甾体类化合物

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1、第九章第九章 甾体类化合物甾体类化合物概述概述 强心苷类化合物强心苷类化合物甾体皂苷甾体皂苷C21甾体化合物甾体化合物 植物甾醇植物甾醇胆汁酸类化合物胆汁酸类化合物昆虫变态激素昆虫变态激素第一节第一节 概述概述 甾体类化合物是广泛存在于自然界中的一类天然化学成分，包括植物甾醇、胆汁酸、C21甾类、昆虫变态激素、强心苷、甾体皂苷、甾体生物碱、蟾毒配基等。尽管种类繁多，但它们的结构中都具有环戊烷骈多氢菲的甾体母核。R167891 01 11 21 31 41 51 61 7ABCD4532一、甾体化合物的结构与分类一、甾体化合物的结构与分类 各类甾体成分C17位均有侧链。根据侧链结构的不同，又分为

2、许多种类，如表9-1所示。表表9-1 天然甾体化合物的种类及结构特点天然甾体化合物的种类及结构特点名称A/BB/CC/DC17-取代基植物甾醇顺、反反反810个碳的脂肪烃胆汁酸顺反反戊酸C21甾醇反反顺C2H5昆虫变态激素顺反反810个碳的脂肪烃强心苷顺、反反顺不饱和内酯环蟾毒配基顺、反反反六元不饱和内酯环甾体皂苷顺、反反反含氧螺杂环甾体生物碱 天然甾体化合物的B/C环都是反式，C/D环多为反式，A/B环有顺、反两种稠合方式。由此，甾体化合物可分为两种类型：A/B环顺式稠合的称正系，即C5上的氢原子和C10上的角甲基都伸向环平面的前方，处于同一边，为构型，以实线表示；A/B环反式稠合的称别系（

3、allo），即C5上的氢原子和C10上的角甲基不在同一边，而是伸向环平面的后方，为构型，以虚线表示。通常这类化合物的C10、C13、C17侧链大都是构型，C3上有羟基，且多为构型。甾体母核的其他位置上也可以有羟基、羰基、双键等功能团。二、甾体化合物的生合成途径二、甾体化合物的生合成途径 甾体化合物是由甲戊二羟酸的生物合成途径转化而来，可以衍生成甾醇类、C21甾类、强心苷元类、甾体皂苷元类等等。如图9-1所示。乙酰辅酶A 角鲨烯（squalene）2，3-氧化角鲨烯（2，3-oxidosqualene）羊毛甾醇OHOOHOHOHOOOHC H 2O HO HOOHHOOOHOOOHO HOHO

4、HOO三、甾体类化合物的颜色反应三、甾体类化合物的颜色反应 甾体类化合物在无水条件下用酸处理，能产生各种颜色反应。这类颜色反应的机理较复杂，是甾类化合物与酸作用，经脱水、缩合、氧化等过程生成有色物。1Liebermann-Burchard反应 将样品溶于氯仿，加硫酸-乙酐（1:20），产生红紫蓝绿污绿等颜色变化，最后褪色。也可将样品溶于冰乙酸，加试剂产生同样的反应。2Salkowski反应 将样品溶于氯仿，加入硫酸，氯仿层显血红色或青色，硫酸层显绿色荧光。3Tschugaev反应 将样品溶于冰乙酸，加几粒氯化锌和乙酰氯共热；或取样品溶于氯仿，加冰乙酸、乙酰氯、氯化锌煮沸，反应液呈现紫红蓝绿的变

5、化。4Rosenheim反应 将样品溶于氯仿，加25%的三氯乙酸乙醇溶液，呈红色至紫色。5三氯化锑或五氯化锑反应 将样品溶液点于滤纸上，喷20%三氯化锑或五氯化锑的氯仿溶液（不含乙醇和水），于6070加热35分钟，样品斑点呈现灰蓝、蓝、灰紫等颜色。第二节第二节 强心苷类化合物强心苷类化合物 一、强心苷概述一、强心苷概述 强心苷（cardiac glycosides）是生物界中存在的一类对心脏有显著生理活性的甾体苷类，是由强心苷元（cardiac aglycones）与糖缩合的一类苷。它们主要分布于夹竹桃科、玄参科、百合科、萝摩科、十字花科等十几个科的一百多种植物中。常见的有毛花洋地黄（Digi

