中药化学第五章第三、四节.ppt

第三节香豆素 coumarin 一 定义及结构类型 一 定义 为一类具有邻羟基桂皮酸内酯 5 6 苯骈 吡喃酮 基本结构的天然有机化合物 因具有芳香甜味 又名 香豆精 香豆素为一类研究较早 较系统 较重要的天然有机化学成分 香豆素具有多方面的生物活性 光敏 补骨脂内酯白癜风 抗菌 七叶内酯痢疾 抗病毒 奥斯脑抗乙肝病毒 d CalanolideAHIV 1逆转录酶抑制剂 解痉利胆 亮菌甲素 宾蒿内酯 抗凝血 海棠内酯 杀阴道滴虫 蛇床子素 二 结构类型 1 简单香豆素类 母核 伞形花内酯 当归内酯 七叶内酯 此类多有7 位含氧取代 7 OH香豆素几乎是所有香豆素的母体 常见的取代基为羟基大都连在苯核上 吡喃酮环上几乎无取代 带异物烯基的简单香豆素可与邻位酚羟基形成呋喃或吡喃环 2 呋喃香豆素 furanocoumarins 1 6 7 呋喃香豆素 线型 补骨脂内酯 花椒毒内酯 佛手内酯 2 7 8 呋喃香豆素 角型 茴芹内酯 虎耳草素 白芷内酯 异佛手内酯 3 吡喃香豆素类 pyranocoumrins 1 6 7 吡喃骈香豆素 线型 花椒内酯美花椒内酯鲁望桔内酯 2 7 8 吡喃骈香豆素 角型 邪蒿内酯 白花前胡丙素 白花前胡苷 4 其它香豆素类 此类主要为前三类结构不包括的香豆素 其结构特点为C3 C4上有苯基 羟基 异戊烯基 简单香豆素多聚体 异香豆素等 亮菌甲素 calanolideA 茵陈内酯 双七叶内酯 螃蜞菊内酯 5 取代基及命名 1 取代基 常见的取代基为羟基 甲氧基 异戊烯基 及其含氧衍生物 糖基和苯基等 2 系统命名 6 7 二羟基香豆素 3 乙酰基 5 羟甲基 7 羟基 香豆素 5 6 二甲氧基香豆素 二 理化性质 一 物理性质 1 性状游离的香豆素一般多为完好的无色或浅黄色结晶 具芳香甜味 苷无香味 2 升华和挥发性小分子的香豆素可随水蒸气蒸馏 并能升华 香豆素苷元无挥发性 不能升华 3 溶解性 游离香豆素易溶于MeOH EtOH CHCl3 Et2O 苯 石油醚 难溶于冷水 能溶于沸水 香豆素苷溶于水 MeOH EtOH 难溶于苯 乙醚等亲脂性有机溶剂 4 荧光羟基香豆素多具蓝色荧光 在碱性条件下荧光加强 7 OH香豆素为天蓝色荧光 遇碱变为绿色荧光 二 化学性质 1 内酯的碱水解 少数香豆素碱水的开环酸化环合内酯反应不易进行 如8位有羰基 环氧或双键取代者 2 与酸反应 1 环合反应 异戊烯基与相邻酚羟基成环 8 甲氧基 6 7 吡喃香豆素 2 烯醇醚键的开裂 东莨菪内酯 3 双键加水反应 黄曲霉素B1 高毒 黄曲霉素B2a 低毒 3 显色反应 1 异羟肟酸铁反应 香豆素不饱和内酯环可与盐酸羟氨及三氯化铁发生异羟肟酸铁反应 异羟肟酸生成Fe OH 2紫红 黄绿 2 酚羟基反应 3 Gibb s反应和Emerson反应 Gibb s反应 Emerson反应 4 氨基安替比林铁氰化钾红色 香豆素多有酚羟基 因此可用Gibb s反应和Emerson反应鉴别香豆素酚羟基对位及香豆素6位是否有取代 4 双键的加成 香豆素结构中多有双键 因此可在一定反应条件下发生氢或溴加成反应 其双键加成反应活性的大小顺序为 侧链双键 呋喃或吡喃双键 3 4 双键 例如 furopinnarin四氢化物 枸杞内酯四氢产物六氢产物 5 氧化反应 1 KMnO4氧化 KMnO4是较强的氧化剂 氧化香豆素时 吡喃酮破裂 有降解产物 规律为 2 CrO3氧化 铬酸 特点是化力弱于KMnO4 仅苯环不饱和侧链成酸或使苯环成醌 母核的碳架不动 3 O3氧化 氧化作用由易到难顺序为 侧链的双键 呋喃或吡喃环上的双键 吡喃酮环上的双如 佛手内酯二元醇 三 提取和分离 1 蒸馏法 小分子游离香豆素 例 一 提取 4 H2O2氧化 C2 及C3 未取代香豆素 用H2O2在碱性条件下可氧化破裂成2 3 呋喃二羧酸 2 溶剂提取法 1法 2法 3 碱溶酸沉法 酸碱敏感结构 C8有 O取代 CO CH3 不易环合内酯 酯键取代 碱易水解 C5 OH环合时可能异构化 芳香烯丙醚类邻 烯丙基苯酚 三 提取实例 