天然药物化学第九章强心苷.ppt
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1、第九章 强心苷类甾体化合物:甾体化合物:天然存在的甾体类成分种类很多,天然存在的甾体类成分种类很多,包括动植包括动植物甾醇(也称固醇)、植物强心苷、蟾酥毒素、物甾醇(也称固醇)、植物强心苷、蟾酥毒素、甾体生物碱、甾体药物、昆虫激素等,它们的甾体生物碱、甾体药物、昆虫激素等,它们的结结构中都具有构中都具有环戊烷骈多氢菲环戊烷骈多氢菲的甾核。的甾核。这这类类成成分分涉涉及及到到生生理理、保保健健、节节育育、医医药药、农农业业、畜畜牧牧业业等等多多方方面面,对对动动植植物物的的生生命命活活动动起起着重要的作用。着重要的作用。又名类固醇化合物(又名类固醇化合物(steroidssteroids),因其
2、结构中),因其结构中都具有环戊烷骈多氢菲的甾核,都具有环戊烷骈多氢菲的甾核,19361936年给这类化合年给这类化合物提出一个总称物提出一个总称“甾体化合物甾体化合物”,“甾甾”字很形象字很形象化地表示了这类化合物的骨架,即在含有四个稠合化地表示了这类化合物的骨架,即在含有四个稠合环环“田田”字上面连有三个支链字上面连有三个支链“”。C10、C13上各有一个甲基,称上各有一个甲基,称为为角甲基。角甲基。C17位有位有侧链侧链。甾体的定义甾体的定义 在甾体母核上,大都存在在甾体母核上,大都存在C3羟基,可和糖结羟基,可和糖结合成苷。而合成苷。而C17侧链有显著差别,根据侧链有显著差别,根据C17
3、侧链结侧链结构的不同,可将天然甾类分为不同类型。构的不同,可将天然甾类分为不同类型。基本结构和分类基本结构和分类C17侧链侧链A/BB/CC/DC21甾类甾类羰甲基衍生物羰甲基衍生物反反反反顺顺强心苷强心苷不饱和内酯环不饱和内酯环顺顺/反反反反顺顺甾体皂苷甾体皂苷含氧螺杂环含氧螺杂环顺顺/反反反反反反植物甾醇植物甾醇脂肪烃脂肪烃顺顺/反反反反反反昆虫变态激素昆虫变态激素脂肪烃脂肪烃顺顺反反反反胆酸胆酸戊酸戊酸顺顺反反反反天然甾类化合物的分类及甾核的稠合方式天然甾类化合物的分类及甾核的稠合方式一、一、C21甾类化合物甾类化合物 C21甾是一类含有甾是一类含有21个碳个碳原子的甾体衍生物。原子的甾
4、体衍生物。C21甾类甾类化合物种类很多,化合物种类很多,都是以孕都是以孕甾烷(甾烷(pregnane)或其异构)或其异构体为基本骨架。体为基本骨架。A/B环为反环为反式式骈骈合合,C/D环多为顺式环多为顺式骈骈合合。5,6位大多有双键,位大多有双键,17位侧链多为位侧链多为-构型。构型。孕甾烷孕甾烷5-孕甾烷孕甾烷孕甾烯醇酮孕甾烯醇酮黄体酮黄体酮C21甾类化合物甾类化合物海洋甾体化合物海洋甾体化合物 海洋药物研究目前已成为天然药物化学的一个海洋药物研究目前已成为天然药物化学的一个新的发展方向。海洋甾体化合物具有活性强、结构复新的发展方向。海洋甾体化合物具有活性强、结构复杂的特点。杂的特点。从白
