triterpenoids and triterpenoid saponins

Triterpenoids and triterpenoid saponins

三萜及其苷类三萜及其苷类

1. 掌握四环三萜及五环三萜类化合物，如羊毛甾

烷型、达玛烷型、齐墩果烷型、乌苏烷型的基

本骨架特征；

掌握代表性的化合物如人参皂苷、甘草皂苷、

柴胡皂苷的结构及生理活性。

学 习 要 点

2. 学习三萜皂苷的提取分离方法，重点掌握分配色

谱中的反相色谱法的应用。

3. 掌握三萜类化合物的 MS 和 NMR 谱的特征。

学 习 要 点

本 章 内 容 一、概 述

二、分 类

三、理化性质

四、提取分离

五、结构鉴定

一、概 述

1 、三萜的定义：三萜（ triterpenoids ）是由 6

个异戊二烯单位组成的 30 个碳原子的萜类化合物。

可以游离状态或与糖结合成苷的形式存在，其苷类化

合物多数可溶于水，水溶液振摇后产生似肥皂水溶液

样泡沫，故被称为三萜皂苷（ triterpenoid saponin

s ）

一、概 述 2 、生物活性

三萜及其皂苷广泛分布于自然界，具有广泛的生物活性，如溶血、抗癌、抗炎、抗菌、杀软体动物、抗生育等活性。

齐墩果酸－－临床用于治疗肝炎。

甘草次酸琥珀酸半酯的钠盐，是临床常用抗溃疡药。

具有羧基的三萜和三萜皂苷化合物多具有抗肿瘤活性

一、概 述

皂苷具有表面活性剂的作用，可用来作稳定剂、

洗涤剂和起泡剂。

3 、三萜类化合物的生物合成

研究表明三萜是由鲨烯（ squalene ）经过不同的途径环合而成，鲨烯是由倍半萜金合欢醇（ farnesol ）的焦磷酸酯尾尾缩合生成。

一、概 述

30 个碳进一步环合成三萜

金合欢醇焦磷酸酯 金合欢醇焦磷酸酯

多数三萜为四环三萜和五环三萜，也有少数为

链状、单环、双环和三环三萜。近几十年还发现

了许多由于氧化、环裂解、甲基转位、重排及降

解等而产生的新骨架类型的三萜类化合物。

一、概 述

本 章 内 容 一、概 述

二、分 类

三、理化性质

四、提取分离

五、结构鉴定

二、分 类

1 、无环三萜

2 、单环三萜

3 、双环和三环三萜

4 、四环三萜和五环三萜

二、分 类

4 、四环三萜和五环三萜

1) 、四环三萜 (tetracyclic triterpenoids)