实例 牛尾独活呋喃香豆素的分离 四 香豆素类的检识 一 理化检识 荧光 2 显色反应 异羟肟酸铁反应 内酯环 三氯化铁反应 酚羟基 酚羟基对位及C6位对位是否有取代 秦皮中秦皮素及其苷的提取分离 二 色谱检识 硅胶TLC 游离香豆素 环己烷 石油醚 乙酸乙 5 1 1 1 氯仿 丙酮 9 1 5 1 等必要时混一定比例的甲酸或醋酸 香豆素苷 不同比例的氯仿 甲醇 水 下层 PC 硼酸PC EtOAc 2NNH4OH 1 1 EtOAc H20 EtOAc 2NHCl 1 1 显色方法 先紫外光 365nm 下观察 再喷异羟肟酸铁 三氯化铁 Gibb s等试剂显色 五 香豆素类的结构研究 1 IR 香豆素结构上有不饱和内酯结构及苯环 因此 不饱和内酯 O 1750 1700cm 1 强吸收 多为最强峰 较强吸收峰 苯环 1660 1600cm 11600 1500cm 1 1 3个较强吸收峰 苯环的骨架振动吸收 而异香豆素在此区域的吸收峰简单 两者可区别开 呋喃香豆素 3025 3175cm 1 2 3个弱或中等的吸收峰 C H 2 UV 香豆素母核 274nm log 4 03 高苯环311nm log 3 72 低 吡喃酮环 烷基取代对此二峰位移影响不大 含氧取代则引起此二峰红移 如 7 位含氧取代 7 羟基 7 甲氧基 7 D glc 217nm315 325nm240nm255nm 加碱显著红移 吸收度增强 7 OH取代 加NaOAc红移50nm 强吸收峰 弱吸收峰 NMR 1 1H NMR 未取代香豆素的 值位移 H 3 H 4的 及J 烯 H J 7 9Hz AB型 C4 C3与 O共轭 氧电负性强 电子云向氧移动 C3电子云密度增高 H 3处高场 C4电子云密度下降 H 4处低场 此dd峰是天然香豆素的特征性很强的一组峰 天然香豆素 芳环上H 5及H 7处较低场 H 6及H 8处较高场 7 氧取代香豆素 7 38 1H d JCa 9Hz H 6邻偶 J偶6 0 9 0 H 8对偶 J对太小0 1 0 不裂分 H6 H8因受C7 O 及1位O的供电 位移高场 H6受H5邻偶及6 87H8间偶 1 0 3 0 应出dd峰 H8受H6间偶出d峰 但有时混为m峰 6 3 1H d J 9 5Hz J值最大为特征 7 64 1H d J 9 5Hz H5 H6 H8峰夹于其间 H 5 二氧取代香豆素 5 7 二氧代7 8 二氧代 6 1 7 8 多将余下芳 H夹于其间为其特点 5 7 二氧代 间偶 dJCa 2HzdJCa 2Hz 7 8 二氧代 6 7 7 3 1H d J8 10Hz 低场Ca 8 1H d J8 10Hz 高场Ca 8 三氧取代香豆素 5 6 7 或5 7 8 三氧代 6 1 7 8 多将余下芳 H夹于其间为其特点 5 6 7 或5 7 8 三氧代 尖峰 值相似 难区分 但高分辨谱中H8受H4远程偶合有微小裂分或峰变宽 JCa 0 6 1 0Hz 属5J折线远程偶合 J0 4 2 0Hz 5J折线远程偶合 J0 4 2 0Hz 呋喃香豆素 线型 H 5 7 2SH 8 6 7SH 2 7 34 7 80 dJ 2 5Hz AB型J可与H 3H 4区别 H 3 6 7 dJ 2 5Hz 因五元芳杂环J小于六元芳杂环 呋喃J邻为1 8 3 4 7 氧代 6 烷代 经烯氢化学位移计算H2 6 32 应比H3 5 58 位移低 有时H 3 可与H 8或远程折线偶合使峰形变宽 角型 7 氧代 8 烷代 H 5 7 3 dJ 9Hz H 6 6 8 dJ 9Hz H 2 7 3 7 8 dJ 2 5Hz H 3 7 0 dJ 2 5Hz 有时H 3 可与H 6或远程折线偶合使峰形变宽 实例部分香豆素类化合物的1H NMR 部分香豆素类化合物的1H NMR数据 IV紫花前胡苷元 2 13C NMR 香豆素类成分母核骨架9个碳原子多在100 160出峰 其碳原子连OR后 直接连的C 30 邻C 13 对C 8左右 160左右 C 3 烯碳 共轭羰基吸电影响 位移较C4高 C 4 烯碳 共轭羰基吸电影响 