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生藥的化學(xué)成分及其生物合成 第一節(jié)生物的初生代謝與次生代謝產(chǎn)物 代謝 植物為了維持生長 運動 繁殖等生命活動 必須不斷地從周圍環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)交換 在此過程中所發(fā)生的物質(zhì)合成 轉(zhuǎn)化和分解的化學(xué)變化 總稱代謝 代謝過程 獲得能量的過程 合成代謝釋放能量的過程 降解代謝 初生代謝 primarymetabolism 合成生命活動必需物質(zhì)的代謝過程稱初生代謝 初生代謝產(chǎn)物有 蛋白質(zhì)類 氨基酸類 糖類 脂肪類 RNA DNA等 次生代謝 secondarymetabolism 利用初生代謝產(chǎn)物產(chǎn)生對植物本身無明顯作用的化合物的過程 次生代謝產(chǎn)物有 苷類 生物堿類 萜類 內(nèi)酯類 酚類等 異常次生代謝產(chǎn)物 植物保護素植物體受外界物理 化學(xué) 機械損傷而產(chǎn)生的成分 對人類有用如乳香 沒藥 血竭 阿魏 近來發(fā)現(xiàn)初生代謝產(chǎn)物有特異而顯著的生物活性 植物體內(nèi)次生代謝產(chǎn)物含量雖低 但對人的生理活性較強 有重要的臨床應(yīng)用價值 第二節(jié)生藥的化學(xué)成分 一 糖類和苷類糖又稱作碳水化合物 carbohydrates 是生命活動所必需的一類物質(zhì) 和核酸 蛋白質(zhì) 脂質(zhì)一起稱為生命活動所必需的四大類化合物 苷類又稱配糖體 glycoside 是由糖或糖的衍生物等與另一非糖物質(zhì)通過其端基碳原子聯(lián)接而成的化合物 糖類除作為植物的貯藏養(yǎng)料和骨架之外 還是其它有機物質(zhì)的前體 一些具有營養(yǎng) 強壯作用的藥物 如山藥 何首烏 大棗等均含有大量糖類 苷類在心血管 呼吸 消化 神經(jīng)系統(tǒng)以及抗菌消炎 增強機體免疫功能 抗腫瘤等方面都具有活性 許多常見中藥例如人參 甘草 柴胡 黃芪 黃芩 桔梗 芍藥等都含有苷類 1 分類 可分為單糖 低聚糖和多糖 1 單糖類1 五碳醛碳 aldopentoses 有L 阿拉伯糖 L arabinose D 木糖 D xylose D 來蘇糖 D lyxose D 核糖 D ribose 等 一 糖類 L 阿拉伯糖 2 六碳醛糖 aldohexose 常見的有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 3 六碳酮糖 ketohexose hexulose 如D 果糖 D fructose L 山梨糖 L sorbose 等 下圖為 D 果糖的結(jié)構(gòu) 4 甲基五碳糖常見的有L 鼠李糖 L rhamnose L 夫糖 L fucose 和D 雞納糖 D quinovose 如L 鼠李糖的結(jié)構(gòu) 5 去氧糖 deoxysugars 單糖分子的一個或二個羥基被氫原子取代的糖 常見的有6 去氧糖 2 6 二去氧糖及其3 O 甲醚等 該類糖在強心苷和微生物代謝產(chǎn)物中多見 如L 黃花夾竹桃糖 L thevetose 是2 6 二去氧糖的3 O 甲醚 6 氨基糖 aminosugar 單糖的一個或幾個醇羥基置換成氨基 