萜烯

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許多萜類是來自於松樹上的樹脂
Y腺器官(osmeteria),鳳蝶科幼蟲的器官。日本譯為臭角

萜烯简称(讀音:tiē(拼音)、ㄊㄧㄝ(注音))、Terpenes(/ˈtɜrpiːn/ TUR-peen),是一系列萜类化合物的总称,是分子式为异戊二烯的整数倍的烯烃化合物。是一個龐大而多樣類有機化合物,由多種植物,特別是針葉樹的產生。它是树脂以及由树脂而来的松节油的主要成分。一些昆蟲如白蟻燕尾蝶,從它們的Y腺器官(osmeteria)排放萜烯。它們往往有強烈的氣味。產生這些可以保護植物,用以阻嚇食草動物和吸引食草動物的寄生蟲天敵。許多萜類化合物是芳烴,從而可能有一個保護功能。萜烯和萜類化合物的區別在於,萜烯是,而萜類包含另外的官能團。根据近年来的研究,除了在植物中大量存在萜类化合物外,在海洋生物体内也提取出了大量的萜类化合物,据统计,目前已知的萜类化合物的总数超过了22000种。很多萜类化合物具有重要的生理活性,是研究天然产物和开发新药的重要来源。萜类化合物中常见并重要的主要有胡萝卜素类化合物,樟脑松香酸薄荷醇类,冰片维生素A

歷史[编辑]

奥托·瓦拉赫
1912年明信片描繪佛羅里達採摘松脂的松節油行業

早期從松節油中發現「萜烯」,一種包含松節油烴和樹脂酸的物質。在1867年起奧托·瓦拉赫哥廷根大學柏林大學波恩大學的研究,他開始對松節油中的萜烯進行了系統的分析,這個時候只有少數已分離出純的形式,而且很少有化學結構的資料,其中的一種方法是熔點比較及其混合物的測定,以確認相同的物質,此方法使大部分液態萜烯得轉變成結晶化合物。隨著逐步衍生化,特別是在一些萜烯增加雙鍵的存在,他實現了獲得結晶化合物的目標。對環狀不飽和萜烯的重排反應研究使得有可能,通過一個已知結構萜烯的重排反應,以獲得未知萜的結構。有了這些基本方法,他打開了萜烯系統的研究道路,他負責萜烯和蒎烯的命名,並承擔蒎烯的第一個系統研究,1909年他寫了一本關於萜烯的化學反應,他以瓦拉赫重排反應、瓦拉赫分解反應、劉卡特-瓦拉赫反應知名。他大大的推動了萜類化學研究的成功。1910年奧托·瓦拉赫獲得了諾貝爾化學獎

定义与分类[编辑]

萜类化合物是那些可以划分为若干异戊二烯结构单元的碳氢化合物分子式与异戊二烯有简单的倍数关系,通式可以写成(C5H8)n。最初人们认为萜烯是从异戊二烯(C5H8)衍生来的,但实际上并非如此,据同位素示踪研究萜类化合物是植物体以甲戊二羟酸为原料合成的,而在自然界中也确实存在着极个别的萜类化合物结构无法被划分为异戊二烯结构单元,因此目前对萜类化合物比较准确的定义是:由甲戊二羟酸衍生的,分子式符合(C5H8)n通式的衍生物。萜烯的非碳氢化合物衍生物称为类萜

根据萜类化合物的结构可以分为单萜(由两个异戊二烯单位组成)、倍半萜(由三个异戊二烯单位组成)、二萜(由四个异戊二烯单位组成)、二倍半萜(由五个异戊二烯单位组成)、三萜(由六个异戊二烯单位组成)、四萜(由八个异戊二烯单位组成)、多聚萜(由八个以上异戊二烯单位组成)等。

单萜(C10H16)是最常见的萜,有不少同分异构体。当然,其他萜烯也存在,分子式为C15H24倍半萜与单萜一起构成了植物揮發油的主要成分、分子式为C20H32二萜则构成了树脂。胡萝卜素类植物色素(C40H64)是一种四萜,属于这一类化合物的很多植物色素在光合作用中扮演了重要的重要的角色。

萜类化合物的生物合成[编辑]

最近的实验表明,萜类化合物并非像人们以前直观理解的那样由异戊二烯在催化下直接聚合而成,实际情况是,在植物体内,3(R)-甲戊二羟酸经生物转化形成焦磷酸异戊烯酯(IPP),后者则在焦磷酸异戊烯酯异构酶的催化下转化为二甲烯丙基焦磷酸(DMAPP),IPP和DMAPP均可直接转还为半萜(即天然来源的异戊二烯),或在酶催化下合成为其他萜类化合物和甾族化合物。因此甲羟戊酸是萜类化合物生物合成过程中发挥烷基化试剂作用的重要化合物(参见甲羟戊酸途径)。

異戊二烯(Isoprene)
異戊烯焦磷酸(Isopentenyl pyrophosphate, IPP)
二甲基烯丙基焦磷酸(Dimethylallyl pyrophosphate, DMAPP)

萜类化合物的理化性质[编辑]

物理性质[编辑]

  • 分子量较小的萜类化合物如单萜和倍半萜多为有特殊气味的挥发性油状液体,其沸点随分子量和双键数量的增加而提高;分子量较大的萜类如二萜、三萜多为固体结晶。
  • 萜类化合物大多具有苦味,有的还非常苦,但也有一些萜类化合物有极强的甜味,如一种以二萜为苷元的苷甜菊苷就是比蔗糖甜100倍的甜味剂。
  • 萜类化合物中大多含有大量不对称碳原子,因而具有旋光性,另外低分子萜类化合物大多有很高的折射率
  • 萜类化合物大多不溶于水而亲脂性很好,易溶于有机溶剂;萜类化合物成苷后水溶性提高易溶于热水,另外含有内酯结构的萜类化合物易溶于碱水。

命名[编辑]

萜烷的基本结构的专用名称基础上命名萜烯。

化学性质[编辑]

萜烯易发生环化氧化还原聚合等反应。萜烯还可进行分子内重排烯键转位

  • 加成反应:萜类化合物中的碳架双键和官能团双键都能与相应试剂发生加成反应,这些反应是分离提取和鉴定萜类化合物的基础。
  • 氧化反应:不饱和键是发生氧化反应的主要位点,常见的氧化试剂包括臭氧三氧化铬四乙酸铅高锰酸钾等。
  • 脱氢反应:脱氢反应可以使萜类化合物中的环结构转变成芳香环。
  • 重排反应:萜类化合物中含有丰富的双键,可以发生协同重排或者酸碱催化的重排反应。

各種含萜類植物[编辑]

重要的萜类[编辑]

参见[编辑]

注释[编辑]

外部链接[编辑]