第九章甾体类化合物

第九章甾体类化合物 概述强心苷类化合物甾体皂苷 C21甾体化合物植物甾醇胆汁酸类化合物昆虫变态激素

第一节概述 甾体类化合物是广泛存在于自然界中的一类天然化学成分，包括植物甾醇、胆汁酸、C21甾类、昆虫变态激素、强心苷、甾体皂苷、甾体生物碱、蟾毒配基等。尽管种类繁多，但它们的结构中都具有环戊烷骈多氢菲的甾体母核。

一、甾体化合物的结构与分类 各类甾体成分C17位均有侧链。根据侧链结构的不同，又分为许多种类，如表9-1所示。表9-1 天然甾体化合物的种类及结构特点

天然甾体化合物的B/C环都是反式，C/D环多为反式，A/B环有顺、反两种稠合方式。由此，甾体化合物可分为两种类型：A/B环顺式稠合的称正系，即C5上的氢原子和C10上的角甲基都伸向环平面的前方，处于同一边，为β构型，以实线表示；A/B环反式稠合的称别系（allo），即C5上的氢原子和C10上的角甲基不在同一边，而是伸向环平面的后方，为α构型，以虚线表示。通常这类化合物的C10、C13、C17侧链大都是β构型，C3上有羟基，且多为β构型。甾体母核的其他位置上也可以有羟基、羰基、双键等功能团。

二、甾体化合物的生合成途径 甾体化合物是由甲戊二羟酸的生物合成途径转化而来，可以衍生成甾醇类、C21甾类、强心苷元类、甾体皂苷元类等等。如图9 -1所示。乙酰辅酶A 角鲨烯（squalene） 2，3-氧化角鲨烯（2，3-oxidosqualene）羊毛甾醇

三、甾体类化合物的颜色反应 甾体类化合物在无水条件下用酸处理，能产生各种颜色反应。这类颜色反应的机理较复杂，是甾类化合物与酸作用，经脱水、缩合、氧化等过程生成有色物。 1．Liebermann-Burchard反应将样品溶于氯仿，加硫酸-乙酐（1:20），产生红→紫→蓝→绿→污绿等颜色变化，最后褪色。也可将样品溶于冰乙酸，加试剂产生同样的反应。 2．Salkowski反应将样品溶于氯仿，加入硫酸，氯仿层显血红色或青色，硫酸层显绿色荧光。 3．Tschugaev反应将样品溶于冰乙酸，加几粒氯化锌和乙酰氯共热；或取样品溶于氯仿，加冰乙酸、乙酰氯、氯化锌煮沸，反应液呈现紫红→蓝→绿的变化。

4．Rosenheim反应将样品溶于氯仿，加25%的三氯乙酸乙醇溶液，呈红色至紫色。4．Rosenheim反应将样品溶于氯仿，加25%的三氯乙酸乙醇溶液，呈红色至紫色。 5．三氯化锑或五氯化锑反应将样品溶液点于滤纸上，喷20%三氯化锑或五氯化锑的氯仿溶液（不含乙醇和水），于60℃～70℃加热3～5分钟，样品斑点呈现灰蓝、蓝、灰紫等颜色。

第二节强心苷类化合物 一、强心苷概述强心苷（cardiac glycosides）是生物界中存在的一类对心脏有显著生理活性的甾体苷类，是由强心苷元（cardiac aglycones）与糖缩合的一类苷。它们主要分布于夹竹桃科、玄参科、百合科、萝摩科、十字花科等十几个科的一百多种植物中。常见的有毛花洋地黄（Digitalis lanata）、紫花洋地黄（Digitalis purpurea）、黄花夹竹桃（Peruviana peruviana）、毒毛旋花子（Strophanthus kombe ）、铃蓝（Convallaria keiskei）、海葱（Scilla maritime ）、羊角拗（Stropanthus divaricatus）等

二、强心苷的结构与分类 1 .苷元部分的结构强心苷由强心苷元与糖缩合而成。天然存在的强心苷元是C17侧链为不饱和内酯环的甾体化合物。其结构特点如下：（1）甾体母核A、B、C、D四个环的稠合方式为A/B环有顺、反两种形式，但多为顺式；B/C环均为反式；C/D环多为顺式。