如慶大霉素的結(jié)構(gòu) 7 糖醛酸 uronicacid 單糖分子中的伯醇基氧化成羧基 常結(jié)合成苷類或多糖存在 常見的如葡萄糖醛酸 glucuronicacid 和半乳糖醛酸 galactocuronicacid 2 低聚糖 oligosaccharides 寡糖 由2 9個單糖通過苷鍵鍵合而成的直鏈或支鏈的聚糖稱低聚糖 櫻草糖 primverose 蔗糖 sucrose 常見的低聚糖 3 多聚糖 polysaccharides 多糖 是由10個以上的單糖基通過苷鍵連接而成 聚合度 100以上至幾千性質(zhì) 與單糖和寡糖不同 無甜味 非還原性分類 按組成分由一種單糖組成 均多糖 homosaccharide 由二種以上單糖組成 雜多糖 heterosaccharide 植物多糖 淀粉 菊糖 樹膠 纖維素 葡聚糖淀粉 由20 的糖淀粉 由300個D葡萄糖以 1 4連接 遇碘液呈深藍(lán)色 和80 的膠淀粉 由1000個以上的葡萄糖聚合而成 1 4和 1 6連接 熱水中膨脹成粘膠狀 遇碘液顯紅紫色 組成 菊糖 inulin 由35個D 果糖以 2 1結(jié)合的果聚糖 溶于熱水 微溶或不溶于冷水和有機溶劑 遇碘液不顯色 乙醇處理后顯球形結(jié)晶析出 樹膠 gum 由多種糖類連接而成 具有分支結(jié)構(gòu) 在水中可膨脹成膠體溶液 不溶于有機溶劑 與醋酸鉛或堿式醋酸鉛溶液產(chǎn)生沉淀 常見阿拉伯膠 西黃芪膠 杏膠 桃膠等 動物多糖 單一多糖肝糖 甲殼素 chitin 酸性粘多糖肝素 heparin 硫酸軟骨素 chondroitinsulfate 透明質(zhì)酸 hyaluronicacid 甲殼素 chitin 甲殼素主要存在于昆蟲 甲殼類動物的外殼 由N 乙酰葡萄糖胺以1b 4反向連接的直鏈結(jié)構(gòu)多糖 甲殼素對酸 堿穩(wěn)定 甲殼素的水解產(chǎn)物葡萄糖胺是重要的合成原料 透明質(zhì)酸存在于動物結(jié)合組織 眼球和皮膚的酸性粘多糖 具有潤滑劑和防止微生物侵害作用 由D 葡萄糖醛酸1b 3連接N 乙酰氨基葡萄糖形成的重復(fù)二糖單位 現(xiàn)作為化妝品基質(zhì)使用 肝素 heparin 肝素是分子量約5000 15000的高度硫酸酯化的右旋酸性粘多糖 肝素具有很強的抗凝血作用 硫酸軟骨素 chondroitinsulfate 硫酸軟骨素是保持動物組織水分和彈性的一類酸性粘多糖 硫酸軟骨素C是由D 葡萄糖醛酸1b 3和D 半乳糖1b 4相間連接而成的直鏈分子 在半乳糖羥基的C6 羥基上有硫酸酯化 臨床上用于治療神經(jīng)痛 風(fēng)濕痛 并具有降低血脂 改善動脈粥樣硬化癥狀的作用 2 鑒別 Fehling試驗 試劑 Fehling試液 堿性酒石酸酮試液甲 乙 臨用時等量混合 結(jié)果 產(chǎn)生磚紅色沉淀 檢測化合物類型 還原性糖類 非還原性多糖需水解后呈陽性反應(yīng) Molish試驗 試劑 a 萘酚試液 沿管壁滴加濃硫酸結(jié)果 二液層交界處成紫色環(huán) 檢測化合物類型 所有糖類 苷類 成脎試驗試劑 鹽酸苯肼 共熱結(jié)果 糖脎結(jié)晶檢測化合物類型 a 羥基醛 酮 色譜法 紙色譜 薄層色譜 展開劑 正丁醇 醋酸 水 4 1 5上層 顯色劑 氨基硝酸銀 結(jié)果 還原糖顯黑色斑點 GC GC MS分析 糖類化合物可以制成甲醚 乙?；?