(天然药化)第五章-醌类.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第五章 醌类化合物,Quinonoid,第一节 概 述,一、分类,醌类化合物是中药中一类具有,醌式结构,的化学成分，主要分为苯醌、萘醌、菲醌和蒽醌四种类型。在中药中以蒽醌及其衍生物尤为重要。,醌类化合物主要存在于高等植物的蓼科、茜草科、鼠李科、百合科、豆科等科属以及低等植物地衣类和菌类的代谢产物中。是许多天然药物如大黄、何首乌、虎杖、决明子、芦荟、丹参等药材的有效成分。,二、生物活性,醌类化合物的生物活性是多方面的。,1,、致泻作用（番泻叶中的番泻苷类化合物）,2,、抗菌作用（大黄中游离的羟基蒽醌类化合物）,3,、止血作用（茜草中的茜草素类成分）,4,、扩张冠状动脉的作用，用于治疗冠心病、心肌梗死等,（丹参中丹参醌类）,5,、其他作用（驱虫、解痉、利尿、利胆、镇咳、平喘等）,第二节 醌类化合物的结构与分类,一、苯醌类,苯醌类（,benzoquinones,）化合物分为邻苯醌和对苯醌两大类。邻苯醌结构不稳定，故天然存在的苯醌化合物多数为对苯醌的衍生物。,对苯醌,邻苯醌,对苯醌是黄色晶体，熔点,115.7,，能随水蒸气蒸出，具有刺激性臭味，有毒，能腐蚀皮肤，能溶于醇和醚中。对苯醌很容易被还原成对苯二酚。,一些带有较高级直链烃基侧链的对醌衍生物,有驱除肠内寄生虫的作用，如白花酸藤果和木桂,花果实的驱绦虫有效成分证明是信筒子醌,(embellin),。,三、菲醌类,天然菲醌（,phenanthraquinone,）分为邻菲醌及对菲醌两种类型，例如从中药丹参根中分得到的多种菲醌衍生物，均属于邻菲醌类和对菲醌类化合物。,邻菲醌 对菲醌,丹参中的醌类化合物多为橙色、红色至棕红色的结晶，少数为黄色。具有抗菌及扩张冠状动脉的作用，是中药丹参的主要有效成分，总丹参酮可用于治疗金黄色葡萄球菌等引起的疖，痈，蜂窝组织炎、痤疮等疾病。由凡丹参酮,IIA,制得的丹参酮,IIA,磺酸钠注射液可增加冠脉流量，临床上治疗冠心病、心肌梗塞有效。,四、,蒽醌类（重点掌握）,蒽醌是广泛存在于植物界的一种色素，是许多中药如大黄、何首乌、虎杖等的有效成分。目前已经发现的蒽醌类化合物近,200,种，主要分布于高等植物中，其他则主要存在于真菌及地衣类中，在动物及细菌中也偶有发现，而且在真菌、地衣和动物中存在的蒽醌类化合物的结构也往往比较特殊。,在植物中的蒽醌衍生物主要分布于根、皮、叶及心材，也可在茎、种子、果实中。,多和糖结合成苷，或以游离态存在。,这类化合物具有多方面的生理活性，是醌类化合物中最重要的一类物质。,按母核的结构分为,单蒽核,及,双蒽核,两大类。,1,4,5,8,位为,位,2,3,6,7,位为,位,9,10,位为,meso,位，又叫中位,天然存在的蒽醌类化合物在蒽醌母核上常有羟基、羟甲基、甲基、甲氧基和羧基取代。它们以游离形式或与糖结合成苷的形式存在于植物体内。蒽醌苷大多为氧苷，但有的化合物为碳苷，如芦荟苷。,根据羟基在蒽醌母核上的分布情况，可将羟基蒽醌衍生物分为以下两种类型：,（一）单蒽核类,1,蒽醌及其苷类,天然蒽醌以,9,10-,蒽醌最为常见，由于整个分子形成一共轭体系，,C9,、,C10,又处于最高氧化水平，比较稳定。,大黄素型,茜草素型,大黄酚（,chrysophanol,）,R,1,=H,R,2,=CH,3,大黄素（,emodin,）,R,1,=OH,R,2,=CH,3,大黄素甲醚（,physcion,）,R,1,=OCH,3,R,2,=CH,3,芦荟大黄素（,aloe-emodin,）,R,1,=H,R,2,=CH,2,OH,大黄酸（,rhein,）,R,1,=H,R,2,=COOH,（,1,）大黄素型,羟基分布在两侧的苯环上，多数化合物呈黄色。