课件：醌类化合物.ppt

第四章 醌类化合物,（Quinonoids）,2019/4/17,1,2019/4/17,2,一 概 述,醌类化合物是一类在自然界分布广泛的化合物，它包括醌类及容易转变为具有醌类性质的化合物。 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。 醌类化合物具有多方面的生理活性，如致泻、抗菌、利尿和止血等，还有一些醌类化合物具有抗癌、抗病毒、解痉平喘等作用，是一类很有前途的天然药物。,2019/4/17,3,第一节 醌类化合物的结构类型 定义 醌类化合物是指分子内具有不饱和环二酮结构（醌式结构）或容易转变成这样结构的天然有机化合物。,2019/4/17,4,天然醌类主要有四种类型 1 苯醌 benzo quinones 2 萘醌 naphtho quinones 3 菲醌 phenanthra quinones 4 蒽醌 anthra quinones 其中蒽醌及其衍生物的类型较多。,2019/4/17,5,一、苯醌类（benzoquinones) 分为邻苯醌和对苯醌两大类，邻苯醌不稳定，天然存在的多为对苯醌。,对苯醌,邻苯醌,（ para-）,（ ortho-）,较简单的对苯醌多为黄色或橙黄色结晶，能随水蒸气蒸馏，常有令人不适的臭味，对皮肤和粘膜有刺激性，易被还原成相应的对苯二酚。,2019/4/17,6,苯醌母核上常见的取代基有-OH、 -OCH3、-CH3 或其它烃基侧链。,2, 6-二甲氧基对苯醌,密花醌 rapanone （酸金牛醌）,凤眼草的果实,白花酸藤果,2019/4/17,7,苯醌类 (benzoquinones),橙红色结晶 驱除肠寄生虫作用,治疗心脏病、高血压及癌症,2019/4/17,8,二、萘醌类（naphthoquinones) 分为-(1,4)、-(1,2)及amphi-(2,6)三种类型。自然界中绝大多数为-萘醌类。,-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。,2019/4/17,9,胡桃醌(juglone)存在于核桃未成熟的果皮（青皮）中，有抗癌、抗菌和中枢神经镇静的活性，共存的其几种还原衍生物，都有抗菌的生物活性。蓝雪醌（plumbagin）主要分布于白花丹属植物中如蓝雪花，具有抗菌、止咳、祛痰作用。,萘醌,胡桃醌,2019/4/17,10,止血、抗炎、抗菌、抗癌及抗病毒等作用,萘醌,异紫草素,性味：性寒，味甘、咸。 归经：归心、肝经。 功效分类： 止血药；凉血药；清热解毒药 功能主治： 凉血，凉血，解毒透疹。 用于血热毒盛、斑疹紫黑、麻疹不透、疮疡、湿疹、水火烫伤。清热凉血，用于麻疹，热病癍疹，湿疹，尿血，血淋，血痢，疮疡，丹毒，烧伤，热结便秘。,2019/4/17,11,也有不含羟基的萘 醌衍生物，维生素K类即是一例。Vitamin K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。 在研究维生素K1和K2及其衍生物的化学构造与凝血作用的关系时，发现2-甲基-1，4-萘醌具有更强的凝血能力，称之为维生素K3，可由合成方法制得。,萘醌,维生素K1,2019/4/17,12,三、菲醌类 天然菲醌衍生物包括邻菲醌和对菲醌两种类型。,邻菲醌,邻菲醌,对菲醌,2019/4/17,13,菲醌,丹参醌IIA R1=CH3 R2=H 丹参醌IIB R1=CH2OH R2=H 羟基丹参醌IIA R1=CH3 R2=OH 丹参酸甲酯 R1=COOCH3 R2=H,丹参新醌甲 R=CH(CH3)CH2OH 丹参新醌乙 R=CH(CH3)2 丹参新醌丙 R=CH3,唇形科植物丹参中的醌类化合物多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。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。,2019/4/17,14,四、蒽醌类 包括蒽醌衍生物及其不同程度的还原产物。如氧化蒽酚、蒽酚、蒽酮、二蒽酮。,2019/4/17,15,根据羟基在蒽醌母核上的位置不同，可将蒽醌衍生物分为两大类： 1.大黄素型： 羟基分布于两侧苯环上，多呈黄色。许多重要的中药如大黄中1,8-二羟基蒽醌衍生物均属于这一类型。