生药化学成分及其生物合成

生药化学成分及其生物合成第1页/共84页初生代谢（primarymetabolism）：合成生命活动必需物质的代谢过程称初生代谢。初生代谢产物有：蛋白质类、氨基酸类、糖类、脂肪类、RNA、DNA等。次生代谢（secondarymetabolism）：利用初生代谢产物产生对植物本身无明显作用的化合物的过程。次生代谢产物有：苷类、生物碱类、萜类、内酯类、酚类等。第2页/共84页异常次生代谢产物－－植物保护素植物体受外界物理、化学、机械损伤而产生的成分，对人类有用如乳香、没药、血竭、阿魏第3页/共84页近来发现初生代谢产物有特异而显著的生物活性。植物体内次生代谢产物含量虽低，但对人的生理活性较强，有重要的临床应用价值。第4页/共84页第二节生药的化学成分一、糖类和苷类糖又称作碳水化合物(carbohydrates)，是生命活动所必需的一类物质，和核酸、蛋白质、脂质一起称为生命活动所必需的四大类化合物。苷类又称配糖体(glycoside)，是由糖或糖的衍生物等与另一非糖物质通过其端基碳原子联接而成的化合物。第5页/共84页糖类除作为植物的贮藏养料和骨架之外，还是其它有机物质的前体。一些具有营养、强壮作用的药物，如山药、何首乌、大枣等均含有大量糖类。苷类在心血管、呼吸、消化、神经系统以及抗菌消炎，增强机体免疫功能、抗肿瘤等方面都具有活性。许多常见中药例如人参、甘草、柴胡、黄芪、黄芩、桔梗、芍药等都含有苷类。第6页/共84页1.分类:可分为单糖、低聚糖和多糖。（1）单糖类1）五碳醛碳(aldopentoses)

有L-阿拉伯糖(L-arabinose)，D-木糖(D-xylose)，D-来苏糖(D-lyxose)，D-核糖(D-ribose)等。（一）糖类:

L-阿拉伯糖第7页/共84页2）六碳醛糖(aldohexose)

常见的有D-葡萄糖(D-glucose)，D-甘露糖(D-mannose)，D-阿洛糖(D-allose)，D-半乳糖(D-galactose)等。D-葡萄糖第8页/共84页3）六碳酮糖(ketohexose,hexulose)

如D-果糖(D-fructose)，L-山梨糖(L-sorbose)等。下图为α-D-果糖的结构：第9页/共84页4）甲基五碳糖

常见的有L-鼠李糖(L-rhamnose)，L-夫糖(L-fucose)和D-鸡纳糖(D-quinovose)。如L-鼠李糖的结构。第10页/共84页5）去氧糖(deoxysugars)

单糖分子的一个或二个羟基被氢原子取代的糖，常见的有6-去氧糖、2,6-二去氧糖及其3-O-甲醚等。该类糖在强心苷和微生物代谢产物中多见，如L-黄花夹竹桃糖(L-thevetose)是2,6-二去氧糖的3-O-甲醚。第11页/共84页6）氨基糖(aminosugar)

单糖的一个或几个醇羟基置换成氨基。如庆大霉素的结构：第12页/共84页7）糖醛酸(uronicacid)

单糖分子中的伯醇基氧化成羧基，常结合成苷类或多糖存在，常见的如葡萄糖醛酸(glucuronicacid)和半乳糖醛酸(galactocuronicacid)。第13页/共84页（2）低聚糖(oligosaccharides，寡糖)：由2～9个单糖通过苷键键合而成的直链或支链的聚糖称低聚糖。樱草糖(primverose)蔗糖(sucrose)第14页/共84页常见的低聚糖类型名称单糖组成主要分布双糖蔗糖(sucrose)麦芽糖(maltose)乳糖(lactose)海藻糖(trehalose)葡萄糖，果糖2分子葡萄糖葡萄糖，半乳糖2分子葡萄糖甜菜、甘蔗淀粉经酶水解哺乳动物乳汁麦角、酵母真菌三糖龙胆三糖(gentianose)棉子糖(raffinose)甘露三糖(manneotriose)鼠李三糖(rhamninose)果糖，2分子葡糖半乳，葡糖、果糖葡糖，2分子半乳糖乳糖，2分子鼠李糖龙胆属某些植物棉籽木蜜鼠李属某些植物四糖水苏糖(stachyose)果糖，葡萄糖，2分子半乳糖水苏属某些植物第15页/共84页

