天然生物活性有机化合物

1、第15章 天然生物活性有机化合物 本章重点介绍萜类化合物、生物碱、苷类、黄酮和异黄酮、木质素及甾族化合物等天然生物活性有机化合物的结构特征、理化性质、生物功效及其作用等。活性有机化合物是指具有较强生物活性的有机成分，一般包括生物碱、皂苷、黄酮、萜类、木质素和甾族化合物等。活性有机化合物广泛存在于动植物中，包含了各类有机化学成分， 在生物体内发挥着各种各样的功效，在人类与疾病做斗争及自身保健、提高生活质量、延年益寿等方面越来越受到世界的瞩目，尤其在治疗心血管疾病、抗肿瘤、降糖、抗神经抑郁、保肝降脂等各个医学领域都发挥了重要的作用。学习本章以后，应能回答以下问题：1什么是活性有机化合物？2常见的活

2、性有机化合物有那些？3含氮有机化合物是否一定是生物碱？4苷类化合物的组成、结构特点及其性质。5萜类化合物的基本结构组成。6甾族化合物的药物用途。7木质素的组成及生物活性。151 萜类化合物萜类化合物(terpenoids)一般是指具有(C5H8)n通式以及其含氧和不同饱和程度的衍生物。萜类化合物可看作是异戊二烯或异戊烷以各种方式连接而成的一类天然化合物，广泛存在于植物、昆虫及微生物中，是天然化合物中最多的一类。萜类化合物具有较强的生理活性，例如具有抗肿瘤活性的雷公藤内酯（triptolide）、人参皂苷Rg3（ginsenoside Rg3）、鸭胆丁(bruceantin)等；抗疟活性的青蒿素

3、（arteannuin）和鹰爪甲素（yingzhaosu A）;防治肝硬变、肝炎的葫芦素B、E（cucurbitacin）;神经系统作用的莽草毒素（anisatin）、马桑毒素（ coriamyrtin）以及抑制血小板凝聚、扩张冠状动脉的芍药苷（paeoniflorin）等。1511 萜类化合物的结构及分类早在1887年Wallach 提出“异戊二烯规则”，认为自然界存在的萜类化合物都是由异戊二烯衍变而来的，是异戊二烯的聚合体或是衍生物。因此，其结构特征是： (C5H8)n ，其中 n=1，2，3。萜类化合物分类一般沿用经验的“异戊二烯规则”进行分类，即根据其构成分子碳架的异戊二烯数目和碳环数

4、目进行分类。将含有一个异戊二烯单位的萜类称为半萜；含有2个异戊二烯单位的萜类称为单萜；含有3个异戊二烯单位的萜类称为倍半萜；含有4个异戊二烯单位的萜类称为二萜；含有5个异戊二烯单位的萜类称为二倍半萜；依此类推。同时再根据各萜类化合物分子中碳环的有无和数目多少，进一步分为开链萜（或无环萜）、单环萜、双环萜、三环萜等。常见的有无环单萜，如月桂烷；单环单萜，如对-薄荷烷；单环倍半萜，如没药烷；单环二萜，如-樟二萜烯等。值得注意的是有一些属于萜类化合物的碳架却划分不成异戊二烯的基本单元，如艾里木芬酮、土青木香酮等。另外需注意，虽然萜类化合物一般都由异戊二烯的单位构成，但是科学试验表明异戊二烯并不是萜类

5、化合物的前提物质。而萜类化合物的真正前体是由葡萄糖在酶的作用下形成乙酰基辅酶A，然后通过一系列分子间的缩合、还原、磷酸化、异构化等化学反应，从而产生焦磷酸异戊烯酯（IPP）和，-二甲基烯丙酯（DMAPP），二者是含有C5单位的“活性异戊二烯”是萜类成分在生物体形成的真正前体。1512 单萜温习提示： 双环化合物的命名方法。单萜类（monoterpenoids）化合物是指分子中含有两个异戊二烯单位的萜烯及其衍生物。广泛存在于高等植物的分泌组织（腺体、树脂道等）中，多数是挥发油中沸点较低（140180）部分的主要组成成分，它们的含氧衍生物沸点较高（约200230），多数具有较强的香气和生理活性，是

6、医药和化妆品工业的重要原料。单萜类化合物根据分子中碳环的数目分为开链单萜、单环单萜、双环单萜。1无环单萜 无环单萜又称链状单萜，其结构类型不多，常见的有月桂烷型、薰衣草烷型和艾蒿烷型三种：柠檬醛在乙醇钠的作用下可以与丙酮发生缩合反应，其缩合产物经环合后得紫罗兰酮（ ionone）。紫罗兰酮是一种名贵的人造紫罗兰香料。其中-紫罗兰酮具有馥郁的香气，用于配置高级香料，-紫罗兰酮可用作合成维生素A的原料。2单环单萜和双环单萜 单环单萜是由链状单萜环合衍变而来的。环合的方式不同产生不同的结构类型。常见的有对-薄荷型、环香叶型和卓酚酮型：对-柠檬烷型的代表化合物有柠檬烯、-松油烯、薄荷酮及桉油精等。柠檬

