中药中强心苷类化学成分的提取分离技术学习情境七 一、理 论 基 础 二、任 务 一、结构分类与构效关系 二、理化性质 三、检识、提取分离方法一、 结构分类与构效关系一、定义 强心苷（cardiac glycosides）是存在于植物中具有强心作用的甾体苷类化合物，由强心苷元和糖缩合而产生的一类苷。 1785年，W.Withering 使用洋地黄叶治疗水肿，到现在已从十几个科一百多种植物中发现强心苷类，主要有夹竹桃科、玄参科、萝摩科、卫矛科、百合科、大戟科等等。 较重要的植物有黄花夹竹桃、紫花洋地黄、毛花洋地黄、杠柳、铃蓝、海葱、福寿草、羊角拗等。 动物中尚未发现有强心苷类成分，蟾蜍中所含的蟾毒也对心肌有兴奋作用，具强心作用，但其非苷类，而属甾类。 （一）结构和分类 1、强心苷元部分（1）基本结构 强心苷是由强心苷元（cardiac aglycone)与糖（sugar）二部分构成。 强心苷元是由甾体母核与C17取代的不饱和内酯环组成。 （2）甾体 又名类固醇化合物（steroids），因其结构中都具有环戊烷骈多氢菲的甾核，1936年给这类化合物提出一个总称“甾体化合物”，“甾”字很形象化地表示了这类化合物的骨架，即在含有四个稠合环“田”字上面连有三个支链“〈〈〈”。C10、C13上各有一个甲基，称为角甲基。 C17位有侧链。 1）苷元母核 苷元母核A,B,C,D四个环的稠合构象对强心苷的理化及生理活性有一定影响。天然界存在的强心苷元 A/B环大多数为顺式----洋地黄毒苷元(digitoxigenin)，少数为反式----乌沙苷元(uzarigenin). B/C环是反式，C/D环是顺式2）取代基①苷元母核上的C3,C14位上都有羟基： C3位-OH多为β-型---洋地黄毒苷元， C14位-OH都是β-型(C/D环顺式)。 ②C10，C13，C 17位有侧链，C10，C13多为β-CH3。 C 17位侧链为不饱和内酯环。 （2）结构类型 根据C17位侧链的不饱和内酯环不同分为： 甲型：C17位侧链为五元环的△-内酯 乙型：C17位侧链为六元环的△， -δ内酯 这两类大都是β-构型，个别为α-构型，α-型无强心作用。 甲型强心苷元 C17位上连五元不饱和内酯环，即△αβ-γ-内酯----强心甾烯型。以强心甾（cardenolide）为母核命名。 乙型强心苷元 C17位上连六元不饱和内酯环，即△αβ，γδ----双烯-δ-内酯，分为海葱甾二烯和蟾蜍甾二烯。以海葱甾（scillanolide）或蟾蜍甾(bufanolide)为母核命名。 2、糖部分 构成强心苷的糖有20多种，根据C2位上有无-OH分为α-OH糖及α-去氧糖两类。后者主要见于强心苷。 （1）-羟基糖 除广泛分布于植物界的D-葡萄糖、L-鼠李糖外，还有： 1）6-去氧糖如：L-夫糖、D-鸡纳糖等。 2）6-去氧糖甲醚如：L-黄花夹竹桃糖、D-洋地黄糖等。 （2） -去氧糖 1）2,6-二去氧糖如： D-洋地黄毒糖等。 2）2,6-二去氧糖甲醚如：L-夹竹桃糖、 D-加拿大麻糖等。 3、糖和苷元的连接方式 强心苷按糖的种类以及与苷元的连接方式，可分为以下三种类型： Ⅰ型:苷元-(2,6-去氧糖)X-(D-葡萄糖)Y Ⅱ型:苷元-(6-去氧糖)X-(D-葡萄糖)Y Ⅲ型：苷元-（D-葡萄糖）Y 一般初生苷其末端多为葡萄糖。 4、结构举例毛花洋地黄黄花夹竹桃黄夹苷甲黄夹苷乙海 葱蟾蜍蟾毒灵5、结构与强心作用的关系（1）不饱和内酯环 C17-β-不饱和内酯环，若为α-构型或开环，强心作用很弱，甚至消失； 双键被饱和，强心作用下降，毒性亦下降；（2）甾体母核的立体结构1）C/D环须为顺式构象，反式无强心活性； 2）C14具有β-OH，若为α型则无强心活性； 3）A/B环顺式的甲型强心苷元，C3-OH须是β-构型，α-构型无效；而A/B环反式的甲型强心苷元，则无此要求； （3）糖的部分 构成强心苷的糖数目和种类不同，对强心苷活性影响不同。 