
3．颜色：绝大多数生物碱无色，仅少数具有较长共轭体系结构的生物碱呈不同的颜色。如小檗碱和蛇根碱显黄色，小檗红碱显红色。
（二）旋光性
凡是具有手性碳原子或本身为手性分子的生物碱，则具有旋光性。反之则无，如小檗碱没有旋光性。
生物碱的旋光性受溶剂、pH等因素的影响。如麻黄碱在氯仿中呈左旋光性，而在水中则呈右旋光性；烟碱在中性条件下呈左旋光性，而在酸性条件下则呈右旋光性；有的生物碱游离状态与其成盐状态的旋光性也有不同，如长春碱游离时为右旋光性，其硫酸盐为左旋光性。
生物碱的生理活性与其旋光性有关。通常左旋体的生理活性比右旋体强，如乌头中存在的左旋去甲乌头碱具有强心作用，但存在于其它植物中右旋去甲乌头碱则无强心作用。又如左旋莨菪碱的扩瞳作用较右旋体强100倍等。也有少数生物碱右旋体的生理活性较左旋体强，如右旋古柯碱的局部麻醉作用强于左旋体古柯碱。

（三）溶解性
生物碱类成分的结构复杂，其溶解性有很大差异，与其分子中N原子的存在形式、极性基团的有无、数目以及溶剂等密切相关。可分为以下几种情况。
1．亲脂性生物碱的溶解性
这类生物碱的数目较多，绝大多数叔胺碱和仲胺碱属于亲脂性生物碱。
（1）游离生物碱
易溶于乙醚、苯、卤代烷类等亲脂性有机溶剂，尤其在氯仿中的溶解度较大；可溶于甲醇、乙醇、丙酮、醋酸乙酯等有机溶剂；难溶或不溶于水。
（2）生物碱盐
易溶于水，其无机盐在水中的溶解度大于有机酸盐；可溶于甲醇、乙醇；难溶或不溶于亲脂性有机溶剂。
少数生物碱盐的溶解性不符合一般规律。如奎宁、奎宁尼丁、辛可宁、吐根酚碱等生物碱的盐酸盐可溶于氯仿，麻黄碱草酸盐难溶于水。
2．亲水性生物碱的溶解性
水溶性生物碱数目较少，主要指季胺碱型生物碱，也包括一些分子量较小的叔胺碱或仲胺碱。
（1）季胺型生物碱
这类生物碱易溶于水、酸水和碱水，可溶于甲醇、乙醇、正丁醇等极性大的有机溶剂，难溶或不溶于乙酸乙酯、乙醚、氯仿等低极性的有机溶剂。
（2）小分子生物碱
少数分子量较小的叔胺或仲胺生物碱既可溶于水，也可溶于氯仿。这类生物碱包括麻黄碱、苦参碱、秋水仙碱等
3．具有特殊官能团的生物碱的溶解性
（1）具有酚羟基（或羧基）的生物碱
这类生物碱称为两性生物碱，如吗啡、青藤碱等。除具有一般叔胺碱的溶解性能外，由于其结构中连有弱酸性官能团，也可溶于苛性碱溶液。
（2）具内酯（或内酰胺）结构生物碱的溶解性
这类生物碱如喜树碱、那可汀碱等在正常情况下，其溶解度类似一般叔胺碱。但在热水溶液中，其内酯（内酰胺）结构可开环形成羧酸盐而溶于水。

（四）生物碱的检识
在生物碱的预试、提取、分离和结构鉴定中，常常需要一种简便的检识方法。最常用的是生物碱的沉淀反应和显色反应。

1．生物碱的沉淀反应：
生物碱的沉淀反应是利用大多数生物碱在酸性条件下，与某些沉淀剂反应生成弱酸不溶性复盐或络合物沉淀。
（1）生物碱沉淀试剂的种类

]