6、talis lanata）、紫花洋地黄（Digitalis purpurea）、黄花夹竹桃（Peruviana peruviana）、毒毛旋花子（Strophanthus kombe）、铃蓝（Convallaria keiskei）、海葱（Scilla maritime）、羊角拗（Stropanthus divaricatus）等 二、强心苷的结构与分类二、强心苷的结构与分类1.苷元部分的结构 强心苷由强心苷元与糖缩合而成。天然存在的强心苷元是C17侧链为不饱和内酯环的甾体化合物。其结构特点如下：（1）甾体母核A、B、C、D四个环的稠合方式为A/B环有顺、反两种形式，但多为顺式；B/C环均为反

7、式；C/D环多为顺式。（2）C10、C13、C17的取代基均为型。C10为甲基或醛基、羟甲基、羧基等含氧基团，C13为甲基取代，C17为不饱和内酯环取代。C3、C14位有羟基取代，C3羟基多数是构型，少数是构型，强心苷中的糖均是与C3羟基缩合形成苷。C14羟基为构型。母核其它位置也可能有羟基取代，一般位于1、2、5、11、11、12、12、15、16，其中16-OH有时与小分子有机酸，如甲酸、乙酸等以酯的形式存在。在C11、C12和C19位可能出现羰基。有的母核含有双键，双键常在C4、C5位或C5、C6位。（3）根据C17不饱和内酯环的不同，强心苷元可分为两类。C17侧链为五元不饱和内酯环（-

8、内酯），称强心甾烯类（cardenolides），即甲型强心苷元。在已知的强心苷元中，大多数属于此类。C17侧链为六元不饱和内酯环（，-内酯），称海葱甾二烯类(scillanolides)或蟾蜍甾二烯类(bufanolide)，即乙型强心苷元。自然界中仅少数苷元属此类，如中药蟾蜍中的强心成分蟾毒配基类。OHOOOHHH20212223242021222324OOHOOHHH强心甾 强心甾烯海葱甾 海葱甾二烯（蟾蜍甾二烯）2糖部分的结构糖部分的结构 构成强心苷的糖有20多种。根据它们C2位上有无羟基可以分成-羟基糖（2-羟基糖）和-去氧糖（2-去氧糖）两类。-去氧糖常见于强心苷类，是区别于其它苷

9、类成分的一个重要特征。（1）-羟基糖：除D-葡萄糖、L-鼠李糖外，还有6-去氧糖如L-夫糖（L-fucose）、D-鸡纳糖（D-quinovose）、D-弩箭子糖（D-antiarose）、D-6-去氧阿洛糖（D-6-deoxyallose）等；6-去氧糖甲醚如L-黄花夹竹桃糖（L-thevetose）、D-洋地黄糖（D-digitalose）等。（2）-去氧糖：有2，6-二去氧糖如D-洋地黄毒糖（D-digitoxose）等；2，6-二去氧糖甲醚如L-夹竹桃糖（L-oleandrose）、D-加拿大麻糖（D-cymarose）、D-迪吉糖（D-diginose）和D-沙门糖（D-sarmen

10、tose）等。OCH3OHOHHOH OHOCH3OHOHH OHOCH3OHOHHOH OHHOOCH3OHHOH OHHO,OCH3OHOH OHHOOCH3OHHOH OHOCH3OHOH OHOCH3OHOH OHHOCH3CH3CH3,D-鸡纳糖 D-弩箭子糖 D-6-去氧阿洛糖 L-夫糖D-洋地黄糖 D-洋地黄毒糖 D-加拿大麻糖 L-黄花夹竹桃糖 3苷元和糖的连接方式苷元和糖的连接方式 强心苷大多是低聚糖苷，少数是单糖苷或双糖苷。通常按糖的种类以及和苷元的连接方式，可分为以下三种类型：I 型：苷元-（2，6-去氧糖）x（D-葡萄糖）y，如紫花洋地黄苷A（purpurea glyc