（2）C10、C13、C17的取代基均为β型。C10为甲基或醛基、羟甲基、羧基等含氧基团，C13为甲基取代，C17为不饱和内酯环取代。C3、C14位有羟基取代，C3羟基多数是β构型，少数是α构型，强心苷中的糖均是与C3羟基缩合形成苷。C14羟基为β构型。母核其它位置也可能有羟基取代，一般位于1β、2α、5β、11α、11β、12α、12β、15β、16β，其中16β-OH有时与小分子有机酸，如甲酸、乙酸等以酯的形式存在。在C11、C12和C19位可能出现羰基。有的母核含有双键，双键常在C4、C5位或C5、C6位。（2）C10、C13、C17的取代基均为β型。C10为甲基或醛基、羟甲基、羧基等含氧基团，C13为甲基取代，C17为不饱和内酯环取代。C3、C14位有羟基取代，C3羟基多数是β构型，少数是α构型，强心苷中的糖均是与C3羟基缩合形成苷。C14羟基为β构型。母核其它位置也可能有羟基取代，一般位于1β、2α、5β、11α、11β、12α、12β、15β、16β，其中16β-OH有时与小分子有机酸，如甲酸、乙酸等以酯的形式存在。在C11、C12和C19位可能出现羰基。有的母核含有双键，双键常在C4、C5位或C5、C6位。

（3）根据C17不饱和内酯环的不同，强心苷元可分为两类。①C17侧链为五元不饱和内酯环（△αβ-γ-内酯），称强心甾烯类（cardenolides），即甲型强心苷元。在已知的强心苷元中，大多数属于此类。②C17侧链为六元不饱和内酯环（△αβ，γδ-δ-内酯），称海葱甾二烯类(scillanolides)或蟾蜍甾二烯类(bufanolide)，即乙型强心苷元。自然界中仅少数苷元属此类，如中药蟾蜍中的强心成分蟾毒配基类。（3）根据C17不饱和内酯环的不同，强心苷元可分为两类。①C17侧链为五元不饱和内酯环（△αβ-γ-内酯），称强心甾烯类（cardenolides），即甲型强心苷元。在已知的强心苷元中，大多数属于此类。②C17侧链为六元不饱和内酯环（△αβ，γδ-δ-内酯），称海葱甾二烯类(scillanolides)或蟾蜍甾二烯类(bufanolide)，即乙型强心苷元。自然界中仅少数苷元属此类，如中药蟾蜍中的强心成分蟾毒配基类。

强心甾 强心甾烯海葱甾海葱甾二烯（蟾蜍甾二烯）

2．糖部分的结构构成强心苷的糖有20多种。根据它们C2位上有无羟基可以分成α-羟基糖（2-羟基糖）和α-去氧糖（2-去氧糖）两类。α-去氧糖常见于强心苷类，是区别于其它苷类成分的一个重要特征。2．糖部分的结构构成强心苷的糖有20多种。根据它们C2位上有无羟基可以分成α-羟基糖（2-羟基糖）和α-去氧糖（2-去氧糖）两类。α-去氧糖常见于强心苷类，是区别于其它苷类成分的一个重要特征。（1）α-羟基糖：除D-葡萄糖、L-鼠李糖外，还有6-去氧糖如L-夫糖（L-fucose）、D-鸡纳糖（D-quinovose）、D-弩箭子糖（D-antiarose）、D-6-去氧阿洛糖（D-6-deoxyallose）等；6-去氧糖甲醚如L-黄花夹竹桃糖（L-thevetose）、D-洋地黄糖（D-digitalose）等。（2）α-去氧糖：有2，6-二去氧糖如D-洋地黄毒糖（D-digitoxose）等；2，6-二去氧糖甲醚如L-夹竹桃糖（L-oleandrose）、D-加拿大麻糖（D-cymarose）、D-迪吉糖（D-diginose）和D-沙门糖（D-sarmentose）等。

D-鸡纳糖D-弩箭子糖D-6-去氧阿洛糖L-夫糖 D-洋地黄糖D-洋地黄毒糖D-加拿大麻糖L-黄花夹竹桃糖

3．苷元和糖的连接方式 强心苷大多是低聚糖苷，少数是单糖苷或双糖苷。通常按糖的种类以及和苷元的连接方式，可分为以下三种类型： I 型：苷元-（2，6-去氧糖）x－（D-葡萄糖）y，如紫花洋地黄苷A（purpurea glycoside A）。 II 型：苷元-（6-去氧糖）x－（D-葡萄糖）y ，如黄夹苷甲（thevetin A）。 III型：苷元-（D-葡萄糖）y ，如绿海葱苷（scilliglaucoside）。植物界存在的强心苷，以I、II型较多，III型较少

紫花洋地黄苷A β-D葡萄糖 洋地黄毒苷H 绿海葱苷黄夹苷甲

三、强心苷的结构与活性的关系 大量的研究证明，强心苷的化学结构对其生理活性有较大影响。强心苷的强心作用取决于苷元部分，主要是甾体母核的立体结构、不饱和内酯环的种类及一些取代基的种类及其构型。糖部分本身不具有强心作用，但可影响强心苷的强心作用强度。强心苷的强心作用强弱常以对动物的毒性（致死量）来表示。 1.甾体母核甾体母核的立体结构与强心作用关系密切的是C/D环须顺式稠合。一旦这种稠合被破坏，将失去强心作用。若C14羟基为β构型时即表明C/D环顺式稠合，若为α构型或脱水形成脱水苷元，则强心作用消失。A/B环为顺式稠合的甲型强心苷元，必须具C3-β羟基，否则无活性。A/B环为反式稠合的甲型强心苷元，无论C3是β-羟基还是α-羟基均有活性。

