第二节 生药的化学成分
一、糖类及苷类
(一)、糖类
糖类(suger,saccharides)又称碳水化合物(carbohydrates),广泛分布于生物体内,为植物光合作用的初生产物。糖类不仅是植物体内的贮藏养料,而且是生物合成其他有机化合物的前体。按照组成糖类成分的糖基个数,可将糖类分为单糖、低聚糖和多糖三类。
1.单糖类
单糖类(monosaccharides)通式()n,是具有多羟基的醛(醛糖类aldoses)或酮(酮糖类ketoses)。现已发现的天然单糖有200多种,n=3~8,而以五碳(戊糖,pentose)、六碳(己糖,hexose)单糖最多见。大多数单糖在生物休内是呈结合状态的,仅葡萄糖(glucose)和果糖(fructose)等少数单糖呈游离状态存在。
(1)常见的单糖
五碳醛糖(aldopentoses):L-阿拉伯糖(L-arabinose)、D-木糖(D-xylose)、D-核糖(D-ribose)等。
甲基五碳醛糖:D-夫糖(D-fucose)、L-鼠李糖(L-rhamnose)等。
六碳醛糖(aldohexoses):D-葡萄糖(D-glucose)、D-甘露糖(D-mannose)、D-半乳糖(D-galactose)等。
六碳酮糖(ketohexose):D-果糖(D-fructose)、L-山梨糖(L-sorbose)等。
(2)特殊的单糖
去氧糖(deoxysugars):单糖分子的一个或二个羟基被氢原子替代的糖叫去氧糖。如:D-洋地黄毒糖(D-digitoxose)、L-夹竹桃糖(L-oleandrose)等。
分枝碳链糖:如:D芹菜糖(D-apiose)、D-金缕梅糖(D-hamanelose)、链霉糖(streptose)等。
氨基糖(amino sugar):单糖分子的一个或几个醇羟基被氨基替代的糖叫氨基糖。大多存在于地衣、微生物和动物中。如存在于龙虾甲壳中的2-氨基-2-去氧-D-葡萄糖(又称葡萄糖胺)。常用的庆大霉素、青霉素、卡那霉素都属于氨基糖甙类。
(3)单糖衍生物
糖醇:单糖分子的醛或酮基还原成羟基后所得的多元醇称糖醇。如:D-山梨醇(D-sorbitol)等。
糖醛酸:单糖分子的伯醇基氧化成羧基的化合物叫糖醛酸,如葡萄糖醛酸(glucuronicacid)、半乳糖醛酸(galacturonicacid)等。
糖的磷酸酯:如α-D-葡萄糖磷酸酯等。
环醇类:最多见的是肌醇(inositols)
单糖类多呈结晶状态,有甜味,易溶于水,可溶于稀醇,难溶于高浓度乙醇,不溶于乙醚、氯仿、苯等有机溶剂;具有旋光性;分子中有游离的醛基者具还原性。
2.低聚糖类
低聚糖类(oligosaccharides)由2~9个单糖分子聚合而成。目前仅发现由2~5个单糖分子组成的低聚糖,分别称为双糖(如蔗糖、麦芽糖)、三糖(如龙胆三糖、甘露三糖)、四糖(如水苏糖)、五糖(如毛蕊糖)等。在植物体内分布最广又呈游离状态的低聚糖是蔗糖。
低聚糖大多由不同的糖聚合而成,也可由相同的单糖聚合而成,如麦芽糖、海藻糖。
低聚糖与单糖类似,为结晶性,部分糖有甜味。易溶于水,难溶或不溶于有机溶剂。易被酶或酸水解成单糖而具旋光性。当分子中有游离醛基或酮基时,具有还原性。如麦芽糖、乳糖;当分子中没有游离醛基或酮基时,不具有还原性。如蔗糖、龙胆三糖。
3.多(聚)糖类
多(聚)糖类(polysaccharides)由10个以上单糖分子聚合而成,通常由几百甚至几千个单糖分子组成。由一种单糖组成的多糖,称为均多糖(homosaccharide)。由二种以上不同的单糖组成的多糖,称杂多糖(heterosaccharide)。在多糖结构中除单糖外,还含有糖醛酸、去氧糖、氨基糖与糖醇等,且可有别的取代基。
(1)淀粉(starch)
为D-葡萄糖的高聚物,通式为()n。淀粉是植物体内贮藏的营养物质,具有一定的形态,通常为白色颗粒状粉末,不溶于冷水、乙醇及有机溶剂,在热水中形成胶体溶液,可被稀酸水解成葡萄糖,也可被淀粉酶水解成麦芽糖。
按淀粉的结构可分为两类:
支链淀粉,由1000个以上-葡萄吡喃糖以-1,4连接,并带有-1,6连接的支链,在热水中膨胀成粘胶状,遇碘液呈紫色或红紫色。
直链淀粉,由约300-350个-葡萄吡喃糖以-1,4连接而成,可溶于热水,遇碘液显深蓝色。
淀粉通常无明显的药理作用,大量用作制取葡萄糖的原料,在制剂中常作为赋形剂、润滑剂或保护剂。淀粉粒的形态结构是生药显微鉴定的特征之一。
(2)菊糖(inulin)
为约35个D-果糖以2β,1连接而成,最后接D-葡萄糖。菊糖遇乙醇可形成球状结晶,遇碘液不显色。广泛分布于菊科和桔梗科植物中。