11、oside A）。II 型：苷元-（6-去氧糖）x（D-葡萄糖）y ，如黄夹苷甲（thevetin A）。III型：苷元-（D-葡萄糖）y ，如绿海葱苷（scilliglaucoside）。植物界存在的强心苷，以I、II型较多，III型较少 OOOOOOO HOOC H3C H3C H3O HO HO HORH OO H CC H3HOCH2O HOO HOC H2O HO HHO HOOOO HOO H COOC H2O HO HOO HHOOOO HOC H3OO紫花洋地黄苷A -D葡萄糖洋地黄毒苷 H 黄夹苷甲 绿海葱苷 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

12、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。1.甾体母核 甾体母核的立体结构与强心作用关系密切的是C/D环须顺式稠合。一旦这种稠合被破坏，将失去强心作用。若C14羟基为构型时即表明C/D环顺式稠合，若为构型或脱水形成脱水苷元，则强心作用消失。A/B环为顺式稠合的甲型强心苷元，必须具C3-羟基，否则无活性。A/B环为反式稠合的甲型强心苷元，无论C3是-羟基还是-羟基均有活性。三、强心苷的结构与活性的关系三、强心苷的结构与活性的关系 2.不

13、饱和内酯环 C17侧链上、-不饱和内酯环为-构型时，有活性；为构型时，活性。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。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9-2。表表9-2 毒毛旋花子苷元组成的三种苷的毒性比较毒毛旋花子苷元组成的三种苷的毒性比较 化合物名

14、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-（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。表表9-3 洋地黄毒苷元与不同单糖结合的苷的毒性比较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-

15、加拿大麻糖0.288 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。四、强心苷的理化性质四、强心苷的理化性质(一)性状 强心苷多为无定形粉末或无色结晶，具有旋光性，C17位侧链为构型者味苦，为构型者味不苦。对粘膜具有刺激性。（二）溶解性 强心苷一般可溶于水、醇、丙酮等极性溶剂，微溶于乙酸乙酯、含醇氯仿，几乎不溶于乙醚、苯、石油醚等极性小的溶剂。强心苷的溶解性与分子所含糖的数目、种类、苷元所含的羟基数及位置有关。原生苷由于分子中含糖基数目多，而比其次生苷和苷元的亲水性强，可溶于水等极性大的溶剂，难溶于极性小的溶剂。在溶解性的比较中还需注意糖的类型、糖和苷元上羟基

16、的数目，如果羟基数越多，亲水性则越强，例如乌本苷（ouabain）虽是单糖苷，但整个分子却有八个羟基，水溶性大（1:75），难溶于氯仿；洋地黄毒苷虽为三糖苷，但整个分子只有五个羟基，故在水中溶解度小（1:100000），易溶于氯仿（1:40）。此外，分子中羟基是否形成分子内氢键，也可影响强心苷溶解性。可形成分子内氢键者亲水性弱，反之，亲水性强。（三）脱水反应 强心苷用混合强酸（例如 35 HCl）进行酸水解时，苷元往往发生脱水反应。C14、C5位上的羟基最易发生脱水 OOO HOO HOOH C IOO HOOOOH C I(D-洋地黄毒糖)3+3 D-洋地黄毒糖羟基洋地黄毒苷 脱水羟基洋地黄

17、毒苷元鼠李糖-O-葡萄糖+L-鼠李糖+D-葡萄糖 海葱苷A 脱水海葱苷元（四）水解反应（四）水解反应 化学方法主要有酸水解、碱水解；生物方法有酶水解。1.酸水解 （1）温和酸水解 用稀酸0.020.05mol/L的盐酸或硫酸，在含水醇中经短时间加热回流，可使I型强心苷水解为苷元和糖。因为苷元和-去氧糖之间、-去氧糖与-去氧糖之间的糖苷键极易被酸水解，在此条件下即可断裂。而-去氧糖与-羟基糖、-羟基糖与-羟基糖之间的苷键在此条件下不易断裂，常常得到二糖或三糖。由于此水解条件温和，对苷元的影响较小，不致引起脱水反应，对不稳定的-去氧糖亦不致分解。（2）强烈酸水解 型和型强心苷与苷元直接相连的均为-