7、烯为具有柠檬香味的无色液体，在水中不溶，在乙醇中可以任意混合。能与HCl及HBr的无水物可形成一卤化物，与HCl及HBr的水溶液则形成二卤化物。薄荷酮（menthone）常与薄荷醇共存于薄荷油中，二者都具有浓郁的薄荷香气，广泛用于医药和食品工业。桉油精(cineole)是桉叶油的主要成分，约含70.0%，它具有解热消炎作用和较强的抗菌防腐能力。双环单萜是分子中含有双环的单萜，组成它们的碳架在15种以上，常见的有6种，其中4种可看成是由薄荷烷在不同位置之间进一步环合而成的。另外两种结构类型是异莰烷型和葑烷型：双环单萜在一定条件下能发生分子重排，产生更多种结构类型的化合物。派烷型衍生物以蒎烯（pi

8、nene）为代表，是松节油的主要成分，有-蒎烯、-蒎烯和-蒎烯等。其中有-蒎烯含量约70%，是合成樟脑和龙脑的重要原料。-蒎烯 -蒎烯 -蒎烯莰烷衍生物多以含氧衍生物形式存在，例如樟脑和龙脑。樟脑（camphor）主要存在于樟树的挥发油中，我国产的天然樟脑占世界第一位。樟脑在医药上主要做刺激剂和强心剂，其强心作用是由于在人体内被氧化成-氧化樟脑和对-氧化樟脑而导致的。樟脑 -氧化樟脑 对-氧化樟脑龙脑（ borneol）俗称冰片，又称樟醇，是樟脑的还原产物。有发汗、祛痰、兴奋、镇痉和防腐作用，还有显著的抗氧功能。此外，它还是香料工业的重要原料。樟脑 冰片1513 二萜和三萜二萜类（diterp

9、enes）化合物可以看成是由4分子异戊二烯聚合而成的衍生物，因其分子量较大，挥发性较差。二萜化合物多以树脂、内酯或苷（详见第16章1613）的形式存在于自然界。二萜化合物的结构类型有链状二萜、单环二萜、双环二萜、三环二萜和四环二萜，其重要的代表结构及化合物有：单环二萜 双环二萜 三环二萜 四环二萜（半日烷） （松香烷） （贝壳杉烷）植物醇（phytol）是广泛存在于叶绿素的组成成分，也是维生素E和K1的合成原料；丹参酮类化合物是活血化瘀中药丹参根中分到的二萜醌类成分，有丹参酮（tanshinone ）、丹参酮A（tanshinoneA ）等20多种脂溶性有效成分，其中丹参酮A的磺化产物丹参酮A

10、磺酸钠，能溶于水，经临床试用，证明治疗心绞痛效果显著，副作用小，为一治疗冠心病的新药。三萜类（triterpenes）化合物一般视为六分子异戊二烯聚合而成，也有少数三萜化合物分子中的碳原子多于或少于30个。三萜是萜类化合物中最多的一类，多以游离状态或成苷、成酯的形式存在于自然界。目前已发现的三萜化合物，除个别是无环和三环三萜外，主要是四环三萜和五环三萜。2，3-环氧角鲨烯（squalene-2,3-epoxide）是角鲨烯转变为三环、四环和五环三萜的重要生源中间体。在环化酶或弱酸介质中很容易被环化成四环三萜化合物羊毛甾醇（lanosterol）：四环三萜除羊毛脂甾烷（lanostane）型外，

11、还有达玛烷（dammarane） 型、奥克梯隆（ ocotillol）型等。 从人参、西洋参中得到的具有抗癌活性的人参皂苷Rg3、 Rh2（ginsenoside Rg3、 Rh2 ）属于达玛烷型皂苷，西洋参中的代表成分伪人参皂苷F11（pseudo ginsenoside F11）为奥克梯隆型。五环三萜有齐墩果烷（oleanane）型、乌苏烷（ursane）型、羽扇豆烷（lupane）型、木栓烷（friedeiane）型、羊齿烷(fernane)型、何帕烷（hopane）型等，是常见的中草药中活性成分。152 甾类化合物甾类化合物（steroid）分子中含有一个环戊烷并氢化菲的骨架，4个环用