1）甲型强心苷元及其苷的毒性规律一般为： 苷元二糖苷>三糖苷 2）单糖苷的毒性次序为： 葡萄糖苷>甲氧基糖苷>6-去氧糖苷 >2, 6-二去氧糖苷 3）乙型强心苷元及其苷的毒性规律一般为： 苷元>单糖苷>二糖苷 4）乙型强心苷元的毒性>相应的甲型强心苷元二、理化性质 1、性状 强心苷多为无色结晶或无定形粉末，中性物质，有旋光性，C17 侧链为-构型的味苦，α-构型味不苦，但无效。 对粘膜有刺激性。 2．溶解度 强心苷的溶解性与所连糖的种类和数目有关，一般可溶于水、甲醇、乙醇、丙酮等极性溶剂；难溶于乙醚、苯、石油醚等非极性溶剂。 弱亲脂性苷微溶于氯仿-乙醇(2:1)，亲脂性苷微溶于乙酸乙酯、含水氯仿、氯仿-乙醇（3:1）。 1）一般糖基多的原生苷比次生苷或苷元的亲水性强、亲脂性弱，可溶于水等高极性溶剂而难溶于低极性溶剂，多为无定形粉末。 2）特例：洋地黄毒苷是一个三糖苷，但3分子糖都是洋地黄毒糖，整个分子只有5个羟基，故在水溶液中溶解度小(1:100000000)，溶于氯仿（1:40）。洋地黄毒苷3）糖基和苷元上羟基数目的多少对溶解性有一定的影响。如乌本苷是一个单糖苷，却有8个羟基，水溶性很大（1:75），难溶于氯仿。乌本苷 4）当糖基与苷元上的羟基数目相同时，苷元上的羟基不能形成分子内氢键的比能形成分子内氢键的水溶性大。 如毛花洋地黄苷乙和毛花洋地黄苷丙，都是四糖苷，整个分子中有8个羟基，四个糖的种类也相同，苷元上羟基的数目也相同，仅位置不同， 前者是C14, C16二羟基，其中C16羟基能和C17内酯环的羰基形成分子内氢键，后者是C12,C14 –二羟基，不能形成分子内氢键，所以毛花洋地黄苷丙在水中的溶解度（1:18500）比毛花洋地黄苷乙大。在氯仿中的溶解度，毛花洋地黄苷丙（1:1750）小于毛花洋地黄苷乙（1:550）。 3．水解反应 水解反应是研究强心苷组成的常用方法，分化学方法和生物方法两大类，化学方法主要有酸水解、碱水解和乙酰解；生物方法主要有酶水解。糖部分不同，其水解产物难易及产物均不同。 （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（半小时至 数小时）加热回流，可使Ⅰ型强心苷水 解成苷元和糖。 主要水解苷元和α-去氧糖之间的苷键或 α-去氧糖与α-去氧糖之间的糖键。 而α-去氧糖与葡萄糖之间的糖键不易切断。 对苷元影响较小，不会引起脱水反应。 但不适于16位有甲酰基的洋地黄强心苷类， 在此种条件下，16位甲酰基水解为羟基， 得不到原生苷元。2）强烈酸水解 用较浓酸（3%-5%）长时间加热回流或同时加压可水解Ⅱ型和Ⅲ型强心苷（可水解α-羟基糖），得到定量的葡萄糖。缺点：此法常引起苷元失去1分子或数分子水,形成脱水苷元，即次生苷。原因：α位的羟基阻碍了苷原子的质子化，使水解较困难。3）氯化氢丙酮法(Mannichhe 和 Siewert法） Mannich 和 Siewert将乌本苷置于含1%氯化氢的丙酮中，20℃放置两周并时时振摇，得到原生的乌本苷元单丙酮化合物和氯代L-鼠李糖丙酮化合物,再用稀酸水解乌本苷元单丙酮化合物而得到乌本苷元。 此法适于对铃蓝毒苷及多数Ⅱ型苷进行水解，可得到原生苷元。多用于易溶于丙酮的单糖苷。（2）酶水解法 含强心苷的植物中，有水解葡萄糖的酶，无水解α-去氧糖的酶。 蜗牛酶（一种混合酶，蜗牛肠管消化液经处理而得）几乎能水解所有的苷键，能将强心苷分子的糖逐步水解，直至获得苷元，常用来研究强心苷的结构。 水解除去分子中的葡萄糖而保留α-去氧糖紫花洋地黄苷A紫花苷酶洋地黄毒苷+D-葡萄糖紫花洋地黄苷B 紫花苷酶 羟基洋地黄毒苷+D-葡萄糖 例如：（3） 碱水解法 强心苷的苷键为缩醛结构，可被酸或酶水解，而不被碱水解。碱试剂主要 使分子中的酰基水解、内酯环裂开、△20（22）转位及苷元异构化等。1）酰基的水解 在强心苷的苷元或糖基上常有酰基存在，一般可用碱试剂处理使酯键水解脱去酰基。 ▲NaHCO3,KHCO3-----使α-去氧糖上的酰基水解，而α-羟基糖及苷元上的酰基多不被水解； ▲Ca(OH)2,Ba(OH)2----使α-去氧糖、α-羟基糖及苷元上的酰基水解； ▲NaOH碱性太强，不但使所有酰基水解，还使内酯环破裂，故很少使用。 1）NaOH或KOH的水溶液使内酯环开裂，酸化后又闭环。 2）但在强心苷的醇溶液中加NaOH或KOH内酯环开裂，酸化后不能闭环。 