(3)树胶(gum)
树胶是一种有分支结构的杂多糖,水解后产生L-阿拉伯糖、L-鼠李糖、D-葡萄糖醛酸等。糖醛酸常与钙、镁、钾结合成盐。主要分布于蔷薇科、豆科、芸香科与梧桐科等多种植物。树胶有阿拉伯胶(acacia)、西黄芪胶(tragacanth)、杏胶、桃胶等,主要用作制剂的赋形剂、混悬剂、粘合剂和乳化剂。
(4)动物多糖
肝糖元(glycogan):是动物的贮藏养料,存在于肌肉与肝脏中。其结构与胶淀粉相似,遇碘液呈红褐色。
甲壳素(chitin):主要存在于昆虫、甲壳类动物的外壳和大多数真菌的细胞壁中。其结构与纤维素类似,由N-乙酰葡萄糖胺以1b→4反向连接的直链结构多糖,不溶于水,对稀酸和碱都很稳定。甲壳素的水解产物葡萄糖胺是重要的合成原料。
肝素(heparin):是分子量约5000~15000的高度硫酸酯化的右旋酸性粘多糖。由A、B两种二糖单元组成。此外肝素的糖链上常接有丝氨酸或小分子肽。肝素具有很强的抗凝血作用,临床用于预防和治疗血栓的形成。
硫酸软骨素(chondroitin sulgate):是保持动物组织水分和弹性的一类酸性粘多糖,是鱼类和哺乳动物软骨的主要成分,主要有软骨素A、B、C等数种。硫酸软骨素C是由D-葡萄糖醛酸1b→3和D-半乳糖1b→4相间连接而成的直链分子,在半乳糖羟基的C6-羟基上有硫酸酯化。一般在生物体内与蛋白质结合成粘多糖-蛋白复合体(proteoglycan)而存在。硫酸软骨素临床上用于治疗神经痛、风湿痛,并具有降低血脂,改善动脉粥样硬化症状的作用。
透明质酸(hyaluronicacid):为酸性粘多糖,存在于眼球玻璃体、关节液、皮肤等组织中作为润滑剂,并能阻止微生物的入侵。由D-葡萄糖醛酸1b→3连接N-乙酰氨基葡萄糖形成的重复二糖单位,每一个重复二糖单位彼此以1b→4键结合而成。现在作为化妆品的基质使用。
4.糖类成分的鉴别
(1)Fehling试验
生药的水浸液加Fehling试剂(碱性酒石酸酮试液甲、乙,临用时等量混合),于沸水浴加热数分若有还原性糖类成分存在,则产生砖红色氧化亚铜沉淀。若有非还原性低聚糖及多糖存在,则必须加稀酸水解后,才能与Fehling试剂呈阳性反应。
(2)Molish试验
生药水浸液,加-萘酚试剂数滴,摇匀后沿管壁滴加浓硫酸,若有糖类成分与甙类存在,则在二液面交界处出现紫红色环。
(3)成脎试验
生药的水浸液与盐酸苯肼液共热,只要有糖类成分存在,即生成黄色的糖脎结晶。镜检结晶,可视结晶的形状而鉴定出糖的种类。
(4)色谱法
取生药浸出液(多糖类需水解),以某种糖为对照品一起进行层析检测。常用纸层析法,正丁醇-乙酸-水(4:1:5上层)作展开剂,新配制的氨化硝酸银溶液为显色剂,结果还原糖形成黑色斑点。
(5)GC和GC-MS分析
糖类化合物可以制成甲醚、乙酰化或三甲基硅烷化衍生物,采用GC和GC-MS色谱分析法进行定性、定量鉴别。
(二)苷类
苷(glycosides)又称甙、配糖体或糖杂体(heteroside),是由糖或糖的衍生物与非糖化合物以苷键方式结合而成的一类化合物,苷的非糖部分称为苷元(aglycone)。组成甙类的糖有单糖、双糖和低聚糖,最常见的是葡萄糖与鼠李糖,在强心苷中还有-去氧糖。
根究苷元的结构类型、结合特异的理化性质和生理活性进行分类命名,如氰苷、酚苷、醇苷、蒽苷、黄酮苷、皂苷、强心苷、香豆素苷、环烯醚萜苷等。根据苷键原子的不同分为O-苷、S-苷、N-苷和C-苷等类型,在自然界存在最多的是O-苷。
氧苷(O-苷)
醇苷为化合物的醇羟基与糖结合而成的苷。在藻类、毛莨科、杨柳科、景天科、豆科植物中有分布。如毛莨科中的毛莨苷(ranunculin)是原白头翁素(proanemonin)的--葡萄糖苷,苷元有抗菌作用,毛柳皮中的毛柳苷(salidroside)有解热镇痛作用。
酚苷由苷元的酚羟基与糖结合而成。广泛分布于植物界,在杜鹃花科、木犀科和柳属(Salix)、杨属(Populis)、芍药属(Paeonis)、松属(Pinus)等科属植物中较多,不少具有一定的生理活性。
氰苷(ayanogenicglycoside)是由含氰基(-CN)的氰醇衍生物和1~2个单糖结合而成。主要是指-羟腈苷,现已发现50余种,分布广泛。常见于蔷薇科植物的种子、叶和树皮中,如苦杏仁、桃仁、枇杷仁、野樱皮等,还分布于毛莨科、忍冬科、豆科、亚麻科、大戟科、景天科等植物中。
氰苷的鉴别试验
苦味酸钠试验:将生药研碎,取0.5g放入试管中,加数滴水润湿,加塞密闭,管口内悬挂一条用碳酸钠溶液润湿的苦味酸试纸,将试管置40~50℃水浴进行酶解,试纸转为砖红色,若是悬挂联苯胺-硫酸铜试纸,则应生成联苯胺氧化物而使试纸变蓝。
