中药化学讲义强心苷.docx

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中药化学讲义强心苷

中药鉴定学讲义：

强心苷

　考点精要：

　　1.强心苷苷元部分的结构特点和分类；

　　2.强心苷糖部分的结构特点及其与苷元的连接方式；

　　3.强心苷的理化性质（显色反应、水解）；

　　4.强心苷的提取与分离；

　　5.强心苷的UV光谱特征；

　　6.去乙酰毛花苷、地高辛的化学结构特点和提取分离方法。

第一节　概述

　　强心苷是存在于生物界中的一类对心脏有显著生理活性的甾体苷类。

　　一、强心苷元部分的结构与分类

（一）结构特征

　　天然存在的强心苷元是C-17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）甾体母核C-10、C-13、C-17的取代基均为β型。

C-10多有甲基或醛基、羟甲基、羧基等含氧基团取代，C-13为甲基取代，C-17为不饱和内酯环取代。

C-3、C-14位有羟基取代，C-3羟基多数是β构型，少数是α构型，强心苷中的糖常与C-3羟基缩合形成苷。

C-14羟基均为β构型。

有的母核含有双键，双键常在C-4、C-5位或C-5、C-6位。

（二）分类

　　根据C-17不饱和内酯环的不同，将强心苷元分为两类。

　　1.甲型强心苷元（强心甾烯类）　甾体母核的C-17侧链为五元不饱和内酯环（△αβ-γ-内酯），基本母核称为强心甾，由23个碳原子构成。

在已知的强心苷元中，大多数属于此类。

　　2.乙型强心苷元（海葱甾二烯或蟾蜍甾二烯类）甾体母核的C-17侧链为六元不饱和内酯环（△αβ，γδ-δ-内酯），基本母核为海葱甾或蟾蜍甾。

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。

　　练习题

　　最佳选择题

　　强心苷的甾体母核特点是（　）

　　A.A/B环多为反式稠合B/C环为顺式稠合C/D环多为顺式稠合

　　B.A/B环多为反式稠合B/C环为反式稠合C/D环多为反式稠合

　　C.A/B环多为顺式稠合B/C环为顺式稠合C/D环多为反式稠合

　　D.A/B环多为反式稠合B/C环为反式稠合C/D环多为反式稠合

　　E.A/B环多为顺式稠合B/C环为反式稠合C/D环多为顺式稠合

[答疑编号505629090101]

【正确答案】E

名称

A/B

B/C

C/D

C17-取代基

强心苷

顺、反

反

顺

不饱和内酯环

甾体皂苷

顺、反

反

反

含氧螺杂环

胆汁酸

顺、反

反

反

戊酸

　　二、糖部分的结构特征及其与苷元的连接方式

（一）结构特征

　　根据它们C-2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，是区别于其他苷类成分的一个重要特征。

　　1.α-羟基糖组成强心苷的α-羟基糖，除常见的D-葡萄糖、L-鼠李糖外，还有L-呋糖、D-鸡纳糖、D-弩箭子糖、D-6-去氧阿洛糖等6-去氧糖和L-黄花夹竹桃糖、D-洋地黄糖等6-去氧糖甲醚。

　　2.α-去氧糖强心苷中普遍具有α-去氧糖，如D-洋地黄毒糖等2，6-二去氧糖；L-夹竹桃糖、D-加拿大麻糖、D-迪吉糖和D-沙门糖等2，6-二去氧糖甲醚。

（二）与苷元的连接方式

　　强心苷大多是低聚糖苷，少数是单糖苷或双糖苷。

通常按糖的种类及其与苷元的连接方式，将强心苷分为以下三种类型。

　　Ⅰ型强心苷：

苷元-（2，6-去氧糖）x-（D-葡萄糖）y，如紫花洋地黄苷A。

　　Ⅱ型强心苷：

苷元-（6-去氧糖）x-（D-葡萄糖）y，如黄夹苷甲。

　　Ⅲ型强心苷：

苷元-（D-葡萄糖）y，如绿海葱苷。

　　植物界存在的强心苷，以Ⅰ、Ⅱ型较多，Ⅲ型较少。

　　最佳选择题

　　D-洋地黄毒糖是（　）

　　A.2-氨基糖

　　B.6-氨基糖

　　C.3-去氧糖

　　D.3，4-二去氧糖

　　E.2，6-二去氧糖

[答疑编号505629090102]