（3）多聚糖(polysaccharides,多糖)

是由10个以上的单糖基通过苷键连接而成。

聚合度：100以上至几千

性质：与单糖和寡糖不同，无甜味，非还原性

分类：按组成分

由一种单糖组成－－均多糖(homosaccharide)

由二种以上单糖组成－－杂多糖

(heterosaccharide)

第16页/共84页植物多糖：淀粉、菊糖、树胶、纤维素、葡聚糖淀粉：由20％的糖淀粉（由300个D葡萄糖以α-1,4连接，遇碘液呈深蓝色）和80％的胶淀粉（由1000个以上的葡萄糖聚合而成，α-1,4和α-1,6连接，热水中膨胀成粘胶状，遇碘液显红紫色）组成。

第17页/共84页菊糖（inulin）：由35个D-果糖以β－2,1结合的果聚糖。溶于热水，微溶或不溶于冷水和有机溶剂；遇碘液不显色。乙醇处理后显球形结晶析出。树胶（gum）：由多种糖类连接而成，具有分支结构。在水中可膨胀成胶体溶液，不溶于有机溶剂，与醋酸铅或碱式醋酸铅溶液产生沉淀。常见阿拉伯胶、西黄芪胶、杏胶、桃胶等。第18页/共84页动物多糖：单一多糖肝糖、甲壳素(chitin)

、酸性粘多糖肝素(heparin)、硫酸软骨素(chondroitinsulfate)

、透明质酸(hyaluronicacid)第19页/共84页甲壳素(chitin)

甲壳素主要存在于昆虫、甲壳类动物的外壳。由N-乙酰葡萄糖胺以1b→4反向连接的直链结构多糖。甲壳素对酸、碱稳定。甲壳素的水解产物葡萄糖胺是重要的合成原料。透明质酸存在于动物结合组织、眼球和皮肤的酸性粘多糖，具有润滑剂和防止微生物侵害作用。由D-葡萄糖醛酸1b→3连接N-乙酰氨基葡萄糖形成的重复二糖单位。现作为化妆品基质使用。第20页/共84页肝素(heparin)

肝素是分子量约5000~15000的高度硫酸酯化的右旋酸性粘多糖。肝素具有很强的抗凝血作用。硫酸软骨素(chondroitinsulfate)

硫酸软骨素是保持动物组织水分和弹性的一类酸性粘多糖。硫酸软骨素C是由D-葡萄糖醛酸1b→3和D-半乳糖1b→4相间连接而成的直链分子，在半乳糖羟基的C6-羟基上有硫酸酯化。临床上用于治疗神经痛、风湿痛，并具有降低血脂，改善动脉粥样硬化症状的作用。第21页/共84页2.鉴别Fehling试验：试剂：Fehling试液（碱性酒石酸酮试液甲、乙，临用时等量混合）；结果：产生砖红色沉淀；检测化合物类型：还原性糖类，非还原性多糖需水解后呈阳性反应。第22页/共84页Molish试验：试剂：a-萘酚试液，沿管壁滴加浓硫酸结果：二液层交界处成紫色环；检测化合物类型：所有糖类、苷类。第23页/共84页第24页/共84页成脎试验试剂：盐酸苯肼，共热结果：糖脎结晶检测化合物类型：a-羟基醛（酮）第25页/共84页第26页/共84页色谱法：纸色谱、薄层色谱；展开剂：正丁醇-醋酸-水（4：1：5上层）；显色剂：氨基硝酸银；结果：还原糖显黑色斑点。GC、GC-MS分析：糖类化合物可以制成甲醚、乙酰化、三甲基硅烷化衍生物，采用GC、GC-MS方法，进行定性、定量分析。第27页/共84页以糖类为主要成分的生药：茯苓、猪苓、黄芪、枸杞子、党参、昆布、海藻、黄精、玉竹、白及、蜂蜜、阿拉伯胶、西黄芪胶

第28页/共84页（二）苷类(glycoside)(又称配糖体)苷类化合物的组成：

苷元(配基)：非糖的物质，常见的有黄酮，蒽醌，三萜等。苷类苷键：将二者连接起来的化学键，可通过

O、N、S等原子或直接通过C-C键相连。

糖(或其衍生物，如氨基糖，糖醛酸等)第29页/共84页苷类化合物的分类：根据生物体内的存在形式：分为原生苷、次级苷。根据连接单糖基的个数：单糖苷、二糖苷、三糖苷……。根据苷键原子的不同：氧苷、硫苷、氮苷、碳苷。

