(1)环烯醚萜甙类(Iridoid g1ycosides)和裂环烯醚萜甙类(Secoiridoid glycosides)是由环烯醚单萜(Iridoids)衍生物与糖所成的甙类。广泛分布于植物界,尤以茜草科、玄参科、龙胆科、鹿蹄草科等为多,如地黄、栀子、玄参、龙胆、鹿蹄草等。目前已发现的在80种以上,因其具有多种生物活性而被日趋重视。
本类成分大多为结晶性或无定形固体,具吸湿住,易熔于水、醇、稀丙酮等极性度较大的溶剂。遇酸易水解。且常使植物组织变黑,常有特殊的显色反应。
(2)木脂素(Lignans)及其甙类木脂素又称木脂体,是由二分子苯丙烯衍生物聚合而成的化合物。多数为游离状态,或与糖结合成甙。五味子中的五味子素有降谷丙转氨酶的作用;鬼臼属(Podophy11um)多种植物的木脂素及其甙类有抗癌作用,但毒性大,芝麻中的芝麻素只杀虫剂的增效作用等。木脂素类多为白色晶体,具光学活性,游离者多难溶于水,能溶于有机溶剂。遇浓硫酸显色。
生物碱类
生物碱类(Alkaloids) 是存在于生物体(主要为植物)中的一类含氮的碱性有机化合物,大多数有复杂的环状结构,氮素多包含在环内,有显著的生物活性,是中草药中重要的有效成分之一。如黄连中的小檗碱(黄连素)、麻黄中的麻黄碱、萝芙术中的利血平、喜树中的喜树碱、长春花中的长春新碱等。
含生物碱的中草药很多,如三尖杉、麻黄、黄连、乌头、延胡索、粉防已、颠茄、洋金花、萝芙木、贝母、槟榔、百部等,分布于100多科中。以双子叶植物最多,依次为单子叶植物、祼子植物、蕨类植物。以罂粟科、豆科、防已科、毛莨科、夹竹桃科、茄科、石蒜科等科的植物中分布较多。同一科属或亲缘关系较近的科常含有同一结构或类似结构的生物碱,但同一种生物碱亦可分布在多种科中,如小檗碱在毛莨科、芸香科、小檗科的一些植物中都有存在。中草药中生物碱含量一般都较低,大多少于1%,但有少数含量特别多或特别少的特殊情况,如黄连中小檗碱含量可高达8~9%,金鸡纳树皮中生物碱含量为10~15%,而长春花中的长春新碱含量只有百万分之一。
(一)通性
1.大多数生物碱为结晶性物质,味苦,少数为液体(如烟碱、槟榔碱)。
2.一般生物碱均无色,具旋光性,(多数呈左旋光性。)但有少数例外,如小檗碱为黄|色,胡椒碱无旋光性等,个别生物碱有挥发性,如麻黄碱。
3.大多数生物碱呈碱性反应。生物碱的碱性强弱,与它们分子中氮原子存在的状态有密切的关系。一般季铵碱>仲胺碱>叔胺碱。如氮原子呈酰胺状态,则碱性极弱或消失。有的生物碱分子具有酚性羟基或羧基,因而具有酸碱两性。
RNH2 R2NH R3N R4N+X-=伯胺 仲胺 叔胺 季铵盐生物碱的碱性虽有强有弱,但一般都能与无机酸(盐酸、硫酸)或有机酸(酒石酸)结合成盐。
4.生物碱大多数不溶或难溶于水而溶于乙醇、氯仿、乙醚、苯等有机溶剂。生物碱盐类除了在乙醇中也能溶解外,其他溶解性能恰与生物碱相反。由于这一性质,可以使生物碱溶解在酸性溶液中(生物碱遇酸即结合成盐而溶于水中),如果在这酸性溶液中加碱至碱性,生物碱盐类就会成为游离生物碱而自水溶液中析出。生物碱的这一溶解性能常在制取含生物碱类的中草药药物时,用于提取、分离与精制。
另有少数生物碱可溶于水而其盐类反而难溶,如小檗碱,麻黄碱可溶于水及有机溶剂,季铵类生物碱均易溶于水。
5.一般生物碱都可以与一些特殊试剂(称为生物碱试剂,常系重金属盐类或分子量较大的复盐以及特殊无机酸如硅钨酸、磷钨酸,或有机酸如苦味酸的溶液)作用生成不溶于水的盐而沉淀。利用这个性质可检查中草药中是否含有生物碱以及用以分离生物碱。
生物碱沉淀剂的种类很多,常用的有下面几种:
