中药化学第九章强心苷白版1幻灯片

三、强心苷类三、强心苷类（一）概述（二）化学结构及分类（三）理化性质（四）提取分离（五）波谱特征（六）生物活性定义：强心苷（cardiacglycosides）是存在于植物中具有强心作用的甾体苷类化合物，由强心苷元和糖缩合而产生的一类苷。

目前临床应用的有二、三十种，用于治疗充血性心力衰竭及节律障碍等心脏疾病，如西地兰、地高辛、毛地黄毒苷等。但强心苷类能兴奋延髓催吐化学感受区而引起恶心、呕吐等胃肠道反应；且有剧毒，若超过安全剂量时，可使心脏中毒而停止跳动。其中某些强心苷对动物肿瘤有效，主要是细胞毒作用。1785年，W.Withering使用洋地黄叶治疗水肿，到现在已从十几个科一百多种植物中发现强心苷类，主要有夹竹桃科、玄参科、萝摩科、卫矛科、百合科、大戟科等等。较重要的植物有黄花夹竹桃、紫花洋地黄、毛花洋地黄、杠柳、铃蓝、海葱、福寿草、羊角拗等。动物中尚未发现有强心苷类成分，蟾蜍中所含的蟾毒也对心肌有兴奋作用，具强心作用，但其非苷类，而属甾类。

常见的含强心苷的天然药物铃兰、紫花洋地黄R为鼠李糖铃兰毒苷洋地黄毒苷OOOHRO黄花夹竹桃黄夹苷甲黄夹苷乙羊角拗R为L－夹竹桃糖羊角拗苷蟾蜍蟾毒灵生物合成：以甾醇为母体经多次转化而逐渐生成，涉及到大约20种酶的作用，如还原酶、氧化还原酶、苷化酶、乙酰化酶等。三、强心苷类（一）概述（二）化学结构及分类（三）理化性质（四）提取分离（五）波谱特征（六）生物活性二、化学结构和分类

强心苷是由强心苷元（cardiacaglycone）与糖二部分构成。（一）苷元部分1.基本结构（1）苷元母核苷元母核A,B,C,D四个环的稠合构象对强心苷的理化及生理活性有一定影响。天然界存在的强心苷元B/C环是反式，C/D环是顺式，A/B环大多数为顺式如洋地黄毒苷元(digitoxigenin)，少数为反式如乌沙苷元(uzarigenin).（2）取代基苷元母核上的C3,C14位上都有羟基：

C3位-OH多为β-型如洋地黄毒苷元，少数为α-型(命名时冠以“表”字)如3-表洋地黄毒苷元(3-epidigitoxigenin)。

C14位-OH都是β-型(C/D环顺式)。此外：1β，2α，5（α或β），11（α或β），12（α或β），15β，16β位有时也有－OH取代。

16β－OH有时与HCOOH，CH3COOH，异戊酸成酯。C10，C13，C17位有侧链，C10，C13多为β-CH3。C17位侧链为不饱和内酯环，多为β－构型。C11,C12和C19位可能连羰基；C4,5、C5,6、C9,11、C16,17可能有双键。－O－（环氧基）：多位于7,8β，8,14β，11,12β位。2.结构类型根据C17位侧链的不饱和内酯环不同分为：甲型：C17位侧链为五元环的△-内酯乙型：C17位侧链为六元环的△-

-内酯这两类大都是β-构型，个别为α-构型，α-型无强心作用。

甲型强心苷元：C17位上连五元不饱和内酯环，即△αβ-γ-内酯----强心甾烯型。以强心甾（cardenolide）为母核命名。

乙型强心苷元

C17位上连六元不饱和内酯环，即△αβ，γδ----双烯-δ-内酯，称为海葱甾二烯或蟾蜍甾二烯。以海葱甾（scillanolide）或蟾蜍甾(bufanolide)为母核命名。