酯苷:苷元以羧基和糖的端基碳结合而成的苷。
S-苷主要存在于十字花科某些生药中,如硫甙(sulfuric glycoside);
C-苷包括某些蒽醌苷、芦荟苷(barbaloin),某些黄酮苷、芒果苷(mangiferin)等;
N-苷除植物中个别甙外、主要是核苷(naclcoside)、鸟苷(guanoside)与腺苷(adenosine)等。
生药中苷类成分的一般鉴别:
对下列试验呈阳性反应:Molishi试验;Fehling试验,水解前后进行;醋酸铅或碱式醋酸铅试剂,生成沉淀;些试剂遇多糖类成分亦呈阳性反应。
二、皂苷
皂苷(saponins)又称皂素,是广泛存在于植物界的一类特殊的苷类,它的水溶液振摇后可生产持久的肥皂样的泡沫,因而得名。
根据皂苷水解后生成皂苷元的结构,可分为三萜皂苷(triterpenoidalsaponins)与甾体皂苷(steroidal saponins)两大类。组成皂苷的糖常见的有葡萄糖、半乳糖、鼠李糖、阿拉伯糖、木糖及葡萄糖醛酸、半乳糖醛酸等,常与皂苷元C3位的-OH连接成苷。
(一)三萜皂苷
皂苷元为30个碳原子组成的三萜类衍生物。大多数苷元在C24或C28位有COOH基,故又称酸性皂苷;少数甙元只含醇羟基而呈中性,如人参皂甙、柴胡皂甙等。三萜皂甙元的结构可分为四环三萜(tetracyclic triterpenoids)及五环三萜(pentacyclic triterpenoids)。
1.五环三萜皂苷元类型
常见的有齐墩果烷型、乌苏烷型、羽扇豆烷型、木栓烷型。
2.四环三萜皂苷元类型
常见的有达玛烷型、羊毛脂烷型、甘遂烷型、环阿屯烷型、葫芦烷型、楝烷型
三萜皂苷的分布:含三萜皂苷植物较多的药用植物有五加科(人参、三七)、伞形科(柴胡)、菊科(紫菀、款冬花)、豆科(甘草、黄芪、皂荚)、桔梗科(桔梗、党参、南沙参)、远志科(远志)、毛莨科(威灵仙、白头翁)、蔷薇科(地榆)等;在海洋生物中也有分布。
(二)甾体皂苷
甾体皂苷的皂苷元是由27个碳原子组成,其不含羧基,呈中性,故又称中性皂苷。甾体皂苷的基本骨架为螺旋甾烷(spirostane)。
依照螺旋甾烷结构中C25的构型和F环的环合状态,又可将其分为以下四种类型。
(1)螺甾烷醇(spirostanol)型:C25为S构型。(2)异螺甾烷醇(isospirostanol)型:C25为R构型。(3)呋甾烷醇(furostanol)型:F环为开链衍生物。(4)变形螺甾烷醇(pseudospirostanol)型:F环为五元四氢呋喃环。
(三)皂苷类成分药理活性:
皂苷类成分能降低液体表面张力而产生泡沫,故可作为乳化剂。
内服后能刺激消化道粘膜,反射地促进呼吸道和消化道粘液腺的分泌,故具祛痰止咳的功效,如桔梗、远志、紫菀常用作祛痰药。
桑寄生、接骨木中的皂苷具祛风湿作用。
人参皂苷具强壮、大补元气作用,并对某些病理状态的机体起双向调节作用。
皂苷还有降胆固醇、抗炎、抑菌、免疫调节、兴奋或抑制中枢神经、抑制胃液分泌,杀精子、杀软体动物等作用。
有些甾体皂苷也有抗肿瘤、抗真菌、抑菌及降胆固醇作用,大量用作合成甾体激素的原料。
(四)皂苷鉴别反应
(1)Liebermann反应:皂苷在无水条件下与强酸或leweis酸作用产生颜色变化或荧光。加醋酐-浓硫酸(20:1),三萜皂苷产生黄→红→紫→蓝色等颜色变化,而甾体皂苷最后出现绿色。
(2)三氯醋酸反应(Rosen-Heimer反应):将皂苷溶液滴在滤纸上,喷三氯醋酸试剂,加热,生成红色渐变紫色。甾体皂苷加热到60℃即发生颜色变化,而三萜皂苷必须加热至100℃才能显色。
(3)泡沫试验:取生药粉末,加水煮沸浸提、滤过,滤液置试管中强烈振摇,可产生持久不消的泡沫。
三、强心苷
强心苷成分是一类对心肌有兴奋作用,具有强心生理活性的甾体化合物。强心苷的基本结构是由甾醇母核和连在C17位上的不饱和的共轭内酯环构成苷元部分,然后通过甾醇母核C3位上的羟基和糖缩合成。
根据甙元部分C17位上连接的不饱和内酯环的类型分为甲型和乙型两类。
(一)甲型
又称强心甾烯型(cardenolide)或洋地黄-毒毛旋花型(digitalis-strophanthus),在C17位上连接的1个,-不饱和五元内酯环,这一类苷元都是由23个碳原子构成。
目前临床应用的强心甙及植物体中发现的绝大多数强心苷都是属于这一类型,如洋地黄、毛花洋地黄、毒毛旋花、羊角拗、黄花夹竹桃、夹竹桃、福寿草、春侧金盏花、北五加皮、铃兰、万年青等所含的强心苷。
