萜類化合物含義、分類方法和鑒定

1、 萜類化合物含義、分類方法和鑒定教學目的與要求1.了解萜類化合物的含義、生源異戊二烯法則、經(jīng)驗 異戊二烯法則，及萜類的主要分類方法2.掌握萜類化合物的理化性質(zhì)及提取分離方法3.熟悉萜類化合物的檢識及結(jié)構(gòu)鑒定的方法第一節(jié) 概述含義:形式上由甲戊二羥酸（mevalonic acid, MVA） 衍生、且分子式符合（C5H 8 ）n通式的化合物 及其衍生物均稱為萜類化合物。 特點：骨架龐雜、種類繁多、數(shù)量巨大、結(jié)構(gòu)千變 萬化、生物活性廣泛。 化學結(jié)構(gòu)特點：大多具有異戊二烯結(jié)構(gòu)片斷，其骨 架以5個碳為基本單位。萜類化合物在植物界分布很廣泛，據(jù)不完全 統(tǒng)計，萜類化合物超過了22000多種。 存在最多的是

2、種子植物，尤其是被子植物。 萜類化合物經(jīng)常與樹脂、樹膠并生，與生物堿 相排斥。 萜類化合物的分布某些菌類和苔蘚類植物可合成一些萜類，如 斜臥青霉菌(青霉屬decumbens)合成橙花叔醇 近年來從海洋生物中發(fā)現(xiàn)了大量的萜類化合物 萜類化合物的生源主要有如下兩種觀點： 經(jīng)驗的異戊二烯法則 生源的異戊二烯法則 萜類的生源學說經(jīng)驗的異戊二烯法則 檸檬烯或松節(jié)油等天然萜類物質(zhì)的蒸氣經(jīng)氮氣稀釋后,在低壓下通過灼熱的鉑絲網(wǎng)時, 均能產(chǎn)生得率很高的異戊二烯;反之,將異戊二烯加熱到280 C,每兩分子異戊二烯可發(fā)生D-A加成反應聚合成檸檬烯.280C 根據(jù)這些事實,Wallch于1887年提出:自然界存在的萜

3、類化合物可看作是兩個或兩個以上的異戊二烯分子以頭尾相連而成的聚合體或其衍生物.此即經(jīng)驗的異戊二烯法則. 有許多萜類化合物的碳架結(jié)構(gòu)無法用異戊二烯的基本單元來劃分； 當時在植物的代謝過程中也很難找到異戊二烯的存在 Ruzicka 提出的假設首先由Lynen證明焦磷酸異戊烯酯(isopentenyl pyrophosphate， IPP) 的存在而得到驗證，其后Folkers于1956年又證明3(R)-甲戊二羥酸(3R-mevalonic酸, MVA)是IPP的關鍵性前體物質(zhì)。由此證實了萜類化合物是經(jīng)甲戊二羥酸途徑衍生的一類化合物，這就是“生源的異戊二烯法則”。 生源的異戊二烯法則 1.萜類形成的

4、真正前體物質(zhì)： 甲戊二羥酸（MVA) 焦磷酸異戊烯酯（ IPP）2.焦磷酸香葉酯 單萜3.焦磷酸金合歡酯 倍半萜4.焦磷酸香葉基香葉酯 二萜5.角沙烯 三萜、甾體生源的異戊二烯法則 經(jīng)驗的異戊二烯法則：自然界的萜類化合物可看成 是由異戊二烯首尾相連形成的聚合體及其衍生物。 生源的異戊二烯法則：甲戊二羥酸(活性異戊二烯) 是形成萜類化合物的真正前體物質(zhì)。脫羧脫水 甲戊二羥酸mevalonic acid, MVA異戊二烯焦磷酸酯（isopentenyl pyrophosphate, IPP） 經(jīng)驗的異戊二烯法則作為認識萜類及進行萜的分類具有重要意義。 分類碳原子數(shù) 通式(C5H8)n存在單萜 10

