天然药物化学强心苷.pptx
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1、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。第1页/共80页 又名类固醇化合物(steroidssteroids),因其结构中都具有环戊烷骈多氢菲的
2、甾核,19361936年给这类化合物提出一个总称“甾体化合物”,“甾”字很形象化地表示了这类化合物的骨架,即在含有四个稠合环“田”字上面连有三个支链“”。C10、C13上各有一个甲基,称为角甲基。C17位有侧链。甾体的定义第2页/共80页 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。基本结构和分类第3页/共80页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
3、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第4页/共80页一、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合骈合,C/D环多为顺
4、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。孕甾烷孕甾烷第5页/共80页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第6页/共80页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。第7页/共80页强
5、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。目前临床应用的有二、三十种,用于治疗充血性心力衰竭及节律障碍等心脏疾病,如西地兰、地高辛、毛地黄毒苷等。但强心苷类能兴奋延髓催吐化学感受区而引起恶心、呕吐等胃肠道反应;且有剧毒,若超过安全剂量时,可使心脏中毒而停止跳动。第8页/共80页1785年,W.Withering使用洋地黄叶治疗水肿,到现在已从十几个科一百多种植物中发现强心苷类,主要有夹竹桃科、玄参科、萝摩科、卫矛科、百合科、大戟科等等。较重要的植物有黄
6、花夹竹桃、紫花洋地黄、毛花洋地黄、杠柳、铃蓝、海葱、福寿草、羊角拗等。动物中尚未发现有强心苷类成分,蟾蜍中所含的蟾毒也对心肌有兴奋作用,具强心作用,但其非苷类,而属甾类。第9页/共80页 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。第10页/共80页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 结构与分类结构与分类第11页/共80页强心
7、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)第12页/共80页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:B/C反式,C/D顺式,A/B环顺、反式,但
8、顺式较多。4.C3和C14都有羟基取代。C3-OH大多是-构型,少数是-构型;C14-OH都是-构型。3,14-dihydroxy-5-card-20(22)-enolide3,14-dihydroxy-acilla-4,20,22-trienolide第13页/共80页糖部分糖部分: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,
9、6-二去二去氧糖甲醚。氧糖甲醚。第14页/共80页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:第15页/共80页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:第16页/共80页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)、D-波伊文糖波伊文糖
10、(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:第17页/共80页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:第18页/共80页 强心苷中,多数是几种糖结合成低聚糖形式再与苷元的C3-OH结合成苷,少数为双糖苷或单糖苷。糖和苷的连接方式有三种:型:苷元-(2,6-去氧糖)X-(D-葡萄糖)Y型:苷元-(6-去氧糖)X-(D-葡萄糖)Y型:苷元-(D-葡萄糖)Y一般初生苷其末端多为
11、葡萄糖。糖和苷元的连接方式:第19页/共80页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 gitaloxin 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第20页/共80页去乙酰化去乙酰化毛花苷毛
12、花苷 C(西地兰西地兰,注射注射用)用)毛花毛地黄苷 C(一级苷)(注射用)Glc乙酰基地高辛地高辛(注射用)(注射用)第21页/共80页(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海葱苷A -Rha-glc-glc第22页/共80页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
13、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心脉宁也是以蟾酥为主要成分)成分)第23页/共80页第三节第三节 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
14、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。第24页/共80页 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低极性有机溶剂。当糖基与苷元
