颜之推敲药师考试笔记：中药化学—萜类和挥发油

颜之推敲药师考试笔记：中药化学—萜类和挥发油

注：1.根据2011年大纲、指南整理；2.转载须注明原创或标题。

七、萜类和挥发油

（一）萜类

1.基本内容（萜的分类）

萜类化合物是一类由甲戊二羟酸衍生而成，基本碳架多具有2个或2个以上异戊二烯单位（C₅，单位）结构特征的不同饱和程度的衍生物。

绝大多数萜类化合物为含氧衍生物。有的萜类化合物以苷的形式存在；有的分子中含有氮原子，称为萜类生物碱；尚有个别萜类化合物结构中含硫或氯等其他原子。

萜的分类：

萜类化合物主要还是沿用经验异戊二烯法则分类：

1按分子中异戊二烯单位的数目进行分类（表7-1）。

2根据各萜类分子结构中碳环的有无及数目的多少分类：链萜（或开链萜）、单环萜、双环萜、三环萜、四环萜等。

3按所连功能基的不同将萜分类：萜烯、萜醇、萜醛、萜酮、萜酸、萜酯、萜苷及萜类生物碱等。

表7-1　萜类的分类及存在形式

2.单萜、倍半萜和二萜（环烯醚萜苷及常见倍半萜、二萜的化学结构特点和主要性质）

一，单萜

1单萜是指基本碳架由两分子异戊二烯单位构成，含有10个碳原子的萜烯及其衍生物。

2常存在于菊科、唇形科、樟科、桃金娘科、芸香科、伞形科、姜科、松科等植物的腺体、油室及树脂道等分泌组织内。昆虫和微生物的代谢产物以及海洋生物中也含有单萜。

3单萜类化合物是挥发油的主要组成成分之一，可随水蒸气蒸馏（单萜苷类不具随水蒸气蒸馏的性质）； 具有较强的香气和生物活性，是医药、食品、及化妆品工业的重要原料。

4根据单萜结构中碳环的有无和多少，将单萜类分为无环（开链）、单环、双环及三环等结构种类。

1）无环单萜：

代表化合物香叶醇，香叶醇具有似玫瑰香气，可制香料； 有抗菌、驱虫等作用。

2）单环单萜：

代表化合物薄荷醇，其左旋体习称薄荷脑，是薄荷挥发油的主要成分，.薄荷醇具有弱的镇痛、止痒和局麻作用，亦有防腐、杀菌和清凉作用。

3）双环单萜：

龙脑即中药冰片，具升华性，有清凉气味，具有发汗、兴奋、镇痛及抗氧化的药理作用。

二，环烯醚萜

环烯醚萜类为臭蚁二醛的缩醛衍生物，属单萜类化合物。 其在中草药中分布较广，特别是在玄参科、茜草科、唇形科及龙胆科中较为常见。

1结构与分类

环烯醚萜类的基本母核为环烯醚萜醇，具有半缩醛及环戊烷环的结构特点，以1位羟基与糖成苷的形式存在于植物体内。 根据其环戊烷环是否裂环，可将环烯醚萜类化合物分为两类。

1）环烯醚萜苷

其苷元结构特点为1位多连羟基，并多成苷，且多为β-D-葡萄糖苷；常有双键存在，C-1、C-6、C-7有时连羟基，C-8多连甲基或羟甲基或羟基，C-6或C-7可形成环酮结构，C-7和C-8之间有时具环氧醚结构，C-1、C-5、C-8、C-9多为手性碳原子。环烯醚萜苷的数目较多，根据C-4位取代基的有无，又可分为：

①C-4位有取代基的环烯醚萜苷：

C-4位取代基多为甲基或羧基、羧酸甲酯、羟甲基。如栀子苷、京尼平苷和京尼平苷酸等。鸡屎藤苷也属于C-4位有取代基的环烯醚萜苷，其C-4位羧基与C-6位羟基形成γ-内酯。

②4-去甲基环烯醚萜苷：

环烯醚萜苷C-4位去甲基降解苷，苷元碳架部分由9个碳组成，其他取代与环烯醚萜苷相似。如地黄中的降血糖有效成分梓醇和梓苷，北玄参根中的玄参苷，有一定的镇痛抗炎活性。