许多重要的中药如大黄、决明中有致泻作用的,1,8-,二羟基蒽醌衍生物均属于这一类型。,比较这几个结构式的极性大小。,羟基蒽醌衍生物多与葡萄糖、鼠李糖结合成苷，有单糖苷，也有双糖苷，如,2,蒽酚或蒽酮衍生物（还原型蒽醌）,蒽醌在酸性环境中被还原，可生成蒽酚及其互变异构体,蒽酮。,蒽酚（或蒽酮）的羟基衍生物常以游离状态或结合状态与相应的羟基蒽醌共存于植物中。蒽酚（或蒽酮）衍生物一般存在于新鲜植物中，在加工储藏中会缓慢氧化为蒽醌，例如新鲜大黄经两年以上贮存则检识不到蒽酚。如果蒽酚衍生物的,meso,位羟基与糖缩合成苷，则性质比较稳定，只有经过水解除去糖才能易于被氧化转变成蒽醌衍生物。,蒽醌 蒽酚 蒽酮,3,氧化蒽酚及其衍生物,蒽醌在碱性溶液中可被锌粉还原生成氧化蒽酚及其互变异构体蒽二酚。,氧化蒽酚及蒽二酚不稳定，氧化蒽酚易氧化为蒽酮（或蒽酚），蒽二酚易氧化为蒽醌，故较少存在于植物体中。,蒽醌,氧化蒽酚 蒽二酚,例如大黄及番泻叶中致泻的主要有效成分番泻苷,A,、,B,、,C,、,D,等皆为二蒽酮衍生物。,（认识这几个番泻苷的结构式）,番泻叶苷,A,（反式）番泻叶苷,C,（反式）,番泻叶苷,B,（顺式）番泻叶苷,D,（顺式）,根据,C,10,-,C,10,连接方式不同，分为顺式、反式,2,二蒽醌类,蒽醌类脱氢缩合或二蒽酮类氧化均可形成二蒽醌类。天然二蒽醌类化合物中的两个蒽醌环都是相同而对称的，由于空间位阻的相互排斥，故两个蒽环呈反向排列，如：,天精（,skyrin,）山扁豆双醌（,cassiamine,）,3,去氢二蒽酮类,中位二蒽酮再脱去,1,分子氢即进一步氧化，两环之间以双键相连者称为去氢二蒽酮。此类化合物颜色多呈暗紫红色。其羟基衍生物存在于自然界中，如金丝桃属植物。,4,日照蒽酮类,去氢二蒽酮进一步氧化，,与,位相连组成一新六元环，其多羟基衍生物也存在于金丝桃属植物中。,5,中位萘骈二蒽酮类,这一类化合物是天然蒽衍生物中具有最高氧化水平的结构形式，也是天然产物中高度,稠合的多元环系统之一（含,8,个环）。如金丝桃素（,hypericin,）为萘骈二蒽酮衍生物，存在于金丝桃属某些植物中，具有抑制中枢神经及抗病毒的作用。,去氢二蒽酮 日照蒽酮 金丝桃素,金丝桃素和假金丝桃素存在于多种金丝桃属植物中，以,贯叶连翘,中含量居多。抑郁症是三大精神疾病之一，贯叶连翘很早在欧洲被用于镇静、抗抑郁及其他中枢神经系统疾病。研究表明，在金丝桃科中普遍存在的一些,xanthone,类化合物能抑制,A,型和,B,型单胺氧化酶，增加中枢神经系统的神经递质浓度。,德国于,1991,年,6,月上市了一个以金丝桃素为标准的新的抗抑郁药。,目前国际上对金丝桃属植物的兴趣，很大程度上是由于金丝桃素和假金丝桃素的抗病毒作用。研究表明，两种化合物在体外强烈地抑制各种逆转录病毒，包括人免疫缺陷病毒,(HIV),，有报道认为金丝桃素在细胞内的,HIV-1,抑制作用是由于与其感染细胞中残留和毒粒成分相结合所致，是一种有杀病毒作用的药物。,金丝桃素,假金丝桃素,第三节 醌类化合物的理化性质,一、物理性质,1,、性状：,由于醌类具有不饱和酮结构，当其分子中连接助色基团后（,-OH,、,-OMe,等）多有颜色，故常作为动植物、微生物的色素而存在于自然界中。天然醌类多为有色结晶体，一般为黄、橙、棕红至紫红色。,2,、升华性：,游离蒽醌具有升华性，常压下加热可升华而不分解。,小分子的苯醌、萘醌还具有挥发性，能随水蒸气蒸馏。,3,溶解度：,符合苷类溶解性的一般规律,：,苷（亲水性）,易溶于甲醇及乙醇，也能溶解于热水，但在冷水中,溶解度较小，几乎不溶于乙醚、苯、氯仿等溶剂。,苷元（亲脂性）,可溶于苯、乙醚、氯仿、丙酮、甲醇及乙醇，不溶,或难溶于水。