15、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。第25页/共80页(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,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。第26页/共80页 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。第27页/共80页2.2.内酯环上
16、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。第28页/共80页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。第29页/共80页(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
17、下水解:温和条件下水解:反应条件:反应条件:用稀酸(用稀酸(0.020.05NHCl或硫酸)在含水或硫酸)在含水醇中经短时间(半小时至数小时)加热回流。醇中经短时间(半小时至数小时)加热回流。结果:结果:水解水解2-去氧糖之间的苷键,对苷元的影响小,不去氧糖之间的苷键,对苷元的影响小,不发生脱水反应。发生脱水反应。2-羟基糖的苷,在此条件不易断裂羟基糖的苷,在此条件不易断裂。第30页/共80页主要水解苷元和-去氧糖之间的苷键或-去氧糖与-去氧糖之间的糖键。而-去氧糖与葡萄糖之间的糖键不易切断。对苷元影响较小,不会引起脱水反应。但不适于16位有甲酰基的洋地黄强心苷类,在此种条件下,16位甲酰基水
18、解为羟基,得不到原生苷元。第31页/共80页实例:实例:0.020.05mol/LHCl或H2SO4;含水醇;短时间即可水解-去氧糖苷键,而非去氧糖在此条件不易断裂.第32页/共80页1.1.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 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:第33页/共80页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
19、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:实例:第34页/共80页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
20、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。第35页/共80页(1)温和酸水解(2)剧烈酸水解第36页/共80页1.酸催化水解酸催化水解(3)盐酸丙酮法(盐酸丙酮法(Mannich水解)水解):当糖或苷元中有邻二酚羟基时,在丙酮溶液当糖或苷元中有邻二酚羟基时,在丙酮溶液中,室温条件下与氯化氢(中,室温条件下与氯化氢(0.4%1%)长时间)长时间反应(两周),生成丙酮化物,进行水解,可反应(两周),生成丙酮化物,进行水解,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。第37页/共80页0.41 HCl丙酮丙酮Mannich水解水
21、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第38页/共80页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。第39页/共80页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
22、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第40页/共80页第41页/共80页(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第42页/共80页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强心苷类由于甲型强心苷类由于C17位侧链上有一个不饱和五元位侧链上有一个不饱和五元内酯环,在碱性溶液中内酯环,在碱性溶液中,双键转位能形成活性次甲基,双键转位能形成活性次甲基,从而能与某些试剂反应而显色从而能与某些试剂反应而显色.。只有甲型强心苷呈阳性,可用于区别甲型与乙型强心苷第43
23、页/共80页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。第44页/共80页Kedde反应(3,5-二硝
24、基苯甲酸试剂)取样品的甲醇或乙醇溶液于试管中,加入3,5-二硝基苯甲酸试剂3-4滴,产生红或紫红色。Baljet反应(碱性苦味酸试剂)取样品的甲醇或乙醇液于试管中,加入碱性苦味酸试剂数滴,呈现橙或橙红色。有时需放置15min后显色。第45页/共80页1.1.由于活性次甲基产生的反应由于活性次甲基产生的反应反应名称反应名称试剂试剂颜色颜色max(nm)Legal反应反应亚硝酰铁氰化钠亚硝酰铁氰化钠深红或蓝深红或蓝470Kedde反应反应3,5-二硝基苯甲酸二硝基苯甲酸深红或红深红或红590Raymond反应反应间二硝基苯间二硝基苯紫红或蓝紫红或蓝620Baljet反应反应苦味酸苦味酸橙或橙红橙或
25、橙红490第46页/共80页2.2.由于由于2-2-去氧糖产生的反应去氧糖产生的反应(1)Keller-Kiliani(K-K)反应:反应:试剂:冰醋酸中,试剂:冰醋酸中,Fe3(FeCl3或或Fe2(SO4)3)浓硫酸浓硫酸显色:醋酸层呈蓝色或篮绿色显色:醋酸层呈蓝色或篮绿色其颜色随苷元不同而异其颜色随苷元不同而异,如毛地黄毒苷呈草绿色如毛地黄毒苷呈草绿色,羟基毛地羟基毛地黄毒苷呈洋红色黄毒苷呈洋红色,异羟基毛地黄毒苷呈黄棕色。异羟基毛地黄毒苷呈黄棕色。适用范围:适用范围:含游离或可水解得到含游离或可水解得到2去氧糖去氧糖 2-去氧糖若和葡萄糖或其他去氧糖若和葡萄糖或其他-OH糖相接的双糖、
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