a 、羊毛脂烷型 （ Lanostane ）

b 、达玛烷型（ dammarane ）

c 、甘遂烷（ tirucallane ）

d 、环阿屯烷（环阿尔廷， cycloartane）

e 、葫芦烷（ cucurbitane）

f 、楝烷型（meliacane）

二、分 类（四环三萜）

a. 羊毛脂烷（ Lanostane ） A/B 、 B/C 、 C/D 环均为反式， 10 、 13 位 β -CH

3,

14 位 α-CH3,C-20 为 R 构型

二、分 类（四环三萜）

存在于海洋生物如海参、海星等分离得到的毒鱼成分，从名贵药材灵芝当中分离得到 100 余个。

ganoderic acid C lucidenic acid A

二、分 类（四环三萜）

b 、达玛烷（ dammarane ）结构特点 : 8 、 10 位 β-CH3 ， 13 位 β-H ，

17 位 β- 侧链， C-20 构型 R 或 S 。

dammarane

H

二、分 类（四环三萜）

a 、达玛烷（ dammarane ） 如：五加科植物人参中的皂苷

原人参二醇型 3 、 12-OH

二、分 类（四环三萜）

原人参三醇型 3 、 6 、 12-OH

五加科植物人参中的皂苷

二、分 类（四环三萜）

人参皂苷，用缓和条件水解 , 如 50%HOAc 于 70

℃加热 4 小时， 20 位苷键能断裂，进一步再水解，可使 3 位苷键裂解。

采用 HCl 溶液水解，水解产物中得不到原生的皂苷元。结构发生改变，即 20 （ S ） - 原人参二醇或 20

（ S ） - 原人参三醇的 20 位上甲基和羟基发生差向异构化，转变为 20 （ R ） - 原人参二醇或 20 （ R ） -

原人参三醇，然后环合生成人参二醇（ panaxadiol ）或人参三醇（ panaxatriol ）

二、分 类（四环三萜）

获得原生皂苷元，须采用缓和酸水解法。

A ：人参皂苷 过碘酸钠氧化 水解

四氢硼钠还原 室温下用 2N H2SO4 水解；

B ：人参皂苷 室温 HCl 水解 叔丁醇钠

消除

二、分 类（四环三萜）

c. 甘遂烷（ tirucallane ） A/B 、 B/C 、 C/D 环均为反式， 13α -CH3 、 10,

14 位 β-CH3 ， C-20 为 α- 侧链（ 20S ）。

tirucallane

二、分 类（四环三萜）

从藤桔属植物 Paramignya monophylla 分得的成分如下

二、分 类（四环三萜）

d 环阿屯烷（环阿尔廷， cycloartane ） 基本骨架与羊毛脂烷相似，差别：环阿屯烷 19 位甲基与 9 位脱氢形成三元环。

cycloartane

二、分 类（四环三萜）从中药黄芪当中分离得到的四环三萜多为环阿屯烷型

R1 R2 R3

cycloastragenol H H H

astragaloside I xyl(2,3-diAc) glc H

astragaloside V glc-xyl H glc

e 、葫芦烷（ cucurbitane ）

二、分 类（四环三萜）

特点： 5β-H 、 8β-H 、 10α-H,9 位连有 β-C

H3, 其余与羊毛甾烷一样。

9

10

二、分 类（四环三萜）

从雪胆属植物的根中分离得到的一些成分

雪胆甲素 R=Ac

雪胆乙素 R=H

二、分 类（四环三萜）

f 、楝烷型（ meliacane ）

如：芸香目植物中的楝苦素类成分

14

14 － β-H ， 13 － α CH3 ， 17- α侧链，其余同达玛烷型

10 8

达玛烷 羊毛甾烷

葫芦烷

环阿廷烷

甘遂烷

2) 、五环三萜 (pentacyclic triterpenoids)

二、分 类

a 、齐墩果烷型（ oleanane ）

b 、 乌苏烷（ ursane ）

c 、 羽扇豆烷（ lupane ）

d 、 木栓烷（ friedelane ）

二、分 类（五环三萜）

a 、齐墩果烷（ oleanane ）型，又称 β-香树脂烷（ β-amyrane ）型

oleanane 甘草次酸 (R=H)

10

13

23 24

2526

27

28

29 3029 30

2324

20

• A/B 、 B/C 、 C/D 环为反式， D/E 环为顺式。

• C-3 有 -OH 取代； C-28-CH3 易被氧化成酸或 CH2

OH

二、分 类（五环三萜）

二、分 类（五环三萜）

齐墩果酸（ oleanoic acid)

临床用于治疗肝炎

二、分 类（五环三萜）

此外中药远志、商陆中含有多种 β-香树脂型的五环三萜

b 乌苏烷（ ursane ）型，又称 -香树脂烷（ -amyrane ）型

二、分 类（五环三萜）

乌苏烷 乌苏酸（ ursanoic acid)