试剂名称组成反应特征
碘化物复盐类：
碘-碘化钾试剂 KI·I2 红棕色沉淀
碘化汞钾试剂 K2HgI4 类白色沉淀
碘化铋钾试剂 KBiI4 黄至橘红色沉淀
重金属盐类：
硅乌酸试剂 SiO2·12WO3·nH2O 淡黄或灰白色沉淀
磷钼酸试剂 H3PO4·12MO3·2H2O 白色或黄褐色沉淀
磷钨酸试剂 H3PO4·12WO3·2H2O 白色或黄褐色沉淀
大分子酸类：
苦味酸试剂黄色结晶
苦酮酸试剂黄色结晶
其它：
雷氏铵盐试剂 NH4[Cr(NH3)2(SCN)4] 红色沉淀或结晶
（2）沉淀反应的条件
1）反应环境：
生物碱沉淀反应一般在稀酸水溶液中进行。这是由于生物碱与酸成盐易溶于水，生物碱沉淀试剂也易溶于水，且在酸水中较稳定，而反应产物难溶于水，因而有利于反应的进行和反应的进行和反应结果的观察。
2）净化处理：
生物碱的酸水提取液通常含有蛋白质、多肽、鞣质等成分，这些物质也能与生物碱沉淀试剂发生沉淀反应。为了避免其干扰，可将酸水也碱化后，用氯仿萃取，除去水溶性干扰成分，然后用酸水从氯仿中萃取出生物碱，以此酸水液进行沉淀反应。
（3）生物碱沉淀反应阳性结果的判断
1）阳性结果的判断：
为了检识的准确性，一般选用三种以上的沉淀试剂进行反应，如果均有生物碱的沉淀反应，可判断为阳性结果。
2）需要注意的问题
①极少数生物碱不能与一般生物碱沉淀试剂产生反应。如麻黄碱、咖啡碱与多数生物碱沉淀试剂不能发生反应，因而只能用其它检识反应鉴别；
②中药中有些非生物碱类物质也能与生物碱沉淀试剂产生沉淀反应，如蛋白质、多糖、氨基酸、鞣质等。因此制备共试品溶液时，需要净化处理除去这些物质，避免其干扰而导致错误的结论。
（4）生物碱沉淀反应的应用
①检识反应
②指导生物碱的提取分离
③生物碱的分离纯化
④薄层或纸层色谱的显色剂

2．显色反应
某些生物碱单体能与一些以无机酸为主的试剂反应生成具有颜色的产物，不同的生物碱产生不同的特征颜色，这种试剂称为生物碱的显色试剂。
（1）生物碱显色试剂的种类：
试剂名称试剂组成颜色特征
Macquis试剂含少量甲醛的浓硫酸吗啡紫红色
Frohde试剂 1%钼酸钠（铵）的浓硫酸溶液小檗碱棕绿色
Mandelin试剂 1%钒酸铵的浓硫酸溶液莨菪碱红色

（2）显色反应的应用：
在研究过程中应用不广泛，但对检识和分析个别生物碱仍有一定的参考价值。
①生物碱的检识
②生物碱的含量测定

（五）生物碱的化学性质和反应
生物碱的化学性质和反应十分丰富，本节仅选择与氮原子有关的重要而共同的化学性质与反应：碱性、成盐、涉及氮原子的氧化和C-N键裂解，加以讨论。
1．碱性：
（1）碱性的产生及其强度表示：
生物碱分子中都含有氮原子，其氮原子上的孤电子对能接受质子而显碱性。碱性是生物碱的重要性质。通常以酸式离解指数pKa表示。
碱性强度与pKa值关系：
pKa<2（极弱碱）、pKa 2~7（弱碱）、pKa 7~12（中强碱）、pKa> 12（强碱）。

碱性基团的pKa值大小顺序一般是：
胍基>季胺碱(pKa> 11)>脂胺类，脂氮杂环类（pKa 8~11）>芳胺类，芳氮杂环类（pKa 3~7）>两个以上的氮杂环类（pKa <3）> 酰胺基（中性）。

（2）碱性与分子结构的关系：生物碱的碱性强弱与氮原子的杂化度、诱导效应、诱导-场效应、共轭效应、空间效应以及分子内氢键形成等有关。
1）氮原子的杂化度：生物碱分子中氮原子孤电子对处于杂化轨道中，其碱性强度随杂化度升高而增强，即sp3>sp2>sp。

2）诱导效应：生物碱分子中氮原子上电荷密度受到分子中供电基（如烷基等）和吸电基（如芳环、酰基、醚键、双键、羟基等）诱导效应的影响。供电基使电荷密度增多，碱性变强；吸电基则降低电荷密度，
如：碱性强弱次序是：二甲胺（pKa10.70）> 甲胺（pKa10.64）> 氨（pKa9.75）
(显然，甲基的供电性使二甲胺碱性稍强些。)

3）诱导-场效应：生物碱分子中同时含有两个氮原子时，即使其处境完全相同，碱度总是有差异的。一旦第一个氮原子质子化后，就产生一个强的吸电基团
—+NHR2 。此时，它对第二个氮原子产生两种碱性降低效应：诱导效应和静电效应。前者通过碳链传递，且随碳链增长而渐降低。后者则通过空间直接作用，故又称为直接效应。二者可统称为诱导-场效应。
若此时强的吸电基和第二个氮原子在空间上接近时，则直接效应对其碱度的影响就更显著。若空间上相距较远，彼此受诱导-场效应的影响较小。