2）裂环环烯醚萜苷

是由环烯醚萜苷元部分C-7、C-8处开环衍生而来，C-7断裂后有时还可与C-11形成六元内酯结构。裂环环烯醚萜苷在龙胆科、睡菜科、茜草科、忍冬科、木犀科等植物中分布较广，如龙胆中主要有效成分和苦味成分龙胆苦苷，獐牙菜中的苦味成分獐牙菜苷及獐牙菜苦苷等。

2理化性质

1）性状

环烯醚萜类化合物大多数为白色结晶或粉末（极少为液态）。分子中C-1、C-5、C-8、C-9多形成手性碳原子，故多具有旋光性。味苦或极苦。

2）溶解性

环烯醚萜类化合物多连有极性官能团，故偏亲水性，易溶于水和甲醇，环烯醚萜苷的亲水性较其苷元更强。

3）显色反应及检识

显色反应，可用于环烯醚萜苷的检识及鉴别。

①环烯醚萜苷易被水解，生成的苷元为半缩醛结构，其化学性质活泼，容易进一步发生氧化聚合等反应，难以得到结晶性苷元，同时颜色变深（如玄参炮制颜色变深）。

②苷元遇酸、碱、碳基化合物和氨基酸等都能变色。如车前草苷与稀盐酸混合加热，产生棕黑色沉淀。

③游离的苷元遇氨基酸并加热，即产生深红色至蓝色，最后生成蓝色沉淀。

④苷元溶于冰乙酸溶液中，加少量铜离子，加热显蓝色。

三、倍半萜

倍半萜类是由3个异戊二烯单位构成的天然萜类化合物。

1链状倍半萜：金合欢醇（法尼醇）是一种名贵香料。

2单环倍半萜：青蒿素是从中药青蒿（黄花蒿）中分离得到的具有过氧结构的倍半萜内酯，有很好的抗恶性疟疾活性，

3双环倍半萜：马桑毒素和羟基马桑毒素用于治疗精神分裂症。

4薁类：属于双环倍半萜，是由五元环与七元环骈合而成的芳烃衍生物。所以薁是一种非苯型的芳烃类化合物，具有一定的芳香性。薁类化合物沸点一般在250～300℃。在挥发油分级蒸馏时，高沸点馏分中有时可见蓝色或绿色的馏分，显示有薁类成分存在。薁类化合物溶于有机溶剂，不溶于水，可溶于强酸，加水稀释又可析出，故可用60%～65%硫酸或磷酸提取。也能与苦味酸或三硝基苯试剂产生π络合物结晶，此结晶具有敏锐的熔点可借以鉴定。

四、二萜

二萜是由20个碳原子、4个异戊二烯单位构成的萜类衍生物。多数不能随水蒸气蒸馏。不少二萜含氧衍生物具有很好的生物活性，如穿心莲内酯、芫花酯、雷公藤内酯、银杏内酯、紫杉醇等，有些已是临床常用的药物。

