天然药物化学第四章醌类化合物课件.pptx

1、第四章 醌类化合物Quinones天然醌类主要有四种类型苯醌benzoquinones 萘醌naphthoquinones 菲醌phenanthraquinones 蒽醌anthraquinones 其中蒽醌及其衍生物的类型较多。1 结构类型一、苯醌（benzoquinones）类是具有醌型结构的最简单化合物。按其结构可分为邻苯醌及对苯醌两大类。邻苯醌不稳定，故天然存在的苯醌化合物多为对苯醌衍生物，其母核上常有-OH、-OCH3、-CH3等基团取代。231465O7O8162534O8O7天然苯醌类化合物多为黄色或橙黄色结晶体。OHOHOOOHOHOOOO邻苯醌和对苯醌均可由相应的二元酚氧化制

2、得。OOHOOH(CH2)10CH32，6-二甲氧基苯醌信筒子醌OOOCH3H3CO苯醌类化合物具有一定的生物活性。中药凤眼草的果实中得到的2，6-二甲氧基苯醌有抗菌作用；白花酸藤果中得到的信筒子醌有驱肠内寄生虫作用。111310OO12345678OO12345678但目前从自然界得到的几乎均为-萘醌类。二、萘醌（naphthoquinones）类按理论，结构上有(1,4)，(1,2)，amphi(2,6)三种类型萘醌。1OO24567891031-萘醌类是黄色结晶，可升华，微溶于水，能溶于乙醇和乙醚。天然萘醌衍生物多为橙黄色或橙红色结晶，个别为紫色结晶。许多萘醌类有很明显的生物活性。OOO

3、H三色柿醌OOOH胡桃醌OOCH3CH3OH从热带柿科一植物中分得的三色柿醌为一橙红色针晶，属邻醌衍生物，该植物在非洲曾用作治疗麻风病。胡桃醌、拉帕醌有抗癌活性。从中药紫草中分得一系列萘醌类衍生物，有止血、抗炎、抗菌、抗病毒及抗癌作用。苜宿中的维生素K1是黄色粘稠状油，熔点-20，加热至100-200以上即被分解。K-Vitamin 是一类自然界存在的萘醌衍生物，基本结构与Vitamin K1相似，只是3位上的侧链有长有短，由不同数目的异戊二烯组成。它的生物活性是兴奋或促进能合成凝血酶原(phothrombin)的信使RNA形成，可促进血液凝固。该类属于生物醌类的一种。OOCH3CH33HCH

4、3三、菲醌(phenanthraquinones)类天然菲醌衍生物主要包括邻醌及对醌两大类。唇形科植物丹参具有活血化瘀、消炎抗菌、抗肿瘤、扩张血管等多种作用，近几十年来，中日学者深入研究，从中得到了几十种菲醌衍生物。OCH3OOCH3CH3OCH3OOHCH3丹参酮A丹参新醌丙丹参酮A有增加冠流量的作用，由其制得的丹参酮A磺酸钠注射液已投入生产，临床上可治疗冠心病、心梗等。这一类具有菲醌母核的化合物，于生物合成上可能来源于二萜类，故常称其为二萜醌类成分。由于其生理活性多样、显著，有抗肿瘤活性，近年来成为各国学者研究的焦点。由于植物亲源关系，唇形科鼠尾草植物含二萜醌类成分较多，故报道较多。这类菲

5、醌成分是一类醌性色素，多为橙色、红色、棕红色结晶，也有黄色结晶。在提取分离中不需要显色，可直接根据色带收集。OO123456789101，4，5，8 2，3，6，7 位 9，10 meso位四、蒽醌(anthraquinones)类蒽醌类成分包括蒽醌衍生物及其不同还原程度的产物，如：氧化蒽酚、蒽酚、蒽酮、二蒽酮。OOOOHOOHHOHO蒽醌氧化蒽酚蒽酮蒽酚1、蒽醌衍生物天然蒽醌有1，2-蒽醌、1，4-蒽醌、9，10-蒽醌，但由于C9、C10位氧化产物较为稳定，故9，10-蒽醌最为常见。多数蒽醌母核上有不同数目的羟基取代，其中以二元羟基为多。OOOHOHCH3OH大黄素根据羟基在蒽醌母核上的位置