具有抗菌活性

10

13

2324

25 26

27

28

29 30

2019

二、分 类（五环三萜）

积雪草酸 R1=H ， R2=H

羟基积雪草酸 R1=OH ， R2=H

积雪草苷 R1=H ， R2=glc-glc-rha

羟基积雪草苷 R1=OH ， R2=glc-glc-rha

此外，中药地榆当中多种皂苷均为乌索烷型五环三萜。

c. 羽扇豆烷（ lupane ）

二、分 类（五环三萜）

lupane

• E 环为 5 元环； C-19 位为 α- 构型异丙基。

• 所有环 / 环之间均为反式。

二、分 类（五环三萜）

betulinic acid betulin

白桦酸 白桦醇

如：

二、分 类（五环三萜）

d 、木栓烷（ friedelane ）

friedelane

雷公藤红素

本 章 内 容 一、概 述

二、分 类

三、理化性质

四、提取分离

五、结构鉴定

三、理化性质

（一）、一般性质

1 、苷元多有较好结晶，易溶于石油醚、（ Et ） 2O 、CHCl3 等有机溶剂。

2 、皂苷多为无定形粉末，易溶于稀醇、热MeOH

和热 EtOH ，可溶于水，含水丁醇或戊醇对皂苷的溶解度较好，因此是提取和纯化皂苷时常采用的溶剂。

3 、皂苷多具有苦、辛辣味，对人体粘膜有强烈刺激性。

三、理化性质

（二）、显色反应

三萜化合物在无水条件下，与强酸（硫酸、磷酸、高氯酸）、中等强酸（三氯乙酸）或 Lewis

酸（氯化锌、三氯化铝、三氯化锑）作用，会产生颜色变化或荧光。

原因：主要是使羟基脱水，增加双键结构，再经双键移位、双分子缩合等反应生成共轭双烯系统，又在酸作用下形成阳碳离子而呈色。

三、理化性质

（二）、显色反应

1 、醋酐 -浓硫酸反应（ Liebermann-Burchard)