以下五种大黄素型羟基蒽醌在中药中分布比较广泛。,2019/4/17,16,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：,O,O,O,R,1,O,R,2,CH3,O,O,O,O,H,OCH,3,Glu,CH3,Glu,大黄酚葡萄糖苷 glu H,大黄酚-1-O- H glu,-D-葡萄糖苷,R1 R2,大黄素甲醚-8-O-D-龙胆双糖,蒽醌苷,2019/4/17,17,蒽醌衍生物,2茜草素型：羟基分布于一侧苯环上，颜色较深，多呈橙黄色至橙红色。茜草的根能止血、活血，主治咳嗽、痰中带痰以及风湿性关节炎。,2019/4/17,18,（二）蒽酚（或蒽酮）衍生物 蒽醌在酸性条件下被还原，生成蒽酚及其互变异构体蒽酮。,2019/4/17,19,（1）蒽酚及蒽酮类一般只存在于新鲜植物中，存放期间易被氧化，生成蒽醌类。 （2）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。 （3）羟基蒽酚抑菌作用较强，对真菌有较强的杀灭作用，可治疗疥癣之类皮肤病。,2019/4/17,20,蒽酚衍生物,2019/4/17,21,（三）二蒽酮类衍生物 二蒽酮类成分可以看成是两分子蒽酮相互结合的产物。又分为中位连接(C10-C10)和位(C1-C1或C4-C4)相连。,番泻苷A,这类物质多为黄色结晶，多以苷的形式存在,2019/4/17,22,番泻叶中含蒽衍生物约1.5，主要成分为番泻苷AD，以及大黄酸葡萄糖苷和大黄酚等。其苷元是由二分子大黄酸蒽酮通过C10C10相互结合而成。,二、结构类型 -二蒽酮,2019/4/17,23,番泻苷C和番泻苷D也是一对同分异构体，均由一分子大黄酸和一分子芦荟大黄素的蒽酮衍生物通过C10C10键结合而成，二者的苷和苷元均有旋光性。,二、结构类型 -二蒽酮,2019/4/17,24,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。,2019/4/17,25,二蒽酮类化合物的C10-C10键与通常的C-C键不同，易于断裂，生成稳定的蒽酮类化合物。,肠内,大黄酸蒽酮,10,10,2019/4/17,26,大黄,大黄在糖尿病肾病治疗的研究,蒽醌类化合物,鞣质,大黄酸在减少蛋白尿、减轻肾组织损伤、延缓糖尿病肾病进展等方面具有一定的作用。同时大黄酸在改善糖代谢异常，抑制葡萄糖转运蛋白1（GLUT1）的过度表达，逆转高糖高脂饮食所致大鼠的胰岛素抵抗状态具有良好作用。 大黄素对高糖引起的肾小球系膜细胞p38丝裂原活化蛋白激酶（ p38MAPK）活性增加均有明显的对抗作用，可以降低肥胖小鼠的血糖和血清胰岛素含量，可能是一种潜在的11-羟类固醇脱氢酶（11-HSD1）抑制剂。 原花青素的低聚物等鞣质能有效降低血清肌酐（Cr）水平，具有抑制血管紧张素转换酶作用，可使肾小球滤过率、肾血浆流量以及肾血流量均有明显增加。,2019/4/17,27,苯骈二蒽酮衍生物,金丝桃素,广泛存在金丝桃属植物中，具有抑制中枢神经系统及抗病毒的作用。,2019/4/17,28,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。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，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。,2019/4/17,29,特殊结构 -蒽酚和蒽酮衍生物,芦荟苷（barbaloin）,2019/4/17,30,第二节 醌类化合物的理化性质,2019/4/17,31,性状：天然醌类衍生物苯醌、萘醌、菲醌类成分主要以游离醌状态存在，多为有色结晶，少数苯醌为黄色油状结构。苯醌、萘醌等游离醌类可以得到完好结晶 蒽醌苷（极性大）-不易得到完好结晶 颜色: 与助色基的多少有关，助色团越多，颜色加深，呈黄、橙、棕红色。（助色团Ar-OH）,一 物理性质,2019/4/17,32,二 升华性,游离醌类多有升华性，可得到最纯的结晶。,应用：用于提取、精制,小分子的苯醌、萘醌挥发性，能随水蒸气蒸馏。,2019/4/17,33,三 溶解性 苷元：通常可（易）溶于甲醇、乙醇、苯、乙醚、氯仿，在碱性有机溶剂中溶解度也较大，可溶于丙酮，不溶或难溶于水。 