5、n=2揮發(fā)油倍半萜 15n=3揮發(fā)油、內(nèi)酯二萜 20n=4樹脂、苦味質(zhì)、植物醇、葉綠素二倍半萜 25n=5海綿、細菌三萜 30n=6皂苷、樹脂四萜 40n=8色素、植物胡蘿卜素多聚萜 103-105(C5H8)n橡膠萜的分類與分布 有些高分子萜類化合物,如類胡蘿卜素等在植物體內(nèi)因生物降解而生成的代謝產(chǎn)物，其分子中碳原子數(shù)并不符合上述規(guī)律，但它們?nèi)詫佥祁惢衔锓懂牐Q為“降類異戊二烯”。幾種不符合異戊二烯法則的情況少數(shù)萜類結(jié)構(gòu)不符合異戊二烯法則，是因為在轉(zhuǎn)變 過程中產(chǎn)生異構(gòu)化或發(fā)生降解反應的結(jié)果。 天然的異戊二烯屬半萜類(hemiterpenoids)，可在植 物的葉綠體中形成，雖廣泛存在，但含

6、量極微，其 生源途徑尚不清楚。 自然界常有一些半萜結(jié)合在非萜類化合物結(jié)構(gòu)的母 核上，形成異戊烯基或異戊基支鏈，而成為一種混 雜的萜類化合物，多見于黃酮和苯丙素類化合物中 第二節(jié) 萜的結(jié)構(gòu)類型及重要化合物一、單萜以兩分子異戊二烯為單位的聚合體及其 衍生物。多是植物揮發(fā)油的組成成分， 基本碳架30種。鏈狀單萜 月桂烯、香葉醇、檸檬醛單環(huán)單萜 薄荷醇、桉油精、斑蟊素、 雙環(huán)單萜 龍腦、樟腦、芍藥苷(單萜苷) 環(huán)烯醚萜（特殊單萜衍生物）按是否成環(huán)及碳環(huán)數(shù) 單萜類化合物廣泛存在于由高等植物得到的揮發(fā)油中 (如薄荷油、桉葉油、松節(jié)油、橘皮油山蒼子油等)， 昆蟲激素及海洋生物中也存在。單萜類化合物的含氧 衍

7、生物往往有較高的沸點（220230C），在常溫下 多為芳香性液體，具有芳香開竅、疏通理氣等多種活性 ，是食品、醫(yī)藥、化妝品工業(yè)的重要原料。有些單萜 類化合物以苷的形式存在，水溶性很強，不具揮發(fā)性， 不能隨水蒸氣蒸餾出來。 主要結(jié)構(gòu)類型及代表化合物如下：1、鏈狀單萜：可看作是飽和烴2,6-二甲基辛烷(下圖1) 的衍生物。大多數(shù)天然萜類化合物是以異亞丙基的 形式存在（下圖2），稱為-異構(gòu)體；而另外一些 是以異丙烯基的形式存在（下圖-3），通常稱為 - 異構(gòu)體。 比較重要的是一些含氧衍生物如萜烯、萜醇、萜醛等。例如:123月桂烯(香葉烯)香葉醛(-檸檬醛) 橙花醛(-檸檬醛) 香茅醛香葉醇橙花醇香茅

8、醇芳樟醇+香葉基氯月桂烯橙花基氯芳樟基氯+月桂烯香葉醇橙花醇芳樟醇HO+HHO香茅醛香葉醛香葉醇香茅醇橙花醇2、單環(huán)單萜：可看作是由鏈狀單萜經(jīng)環(huán)合作用衍變而來，因環(huán)合方式不同可產(chǎn)生以下不同結(jié)構(gòu)類型對薄荷烷型環(huán)香葉烷型卓酚酮型對薄荷烷型類單萜類化合物較多，可看作是六元環(huán)狀化合物的二元取代物。例如：對薄荷烷型類單萜類化合物較多，可看作是六元環(huán)狀化合物的二元取代物。例如： 檸檬烯 -萜品烯 -水芹烯胡椒酮 薄荷醇 薄荷酮 環(huán)香葉烷型的代表物是紫羅蘭酮，有-及-兩種異構(gòu)體： -紫羅蘭酮具有馥郁的香氣，用于配制高級香料， -紫羅蘭酮可作為合成維生素A的原料。-紫羅蘭酮和-紫羅蘭酮的合成在工業(yè)上可由檸檬醛