2.不饱和内酯环C17侧链上α、β-不饱和内酯环为β-构型时，有活性；为α构型时，活性。 3.取代基强心苷元甾核中一些基团的改变亦将对生理活性产生影响。如C10位的角甲基转化为醛基或羟甲基时，其生理活性增强；C10位的角甲基转为羧基或无角甲基，则生理活性明显减弱。 4.糖部分强心苷中的糖本身不具有强心作用，但它们的种类、数目对强心苷的毒性会产生一定的影响。一般来说，苷元连接糖形成单糖苷后，毒性增加。随着糖数的增多，分子量增大，苷元相对比例减少，又使毒性减弱。如毒毛旋花子苷元组成的三种苷的毒性比较，结果见表9-2。

表9-2毒毛旋花子苷元组成的三种苷的毒性比较 从上表可知，一般甲型强心苷及苷元的毒性规律为：三糖苷＜二糖苷＜单糖苷＞苷元。

表9-3 洋地黄毒苷元与不同单糖结合的苷的毒性比较由上表可知，单糖苷的毒性次序为：葡萄糖苷＞甲氧基糖苷＞6-去氧糖苷＞2，6-去氧糖苷。

四、强心苷的理化性质 (一)性状强心苷多为无定形粉末或无色结晶，具有旋光性，C17位侧链为β构型者味苦，为α构型者味不苦。对粘膜具有刺激性。（二）溶解性强心苷一般可溶于水、醇、丙酮等极性溶剂，微溶于乙酸乙酯、含醇氯仿，几乎不溶于乙醚、苯、石油醚等极性小的溶剂。

强心苷的溶解性与分子所含糖的数目、种类、苷元所含的羟基数及位置有关。原生苷由于分子中含糖基数目多，而比其次生苷和苷元的亲水性强，可溶于水等极性大的溶剂，难溶于极性小的溶剂。在溶解性的比较中还需注意糖的类型、糖和苷元上羟基的数目，如果羟基数越多，亲水性则越强，例如乌本苷（ouabain）虽是单糖苷，但整个分子却有八个羟基，水溶性大（1:75），难溶于氯仿；洋地黄毒苷虽为三糖苷，但整个分子只有五个羟基，故在水中溶解度小（1:100000），易溶于氯仿（1:40）。此外，分子中羟基是否形成分子内氢键，也可影响强心苷溶解性。可形成分子内氢键者亲水性弱，反之，亲水性强。强心苷的溶解性与分子所含糖的数目、种类、苷元所含的羟基数及位置有关。原生苷由于分子中含糖基数目多，而比其次生苷和苷元的亲水性强，可溶于水等极性大的溶剂，难溶于极性小的溶剂。在溶解性的比较中还需注意糖的类型、糖和苷元上羟基的数目，如果羟基数越多，亲水性则越强，例如乌本苷（ouabain）虽是单糖苷，但整个分子却有八个羟基，水溶性大（1:75），难溶于氯仿；洋地黄毒苷虽为三糖苷，但整个分子只有五个羟基，故在水中溶解度小（1:100000），易溶于氯仿（1:40）。此外，分子中羟基是否形成分子内氢键，也可影响强心苷溶解性。可形成分子内氢键者亲水性弱，反之，亲水性强。

（三）脱水反应 强心苷用混合强酸（例如3％～5％HCl）进行酸水解时，苷元往往发生脱水反应。C14 、C5位上的β羟基最易发生脱水 +3 D-洋地黄毒糖 (D-洋地黄毒糖)3 羟基洋地黄毒苷脱水羟基洋地黄毒苷元 + L-鼠李糖+ D-葡萄糖鼠李糖-O-葡萄糖海葱苷A 脱水海葱苷元

（四）水解反应 化学方法主要有酸水解、碱水解；生物方法有酶水解。 1.酸水解（1）温和酸水解用稀酸0.02～0.05mol/L的盐酸或硫酸，在含水醇中经短时间加热回流，可使I型强心苷水解为苷元和糖。因为苷元和α-去氧糖之间、α-去氧糖与α-去氧糖之间的糖苷键极易被酸水解，在此条件下即可断裂。而α-去氧糖与α-羟基糖、α-羟基糖与α-羟基糖之间的苷键在此条件下不易断裂，常常得到二糖或三糖。由于此水解条件温和，对苷元的影响较小，不致引起脱水反应，对不稳定的α-去氧糖亦不致分解。