(二)乙型
又称蟾蜍甾烯型(Bufadienolide),在C17位上连接的是一个α,β-及γ,δ-双重不饱和的六元内酯环,这一类苷元除去是由24个碳原子构成的这一点与强心甾烯型不同外,其它甾醇母核的特点甲、乙型相似。
(三)构效关系特征
甾醇母核部分所有的B/C环为反式,C/D环为顺式,而A/B环大多为顺式,个别为反式;均有C3-OH,大多为β型,个别为α型;C13有β-OH;C10上多为甲基,也可为羟甲基、醛基或羟基等;C17上的α,β-不饱和五元内酯环大多为β型,个别为α型;强心苷中的糖多连接在C3羟基上,糖部分由1~4个糖分子组成,除α-羟基糖外,尚有一类特有的2,6-二去氧糖(α-去氧糖)和2,6-二去氧糖甲醚。
(四)强心苷的鉴别反应
1.Kedde反应
Kedde试剂:3,5-二硝基苯甲酸1g溶于50ml甲醇,加1mol/L KOH溶液50ml;甲型强心苷由于C17侧链含有五元不饱和内酯环,在碱性条件下,双键转位形成活性次甲基,与3,5-二硝基苯甲酸反应生成红色。乙型强心苷在碱性条件下不能产生活性次甲基,因而不能显色(五元不饱和内酯环)。
2.Keller-Kiliani反应
强心苷溶于含0.5%的冰醋酸,沿试管壁滴加浓硫酸,观察界面和醋酸颜色变化。如含有2-去氧糖存在,醋酸层渐呈蓝色或绿色。界面的呈色,由于浓硫酸对苷元所起的作用逐渐扩散向下层,其颜色随苷元而异呈不同颜色。如毛地黄毒苷呈草绿色,羟基毛地黄毒苷呈洋红色,异羟基毛地黄毒苷呈黄棕色(a-去氧糖)。
四、生物碱类
生物碱(alkaloid)是一类存在于生物界(主要是植物)中,大多具显著生物活性的含氮的碱性化合物。氮通常在环中,分子中含有碳、氢、氧和氮四种元素,极少不含氧原子。
生物碱广泛分布于植物界约100余科的植物中,其中以双子叶植物为多,其次为单子叶植物、裸子植物与蕨类植物。在地衣类和苔藓类植物中,尚未发现生物碱。少数真菌中也有生物碱。蛙类、蟾蜍、某些昆虫、加拿大海狸等动物中也存在生物碱。含生物碱较多的科有粗榧科、毛莨科、小檗科、防已科、罂粟科、豆科、马钱科、夹竹桃科、茄科、菊科、百合科和石蒜科等。有些科几乎全科植物均含生物碱,如罂粟科。
生物碱是生药中一类重要的有效成分,目前已分离到10000余种,其中80余种已用于临床。黄连中的小檗碱(berberine)用于抗菌消炎;麻黄中的麻黄碱(ephedrine)用于平喘;萝芙木中的利血平(reserpine)用于降压;喜树中的喜树碱(camptothecine)与长春花中的长春新碱(vincristine)用于抗肿瘤等。
(一)生物碱的分类法
生物碱的分类方法可根据(1)生物来源(如茄科生物碱……);(2)生理作用(如降压生物碱……);(3)性质(如挥发性生物碱……);(4)生源(如真生物碱、原生物碱、伪生物碱);(5)母核的基本结构等。
根据生源结合化学分类有(1)来源于氨基酸的生物碱;(2)来源于异戊烯的生物碱。
1.来源于鸟氨酸的生物碱
2.来源于赖氨酸的生物碱
3.来源于邻氨基苯甲酸的生物碱
4.来源于苯丙氨酸和酪氨酸的生物碱
5.来源于色氨酸的生物碱
6.来源于萜类的生物碱
7.来源于甾体的生物碱
(二)生物碱的鉴别
1.沉淀反应
大多数生物碱在酸性水溶液中,能与一些特殊的试剂(生物碱沉淀剂)作用,生成沉淀。利用这些沉淀反应,不但可以预试生物碱的存在与否,也可以用于生物碱的精制,或在提取过程中,用于指示提取是否完全。但直接用中药的酸水浸出液作生物碱沉淀反应,常不能得到准确的结果,因为水浸液中某些成分(如蛋白质、鞣质、胺类等)也能和生物碱沉淀剂产生沉淀,因此,必须将水浸液精制后再行试验。
通常先选用3种以上不同的生物碱沉淀剂进行试验,若均为负反应,则肯定无生物碱存在;若呈正反应,则必须精制后再试验,第二次再呈正反应,才可确证存在生物碱。
(1)碘化铋钾试剂(Dragendoff试剂,BiI3·KI):
在酸性溶液中与生物碱反应生成桔红色沉淀[Alk·KI·(BiI3)n,为一种络盐,Alk表示生物碱,下同]。此反应很灵敏。
(2)碘-碘化钾试剂(Wagner试剂,I2·KI):
在酸性溶液中与生物碱反应生成棕红色沉淀(Alk·HI·In)。
(3)碘化汞钾试剂(Mayer试剂,·KI):
在酸性溶液中与生物碱反应生成白色或黄白色沉淀[AlK·HI·()n
(4)硅钨酸试剂(Bertrand试剂,SiO2·I2WO3):
在酸性溶液中与生物碱反应生成灰白色沉淀。
(5)磷钼酸试剂(Sonnenschein试剂,H3PO4·I2MoO3):
在中性或酸性溶液中与生物碱反应生成鲜黄色或棕黄色沉淀。此反应很灵敏。