9、與丙酮在乙醇鈉存在的條件下發(fā)生羥醛縮合，生產(chǎn)偽紫羅蘭酮，偽紫羅蘭酮與硫酸加熱環(huán)合得到的-及-兩種異構(gòu)體混合物，兩者的分離是將其與飽和亞 硫酸氫鈉加成的產(chǎn)物溶于水，加入飽和食鹽水使成飽和狀態(tài)， -紫羅蘭酮首先以小葉狀晶體析出從而與-紫羅蘭酮分離。-紫羅蘭酮 -紫羅蘭酮卓酚酮類：卓酚酮類是單環(huán)單萜類化合物中一種變形的結(jié)構(gòu)類型，其碳架結(jié)構(gòu)不符合異戊二烯法則。在植物界的數(shù)目不多。特性：酸性：COOH卓酚酮酚類IR光譜：C=O：16001650cm-1 O-H：31003200cm-13. 金屬絡合：Cu+2綠色 Fe+3赤紅色4.生物活性：抗菌，毒性 3、雙環(huán)單萜：雙環(huán)單萜的衍生物在植物界分布很廣,

10、組成的碳架有15種以上,常見的有6種:蒎烷型、蒈烷型、莰烷型、葑烷型、異莰烷型、垨烷型等。其中以蒎烷型和莰烷型結(jié)構(gòu)最穩(wěn)定，形成的衍生物也最多。（1）蒎烷型衍生物： -蒎烯、-蒎烯、-蒎烯、芍藥苷等。 -蒎烯在松節(jié)油中含量可高達60%，可作為合成樟腦和龍腦的原料。松節(jié)油中還含有少量的-蒎烯和更少量的-蒎烯。-蒎烯 -蒎烯 -蒎烯 芍藥苷 -蒎烯和-蒎烯是重要的藥物合成中間體，在無水條件下-蒎烯用酸性催化劑處理，可重排生成莰烯（又稱樟烯），莰烯在硫酸催化下與乙酸加成，經(jīng)碳正離子重排生成乙酸酯，再經(jīng)水解、氧化可合成樟腦。CH3COOHH2SO4H2OH+氧化莰烯乙酸異冰片酯異冰片樟腦（2）莰烷型衍生

11、物：多以含氧衍生物存在 樟腦（2-莰酮） 龍腦（冰片） 樟腦俗稱辣薄荷酮，白色結(jié)晶性固體，易升華，具有特殊的芳香氣味。有（+）-樟腦和（-）-樟腦兩種異構(gòu)體。 龍腦俗稱冰片，又稱樟醇，白色結(jié)晶物，具有類似胡椒又似薄荷的香氣。-蒎烯（）-樟腦冰片（龍腦）和異冰片（異龍腦）龍腦異龍腦-蒎烯 4、環(huán)烯醚萜類化合物：為蟻臭二醛的縮醛衍生物。該類化合物具有取代環(huán)戊烷環(huán)烯醚萜和環(huán)戊烷開裂的裂環(huán)環(huán)烯醚萜兩種基本骨架。環(huán)烯醚萜 環(huán)烯醚萜醇 環(huán)烯醚萜苷裂環(huán)環(huán)烯醚萜 裂環(huán)環(huán)烯醚萜醇 裂環(huán)環(huán)烯醚萜苷 GPP 香茅醛 按其生源途徑，這類物質(zhì)在植物體內(nèi)是由活性焦磷酸香葉酯（GPP）衍生而成。蟻臭二醛環(huán)烯醚萜醇環(huán)烯醚萜的

12、主要衍生化途徑 環(huán)烯醚萜苷類：以10個碳的環(huán)烯醚萜苷占多數(shù) 梔子苷類 京尼平苷 肉蓯蓉苷 京尼平苷酸 雞屎藤苷環(huán)烯醚萜的理化性質(zhì)1.白色結(jié)晶或粉末，旋光，味苦 2.易溶于水、甲醇，可溶乙醇、丙酮3.半縮醛結(jié)構(gòu)： 易聚合，不易得苷元 酸、堿、氨基酸變色 與皮膚接觸藍色 二、倍半萜以三分子異戊二烯單位結(jié)合組 成的含有15個碳原子的的聚合體及其衍生物。 是植物揮發(fā)油高沸程（250280）的主要組 分。倍半萜的骨架類型、數(shù)量是萜類化合物中 最多的一類，基本碳架200種以上，至1997年 倍半萜的數(shù)量達9615種。 倍半萜在植物中多以醇、酮、內(nèi)酯或苷的形式存在，也有以生物堿的形式存在。倍半萜的含氧衍生物