12、A、B、C和D表示，广泛存在与动植物组织内，并在动植物生命活动中起着十分重要的作用。“甾”字可能来源于将A、B、C和D的4个环看作是“田”字，把R1、R2和R3的三个基团当作“”而得名。1521 甾族化合物的结构温习提示：环己烷及十氢萘的构象。在自然界中，甾类化合物分子中的A、B、C、D 4个环只有两种稠合方式，一种是A、B顺式稠合，B、C及C、D是反式稠合；另一种是A、B是反式稠合，B、C及C、D仍是反式稠合。前者称-构型，后者称为-构型。A/B（反）、B/C（反）、C/D（反） A/B（顺）、B/C（反）、C/D（反）-构型 -构型-构型中，C5上H与C10位上的-CH3在环平面异侧，又称

13、5系，-构型中C5上H与C10位上的-CH3在环平面同侧，又称5系。环上的氢被其他原子或基团取代，取代基若与C5、C10角甲基在同侧称为型取代基，异侧称为型取代基。根据甾类化合物的存在和化学结构可以分为甾醇、胆甾酸、甾类激素等。问题15- 1请画出-构型和-构型甾类化合物的构象式。1522 甾醇甾醇（sterol）常以游离状态或以酯或以苷的形式广泛存在于动物和植物的体内。甾醇可依照来源分为动物甾醇及植物甾醇两大类。天然的甾醇在C3上有一个羟基，并且绝大多数都是构型。甾醇又称为固醇。胆固醇（cholesterol）是一种动物甾醇，最初是在胆结石中发现的一种固体醇，所以称为胆固醇。胆固醇分子结构特

14、点是：C3上有一个羟基，C5与C6之间有一个碳碳双健，C17连着一个8碳原子的烷基侧链。胆固醇的结构式如下：胆固醇是一种无色或略带黄色的结晶，熔点148.5，难溶于水，易溶于热乙醇、乙醚和氯仿等有机溶剂。胆固醇分子中C5C6之间有一个碳碳双键，它可以和一分子溴或溴化氢发生加成反应，也可以催化加氢生成二氢胆固醇。胆固醇分子中的羟基可酰化后形成酯，也可与糖的半缩醛羟基生成苷。将少量胆固醇溶于醋酸酐中，再滴加少量浓硫酸，即呈现红-紫-褐-绿色的颜色变化，此反应称为Liberman-Burchartd反应，常用于定性检验甾族化合物。胆固醇大多以脂肪酸酯的形式存在于动物体内，而常以糖苷的形式存在于植物体

15、内。胆固醇广泛分布于动物所有细胞中，它是细胞膜脂质中的重要组分，生物膜的流动性和通透性与它有着密切关系，同时它还是生物合成胆甾酸和甾体激素等的前体，它在体内起着重要作用。但是胆固醇摄取过多或代谢发生障碍时，胆固醇就会从血清中沉积在动脉血管壁上，导致冠心病和动脉粥样硬化症；过饱和胆固醇从胆汁中析出沉淀则是形成胆固醇系结石的基础。然而近期有学者认为，体内长期胆固醇偏低会诱发癌症。所以，即要给机体提供足够的胆固醇来维持机体的正常生理功能，又要防止胆固醇过量或过少所造成的不良影响，这些是现代人类健康生活所应解决的热点问题。7-脱氢胆固醇（7-dehydrocholesterol）是动物甾醇，与胆固醇在

16、结构上的差异是C7与C8之间多了一个碳碳双键。7-脱氢胆甾醇 维生素D3在肠粘膜细胞内，胆固醇经酶催化氧化成7-脱氢胆固醇后，经血液循环输送到皮肤组织中，若再经紫外线照射，7-脱氢胆固醇的B环开环转变成为维生素D3。因此常作日光浴是获得维生素D3的最简易方法。麦角甾醇（ergosterol）是一种植物固醇，存在于酵母和一些植物中，分子式为C28H44O。麦角甾醇分子结构中，比7-脱氢胆固醇在C24上多了一个甲基，在C22和C23之间多一个碳碳双键。麦角甾醇经紫外线照射后，最后B环开环生成维生素D2。 麦角甾醇 维生素D2维生素D是一类抗佝偻病维生素的总称。目前己知至少有10种维生素D，它们都是

17、甾醇的衍生物，其中活性较高的是维生素D2和维生素D3。维生素D的主要生理功能是调节钙、磷代谢，促进骨骼正常发育。当维生素D缺乏时，儿童可患佝偻病，成人引起软骨症。1523 胆甾酸胆酸（cholic acid ） 、脱氧胆酸（deoxycholic acid）、鹅脱氧胆酸和石胆酸等存在于动物胆汁中，它们都属于5-系甾族化合物，并且分子结构中含有羧基，故总称它们为胆甾酸。胆甾酸在人体内可以以胆固醇为原料直接生物合成。至今发现的胆甾酸己有100多种，其中人体内重要的是胆酸和脱氧胆酸。 胆酸 脱氧胆酸胆甾酸在胆汁中分别与甘氨酸（NH2CH2COOH）和牛磺酸（H2NCH2CH2SO3H）通过酰胺键结合