【正确答案】E

第二节　强心苷的理化性质

　　一、一般性质

（一）性状

　　强心苷多为无定形粉末或无色结晶，具有旋光性；

　　C-17侧链为β构型者味苦，为α构型者味不苦；

　　强心苷对黏膜具有刺激性。

（二）溶解性

　　强心苷一般可溶于水、醇和丙酮等极性溶剂，微溶于乙酸乙酯、含醇三氯甲烷，难溶于乙醚、苯和石油醚等极性小的溶剂。

　　而苷元则难溶于水等极性溶剂，易溶于乙酸乙酯、三氯甲烷等有机溶剂。

　　强心苷的溶解性与分子中所含糖的数目、种类、苷元所含的羟基数及位置有关。

　　1.糖的数目　

　　糖基数目越多，亲水性越强。

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。

　　2.羟基数目

　　分子中羟基数越多，亲水性则越强。

　　3.羟基的位置　

　　当糖基和苷元上的羟基数目相同时，可形成分子内氢键者，其亲水性弱，反之，亲水性强。

　　分子中有无更多的双键、羰基、甲氧基和酯键等也能影响强心苷的溶解度。

　　二、化学性质

（一）强心苷的颜色反应及其应用

　　强心苷的颜色反应可由甾体母核、不饱和内酯环和α-去氧糖产生。

　　1.甾体母核的颜色反应

反应类型

反应试剂

现象

Liebermann-Burchard反应

样品溶于氯仿，

加硫酸-乙酐（1：

20）

红→紫→蓝→绿→污绿，最后褪色

Salkowski反应

样品溶于氯仿，

加入硫酸

硫酸层显血红色或蓝色，氯仿层显绿色荧光

Tschugaev反应

样品溶于冰乙酸，加几粒氯化锌和乙酰氯共热

紫→红→蓝→绿

三氯化锑反应

喷20%三氯化锑的三氯甲烷溶液（不含乙醇和水），于60～70℃加热3～5分钟

呈现灰蓝、蓝、灰紫等颜色

三氯乙酸-氯胺T反应（区别洋地黄类强心苷的各种苷元）

喷25%的三氯乙酸-氯胺T试剂,晾干后于加热数分钟，置紫外灯下观察

洋地黄毒苷元衍生的苷类显黄色荧光；羟基洋地黄毒苷元衍生的苷类显亮蓝色荧光；异羟基洋地黄毒苷元衍生的苷类显蓝色荧光

　　2.C-17位上不饱和内酯环的颜色反应

　　甲型强心苷在碱性醇溶液中，由于五元不饱和内酯环上的双键移位产生C-22活性亚甲基，能与活性亚甲基试剂作用而显色，乙型不能显色。

反应名称

反应试剂

颜色现象

Legal反应

3%亚硝酰铁氰化钠溶液和2mol／L氢氧化钠溶液（吡啶溶液中进行）

呈深红色并渐渐退去

Raymond反应

间二硝基苯乙醇溶液和20%氢氧化钠（在50%乙醇溶液中进行）

呈紫红色

Kedde反应

3,5-二硝基苯甲酸试剂（A液：

2%3，5-二硝基苯甲酸甲醇或乙醇溶液；B液：

2mol／L氢氧化钾溶液，用前等量混合）

呈红色或紫红色

Baljet反应

苦味酸试剂（A液：

1%苦味酸乙醇溶液；B液：

5%氢氧化钠水溶液，用前等量混合）

呈现橙色或橙红色

　　3.α-去氧糖颜色反应

（1）Keller-Kiliani（K-K）反应

　　此反应在冰乙酸溶液中进行，加20%的三氯化铁水溶液1滴后，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。

界面的颜色随苷元羟基、双键的位置和数目不同而异，可显红色、绿色、黄色等。

　　注意此反应只对游离的α-去氧糖或α-去氧糖与苷元连接的苷显色，对α-去氧糖和葡萄糖或其他羟基糖连接的二糖、三糖及乙酰化的α-去氧糖不显色。

因它们在此条件下不能水解出α-去氧糖。

故此反应阳性可肯定α-去氧糖的存在，但对此反应不显色的有时未必具有完全的否定意义。

（2）呫吨氢醇反应

　　反应试剂为呫吨氢醇试剂，此反应极为灵敏，只要分子中有α-去氧糖即显红色，且分子中的α-去氧糖可定量地发生反应，故还可用于定量分析。

　　（3）对-二甲氨基苯甲醛反应

　　此反应为纸上反应，反应试剂为对-二甲氨基苯甲醛试剂，分子中若有α-去氧糖可显灰红色斑点。

　　（4）过碘酸-对硝基苯胺反应

　　此反应可在滤纸或薄层板上进行，反应过程是先喷过碘酸钠水溶液，再喷对硝基苯胺试液，则迅速在灰黄色背底上出现深黄色斑点，置紫外灯下观察则为棕色背底上出现黄色荧光斑点。