13、多具有較強的香氣和生物活性 鏈狀倍半萜 金合歡烷（金合歡醇） 單環(huán)倍半萜 青蒿素（倍半萜內(nèi)酯）抗瘧疾 雙環(huán)倍半萜 馬桑毒素，治療精神分裂癥按碳環(huán)數(shù)目分為 1.鏈狀倍半萜(1)金合歡烯,又稱麝子油烯.有-和-兩種異構(gòu)體-金合歡烯 -金合歡烯(2)金合歡醇:又稱法尼醇,分子中的雙鍵均為反式構(gòu)型,是重要的高級香料.(3)橙花叔醇:又稱苦橙油醇-金合歡烯橙花叔醇(4)天蠶蛾保幼激素:可作為殺蟲劑使用2E,6E,順-10,11-環(huán)氧-7,11-二乙基-3-甲基-2,6-十三雙烯酸甲酯2.單環(huán)倍半萜(1) (+)-脫落酸(2)保幼生物素(3)思瑞恩(4)煙霉素(5)青蒿素(6)姜黃素- 姜黃素 - 姜黃素

14、 姜黃酮 抗鼠瘧原蟲(7)鷹爪甲素3.雙環(huán)倍半萜:根據(jù)其碳架可分為萘類、薁類及其它類型(1)萘類衍生物(2)薁類衍生物：由五元環(huán)和七元環(huán)并合而成的。例如：-山道年愈創(chuàng)木薁S200C愈創(chuàng)木醇2，4-二甲基-7-異丙基薁Se薁類化合物（azulenoids)1.定義：由五元環(huán)與七元環(huán)非苯芳環(huán)骨架2.性質(zhì)：.形成-絡合物，（m.p,UV吸收）愈創(chuàng)木奧:（多e大） 苦味酸: （缺e大 ） 溶解性：溶于石油醚、乙醚、乙醇、強酸較高（250300），顏色較深：藍、紫3.鑒別：sabety反應：氯仿液+5%溴-氯仿藍紫Ehrlich試劑：硫酸+對-二甲氨基苯甲醛紅、紫紅 (3)其它類型石竹烯 三、二萜以四分

15、子異戊二烯為單位的聚合體。在自然界分布較廣，在植物界普遍存在植物的醇為植物葉綠素的組成部分，植物乳汁、樹脂多以二萜類化合物為主要組分，此外在菌類、海洋生物中也發(fā)現(xiàn)不少二萜類化合物。由于二萜含氧衍生物具有很好的生物活性，如紫杉醇、雷公藤內(nèi)酯、穿心蓮內(nèi)酯、芫花酯甲，銀杏內(nèi)酯等。因此，近年來對二萜類化合的研究進展很快。無環(huán)二萜 植物醇單環(huán)二萜 維生素A 雙環(huán)二萜 穿心蓮內(nèi)酯、銀杏內(nèi)酯A、B、C、M、J三環(huán)二萜 雷公藤甲素、芫花酯甲、紫杉醇、瑞香毒素四環(huán)二萜 甜菊苷、冬凌草素、香茶菜甲素按碳環(huán)數(shù)目分為 1.鏈狀二萜-葉綠醇（植物醇）2.單環(huán)二萜-維生素A3.雙環(huán)二萜-穿心蓮內(nèi)酯4.三環(huán)二萜雷公藤內(nèi)酯和

16、雷公藤羥內(nèi)酯5.四環(huán)二萜赤霉素A3 作用：治療心腦血管疾病 活性：抗腫瘤四、三萜：含有30個碳原子，由6個異戊二烯結(jié)構(gòu)單 元聚合而成的萜類化合物。三萜的結(jié)構(gòu)類型有：鏈狀三萜、四環(huán)三萜、五環(huán)三萜龍涎香醇角鯊烯四、三萜：含有30個碳原子，由6個異戊二烯結(jié)構(gòu)單 元聚合而成的萜類化合物。龍涎香醇角鯊烯1、四環(huán)三萜的結(jié)構(gòu)類型：達瑪甾烷型羊毛甾烷型甘遂烷型 環(huán)阿屯烷型原萜烷型葫蘆烷型 達瑪甾烷型達瑪甾烷C8-甲基羊毛甾烷型C10、C13-角甲基甘遂烷型 C13-甲基環(huán)阿屯烷型 （羊毛甾烷型C19與C9的環(huán)合物）C10，C14有CH3，C8有CH3。原萜烷型葫蘆烷型結(jié)構(gòu)特點：10位-H，9位連有CH3齊墩果