6、不同，可将羟基蒽醌分为两大类：（1）大黄素型（Emodin）羟基分布于两侧苯环上，多呈棕黄色。大黄中的主要蒽醌衍生物多属于大黄素型。OOOHOH茜草素OOO HOSn,Hcl还原蒽酚蒽酮2、蒽酚和蒽酮衍生物蒽醌在酸性条件下还原生成蒽酚及互变异构体蒽酮。NOTE：蒽酚及蒽酮类一般只在存于新鲜植物中，存放期间易被氧化，生成蒽醌类。蒽酚的中位羟基与糖缩合成苷后，则难以被氧化，较稳定，因为形成的苷只有被水解除去糖才易被氧化而转变为蒽醌衍生物。而苷的水解是需要一定条件的。羟基蒽酚抑菌作用较强，可治疗疥癣之类皮肤病。HOCOOHOOHOHOOCOOHglcglcHSennoside A3.二蒽酮类：由两分

7、子蒽酮脱去一分子氢而成。根据连接部位不同，有中位连接及位连接二蒽酮之分。（1）中位(meso-)连接：如有泻下作用的中药番泻叶中的番泻苷ANOTE：C10-C10,键容易水解而断裂，生成较稳定的蒽酮游离基，继而氧化成蒽醌类化合物。一般随着植物原料储存时间延长，二蒽酮类含量下降，单蒽酮类含量上升。HOCOOHOOHOHOOCOOHglcglcHOOHOHCOOHH.水解OOOHOHCOOHO大黄酸（2)-位连接二蒽酮类：C1-C1,或C4-C4,醌类成分容易被还原为二元酚类衍生物，后者再被氧化又容易转变为醌，所以它们起到了电子传导的作用，加之它们是新陈代谢的产物，容易参与生物的生化反应，从而促进

8、或干扰了某些生化反应，从而表现出多种生物活性（抗菌、抗癌、抗病毒、凝血、生物氧化反应中辅酶）。2 理化性质及呈色反应一物理性质：1 性状：植物中存在的醌类衍生物是一类醌类色素，故多为有色晶体。随着酚-OH等助色团引入越多，颜色越深。苯醌、萘醌、菲醌多以游离状态存在游离形式多为完好结晶结合成苷则难以得到完好结晶，多呈粉末状2 升华性：游离醌类多具有升华性。即常压下加热可升华而不分解，一般来说其升华温度随酸性增强而升高。3 挥发性：小分子苯醌及萘醌具挥发性，可随水蒸气蒸馏。4 溶解度：游离醌：溶于乙醇、乙醚、苯、氯仿等有机溶剂，难溶于水。醌苷类：易溶于甲醇、乙醇，溶于热水，不溶于乙醚、苯、氯仿。5

9、 光稳定性：有些醌类对光不稳定，曾对丹参酮A等8种丹参酮作光的稳定性实验表明，各种丹参酮经光照射后均有损失，且隐丹参酮分解为两个小峰，而避光保存者峰面积基本不变，故对醌类色素的处理应尽量避光。二 化学性质与呈色反应：1 酸性：醌类化合物多具酚羟基或羧基，故多具有酸性。其酸性的强弱取决于是否有羧基及酚羟基的数目、位置。OOOHOOOH溶于5%NaHCO3OOOHOOOH溶于5%Na2CO3溶于5%NaOH含-COOH或两个以上-酚羟基 溶于5%NaHCO3 含一个-酚羟基 溶于5%Na2CO3 含两个以上-酚羟基 溶于1%NaOH 含一个-酚羟基 溶于5%NaOH 因此对蒽醌类成分的提取分离，常