18、羟基糖，由于糖的2-羟基阻碍了苷键原子的质子化，使水解较为困难，用温和酸水解无法使其水解，必须增高酸的浓度（3%5%），延长作用时间或同时加压，才能使-羟基糖定量地水解下来，但常引起苷元结构的改变，失去一分子或数分子水形成脱水苷元。（3）氯化氢-丙酮法（Mannich和 Siewert法）将强心苷置于含1%氯化氢的丙酮溶液中，20放置两周。因糖分子中C2羟基和C3羟基与丙酮反应，生成丙酮化物，进而水解，可得到原生苷元和糖衍生物。2.酶水解 酶水解有一定的专属性。不同性质的酶，作用于不同性质的苷键。在含强心苷的植物中，有水解葡萄糖的酶，但无水解-去氧糖的酶，所以能水解除去分子中的葡萄糖，保留-去

19、氧糖而生成次级苷。3.碱水解 强心苷的苷键不被碱水解。但强心苷分子中的酰基、内酯环会受碱的影响，发生水解或裂解、双键移位、苷元异构化等反应。（1）酰基的水解 强心苷的苷元或糖上常有酰基存在，它们遇碱可水解脱去酰基。一般用碳酸氢钠、碳酸氢钾、氢氧化钙、氢氧化钡等。-去氧糖上的酰基最易脱去，用碳酸氢钠、碳酸氢钾处理即可，而羟基糖或苷元上的酰基须用氢氧化钙、氢氧化钡处理才可。甲酰基较乙酰基易水解，提取分离时，若用氢氧化钙处理，即可水解。上述四种碱只水解酰基，不影响内酯环。氢氧化钠、氢氧化钾由于碱性太强，不仅使所有酰基水解，而且还会使内酯环开裂。（2）内酯环的水解 在水溶液中，氢氧化钠、氢氧化钾溶液可

20、使内酯环开裂，加酸后可再环合；在醇溶液中，氢氧化钠、氢氧化钾溶液使内酯环开环后生成异构化苷，酸化亦不能再环合成原来的内酯环，为不可逆反应。甲型强心苷在氢氧化钾的醇溶液中，通过内酯环的质子转移、双键转移，以及C14位羟基质子对C20位的亲电加成作用而生成内酯型异构化苷，再经皂化作用开环形成开链型异构化苷。乙型强心苷在氢氧化钾醇溶液中，不发生双键转移，但内酯环开裂生成甲酯异构化苷。五、强心苷的颜色反应五、强心苷的颜色反应 1.C17位上不饱和内酯环的颜色反应（1）Legal反应 又称亚硝酰铁氰化钠试剂反应。取样品12mg，溶于吡啶23滴中，加3亚硝酰铁氰化钠溶液和2mol/L氢氧化钠溶液各1滴，反

21、应液呈深红色并渐渐退去。此反应机制可能是由于活性亚甲基与活性亚硝基缩合生成异亚硝酰衍生物的盐而呈色，凡分子中有活性亚甲基者均有此呈色反应。Fe(CN)5NOCH2Fe(CN)5N=COO-2+2OH-4+H2 2.-去氧糖颜色反应去氧糖颜色反应 （1）Keller-Kiliani（K-K）反应 取样品1mg，用冰乙酸5ml溶解，加20%的三氯化铁水溶液1滴，混匀后倾斜试管，沿管壁缓慢加入浓硫酸5ml，观察界面和乙酸层的颜色变化。如有-去氧糖，乙酸层显蓝色。界面的呈色，由于是浓硫酸对苷元所起的作用逐渐向下层扩散，其显色随苷元羟基、双键的位置和数目不同而异，可显红色、绿色、黄色等，但久置后因炭化作用，均转为暗色。（2）呫吨氢醇（Xanthydrol）反应 取样品少许，加呫吨氢醇试剂（呫吨氢醇10mg溶于冰乙酸100ml中，加入浓硫酸1ml）1 ml，置水浴上加热3分钟，只要分子中有-去氧糖即显红色。此反应极为灵敏，分子中的-去氧糖可定量地发生反应，故还可用于定量分析。