17、烷型（-香樹脂烷型） 甘草酸、柴胡皂苷 商陸皂苷、遠志皂苷烏蘇烷型： 地榆皂苷 積雪草皂苷羽扇豆烷型： 白頭翁皂苷 2.五環(huán)三萜常見的結(jié)構(gòu)類型齊墩果酸齊墩果烷型烏蘇烷型烏蘇酸白頭翁皂苷A羽扇豆烷型五、四萜類化合物：含有40個碳原子的萜類化合物。重要的有類胡蘿卜素和葉黃素兩大類，又叫多烯色素。鏈端 共軛雙鍵 鏈端-胡蘿卜素-胡蘿卜素葉黃素-胡蘿卜素葉黃素第三節(jié) 萜類的理化性質(zhì) 一、物理性質(zhì) （一）性狀1.形態(tài)：單萜、倍半萜油狀 二萜、二倍半萜結(jié)晶型2.味：多數(shù)味苦，個別為甜味。3.旋光與折光：大多有旋光性，低分子萜類有較高的 折光率4.溶解性萜類化合物親脂性強，易溶于醇及親脂性有機溶劑，難溶于水

18、，有揮發(fā)性的單萜和倍半萜能隨水蒸氣蒸餾出。隨著含氧官能團的增加或形成糖苷，萜類化合物的水溶性增加；具有內(nèi)酯結(jié)構(gòu)的萜類化合物能溶于堿 水，酸化后又會從水中析出。萜類苷化后有一定的親水性，能溶于熱水，易溶于甲醇及乙醇溶液，不溶于親脂性有機溶劑。二、萜類化合物的化學性質(zhì)（一）加成反應1.雙鍵的加成反應(1)與HX的加成萜烯類化合物中的雙鍵能與HX在 冰醋酸溶液中發(fā)生加成反應，在冰水中析出結(jié)晶。 例 如：檸檬烯 檸檬烯二氫氯化物(2)與溴的加成萜烯類化合物的雙鍵與溴在冰醋酸 或乙醚與乙醇的混合液中進行加成反應，在冷卻 下析出結(jié)晶性加成產(chǎn)物。(3)與亞硝酰氯的加成萜烯類化合物的雙鍵在冰醋 酸或乙醇中與N

19、OCl發(fā)生加成反應，生成藍色 綠色結(jié)晶，可用于不飽和萜類化合物的分離與鑒 定。(4)Diels-Alder反應含有共軛雙鍵的萜烯類化合物 與順丁烯二酸酐發(fā)生D-A反應生成結(jié)晶形加成產(chǎn)物， 可用以證明共軛雙鍵的的存在。2.羰基的加成反應(1)與飽和NaHSO3的加成注意：過量NaHSO3 、或長時間反應 或在酸、堿的作用下加成均產(chǎn)生雙鍵加成物并且不可逆(2)與2,4-二硝基苯肼的加成與吉拉德試劑加成反應吉拉德試劑T吉拉德試劑P+ 吉拉德試劑可用來分離提純含羰基的萜類化合物(二)氧化反應1.臭氧氧化可用于萜烯類化合物雙鍵位置的測定 環(huán)萜的碳架經(jīng)脫氫轉(zhuǎn)變?yōu)榉枷銦N類衍生物。脫氫反應通常在惰性氣體的保護

20、下，用鉑黑或鈀做催化劑，將萜類成分與硫或硒共熱(200300oC)而實現(xiàn)脫氫。有時可能導致環(huán)的裂解或環(huán)合。 2.脫氫氧化-桉葉醇 蘢 在萜類化合物中，特別是雙環(huán)萜在發(fā)生加成、消除或親核性取代反應時，常常發(fā)生碳架的改變，產(chǎn)生Wagner-Meerwein重排。目前工業(yè)上由-蒎烯合成樟腦的過程，就是應用Wagner-Meerwein重排，再氧化制得。 （三） 分子重排反應第四節(jié) 萜類化合物的提取分離一、萜類的提取1.壓榨法：用于柑橘類植物精油的提取.精油中主要含有 單萜和倍半萜.2.水蒸氣蒸餾法:主要用于單萜和倍半萜的提取.3.溶劑提取法:以甲醇或乙醇為溶劑進行提取,減壓回收 溶劑,再用乙酸乙酯萃