10、用梯度pH萃取法，用不同碱液提取。醛及邻二硝基苯紫色化合物2 颜色反应：（1）Feigl reaction:醌类衍生物在碱性条件下加热能迅速与醛类及邻二硝基苯反应生成紫色化合物。在这个反应中醌类在反应前后并无变化，只起传递电子的作用。醌类OH-醛及邻二硝基苯紫色化合物OOOHOH+2HCHO+OH-+2HCOO-OHOHNO2NO2OONO2-NO-+紫色OH-（2）无色亚甲兰显色试验：醌类衍生物层析展开后，喷以无色亚甲兰溶液，若出现兰色斑点 可能含苯醌或萘醌不显色不显色可能含蒽醌（3）与活性次甲基试剂的反应 （Kesting-Craven reaction）对于醌环尚未完全取代的苯醌或萘醌，

11、可在氨的碱性环境中与活性次甲基试剂（乙酰醋酸酯、丙二酸酯、丙二腈等）的溶液反应，生成兰绿或兰紫色。蒽醌类无此反应。萘醌苯环上有羟基取代时，此反应受抑制。乙二胺-ethyldiamine二乙胺-diethylamine（4）Karius reaction:将苯醌或萘醌类溶于石油醚中，加入乙二胺，可呈现各种不同颜色。蒽醌类无此反应。药粉酸水热提酸水液 Et2O萃取萃取液加5%NaOH碱水液（显红色）醚层（变为无色）（5）Borntragers reaction:羟基蒽醌类遇碱显红紫红色。这是蒽醌类一个很重要的鉴别反应。（6）醋酸镁反应(Magnesium acetate reaction)羟基蒽醌

12、和0.5%醋酸镁的甲醇或乙醇液生成稳定的橙红色或紫色络合物。生成的颜色随分子中羟基的位置而有所不同。因此此反应不仅作为蒽醌的一般定性检查，而且可以提供羟基取代位置的线索，有利于结构的推测。多用作 PPC、TLC显色剂。羟基蒽醌乙醇液点于滤纸上干燥喷0.5%醋酸镁甲醇液90 加热5min 显色若母核只有a-OH或一个b-OH或两个OH不在同一环 显橙黄-橙色若一个a-OH，邻-OH显兰、兰紫色间-OH橙红、红色对-OH紫红、紫色3 醌类化合物的提取分离醌类化合物因结构及性质具很大差异，在植物体内的存在状态也不同，故提取分离方法多样。一、一般醌类成分的提取分离1、有机溶剂提取法：A.将药粉用有机溶

13、剂提取，取液浓缩，可能析出结晶，再重结晶。B.游离形式蒽醌成分可用不同极性溶剂依次提取，溶剂极性由小到大，在提取过程中可得到初步分离。如极性较小的蒽醌如大黄酚、大黄素甲醚可被石油醚提出，而极性较大的多羟基蒽醌则需乙醇提出。2、碱提酸沉法：适于具酚羟基的醌类成分。它们可溶于碱性水液中，加酸后又沉淀析出。3、水蒸气蒸馏法：适于分子量较小的苯醌及萘醌类。它们具挥发性，可随水蒸气蒸馏出来，同时可与不具挥发性的醌类分离4、分离：多采用吸附层析。许多醌类色素在植物中含量不高，故需将CC与pre.TLC结合使用。二、蒽醌类成分的提取分离：NOTE：羟基及含羧基蒽醌在植物体内常以盐的形式存在，提取时应先酸化成