4）共轭效应：若生物碱分子中氮原子孤电子对成p-p共轭体系时，通常情况下，其碱性较弱。生物碱中常见的p-p共轭效应主要有三种类型：苯胺型、烯胺型和酰胺型。
①苯胺型：苯胺氮原子上孤电子对与苯环p-电子成 p-p共轭体系，碱性（pKa4.58）比相应的环己胺（pKa10.14）弱的多。
②烯胺型：通常烯胺化合物存在以下平衡：
③酰胺型：若氮原子处于酰胺结构中，由于氮原子孤电子对与酰胺羰基的p-p共轭效应，其碱性很弱。
注意：氮孤电子对和共轭体系中p电子产生p-p共轭的立体条件必须是二者的p-电子轴共平面。否则，这种共轭效应减弱或消失，都将使碱性增强。
5）空间效应：尽管质子的体积较小，但生物氮原子质子化时，仍受到空间效应的影响，使其碱性增强或减弱。
6）分子内氢键形成：分子内氢键形成对生物碱碱性强度的影响颇为显著。
对具体化合物，上述几种影响生物碱碱性强度的因素，必须综合考察。一般来说，空间效应和诱导效应共存时，前者居于主导地位。诱导效应和共轭效应共存时，往往后者的影响为大。此外，除分子结构本身影响生物碱的碱性强度外，外界因素如溶剂、温度等也可影响其碱性强度。
2．成盐
绝大多数生物碱可与酸形成盐类。对质子化来说，仲胺、叔胺生物碱成盐时，质子多结合于氮原子上。但是，对以季胺碱、氮杂缩醛、烯胺以及具有涉及氮原子的跨环效应形式存在的生物碱，质子化则往往并非发生在氮原子上。
（1）季胺生物碱成盐：季胺生物碱与酸成盐时，质子与 OH-结合成水。
通常，盐类与碱又复成季胺碱，但对以亚胺盐形式如小檗碱类和苯菲啶类等形式存在的季铵盐，其在酸碱溶液中存在的形式比较特殊：在碱水溶液中，以氮杂缩醛形式存在。在酸性溶液中，则以季铵盐的形式为主。

（2）含氮杂缩醛生物碱的成盐：
这类生物碱与酸作用成亚胺盐，质子与烷氧基结合成醇或水。

（3）涉及氮原子跨环效应生物碱的成盐：若生物碱分子中氮孤电子对空间上靠近酮基时，则多产生跨环效应，导致许多理化性质的变化。这类生物碱与酸成盐时，质子化发生在酮基上，且伴随着C—N键的形成。

（4）具有烯胺结构生物碱的成盐：此类生物碱质子化多在b-碳上，而非氮原子。

3．涉及氮原子的氧化
许多生物碱在氧化剂作用下，被氧化成亚胺及其盐类，去N-烷基、酰胺（甲酰胺、乙酰胺、内酰胺）化、氮杂缩醛以及氮氧化物等。除N-氧化物外，这些反应绝大多数都是经过中间体亚胺盐离子进行，故统称为涉及氮原子的氧化。同样的这些反应也受到立体条件的限制。
（1）—氧化成亚胺及其盐类：某些生物碱与Hg(Ac)2 作用，生成亚胺化合物。

（2）N-去烷基化：托品类生物碱和某些苄基四氢异喹啉类生物碱多具N-甲基，而二萜生物碱多为N-乙基。有时需要通过氧化进行N-去烷基化。常用的氧化剂有KMnO4、Hg(OAc)2、Ag2O、CrO3/pyr等。

（3）酰胺化：许多生物碱均可被KMnO4、Hg(OAc)2、OsO4、K3Fe(CN)6等氧化形成酰胺衍生物。生成的酰胺因氧化剂对N原子邻位碳攻击的位置变化而不同。若被攻击的碳原子处于环系中，则产物为内酰胺；反之，则为酰胺。

