第四章醌类化合物幻灯片.ppt

定义 指分子内具有不饱和环二酮 醌式结构 或容易转变为具有醌类性质的化合物 以及在生物合成方面与醌类有密切联系的化合物 分布 由于醌类具有不饱和酮结构 当其分子中连接助色团后 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 第四章醌类化合物 一 结构类型二 理化性质三 提取分离四 结构鉴定五 生物活性 第四章醌类化合物 一 苯醌类 二 萘醌类 三 菲醌类 四 蒽醌类1 蒽醌衍生物2 蒽酚衍生物3 二蒽酮类衍生物4 C 糖基衍生物 一 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 一 结构类型 对苯醌 p r 邻苯醌 ortho 天然苯醌类化合物多为黄色或橙黄色结晶体 一 结构类型 苯醌类化合物具有一定的生物活性中药凤眼草果实中得到的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 2 6 二甲氧基苯醌 信筒子醌 一 结构类型 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 3 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8 1 4 1 2 mphi 2 6 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 mphi 2 6 三种类型萘醌 一 结构类型 中药中的萘醌多带有羟基 多呈橙色至黄色 一些化合物具有较强的生理活性 胡桃醌 juglone 存在于核桃未成熟的果皮 青皮 中 有抗出血的活性 共存的其几种还原衍生物 都有抗菌的生物活性 如 氢化胡桃醌及其4 葡萄糖苷等 胡桃醌 一 结构类型 柿树的新鲜根中含有多种萘醌的衍生物包括蓝雪醌 plumb gin 7 甲基胡桃醌和一些萘醌的二聚物和四聚物 其中蓝雪醌有刺激性臭气 并能刺激皮肤发泡 为一种植物抗菌素 曾供临床静脉给药以治疗葡萄球菌感染所引起的疖和痤疮 一 结构类型 也有不含羟基的萘醌衍生物 维生素K类即是一例 例如维生素K1和K2 维生素K1和K2的主要作用是能促进血液的凝固 所以可用作止血剂 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 维生素K3是油溶性维生素 一 结构类型 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 一 结构类型 丹参中的醌类化合物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 由丹参酮II 制得的丹参酮II 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 一 结构类型 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 4 5 8 位 2 3 6 7 位 9 10 meso位 四 蒽醌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 一 结构类型 H O H O 蒽醌 氧化蒽酚 蒽酮 蒽酚 一 结构类型 根据羟基在蒽醌母核上的位置不同 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 大黄素 一 蒽醌衍生物 一 结构类型 2 茜草素型 liz rin 羟基分布于一侧苯环上 多呈橙色 橙红色 茜草素 一 结构类型 二 蒽酚 或蒽酮 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 Sn Hcl 还原 蒽酚 蒽酮 一 结构类型 1 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 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 可治疗疥癣之类皮肤病 一 结构类型 三 二蒽酮类衍生物由两分子蒽酮脱去一分子氢后而成 根据连接部位不同 又可分为中位连接二蒽酮及 位连接二蒽酮 1 中位 meso 连接 如有泻下作用的中药番泻叶中的番泻苷 Sennoside 一 结构类型 NOTE 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 水解 O 大黄酸 一 结构类型 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 一 结构类型 四 C 糖基衍生物是蒽醌的碳苷 即糖作为侧链通过C C键直接与蒽环相连 例如芦荟致泻的主要有效成分芦荟苷 barbaloin 即属此类化合物 芦荟苷 一 结构类型 金丝桃属某些植物如贯叶连翘 小连翘中含有的金丝桃素 hypericin 假金丝桃素 pseudohypericin 均为萘骈二蒽酮衍生物 一 结构类型 二 理化性质 一 物理性质1 性状2 升华性 挥发性3 溶解度 二 化学性质1 酸性2 颜色反应 1 性状颜色 无 r OH近乎于无色助色团越多 颜色越深如 黄 红 橙 紫红等多为有色晶体存在状态 苯醌 萘醌 多以游离状态存在 蒽醌类 则往往结合成苷而存在于植物中 一 物理性质 二 理化性质 3 溶解度H2OMeOHEtOHEt2OCHCl3游离醌 成苷 热 2 升华性 挥发性小分子的苯醌 萘醌类具有挥发性 能随水蒸气蒸馏 可据此进行提取 精制工作 游离的醌类多具有升华性 蒽衍生物在常压下加热即能升华 二 理化性质 溶于5 N HCO3 1 酸性Ar OH的存在 显酸性 用于碱提酸沉分子中Ar OH的数目 位置不同则酸性强弱有差异 二 化学性质 二 理化性质 溶于5 N 2CO3 溶于5 N OH 二 理化性质 含 COOH或两个以上 酚羟基含一个 酚羟基含两个以上 酚羟基含一个 酚羟基因此对蒽醌类成分的提取分离 常用梯度pH萃取法 用不同碱液提取 溶于5 N HCO3 溶于5 N 2CO3 溶于1 N OH 溶于5 N OH 二 理化性质 醌类 醛及邻二硝基苯 OH 紫色化合物 2 颜色反应 1 Feigl反应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 二 理化性质 2 无色亚甲蓝显色试验苯醌 萘醌 区别于蒽醌 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 二 理化性质 3 碱性条件下的显色反应羟基醌类在碱性溶液中发生颜色改变 会使颜色加深 多呈橙 红 