蒽醌苷：极性较大，易溶于甲醇及乙醇，也能溶解于水，在热水中更易溶解，但在冷水中溶解度较小，几乎不溶于乙醚、苯、氯仿等溶剂。 蒽醌的碳苷：在水中的溶解度很小，难溶于亲脂性有机溶剂而易溶于吡啶中。,2019/4/17,34,二、化学性质 （一） 酸性 蒽醌类化合物多带有Ar-OH，一般在2个以上、因此具有酚类化合物的通性，呈弱酸性反应。特点碱溶酸沉 醌类化合物因分子中酚羟基的数目及位置不同，酸性强弱有一定差别。 1、有COOH 无-COOH，可溶于NaHCO3中。,2019/4/17,35,2、-羟基 -羟基 -羟基蒽醌的酸性较一般酚类要强，能溶于Na2CO3溶液中，尤其是热溶液中。,三、醌类化合物的理化性质,2019/4/17,36,3 羟基数目增多，酸性也增强。羟基蒽醌的酸性随羟基数目的增加而增加，无论是- 位或-位有羟基，其酸性都有一定程度的递增 。,三、醌类化合物的理化性质,2019/4/17,37,应用： 可用于提取分离（PH梯度萃取法）。,以游离蒽醌类衍生物为例，酸性强弱 将按下列顺序排列：,5%NaHCO3 5%Na2CO3 1%NaOH 5%NaOH,2019/4/17,38,（二）颜色反应,菲格尔（Feigl）反应各种醌类（+）,醌类衍生物在碱性下加热能迅速与醛类及邻二硝基苯反应紫色化合物。,2019/4/17,39,2. 无色亚甲蓝显色试验,苯醌、萘醌区别于蒽醌,TLC、PPC,2019/4/17,40,3. 碱液呈色反应（Borntragers反应）,羟基蒽醌遇碱液显红或紫红色,反应机理如下：,-羟基蒽醌 红色,显色反应与形成共轭体系的Ar-OH和羰基有关，在碱液中Ar-OH中氧受羰基吸电子影响，通过共轭效应，转移至羰基氧原子上，形成新的共轭体系，发生颜色变化。,2019/4/17,41,这是羟基蒽醌及具有游离酚羟基蒽醌苷类一个很重要的鉴别反应。,2019/4/17,42,4. 与活性次甲基试剂的反应,专属性：苯醌及无2,3位取代的萘醌（+）,蒽醌（-）,2019/4/17,43,5.与金属离子的反应,具有-OH或邻二酚OH的蒽醌,醋酸镁反应,特点：有颜色（生成橙红、紫红、 或蓝紫色络合物），灵敏。,应用：鉴别，及TLC，P.C 显色剂,2019/4/17,44,与Pb+络合,一定pH条件下能 ，用于精制。,与醋酸镁形成的络合物,2019/4/17,45,有机溶剂,1.有机溶剂提取法,2.碱提取酸沉淀法 用于提取含酸性基团（Ar-OH、-COOH)的化合物。,提取液,浓缩,结晶,氯仿等溶剂,浓缩液,第三节 醌类化合物的提取分离 一、游离醌类的提取方法,2019/4/17,46,3.水蒸气蒸馏法 适用于小分子的苯醌及萘醌类化合物。 4.超临界流体萃取法和超声波提取法,2019/4/17,47,1NaOH,二、游离羟基蒽醌的分离,2019/4/17,48,色谱法 游离羟基蒽醌衍生物常用硅胶、聚酰胺等分离材料柱层析的方法进行分离。 一般不用氧化铝，因为酸性的羟基蒽醌易与碱性氧化铝产生化学吸附而难以洗脱。,2019/4/17,49,大黄酸提取分离,2019/4/17,50,三、蒽醌苷类与蒽醌衍生物 苷元的分离,利用其极性的差别，苷元溶于极性较小的有机溶剂，而苷不溶，进行分离。 注意：蒽醌类化合物在植物体内多通过酚羟基或羧基与钠、钾、镁等成盐存在，所以提取前应先加酸酸化使其游离。,2019/4/17,51,四、蒽醌苷类的分离 较苷元的分离困难，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。,2019/4/17,52,蒽苷的分离,聚酰胺：,反相硅胶柱层析：,葡聚糖凝胶：,氢键吸附:,（分离具酚-OH）,Ar-OH少，先洗下来,MW大小MW大,先洗下来,Rp-8等,2019/4/17,53,蒽醌苷的分离： 应用聚酰胺色谱法及葡聚糖凝胶柱色谱法对蒽醌苷的分离均能取得良好的效果。如,醌类化合物的提取和分离,2019/4/17,54,第四节 醌类化合物的结构测定,结构测定步骤：,1化学鉴别反应：确定comp.的类型,2纯度检查： TLC HPLC（氨熏、碘熏）,3MW测定：MS，（元素分析）,2019/4/17,55,4光谱分析：,UV、IR、MS、1H-NMR、13C-NMR,2019/4/17,56,一、紫外光谱（UV） 概述：UV是用不同波长（200-700nm）的紫外及可见光为光源，一次照射一定浓度的试样溶液，化合物分子因吸收紫外及可见光而产生电子跃迁，在不同波长下测量物质的吸收度，按吸收强度（A）和吸收波长（）作图所得的吸收光谱。