(1)碘化汞钾试剂(Mayer试剂, HgI2。KI)在酸性溶液中与生物碱反应生成白色或淡黄|色沉淀(为一种络盐AIK·HI (HgI2)n, AIK表示生物碱。
(2)碘化铋钾试剂(Dragendorff试剂,BiI3·KI)在酸性溶液中与生物碱反应生成桔红色沉淀(为一种络盐AIK.HI. (BiI3)n)。
(3)碘化钾碘试剂(Wagner试剂,I2·KI)在酸性溶液中与生物碱反应生成棕红色沉淀(为一种络盐AIK·HI·In)。
(4)硅钨酸试剂(Bertrand试剂,12W03·Sl02):在酸性溶液中与生物碱反应生成灰白色沉淀。
(5)磷钼酸试剂(Sonnenschein试剂, H3P04· 12M003):很灵敏,在中性或酸性溶液中与生物碱反应生成鲜黄|色或棕黄|色沉淀。在试验时,通常选用三种以上不同的生物碱沉淀试剂进行试验,如均为正反应表示检液中可能有生物碱存在。如须确证,则要进一步精制后,再行检验,如再次均成正反应,即可肯定有生物碱存在。如第一次试验时就对三种沉淀剂呈负反应,即可肯定多无生物碱存在。
6.有些生物碱能和某些试剂反应生成特殊的颜色,叫做显色反应,常用于鉴识某种生物碱。但显色反应受生物碱纯度的影响很大,生物碱愈纯,颜色愈明显。常用的显色剂有:
(1)矾酸铵一浓硫酸溶液(Mandelin试剂)为1%矾酸铵的浓硫酸溶液。如遇阿托品显红色,可待因显蓝色,士的宁显紫色到红色。
(2)钼酸铵一浓硫酸溶液(Frohde试剂)为1%钼酸钠或钼酸铵的浓硫酸溶液,如遇乌头碱显黄棕色,小檗碱显棕绿色,阿托品不显色。
(3)甲醛一浓硫酸试剂(Marquis试剂)为30%甲醛溶液0.2ml与10ml浓硫酸的混合溶液。如遇吗啡显橙色至紫色,可待因显红色至黄棕色。
(4)浓硫酸 如遇乌头碱显紫色、小檗碱显绿色,阿托品不显色。
(5)浓硝酸 如遇小檗碱显棕红色,秋水仙碱显蓝色,咖啡碱不显色。
生物碱的显色反应原理尚不太明了,一般认为是氧化反应、脱水反应、缩合反应或氧化、脱水与缩合的共同反应。
(二)中草药中生物碱含量测定方法
中草药中生物碱的含量测定一般包括三个步骤——提取、分离精制与含量测定。现将常用方法筒述如下:
1.提取: 称取一定量的药材,根据生物碱的溶解性能碱化后用有机溶剂提取或用酸水或用乙醇提取得游离生物碱或其盐类。提取方法用冷浸法、渗漉法、口流提取法、离子交换法均可。
2.分离精制: 多用溶剂法。利用生物碱在酸水中成盐,不溶于有机溶剂,碱化后游离易溶于有机溶剂的性质,反复于分液漏斗中萃取精制。有时亦可加某些试剂使杂质沉淀而除去或用氧化铝柱层析法去除杂质。
3.含量测定: 以容量法应用最多,亦可用重量法、比色法、可见光与紫外光分光光度法、层析法等。容量法中又以酸碱滴定法较简便常用。即将用上述方法提取精制所得之生物碱溶于过量标准酸溶液中,用标准碱液回滴,从消耗的酸量算出生物碱的含量。
如果中草药中所含生物碱不止一种,则测得的为总生物碱含量,而以其中主要生物碱为代表计算的近似值。如需准确地测定某一生物碱的含量,则应分离得个别生物碱后再行测定。
(三)分类: 按照生物碱的基本结构,已可分为60类左右。下面介绍一些主要类型:有机胺类(麻黄碱、益母草碱、秋水仙碱)、吡咯烷类(古豆碱、千里光碱、野百合碱)、吡啶类(菸碱、槟榔碱、半边莲碱)、异喹啉类(小檗碱、吗啡、粉防己碱)、吲哚类(利血平、长春新碱、麦角新碱)、莨菪烷类(阿托品、东莨菪碱)、咪唑类(毛果芸香碱)、喹唑酮类(常山碱)、嘌呤类(咖啡碱、茶碱)、甾体类(茄碱、浙贝母碱、澳洲茄碱)、二萜类(乌头碱、飞燕草碱)、其它类(加兰他敏、雷公藤碱)。