位移较C3低 C 9 季碳 直接连OR 位移较C10低 C 10 季碳 未连OR 位移较C9低 110 0 113 0 143 0 145 0 149 0 154 0 110 0 113 0 实例部分香豆素类化合物的13C NMR IV紫花前胡苷元 4 MS EI MS 1 无取代香豆素与蒽醌相似 易出现连续脱CO峰 28 基峰为脱1个CO苯骈呋喃离子 分子离子峰为强峰 2 含氧取代香豆素 OH OCH3 与无取代香豆素相似 也是连续脱CO峰 分子离子峰可以是基峰也可以是强峰 如7 羟基香豆素 M 162 80 134 100 106 11 105 25 78 32 出现连续失3个CO峰 此外 含氧香豆素还会出现脱羟基 16 甲氧基 31 甲基 15 及H2O 18 的峰 3 异戊烯取代香豆素 与香豆素不同 M 28 CO 峰很低 而且 a M 强成为基峰 b 异戊烯易失CH3 15 而形成高度共轭的M 15峰 c 易形成苯环与异戊烯基 开裂并重排成苯鎓离子峰 M C4H7 d 若同时 OCH3取代 可有失 OCH3 M 31 峰 如欧芹酚7 甲醚 4 呋喃香豆素 与香豆素相似 也是失CO峰 形成苯倂呋喃离子很强 有 OCH3 则易失CH3 但M 可以是基峰 也可能不是基峰 如花椒毒内酯 5 吡喃香豆素 具二甲基色烯环 dimethylchromene 结构 因此 易失 CH3形成稳定的苯骈噁英鎓离子 lenyopyryliumion 成基峰为特点 如邪蒿内酯 228 15 噁英鎓盐213 100 185 19 5 结构鉴定实例 祖师麻 Daphnegiraldiinitsche的茎皮瑞香科 中Hydragetin的鉴定 原料乙醇提 硅胶CC 50 EtOH重结晶 得无色菱状结晶 mp158 158 5 碱水可溶 酸化析出沉淀 显黄绿色荧光 遇碱荧光加强 Gibb s反应阴性 FeCl3阳性 元素分析C10H8O4 UV MeOHmaxnm 241 3569 257 4068 323 14489 IR KBrmaxcm 1 3315 1685 1724 1595 1500 835 NMR DMSO TMS内标 3 9 3H S 6 2 1H d J 9 0Hz 7 8 1H d J 9 0Hz 该两组峰成AB系统四重峰 6 95 1H d J 8Hz 7 35 1H d J 8Hz 也成AB系统四重峰 8 95 1H S MSm e 192 M 177 164 149 121 93 65 解析 不饱和度 2 2n4 n3 n1 2 2 2 10 8 2 7 双键 脂环 为1三键 为2苯环 为4 可能有1个苯环 3个双键或2个双键1个脂环 母核类型的判断 碱开环溶于水 酸化环合析出 内酯 UV 241 257 323 不饱和酮取代香豆素 IR 1724 O MS 说明可能是香豆素 取代基的种类及数量 C10H8O4 C9H6O2 香豆素母核 CH2O2可排成1个 OCH3 1个 OH 说明有ph OH NMR 3 9 3H S 说明有 OCH3 至此 取代基的位置确定 IR 835cm 1说明苯环有邻二芳 H 说明C3 C4无取代 因此 OH OCH3应处于苯环上 可以是邻位或对位相处 将此结晶做甲基化反应 与苯环上不同 OCH3取代的香豆素进行比对测定 测定结果表明甲基化产物与7 8 二甲氧香豆素混熔点不下降 说明此化合物应位A式或B式 或 Gibb s反应为阴性 说明 OH对位有取代 所以 应为 7 羟基 8 甲氧基香豆素 Hydragetin 第四节木脂素 Lignans 一 定义 木脂素是由苯丙素氧化聚合而成的一类二聚 多 三聚或四聚体 少 天然化合物 木脂体 例 去甲二氢愈创木脂酸 细辛脂素 组成木脂素的苯丙素类单体主要是 桂皮酸 肉桂酸 cinnamicacid 桂皮醇 肉桂醇 cinnamylalcohol 丙烯苯 propenylbenzene 丙烯基酚 propenylphenol 烯丙苯 allylbenzene 烯丙基酚 allylphenol 木脂素历史分类定义 1942年HaworthR