样品 /醋酐浓 H2SO4 黄、红、紫、蓝、褪色

2 、五氯化锑反应样品 /CHCl3 or 醇

20% 五氯化锑

Or 三氯化锑 / CHCl3

60-70蓝色、灰蓝色、灰紫色

三、理化性质

（二）、显色反应

3 、三氯醋酸反应（ Rosen-Heimer ）

TLC

PC

25% 三氯醋酸 /EtOH 由红变紫

4 、氯仿 -浓硫酸反应（ Salkowski ）

样品 /CHCl3

浓 H2SO4 CHCl3层（红、蓝色或绿色荧光）

三、理化性质（显色反应）

5 、冰醋酸—乙酰氯反应（ Tschugaeff ）：

样品 / 冰醋酸 淡红色或紫红色。 乙酰氯及氯化锌

具有三萜母核的化合物均可反应。

三、理化性质

（三）、表面活性

皂苷水溶液经强烈振摇能产生持久性的泡沫，因其具有降低水溶液表面张力的缘故。故皂苷可作为清洁剂、乳化剂。

（四）溶血作用

皂苷能溶血，是因为多数皂苷能与胆甾醇（ choles

terol ）结合生成不溶性的分子复合物。其溶血作用的有无、强弱与结构有关。

三、理化性质

如：达玛烷衍生的人参皂苷， 20 （ S ） - 原人

参三醇衍生的皂苷有溶血性质，而 20 （ S ） - 原人

参二醇衍生的皂苷则能对抗溶血作用，因此人参总

皂苷不表现出溶血现象。

溶血与结构的关系：

1 ） . A 环上有极性基团，而在 D 环或 E 环上有一中等极性基团的三萜皂苷，一般有溶血作用。

2 ） . 苷元 3 位有 β-OH ， 16 位有 α-OH 或 =O 时，溶血指数最高，

3 ）若 D 环或 E 环有极性基团，而 28 位连有糖链，或具有一定数量的羟基取代，则可导致溶血作用消失。

三、理化性质

三、理化性质

（五）沉淀反应

酸性皂苷（通常指三萜皂苷） /水溶液 + 中性盐类（硫酸铵或醋酸铅） 生成沉淀。

中性皂苷（通常指甾体皂苷） /水溶液 +碱性盐类（碱式醋酸铅或氢氧化钡等） 沉淀。

皂苷 /水溶液 + 铅盐、钡盐、铜盐 ---沉淀。

利用这一性质可进行皂苷的提取和初步分离。

本 章 内 容 一、概 述

二、分 类

三、理化性质

四、提取分离

五、结构鉴定

四、提取分离

（一）提取：

1. 三萜苷元类化合物的提取：

多采用极性较小的溶剂进行回流提取

2. 三萜皂苷类化合物的提取：

多采用极性较大的溶媒提取，如甲醇、乙醇、含水醇等。

四、提取分离（二）分离

1.系统溶剂萃取法 总提取物

H2O 分散后，依次用石油醚、 CHCl3 、 EtOAc 、 n － BuOH 萃取

石油醚

脱脂层 CHCl3

三萜类

EtOAc

n － BuOH总皂苷层

苷 元

四、提取分离（二）分离

2. 沉淀法

a. 分段沉淀法

利用皂苷难溶于乙醚、丙酮等溶剂而分离

皂苷 / 醇＋乙醚 or 丙酮 沉淀

b. 皂苷 /水溶液 + 铅盐、钡盐、铜盐 ---沉淀。

四、提取分离

（二）分离

3. 大孔树脂分离法

醇提取液减压回收醇后，通过大孔吸附树脂，先用少量水洗去糖和其它水溶性成分，后改用 30

%～ 80%甲醇或乙醇梯度洗脱，获得极性不同的皂苷。

四、提取分离（二）分离

4. 色谱法

a. 吸附色谱：固定相为中性氧化铝、硅胶，洗脱剂为有机溶媒（极性较小、或中等极性皂苷）

b. 分配色谱，如反相 HPLC 、 MPLC 、 ODS 、纸色谱（极性较大皂苷）、 DCCC 、 HSCCC 。

本 章 内 容 一、概 述

二、分 类

三、理化性质

四、提取分离

五、结构鉴定

五、结构鉴定

三萜及其皂苷的结构测定主要依照生源关系并采用化学和波谱等方法。

1. UV 法：

孤立双键： 205 － 250nm

同环共轭双键： 285nm

异环共轭双键： 240 、 250 、 260nm

α ， β- 不饱和羰基： 235nm

1. UV 法：

能判断 11-oxo 、 Δ12- 齐墩果烷型化合物 C18-H 的构型：

C18-H ： α 构型： 242 － 243nm ，

β 构型： 248 － 249nm 。

五、结构鉴定

五、结构鉴定

2. 红外光谱 (IR) ：

根据 1245~1330cm-1 、 1355~1392cm-1两个区域中碳氢吸收峰的数目，可以区分三萜骨架结构类型。

A (1355~1392cm-1) B(1245~1330cm-1)

齐墩果烷型 2 个峰 3 个峰 乌苏烷型 3 个峰 3 个峰 四环三萜类 1 个峰 1 个峰

五、结构鉴定

3. 质谱 （ MS ）

五环三萜裂解化合物质谱裂解的共同规律

有环内双键，较特征的 RDA裂解

无环内双键，常从 C 环裂解为两个碎片；

有时可同时产生 RDA 和 C 环裂解；

五、结构鉴定

3. 质谱 （ MS ）

饱和三萜化合物

五、结构鉴定

+

HO

+¡ª H2O

+

+

b -19, m/e 189 b -1, m/e 207 b -18, m/e 190 a2, m/e 189 a3, m/e 133

¡ª H ¡ª H2O

b. m/e 208 a, m/e 248(100)

HO

COOH RDA

HO+

COOH ¡ª COOH +

a1, m/e 203M+, m/e 456

+ +

+

. .

.

+.

当存在 11-oxo 、 Δ12-时，则产生 RDA裂解并发生麦氏重排。

五、结构鉴定

3. 质谱 （ MS ）

五、结构鉴定

O

HO

O

HO

+

(a)

(b)

(11-oxo, 12)

+.

例： 11-oxo 、 Δ12- 齐墩果烷型三萜的MS裂解规律

五、结构鉴定4. 核磁共振（ NMR)

1H-NMR ：提供的信息

甲基质子

连氧的碳上质子

烯氢质子

糖的端基质子信号

五、结构鉴定4. 核磁共振（ NMR)

