皂苷类化合物陈敬炳教学课件

皂苷类化合物

陈敬炳

2009.121、掌握皂苷的结构特点与分类。2、掌握皂苷的理化性质。3、掌握皂苷化合物的提取方法和沉淀分离法。4、掌握皂苷的显色反应。

5、掌握人参、甘草中主要化学成分的结构类型、理化性质、提取分离方法和生物活性一、基本含义：

皂苷是一类结构复杂的螺甾烷及其相似生源的甾体化合物及三萜类化合物的低聚糖苷,可溶于水,其水溶液经强烈振摇能产生大量持久性的肥皂样的泡沫。二、生理活性：

祛痰,镇咳,抗炎,抗疲劳,抗溃疡,抗菌,抗肿瘤,抑制中枢,促进核酸及蛋白质的合成。存在薯蓣科,百合科,五加科,伞形科,豆科,桔梗科,远志科,葫芦科等广泛分布。

结构与分类

皂苷是由皂苷元和糖两部分组成，依据苷元分为两类：甾体皂苷元(中性皂苷)和三萜皂苷元(酸性皂苷)。糖：有单糖和寡糖。

单糖链皂苷(单皂苷):由一条糖链形成；

双糖链皂苷(双皂苷):由两条糖链分别和皂苷元分子中两个不同位置的羟基或羧基结合成酯苷。

次皂苷:酯皂苷可被酶、酸、碱水解后的皂苷。

一、甾体皂苷

结构特点:皂苷元由27个碳组成,共有A.B.C.D.E和F六个环.其中E和F以螺缩酮的形式连接,共同组成螺旋甾烷。

螺旋甾烷根据碳25的构型将螺甾烷类分为螺甾烷醇类(C25S)25L（绝对构型）,25βF（直立键）,neo。和异螺甾烷醇(C25R)类，25D（绝对构型）,25αF（平伏键）,iso.25R稳定性大于25S。

异螺甾烷醇螺甾烷醇组成甾体皂苷的糖种类以D-葡萄糖、D-半乳糖、D-木糖、L-属李糖和阿拉伯糖为主一般在3位成苷，多为寡糖苷。也有分支糖链。

1、螺甾烷醇型皂苷：自然界中占绝大多数。分为螺甾烷醇型和异螺甾烷醇型。薯蓣皂苷元是异螺甾烷醇的代表，是合成甾体激素和甾体避孕药的重要原料。约莫皂苷元是螺甾烷醇的代表。

2、呋甾烷醇型：螺甾烷醇型皂苷的生源前体，称为原皂苷，最大的特征是F环开环，碳22位上多有羟基或甲基取代；碳26上羟基均与葡萄糖成苷。

原菝契皂苷

3、变形螺甾烷：F环为呋喃环，碳26羟基与葡萄糖成苷。

二、三萜皂甙三萜---以六分子异戊二烯为单位的聚合体。由于三萜类化合物生物活性的多样性及重要性，近年来成为中药化学研究的一个热点领域，而且加之现代分离、分析技术的运用，大大加快了三萜类化合物的研究进展。1966~1972年间仅有30个皂苷结构被搞清楚，而1987~1989年2年多时间分离鉴定的新皂苷就有1000多种。三萜类化合物的存在形式三萜类化合物在自然界的存在形式有游离或者与糖结合成苷或酯的形式存在。游离三萜化合物不溶于水，易溶于有机溶剂。三萜苷类易于水，其水溶液剧烈振摇时能产生大量、持久的肥皂样泡沫，故称为三萜皂苷。另外，三萜皂苷多具有羧基，所以又常称为酸性皂苷。三萜皂苷分类：

1．按存在形式、结构、性质分为：（1）三萜皂苷及苷元（2）其它三萜类（树脂、苦味素、三萜醇、三萜生物碱）

2．按碳环的数目分类：（1）链状三萜（较少）（2）单环三萜（较少）（3）双环三萜（较少）（4）三环三萜（较少）（5）四环三萜（较多）羊毛脂甾烷型茯苓酸、黄芪甲甙大戟烷型大戟醇达玛烷型酸枣仁皂苷人参皂苷葫芦素烷型雪胆甲素及乙素原萜烷型泽泻萜醇A、B楝烷型川楝素环菠萝蜜烷型环黄芪醇（6）五环三萜（较多）齐墩果烷型齐墩果酸乌苏烷型乌苏酸羽扇豆醇型白桦脂醇白桦脂酸木栓烷型雷公藤酮羊齿烷型和异羊齿烷型何帕烷型和异何帕烷型其它类型