21、取,或用極性不同的有機溶劑按 極性遞增的方法依次萃取,得到不同極性的萜類提取物4.脂浸潤法:用于對熱穩(wěn)定性差的萜類化合物的提取5.堿提酸沉法:用于倍半萜內(nèi)酯的提取6.超臨界流體CO2萃取法:用于小分子的單萜和倍半萜的 提取二、萜類化合物的分離1.活性炭吸附法：萜苷類化合物的水提取液用活性炭 吸附后，經(jīng)水洗除去雜質(zhì)，再用適當?shù)娜軇┤缦〈?溶液等依次洗脫，回收溶劑后即可得到純品。如桃 葉苷、珊瑚苷的分離。2.大孔吸附樹脂吸附法：萜苷類化合物的水提取液用 大孔樹脂吸附后，依次用水、95%乙醇等洗脫，分 段收集即可得到純品。如甜葉菊苷的分離。（一）吸附法：用于萜苷類化合物的分離 熱水 OH 甜菊干葉

22、水液 清液 D101大孔樹脂堿水洗、水洗 95%乙醇洗 脫色處理，甲醇結(jié)晶甜葉菊苷結(jié)晶堿水洗、水洗、 95%乙醇洗洗去什么物質(zhì)？（二）結(jié)晶法1.與鹵化氫生成結(jié)晶:此法成本較低,用于含雙鍵的萜烯類 化合物的分離.例如松節(jié)油中-蒎烯的提純分離.-蒎烯該法反應溫度不能高,否則容易異構(gòu)化.-氯化莰2.萜醇的分離萜醇溶于水不溶于水不溶于水溶于水萜醇3. 萜醛、萜酮類的分離香茅醛注意:以上三種方法均需酸堿處理,對酸堿敏感的化合物 不適用(三)精密分餾法 溫度（c） 壓力 （mmHg） 萜類化合物3570 10 單萜烯類化合物70100101080110單萜含氧類衍生物倍半萜烯類及含氧衍生物 一般說來，經(jīng)精

23、密分餾后有些成分已經(jīng)純化，有些成分需進一步純化。（四）色譜分離法：常用吸附色譜法常用吸附劑：硅膠、中性氧化鋁常用洗脫劑：正己烷、石油醚、環(huán)己烷、乙醚、苯 、 乙酸乙酯、石油醚-乙酸乙酯、苯-乙酸 乙酯、苯-氯仿、氯仿-乙醇（用于多羥基 萜類）常用顯色劑：碘，黃色斑點，但靈敏度不高 5%香草醛-濃硫酸溶液噴灑后， 100105C加熱顯色。第五節(jié) 萜類化合物的結(jié)構(gòu)鑒定萜類化合物結(jié)構(gòu)的鑒定的一般程序：1.定性分析其所含官能團及所屬類別2.通過降解確定其碳架并推測官能團所在位置3.結(jié)合譜圖分析推測其結(jié)構(gòu)4.通過全合成驗證其結(jié)構(gòu)一、紫外光譜1.共軛雙烯類萜:在215270nm(250030000)處有 最大吸收.2.,-不飽和醛酮類萜:在220250nm處有最大吸收雙鍵位置 max(nm) 鏈狀萜烯 217228 1500025000環(huán)內(nèi)雙烯 256265 250010000一個雙鍵在環(huán)內(nèi) 230240 1300020000注:共軛雙鍵的化學環(huán)境不同,其紫外吸收有所不同, 可用Woodward規(guī)則計算.二、紅外光譜 絕大多數(shù)萜類化合物含有雙鍵、共軛雙鍵、甲基、偕二甲基、環(huán)外亞甲基、含氧官能團等。采用IR譜一般容易分辨出來。如環(huán)外亞甲基則通常在900cm-1處有最大吸收峰，而偕二甲基在1370 cm-1吸收峰處裂分，出現(xiàn)兩條吸收帶。特別是采用IR譜技術，對于判斷萜類內(nèi)酯是否存在