第30页/共84页1.氧苷：醇苷：是通过醇羟基与糖端基脱水而成的苷。较常见，如皂苷，强心苷均属此类。酚苷：苷元的酚羟基与糖端基脱水而成的苷。较常见，如黄酮苷、蒽醌苷多属此类。第31页/共84页红景天苷天麻苷第32页/共84页

氰苷：主要是指α-羟基腈的苷。该类化合物多为水溶性，在酸和酶催化时易于水解。生成的苷元α-羟基腈很不稳定，立即分解为醛(酮)和氢氰酸。芳香族氰苷，分解后生成苯甲醛（有典型的苦杏仁味）和氢氰酸，因而可以用于镇咳。如苦杏仁可用于镇咳，正是由于其中的苦杏仁苷分解后可释放少量HCN的结果。第33页/共84页第34页/共84页酯苷：苷元的羧基与糖端基脱水而成的苷。郁金香中的山慈菇苷A(tuliposideA)，有抗真菌活性，放置日久，失去抗真菌活性。山慈茹苷水解后立即环合生成山慈茹内酯A(tulipalinA)。

第35页/共84页吲哚苷：指吲哚醇和糖形成的苷，在豆科和蓼科中有分布，苷元无色，但易氧化是暗蓝色的靛蓝，具有反式结构，中药青黛就是粗制靛蓝，民间用以外涂治疗腮腺炎，有抗病毒作用。第36页/共84页靛苷吲哚醇靛蓝+[]第37页/共84页2.硫苷：是糖的端基OH与苷元上巯基缩合而成的苷。如萝卜中的萝卜苷。

第38页/共84页芥子苷是存在于十字花科植物中的一类硫苷，其通式如下，几乎都是以钾盐的形式存在。经其伴存的芥子酶水解，生成的芥子油含有异硫氰酸酯类、葡萄糖和硫酸盐，具有止痛和消炎作用。第39页/共84页3.氮苷：糖的端基碳与苷元上氮原子相连的苷称氮苷，是生化领域中的重要物质。如核苷类化合物。胞苷巴豆苷第40页/共84页4.碳苷：是一类糖基和苷元直接相连的苷。组成碳苷的苷元多为酚性化合物，如黄酮、查耳酮、色酮、蒽醌和没食子酸等。尤其以黄酮碳苷最为常见。碳苷常与氧苷共存，它的形成是由苷元酚羟基所活化的邻对位的氢与糖的端基羟基脱水缩合而成。黄酮碳苷的糖基均在A环的6位或8位。碳苷类化合物具有溶解度小、难以水解的特点。第41页/共84页豆科植物葛和野葛的根中含有的葛根素(puerarin)对心血管系统有较强的活性，有明显的扩张冠状动脉，增加冠脉流量，降低血压的作用。该化合物即为异黄酮的碳苷，8位直接与葡萄糖相结合。第42页/共84页二、皂苷类皂苷(saponins)是广泛存在于植物界的一类特殊的苷类，它的水溶液振摇后可生产持久的肥皂样的泡沫，因而得名。根据水解后生成皂苷元的结构，皂苷可分为三萜皂苷与甾体皂苷两大类。组成皂苷的糖常见的有葡萄糖、半乳糖、鼠李糖、阿拉伯糖、木糖及葡萄糖醛酸、半乳糖醛酸等，常与皂苷元C3位的-OH连接成苷。

第43页/共84页三萜皂苷（triterpenoidsaponins）三萜皂苷的皂苷元为30个碳原子组成的三萜类衍生物。大多数苷元在C-24或C-28位有-COOH

基，故又称酸性皂苷；少数苷元只含醇羟基而呈中性，如人参皂苷、柴胡皂苷等。三萜皂苷元的结构可分为五环三萜(pentacyclictriterpenoids)及四环三萜(tetracyclictriterpenoids)。