三甲基硅烷化衍生物 采用GC GC MS方法 進(jìn)行定性 定量分析 以糖類為主要成分的生藥 茯苓 豬苓 黃芪 枸杞子 黨參 昆布 海藻 黃精 玉竹 白及 蜂蜜 阿拉伯膠 西黃芪膠 二 苷類 glycoside 又稱配糖體 苷類化合物的組成 苷元 配基 非糖的物質(zhì) 常見的有黃酮 蒽醌 三萜等 苷類苷鍵 將二者連接起來的化學(xué)鍵 可通過O N S等原子或直接通過C C鍵相連 糖 或其衍生物 如氨基糖 糖醛酸等 苷類化合物的分類 根據(jù)生物體內(nèi)的存在形式 分為原生苷 次級苷 根據(jù)連接單糖基的個數(shù) 單糖苷 二糖苷 三糖苷 根據(jù)苷鍵原子的不同 氧苷 硫苷 氮苷 碳苷 1 氧苷 醇苷 是通過醇羥基與糖端基脫水而成的苷 較常見 如皂苷 強心苷均屬此類 酚苷 苷元的酚羥基與糖端基脫水而成的苷 較常見 如黃酮苷 蒽醌苷多屬此類 紅景天苷 天麻苷 氰苷 主要是指 羥基腈的苷 該類化合物多為水溶性 在酸和酶催化時易于水解 生成的苷元 羥基腈很不穩(wěn)定 立即分解為醛 酮 和氫氰酸 芳香族氰苷 分解后生成苯甲醛 有典型的苦杏仁味 和氫氰酸 因而可以用于鎮(zhèn)咳 如苦杏仁可用于鎮(zhèn)咳 正是由于其中的苦杏仁苷分解后可釋放少量HCN的結(jié)果 酯苷 苷元的羧基與糖端基脫水而成的苷 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環(huán)合生成山慈茹內(nèi)酯A tulipalinA 吲哚苷 指吲哚醇和糖形成的苷 在豆科和蓼科中有分布 苷元無色 但易氧化是暗藍(lán)色的靛藍(lán) 具有反式結(jié)構(gòu) 中藥青黛就是粗制靛藍(lán) 民間用以外涂治療腮腺炎 有抗病毒作用 2 硫苷 是糖的端基OH與苷元上巰基縮合而成的苷 如蘿卜中的蘿卜苷 芥子苷是存在于十字花科植物中的一類硫苷 其通式如下 幾乎都是以鉀鹽的形式存在 經(jīng)其伴存的芥子酶水解 生成的芥子油含有異硫氰酸酯類 葡萄糖和硫酸鹽 具有止痛和消炎作用 3 氮苷 糖的端基碳與苷元上氮原子相連的苷稱氮苷 是生化領(lǐng)域中的重要物質(zhì) 如核苷類化合物 胞苷 巴豆苷 4 碳苷 是一類糖基和苷元直接相連的苷 組成碳苷的苷元多為酚性化合物 如黃酮 查耳酮 色酮 蒽醌和沒食子酸等 尤其以黃酮碳苷最為常見 碳苷常與氧苷共存 它的形成是由苷元酚羥基所活化的鄰對位的氫與糖的端基羥基脫水縮合而成 黃酮碳苷的糖基均在A環(huán)的6位或8位 碳苷類化合物具有溶解度小 難以水解的特點 豆科植物葛和野葛的根中含有的葛根素 puerarin 對心血管系統(tǒng)有較強的活性 有明顯的擴張冠狀動脈 增加冠脈流量 降低血壓的作用 該化合物即為異黃酮的碳苷 8位直接與葡萄糖相結(jié)合 二 皂苷類 皂苷 saponins 是廣泛存在于植物界的一類特殊的苷類 它的水溶液振搖后可生產(chǎn)持久的肥皂樣的泡沫 因而得名 根據(jù)水解后生成皂苷元的結(jié)構(gòu) 皂苷可分為三萜皂苷與甾體皂苷兩大類 組成皂苷的糖常見的有葡萄糖 半乳糖 鼠李糖 阿拉伯糖 木糖及葡萄糖醛酸 半乳糖醛酸等 常與皂苷元C3位的 OH連接成苷 三萜皂苷 triterpenoidsaponins 三萜皂苷的皂苷元為30個碳原子組成的三萜類衍生物 大多數(shù)苷元在C 24或C 28位有 COOH基 故又稱酸性皂苷 少數(shù)苷元只含醇羥基而呈中性 如人參皂苷 柴胡皂苷等 三萜皂苷元的結(jié)構(gòu)可分為五環(huán)三萜 