1无环二萜 ：植物醇是叶绿素的组成成分，也是维生素E和K1的合成原料。

2单环二萜 ：维生素A存在于动物肝脏中，特别是鱼肝中含量更丰富 。

3双环二萜：穿心莲内酯具有抗菌、消炎作用。

4三环二萜：雷公藤甲素、雷公藤乙素、雷公藤内酯及16-羟基雷公藤内酯醇具有较强的抗炎、免疫抑制和雄性抗生育作用。

5四环二萜：甜菊苷是菊科植物甜叶菊叶中所含的甜味苷。在医药、食品工业广泛应用。但近来甜菊苷有致癌作用的报道，美国及欧盟已禁用。

（二）挥发油

1.基本内容

（1）挥发油的化学组成和通性

一，挥发油的化学组成

1萜类成分

1）挥发油中的萜类成分主要是单萜和倍半萜及其含氧衍生物。

2）含氧衍生物多具有较强的生物活性或具芬香嗅味的主要成分。如薄荷含薄荷醇、山苍耳含柠檬醛。

2芳香族成分

挥发油中的芳香族化合物大多为苯丙素衍生物。

1）结构具有C₆-C₂如桂皮挥发油中具有解热镇痛作用的桂皮醛等。

2）萜源化合物如百里香酚；

3）C₆-C₂或C₆-C₁骨架的化合物如花椒油素 。

3脂肪族成分：

挥发油中的脂肪族成分多为一些小分子化合物，如陈皮中的正壬醇 ，人参挥发油中的人参炔醇 ，鱼腥草挥发油中的癸酰乙醛（鱼腥草素）及甲基正壬酮等。

4其他类化合物：

经过水蒸气蒸馏能分解出挥发性成分 ，如芥子油、原白头翁素、大蒜油等 。

二，挥发油的通性

1性状

1）颜色：　挥发油大多为无色或淡黄色液体，少数挥发油有其他的颜色，如薁类多显蓝色，佛手油显绿色，桂皮油显红棕色。

2）形态：　挥发油在常温下为透明液体。低温放置，可能析出结晶，习称“脑”，如薄荷脑、樟脑等。滤去析出物的油称为“脱脑油”，如薄荷油的脱脑油习称“薄荷素油”，但仍含有约50%的薄荷脑。

3）气味：　绝大多数的挥发油具有特殊的气味，其嗅味常是其品质优劣的重要标志。

2挥发性

挥发油常温下可自然挥发，如将挥发油涂在纸片上，较长时间放置后，挥发油因挥发而不留油迹，脂肪油则留下永久性油迹，藉此二者可相区别。

3溶解性

挥发油为亲脂性物质，难溶于水，可溶于高浓度乙醇，易溶于乙醚、石油醚等亲脂性有机溶剂。

4.物理常数

挥发油多数比水轻，也有的比水重（如丁香油、桂皮油），相对密度一般在0.85～1.065之间；几乎均有光学活性，比旋度97-117度；多具有强的折光性，折光率1.43-1.61；挥发油的沸点一般在70℃～300℃之间。

5稳定性

挥发油与空气及光线经常接触会逐渐氧化变质，使挥发油的相对密度增加，颜色变深，失去原有香味，形成树脂样物质，不能随水蒸气蒸馏。因此，制备挥发油方法的选择要合适，产品也要装入棕色瓶内密塞并低温保存。

6化学反应

挥发油组成成分常含有双键、醇羟基、醛、酮、酸性基团、内酯等结构，故能与溴及亚硫酸氢钠发生加成反应，与肼类产生缩合反应，并有银镜反应、异羟肟酸铁反应、皂化反应及遇碱成盐反应等。

（2）挥发油的化学常数

酸值、酯值和皂化值是不同来源挥发油所具有的重要化学常数，也是衡量其质量的重要指标。

1酸值

是代表挥发油中游离羧酸和酚类成分含量的指标。以中和1g挥发油中游离酸性成分所消耗氢氧化钾的毫克数表示。

2酯值

是代表挥发油中酯类成分含量的指标。以水解1g挥发油中所含酯需消耗氢氧化钾的毫克数表示。

3皂化值

是代表挥发油中游离羧酸、酚类成分和结合态酯总量的指标。以皂化1g挥发油所消耗氢氧化钾的毫克数表示。皂化值是酸值和酯值之和。

2.提取分离与鉴定

（1）挥发油的提取分离方法

一，挥发油的提取

1蒸馏法：

该法利用挥发油的挥发性和水不溶性，是提取挥发油最常用和最简单的方法。

2溶剂提取法：

用低沸点有机溶剂如乙醚、石油醚（30～60℃）等进行提取。采用连续回流提取或冷浸的方法提取挥发油。

3吸收法：

适用于油脂类，油脂类一般具有吸收挥发油的性质，常常利用此性质提取贵重的挥发油，如玫瑰油、茉莉花油等的提取。吸收法有两种，即冷吸收法和温浸吸收法。吸收挥发油后的油脂可直接供香料工业用，也可加入无水乙醇，醇溶液减压蒸去乙醇即得精油。

4压榨法：

此法适用于含挥发油较多的果皮，如鲜橘、柑、柠檬的果皮等。

5CO₂超临界流体提取法：

适用于提取不稳定、易氧化、受热易分解的挥发油成分。具有提取效率高，提出物杂质含量低等优点。防止氧化热解及提高品质。例如提取紫苏中特有香味成分紫苏醛。在橘皮油、柠檬油、桂花油、香兰素的提取上，应用此法提取均获得较好效果。 缺点是工艺技术要求高，设备费用投资大。