2.显色反应
生物碱能与某些试剂(显色剂)生成特殊的颜色,可供生物碱的识别。试验中,应对供试液进行纯化精制,纯度愈高,显色愈明显。显色剂的种类很多,除浓硫酸、浓硝酸、硫酸和重铬酸钾、浓盐酸或氯化铁外,大多数是由浓硫酸中加入少量其他化学试剂组成。
(1)矾酸铵-浓硫酸溶液(Mandelin试剂):
为1%矾酸铵的浓硫酸溶液。该试剂能与多数生物碱反应,呈现不同的颜色,如与阿托品、东莨宕碱显红色,与马钱子碱显血红色,与士的宁显紫色,与奎宁显淡橙色,与吗啡显棕色,与可待因显蓝色。
(2)钼酸铵(钠)-浓硫酸溶液(Frobde试剂):
为1%钼酸铵或钼酸钠的浓硫酸溶液。该试剂能与可待因显黄色,与小檗碱显棕绿色,与乌头碱显黄棕色,与阿托品及士的宁不显色。在使用时应注意,该试剂与蛋白质也能显色。
(3)甲醛-浓硫酸试剂(Marquis试剂):
为30%甲醛溶液0.2ml与浓硫酸10ml的混合液。该试剂能与可待因显蓝色,与吗啡显紫红色,与咖啡碱不显色。
(4)浓硫酸:
该试剂能与乌头碱显紫色,与小檗碱显绿色,与阿托品不显色。
(5)浓硝酸:
该试剂能与小檗碱显棕红色,与秋水仙碱显蓝色,与乌头碱显红棕色,与咖啡碱不显色。
五、醌类化合物
醌类化合物是具有不饱和酮结构的一类化合物,分子中连接助色团,作为色素而存在。具有抗菌、抗癌等生理活性;作为染料和指示剂的母体。
(一)醌类的分类法
主要有苯醌、萘醌、菲醌、蒽醌等四种类型基母核
1.苯醌类(benzoquinones)
有对苯醌(P-quinone)和邻苯醌(O-quinone)。
2.萘醌类(naphthoquinones)
有α-(1,4)萘醌、β-(1,2)萘醌、amphi-(2,6)萘醌。
胡桃醌juglon:存在于植物胡桃的叶及未成熟果实中。橙色针状结晶;具有抗菌、抗癌及中枢神经镇静作用。
兰雪醌:具有抗菌、止咳、祛痰作用。
紫草素:具有止血、抗炎、抗菌等作用
2.菲醌类(phenanthraquinones)
有邻菲醌和对菲醌。
丹参醌类成分具有抗菌及扩张冠状动脉的作用。临床上治疗冠心病、心肌梗塞、治疗由金黄色葡萄球菌引起的疾病。
3.蒽醌类(anthraquinones)
依据其还原程度的不同,将其分成三类:
(1)蒽醌衍生物
根据-OH在母核上分布的位置不同分为大黄素型(-OH在羰基的两侧)和茜草素型(-OH在一侧苯环上)。
(2)蒽酚(或蒽酮)衍生物
依其还原程度的不同而分为蒽酚和蒽酮。
(3)二蒽酮类衍生物
依据聚合度分——二蒽酮类衍生物。
(二)醌类鉴别
1.Bornatrager’s反应:
生药粉末0.1g置试管中,加碱液数毫升浸出,滤液显红色,加盐酸酸化,红色转为黄色,加乙醚2-3ml振摇,醚层显黄色,分取醚层,加碱液振摇,醚层褪为无色,水层显红色。该反应主要鉴别羟基蒽醌及具有游离羟基的蒽醌苷类化合物,而蒽酚、蒽酮、二蒽酮类化合物需要氧化成羟基蒽醌后才能呈色。
2.无色亚甲蓝显色试验:
用于PPC和TLC的喷雾剂,苯醌类和萘醌类经显色后呈蓝色斑点。可借此与蒽醌类化合物区别。
3.与金属离子的反应
(1)蒽醌类化合物如果含有-酚羟基或邻位二酚羟基结构时,可与Pb+、Mg2+等金属离子形成络合物。
(2)与Pb+形成的络合物在一定的pH值下可析出沉淀,可用于精制该类化合物。
(3)如果母核上有1个-羟基或1个-羟基,或二个OH不在同环时,显橙黄-橙色;
(4)如已有1个-OH,并有另一个OH在邻位时,显蓝色-蓝紫色,若在间位时显橙红-红色,在对位时则显紫红色-紫色。
试验时可将羟基蒽醌衍生物的醇溶液滴在滤纸上,干燥后喷以0.5%的醋酸镁甲醇溶液,90℃加热5分钟即可显色。
六、香豆素类
香豆素类化合物是苯丙素类化合物的一种衍生物,由苯丙酸经氧化、环合生成。邻羟桂皮酸的内酯。具有芳甜香气。
在高等植物中,芸香科和伞形科中含的多,还有豆科、兰科、木樨科、茄科、菊科等,少数发现于动物和微生物中。
(一)香豆素的分类法
按香豆素母核不同的取代基分类:①羟基香豆素类;②呋喃香豆素类;③吡喃香豆素类。
1.羟基香豆素类
指只有苯环上有取代基的香豆素。绝大多数香豆素在C7位都有含氧官能团存在,因此,7-羟香豆素可以认为是香豆素类成份的母体。
2.呋喃香豆素类(furocoumarins)(线型和角型)
香豆素核上的异戊烯基常与邻位酚羟基(7-羟基)环合成呋喃或吡喃环,前者称为呋喃香豆素。
3.吡喃香豆素类(pyranocoumarins)(线型和角型)
香豆素C-6或C-8异戊烯基与邻酚羟基环合而成2,2-二甲基-α-吡喃环结构,形成吡喃香豆素。