18、，形成各种结合胆甾酸，这些结合胆甾酸总称为胆汁酸（blie acid）。例如胆酸与甘氨酸或牛磺酸分别生成甘氨胆酸（glycocholic acid）和牛磺胆酸(taurocholic acid)。在胆汁中，大部分胆汁酸均以钠盐或钾盐形式存在，称为胆汁酸盐（简称胆盐，bile salt）。胆汁酸盐分子内部即含有亲水性的羟基和羧基（或磺酸基），又含有疏水性的甾环，这种分子结构能够降低油/水两相之间的表面张力，具有乳化剂的作用。胆汁酸的生理功能是使脂肪及胆固醇酯等疏水的脂质乳化成细小微团，增加消化酶对脂质的接触面积，以便机体对脂类的消化与吸收，其次抑制胆汁中胆固醇的析出。1524 甾体激素激素（ho

19、rmone）是由内分泌腺及具有内分泌功能的一些组织所产生的，并具有调节各种物质代谢或生理功能的微量化学信息分子。己发现人和动物的激素有几十种，它们按化学结构可分为两大类。一类是含氮激素，另一类是甾族激素。甾族激素根据来源又分为肾上腺皮质素和性激素两类。 肾上腺皮质素（adrenal cortical hormone）是肾上腺皮质分泌的激素，它分泌的激素种类很多，按照它们的生理功能可分为两类：一类是主要影响糖、蛋白质与脂质代谢的糖代谢皮质激素（glucocorticoid），另一类是主要影响组织中电解质的转运和水的分布的盐代谢皮质激素（mineralocorticoids）。这两类皮质激素均是2

20、1-碳甾族化合物，结构上的共同特点是：C3上有酮基，C4和C5之间有一个碳碳双键，C17上连有一个2-羟基乙酰基。主要皮质激素的化学结构如下：糖代谢皮质激素有皮质酮（corticosterone）、可的松（cortisone ）、氢化可的松（hydrocortisone）等；盐代谢皮质素如醛固酮（aldosterone）等。早在1855年，Addison医生就发现了肾上腺皮质的重要性，肾上腺皮质分泌的激素减少，会导致人体极度虚弱，贫血、恶心，低血压、低血糖，皮肤呈青铜色，这些症状临床上称Addison病。糖皮质激素是一种具有重要生理和药理作用的甾族激素，在临床治疗中占有相当重要的地位，例如，氢

21、化可的松、强的松、地塞米松等都是较好的抗炎、抗过敏药物。 性激素（sex hormone）是性腺（睾丸、卵巢、黄体）所分泌的甾族激素，它们具有促进动物发育、生长及维持性特征的生理功能。性激素分为雄性和雌性激素两类。雄性激素（male hormone ）：最早获得天然雄性激素纯品的人是德国生物化学家Butenandt，1931年从15000 L男性尿中分离得到15mg结晶雄酮。1935年从公牛睾丸中分离出睾丸酮（1939年因发现并提纯出多种性激素而获诺贝尔化学奖）。天然雄性激素经结构分析为19-碳甾族化合物，C17位上无碳侧链，而连有羟基或酮基。重要的雄性激素有睾丸酮（testosterone）

22、、雄酮（androsterone）和雄烯二酮，其中睾丸酮的活性最大。从构效关系分析，3-酮和3-OH的引入能增加雄性激素活性，17-OH是雄性激素所必需的基团，没有一种基团能达到17-OH的效果，17-OH无活性。雄性激素具有促进蛋白质的合成、抑制蛋白质代谢的同化作用，能使雄性变得肌肉发达，骨骼粗壮。雌性激素主要由卵巢分泌，它包含雌激素和孕激素两类。1雌激素（estrogen ） 分泌雌激素的主要场所是在成熟的卵泡中。雌激素是引起哺乳动物动情的物质，并能促进雌性生殖器官的发育和维持雌性第二性征。20世纪30年代早期先后从孕妇尿中分离得到雌酮（estrone ）和雌三酮，从卵巢分离得到雌三醇（e

23、striol）。雌酮和雌二醇（estradiol ）系卵泡分泌的原始雌激素，两者在体内可以相互转变，再生物氧化形成雌三醇。三者雌激素的生物活性由强至弱的排序是：雌二醇>雌酮>雌三醇。天然雌激素属于18-碳甾族化合物，结构特点是：A环为苯环，C10上没有甲基，C3有一个酚羟基，故有酸性，C17位为酮基或羟基。构效关系表明，酚环和C17位氧的存在是生物活性所必需的。雌激素在临床上的主要用途是治疗绝经症状和骨质疏松，最广的用途是生育控制。人工合成的炔雌醇（ethinyl estradiol ）为口服高效、长效的雌激素，活性比雌二醇高78倍。临床上用于月经紊乱、子宫发育不全、前列腺癌等治疗