5、斑角鲨获得的甾体生物碱,作为新生血管从白斑角鲨获得的甾体生物碱,作为新生血管抑制剂类抗癌药已经进入抑制剂类抗癌药已经进入期临床试验。期临床试验。强心苷类强心苷类第一节第一节 概述概述定义定义定义定义:强心苷强心苷(cardiac glycosides)是存在于植是存在于植物中具有强心作用的甾体苷类化合物。物中具有强心作用的甾体苷类化合物。目前目前临临床床应应用的有二、三十种,用于治用的有二、三十种,用于治疗疗充血性充血性心力衰竭心力衰竭及及节节律障碍律障碍等心等心脏脏疾病,如西地疾病,如西地兰兰、地、地高辛、毛地黄毒苷等。高辛、毛地黄毒苷等。但但强强心苷心苷类类能能兴奋兴奋延髓延髓催吐化学感受
6、区而引起催吐化学感受区而引起恶恶心、呕吐等胃心、呕吐等胃肠肠道反道反应应;且有且有剧剧毒毒,若超,若超过过安全安全剂剂量量时时,可使心,可使心脏脏中毒而停止跳中毒而停止跳动动。1785年,年,W.Withering使用使用洋地黄叶洋地黄叶治治疗疗水水肿肿,到,到现现在已从十几个科一百多种植物中在已从十几个科一百多种植物中发现发现强强心苷心苷类类,主,主要有要有夹夹竹桃科、玄参科、竹桃科、玄参科、萝萝摩科、摩科、卫卫矛科、百合科、矛科、百合科、大戟科等等。大戟科等等。较较重要的植物有黄花重要的植物有黄花夹夹竹桃、紫花洋地黄、毛花洋竹桃、紫花洋地黄、毛花洋地黄、杠柳、地黄、杠柳、铃蓝铃蓝、海葱、福
7、寿草、羊角拗等。、海葱、福寿草、羊角拗等。动动物中尚未物中尚未发现发现有有强强心苷心苷类类成分成分,蟾蜍中所含的蟾,蟾蜍中所含的蟾毒也毒也对对心肌有心肌有兴奋兴奋作用,具作用,具强强心作用,但其非苷心作用,但其非苷类类,而属甾而属甾类类。强心苷的生物合成是以甾醇为母体经多次转强心苷的生物合成是以甾醇为母体经多次转化而逐渐生成,涉及到大约化而逐渐生成,涉及到大约20种酶的作用。种酶的作用。强心苷的组成强心苷的组成强心苷强心苷糖糖苷元苷元六六/五碳糖五碳糖6去氧糖去氧糖2,6二去氧糖二去氧糖糖甲醚糖甲醚多与多与3-OH结合结合甲型:五元环甲型:五元环乙型:六元环乙型:六元环第一节第一节 结构与分类
8、结构与分类强心苷元强心苷元:1.C17位有五元不饱和内酯环位有五元不饱和内酯环甲型强心苷甲型强心苷(大部分大部分)2.C17位有六元不饱和内酯环位有六元不饱和内酯环乙型强心苷乙型强心苷(较少较少)五元内酯环五元内酯环(-内酯)内酯)六元内酯环六元内酯环(,-内酯)内酯)5.C10、C13、C17有取代基。有取代基。C10-位上大多是甲基,也可能是醛基、位上大多是甲基,也可能是醛基、羟甲基、羧基,都是羟甲基、羧基,都是-构型,构型,C17-位为不饱和内酯环,大部分是位为不饱和内酯环,大部分是-构构型型。C13-位都是甲基。位都是甲基。3.稠环方式:稠环方式:B/C反式,反式,C/D顺式,顺式,A