H-NMR ：最大特征：高场出现多个甲基单峰

一般甲基质子信号在 0.625～ 1.50间。

最高场甲基（ 26-CH3 ）

δ<0.775 （ 28-COOCH3 ）

δ>0.775 （ 28-CH2OH 、 CH3 或内酯）

最低场甲基

δ1.13~1.15 （ 27-CH3 ）其它小于 1.0

δ<1.0 （ 27-含氧基团）

五、结构鉴定

齐墩果烷型 29 、 30 位甲基以单峰出现， ： 0.8～ 1.0

乌苏烷型 29 、 30 位甲基以双峰出现 ： 0.8～ 1.0

J＝ 6Hz

30 29

3029

五、结构鉴定

羽扇豆烷型三萜的 30-CH3 ,因与双键相连，

在 1.63～ 1.80间，具有烯丙偶合。

30

连 OH的碳上质子信号一般出现在 3.2～ 4 ，连 OAc的碳上的质子信号一般为 4～ 5.5

烯氢信号的化学位移值一般为 4.3～ 6

环内双键质子的一般大于 5 ，环外双键质子的一般小于 5 。

五、结构鉴定

• 核磁共振光谱• 13C-NMR-CH3 δ 8.9~33.7

-C-O- δ 60~90烯碳 : δ 109~160羰基碳 : δ 170~220

1). 用于判断结构类型、某些取代基位置及季碳数目

例如：齐墩果烷型 δ ： 30~42 , 6 个季碳

乌苏烷型和羽扇豆型 δ ： 30~42, 5 个季碳

羽扇豆有异丙烯基信号 δ19.3(q), 109.2(t), 150.

6(s)

五、结构鉴定

4. 核磁共振（ NMR) 13C-NMR

如：齐墩果烷 8 个甲基 δ8.9~33.7

最低场：为两对偕甲基中

23-αCH3 δ ： 27.8~28.7

29-αCH3 δ ； 32.7~33.7

最低场甲基：

23-CH3δ<30 时， C20 , C4 位有 CH2OH 、 COOH 取

代。

五、结构鉴定

某些取代基位置判定

类 型 化 合 物 烯碳的化学位移齐墩果烷型 齐墩果酸甲酯 C12 122.1 ，

C13 143.4

乌苏烷型 乌苏酸甲酯 C12 122.5

C13 138.0

羽扇豆烷型 白桦脂酸甲酯 C20 150.1

C29 109.3

C30 19.0

五、结构鉴定4. 核磁共振（ NMR) 13C-NMR

2). 根据烯碳的化学位移可推知五环三萜的类型

五、结构鉴定

144.2

123.0

五、结构鉴定

150.3

109.5 19.4

五、结构鉴定

11-oxo ， 12- 齐墩果烯

C-12 ： 128～ 129 ，

C-13 ： 155～ 167

C=O: 199 － 200

12 13

五、结构鉴定4. 核磁共振（ NMR) 13C-NMR

4). 苷化位置的确定

C3 苷化＋ 8~10

C2, 4 （ ）稍向高场

C28 羧基成酯苷，羰基碳向 高场 － 2 。

C1’ 95 ~96

五、结构鉴定

苷化位移 ( Glycosylation shift ， GS)