再喷以5%氢氧化钠甲醇溶液，则斑点转为绿色。

（二）水解反应

　　1.酸水解

（1）温和酸水解

　　用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。

　　①在此条件下，苷元和α-去氧糖之间、α-去氧糖与α-去氧糖之间的糖苷键即可断裂，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。

（适用于α-去氧糖之间，而不适用与α-羟基糖）

　　②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。

　　③此法不宜用于16位有甲酰基的洋地黄强心苷类的水解

　　，因16位甲酰基即使在这种温和的条件下也能被水解。

（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，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（Mannieh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C-2羟基和C-3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。

例如铃兰毒苷的水解。

　　本法适合于多数Ⅱ型强心苷的水解。

但是，多糖苷因极性太大，难溶于丙酮中，则水解反应不易进行或不能进行。

此外，也并非所有能溶于丙酮的强心苷都可用此法进行酸水解，例如黄夹次苷乙用此法水解只能得到缩水苷元。

　　强心苷酸水解反应

方法

试剂

裂解部位

特点及注意事项

温和酸水解

0.02～0.05mol/L盐酸或硫酸

苷元和α-去氧糖之间、α-去氧糖与α-去氧糖之间的糖苷键

①α-去氧糖与α-羟基糖、α-羟基糖与α-羟基糖之间的苷键不易断裂；②条件温和，对苷元的影响较小；③可使Ⅰ型强心苷水解为苷元和糖；④此法不宜用于16位有甲酰基的洋地黄强心苷类的水解

强烈酸水解

3～5%的盐酸或硫酸

所有苷键

①适合于Ⅱ型和Ⅲ型强心苷水解；

②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

氯化氢-丙酮法

1%氯化氢的丙酮溶液

具有C-2羟基和C-3羟基的苷

①适合于多数Ⅱ型强心苷的水解；

②并非所有能溶于丙酮的强心苷都可用此法进行酸水解

　　2.酶水解　

　　酶水解有一定的专属性。

　　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，而得到保留α-去氧糖的次级苷。

例如：

　　蜗牛消化酶，它是一种混合酶，几乎能水解所有苷键，能将强心苷分子中糖链逐步水解，直至获得苷元，常用来研究强心苷的结构。

　　苷元类型不同，被酶解难易程度也不同。

毛花洋地黄苷和紫花洋地黄毒苷用紫花苷酶酶解，前者糖基上有乙酰基，对酶作用阻力大，故水解慢，后者水解快。

一般来说，乙型强心苷较甲型强心苷易被酶水解。

　　酶水解在强心苷的生产中有很重要的作用。

由于甲型强心苷的强心作用与分子中糖基数目有关，其强心作用的大小为：

单糖苷＞二糖苷＞三糖苷，因此常利用酶水解使植物体中的原生苷水解成强心作用更强的次生苷。

　　3.碱水解

　　强心苷的苷键不被碱水解。

但碱可使强心苷分子中的酰基水解、内酯开环、双键移位和苷元异构化等。

　　练习题

　　最佳选择题

　　强烈酸水解法水解强心苷，其主要产物是（　）

　　A.真正苷元　　　　　

　　B.脱水苷元

　　C.次级苷　　　　　　

　　D.二糖

　　E.三糖

[答疑编号505629090103]

【正确答案】B

第三节　强心苷的提取分离与结构测定

　　一、强心苷的提取分离

　　注意事项：

（1）易受酸、碱和酶的作用,发生水解、脱水及异构化等反应，因此，在提取分离过程中要特别注意这些因素的影响或应用。

（2）以提取分离原生苷为目的时，首先要注意设法抑制酶的活性，防止酶解,提取时要避免酸碱的影响；

　　（3）以提取次生苷为目的时，要注意利用上述影响因素，采取诸如发酵以促进酶解,部分酸、碱水解等适当方法，以提高目标提取物的产量。

（一）提取　

　　强心苷的原生苷和次生苷,在溶解性上有亲水性、弱亲脂性、亲脂性之分，但均能溶于甲醇、乙醇中。

一般常用甲醇或70%～80%乙醇作溶剂，提取效率高，且能使酶失去活性。

　　原料为种子或含脂类杂质较多时，需用石油醚或汽油脱脂后提取；原料为含叶绿素较多的叶或全草时，可用稀碱液皂化法或将醇提液浓缩，保留适量浓度的醇，放置，使叶绿素等脂溶性杂质成胶状沉淀析出,滤过除去。