14、游离状态，再提取。1、游离蒽醌衍生物的分离：常采用梯度PH萃取法。A 由于蒽醌羟基位置、数目及羧基的有无，其酸度大小是有区别的，可分别溶于不同碱性的水液，故可采用梯度PH萃取法。此法为分离游离蒽衍生物的经典方法，也为常用方法。5%NaHCO3液 含-COOH及两个以上b-酚OH 5%Na2CO3液 含一个-酚OH蒽醌类 1%NaOH液 含两个a-酚OH蒽醌类 5%NaOH液 含一个a-酚OH蒽醌类B PH梯度萃取法对蒽衍生物进行初步分离，对性质相似，酸性强弱相差不大的羟基蒽醌类则不能很好分离，故初分后再结合层析法进一步分离。多用吸附柱层析，以硅胶、磷酸氢钙、聚酰胺粉为吸附剂，不宜用氧化铝，尤其

15、是碱性氧化铝，因为羟基蒽醌能与氧化铝形成牢固螯合物，难以洗脱。2游离蒽衍生物与蒽苷类的分离：根据它们的溶解性不同分离。苷元 极性小，难溶于水，易溶于乙醚、氯仿等有机溶剂。苷 极性大，溶于水，难溶于乙醚、氯仿等有机溶剂。3 蒽醌苷类的分离：常用层析法。这类成分水溶性强，分离及精制工作都较为困难，层析前用铅盐法或溶剂法处理，得较纯总苷后再进一步分离。溶剂法是用中等极性的有机溶剂如乙酸乙酯、正丁醇等，从除去游离蒽醌衍生物的水溶液中，将蒽醌苷萃取出来，再作进一步分离。溶剂法：虎杖浸膏的水溶液氯仿回流氯仿液 （含大黄素等游离蒽醌脂溶成分）水液EtOAc萃取 EtOAc液（含大黄素苷等蒽醌苷极性成分）铅盐

16、法：中药粉90%乙醇加热提取提取液浓缩浓缩液氯仿（或乙醚、苯）萃取 氯仿液（游离蒽醌）加Pb(OAc)2液,过滤沉淀（Pb2S）水层滤液水洗,悬浮于水中,通H2S脱铅过滤沉淀滤液蒽醌苷4 结构测定一、衍生物制备：主要采用甲基化及乙酰化衍生物的制备，用以判断羟基的数目及位置。1、甲基化反应：甲基化反应的难易及作用位置取决于结构中-OH类型、化学环境及甲基化试剂的种类及反应条件。A.OH类型不同，化学环境不同，其甲基化反应难易不同。ROH a-酚OH b-酚OH -COOH 难 易-OH酸性越强，甲基化反应越易进行。B常用甲基化试剂：重氮甲烷（CH2N2）、碘甲烷（CH3I）、硫酸二甲酯(CH3)

17、2SO4等。甲基化试剂的组成 反应官能团 CH2N2/Et2O-酚OH、-COOH、-CHO CH2N2/Et2O+MeOH-酚OH、-COOH、-CHO、两个a-酚OH 之一(CH3)2SO4+K2CO3+丙酮 CH3I+Ag2O 所有的酚OH、-COOH、-CHO、醇OH C.甲基化试剂和反应官能团之间的关系：因此，采用不同的甲基化试剂，按不同的反应条件进行选择性的甲基化反应，可得到甲基化不同的衍生物，对衍生物作光谱分析，确定衍生物中甲氧基的数目、位置，便可推断原来子中羟基的数目、位置。OOOHOHOHHOOHCH2OHOOOHOHOHH3COOCH3CH2OHOOOCH3OCH3OCH3

18、H3COOCH3CH2OCH3OOOHOHOHH3COOCH3CH2OHCH3OOOCH3OCH3OCH3H3COOCH3CH2OHCH2N2/Et2OCH2N2/Et2O+MeOH(CH3)2SO4+K2CO3+丙酮CH3I+Ag2O2.乙酰化反应：乙酰化反应的难易及作用位置同样取决于结构中-OH类型、化学环境及乙酰化试剂的种类及反应条件。A.不同-OH的反应难易：R-OH(CH3CO)2O CH3COOR CH3COOH反应能力 强弱 试剂组成试剂组成 反应条件反应条件 作用位置作用位置冰醋酸冰醋酸(加少量乙酰氯加少量乙酰氯)冷置冷置R-OH 乙酐乙酐 短时间短时间长时间长时间R-OH,b