,复习UV,2019/4/17,57,结构鉴定 波谱学方法,1.紫外光谱（UV） （一）苯醌类的紫外吸收特征,苯醌主要吸收峰有三个,400 nm,285 nm,240 nm,强峰,中强峰,弱峰,2019/4/17,58,（二）萘醌的紫外光谱特征,2019/4/17,59,萘醌类的紫外吸收特征,引入助色团（如-OH，-OMe）使相应吸收峰红移 醌环上引入助色团影响257nm红移 （不影响苯环引起的吸收） 苯环上引入-OH影响335nm红移到427nm,2019/4/17,60,（三）蒽醌类的紫外光谱特征,2019/4/17,61,羟基蒽醌的主要吸收峰： 峰：230nm左右 峰：240260nm（由苯样结构引起） 峰：262295nm（由醌样结构引起） 峰：305389nm（由苯样结构引起） 峰：400nm（由醌样结构中的羰基引起） 不同位置、数目的羟基取代将引起相应吸收峰不同程度的红移。,2019/4/17,62,各吸收谱带与结构的关系,1峰230nm左右与-OH数目有关,-OH数目 max (nm),1 222.5,2 225,3 2302.5,4 236,2峰 (262295nm),受酚羟基的影响,具有OH的峰发生红移， 吸收强度也增强。,峰的吸收强度,log值4.1 有酚羟基 log值 4.1 无酚羟基,2019/4/17,63,3峰（400nm）,受酚羟基的影响,酚羟基越多，峰红移值越大,2019/4/17,64,与结构的关系 峰1与结构中羟基数目有关，羟基越多，位置越偏长波方向。具体波长与羟基位置()无关，但强度主要取决于 羟基的数目。 峰3的峰位和强度主要受酚羟基的影响， 酚羟基能够通过蒽醌母核向羰基供电，使该峰红移，强度亦增强。一般蒽醌母核上具有酚羟基则峰3吸收强度均在4.1以上，若低于此值，表示无酚羟基。 峰5主要受羟基影响， 羟基数目越多，max红移就越多。,醌类化合物的光谱特征总结,2019/4/17,65,二、红外光谱 羟基蒽醌类化合物在红外区域有： VC=O 1675 1653 cm-1 V-OH 3600 3130 cm-1 V芳环 1600 1480 cm-1,如果9,10蒽醌母核上没有羟基取代时，羰基峰位为1675cm-1；如有-OH取代，与羰基缔合，使羰基的伸缩振动显著向低频位移。,2019/4/17,66,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,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，分以下几种情况加以说明： ,2019/4/17,67,1,8-二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-1,2019/4/17,68,1,4-二OH,1,5- 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，1645-1608cm-1.,2019/4/17,69,1,4,5-三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。,2019/4/17,70,1,4,5,8-四OH,两个羰基分别与两个a-OH缔合，出现单一的 低波数峰，在1592-1572 cm-1，与C=C骨架 振动频率重叠，难以分辨。,2019/4/17,71,羟基频率与结构的关系 羟基因与相邻的羰基缔合，吸收频率移至3150cm-1以下，多与不饱和CH伸缩振动频率相重叠 羟基振动频率较羟基高得多，在36003150cm-1之间，若只有一个，则大多在33003390 cm-1间有一个峰。若有多个，则3600 3150cm-1之间可能有两上或多个峰,2019/4/17,72,2019/4/17,73,三、1H-NMR谱 （一）醌环上的质子,2019/4/17,74,（二）芳环质子,有取代基时，峰的位置和峰数都会改变。,2019/4/17,75,四、13C-NMR 谱 （一）1,4-萘醌,2019/4/17,76,2019/4/1