羊毛脂甾烷型达玛烷型

羊毛脂甾烷(lanostane)型：

羊毛脂甾烷也叫羊毛脂烷，其结构特点是A/B环、B/C环和C/D环都是反式，C20为R构型，侧链的构型分别为10、13、14、17。羊毛脂甾烷

羊毛脂醇

大戟烷型达玛烷(dammarane）型：达玛烷型的结构特点是在8位和10位有-构型的角甲基，13位连有-H，17位的侧链为-构型，C20构型为R或S。达玛烷

茯苓酸大戟醇

β-香树脂醇型a-香树脂醇型羽扇豆醇型齐墩果酸熊果酸甘草(Glycyrrhizaurlensis)中含有甘草次酸和甘草酸acid)[又称甘草皂苷或甘草甜素]。甘草次酸有促肾上腺皮质激素(ACTH)样作用，临床上用于抗炎和治疗胃溃疡。白桦脂酸

理化性质和溶血作用【物理性质】1.性状多为无定形粉末（极性较大），具吸湿性；苦、辛辣，有粘膜刺激性。2.熔点与旋光性游离态有固定熔点；皂苷无明显熔点，一般测得的大多为分解点。三萜化合物均有旋光性。【物理性质】3.溶解度

游离态溶于有机溶剂，不溶于水；成苷后，极性增强，可溶于水，易溶于热水、稀醇、热甲醇、热乙醇，几不溶或难溶于丙酮、乙醚等极性小的有机溶剂。皂苷常用正丁醇作为分离提取的溶剂。皂苷有助溶性，可促进其他成分在水中的溶解度。4.发泡性皂苷水液经剧烈震荡能产生持久性泡沫，且不因加热而消失（原因：降低水液表面张力）【化学性质】1.颜色反应：Liebermann-Burchard反应：浓硫酸-醋酐（1：20）Kahlenberg反应20%五氯化锑（或三氯化锑的氯仿饱和液）可用于滤纸显色，干燥后60-70℃加热，显蓝色、灰蓝色、灰紫色等Rosen-Heimer反应25%三氯乙酸乙醇液，可用于滤纸显色，加热至100℃，猩红色，逐渐变为紫色Salkowski反应氯仿-浓硫酸，硫酸层显红色或蓝色，氯仿层有绿色荧光出现2.沉淀反应皂苷水液可和一些金属盐类如铅盐、钡盐、铜盐等产生沉淀。酸性皂苷（三萜皂苷）可用中性盐如硫酸铵、乙酸铅等沉淀，中性皂苷（甾体皂苷）用碱性盐如碱式乙酸铅沉淀。因采用此法重金属离子会超标，故现在多不用。【化学性质】3.皂苷的水解皂苷酸水解多采用缓和酸水解，两相酸水解、酶解或Smith降解法。其原因为：一般酸水解时，易引起皂苷元的结构变化，而得不到真正的苷元。糖醛酸苷键的裂解一般采用光解法、四乙酸铅-乙酸酐法，以及微生物转化法。酯苷键的水解多采用在2,6-二甲基吡啶/甲醇溶液中与皂苷一起回流，本方法既不损伤苷元，也不会使糖的结构发生变化。【化学性质】【溶血作用】皂苷具有破坏红细胞而产生溶血的现象。溶血指数：溶血指数是指在一定条件下，能使血液中红细胞完全溶解的最低浓度。如甘草皂苷的溶血指数为1：4000，薯蓣皂苷为1：40万。利用溶血指数可以测定皂苷的粗略含量，同时还可以作为中草药中皂苷的定性检查。皂苷的溶血作用是皂苷和红细胞壁上的胆甾醇结合，破坏血红细胞的正常渗透性，使细胞内压增加，而产生溶血。但不是所有皂苷都具溶血作用。另外有些树脂、脂肪酸、挥发油也能产生溶血现象。三萜类化合物的提取分离【提取方法】1.醇提取法——最常用的提取皂苷的方法2.酸水解有机溶剂萃取法——提取皂苷元的方法3.碱水提取——仅适用于含羧基的皂苷提取。【分离方法】1.沉淀法⑴分段沉淀法利用皂苷难溶于乙醚、丙酮的性质，将皂苷溶于甲醇或乙醇，滴加乙醚或丙酮或乙醚：丙酮（1：1）的混合物液，边加边摇，皂苷即可析出。