第44页/共84页五环三萜皂苷齐墩果烷乌苏烷第45页/共84页羽扇豆烷木栓烷第46页/共84页四环三萜皂苷达玛烷羊毛脂烷第47页/共84页甘遂烷环阿屯烷第48页/共84页葫芦烷楝烷第49页/共84页三萜皂苷在植物界分布较广双子叶植物：五加科(人参、三七达玛烷型)、伞形科(柴胡齐墩果烷)、菊科（紫菀、款冬花）、豆科(甘草、黄芪)、桔梗科(桔梗、党参、南沙参)、远志科(远志)、毛茛科（威灵仙、白头翁）、蔷薇科(地榆)、夹竹桃科、萝藦科、葫芦科、大戟科、桃金娘科、茜草科等；单子叶植物含三萜皂苷植物较少见，仅见于禾本科少数属；裸子植物及低等植物也较少含有这类皂苷。第50页/共84页甾体皂苷(steroidalsaponins)甾体皂苷的皂苷元由27个碳原子组成，其不含羧基，呈中性，故又称中性皂苷。甾体皂苷的基本骨架为螺旋甾烷(spirostane)或其异构体异螺旋甾烷(isospirostane)。

第51页/共84页131819591112171520212223242527A与B环的稠合有反式也有顺式，B与C环及C与D环的稠合大多为反式。C3大多有-OH基，和糖常在此部位结合，某些皂苷元分子中还含有双键和羰基，双键常为D5(6)，也有D9(11)、D25(27)等类型；羰基多在C12位上第52页/共84页甾体皂苷螺甾烷醇异螺甾烷醇第53页/共84页呋甾烷醇变形螺甾烷醇第54页/共84页甾体皂苷主要分布于：薯蓣科、百合科、玄参科和龙舌兰科等植物中。第55页/共84页鉴别Liebermann

反应：皂苷在无水条件下与强酸或leweis酸作用产生颜色变化或荧光。生药的70%乙醇提取液，加浓硫酸-醋酐（1：20），三萜皂苷产生黄-红-紫-兰等颜色变化；甾体皂苷最后呈绿色。第56页/共84页三氯醋酸反应（Rosen-Heimer）反应样品溶液滴于滤纸，喷25％三氯醋酸乙醇溶液，三萜皂苷加热至100℃生成红色渐变成紫色，甾体皂苷加热至60℃即发生颜色变化。第57页/共84页三、强心苷强心苷类(cardiacglycosides)是生药中具有强心作用的甾体苷类化合物。地高辛、西地兰、毛地黄毒苷等化合物的制剂已广泛应用于临床，于用于治疗充血型心力衰竭及节律障碍等心脏病。该类化合物主要分布于夹竹桃科、玄参科、百合科、十字花科、毛茛科、萝摩科、卫茅科等植物中。第58页/共84页