紫红色及蓝色 羟基蒽醌类化合物遇碱显红 紫红色的反应 反应机理如下 博恩特雷格反应 二 理化性质 3 碱性条件下的显色反应 二 理化性质 4 与活性次甲基试剂反应 Kesting Cr ven法 苯醌 萘醌 区别于蒽醌 二 理化性质 5 与金属离子反应 二 理化性质 5 与金属离子反应 二 理化性质 C9或C10位为取代的羟基蒽酮类化合物 尤其是1 8 二羟基衍生物 其酮基对位的亚甲基上的氢很活泼 可与0 1 对亚硝基二甲苯胺的吡啶溶液反应 缩和而产生各种颜色 缩合物的颜色可以是紫色 绿色 蓝色及灰色等 6 对亚硝基二甲苯胺反应 二 理化性质 第三节醌类化合物的提取分离 醌类化合物由于结构及性质具很大差异 于植物体内的存在状态也不同 故提取分离方法多样 一 醌类化合物的提取 一 醇提取法 苷与亚 苷元 二 有机溶剂提取法 苷元 三 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 四 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 五 其他方法 第三节醌类化合物的提取分离 二 醌类化合物的分离 一 游离蒽醌的分离1 pH梯度萃取法由于蒽醌羟基位置 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 第三节醌类化合物的提取分离 5 NaHCO3液 含 COOH及两个以上 酚OH5 Na2CO3液 含一个 酚OH蒽醌类1 NaOH液 含两个 酚OH蒽醌类5 NaOH液 含一个 酚OH蒽醌类 第三节醌类化合物的提取分离 2 色谱法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 故初分后再结合色谱法进一步分离 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 第三节醌类化合物的提取分离 二 蒽醌苷类与蒽醌衍生物苷元的分离 利用极性差异 如苷元溶于氯仿 苷不溶于氯仿 羟基及含羧基蒽醌在植物体内常以盐的形式存在 提取时应先酸化成游离状态 再提取 第三节醌类化合物的提取分离 三 蒽醌苷类的分离 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 层析法 第三节醌类化合物的提取分离 层析法 第四节醌类化合物的结构测定 蒽醌类化合物的结构研究 一般是在进行Borntrager反应 醋酸镁反应初步确定为蒽醌化合物后 再依据光谱分析 同时辅以衍生物制备等经典化学方法作出判断 一 波谱分析 一 UV 1 苯醌和萘醌 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245nm251nm335nm由苯样结构引起 第四节醌类化合物的结构测定 蒽醌 苯甲酰基结构 苯样结构 252nm322nm 醌样结构272nm405nm 第四节醌类化合物的结构测定 对于蒽醌类母核上多具羟基取代 对于羟基蒽醌类主要有五个吸收峰 230nm左右 与 OH有关 对推断母核上酚羟基的数目很有意义 一般来说 酚 OH越多 吸收峰红移越多 吸收峰波长越长 240nm 260nm 由苯酰基结构引起 第四节醌类化合物的结构测定 262nm 295nm 由醌样结构引起与 酚OH有关 主要标志是吸收强度的增加 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 lg 4 1lg 4 1 具有b 酚OH羟基 不具有b 酚OH羟基 第四节醌类化合物的结构测定 305nm 389nm由苯酰基结构引起与苯环上供电基取代有关 位 CH3 OCH3 OH取代 峰位红移 强度降低 位 CH3 OCH3 OH取代 强度增加 第四节醌类化合物的结构测定 400nm 由醌样结构中的羰基引起与 酚OH有关因为 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 酚OH越多 最大位移值红移越多 第四节结构测定 二 IR 具 酚OH羟基蒽醌中羰基的吸收频率 无 酚OH的 1678 1653cm 1 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 1 分子中由一个 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 第四节醌类化合物的结构测定 1 4 二OH 1 5 二OH 2 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 第四节醌类化合物的结构测定 1 8 二OH 3 有两个 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 第四节醌类化合物的结构测定 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 OH缔合 羰基的伸缩振动频率在1645 1608cm 1 第四节醌类化合物的结构测定 1 4 5 8 四OH 5 两个羰基分别与两个 OH缔合 出现单一的低波数峰 在1592 1572cm 1 与C C骨架振动频率重叠 难以分辨 第四节醌类化合物的结构测定 2 羟基蒽醌的羟基频率 1 OH与相邻的羰基缔合 其吸收频率移至3150cm 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 3150cm 1 仅一个 OH 3300 3390cm 1 两个以上 OH 3600 3150cm 1 第四节醌类化合物的结构测定 三 醌类化合物的核磁共振光谱 1H NMR 一 醌环上的质子 第四节醌类化合物的结构测定 一 醌环上的质子 第四节醌类化合物的结构测定 二 芳环质子 当有取代基时 峰的数目及峰位都将改变 第四节醌类化合物的结构测定 三 取代基质子1 甲氧基 3 8 4 2S峰2 芳香甲基 2 1 2 5S峰3 羟甲基 CH2OH 4 7 4 7S峰4 乙氧甲基 CH2 O CH2 CH3 5 酚羟基 第四节醌类化合物的结构测定 四 醌类化合物的质谱 MS 主要特征如下 1 分子离子峰通常为基峰 2 失去1 2分子CO 3 特征碎片峰 m z P 苯醌 82 80 54 521 4 萘醌 104 76 509 10 蒽醌 180 152 90 76 第四节醌类化合物的结构测定 m z208m z180m z152 第四节醌类化合物的结构测定 五 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 第四节醌类化合物的结构测定 OH类型不同 化学环境不同 其甲基化反