(a) 苷元 : C3-O-sugar, C3 +8~10

(b) 糖 : 端基碳 +7

其上 OH 与其它糖连接成苷的碳 +3~8

(c) 酯苷 : -COO-sugar -2 ；糖端基碳 δ 95

(d)叔醇 : 苷元 -C +10; 糖端基碳 δ<100

五、结构鉴定例 1 ：

化合物 A，白色粉末 (甲醇 )， mp.250～ 252

℃；Molish反应和 Liebermann-Burchard 反应

均为阳性。完全酸水解，薄层检测，苷元为齐墩果

酸， PC检测出葡萄糖醛酸和葡萄糖，用 10％的 K

OH －MeOH碱水解后， PC检测出葡萄糖。该化

合物的碳谱数据如下：

五、结构鉴定苷元部分的碳谱数据No. 齐墩果酸 A No. 齐墩果酸 A

1 38.3 39.3 11 23.6 24.0

2 28.0 26.5 12 123.0 124.0

3 78.1 91.1 13 144.3 145.0

4 39.7 40.5 14 42.3 43.0

5 55.9 56.5 15 28.4 28.8

6 18.7 19.1 16 23.9 24.4

7 33.3 33.7 17 47.2 48.2

8 40.1 40.7 18 41.9 42.3

9 48.2 48.5 19 46.4 47.0

10 37.1 37.8 20 30.9 31.6

五、结构鉴定苷元部分的碳谱数据 糖部分的碳谱数据No. 齐墩果酸 A

21 34.2 34.5

22 32.7 33.0

23 28.3 28.3

24 17.2 17.1

25 15.7 16.1

26 17.7 18.0

27 26.3 26.8

28 180.1 178.8

29 33.3 33.9

30 23.8 24.3

C1’ 105.3 104.3

80.5 73.8

78.0 76.0

73.7 72.3

77.4 75.6

172.4 175.0

糖 1 β －甲基苷

五、结构鉴定 糖部分的碳谱数据 糖 2 β －甲基苷 糖 3

C1” 104.3 103.7

76.5 73.7

78.4 75.5

72.3 70.3

72.3 70.3

62.9 61.7

C1’’’ 96.1

74.2

79.2

71.3

78.6

62.9

推测该化合物的结构并写出苷元的结构式

五、结构鉴定

3

28

五、结构鉴定

化合物 B，无色针状结晶 (甲醇 )， mp.262～ 264℃；Molish反应和 Liebermann-Burchard 反应均为阳性。 FAB-MS m/z 743 [M+Na]+ 。完全酸水解， PC检测出葡萄糖，该化合物苷元的碳谱数据与齐墩果酸十分相近，除糖部分碳数据外，还存在化学位移为 13.7、 19.3 、 30.9 、 170.2 的碳信号，结合氢谱，推测结构中存在 1 个丁酰基－ CO－ CH2 －

CH2 － CH3 。 HMBC 谱中示该羰基碳信号与葡萄糖

的 6位 H 有相关， B的碳谱数据如下：试推测该结构。

苷元部分的碳谱数据

五、结构鉴定

No.

齐墩果酸 B No. 齐墩果酸

B

1 38.3 38.6 11 23.6 24.1

2 28.0 26.9 12 123.0 122.3

3 78.1 89.2 13 144.3 145.1

4 39.7 44.8 14 42.3 42.2

5 55.9 56.3 15 28.4 36.2

6 18.7 18.9 16 23.9 74.7

7 33.3 33.8 17 47.2 48.9

8 40.1 39.9 18 41.9 41.5

9 48.2 47.1 19 46.4 47.3

10 37.1 36.8 20 30.9 31.1

五、结构鉴定苷元部分的碳谱数据

No. 齐墩果酸 B

21 34.2 36.1

22 32.7 32.8

23 28.3 23.3

24 17.2 63.2

25 15.7 15.4

26 17.7 17.4

27 26.3 27.2

28 180.1 179.9

29 33.3 33.4

30 23.8 24.8

C1’ 106.5

75.3

77.9

73.1

77.5

65.0

丁酰基 糖部分

170.2

30.9

19.3

13.7

五、结构鉴定

23

24

28

五、结构鉴定

化合物 C ， mp 250~252˚ ，白色粉末状结晶，L-B 反应紫红色， IR （ KBr ） cm-1 ： 3400 （ -O

H ）， 1640 （ C=C ）， 890 （ CH ），用反应薄层法全水解，只检测到葡萄糖（ D- β -Glc ），苷元为人参三醇（ FM 476 ），经 50% 的 HAc 部分水解未检测到糖， FD-MS M+638 ， EI-MS 有 m/e 62

0 （ M- H2O ）峰。碳谱数据如下：

试推测该结构，写出推导过程，糖的 Harworth投影式。

五、结构鉴定

No.

C 苷元 No. C 苷元

1 39.2 38.7 11 31.9 32.0

2 28.0 28.3 12 70.9 71.0

3 78.3 78.2 13 48.1 48.1

4 40.1 41.0 14 51.6 51.5

5 61.7 61.3 15 31.3 31.1

6 67.6 78.6 16 26.8 27.2

7 47.4 45.1 17 54.6 54.6

8 41.1 41.0 18 17.5 17.3

9 50.1 50.1 19 17.4 17.4

10 39.3 39.6 20 72.9 73.0

No. C 苷元21 26.9 26.8

22 35.7 35.7

23 22.9 23.0

24 126.2 126.2

25 130.6 130.6

26 25.8 25.7

27 17.1 17.6

28 31.6 31.6

29 16.4 16.3

30 17.0 16.7

五、结构鉴定

C1’ 105.8

75.7

80.0

71.7

79.4

63.0

糖部分数据

五、结构鉴定24

25

6

Cytotoxic Cycloartane Triterpene Saponins from Actaea asiatica

J. Nat. Prod. 2006, 69, 1500-1502