6微波萃取法

可以缩短实验和生产时间、降低能耗、减少溶剂用量以及废物的产生，更加符合“绿色”环保的要求。同时可以提高收率和提取物纯度。较超临界流体萃取仪器设备比较简单、廉价，而且适应面较广，较少受被萃取物极性的限制。采用此法对丁香、魁蒿叶、红花、藿香、佩兰等挥发油的提取，提取时间与传统方法相比大为缩短，提取收率有较大提高。

二，挥发油的分离

1冷冻析晶法

将挥发油于-20～0℃以下放置，挥发油中的主要成分由油状的液体变成结晶型的固体析出。如薄荷油中薄荷脑的分离。

2分馏法

根据沸点差异，采用分馏法分离。挥发油的组成成分由于类别不同，分子量的大小不同，双键的数目、位置及含氧官能团等都可能有一定的差异，因而沸点也有一定的差距。

1）单萜沸点随着双键的增多而升高，即三烯>二烯>一烯。 （321）

2）含氧单萜的沸点随着官能团的极性增大而升高，即醚<酮<醛<醇<酸。 （米桶全春酸）

3）酯比相应的醇沸点高。

4）挥发油中的某些成分在接近其沸点温度时，往往被破坏，故通常都采用减压分馏。

3化学分离法

1）碱性成分的分离：分离挥发油中的碱性成分时，可将挥发油溶于乙醚，加1％硫酸或盐酸萃取，分取酸水层，碱化，用乙醚萃取，蒸去乙醚即可得到碱性成分。

2）酚、酸性成分的分离：先用5%的碳酸氢钠溶液直接进行萃取，分出碱水层后加稀酸酸化，乙醚萃取，蒸去乙醚可得酸性成分。提取酸性成分后的挥发油再用2%氢氧化钠萃取，分取碱水层，酸化，乙醚萃取，蒸去乙醚可得酚类或其他弱酸性成分。

3）醇类成分的分离：挥发油与丙二酸单酰氯或邻苯二甲酸酐或丙二酸反应生成酸性单酯 。

4）醛、酮成分的分离：除去酚、酸类成分的挥发油母液，加亚硫酸钠或吉拉德试剂 ，经酸处理，可得碳基化合物。

5）其他成分的分离：酯类成分用精馏或色谱分离 ，醚类成分与浓硫酸成盐。

4色谱分离法

1）吸附柱色谱：常用硅胶和氧化铝为吸附剂，洗脱剂多用石油醚或己烷，混以不同比例的乙酸乙酯。

2）硝酸银络合色谱：化合物形成络合物的能力越强，被吸附剂吸附越牢。一般来说，双键多的化合物易形成络合物，末端双键较其他双键形成的络合物稳定；顺式双键大于反式双键的络合能力。

（2）挥发油的气相色谱及GC-MS鉴定方法

1气相色谱法

气相色谱法具有分离效率好、灵敏度高、样品用量少、分析速度快的优点。气相色谱法常用相对保留时间对挥发油各组分进行定性鉴别。

1.流动相（载气）：氢气、氦气、氮气等。

2.固定相：①非极性的饱和烃润滑油类（如硅酮、甲基硅油等），适用于沸点差异大的萜类成分的分离。②极性固定相类（如聚酯、聚乙二醇类等），适用于沸点差异小，而极性差异大的萜类成分的分离。

3.柱温：多采用程序升温法，一般单萜类可在130℃或低于130℃的柱温下分离；倍半萜在170～180℃或更高的温度下才能得到较好的分离；而含氧衍生物的分离在130～190℃之间。

2气相色谱-质谱（GC-MS）联用法

1）对于挥发油中许多未知成分，同时又无对照品作对照时，则应选用气相色谱-质谱（GC-MS）联用技术进行分析鉴定。

2）分析时，首先将样品注入气相色谱仪内，经分离后得到的各个组分依次进入分离器，浓缩后的各组分又依次进入质谱仪。质谱仪对每个组分进行检测和结构分析，得到每个组分的质谱，通过计算机与数据库的标准谱对照，可给出该化合物的可能结构，同时也可参考有关文献数据加以确认，可大大提高挥发油分析鉴定的速度和研究水平。