9、/B环顺、反式,但顺式较多。环顺、反式,但顺式较多。4.C3和和C14都有羟基取代。都有羟基取代。C3-OH大多是大多是-构型,少数是构型,少数是-构型;构型;C14-OH都是都是-构型。构型。3,14-dihydroxy-5-card-20(22)-enolide3,14-dihydroxy-acilla-4,20,22-trienolide糖部分糖部分:强心苷中糖均与苷元的强心苷中糖均与苷元的C3结合形成苷,可多结合形成苷,可多至至5个单元,以直链连接。除有六碳醛糖、五碳个单元,以直链连接。除有六碳醛糖、五碳醛糖、醛糖、6-去氧糖、去氧糖、6-去氧糖甲醚以外,还有仅存去氧糖甲醚以外,还有仅
10、存在于强心苷中的特殊的在于强心苷中的特殊的2,6-二去氧糖和二去氧糖和2,6-二去二去氧糖甲醚。氧糖甲醚。6-6-去氧糖去氧糖去氧糖去氧糖 如如L-鼠李糖(鼠李糖(L-rhamnose)、)、L-夫糖夫糖(L-fucose)L-鼠李糖鼠李糖L-夫糖夫糖糖部分糖部分:6-6-去氧糖甲醚去氧糖甲醚去氧糖甲醚去氧糖甲醚 如如D-洋地黄糖(洋地黄糖(D-digialose)、)、L-黄花夹竹桃糖(黄花夹竹桃糖(L-thevetose)D-洋地黄糖洋地黄糖L-黄花夹竹桃糖黄花夹竹桃糖糖部分糖部分:2,6-2,6-二去氧糖二去氧糖二去氧糖二去氧糖 如如D-洋地黄毒糖洋地黄毒糖(D-digitoxose)、
11、D-波伊文糖波伊文糖(D-boivinose)D-洋地黄毒糖洋地黄毒糖D-波伊文糖波伊文糖糖部分糖部分:2,6-2,6-二去氧糖甲醚二去氧糖甲醚二去氧糖甲醚二去氧糖甲醚 如如D-加拿大麻糖加拿大麻糖(D-cymarose)、L-夹竹桃糖夹竹桃糖(L-oleandrose)D-加拿大麻糖加拿大麻糖L-夹竹桃糖夹竹桃糖糖部分糖部分:强强心苷中,多数是几种糖心苷中,多数是几种糖结结合成低聚糖形式再与合成低聚糖形式再与苷元的苷元的C3-OH结结合成苷,合成苷,少数少数为为双糖苷或双糖苷或单单糖苷。糖苷。糖和苷的糖和苷的连连接方式有三种:接方式有三种:型型:苷元苷元-(2,6-去氧糖去氧糖)X-(D-葡
12、萄糖葡萄糖)Y型型:苷元苷元-(6-去氧糖去氧糖)X-(D-葡萄糖葡萄糖)Y型:型:苷元苷元-(D-葡萄糖)葡萄糖)Y一般初生苷其末端多一般初生苷其末端多为为葡萄糖。葡萄糖。糖和苷元的连接方式糖和苷元的连接方式:甲型强心苷甲型强心苷毛地黄强心苷毛地黄强心苷 R1 R2毛地黄毒苷毛地黄毒苷 digitoxin H H 亲脂性强,多口服亲脂性强,多口服,用于慢性病例,用于慢性病例 羟基毛地黄毒苷羟基毛地黄毒苷 gitoxin H OH 亲脂性低,难吸收亲脂性低,难吸收 地高辛地高辛 digoxin OH H 亲脂性低,注射亲脂性低,注射,用于急性病例,用于急性病例 吉他洛辛吉他洛辛 gitalox