2）内酯环的水解 甲型强心苷在醇性KOH溶液中，通过内酯环的双键转移和质子转移形成C22活性亚甲基，C14羟基质子对C20的亲电性加成作用而生成内酯型异构化苷，再经皂化作用开环而生成开链型异构化苷。 乙型强心苷在醇性KOH溶液中，不发生双键转移，但内酯环开裂生成酯，再脱水形成开链型异构化苷。 三、检识、提取分离方法 检识方法 强心苷颜色反应很多，根据颜色反应发生在分子的不同部位可分为三类： （一）作用于甾体母核的反应： 1.Liebermann-burchard反应 2. Salkowski反应 3.三氯化锑或五氯化锑反应 甲型强心苷在碱性醇溶液中，发生双键转移，生成活性亚甲基，故可与活性亚甲基试剂作用而显色。 乙型强心苷无此类反应。 （二）作用于α,β不饱和内酯环的反应1.Legal反应（亚硝酰铁氰化钠试剂）： 取样品1-2mg，溶于2-3滴吡啶中，加一滴3%亚硝酰铁氰化钠溶液和一滴2mol/L NaOH溶液，样品液呈深红色并渐渐褪去。 2.Raymond反应（间二硝基苯试剂）： 取样品约1mg，以少量的50%乙醇溶解后加入0.1ml1%间二硝基苯乙醇溶液，摇匀后再加入0.2ml20%NaOH溶液，呈紫红色。3.Kedde反应 （3,5-二硝基苯甲酸试剂） 取样品的甲醇或乙醇溶液于试管中，加入3,5-二硝基苯甲酸试剂3-4滴，产生红或紫红色。 4.Baljet反应（碱性苦味酸试剂） 取样品的甲醇或乙醇液于试管中，加入碱性苦味酸试剂数滴，呈现橙或橙红色。有时需放置15min后显色。 （三）作用于α-去氧糖的反应 1. Keller-kiliani(K-K)反应 此反应是α-去氧糖的特征反应，对游离的α-去氧糖或或在反应条件下能水解出α-去氧糖的强心苷都可显色。取样品1mg溶于5ml冰乙酸中，加一滴20%三氯化铁水溶液，倾斜试管，沿试管壁加入5ml浓硫酸，若有α-去氧糖存在，乙酸层渐呈蓝或蓝绿色。但若不显色，不能说明无α-去氧糖。2.占吨氢醇反应: 取样品加入吨氢醇试剂，置 沸水浴中3min呈红色。 3.过碘酸-对硝基苯胺反应：样品反应后呈深 黄色斑点，紫外灯下为棕色背底上现黄色 荧光斑点。 4.对-硝基苯肼反应：样品反应后呈红色或紫 红色。对α-去氧糖和葡萄糖结合的，K-K 反应阴性的也可呈阳性反应。 5.对-二甲氨基苯甲醛反应：样品反应后呈灰 红色斑点。二、强心苷的提取分离 强心苷含量很低，多与糖类、皂苷、色素、鞣质等共存，这些成分的存在可影响强心苷在溶剂中的溶解度。同时，强心苷的原生苷和次生苷共存，且很多结构相似的苷同存，故提取较难。 因酸碱可使强心苷发生水解、脱水和异构化，故提取分离时应注意控制酸碱性。一、提取 原生苷:抑制酶的活性(冷冻干燥、快速提取、快速干燥)MeOH、70%EtOH提取。 次生苷:利用酶的活性,EtOH、EtOAc提取。 二、纯化 1. 用乙醚、氯仿脱脂； 2. 用铅盐法除去水溶性杂质； 3. 吸附法 三、分离 常用方法：重结晶、逆流分配法、层析法 任务一 毛花洋地黄中强心苷类化学成分的提取分离技术 毛花洋地黄是制备强心药去乙酰毛花苷丙（西地兰）和异羟基洋地黄毒苷（地高辛）的主要原料。 去乙酰毛花苷丙的提制：去乙酰毛花苷丙是毛花苷丙的去乙酰化物。分为提取总苷、分离毛花苷丙、毛花苷丙去乙酰基三步。为夹竹桃科植物黄花夹竹桃的果仁。 性寒味苦，有毒，具有强心利尿、祛痰定喘、祛瘀镇痛功效。 黄花夹竹桃果仁中含有多种强心苷成分，主要为黄夹苷甲、黄夹苷乙。任务二 黄花夹竹桃中强心苷类化学成分的提取分离技术 黄花夹竹桃任务二 黄花夹竹桃中强心苷类化学成分的提取分离技术 从黄花夹竹桃果仁中可提制洋地黄类强心药黄夹苷（强心灵），工艺流程如下： 复习思考题1、强心苷按苷元结构不同如何分类？按 连接糖不同分为几类？各类强心苷的结构有何特点？ 2、写出紫花洋地黄苷A的温和酸水解和剧烈酸水解的产物。 3、如何用化学方法区别甲型强心苷和乙型强心苷？ 4、如何鉴别强心苷中的α-去氧糖？ 5、毛花洋地黄中主要强心苷成分有哪些？

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