24、。炔雌醇对排卵有抑制作用，可用作口服避孕药。2孕激素（progestogen ）主要从排卵后的破裂卵泡组织形成的黄体中分得，它们的主要生理作用是保证受精着床，维持妊娠。首次获得的20mg纯品天然黄体酮（progesterone ） 是从2万头母猪的卵巢中分离提取出来的。重要的天然孕激素是黄体酮，它属于24-碳甾族化合物，C3为酮基，C4与C5之间有碳碳双键，C17位上有一个-乙酰基。黄体酮构效关系表明：17位引入羟基，孕激素活性下降，但羟基成酯则作用增强。在C6位引入碳碳双键和甲基或氯原子都使活性增强。因此制药工业上，以黄体酮为先导化合物，对其进行结构改造，先后合成了一系列具有孕激素活性的黄体

25、酮衍生物。孕激素临床上用于治疗痛经、功能性子宫出血和闭经。另一主要用途是与雌激素联用作为避孕药。黄体酮 炔雌醇值得注意的是，美国卫生与人类服务部（HHS）2002年12月报道了一组控制性别特征和生长特征的相关甾体雌激素，可增加子宫内膜癌和乳腺癌发病危险。153 苷类提示温习：糖的结构式。 苷类（ glycosides）又称配糖体（详见第16章），是由糖和非糖物质结合而成的一类化学成分。在植物体内苷类分布非常广泛，近年来不断发现新的苷类化合物。由于苷类种类繁多，结构不一，其生理活性也多种多样，在心血管、呼吸系统、消化系统、神经系统及抗菌消炎，增强肌体免疫功能、抗肿瘤等方面都具有不同的活性。153

26、1 苷的结构苷是由糖或糖的衍生物如糖醛酸、氨基糖等与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（aglycone）,糖端基糖与苷原子之间的键称为苷键。在苷的生成过程中，糖端基碳上的羟基通常与苷元分子中的羟基、羧基、氨基、巯基或活波氢原子等不同基团缩合脱水，因而在苷的分子中，苷键部分常含氧、氮、硫、碳等不同原子，称为苷（键）原子（详见第16章16 44）。苷元结构包罗万象，结构类型差别很大，这也是苷种类繁多的主要内因。苷键原子由氧原子组成的氧苷是最常见的苷类，其苷元多具有酚羟基或醇羟基，常见的如苯环或芳稠环、苯并吡喃（酮）、内酯、萜类、甾体、生物碱、木质素等均可作为苷

27、元。 组成苷的糖有单糖、双糖、三糖及四糖及其衍生物。尤以单糖、二糖为多，其中常见的是己碳糖如D-葡萄糖等。1532 强心苷强心苷（cardiac glycoside）是由强心苷元(cardiac aglycone)与糖类缩合所产生的一类苷，大多数具有强心作用，故称强心苷。强心苷的苷元含有甾核，属于甾类化合物，甾核4个环的稠合方式与甾醇类化合物有所不同。天然强心苷苷元的A/B环多数为顺式，少数为反式，B/C环皆为反式，C/D环皆为顺式；C3和C14位上均连有-OH，C10和C13位上分别连有一个侧链，C10位上多数为-CH3，少数为-CHO、-COOH，C13位上皆为-CH3；最重要的是C17位

28、上连接不饱和内酯环，多数强心苷元含有五元内酯环，称为甲型强心苷元，其母核称为强心甾（cardeolide），如羊毛黄毒强心苷元；少数含有六元内酯环，称为乙型强心苷元，其母核称为海葱甾（scillaolide）或蟾蜍甾（bufanolide），如海葱苷元。例如毛地黄毒苷元（digifoxigenin）为甲型强心苷元，海葱苷元(scillarenin)为乙型苷元。强心苷的种类很多，例如从毛花毛地黄（digitalis lanata）叶中分离出的5个强心苷。毛花毛地黄苷A-E5种强心苷分别称为毛花毛地黄苷（lanatoside）A、B、C、D和E。它们苷元的碳架都相同，只是在C12和C16上结合的原

29、子或基团不同。分子中毛地黄毒糖和乙酰毛地黄毒糖结构分别为：毛花毛地黄苷A、B、C、D、E分别通过去乙酰基反应，即得到去乙酰基毛花毛地黄苷A、B、C、D和E。其中毛花毛地黄苷C一般称为西地兰（desianoside），由于它比毛花毛地黄苷C少一个乙酰基，故有较强的水溶性，适于注射用，毒性小，比较安全，是一种常用的速效强心药。 1533 皂苷皂苷（saponins）包括三萜皂苷和甾体皂苷，因这类化合物的水溶液在振摇时产生似肥皂样的持久泡沫而得名。三萜皂苷是由三萜苷元与糖及其衍生物脱水而成的苷类化合物。按皂苷元的基本骨架可以分为两大类：五环三萜类皂苷和四环三萜类皂苷。五环三萜类皂苷又可分为（1）-香