C3-OH少数为α-构型，命名时冠以表(epi)字，如：命名：俗名法:按植物来源定为某某苷元。系统法命名法：按苷元分类，写出某某苷元，然后再标明取代基的名称，位置（构型）。（二）糖部分构成强心苷的糖有20多种，根据C2位上有无-OH分为α-OH（2-OH）糖及α-去氧糖（2-去氧糖）两类。后者主要见于强心苷。1.-羟基糖除广泛分布于植物界的D-葡萄糖、L-鼠李糖外，还有：（1）6-去氧糖如：L-夫糖、D-鸡纳糖等。（2）6-去氧糖甲醚如：L-黄夹糖、D-洋地黄糖等。2.-去氧糖（1）2,6-二去氧糖如：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。（三）糖和苷元的连接方式

强心苷中，多数是几种糖结合成低聚糖形式再与苷元的C3-OH结合成苷，少数为双糖苷或单糖苷。糖和苷的连接方式有三种：Ⅰ型:苷元-(2,6-去氧糖)X-(D-葡萄糖)YⅡ型:苷元-(6-去氧糖)X-(D-葡萄糖)Y

Ⅲ型：苷元-（D-葡萄糖）Y一般初生苷其末端多为葡萄糖。植物界存在的强心苷，以I、II型较多，III型较少

例:

I型II型：III型：

大量的研究证明，强心苷的化学结构对其生理活性有较大影响。强心苷的强心作用取决于苷元部分，主要是甾体母核的立体结构、不饱和内酯环的种类及一些取代基的种类及其构型。糖部分本身不具有强心作用，但可影响强心苷的强心作用强度。强心苷的强心作用强弱常以对动物的毒性（致死量）来表示。(四)强心苷的结构与活性的关系1.甾体母核

甾体母核的立体结构与强心作用关系密切。(1）C/D环反式稠合（C14-OH或H处于α－构型），C14-OH发生脱水（C8，C15），强心作用降低或消失。（2）甲型强心苷A/B顺式3β-OH有活性，3α-OH无活性A/B反式3-OH（β或α）有活性2.不饱和内酯环

C17所连不饱和内酯环必须是β－构型（17α-H），不饱和内酯环不能发生开环，氧化或双键移位，否则强心作用降低或消失。

3.取代基

强心苷元甾核中一些基团的改变亦将对生理活性产生影响。如C10位的角甲基转化为醛基或羟甲基时，其生理活性增强；

C10位的角甲基转为羧基或无角甲基，则生理活性明显减弱。引入5β，11α，12β-OH活性升高1β，6β，16β-OH活性降低引入△4（5）活性升高△16（17）活性降低或消失增加成CH3CO-(糖或苷元)活性

4.糖部分

强心苷中的糖本身不具有强心作用，但它们的种类、数目对强心苷的毒性会产生一定的影响。一般来说，苷元连接糖形成单糖苷后，毒性增加。随着糖数的增多，分子量增大，苷元相对比例减少，又使毒性减弱。如毒毛旋花子苷元组成的三种苷的毒性比较，结果见表。表毒毛旋花子苷元组成的三种苷的毒性比较

化合物名称LD50（猫，mg/kg）毒毛旋花子苷元0.325加拿大麻苷（毒毛旋花子苷元-D-加拿大麻糖）0.110k-毒毛旋花子次苷-β（毒毛旋花子苷元-D-加拿大麻糖-D-葡萄糖）0.128k-毒毛旋花子苷（毒毛旋花子苷元-D-加拿大麻糖-D-（葡萄糖）20.186

从上表可知，一般甲型强心苷及苷元的毒性规律为：三糖苷＜二糖苷＜单糖苷＞苷元。单糖苷因水溶性低于二糖及三糖苷，而亲脂性强，与心肌细胞膜三的类脂质亲合力强，故毒性大。

表洋地黄毒苷元与不同单糖结合的苷的毒性比较

化合物名称LD50（猫，mg/kg）洋地黄毒苷元0.459洋地黄毒苷元-D-葡萄糖0.125洋地黄毒苷元-D-洋地黄糖0.200洋地黄毒苷元-L-鼠李糖0.278洋地黄毒苷元-加拿大麻糖0.288苷元相同的单糖苷，糖越接近心肌正常代谢产物，则毒性越强。由上表可知，单糖苷的毒性次序为：葡萄糖苷＞甲氧基糖苷＞6-去氧糖苷＞2，6-去氧糖苷。乙型强心苷元及其苷的毒性规律一般为：苷元>单糖苷>二糖苷乙型强心苷元的毒性>相应的甲型强心苷元三、强心苷类（一）概述（二）化学结构及分类（三）理化性质（四）提取分离（五）波谱特征（六）生物活性三、强心苷类㈢理化性质1．一般性质⑴性状