但本法不易得到纯品。⑵胆甾醇沉淀法利用胆甾醇能和皂苷生成复合物的性质，但三萜皂苷与胆甾醇形成的复合物没有甾体皂苷与胆甾醇形成的复合物稳定。先将皂苷和胆甾醇充分反应，然后用水、醇、乙醚顺次洗涤沉淀，以除去糖类、色素、油脂和游离的胆甾醇，再将沉淀干燥，乙醚回流，提去胆甾醇，剩下为较纯皂苷。【分离方法】2、大孔树脂法适合皂苷的精制和初步分离。先用水洗除去糖和水溶性杂质，再用不同浓度醇浓度由低至高洗脱皂苷按极性由大到小的顺序被洗下来。【分离方法】3、色谱分离法⑴吸附柱色谱法：吸附剂为硅胶，流动相为氯仿-甲醇不同比例⑵分配柱色谱法支持剂：硅胶固定相：3%草酸水溶液流动相：含水混合有机溶剂反相柱色谱：吸附剂为Rp-18、Rp-8或Rp-2，流动相为甲醇-水，乙腈-水【分离方法】（3）高效液相色谱法目前最常用，一般选用反相柱，流动相为甲醇-水，乙腈-水。（4）凝胶色谱法应用较多的是能在有机相使用的SephadexLH-20。【分离方法】三萜类化合物检识【理化检识】1.泡沫试验中药水提取液振摇后，产生持久泡沫（15分钟以上），注意假阳性反应。2.显色反应（见颜色反应）3.溶血试验取供试液1ml，水浴蒸干，生理盐水溶解，加入几滴2%红细胞悬浮液，若发生溶血，溶液由混浊变澄明。【色谱检识】1.薄层色谱硅胶为吸附剂，皂苷元展开剂为亲脂性展开剂；皂苷的展开剂为含水有机溶剂。酸性皂苷薄层拖尾，可加入少量甲酸或乙酸消除。显色剂：10%硫酸乙醇溶液、三氯乙酸试剂、香草醛-浓硫酸试剂。2.纸色谱水为固定相，展开剂含水量较多，但斑点不太集中。三萜类化合物的结构研究

【UV光谱】

随共轭程度而变化。11-oxo，△12-齐墩果烷型化合物可用UV判断18-H的构型，当18-H为β构型，最大吸收在248-249nm，18-H为α构型，最大吸收在242-243nm。【MS特征】EI-MS：皂苷得不到分子离子。游离三萜（皂苷元）可得到分子离子及碎片离子（M-CH3、M-OH、M-COOH）。齐墩果烷型：结构中含环己烯时，可发生RDA裂解。羽扇豆烷型：出现一个失去异丙基的M-43的特征离子峰。皂苷EI-MS得不到分子离子。场解析质谱（FD-MS）和快原子轰击质谱（FAB-MS），可得到皂苷的准分子离子峰[M+H]+、[M+Na]+和[M+K]+等，还可以给出皂苷分子失去寡聚糖基或单糖碎片峰，并同时出现相应的糖单元的碎片峰。【MS特征】【1H-NMR特征】三萜类出现多个甲基单峰，一般甲基质子信号在δ0.60-1.50；甲基与双键相连，δ1.63-1.80，呈宽单峰。高场区甲基信号数目及峰形有助于推断三萜类化合物的基本骨架。烯氢信号δ4.3-6.0，环内双键δ大于5，环外双键δ小于5；连接羟基的碳上质子信号在δ3.2-4.0；连接乙酰氧基的碳上的质子信号在δ4.0-5.5。【13C-NMR谱特征】三萜母核上的角甲基一般出现在δ8.9-33.7，其中23、29位甲基在e键，出现在较低场，δ依次为28.0、33.0。苷元中除与氧连接的碳和烯碳外，其他δ一般在60.0以下，苷元和糖上与氧相连碳为δ60.0-90.0，烯碳在δ109.0-160.0，羰基碳为δ170.0-220.0。其他NMR技术DEPT（用于确定碳的类型CH3、CH2、CH）1H-1HCOSY13C-1HCOSYHMQC（通过氢检测的异核多量子相关谱）HMBC（通过氢检测的异核多键相关谱）