30、树脂醇型，（2）-香树脂醇型，（3）羽扇豆烷型（lupane type）等；四环三萜类皂苷又可分为（1）羊毛脂甾烷型（lanostane type），（2）达玛烷型（dammarane type），（3）葫芦烷型(cucurbitane type)等。五环三萜皂苷元的A/B、B/C、C/D环均为反式，D/E环除羽扇豆烷型外均为顺式。五环三萜主要区别在E环上。-香树脂醇型C30、C29甲基同在C20位上，而-香树脂醇型C30、C29甲基分别处在C20、C19位上；羽扇豆烷型 的E环为五元环，在C19位上有一不饱和的丙烯基侧链。五环三萜苷元大多数具有C3-OH，在C28或C24位常有羧基存在，此外

31、在C2、C6、C7、C11、C12、C20、C25、C26和C27常有-OH取代。例如-香树脂醇、-香树脂醇和羽扇豆醇等。四环三萜不如五环三萜分布广泛，基本骨架为环戊烷并多氢菲的四环甾核，在甾核有三个甲基。A/B、B/C、C/D环均为反式。羊毛脂甾烷型在C10、C13有两个-甲基，在C14有一个-甲基；达玛烷型在C8、C10位有两个-甲基，在在C14有一个-甲基；葫芦烷型在C5、C6间有双键、C8位有-H，C9位有-甲基和C10位有-H。甾体皂苷的苷元由27个碳原子组成的甾体衍生物，是植物中一类重要的生物活性物质。迄今为止，从植物中分离得到约400中甾体皂苷。甾体皂苷基本碳架分为螺环型（spi

32、rostanes）、开环型（furostanes）及其他类型。螺环型主要有螺旋甾烷（spirostane）或其异构体异螺旋甾烷（isospirostane）。螺旋甾烷植物界存在的甾体皂苷苷元，具有与天然甾醇相似的甾核构型，A/B环为反式（5）或顺式（5）；B/C和C/D均为反式有时在C5-C6之间具C=C。当C25的绝对构型为S型时，称为螺旋甾烷；C25的绝对构型为R型时，称为异螺旋甾烷。一般来说，25R型衍生物比25S型稳定。薯蓣皂苷（dioscin）是中草药薯蓣（有名穿山龙）中含有的皂苷，其苷元为异螺旋甾烷。甾体皂苷分子结构中不含羧基，呈中性，故甾体皂苷又称中性皂苷。薯蓣皂苷元是合成激素药

33、物和避孕药的重要原料。同时还可用于治疗冠心病心绞痛等。1534 苷类的理化性质苷类通常是固体，其中糖基少的苷可成结晶，而糖多的苷呈无定形粉末状，仅少数为晶体，皂苷元大多有完好的结晶。皂苷因其糖上含有多羟基极性较大，易溶于水、含水丁醇、乙酸乙酯、热甲醇和乙醇，难溶于丙酮、乙醚。另外皂苷有助溶性，可促进其他成分在水中的溶解。一般三萜皂苷具有发泡性，其水溶液震荡可产生持久性泡沫。皂苷易发生水解反应形成次级苷、苷元和糖。154 生物碱温习提示：含氮杂环化合物。生物碱（alkaloid）是指生物体内除去必须的含氮化合物，如氨基酸、多肽、蛋白质和B族维生素外一类含氮的有机碱性化合物。生物碱大多存在于植物中

34、，故又称植物碱。生物碱的分子结构多属于仲胺、叔胺或季铵类，少数为伯胺类，常含有含氮杂环。大多数生物碱具有结晶性，也有无结晶形（如山豆根碱等），还有少数生物碱，如烟碱等生物碱，在常温下呈液体状态，并有挥发性，能在常温下随水蒸汽蒸馏出来而不被破坏。生物碱多数味苦无色，但有少数例外，如小蘗碱和一叶萩碱为黄色。多数生物碱具有旋光性。1541 生物碱的特征 大多数生物碱由于分子结构中都含有氮原子，而氮原子有一孤电子对，能与质子结合生成盐，所以呈碱性。生物碱的分子结构不同，碱性强弱也不一样。游离生物碱极性较小，一般不溶于水或难溶于水，能溶于氯仿、乙醚、酒精、丙酮等有机溶剂中，亦能溶于稀酸溶液并生成盐。生物