多为无色结晶或无定形粉末.味苦（C17位侧链为α构型者无苦味且不具旋光性）。对粘膜具有刺激性。(2)溶解性：

苷：可溶于水、甲醇、乙醇、丙酮等极性溶剂；微溶于乙酸乙酯、含醇氯仿；

不溶于乙醚、苯、石油醚等极性小的溶剂；

弱亲酯性苷：略溶于氯仿-乙醇（2：1）强亲酯性苷：略溶于乙酸乙酯、含水氯仿、氯仿-乙醇（3：1）苷元：易溶于乙酸乙酯、氯仿等弱极性溶剂；难溶于水、丙酮等极性溶剂；

在分析苷解释某些强心苷的溶解性质，还必须注意：A、苷元相同，非去氧糖多，水溶解性大例如：原生苷＞次极苷；B、分子中羟基多（非缔合羟基），水溶性大例如：乌本苷＞洋地黄苷；C.分子中羟基发生缔合，水溶性减小例如：毛花洋地黄苷C＞毛花洋地黄苷B原因：

三、强心苷类㈢理化性质（3）内酯性质①内酯碱解开环用KOH或NaOH水溶液处理→内酯开环→H+→环合*当用醇性苛性碱（KOH/EtOH）溶液处理时，内酯环异构化，遇酸不能复原。三、强心苷类㈢理化性质②内酯双键的氧化开环内酯环也可直接用高锰酸钾-丙酮（KMnO4-CH3COCH3）氧化得17-羧基化合物。（4）羟基脱水

5β-OH和14β-OH均系叔羟基，极易脱水，故含此取代基的苷类在酸水解时，常得次生的脱水苷元。（1）C14-OH最易发生脱水反应生成缩水苷元。

（2）

同时存在C14-OH和C16-OH，也易脱水，得到二缩水苷元。（3）如将C3-OH氧化为酮基，则更使C5叔羟基活化，在温热条件下即可脱水而形成烯酮。同样，C16被氧化为酮基，也能促使C14-叔羟基脱水而形成烯酮。（4）

若C4位有双键，可促使C3-OH与C4-H脱水，生成共轭双键。三、强心苷类㈢理化性质（5）形成半缩醛结构C10位有醛基取代时，在冷甲醇中用盐酸处理，C3-OH能与C10-醛基形成半缩醛的结构。三、强心苷类㈢理化性质（6）C-17键异构化C-17β-内酯在二甲基甲酰胺(DMF)中可与甲苯磺酸钠(NaOTs)和醋酸钠反应即可异构化为α-内酯。三、强心苷类㈢理化性质（7）邻二羟基的氧化有邻二-OH取代，可被过碘酸钠（NaIO4）氧化，生成双甲酰化合物，继被NaBH4还原，可得二醇衍生物。邻二-OH在A环的C2、C3位，同时C11又有羰基取代，反应形成半缩醛结构。常法乙酰化则可恢复羰基结构，而得二乙酰衍生物。2．苷键的水解强心苷中苷键由于糖的结构不同，水解难易有区别，水解产物也有差异。水解方法主要有酸催化水解、酶催化水解。酸催化水解：

(1)温和酸水解(2)强酸水解(3)盐酸丙酮法水解(1)温和酸水解采用稀酸—H2SO4、HCl等（0.02~0.05mol/L）反应条件—含醇短时间加热回流(30min~数小时)水解对象——2-去氧糖不适用于——2-羟基糖水解过程如下：2-羟基糖易产生下式互变，阻挠了水解反应的进行，故在此条件下不能水解2-OH糖。

I型苷元+α-去氧糖-o-葡萄糖+数个α-去氧糖

由于条件温和，苷元不会发生脱水反应，并仅选择性地水解α-去氧糖苷键，因此常得到α-去氧糖的单糖,连有glc双糖，三糖等低聚糖。但不适于16位有甲酰基的洋地黄强心苷类，在此种条件下，16位甲酰基水解为羟基，得不到原生苷元。0.02-0.05mol/L盐酸或硫酸烯醇（2%左右）加热0.5-数小时例：