13、in H OCHO 亲脂性增强,易吸收,减少积蓄亲脂性增强,易吸收,减少积蓄(一)(一)五元内酯环强心苷类五元内酯环强心苷类去乙酰化去乙酰化毛花苷毛花苷 C(西地兰西地兰,注射注射用)用)毛花毛地黄苷毛花毛地黄苷 C(一级苷)(一级苷)(注射用)(注射用)Glc乙酰基乙酰基地高辛地高辛(注射用)(注射用)(二)(二)六元内酯环强心苷类六元内酯环强心苷类 海葱中含有的原海葱苷海葱中含有的原海葱苷A、海葱苷、海葱苷A与葡萄糖海葱苷与葡萄糖海葱苷A等,都是海葱苷元的衍生物。等,都是海葱苷元的衍生物。R海葱苷元海葱苷元 -H原海葱苷原海葱苷A -Rha海葱苷海葱苷A -Rha-glc葡萄糖海葱苷葡萄糖
14、海葱苷A -Rha-glc-glc来西蟾酥毒配基来西蟾酥毒配基(毒性小,具有强心、升压、呼(毒性小,具有强心、升压、呼吸兴奋作用,临床用做心律衰竭、吸兴奋作用,临床用做心律衰竭、呼吸抑制的急救药)呼吸抑制的急救药)蟾酥由蟾蜍耳后腺、皮下蟾酥由蟾蜍耳后腺、皮下腺分泌的白色浆液中经加工而腺分泌的白色浆液中经加工而制成,有攻毒散肿、通窍止痛制成,有攻毒散肿、通窍止痛功效。功效。是中药是中药“六神丸六神丸”、“痧痧药丸药丸”的主要成分。(日本的的主要成分。(日本的“救心丹救心丹”出口为出口为1 1亿美元,是亿美元,是以中国的六神丸为基础研究的。以中国的六神丸为基础研究的。血栓心脉宁也是以蟾酥为主要血栓
15、心脉宁也是以蟾酥为主要成分)成分)第三节第三节 强心苷的理化性质强心苷的理化性质1 1强心苷多为无色结晶或无定形粉末,味苦,只强心苷多为无色结晶或无定形粉末,味苦,只有有C C1717为为-构型时味不苦,对粘膜有刺激性。构型时味不苦,对粘膜有刺激性。2 2强心苷溶解度:可溶于水、丙酮及醇类等极性强心苷溶解度:可溶于水、丙酮及醇类等极性溶剂;略溶于乙酸乙酯、含醇氯仿;几乎不溶于溶剂;略溶于乙酸乙酯、含醇氯仿;几乎不溶于乙醚、苯、石油醚等非极性溶剂。乙醚、苯、石油醚等非极性溶剂。溶解度常常因糖分子数目和性质及苷元上有无溶解度常常因糖分子数目和性质及苷元上有无亲水性基团而有差异。亲水性基团而有差异。
16、一般苷元相同时,原生苷比次生苷或苷元的亲一般苷元相同时,原生苷比次生苷或苷元的亲水性强、亲脂性弱,可溶于水等极性溶剂而难溶于水性强、亲脂性弱,可溶于水等极性溶剂而难溶于低极性有机溶剂。低极性有机溶剂。当糖基与苷元上的羟基数目相同时,苷元上的当糖基与苷元上的羟基数目相同时,苷元上的羟基可形成分子内氢键的水溶性小。羟基可形成分子内氢键的水溶性小。(二)(二)化学性质化学性质1.1.内酯环开裂内酯环开裂 用用KOH或或NaOH水溶液处理,可以使内酯环开水溶液处理,可以使内酯环开裂,酸化后又环合。如果用裂,酸化后又环合。如果用醇性苛性碱醇性苛性碱溶液处理,溶液处理,内酯环发生异构化,这种变化是不可逆的
17、,遇酸也内酯环发生异构化,这种变化是不可逆的,遇酸也不能复原。不能复原。乙型强心苷元在醇性苛性碱溶液中,内酯环开裂乙型强心苷元在醇性苛性碱溶液中,内酯环开裂生成酯,再脱水生成异构化物。生成酯,再脱水生成异构化物。2.2.内酯环上双键的氧化内酯环上双键的氧化 内酯环上双键经臭氧氧化可得酮醛化合物,再经内酯环上双键经臭氧氧化可得酮醛化合物,再经KHCOKHCO3 3水解,得酮醇化合物,最后用过碘酸氧化,可水解,得酮醇化合物,最后用过碘酸氧化,可得得17-17-羰基化合物。羰基化合物。3.3.羟基的脱水反应羟基的脱水反应 强心苷元中的强心苷元中的5-OH和和14-OH都是叔羟基,极都是叔羟基,极易脱