pentacyclictriterpenoids 及四環(huán)三萜 tetracyclictriterpenoids 五環(huán)三萜皂苷 齊墩果烷烏蘇烷 羽扇豆烷木栓烷 四環(huán)三萜皂苷 達(dá)瑪烷羊毛脂烷 甘遂烷環(huán)阿屯烷 葫蘆烷楝烷 三萜皂苷在植物界分布較廣雙子葉植物 五加科 人參 三七達(dá)瑪烷型 傘形科 柴胡齊墩果烷 菊科 紫菀 款冬花 豆科 甘草 黃芪 桔梗科 桔梗 黨參 南沙參 遠(yuǎn)志科 遠(yuǎn)志 毛茛科 威靈仙 白頭翁 薔薇科 地榆 夾竹桃科 蘿藦科 葫蘆科 大戟科 桃金娘科 茜草科等 單子葉植物含三萜皂苷植物較少見 僅見于禾本科少數(shù)屬 裸子植物及低等植物也較少含有這類皂苷 甾體皂苷 steroidalsaponins 甾體皂苷的皂苷元由27個碳原子組成 其不含羧基 呈中性 故又稱中性皂苷 甾體皂苷的基本骨架為螺旋甾烷 spirostane 或其異構(gòu)體異螺旋甾烷 isospirostane 1 3 18 19 5 9 11 12 17 15 20 21 22 23 24 25 27 A與B環(huán)的稠合有反式也有順式 B與C環(huán)及C與D環(huán)的稠合大多為反式 C3大多有 OH基 和糖常在此部位結(jié)合 某些皂苷元分子中還含有雙鍵和羰基 雙鍵常為D5 6 也有D9 11 D25 27 等類型 羰基多在C12位上 甾體皂苷 螺甾烷醇異螺甾烷醇 呋甾烷醇變形螺甾烷醇 甾體皂苷主要分布于 薯蕷科 百合科 玄參科和龍舌蘭科等植物中 鑒別Liebermann反應(yīng) 皂苷在無水條件下與強酸或leweis酸作用產(chǎn)生顏色變化或熒光 生藥的70 乙醇提取液 加濃硫酸 醋酐 1 20 三萜皂苷產(chǎn)生黃 紅 紫 蘭等顏色變化 甾體皂苷最后呈綠色 三氯醋酸反應(yīng) Rosen Heimer 反應(yīng)樣品溶液滴于濾紙 噴25 三氯醋酸乙醇溶液 三萜皂苷加熱至100 生成紅色漸變成紫色 甾體皂苷加熱至60 即發(fā)生顏色變化 三 強心苷 強心苷類 cardiacglycosides 是生藥中具有強心作用的甾體苷類化合物 地高辛 西地蘭 毛地黃毒苷等化合物的制劑已廣泛應(yīng)用于臨床 于用于治療充血型心力衰竭及節(jié)律障礙等心臟病 該類化合物主要分布于夾竹桃科 玄參科 百合科 十字花科 毛茛科 蘿摩科 衛(wèi)茅科等植物中 乙型 蟾蜍甾烯型 甲型 強心甾烯型 強心苷的構(gòu)效關(guān)系 B C環(huán)反式 C D環(huán)順式 A B環(huán)有兩種稠合方式 順式稠合為多見 C3 OH主要為b 構(gòu)型 少數(shù)為a 構(gòu)型 C14 OH為b 構(gòu)型 C17位必須有五元或六元不飽和內(nèi)酯環(huán) 多為b 構(gòu)型 個別為a 構(gòu)型 C13位有b 甲基 C10多為b 甲基 也可能是醛基 羥甲基 羧基 C3 OH與糖結(jié)合成苷鍵 可多至5個單元 以直鏈連接 有僅存在于強心苷中的2 6 二去氧糖 2 6 二去氧糖甲醚 其他糖類有六碳醛糖 6 去氧糖 6 去氧糖甲醚 強心苷類的鑒別 1 Kedde反應(yīng)3 5 二硝基苯甲酸1g溶于50ml甲醇 加1mol LKOH溶液50ml 甲型強心苷由于C17側(cè)鏈含有五元不飽和內(nèi)酯環(huán) 在堿性條件下 雙鍵轉(zhuǎn)位形成活性次甲基 與3 5 