三、强心苷类㈢理化性质(2)强酸水解酸的浓度——3~5%水解条件——延长水解时间；同时加压反应特点——引起苷元脱水；可得到定量葡萄糖如：羟基毛地黄毒苷，用盐酸水解，不能得到羟基毛地黄毒苷元，而得到它的叁脱水产物。（结构中C3连糖、C14-OH、C16-OH）I、Ⅱ、Ⅲ型强心苷均可水解。

三脱水羟基毛地黄毒苷元三毛地黄毒糖羟基毛地黄毒苷3-5%HCl三、强心苷类㈢理化性质(3)盐酸丙酮法(Mannich水解)反应试剂——HCl、丙酮溶液反应条件——室温条件下与氯化氢长时间反应反应物条件——糖分子中有C2-OH和C3-OH原理——邻二-OH与丙酮反应，生成丙酮化物进而水解特点——可得到原苷元和糖的衍生物铃兰毒苷1%HCl(丙酮,室温/2weeks)丙酮化物丙酮化物毒毛旋花子苷元氯代-L-鼠李糖丙酮化合物水解又例：乌本苷的酸水解过程H+加热乌本苷元R：鼠李糖丙酮(乌本苷元单丙酮化合物)

Mannich和Siewert法主要用于Ⅱ型苷中的单糖苷，Ⅱ型苷中的多糖苷难溶于丙酮可用丁酮，环己酮或丙酮——二氧六环混合溶剂代替丙酮溶剂。此法不能适用所有的Ⅱ型苷，如黄夹次苷乙用此法水解只能得到缩水苷元。（4）酶水解法含强心苷的植物中，有水解葡萄糖的酶，无水解α-去氧糖的酶，所以能水解除去分子中的葡萄糖而保留α-去氧糖。

蜗牛酶（一种混合酶，蜗牛肠管消化液经处理而得）几乎能水解所有的苷键，能将强心苷分子的糖逐步水解，直至获得苷元，常用来研究强心苷的结构。

另外，无论是哪一种酶，水解不具乙酰基糖基苷的速度>具有乙酰基糖基苷。乙型强心苷比甲型苷易水解。

（5）碱水解法强心苷的苷键为缩醛结构，可被酸或酶水解，而不被碱水解。碱试剂主要使分子中的酰基水解、内酯环裂开、△20（22）转位及苷元异构化等。A.酰基的水解在强心苷的苷元或糖基上常有酰基存在，一般可用碱试剂处理使酯键水解脱去酰基。NaHCO3,KHCO3-----使α-去氧糖上的酰基水解，而α-羟基糖及苷元上的酰基多不被水解；

Ca(OH)2,Ba(OH)2----使α-去氧糖、α-羟基糖及苷元上的酰基水解；

NaOH碱性太强，不但使所有酰基水解，还使内酯环开裂，故很少使用。

B.内酯环的水解

NaOH或KOH的水溶液使内酯环开裂，酸化后又闭环。但在强心苷的醇溶液中加NaOH或KOH内酯环开裂，酸化后不能闭环。甲型强心苷在醇性KOH溶液中，通过内酯环的双键转移和质子转移形成C22活性亚甲基，C14羟基质子对C20的亲电性加成作用而生成内酯型异构化苷，再经皂化作用开环而生成开链型异构化苷。乙型强心苷在醇性KOH溶液中，不发生双键转移，但内酯环开裂生成酯，再脱水形成开链型异构化苷。3．显色反应

强心苷颜色反应是由苷元甾核、不饱和内酯环、2-去氧糖三部分产生。⑴作用于甾体母核的反应与甾体皂苷元反应类同，如L-B反应、三氯醋酸反应（Rosen-Heimer反应）、三氯化锑（或五氯化锑）反应等。全饱和甾类、C3为酮基(无羟基)的化合物呈阴性⑵作用于不饱和内酯环的反应（活性次甲基显色反应）适用对象——主要用于甲型强心苷（作用于五元不饱和内酯环）反应原理——不饱和五元内酯环，在碱性溶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。反应名称试剂颜色