18、水,故含此取代基的苷类在酸水解时,常得次易脱水,故含此取代基的苷类在酸水解时,常得次生的脱水苷元。生的脱水苷元。(三)(三)苷键的水解苷键的水解1.1.酸催化水解酸催化水解(1)(1)温和条件下水解:温和条件下水解:反反应应条件:条件:用稀酸(用稀酸(0.05NHCl或硫酸)在含水醇中或硫酸)在含水醇中经经短短时间时间(半小(半小时时至数小至数小时时)加)加热热回流。回流。结结果:果:水解水解2-去氧糖之去氧糖之间间的苷的苷键键,对对苷元的影响小,不苷元的影响小,不发发生脱水反生脱水反应应。2-羟羟基糖的苷,在此条件不易断裂基糖的苷,在此条件不易断裂。主要水解主要水解苷元和苷元和-去氧糖之去氧
19、糖之间间的苷的苷键键或或-去氧糖与去氧糖与-去氧糖之去氧糖之间间的糖的糖键键。而而-去氧糖与葡萄糖之去氧糖与葡萄糖之间间的糖的糖键键不易切断。不易切断。对对苷元影响苷元影响较较小,不会引起脱水反小,不会引起脱水反应应。但不适于但不适于16位有甲位有甲酰酰基的洋地黄基的洋地黄强强心苷心苷类类,在此种条件下,在此种条件下,16位甲位甲酰酰基水解基水解为羟为羟基,基,得不到原生苷元。得不到原生苷元。实例:实例:0.020.05mol/LHCl或或H2SO4;含水醇;短时间即可含水醇;短时间即可水解水解-去氧糖苷去氧糖苷键,而非去氧糖在此条件不易断裂,而非去氧糖在此条件不易断裂.1.1.紫花洋地黄苷紫
20、花洋地黄苷A A 洋地黄毒苷元洋地黄毒苷元-(洋地黄毒糖洋地黄毒糖)3-glc 稀酸稀酸 H2O 2.2.毒毛花苷毒毛花苷K K 毒毛花苷元毒毛花苷元-加拿大麻糖加拿大麻糖-(葡萄糖葡萄糖)2 稀酸稀酸 H2O 实例:实例:紫花洋地黄苷紫花洋地黄苷A A 洋地黄毒苷元洋地黄毒苷元-(洋地黄毒糖洋地黄毒糖)3-glc 稀酸稀酸 H2O 洋地黄毒苷元洋地黄毒苷元+2洋地黄毒糖洋地黄毒糖+洋地黄毒糖洋地黄毒糖-glc 毒毛花苷毒毛花苷K K 毒毛花苷元毒毛花苷元-加拿大麻糖加拿大麻糖-(葡萄糖葡萄糖)2 稀酸稀酸 H2O 毒毛花苷元毒毛花苷元+加拿大麻糖加拿大麻糖-葡萄糖葡萄糖-葡萄糖葡萄糖实例:实
21、例:1.1.酸催化水解酸催化水解(2)(2)强酸水解(强酸水解(3 35%5%):2-2-羟基糖的苷,由于羟基糖的苷,由于2-2-羟基存在,产生结构互变,羟基存在,产生结构互变,阻挠了水解反应的进行,水解较为困难,必须增高酸的阻挠了水解反应的进行,水解较为困难,必须增高酸的浓度,延长水解时间或同时加压。浓度,延长水解时间或同时加压。但此法常引起苷元失去但此法常引起苷元失去1 1分子或数分子水分子或数分子水,形成脱水苷元,即次生苷。形成脱水苷元,即次生苷。(1)温和酸水解(2)剧烈酸水解1.酸催化水解酸催化水解(3)盐盐酸丙酸丙酮酮法(法(Mannich水解)水解):当糖或苷元中有当糖或苷元中有