19、-酚酚OHR-OH,-酚酚OH两个两个a-酚酚OH 之一之一 乙酐乙酐+硼酸硼酸 冷置冷置R-OH,-酚酚OH 乙酐乙酐+浓硫酸浓硫酸室温放置过夜室温放置过夜 R-OH,-酚酚OH,a-酚酚OH 乙酐乙酐+吡啶吡啶室温放置过夜室温放置过夜R-OH,a-及及-酚酚OH,烯醇式烯醇式OH C.乙酰化试剂和反应条件及作用位置:Ac2O 回流2minOOOHOHOHOHOHCH2OHOOOHOHOHOHOHCH2OAcOOOHAcOOHOHOAcCH2OAcOAcOOOHAcOOHOHOAcCH2OAcOOOAcAcOOAcOAcOAcCH2OAcHOAc冷放Ac2O 回流20minAc2O+H2SO

20、4或Ac2O+吡啶Ac2O 回流2minOO主要有三个吸收峰：240nm 强285nm 中强400nm弱主要有四个吸收峰：257nm 由醌样结构引起245nm 251nm 335nm 由苯样结构引起OO二.波谱分析：（一）UV:1.苯醌和萘醌：OO苯甲酰基结构（苯样结构）252nm 322nmOO醌样结构 272nm 405nm蒽醌：具有不具有262nm-295nm-由醌样结构引起与b-酚OH有关主要标志是吸收强度的增加 b-酚OH可通过蒽醌母核向羰基供电，形成一系列共振结构，电子跃迁很大，吸收强度与跃进距的平方成正比 lg4.1 lg4.1.305nm-389nm 由苯酰基结构引起与苯环上供

21、电基取代有关位-CH3,-OCH3,-OH 取代，峰位红移，强度降低位-CH3,-OCH3,-OH 取代，强度增加.400nm-由醌样结构中的羰基引起与a-酚 OH 有关因为a-酚OH 与羰基形成分子内氢键，分散了羰基上的电子，从而使羰基具有更大的吸电子能力，故引起峰位变化 a-酚OH 越多，最大位移值红移越多OOOH分子中由一个a-OH和羰基形成一个缔合羰基，还存在一个正常羰基。因此有两个羰基峰。正常者：1675-1647cm-1缔合者：1637-1621cm-1 ：24-38cm-1（二）IR:具a-酚OH羟基蒽醌中羰基的吸收频率：a-酚OH 可与羰基缔合，从而使羰基的吸收波数降低，分以下

22、几种情况加以说明：OOOHOH1,8-二OH有两个a-OH和同一个羰基形成一个缔合羰基，使得此羰基更向低波数移动，为1626-1616cm-1，另一正常峰在1678-1661cm-1 ：40-57 cm-1OOOHOHOOOHOH1,4-二OH1,5-二OH两个羰基都分别和一个-OH成缔合状态，故只有一个单一的缔合峰，1645-1608OOOHOHOH1,4,5-三OH两个羰基都成缔合状态，但其中一个与两个-OH缔合，波数更低，1616-1592cm-1.另一个与一个a-OH缔合，羰基的伸缩振动频率在1645-1608 cm-1。OOOHOHOHOH1,4,5,8-四OH两个羰基分别与两个2.羟基蒽醌的羟基频率：（1）a-OH与相邻的羰基缔合，其吸收频率移至3150 cm-1以下，多与不饱和C-H伸缩振动频率相重叠。（2）-OH伸缩振动频率在3600-3150 cm-.仅一个-OH，3300-3390 cm-.两个以上-OH，3600-3150 cm-.