（4）氮杂缩醛形成：某些特定结构的生物碱，可被氧化剂如KMnO4、Hg(OAc)2等氧化形成氮杂缩醛衍生物。
除上述外，生物碱在H2O2、过氧酸等作用下，氧化成N-氧化物。
4．C-N键的裂解反应：
生物碱分子中C-N键的裂解是非常重要的化学反应，其裂解方法主要有：霍夫曼降解、Emde降解和von Braun三级胺降解。
（1）霍夫曼降解（Hofmann degradation）：又称彻底甲基化，是最重要的C-N键裂解反应。
霍夫曼降解就是指胺（伯、仲、叔）与CH3I等作用形成具有b-H的季铵盐后，再与碱加热发生b-H消除（或称1，2-消除），生成水、烯和胺的反应。
（书P364 示意图）
1）反应历程：霍夫曼降解主要涉及三种反应历程：
①E1历程（单分子消除）：
②E2历程（双分子消除）：
③E1CB历程（负碳离子历程）：
三种反应历程的一般关系是：
2）E2消除反应的立体化学：
主要有两点：①反式E2消除较为普遍，顺式E2消除较少发生。
②反式E2消除中，反应速率取决于过度态的稳定性。越稳定，反应速率越大。
3）消除方向：由于消除方向不同，消除反应常生成异构的产物。

注意：当消除反应新生成双键与原有双键（或芳环、酮基等）共轭时，常以共轭产物为主，而与反应历程无关。许多生物碱的霍夫曼降解都遵循此种规则。
4）取代反应：霍夫曼降解时，几乎总是伴随着取代反应（多为SN2）。常见的是分子中羟基、酚羟基、烯醇羟基等在碱作用下，发生的分子内取代。

5）改良的霍夫曼降解：用卤代甲烷如CH2Cl2、CH2Br2代替甲基季胺盐化即可实现，这就是改良的霍夫曼降解。

（2）Emde降解（Emde degradation）
是指季胺盐与还原剂（Hg-Na、Na-液氨）作用，使C-N+键断裂的反应，多用于无b-H的生物碱中C-N键的裂解。实为霍夫曼降解的补充方法。反应历程如下：

一般规律是降解优先发生在处于苄基或烯丙体系的C-N键上。Emde降解也受反应条件的影响。

显然，经二次霍夫曼降解就不存在取向的问题。所以实际应用中常与霍夫曼降解结合，以提高裂解的定向程度。

（3）von Braun三级胺降解（von Braun ternary amine degradation）
三级胺与溴化氢作用，生成溴代烷和二取代氨基氰化物的反应称为von Braun三级胺降解。

1）反应机制：一般认为是两次连续的亲核取代反应（I、II）。

2）降解方向与反应产物：若三级胺中存在一种以上断裂C-N键机会时，von Braun降解方向与反应产物密切相关。

3）羟基溶剂对反应产物的影响：von Braun 降解中，若用羟基溶剂（如水、甲醇、乙醇等）时，由于OH-或EtO-基亲核性大于Br-离子，而成为第二次取代反应的主要进攻试剂，结果反应产物中引入羟基或烷氧基。

五、生物碱的提取与分离

（一）总生物碱的提取
总生物碱的提取方法有：溶剂法、离子交换法、沉淀法。
1．溶剂法
（1）水或酸水-有机溶剂提取法：
（2）醇-酸水-有机溶剂提取法：
（3）碱化-有机溶剂提取法：
（4）其他溶剂法：
2．离子交换树脂法
将酸水液与阳离子交换树脂（多用磺酸型）进行交换，以与非生物碱成分分离。
3．沉淀法
季胺生物碱因易溶于碱水中，除离子交换树脂法外，往往难于用一般溶剂将其提取出来。此时常采用沉淀法进行提取。以雷氏铵盐

（二）生物碱的分离
分离程序一般有系统分离与特定生物碱的分离。
（1）系统分离：通常采用总碱类别或部位单体生物碱的分离程序。常用于基础性的研究。
（2）特定生物碱的分离：
特定生物碱的分离是基于对欲分离的生物碱的结构、理化特性的充分理解。许多药用生物碱的生产都属于这种分离。
（3）利用生物碱的碱性差异进行分离：
（4）利用生物碱及其盐溶解度的差异进行分离：
（5）层析法：

六、生物碱的结构鉴定与测定
（一）光谱法在生物碱结构测定中的应用
1．UV
2．IR
3．MS
4．NMR

思考题：
1．生物碱碱性强弱的大致规律是什么？影响生物碱的因素有哪些？各是如何影响的？
2．不同生物碱的溶解度有何规律？
3．说明生物碱pH梯度萃取法的原理。如何利用pH梯度萃取法分离不同碱性的生物碱？
4．在进行生物碱TLC时，若选用硅胶为吸附剂，会由于硅胶呈酸性而常使生物碱的斑点Rf值太小，试说明采用哪些方法进行补偿？; 0

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