22、邻邻二酚二酚羟羟基基时时,在丙,在丙酮酮溶液溶液中,室温条件下与中,室温条件下与氯氯化化氢氢(0.4%1%)长时间长时间反反应应(两周),生成丙(两周),生成丙酮酮化物,化物,进进行水解,可行水解,可得到原来的苷元和糖的衍生物。得到原来的苷元和糖的衍生物。1 HCl丙酮丙酮Mannich水解水解铃兰毒苷铃兰毒苷毒毛旋花子苷元毒毛旋花子苷元氯代氯代-L-鼠李糖丙酮化合物鼠李糖丙酮化合物2.2.酶催化水解酶催化水解 含强心苷的植物中均有水解强心苷的酶与之含强心苷的植物中均有水解强心苷的酶与之共同存在。酶催化水解具有反应条件温和,选择共同存在。酶催化水解具有反应条件温和,选择性高,可以得到苷元结构不
23、变的原生苷。不同性性高,可以得到苷元结构不变的原生苷。不同性质的酶作用于不同性质的苷键。质的酶作用于不同性质的苷键。植物体中没有水解植物体中没有水解-去氧糖的酶。去氧糖的酶。三糖次级苷三糖次级苷+葡萄糖葡萄糖苷元苷元+3洋地黄毒糖洋地黄毒糖+葡萄糖葡萄糖紫花洋地黄酶紫花洋地黄酶蜗牛消化酶蜗牛消化酶酶催化水解酶催化水解(四)(四)显色反应显色反应 不饱和内酯环产生的反应不饱和内酯环产生的反应2去氧糖去氧糖产生的反应产生的反应 甾体母核产生的反应甾体母核产生的反应1.1.由于不饱和内酯环产生的反应由于不饱和内酯环产生的反应甲型甲型强强心苷心苷类类由于由于C17位位侧链侧链上有一个不上有一个不饱饱和
24、五元和五元内内酯环酯环,在碱性溶液中,在碱性溶液中,双双键转键转位能形成活性次甲基,位能形成活性次甲基,从而能与某些从而能与某些试剂试剂反反应应而而显显色色.。只有只有甲型甲型强心苷呈阳性,可用于区别强心苷呈阳性,可用于区别甲型与乙型强心苷甲型与乙型强心苷Legal 反应反应 (亚硝酰铁氰化钠)亚硝酰铁氰化钠)活性次甲基与活性亚硝基缩合生成肟基衍生活性次甲基与活性亚硝基缩合生成肟基衍生物而呈色,同时物而呈色,同时Fe3+被还原为被还原为Fe2+。凡分子中有凡分子中有活性次甲基者均有此呈色反应。活性次甲基者均有此呈色反应。Raymond反应反应(间二硝基苯)(间二硝基苯)通过间二硝基苯与活性次甲
25、基缩合,再经过通过间二硝基苯与活性次甲基缩合,再经过过量二硝基苯的氧化生成醌式结构而呈色,部分过量二硝基苯的氧化生成醌式结构而呈色,部分间二硝基苯自身还原为间硝基苯胺间二硝基苯自身还原为间硝基苯胺。Kedde反反应应(3,5-二硝基苯甲酸二硝基苯甲酸试剂试剂)取取样样品的甲醇或乙醇溶液于品的甲醇或乙醇溶液于试试管中,加入管中,加入3,5-二硝基苯甲酸二硝基苯甲酸试剂试剂3-4滴,滴,产产生生红红或紫或紫红红色。色。Baljet反反应应(碱性苦味酸(碱性苦味酸试剂试剂)取取样样品的甲醇或乙醇液于品的甲醇或乙醇液于试试管中,加入碱性苦管中,加入碱性苦味酸味酸试剂试剂数滴,呈数滴,呈现现橙或橙橙或橙
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