（三）实例：含萜和挥发油的常用中药

1.紫杉

1化学成分及其生物活性

主要含有二萜类成分。分子活性中心为含C-4、C-5和C-20位的环氧丙烷结构，且具有C-13位酯基侧链的紫杉烷型化合物具抗癌活性。其中紫杉活性最强。

2紫杉醇的理化性质

1）紫杉醇可溶于甲醇、乙醇、丙酮、乙酸乙酯、三氯甲烷等有机溶剂，难溶于水，不溶于石油醚。

2）紫杉醇分子中含有N原子，可以视为一种生物碱，但因处于酰胺状态，不显碱性。故紫杉醇为中性化合物。

3）紫杉醇在pH4～8范围内比较稳定，碱性条件下很快分解，对酸相对较稳定。可与二氧化锰试剂发生氧化反应，且不易还原。

3紫杉醇在临床应用中应注意的问题

紫杉中有效成分紫杉醇不良反应涉及过敏反应、骨髓抑制、神经毒性、心血管毒性、肝脏毒性、脱发等诸多方面。

2.穿心莲

1主要化学成分

1）含有二萜内酯及其苷类，如穿心莲内酯（穿心莲乙素）、新穿心莲内酯、脱水穿心莲内酯等。

2）《中国药典》指标性成分：穿心莲内酯、脱水穿心莲内酯。

2理化性质

1）穿心莲内酯又称穿心莲乙素，为无色方形或长方形结晶，味极苦。

2）易溶于丙酮、甲醇、乙醇，微溶于三氯甲烷、乙醚，难溶于水、石油醚、苯。

3）具有内酯的通性，遇碱加热开环成穿心莲酸盐，遇酸又恢复成内酯。对酸碱不稳定，在pH10时，不但内酯开环，并可能产生双键移位或结构改变。内酯环具有活性亚甲基反应，可与Legal试剂、Kedde试剂等反应显紫红色。

3（三）主要成分的生物活性及结构改造

主要活性成分穿心莲内酯。临床应用于治疗急性菌痢、胃肠炎、咽喉炎、感冒发热等，疗效确切，但其水溶性较差。

4穿心莲在临床应用中应注意的问题

穿琥宁注射液有血小板减少等不良反应。

3.龙胆

1化学成分：

1）龙胆中主要环烯醚萜类成分为龙胆苦苷、獐牙菜苦苷和獐牙菜苷等。此外还含有生物碱、黄酮、香豆素及内酯等化合物。

2）《中国药典》指标性成分：龙胆苦苷。

2理化性质

1）龙胆苦苷味极苦，将其稀释至1：12000的水溶液，仍有显著苦味。

2）龙胆苦苷在氨的作用下可转化成龙胆碱。

4.薄荷

1化学成分：

薄荷油主要成分是单萜及其含氧衍生物，如薄荷醇、薄荷酮、新薄荷醇等。

2理化性质

1）薄荷醇为无色针状或棱柱状结晶，或白色结晶状粉末。

2）薄荷醇微溶于水，易溶于乙醇、三氯甲烷、乙醚和液体石蜡等，是薄荷挥发油的主要成分。

3）薄荷醇可作为芳香药、调味品及驱风药。

4）薄荷醇分子中有3个手性碳原子，共有8种立体异构体，但其中只有（－）薄荷醇和（+）新薄荷醇存在于薄荷油中，其他都是合成品。

3临床应用应注意的问题

1）不良反应主要可引起中枢麻痹，表现为恶心、呕吐、眩晕、眼花、大汗、腹痛、腹泻、口渴、四肢麻木、血压下降、心率缓慢、昏迷等。

2）《中国药典》规定薄荷油成入每日摄入不得超过0.6ml。

5.莪术

1化学成分：吉马酮、莪术醇、莪术二醇、莪术酮及莪术二酮等。

2《中国药典》指标性成分：吉马酮。

3理化性质：

1）莪术醇为无色针状结晶，莪术二酮为无色棱状结晶，吉马酮为无色针状结晶。

2）易溶于乙醚、三氯甲烷，微溶于石油醚，不溶于水。

3）沸点较低可随水蒸气蒸馏。

4）对光、热不稳定。遇浓硫酸一香草醛显紫红色。

3临床应用中应注意的问题

主要不良反应表现有过敏样反应、呼吸困难、过敏性休克等。鉴于莪术油注射液可引起严重的不良反应，建议临床医师严格掌握适应证，用药过程中避免给药速度过快，加强临床用药监护。对此药过敏者禁用，过敏体质者慎用。禁忌与头孢曲松、头孢拉定、头孢哌酮、庆大霉素、呋塞米配伍使用。