强心苷稀醇提取液经活性炭吸附也可除去叶绿素等脂溶性杂质。

用氧化铝柱或聚酰胺柱吸附，可除去糖、水溶性色素、鞣质、皂苷、酸性及酚性物质。

但应注意，强心苷亦有可能被吸附而损失。

　　经初步除杂质后的强心苷浓缩液，可用三氯甲烷和不同比例的三氯甲烷-甲醇（乙醇）溶液依次萃取，将强心苷按极性大小划分为亲脂性、弱亲脂性等几个部分，供进一步分离。

（二）分离

　　分离混合强心苷，常采用溶剂萃取法、逆流分溶法和色谱分离法。

对含量较高的组分，可用适当的溶剂，反复结晶得到单体。

但一般需用多种方法配合使用。

　　分离亲脂性单糖苷、次生苷和苷元，一般选用吸附色谱，常以中性氧化铝、硅胶为吸附剂，用正己烷-乙酸乙酯、苯、丙酮、氯仿-甲醇、乙酸乙酯-甲醇等作洗脱剂。

　　对弱亲脂性的成分宜选用分配色谱，可用硅胶、硅藻土、纤维素为支持剂，以乙酸乙酯-甲醇-水、氯仿-甲醇-水作洗脱剂。

　　二、强心苷的紫外光谱特征

　　强心苷结构研究方法除上述化学法（各种水解反应等）、色谱法外，最主要的方法仍是各种波谱法。

例如利用UV光谱可以很容易地鉴定并区分甲型强心苷元和乙型强心苷元。

　　甲型强心苷元（△αβ-γ-内酯环）λ（max）=217～220nm（lgε4.20～4.24）

　　乙型强心苷元（△αβ、γδ-δ-内酯环）λ（max）=295～300nm（lgε3.93）

　　若甲型强心苷分子中有△16（17）与△αβ-γ内酯环共轭，则上述最大吸收红移至270nm处产生强吸收；

　　若有△14（15），16（17）双烯和不饱和内酯共轭，该最大吸收进一步红移至330nm附近产生强吸收；

　　若引入非共轭双键，对紫外光谱几乎无影响；

　　若引入两个非共轭双键也不与内酯的双键共轭，在244nm处有吸收。

苷元中有孤立羰基时，在290～300nm附近有弱吸收（lgε占约1.8），若为苷时，该吸收更弱，几乎看不到。

第四节　强心苷类中药成分研究实例

　　毛花洋地黄：

毛花洋地黄是玄参科植物,在临床应用已有百年历史,至今仍是治疗心力衰竭的有效药物。

其叶富含强心苷类化合物，达30余种，多为次生苷。

　　属于原生苷的有毛花洋地黄苷甲、乙、丙、丁和戊，以苷甲和苷丙的含量较高。

毛花洋地黄是制备强心药西地蓝（又称去乙酰毛花洋地黄苷丙）和地高辛（又称异羟基洋地黄毒苷）的主要原料。

　　一、临床应用的强心苷药物

　　1.地高辛

　　地高辛，又称异羟基洋地黄毒苷，是洋地黄毒苷在C-12位引入羟基形成的五元不饱和内酯环强心甾烯结构（甲型强心苷），苷元与三个D-洋地黄毒糖连接，分子式C41H64O14，分子量780.95。

由于亲脂性降低，口服不易吸收，但可制成注射液用于急性病例，作用迅速，蓄积性小。

　　2.去乙酰毛花苷

（1）去乙酰毛花苷的结构：

去乙酰毛花苷又称西地兰，是去乙酰毛花洋地黄苷C的简称。

比一级苷毛花洋地黄苷C少一个乙酰基，也具有甲型强心苷元结构，苷元与三个D-洋地黄毒糖和一个葡萄糖连接，分子式C47H74O19，分分子量943.09。

去乙酰毛花苷与洋地黄毒苷相比,亲水性更强，口服吸收不好，适于注射，作用基本与地高辛相似，毒性小，安全性大，为一速效强心苷。

（2）去乙酰毛花苷的提取：

提取主要分三步。

　　①提取、析胶；

　　②分离；

　　③毛花洋地黄苷C脱乙酰基。

　　二、强心苷的临床应用

　　强心苷是治疗心力衰竭的重要药物，用于治疗充血性心力衰竭，它能加强心肌收缩性，减慢窦性频率，影响心肌电生理特性，对于高血压、瓣膜病、先天性心脏病引起的充血性心力衰竭疗效良好。

　　临床上存在的主要问题是安全范围小，有效剂量与中毒剂量接近。

例如，洋地黄中毒可导致心律失常。

　　通常强心苷类化合物有一定的毒性，它能兴奋延髓极后区催吐化学感受区而致恶心、呕吐等胃肠道反应，能影响中枢神经系统产生眩晕、头痛等症。

临床应用时应当注意。

　　洋地黄类应用已有200多年历史,由于存在治疗指数狭窄和不易控制等缺点，故目前仍有必要继续寻找和研究新的强心苷药物。