二硝基苯甲酸反應(yīng)生成紅色 乙型強心苷不能顯色 五元不飽和內(nèi)酯環(huán) 2 Keller Kiliani反應(yīng)強心苷溶于含0 5 FeCl3的冰醋酸 沿試管壁滴加濃硫酸 醋酸層漸呈藍(lán)色或綠色 濃硫酸對苷元所起的作用逐漸擴散向下層 界面的顏色隨苷元而異呈不同顏色 如毛地黃毒苷呈草綠色 羥基毛地黃毒苷呈洋紅色 異羥基毛地黃毒苷呈黃棕色 a 去氧糖 四 生物堿 生物堿 alkaloids 是一類存在于天然生物界中含氮原子的堿性有機化合物 生物堿廣泛分布于植物界約100余科的植物中 如粗榧科 毛茛科 小檗科 防己科 罌粟科 豆科 馬錢科 夾竹桃科 茄科 菊科 百合科和石蒜科等植物多含有大量的生物堿 根據(jù)生物堿分子中氮原子所處的狀態(tài)分為六類 游離堿 鹽類 酰胺類 N 氧化物 氮雜縮醛類和其他類 亞胺 烯胺等 大多數(shù)生物堿與有機酸 草酸 檸檬酸 蘋果酸 枸櫞酸 酒石酸等 結(jié)合成鹽存在于液泡中 有的結(jié)合成苷 生物體內(nèi) 除以酰胺形式存在的生物堿外 僅少數(shù)堿性極弱的生物堿以游離狀態(tài)存在 如秋水仙堿 咖啡堿 caffeine 和那可丁 narcotine 生物堿是生藥中一類重要的有效成分 已有80余種用于臨床 如麻黃中的麻黃堿 ephedrine 具有松弛支氣管平滑肌 收縮血管 興奮中樞神經(jīng)作用 臨床用于治療哮喘小檗堿 berberine 分布于黃連 黃柏和十大功勞 三棵針中 具有抗菌 消炎作用 用于治療腸道感染 菌痢 眼結(jié)膜炎 化膿性中耳炎等 麗江山慈姑中的秋水仙堿 colchicine 臨床用于抗腫瘤 抗痛風(fēng) 夾竹桃科植物長春花的長春堿 vinblastine 長春新堿 vincristine 具有抗腫瘤作用 蕓香科植物毛果蕓香中的毛果蕓香堿 pilocapine 具有興奮膽堿反應(yīng)系統(tǒng) 縮瞳 收縮平滑肌作用 用于青光眼的治療 紅古豆堿野百合堿 東莨菪堿胡椒堿 一葉萩堿苦參堿奎寧 冉特可林酮麻黃堿 哌勞亭小檗堿 去甲烏藥堿三尖杉酯堿 石蒜堿l 吐根堿 蟾酥堿麥角新堿 長春新堿秦艽甲堿 石斛堿烏頭堿 環(huán)氧黃楊木己堿浙貝甲素 生物堿的鑒別利用生物堿的沉淀反應(yīng)和顯色反應(yīng) 沉淀反應(yīng)是生物堿在酸性條件下與沉淀試劑生成弱酸不溶性鹽或絡(luò)合物沉淀 生物堿沉淀劑是一些重金屬鹽類或分子量較大的復(fù)鹽 以及特殊的無機酸或有機酸的溶液 常用的沉淀劑如下 1 碘化鉍鉀試劑 Dragendoff試劑 BiI3 KI 在酸性溶液中與生物堿反應(yīng)生成桔紅色沉淀 Alk KI BiI3 n 2 碘 碘化鉀試劑 Wagner試劑 I2 KI 在酸性溶液中與生物堿反應(yīng)生成棕紅色沉淀 Alk HI In 3 碘化汞鉀試劑 Mayer試劑 HgI2 KI 在酸性溶液中與生物堿反應(yīng)生成白色或黃白色沉淀 AlK HI HgI2 n 4 硅鎢酸試劑 Bertrand試劑 SiO2 I2WO3 在酸性溶液中與生物堿反應(yīng)生成灰白色沉淀 5 苦味酸試劑 Hager試劑 在中性溶液中與生物堿生成淡黃色沉淀 顯色反應(yīng)生物堿能與某些試劑 顯色劑 生成特殊的顏色 多由濃硫酸加少量其它化學(xué)試劑組成常用的顯色劑有 礬酸銨 濃硫酸溶液 Mandelin試劑 鉬酸銨 鈉 濃硫酸溶液 Fr bde試劑 甲醛 濃硫酸試劑 Marquis試劑 等