(二)香豆素类的生理功能
香豆素类具有如下生理功能:
(1)植物激素样作用。
(2)光敏作用。可引起皮肤色素沉着。如补骨脂内酯(psolalen)具有光敏活性作用,用于治疗白斑病。
(3)抗菌、抗病毒作用。奥斯脑(osthole)来源于蛇床子和毛当归具有抑制乙型肝炎表面抗原(HBsAg)的药理活性。
(4)平滑肌松弛作用。滨蒿内酯(scoparon)是生药茵陈蒿平肝利胆、松弛平滑肌的主要活性成分。
(5)抗凝血作用。海棠果内酯(callophylloide)具有很强的抗凝血作用。
(三)香豆素类鉴别
紫外光的照射下显蓝色荧光:
羟基香豆素在紫外光(365nm)下有强的荧光,呋喃香豆素较弱,但也能在紫外光下显示蓝、紫、棕、绿、黄等色。
七、黄酮类
黄酮类化合物 (flavonoids),是一类存在于天然界的、具有2-苯基色原酮(2-phenyl-chromone)结构的化合物。它们分子中有一个酮式羰基,第一位上的氧原子具碱性,能与强酸形成钅羊盐,其羟基衍生物多具黄色,故又称黄碱素或黄酮。
目前此类化合物已远远超过这个范围,主要是指两个苯环中央通过三碳链连接形成C6-C3-C6基本骨架的一类化合物的总称。
目前已发现的天然黄酮类化合物约有2000余种,它们大多是由基本结构衍生的化合物,常有-OH与-OCH3等取代基。
(一)黄酮的分类法
1.根据中央三碳链的氧化程度,B-环连接位置(2-或3-位)以及三碳链是否构成环状等特点,将主要的天然黄酮类化合物分类如下:
2.两分子黄酮按C—C或C—O—C键方式连接而成的双黄酮类化合物。
3.黄酮类化合物的颜色与分子中是否存在交叉共轭体系及助色团(-OH,-等)的类型、数目以及取代的位置有关:
(1)黄酮、黄酮醇及其甙类多显灰黄至黄色;
(2)查耳酮为黄至橙黄色;
(3)而二氢黄酮、二氢黄酮醇、异黄酮类因不组成交叉共扼体系或共轭很少,故不显色或显微黄色。
黄酮类成分普遍存在于植物界,其中黄酮醇类最为常见,约占总数的三分之一,其次为黄酮类,约占总数的四分之一。黄酮类成分最集中的是被子植物,类型最全,结构最复杂,含量也高。主要分布于高等植物的水龙骨科、银杏科、小檗科、豆科、芸香科、唇形科、菊科和鸢尾科等植物中,在菌类、藻类、地衣类等低等植物中少见。
(二)黄酮类化合物的生物活性
(1)防治高血压、脑血管破裂及动脉硬化的辅助治疗剂。如芦丁、橙皮苷(hesperidin)具有维生素P样作用,能降低血管脆性,用于防治高血压、脑血管破裂和动脉硬化的辅助治疗剂。
(2)防治冠心病。银杏双黄酮(ginkgetin)、槲皮素、葛根黄素(puerarin)、芦丁(rutin)等均具有扩张血管作用,用于治疗冠心病。
(3)降低血脂及胆固醇的作用。如山楂黄酮、山奈酚(kaempferol)等具有降低血脂及胆固醇作用。
(4)保肝作用,用于治疗急、慢性肝炎、肝硬化及多种中毒性肝损伤等症。如黄芩苷(baicalin)、水飞蓟素(silybin)有很强的保肝作用,用于治疗急、慢性肝炎、肝硬化及多种中毒性肝损伤。
(5)解除平滑肌痉挛作用抗菌作用。如甘草苷元(isoliquiritigenin)及大豆素(daidzein)具有解除平滑肌痉挛作用。
(6)止咳平喘与祛痰作用
(7)雌性激素作用
(8)有一定的抗癌活性
(9)从南美产药用植物Verbena littoralis H.B.K.分离到的verbenachalcone是一种由二分子二氢查耳酮通过C-O-C连接形成的双黄酮类化合物,具有增强脑神经成长因子(NGF)活性的药理作用,有望开发成治疗老年痴呆症的药物。
(三)黄酮类鉴别反应
1.盐酸-镁粉还原反应
取生药粉末少许置于试管中,用乙醇或甲醇数毫升温浸,滤液加镁粉少许振摇,滴加数滴浓盐酸。黄酮类、二氢黄酮类、黄酮醇、二氢黄酮醇类显红~紫红色,异黄酮类、查耳酮类、花色素类及部分橙酮不显色。本反应机理为生成阳碳离子所致。
2.金属盐类试剂的络合反应
具有下列结构单元的黄酮类化合物与铝盐、镁盐、铅盐、锆盐等试剂反应,生成有色络合物。常用的试剂有三氯化铝、醋酸铅、醋酸镁、二氯氧化锆等。
八、萜类和挥发油
(一)萜类
萜类化合物(terpenoids)是以异戊二烯(isoprene)为基本单位的聚合体及其衍生物。凡是由甲戊二羟酸(mevalonic acid)作为前体物生合成的,分子式的通式为()n的衍生物均称为萜类化合物。萜类化合物种类繁多,自然界已经发现约22000种。
1.单萜类(monoterpenes)
分子式为,其分子中含2个异戊二烯单位。有时为含氧衍生物(醇类、醛类、酮类等),多具较强的香气和生物活性。通常按其结构的碳环数分类,主要有直链型、单环型和双环型三类。