,蒽醌的碳苷在水、有机溶剂中的溶解度都很小，但易溶于吡啶中,。,二、化学性质,1,、酸性：,酸性来源,醌类化合物因分子中,具有酚羟基,，表现出一定的酸性，易溶于碱水中，甲酸酸化后又可以从碱水溶液中重新析出（可利用来分离纯化）。,影响酸性强弱的因素,酚羟基的数目及位置不同，酸性强弱有一定差别。,酸性规律,含羧基的醌类酸性强于不含羧基者，,酚羟基的数目越多，酸性越强，,羟基的酸性强于,羟基的酸性。,（,特例,：如果两个,羟基处于邻位，两者容易缔合成氢键，酸性减小）,3,、颜色反应,:,取决于其氧化还原性质以及分子中的酚羟基的性质。,（,1,）,Feigl,反应-,醌的通性，所有具醌核的化合物均可反应。,醌类在碱性、加热条件下，能迅速与醛类及邻二硝基苯反应，生成紫色化合物,（,2,）无色亚甲蓝显色试验,-,可以把蒽醌和苯醌、萘醌区别开来,无色亚甲蓝溶液能与苯醌和萘醌反应，在,TLC,上显蓝色斑点。,因为苯醌和萘醌的醌核上有活泼质子，可反应，而蒽醌,（大共轭体系）,无此反应。,（,3,）与碱的反应,(Borntr,ger,反应）,-,可区别含羟基的蒽醌与蒽酚衍生物,羟基蒽醌在碱性溶液中会引起颜色加深。,该反应是检识中药中羟基蒽醌类成分存在的最常用的方法之一。,对羟基蒽醌的结构判定也有一定的辅助作用。,有以下规律,：,a,、单羟基者呈色较浅，多为红橙色,b,、非相邻双羟基多呈红色（,1,5-1,8-),c,、,1,4-,二羟基呈紫色,d,、相邻双羟基多为蓝色,(1,2-),e,、多取代基在同一环上，在碱液中易氧化，会逐渐变色。如,1,2,3,-,三羟基蒽醌颜色从红棕经红紫再变绿。,（,4,）与醋酸镁的反应,-,可初步鉴定蒽醌的取代情况,试剂：,0.5,醋酸镁的乙醇溶液,羟基数目、取代位置不同，显的颜色也不同。,A.,母核中只有一个,-,或,-,酚羟基，呈,黄橙色至橙色,。,B.,邻位二酚羟基的蒽醌，呈,蓝紫色,。,C.,对位二酚羟基蒽醌，呈,紫红色,。,D.,间位二羟基者，呈,红色至橙红色,。,可根据结果初步判断取代情况,第四节 醌类化合物的提取和分离,蒽醌类化合物的存在形式：,1,、均以母核的衍生物形式存在,主要取代基,羟基、甲基、甲氧基、羧基等。,2,、以游离形式存在。,3,、以不同苷的形式存在,氧苷（为主）,单糖苷、双糖苷,葡萄糖、鼠李糖。,碳苷如：芦荟苷,原料,甲醇、乙醇提取,醇提物（游离苷元、苷）,有机溶剂萃取或回流,有机溶剂层（游离蒽醌）,水溶液或残渣（苷）,梯度萃取分离法（酸性差异）,有机溶剂纯化（乙酸乙酯、,正丁醇萃取）,色谱法分离（用于难分离成分）,色谱法分离：葡聚糖凝胶,吸附色谱：硅胶，不能用氧化铝,（分子筛）反相硅胶柱色谱,（络和反应）聚酰胺色谱：游离羟基蒽醌适用,醌类化合物的提取方法：,3,游离蒽醌衍生物（苷元）的分离：,分离较困难，一般先用铅盐法或溶剂法除去大部分杂质，制得较纯的总苷后，再进一步用聚酰胺、硅胶或葡聚糖凝胶柱色谱反复分离纯化。,羟基蒽醌,（,-OH,、,-OH,、醇,OH,、羧基）,羟基数目、位置。,*,甲基化试剂的选择性反应,*（乙酰化试剂）,推断,元素分析或波谱分析（,NMR,）,甲基化产物 甲氧基数目,（乙酰化产物）,确 定,（乙酰基数目）,第五节 醌类化合物的结构研究,醌类化合物衍生物的制备：,1,甲基化反应：,（常用甲基化试剂的作用能力：重氮甲烷,CH,2,N,2,硫酸二甲酯,(CH,3,),2,SO,4,碘甲烷,CH,3,I,）,甲基化难易顺序：醇,OH ,酚羟基,酚羟基,-COOH(,与酸性有关）,ex.,曲菌素的甲基化反应：,结构鉴定举例,牛西西中蒽醌化合物的鉴定,从具有止血作用的中草药牛西西,(,Rumex patientia,L.),根中提取出一种黄色结晶，测得分子式为,C,15,H,10,O,4,。