乙型（蟾蜍甾烯型）甲型（强心甾烯型）第59页/共84页第60页/共84页强心苷的构效关系B/C环反式，C/D环顺式，A/B环有两种稠合方式，顺式稠合为多见。C3-OH主要为b-构型，少数为a-构型。C14-OH为b-构型。C17位必须有五元或六元不饱和内酯环，多为b-构型，个别为a-构型。C13位有b-甲基，C10多为b-甲基，也可能是醛基、羟甲基、羧基。C3-OH与糖结合成苷键，可多至5个单元，以直链连接。有仅存在于强心苷中的2，6-二去氧糖，2，6-二去氧糖甲醚，其他糖类有六碳醛糖、6-去氧糖、6-去氧糖甲醚。第61页/共84页强心苷类的鉴别1.Kedde反应3，5-二硝基苯甲酸1g溶于50ml甲醇，加1mol/LKOH溶液50ml；甲型强心苷由于C17侧链含有五元不饱和内酯环，在碱性条件下，双键转位形成活性次甲基，与3，5-二硝基苯甲酸反应生成红色。乙型强心苷不能显色（五元不饱和内酯环）。第62页/共84页2.Keller-Kiliani反应强心苷溶于含0.5%FeCl3的冰醋酸，沿试管壁滴加浓硫酸，醋酸层渐呈蓝色或绿色。浓硫酸对苷元所起的作用逐渐扩散向下层，界面的颜色随苷元而异呈不同颜色。如毛地黄毒苷呈草绿色，羟基毛地黄毒苷呈洋红色，异羟基毛地黄毒苷呈黄棕色（a-去氧糖）第63页/共84页四、生物碱生物碱（alkaloids）是一类存在于天然生物界中含氮原子的碱性有机化合物。生物碱广泛分布于植物界约100余科的植物中，如粗榧科、毛茛科、小檗科、防己科、罂粟科、豆科、马钱科、夹竹桃科、茄科、菊科、百合科和石蒜科等植物多含有大量的生物碱。第64页/共84页根据生物碱分子中氮原子所处的状态分为六类：游离碱、盐类、酰胺类、N-氧化物、氮杂缩醛类和其他类（亚胺、烯胺等）。大多数生物碱与有机酸（草酸、柠檬酸、苹果酸、枸橼酸、酒石酸等）结合成盐存在于液泡中，有的结合成苷。生物体内，除以酰胺形式存在的生物碱外，仅少数碱性极弱的生物碱以游离状态存在，如秋水仙碱、咖啡碱(caffeine)和那可丁(narcotine)。第65页/共84页生物碱是生药中一类重要的有效成分，已有80余种用于临床。如麻黄中的麻黄碱（ephedrine）具有松弛支气管平滑肌，收缩血管，兴奋中枢神经作用，临床用于治疗哮喘小檗碱（berberine）分布于黄连、黄柏和十大功劳、三棵针中，具有抗菌、消炎作用，用于治疗肠道感染、菌痢、眼结膜炎、化脓性中耳炎等。第66页/共84页丽江山慈姑中的秋水仙碱(colchicine)临床用于抗肿瘤、抗痛风。夹竹桃科植物长春花的长春碱(vinblastine)、长春新碱(vincristine)具有抗肿瘤作用。芸香科植物毛果芸香中的毛果芸香碱(pilocapine)具有兴奋胆碱反应系统、缩瞳、收缩平滑肌作用，用于青光眼的治疗。第67页/共84页来源生物碱类型生物碱来源于氨基酸鸟氨酸1.吡咯类(pyrrolines)2.吡咯里西啶类(pyrrolizidines)3.托品类(tropanes)千里光碱、红古豆碱野百合碱山莨菪碱、东莨菪碱赖氨酸4.哌啶类(piperidines)5.吲哚里西啶类(indolizidines)6.喹诺里西啶类(quinolizidines)胡椒碱、loberine一叶秋碱苦参碱、石松碱、金雀花碱邻氨基苯甲酸7.喹啉类(quinolines)8.吖啶酮类(acridone)奎宁、喜树碱冉特可林酮第68页/共84页来源于氨基酸苯丙氨酸/酪氨酸9.苯丙胺类(phenylalkylamines)10．四氢异喹啉类(tetrahydroisoquinolines)11．苄基四氢异喹啉类(benzyltetrahydroisoquinolines)12．苯乙基四氢异喹啉类(phenethyltetrahydroisoquinolines)13．苄基苯乙胺类(benzylphenethylamines)14．吐根碱类(emetines)麻黄碱、为麻黄碱哌劳亭小檗碱、去甲乌药碱、罂粟碱秋水仙碱、三尖杉酯碱石蒜碱l-吐根碱色氨酸15．简单吲哚类(simpleindoles)16．简单β-咔波啉类(simpleβ–carbolines)17．半萜吲哚碱类(semiterpenoidindoles)18．单萜吲哚碱类(monotepenoidindoles)蟾酥碱、5-羟色胺harmanine麦角新碱、麦角胺士的宁、长春新碱、利血平第69页/共84页来源于异戊烯来源于萜类19．单萜生物碱(monoterpenoidalkaloids)20．倍半萜生物碱(sesqueteerpenoidalkaloids)21．二萜生物碱(ditepenoidalkaloids)22．三萜生物碱(triterpenoidalkaloids)秦艽甲碱、猕猴桃碱石斛碱、萍蓬定乌头碱、粗茎乌甲碱交让木碱来源于甾体23．孕甾烷（C21）生物碱(alkaloidswiththeC21-carbonskeletonofpregnane)24．环孕甾烷（C24）生物碱(alkaloidswithcyclopregnaneskeleton)25．胆甾烷（C27）生物碱(alkaloidswiththeC27-carbonskeletonofcholestane)康斯生环氧黄杨木己碱茄定碱、浙贝甲素第70页/共84页

红古豆碱

野百合碱东莨菪碱

胡椒碱第71页/共84页

一叶萩碱

苦参碱

奎宁冉特可林酮

麻黄碱第72页/共84页哌劳亭小檗碱第73页/共84页去甲乌