max(nm)Legal反应亚硝酰铁氰化钠深红或兰470Kedde反应3,5-二硝基苯甲酸深红或红590Raymond反应间-二硝基苯紫红或兰620Baljet反应苦味酸橙或橙红490间二硝基苯反应机理：三、强心苷类㈢理化性质⑶作用于2-去氧糖的反应①Keller-Kiliani反应：两液间：毛地黄毒苷绿色羟基毛地黄毒苷洋红色异羟基毛地黄毒苷黄棕色应用对象——具有游离的2-去氧糖、能水解出2-去氧糖的强心苷三、强心苷类㈢理化性质②对二甲氨基苯甲醛反应：（作为显色剂）样品点于滤纸上，喷试剂，90℃加热30秒，显灰红色斑点试剂——1%对-二甲氨基苯甲醛乙醇液-浓盐酸4:1三、强心苷类㈢理化性质③呫吨氢醇（Xanthydrol）反应样品+试剂→水浴加热3分钟→红色试剂——10mg呫吨氢醇溶于100ml冰醋酸，加入1ml浓硫酸④过碘酸-对硝基苯胺反应：（作为显色剂）强心苷+试剂→黄色2-去氧糖过碘酸(黄色)三、强心苷类（一）概述（二）化学结构及分类（三）理化性质（四）提取分离（五）波谱特征四、提取分离无论提取分离哪一种成分，我们都要考虑“两个分开”的问题，即把所要的成分与不要的成分（杂质）分开,把这一类成分中的各个单体分开，同时还要注意所要成分不能发生任何结构上的变化。因此在设计提取分离方案时常常要考虑“杂质”，“所要成分的混合程度”和“成分的稳定性”这三个因素的影响。提取分离强心苷也是这样，要考虑这三个影响因素。杂质:多为糖类、皂苷、色素、鞣质、油脂等成分，量大，水溶性杂质（皂苷还可增加脂溶性强心苷在水中的溶解度，乳化、助溶作用）溶解度与强心苷相似，纯化困难。强心苷多为中性，故不能用黄酮（如芦丁）那样的碱溶酸沉法纯化去杂质。

混合程度：多为几个到几十个单体苷混合共存，结构性质相似，可借分离利用的性质少。（酸碱性，特殊官能团不可能利用，只有溶解度即极性可能利用）分离困难

稳定性差：易酶解，遇酸碱易产生脱水，异构化，水解反应，提取分离时必须谨慎（保酶，杀酶，酸碱处理要温和）

提取分离的影响因素：（一）提取

主要利用强心苷的溶解度进行。（溶于水，甲醇，乙醇，含醇的氯仿）最常用甲醇或70%～80%乙醇提取：原生苷和次生苷也有用含醇的CHCl3提取：次生苷、脂溶性苷提原生苷：先杀酶，再提取提次生苷：先借酶解，再提取（二）纯化