35、碱的盐类极性大，大多易溶于水及醇，难溶或不溶于苯、氯仿、乙醚等有机溶剂中。其溶解性能与游离生物碱恰好相反。生物碱盐遇碱仍可变为不溶于水的生物碱。生物碱的溶解度性质十分重要，在提取分离、精制生物碱时，一般都应用这些性质。即样品在酸性条件下，用水提取；再调节至碱性条件下，用有机溶剂提取。生物碱遇一些试剂能发生沉淀，或产生不同的颜色，可利用这些试剂来检出生物碱的存在。但由于易受杂质的干扰，一般用提纯的生物碱反应才较灵敏、准确。常用的沉淀剂有碘化铋钾（BiI3·KI）、碘碘化钾、苦味酸等。1542 芳香族生物碱麻黄碱又称麻黄素（ ephedrin）系左旋麻黄碱，它与右旋的伪麻黄碱互为对映异构

36、体，中药麻黄植物中含有较多的是（-）-麻黄碱和（+）-伪麻黄碱两种。麻黄碱和伪麻黄碱都是芳香族仲胺类生物碱，与一般生物碱沉淀剂不易发生沉淀。在临床上，常用盐酸麻黄碱治疗支气管哮喘、过敏性反应、鼻粘膜肿胀以及低血压等病症。盐酸麻黄碱对中枢神经有兴奋作用，也有散瞳作用。脱氧麻黄碱有称“冰毒”，是一种毒品，详见第15章。 （-）-麻黄碱 （+）-伪麻黄碱问题15-2 麻黄碱理论上应有几个对映异构体？1543 四氢吡咯和六氢吡啶环系生物碱莨菪碱是由莨菪醇和莨菪酸所形成的酯。其中莨菪醇可看作为由四氢吡咯和六氢吡啶两个杂环并合形成的双环结构。莨菪碱呈左旋性，由于结构中莨菪酸部分的手性碳原子处于官能团羰基的

37、-位，容易发生互变异构，因此，莨菪碱在碱性条件下或受热时易外消旋化，形成外消旋的莨菪碱，即阿托品。临床上用阿托品做抗胆碱药，能抑制汗腺、唾液、泪腺、胃液等多种腺体的分泌，并能扩散瞳孔。用于平滑肌痉挛、胃和十二指肠溃疡病，也可做有机磷农药中毒的解毒剂。1544 吲哚环系生物碱长春新碱（vincristine）为片状结晶，存在于夹竹桃科植物长春花中的一种生物碱，属于吲哚类生物碱。结构式如下：试验证明：长春新碱对几种白血病、骨髓病、骨肉瘤均有效，毒性较低，临床上用于治疗急性白血病。1545 喹啉和异喹啉环系生物碱 小蘖碱（berberine）又称黄连素，属于异喹啉类生物碱。存在于黄连、黄柏等小蘖属植

38、物中。游离的小蘖碱主要以季胺碱的形式存在。小蘖碱为黄色结晶，味苦。能溶于水，难溶于有机溶剂中。小蘖碱为广谱抗菌剂，对多种革兰氏阳性细菌及阴性细菌有抑制作用。同时有温和的镇静、降压和健胃作用，临床上用于治疗痢疾、胃肠炎等症。罂粟是一种一年生或两年生的草本植物，其带籽的蒴果含有一种浆液，在空气中干燥后形成棕黑色粘性团块，这就是中药阿片（opium），旧称鸦片。阿片中含20种以上的生物碱，其中最重要的是吗啡（morphine）、可待因（codeine）和罂粟碱（papareine）等，属于异喹啉或还原型异喹啉类生物碱。前两者在临床上应用较多。吗啡及其重要衍生物一般具有以下结构通式。吗啡是阿片中最重要

39、、含量最多的有效成分。其纯品为无色六面短棱锥状结晶，味苦，难溶于水、醚、氯仿等，较易溶于热戊醇及氯仿与醇的混合溶剂。因分子结构中同时含有叔氮原子和酚羟基，为两性化合物。临床用药一般为吗啡的盐酸盐及其制剂。它是强烈的镇痛药物，能持续6小时，也能镇咳，但容易成瘾，一般只为解除晚期癌症病人的痛苦而使用。正常的大手术病人在三天内用小剂量止痛。可待因为无色斜方锥状结晶、味苦、无臭。微溶于水，溶于沸水、乙醇等。它的结构中已不具有酚羟基，故不具两性。临床应用的制剂一般是其磷酸盐，主要作为镇咳剂。其镇痛作用较小，强度为吗啡的1/4，成瘾倾向也较小。海洛因（heroin）纯品为白色柱状结晶或结晶性粉末，光照或久

40、置易变为淡棕黄色。难溶于水，易溶于氯仿、苯和热醇。海洛因即二乙酰吗啡，不存在于自然界，其成瘾性为吗啡的3-5倍，它从不作为药用，是对人类危害最大的毒品之一。155 木质素温习提示：苯的结构及其性质。木质素（ lingnan）是一类由基本结构为苯丙素（C6-C3）所组成的多合物。大多数木质素是游离状态，也有一些与糖结合成苷类。因其从植物的木质部和树脂中发现较早，并且分布较多，故而得名木质素。木质素的生物活性主要有抗肿瘤、抗病毒作用（如前胡脂素，stegnanol等）、保肝作用（如五味子素C，wuweizisu C等），另外还具有降压作用和中枢抑制作用等。1551木质素的结构类型及分类木质素分为木