该成分与,NaOH,试液呈红色，遇,0.5%,醋酸镁呈橙红色。,UV,光谱吸收峰位于,225(4.57),258(4.33),279(4.01),288(4.07),432(4.08);IR,谱,(cm,-1,)1675,1621.,该化合物经锌粉蒸馏得,2-,甲基蒽，其乙酰化物用铬酸氧化生成,1,8-,二乙酰基大黄酸。试推断其结构。,结构推导：,遇碱呈红色,可知为蒽醌类化合物,;,与,MgAc,2,呈橙红色,推测每个苯环上可能有一个,-,酚羟基,或存在间位酚羟基,;,紫外光谱,225nm,证有两个,-,酚羟基,第三峰,279(1.04),峰强度小于,4.1,推测无,-,酚羟基,;,第五峰,432nm,推测为,1,5-,或,1,8-,二羟基,;,IR,谱,1675,1621cm,-1,相差,64,证为,1,8-,二羟基,;,锌粉还原得,2-,甲基蒽,证存在,-,位含一个碳的取代基,;,即有以下结构,6.,从分子式,C,15,H,10,O,4,中减去已知的结构单元,C,15,H,7,O,4,剩三个氢,故推测,-,位取代基为甲基,;,乙酰化物的氧化反应证实了以上推测,:,故该化合物为大黄酚,.,醌类化合物思考题,1,、熟悉醌类化合物的分类、结构及重要的、有代表性的化学成分。,2,、掌握蒽醌的结构、分类（依据）、编号方法（,2,种）。,3,、熟悉蒽醌类成分在植物体内的存在形式。,4,、醌类化合物多呈有色结晶的原因何在。,5,、掌握醌类化合物的溶解性规律，熟悉二蒽酮类、蒽醌碳苷的溶解性特点。,6,、掌握蒽醌的酸性来源、酸性规律及应用。,7,、了解蒽醌的碱性来源及应用。,8,、掌握醌类各种颜色反应的反应名称、鉴别原理、鉴别特点和鉴别意义。,9,、熟悉醌类各种提取方法（溶剂法、酸碱法、蒸馏法）的原理和适应范围。,10,、掌握甲醇、乙醇、水、脂溶性溶剂用于提取醌类成分的特点。,11,、掌握游离蒽醌与蒽醌苷的分离原理和方法。,12,、掌握 梯度法分离游离蒽醌的原理、方法。,13,、掌握色谱法分离游离蒽醌的条件（吸附剂、洗脱剂）、原理及洗脱规律（洗脱顺序）。,14,、一般不用氧化铝，尤其不用碱性氧化铝分离蒽醌的原因何在。,15,、蒽醌苷在柱色谱分离以前的纯化方法、原理为何，意义何在。,16,、掌握葡聚糖凝胶用于分离蒽醌苷的原理、方法及洗脱顺序。,17,、掌握醌类化合物检识（理化、色谱）方法、鉴别特点和鉴别意义。,18,、了解锌粉干馏、氧化反应在结构测定中的意义。,19,、熟悉甲基化反应、乙酰化反应在蒽醌结构测定中的意义。,20,、熟悉常用甲基化试剂、乙酰化试剂的种类及作用特点。,21,、掌握蒽醌紫外吸收的特点及各吸收峰的归宿。,22,、掌握蒽醌紫外各吸收峰（峰,）在结构测定中的作用（与结构的关系）。,23,、掌握羟基蒽醌在红外区域的主要特征吸收（羰基、苯环、羟基）。,24,、掌握羟基蒽醌中,-,羟基对羰基吸收峰的影响规律及不同羟基（、,、醇羟基）吸收峰特征。,25,、掌握蒽醌母核芳环质子（、,质子）化学位移的大致范围。,26,、掌握蒽醌主要取代基团（羟基、甲氧基、甲基、羧基、羟甲基）的核磁共振信息特征（化学位移、峰形状、偶合常数、峰面积），并熟悉其对芳环质子的影响规律。,27,、掌握蒽醌母核各碳原子碳谱的化学位移范围（对称结构,-1,、,2,、,8a,、,9a,）,.,28,、熟悉引入取代基团对母核各碳原子化学位移的影响规律。,29,、掌握游离蒽醌的质谱裂解规律及质谱特征。,30,、熟悉苯醌、萘醌的波谱（紫外、红外、核磁、质谱）特征。,31,、熟悉常用中药（紫草、丹参、大黄等）主要化学成分的结构、类型及重要活性。,32,、熟悉大黄蒽醌类化学成分的提取、分离工艺流程的原理和方法。,