单萜类化合物常存在于高等植物的腺体、油室和树脂道等分泌组织内,其沸点较低,可随水蒸气蒸馏出来。
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(1)龙脑生药称为冰片,具有发汗、兴奋、镇痉和防止虫蛀蚀等作用,它和苏合香脂配合制成苏冰滴丸代替冠心苏合丸治疗心绞痛、冠心病。
(2)樟脑有局部刺激作用和防腐作用,可用于神经痛、炎症、跌打损伤的擦剂和强心剂。
(3)斑蝥素可作为皮肤发赤、发泡和生发剂,其半合成产物N-羟基斑蝥胺(N-hydroxycantharidimide)具有抗癌活性。
单萜类化合物常用作芳香剂、矫味剂、皮肤刺激剂、防腐剂、消毒剂及祛痰剂等。
2.倍半萜类(sesquiterpenes)
分子式为,其分子中含3个异戊二烯单位。其含氧衍生物也常具较强的香气和生物活性。该类成分有挥发性,通常分为直链型、单环型、二环型和三环型等。有时可按倍半萜的含氧基分为倍半萜醇、醛、内酯等。
特别是倍半萜内酯具有抗炎、解痉、抑菌、强心、降血脂、抗原虫和抗肿瘤等活性。
从黄花蒿Artemisia annua L.中分离到的青蒿素(qinghaosu,arteannin, artemisinin)具有很强的抗疟原虫的生物活性,临床上用于治疗恶性疟疾。其经结构改造的半合成衍生物双氢青蒿素(dihydroqinghaosu)、蒿甲醚(artemether)、青蒿琥珀酸单酯(artesunate)等具有抗疟效价高、原虫转阴快、速效、低毒等特点,现已制成多种制剂应用于临床。
从菊科植物茴蒿Artemisia cina Berg.分离到的-山道年(-santonin)具有强力驱蛔虫作用,但服用过量可产生黄视疟毒性,已被临床淘汰。
3.二萜类(diterpenes)
分子式为,其分子中含4个异戊二烯单位。二萜类成分仅少数存在于挥发油中,如樟油中的樟二萜烯(camphorene) 。
紫杉醇(taxol)是从红豆杉等植物中分离到的抗肿瘤化合物,临床上用于治疗卵巢癌、乳腺癌和肺癌。
银杏内酯类化合物具有抑制血小板活化因子的药理作用。
(二)挥发油
1.挥发油的定义和分布
挥发油(volatile oils)又称精油(essential oils),是一种常温下具有挥发性、可随水蒸气蒸馏、与水不相混溶的油状液体。大多数挥发油具有芳香气味。
挥发油所含成分复杂,主要由萜类(单萜、倍半萜)、芳香族化合物、脂肪族化合物等组成。挥发油为多种类型成分的混合物,一种挥发油往往含有几十种到一、二百种成分,其中以某种或数种成分占较大的分量。
存在于植物的腺毛、油室、油细胞或油管中。
我国野生与栽培的芳香植物约有56科、136属300种。
松科:油松、马尾松;
柏科:侧柏叶;
木兰科:厚朴、辛夷、五味子、八角茴香;
樟科:肉桂、樟木、山苍子;
芸香科:陈皮、橙皮、枳实、花椒、吴茱萸、香橼;
桃金娘科:桉叶、丁香;
伞形科:当归、小茴香、川芎、蛇床子、阿魏、防风
唇形科:薄荷、留兰香、紫苏、广藿香、荆芥、香薷;
败酱科:甘松、缬草、蜘蛛香;
菊科:茵陈、白术、苍术、木香;
姜科:砂仁、豆蔻、草果、莪术、姜、高良姜、益智。
2.挥发油理化特性
大多数挥发油为无色或淡黄色油状透明液体。
比重为0.850~1.070。易溶于醚、氯仿、石油醚、二硫化碳和脂肪油等有机溶剂中,能完全溶于无水乙醇。
挥发油的比旋光度在+97°~-117°之间。挥发油都具有强的折光性,折光率在1.430~1.610之间,折光率常因贮藏日久或不当而增高。当有杂质时,折光率就会改变。
3.挥发油的鉴别
挥发油的显色剂有:①10%硫酸(萜类化合物经脱水等作用而显荧光或呈色);②香草醛-浓硫酸(或盐酸)试剂(可使萜类化合物呈不同颜色);③二甲氨基苯甲醛试剂(可使萜类化合物呈蓝色)等。
气相色谱气-质联用(GC-MS)则定性、定量均可使用。
4.生理活性
精制的挥发油,如桉叶油、薄荷油等。
挥发油具有发散解表、芳香开窍、理气止痛、祛风除湿、活血化瘀、祛寒温里、清热解毒、解暑祛秽、杀虫抗菌等作用。
薄荷油用驱风健胃,当归油镇痛,柴胡油退热,土荆芥油驱肠虫,茵陈蒿油抗霉菌等。某些挥发油具抑制肿瘤作用,如莪术油。
此外,挥发油还广泛应用于香料、食品与化妆品等的生产。
九、其他成分
(一)木脂素
木脂素(lignans)是由苯丙素氧化聚合形成的一类化合物,有二聚物、三聚物或四聚物。母核主要有以下构造:
鬼臼毒素(podophyllotoxin)及其衍生物具抗肿瘤的活性。
