萜类是一类普遍存在于植物界而动物界较少见的化合物,它们由异戊二烯及其聚合物构成,通式为(C5H8)n。除了以萜烃形式存在外,大多数萜类形成各种含氧衍生物,包括醇、醛、酮、羧酸、酯和苷等。少数情况下也会含有氮或硫的衍生物。
根据分子中包含异戊二烯单位的数量,萜类可以分为单萜、倍半萜、二萜、二倍半萜、三萜、四萜及多萜。一些生源上由异戊二烯合成但碳原子数不是5的整倍数的化合物被称为类萜(terpenoid)。
在生命活动中,萜类化合物尤其在植物体内具有重要功能:赤霉素、脱落酸和昆虫保幼素是重要的激素;类胡萝卜素和叶绿素是光合色素;质体醌和泛醌作为电子递体参与光合链和呼吸链;甾醇则是生物膜的组成部分。单萜和倍半萜是挥发油的主要成分,二萜形成树脂,三萜构成植物皂苷和树脂的重要物质,四萜则包含一些脂溶性色素。
自然界中,萜类化合物分布广泛,具有生理活性的例子包括驱蛔素、山道年具有的驱蛔虫作用、青蒿素的抗疟作用以及穿心莲内酯的抗菌作用等。
以下是一些对测定萜类成分化学结构重要的化学反应:
氧化反应:不同的氧化剂在不同条件下可将萜类中的基团氧化,生成不同的产物。例如,铬酸可以氧化碳甲基和gem-碳二甲基为乙酸;臭氧的裂解双键是有价值的反应,可通过其产物确定萜类结构中双键的位置。四乙酸铅也用于氧化双键,并广泛应用于萜类成分的研究。
脱氢反应:这是一种特殊的氧化反应,通过将萜类与硫或硒在惰性气流下加热(200℃~300℃),环状萜的碳架会因脱氢转化为芳香烃衍生物。复杂的环可能裂解或发生环合反应。
加成反应:萜类双键常能与氢卤酸如氢碘酸或氯化氢在冰乙酸溶液中反应,生成结晶加成产物;也可吸收溴(于冰乙酸或乙醚-乙醇溶液)形成具有特定理化性质的溴化物。混合冰乙酸和亚硝酸钠振摇后可生成特殊颜色的亚氮氧化物或伪亚氮氧化物。将未饱和萜类与戊酯亚硝酸盐和浓盐酸混合,在低温下加入少量乙醇或冰乙酸,可以生成氯化亚硝基衍生物,并表现出独特的颜色。此类衍生物常呈蓝色或蓝绿色,容易聚合形成无色二聚合物,但加热至熔融或溶解时会转变为单分子的化合物。氯化亚硝基衍生物可与伯胺或仲胺(如六氢吡啶)缩合生成具有完好的结晶形状和理化常数的亚硝基胺类。
Wagner-Meerwein重排:萜类有时在某些试剂作用下发生碳架改变或分子中官能团转移,特别是在双环萜化合物进行消除、加成或亲核取代反应时。