挥发油类
挥发油类(VOLATILEOILS) 又称精油(EssentialOils),是一类具有挥发性可随水蒸汽蒸馏出来的油状液体,大部分具有香气,如薄荷油、丁香油等。含挥发油的中草药非常多,亦多具芳香气,尤以唇形科(薄荷、紫苏、藿香等)、伞形科(茴香、当归、芫荽、白芷、川芎等)、菊科(艾叶、茵陈篙、苍术、白术、木香等)、芸香科(橙、桔、花椒等)、樟科(樟、肉桂等)、姜科(生姜、姜黄、郁金等)等科更为丰富。含挥发油的中草药或提取出的挥发油大多具有发汗、理气、止痛、抑菌、矫味等作用。
(一)通性
1.大多数挥发油无色或淡黄|色。均具特殊气(多为香气)与辛辣味,一般在室温下可挥发。
2.极大多数挥发油比水轻,仅少数挥发油比水重,如丁香油、桂皮油等,一般在0.850~1.180之间。
3.挥发油难溶于水,能完全溶解于无水乙醇、乙醚、氯仿、脂肪油中。在各种不同浓度的含水乙醇中可溶解一定量,乙醇浓度愈小,挥发油溶解的量也愈少。挥发油在水中能溶解少量而使水溶液具该挥发油特有的香气,医药上常利用这一性质来制备芳香水与注射剂,如薄荷水、鱼腥草注射液、柴胡注射液等。
4.各种挥发油均具一定的旋光性与折光率,折光率是挥发油质量鉴定的重要依据,一般挥发油的折光率都在1.450~1.560之间。
5.挥发油是由多种化学成分组成的混合物,故多数无确定的沸点与凝固点。
6.在低温时,挥发油中常可有固体物质(为油的组成之一)析出,如薄荷油中析出薄荷醇,桂皮油中析出桂皮醛,樟油中析出樟脑等。
(二)化学组成:挥发油为多种类型化合物的混合物,其中有脂肪族化合物、芳香族化合物,但更多为萜类衍生物,兹分述如下:
1.脂肪族化合物:有烃、醇、醛、酮、酯等,广泛存在于植物特别是水果中。如正丙醇、辛醛、醋酸乙酯、甲酸、辛酸的乙酯等。
2. 萜类erpenes)化合物:萜类化合物的基本结构大多为异戊二烯,具有(C5H8)n的通式。C10H16称为单萜类,C5H24称为倍半萜类,C20H32称为二萜类,由6个或8个异戊二烯组成的化合物分别叫三萜类和四萜类,由更多异戊二烯组成的化合物叫多萜类。挥发油中的萜类主要为单萜与倍半萜。多萜类在挥发油中并不存在,而为某些树脂、色素、橡胶等的成分。挥发油中的萜类化合物可以含氧或不含氧。对于大多数挥发油来说不含氧的烃类成分虽占大量,但多数无佳适香气因而不是重要成分。含氧衍生物有醇、醛、酮、醚、酸、酚、酯等,含量虽较少但大多具有优异芳香气,是挥发油中的重要成分。
(三)含量测定:主要原理是得用中草药中所含挥发油能随水蒸汽共同蒸镏出来收集在标准测定器中而计算其百分含量。常用的方法与仪器在中国药典中均有规定。
树脂类
树脂类(Resins)树脂是许多植物正常生长中分泌的一类物质,在植物体内常与挥发油、树胶、有机酸等混合存在。与挥发油共存的称油树脂,如松油脂,与树胶共存的称胶树脂,如阿魏,与大量芳香族有机酸共存的称香树脂,如安息香。这种与树脂共存的芳香酸通称为香脂酸(Balsamic acids),有些树脂与糖结合成甙,称甙树脂,如牵牛甙树脂。
树脂由多种成分混合而成,其中有树脂酸、树脂醇、树脂烃以及它们的一些更高的聚合物。近年研究已知这些成分多为二萜、三萜的衍生物,有时还有木脂素类。
树脂通常为无定形固体,质脆,遇热发粘变软后再熔化,燃烧时有浓烟。不溶于水,溶于乙醇、乙醚等有机溶剂。在碱性溶液中能部分或完全溶解,在酸性溶液中不溶。树脂在植物体内分布广泛,如|乳香、没药可活血、止痛、消肿,安息香活血、防腐,苏合香芳香开窍,阿魏用于散痞块,松香有驱风止痛作用等。大多数中草药中含有的少量树脂在制作中草药制剂时均作为杂质而除去。