（2）强烈酸水解Ⅱ型和Ⅲ型强心苷与苷元直接相连的均为α- 羟基糖，由于糖的2-羟基阻碍了苷键原子的质子化，使水解较为困难，用温和酸水解无法使其水解，必须增高酸的浓度（3%～5%），延长作用时间或同时加压，才能使α-羟基糖定量地水解下来，但常引起苷元结构的改变，失去一分子或数分子水形成脱水苷元。（3）氯化氢-丙酮法（Mannich和Siewert法）将强心苷置于含1%氯化氢的丙酮溶液中，20℃放置两周。因糖分子中C2羟基和C3羟基与丙酮反应，生成丙酮化物，进而水解，可得到原生苷元和糖衍生物。

2.酶水解酶水解有一定的专属性。不同性质的酶，作用于不同性质的苷键。在含强心苷的植物中，有水解葡萄糖的酶，但无水解α-去氧糖的酶，所以能水解除去分子中的葡萄糖，保留α-去氧糖而生成次级苷。 3.碱水解强心苷的苷键不被碱水解。但强心苷分子中的酰基、内酯环会受碱的影响，发生水解或裂解、双键移位、苷元异构化等反应。

（1）酰基的水解强心苷的苷元或糖上常有酰基存在，它们遇碱可水解脱去酰基。一般用碳酸氢钠、碳酸氢钾、氢氧化钙、氢氧化钡等。α-去氧糖上的酰基最易脱去，用碳酸氢钠、碳酸氢钾处理即可，而羟基糖或苷元上的酰基须用氢氧化钙、氢氧化钡处理才可。甲酰基较乙酰基易水解，提取分离时，若用氢氧化钙处理，即可水解。（1）酰基的水解强心苷的苷元或糖上常有酰基存在，它们遇碱可水解脱去酰基。一般用碳酸氢钠、碳酸氢钾、氢氧化钙、氢氧化钡等。α-去氧糖上的酰基最易脱去，用碳酸氢钠、碳酸氢钾处理即可，而羟基糖或苷元上的酰基须用氢氧化钙、氢氧化钡处理才可。甲酰基较乙酰基易水解，提取分离时，若用氢氧化钙处理，即可水解。上述四种碱只水解酰基，不影响内酯环。氢氧化钠、氢氧化钾由于碱性太强，不仅使所有酰基水解，而且还会使内酯环开裂。

（2）内酯环的水解在水溶液中，氢氧化钠、氢氧化钾溶液可使内酯环开裂，加酸后可再环合；在醇溶液中，氢氧化钠、氢氧化钾溶液使内酯环开环后生成异构化苷，酸化亦不能再环合成原来的内酯环，为不可逆反应。（2）内酯环的水解在水溶液中，氢氧化钠、氢氧化钾溶液可使内酯环开裂，加酸后可再环合；在醇溶液中，氢氧化钠、氢氧化钾溶液使内酯环开环后生成异构化苷，酸化亦不能再环合成原来的内酯环，为不可逆反应。甲型强心苷在氢氧化钾的醇溶液中，通过内酯环的质子转移、双键转移，以及C14位羟基质子对C20位的亲电加成作用而生成内酯型异构化苷，再经皂化作用开环形成开链型异构化苷。乙型强心苷在氢氧化钾醇溶液中，不发生双键转移，但内酯环开裂生成甲酯异构化苷。

五、强心苷的颜色反应 1.C17位上不饱和内酯环的颜色反应（1）Legal反应又称亚硝酰铁氰化钠试剂反应。取样品1～2mg，溶于吡啶2～3滴中，加3％亚硝酰铁氰化钠溶液和2mol/L氢氧化钠溶液各1滴，反应液呈深红色并渐渐退去。此反应机制可能是由于活性亚甲基与活性亚硝基缩合生成异亚硝酰衍生物的盐而呈色，凡分子中有活性亚甲基者均有此呈色反应。

2.α-去氧糖颜色反应 （1）Keller-Kiliani（K-K）反应取样品1mg，用冰乙酸5ml溶解，加20%的三氯化铁水溶液1滴，混匀后倾斜试管，沿管壁缓慢加入浓硫酸5ml，观察界面和乙酸层的颜色变化。如有α-去氧糖，乙酸层显蓝色。界面的呈色，由于是浓硫酸对苷元所起的作用逐渐向下层扩散，其显色随苷元羟基、双键的位置和数目不同而异，可显红色、绿色、黄色等，但久置后因炭化作用，均转为暗色。

（2）呫吨氢醇（Xanthydrol）反应取样品少许，加呫吨氢醇试剂（呫吨氢醇10mg溶于冰乙酸100ml中，加入浓硫酸1ml）1 ml，置水浴上加热3分钟，只要分子中有α-去氧糖即显红色。此反应极为灵敏，分子中的α-去氧糖可定量地发生反应，故还可用于定量分析。

第九章 甾体类化合物