含皂苷的中药实例

一、人参：

五加科人参属植物人参的干燥根。有大补元气、生津止渴、调养营卫。

（一）主成分结构、性质

1、皂苷：含量约4%，根须中的含量高于主根。人参总皂苷（Rx)。根据皂苷元的不同分为A、B、C三类。

（1）分类及主要化合物：

A型人参皂苷-苷元为20（S)原人参二醇（最多），人参皂苷Ra1、Ra2、Ra3、Rb1、Rb2、Rb3、Rc、Rd等.

B型人参皂苷-苷元为20（S)原人参三醇（第二），人参皂苷Re、Rf、Rg1、Rg2、Rh1。人参中的人参皂苷结构特点：A、B型均为达玛甾烷型，是达玛烯二醇的衍生物，上有角甲基、为ß-H、的构型为S。

不同点是：A型母核上有三个羟基取代,B型母核上有四个羟基取代。成苷的位置A型在和，糖多为葡萄糖、阿拉伯糖、木糖；B型在和，糖多为葡萄糖、鼠李糖、木糖。C型人参皂苷的苷元为齐墩果烷型，为羧基，并与糖成酯苷键，连接的糖中有葡萄糖醛酸。（2）溶解性：C型人参皂苷的结构有羧基，极性较大，易溶于水、碱水。A型人参皂苷极性较小。B型人参皂苷因糖的数目较小，极性下降。A、B型人参皂苷水解产生次级苷，则较难溶于水,可溶于乙醚。

（3）溶血性：总皂苷不溶血。C、B型人参皂苷有较强的溶血性。A型人参皂苷则具有抗溶血作用。

（4）水解反应：A、B型人参皂苷水解后的苷元不稳定，酸水解产物为人参二醇和三醇，采用Smith降解才能得到真正的皂苷元-原人参二醇和三醇。（二）提取分离

总皂苷采用正丁醇法；单体分离采用硅胶柱层析、大孔树脂、葡聚糖凝胶等。

二、甘草：

豆科植物乌拉尔甘草、胀果甘草和光果甘草的干燥根及根茎。具有补脾益气、清热解毒、润肺止咳、调和诸药的功能。主要有效成分是皂苷和黄酮类。

甘草(Glycyrrhizaurlensis)中含有甘草次酸和甘草酸acid)[又称甘草皂苷或甘草甜素]。甘草次酸有促肾上腺皮质激素(ACTH)样作用，临床上用于抗炎和治疗胃溃疡。（一）主成分结构和性质

1、皂苷类：含量在5～11%。甘草皂苷多有羧基，分子极性大，不易结晶，分离纯化困难。甘草甜素（甘草酸、甘草皂苷）。

甘草酸由甘草次酸与2分子的葡萄糖醛酸组成。甘草酸和甘草次酸具有促肾上腺皮质激素样的生物活性，临床治疗胃溃疡、肝炎等。

甘草酸易溶于热的稀乙醇,几乎不溶于无水乙醇或乙醚。在植物体中以钾盐或钙盐存在，甘草酸易溶于水和稀氨水，加酸可沉淀析出。甘草酸有糖醛酸，难水解，一般用10%的硫酸加热24小时或稀酸加压、加热水解。黄芪皂甙黄芪甲甙为19-环羊毛甾烷型的四环三萜

随着分离提取、结构鉴定技术的发展，已先后从膜荚黄芪和蒙古黄苠及其同属近缘植物中分离出40多种三萜皂苷类化合物。1981年，Isao