41、质素和新木质素。木质素是指由两个苯丙烯组成的衍生物，通过8位碳相连而成，其连接方式有四种，按其基本结构碳原子的排列分为9种类型。Ar-C3结构新木质素(neolignan) 是指苯丙素C3位与另一个苯丙素的Ar相连，或中间有氧而聚合的二聚物，或把非碳相连的都归于新木质素。按Ar-C3为一个单位，木质素有2倍体、3倍体、4倍体、5倍体和6倍体等。3倍体（trimers）亦称倍半木质素（sesquilignan），4倍体（tetrmers）亦称2倍体木质素（dilignans）等，依次类推。3倍体是常见的木质素及新木质素，3倍体以上的统称为多聚体木质素。1552 几种具有代表性的木质素化合物民间草

42、药矮陀陀中分得的落叶脂素（lariciresinol）含有四氢呋喃环；中药牛蒡子的主要成分牛蒡子苷（ arctiin）及其苷元含有木质内酯；中国紫杉中的异紫杉脂素（isotaxiresinol）具有苯代四氢萘结构；连翘中的连翘脂素（phillygenol）含有双环氧； 新木质素有从厚朴树皮中分到的厚朴酚（magnolol）为联苯型结构；得自澳大利亚植物Eupomatia laurica 树皮中的 eupomatenoid是苯环与侧链连接后形成呋喃氧环；而得自樟科植物的eusiderin是具有二氧六环结构的新木质素。1553 木质素的理化性质 多数常见的木质素化合物是无色结晶，一般没有挥发性，游

43、离的木质素是亲脂性的，一般难溶于水，易溶于苯、乙醚、氯仿及乙醇等有机溶剂，具有酚羟基的木质素类还可溶于碱性水溶液中。木质素与糖结合成苷时则亲水性增加，对水的溶解性也增大。木质素分子中常具有多个手性碳原子或手性中心结构，所以大部分都有光学活性。其生理活性往往与手性碳的构型有关。例如具有抗癌活性的鬼臼毒脂素（podophyllotoxin）在光学上为左旋型D为-1330，而在碱性条件下，转变其异构体苦鬼臼脂素（picropodophyllin）,其旋光性为右旋D为+90，即失去了抗癌活性。因此，在提取分离木质素时，一定注意其酸碱性溶剂对其活性的影响。有些木质素在酸性条件下会产生异构化。例如，从麻油

44、提得的右旋d-芝麻脂素（d-sesamin）在盐酸乙醇中加热时，部分转化为立体异构体d-细辛脂素（d-sesamin）。某些木质素遇到矿酸后还能引起结构的重排。例如橄榄脂素在矿酸作用下易转变为环橄榄脂素（ cycloolivil）；落叶松脂转变为异落叶松脂素（isolariciresinol）。156 黄酮和异黄酮 黄酮类化合物（flavonoids）原是指基本母核为2-苯基色原酮的一系列化合物。由于其大多数化合物呈黄色或淡黄色，因此称为黄酮。目前黄酮类化合物泛指两个苯环通过3个碳原子相互联结而成的一系列化合物。黄酮类化合物在植物体内大部分与糖成苷，一部分以苷元形式存在。基本骨架为： 黄酮类化

45、合物的生理作用是多种多样的，例如芦丁、槲皮素、槲皮苷能增强心脏收缩，减少心脏搏动数；法尔杜鹃素（farreol）、紫花杜鹃素(matteucinaol)等有止咳祛痰作用；牡荆素(vitexin)、汉黄芩素等具有抗肿瘤活性；水飞蓟素(silybin)有保肝作用等。异黄酮类化合物（isoflavonoids） 是指B环与C环的3位联结而成的黄酮类化合物，是黄酮类化合物中的一个类型。例如大豆素、大豆苷、大豆素-7，4-二葡萄糖苷、葛根素和7-木糖-葛根素等均属于异黄酮类化合物。葛根总黄酮有增加冠状动脉血流量及降低心肌耗氧量等作用；大豆素具有类似罂粟碱的解痉作用；大豆苷、葛根素及大豆素均能缓解高血压患者的头痛等症状。1561 黄酮结构类型及分类根据三碳链的氧化程度，B环（苯基）连接的位置（2或3位）以及三碳链是否与B环构成环状结构等特点，可将主要的天然黄酮类化合物分类如表15-1。天然黄酮类多为表中基本母核的衍生物，常见的取代基有-OH、-OCH3及异戊烯基等。表15-1 黄酮类化合