生药五味子中含有的五味子素甲(schisantherin A)及其同系物是一类联苯环辛烯类木脂素,具有保肝、降低血清谷丙转氨酶的药理作用,临床上用于治疗慢性肝炎。五味子酚(schisanhenol)具有抗脂质过氧化和清除氧自游基作用,五味子素醇甲具有中枢神经镇静作用。
厚朴酚(magnolol)和和厚朴酚(honokiol)具有镇静和肌肉松弛作用。
牛蒡子甙(arctiin)对风热感冒有效等。
(二)环烯醚萜类
环烯醚萜(iridoids)是由二个异戊二烯构成的含有10个碳原子的一类单萜化合物,具有环戊烷环烯醚萜(iridoid)和环戊烷开裂的环烯醚萜(secoiridoid)两种基本骨架的单萜类化合物。
龙胆苦苷(gentiopicrin)具利胆、抗炎、促进胃液分泌及抗真菌等活性,可用于治疗黄疸等。
生药山栀子主要成分栀子苷(gardenoside)和京尼平苷(geniposide)具有显著的生物活性,京尼平苷具有泻下作用和促进胆汁分泌的利胆作用。
地黄的降血糖的活性成分为梓醇,该化合物还具有利尿和缓下功效。
(三)奥类衍生物
奥类(Azulenoids)是具有五元环与七元环并合形成的芳环骨架的倍半萜类化合物。植物中的倍半萜奥类化合物主要是其氢化衍生物。
新疆雪莲Saussurea involucrate含有的大苞雪莲内酯(involucratolactone),圆叶泽兰Eupatorium rotundifolium中的抗癌活性成分泽兰苦内酯(euparotin)等都属于奥类衍生物。
(四)鞣质类(tannins)
鞣质又称鞣质酸或单宁,是一类广泛分布于植物界的多元酚类化合物。
具有收敛止泻和抗茵等作用。鞣质质能与蛋白质相结合,形成不溶于水的沉淀,故鞣质又是制革工业的重要原料,所用的“栲胶”就是鞣质。
1.分类
根据化学结构和性质,鞣质可分为两大类:
(1)可水解鞣质(hydrolysable tannins)是由酚酸(gallic acid)和多元醇通过苷键形成的化合物,可被酸、碱或鞣酶水解。酚酸一般为没食子酸或逆没食子酸(ellagic acid),多元醇中最常见的是葡萄搪,其他还有木糖、奎宁酸(多元醇酸)等。
(2)缩合鞣质(condensed tannins)是由羟基黄烷-3-醇类化合物以碳一碳键相连缩合而成,不能被水解。黄烷-3-醇类中,最常见的是(+)儿茶素和(-)棓儿茶素类。缩合鞣质按其聚合度有3-6-9聚体。
鞣质大多为无定形固体,味涩,易潮解,较难提纯,大多能溶于水、乙醇、甲醇,成为胶体溶液;可溶于醋酸乙酯、丙酮,不溶于氯仿、苯、石油醚等。鞣质有强还原性,在空气中尤其在碱性条件下,易被氧化而颜色变深。
2.鞣质的检查
(1)鞣质的水溶液遇三氯化铁试液产生蓝-蓝黑色(可水解鞣质)或绿-绿黑色(缩合鞣质)。
(2)鞣质水溶液加饱和溴水,缩合鞣质产生黄棕色沉淀,可水解鞣质无此反应。
(3)鞣质水溶液加稀酸共拂,缩合鞣质产生暗红色的沉淀,可水解既质则被水解产生酚酸。
(四)氨基酸、肽与蛋白质
(1)氨基酸(amino acids)
是广泛存在于生物界的含氮的有机化合物,其分子中有氨基(一)和羧基(一COOH),天然存在的氨基酸几乎都是-氨基酸。氨基酸可分为组成蛋白质的氨基酸和非蛋白质组分的氨基酸两大类,已发现有300多种。氮基酸在医药方面的应用之外,在食品、饲料及化工方面的应用也越来越多。
氨基酸为无色结晶,易溶于水,可溶于醇,难溶于其他有机溶剂.
(2)多肽类(peptides)
一般指由2~20个氨基酸组成的物质,具直链或环状结构。20个以上氨基酸组成的多肽与蛋白质无明显界限。一个氨基酸分子的氨基与另一个氨基酸分子的羧基之间,缩合脱水,形成肽键(一CO—NH)。根据所连接的氨基酸的数目称为二肽、三肽……多肽(polypeptides)。近年,随着分离和分析技术的不断进步,从海洋生物如蓝藻、海绵动物、苔藓和被囊动物中,分离出许多具有抗茵、抗病毒及抗肿瘤活性的多肽类化合物,已引起人们的重视。
(3)蛋白质(proteins)
是一类由20个以上的氨基酸通过肽键结合而成的大分子化合物,广泛分布于生物界,是一切生命活动的物质基础。
氨基酸、多肽、蛋白质的检查:
(1)茚三酮反应
生药水提取液加茚三酮试液(0.2g茚三酮-100ml丙酮),显紫红色(氨基酸、多肽、蛋白质均显正反应)。
(2)双缩脲反应
生药水提取液调至碱性,加硫酸铜试液显紫红色(肽键反应,生成与四个肽键上的氮原于形成配位复合物)。
(五)脂类
脂肪酸及其酯类称为脂类。
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