树脂中总香脂酸的含量测定法 精密称取一定量树脂。加适量醇制氢氧化钾溶液回流,提取液回收溶剂,去杂质,酸化后用乙醚等有机溶剂提取总香脂酸,再将总香脂酸转溶于碱液,酸化后再用有机溶剂提得总香脂酸,除去溶剂后以N/10氢氧化钠溶液滴定,从消耗的碱液量计算总香脂酸百分含量(以桂皮酸计算,每m1相当于0.01482g总香脂酸)。
有机酸类
有机酸类 (Organic acids)是分子结构中含有羧基(一COOH)的化合物。在中草药的叶、根、特别是果实中广泛分布,如乌梅、五味子,覆盆子等。常见的植物中的有机酸有脂肪族的一元、二元、多元羧酸如酒石酸、草酸、苹果酸、枸椽酸、抗坏血酸(即维生素C)等,亦有芳香族有机酸如苯甲酸、水杨酸、咖啡酸(Caffelc acid)等。除少数以游离状态存在外,一般都与钾、钠、钙等结合成盐,有些与生物碱类结合成盐。脂肪酸多与甘油结合成酯或与高级醇结合成蜡。有的有机酸是挥发油与树脂的组成成分。
有机酸多溶于水或乙醇呈显著的酸性反应,难溶于其他有机溶剂。有挥发性或无。在有机酸的水溶液中加入氯化钙或醋酸铅或氢氧化钡溶液时,能生成水不溶的钙盐、铅盐或钡盐的沉淀。如需自中草药提取液中除去有机酸常可用这些方法。
一般认为脂肪族有机酸无特殊生物活性,但有些有机酸如酒石酸、枸椽酸作药用。又报告认为苹果酸、枸椽酸、酒石酸、抗坏血酸等综合作用于中枢神经。有些特殊的酸是某些中草药的有效成分,如土槿皮中的土槿皮酸有抗真菌作用。咖啡酸的衍生物有一定的生物活性,如绿原酸(Chlorogenic acid)为许多中草药的有效成分。有抗菌、利胆、升高白血球等作用。
植物色素类
植物色素类(Phytochromes)在中草药中分布很广,主要有脂溶往色素与水溶性色素两类。
脂溶性色素主要为叶绿素、叶黄素与胡萝卜素,三者常共存。此外尚有藏红花素、辣椒红素等。除叶绿素外,多为四萜衍生物。这类色素不溶于水。难溶于甲醇,易溶于高浓度乙醇、乙醚、氯仿、苯等有机溶剂。胡萝卜素在乙醇中也不溶。叶绿素等在制备中草药制剂或提取其他有效成分时常须作为杂质去除,以使药物纯化,中草药(特别是叶类、全草类)的乙醇提取液中含有多量叶绿素、可在浓缩液中加水使之沉出,也可通过氧化铝、碳酸钙等吸附剂而除去。
叶绿素本身有抑菌作用,可制备成消炎的药物。水溶性色素主要为花色甙类,又称花青素,普遍存在于花中。溶于水及乙醇,不溶于乙醚、氯仿等有机溶剂,遇醋酸铅试剂会沉淀,并能被活性炭吸附,其颜色随pH的不同而会改变。花色甙在制备中草药制剂或提取有效成分时,常作为杂质去除。
糖类
在中草药里普遍存在,按其组成可分为下面三类:
(一) 单糖类:单糖的化学通式为(CH2O)n,是多羟基的醛或酮。绝大多数天然存在的单糖n=5~7,即五碳糖(L一阿拉伯糖、D-木糖等)、六碳糖(D一葡萄糖、D一果糖、D-甘露糖等)、七碳糖(景天庚糖)。单糖类多为结晶性,有甜味,易溶于水,可溶于稀醇,难溶于高浓度乙醇,不溶于乙醚、苯、氯仿等极性小的有机溶剂。具旋光性与还原性。
(二)低聚糖类:(寡糖)由2~9个单糖分子聚合而成。但目前仅发现2~5个单糖分子的低聚糖,分别称为二糖或双糖(蔗糖、麦芽糖)、三糖(甘露三糖、龙胆三糖)、四糖。(水苏糖)、五糖(毛蕊草糖)等。
低聚糖具有与单糖类似的性质:结晶性,有甜味,易溶于水,难溶或不溶于有机溶剂。有的有还原性如麦芽糖、|乳糖、甘露三糖等,有的无还原性、如蔗糖、龙胆三糖等。
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