（1）溶剂法

多用于去油脂(种子)和叶绿素(叶)这样一些脂溶性杂质,方法为:将非强心苷类成分除去的过程，称为纯化此法大生产多采用。2、铅盐法

皂苷多用于去鞣质水溶性杂质酸性树脂，水溶性色素3、吸附法

用吸附剂吸附除去杂质，常用的吸附剂有：

活性炭：除叶绿素、糖聚酰胺：除鞣质、水溶性色素

氧化铝：除鞣质、皂苷、叶绿素、水溶性色素

4、提取纯化参考流程

含强心苷植物由于含杂质较多，因此纯化处理往往不是一步就可达到目的的，常要用几步综合处理才能去掉大部分杂质，讲义中所提到流程可供参考：

经此流程拿到得粗总苷，除其中某一个化合物的含量特别高，可用重结晶的方法拿到单体之外，一般必须经进一步的分离方能拿到单体。（三）分离：

是指将粗总苷分成一个个的单体苷。1．萃取法：

利用各单体苷在两相溶剂中的分配系数不同进行分离。

例：毛花洋地黄总苷中苷A、B、C的分离：

水MeOHCHCl3苷A不溶（1：16000）1：201：225苷B几不溶1：201：550苷C不溶

（1：18500）1：201：1750苷C在CHCl3中溶解度最小2.逆流分配法（CCD法）

实际上是一种相对运动的两相萃取分配，可以将分配系数很相近的化合物分开。

例:黄花夹竹桃总苷中苷中A、B、C的分离

3.色谱法

因前面几种经典方法不能分离的强心苷，就只能用色谱法分离了。吸附或分配色谱均可用与分离强心苷。

吸附色谱用于分离苷元或者亲酯性苷（单糖苷或次级苷）。固定相：硅胶，氧化铝移动相：苯-甲醇，氯仿-甲醇，乙酸乙酯-甲醇等。分配色谱均用于分离弱亲酯性苷固定相：硅胶，硅藻土味单体的正相色谱移动相：氯仿-甲醇-水，乙酸乙酯-甲醇-水或用液滴逆流色谱法（DCCC法），多用氯仿-甲醇-水（故此法太昂贵，我们国内少用。）五、鉴定方法：

（一）色谱法：

主要是TLC和PC，多用分配色谱：

TLC：硅胶，硅藻土、纤维素为担体固定相：甲酰胺、乙二醇

移动相：

氯仿-丙酮（4：1）、氯仿-正丁醇（19：1）

PC：多为含水或醇系统，如B.A.W或仲丁醇－水（饱和）等。显色剂：活性亚甲基试剂，三氯乙酸－氯胺T试剂（二）波谱特征：

1.UV：强心苷中能有UV吸收的主要是内酯环：

甲型强心苷：λmax：217-220nm，logε4.2-4.24

Δ16(17)与Δαβ共轭，270，强吸收Δ14(15),16(17)，330，强吸收孤立－C=O（C11,C12,C19等），300，小峰成肩峰

乙型强心苷：λmax：295-300nm，logε约3.93Δ22（23）λmax出现红移。孤立－C=O吸收在此区域出峰，而被掩盖。2、IR：

也主要是不饱和内酯环上羰基的吸收。

甲型强心苷元：（溶剂CS2）

υc=o:1800-1700cm-1两个吸收峰

1780非正常峰可因测定溶剂（介质）的极性增大而消失。

例：去葡萄糖桂竹香毒苷：υmax(氯仿)：1780cm-1，1740cm-1，改用KBr压片1780cm-1峰消失乙型强心苷元：在1800～1700cm－1处：υc=o也有二个吸收峰，但因是Δαβ，γδ所至。因此-C=O的键力常数进一步降低，一般移动40cm-1。如嚏根草苷元：υmax(氯仿)：1718cm-1（正常），1740cm-1（非正常）借此可与甲型苷区别3、NMR:1H-NMR:

强心苷的1H-NMR由于甾核的脂肪H太多，一般难以全部解析的（δ0.9～2.6左间位置堆积如“干常堆”），主要苷元上的几个特征质子的信号:(2)C10-CH3及C13-CH3

C10-CH3

δ:1.00左右，各出一个单峰，δ值与甾核上的C5、C14构型有关：C13-CH3（3）C10-CHO:δ10.0-9.50S

(4)C10-CH2-O-CO-CH3:-CH2-:δ4.50-4.00qJ=12Hz（ABq型）

因C10为*C,-CH2-的二个H同时-OOC-CH3体积大，旋转产生位阻，因此磁不等价。

(5)C16-2H及C17-H：C16-2H：无含氧取代2.5-2.0mC17-H:无含氧取代2.8m或ddJ＝9.5Hz邻位双键的吸电作用(6)C3-H:δ3.90m成苷低移

糖的质子多用去偶法区别

13C-MR：

在研究甾类化合物的基础上，K.Tori及T.yamauchi先后研究了毛地黄毒苷元和乌沙苷元及其衍生物的碳谱，并用化学位移理论，共振去偶和宽带去偶以及与结构相关化合物进行了比较，归属了所有碳的信号，并总结出部分甾核上取代基的化学位移特点，其化学位移值例于表9－2。

毛地黄苷元

T.yamauchi等报道了乌沙苷元及其衍生物的碳谱数据，见表9－3。

乌沙苷元

碳谱特点：

强心苷甾体母核各类碳的化学位移值范围碳的类型化学位移碳的类型化学位移伯碳12～24醇碳65～91仲碳20～41烯碳119～172叔碳35～57羰基碳177～220季碳27～43羟