D 将C6 C3单元侧链通过 碳聚合而成的化合物称为木脂素类 Lignans 后来发现不少非 碳聚合的苯丙素二聚体 GottliebO R 于1978称此类为新木脂素类 neolignans 但到了上世纪90年代 又有人将 氧化型苯丙素 桂皮酸及桂皮醇 生成的木脂素称为木脂素类 而由 非氧化型苯丙素生成的木脂素 丙烯苯及烯丙苯 称为新木脂素类 这样就造成了木脂素定义的混乱 然而无论是否是 聚合或 氧化的木脂素或新木脂素 其母核都具有C6 C3苯丙素的基本碳架 应为同一类化合物 故国内有关的专著及教科书将木脂素及新木脂素均分类定义为木脂素 我们也按此法定义木脂素 另外 黄酮 香豆素或萜类化合物中也有与一分子木脂素结合而成的产物 此类则称为杂木脂素 hybridlignan 二 结构分类 木脂素虽由二分子苯丙素 C6 C3 组成 但其聚合方式有 聚合和非 聚合的不同 不同的 氧化产物 羧基 羟基及醛基 可产生不同的脱水 缩合及环化反应产物 因此其结构类型很多 这里介绍常见的几种 1 简单木脂素 simplelignans 此类的碳架是由两分子苯丙素经过 碳原子 C8 C8 连接而成 也是其它一些类型木脂素的生源前体 此类又称为二芳基丁烷类 dibenzylbutanes 二氢愈创木脂酸 叶下珠脂素 单环氧木脂素 monoepoxylignans 此类结构特征是在简单木脂素基础上 还存在7 O 7 或9 O 9 或7 O 9 三种四氢呋喃结构 此类又称为四氢呋喃类 tetrahydrofurans 7 O 7 环合9 O 9 环合7 O 9 环合 例如 恩施脂素 毕澄茄脂素 l 落叶松脂素 愈创木酯酸 木脂内酯 lignanolides 此类结构特征是在简单木脂素基础上 9 9 位形成内酯环 羰基在C9位 此类还包括其单去氢或双去氢化合物 此类又称二芳基丁内酯类 dibenzyltyrolactones 例如 R H牛蒡子苷元R glc牛蒡子苷 台湾脂素B台湾脂素A 4 环木脂素 cyclolignans 此类特征为其碳架结构的C6与C7 环合成萘或二氢萘或二氢萘 并分成苯代萘 苯代二氢萘及苯代四氢萘 多 结构类型 此类又称芳基萘类 arylnaphthalenes 例如 异紫杉脂素 奥托肉豆蔻烯脂素 去氧鬼臼毒脂素葡萄糖酯苷 5 环木脂内酯 cyclolignolides 此类特征为环木脂素的C9 C9 间环合成的内酯环 按其内酯环上羰基的取向可分为上向和下向两种类型 此类又称芳基萘内酯类 arylnaphthalides 赛菊芋脂素 R Hl 鬼臼毒脂素R glcl 鬼臼毒脂素 O 葡萄糖苷 6 双环氧木脂素 bisepoxylignans 此类特征为2个苯丙素的三碳侧链环合成四氢呋喃环并骈合在一起 即有一个双骈四氢呋喃环结构 此类又称双四氢呋喃类 furofurans Ar为芳香基 上式可看出从C1 C2 C5及C6为4个C 手性异构体可有24 16 个 但天然双环氧木脂素的四氢呋喃环为顺式骈合 故其四氢呋喃环最多只能达到3个C 的手性异构体数目 连翘脂素R H连翘苷R glc 丁香脂素 l 细辛脂素 7 联苯环辛烯型木脂素 dibenzocyclooctenelignans 此类结构特征为2个苯环相联并与侧链环合成的八元环状结构 联苯环辛烯型 R H五味子醇R CH3五味子素 此类又很好的降转氨酶作用 8 联苯型木脂素 biphenylenelignans 此类特征为木脂素中两个苯环通过3 3 直接相连而成 其侧链为未氧化型 厚朴酚 和厚朴酚 9 其他类 不属以上类型的其它结构类型木脂素 呋胡椒脂酮 拉帕酚A 三聚体木脂素 R OCH3manassantinAR OCH2OmanassantinB 四聚体木脂素 水飞蓟素 杂木脂素 木脂素黄酮 急性 慢性肝炎和肝硬化 10 取代基 常见的取代基为 OH ph OH OCH3 COOH 内酯环 三 理化性质 1 性状多为白色晶体 一般不具挥发 少数能升华 二氢愈创木脂酸 2 溶解性游离木脂素难溶于水 易溶于EtOH Et2O 氯仿 苯等有机溶剂 具酚羟基的木脂素类可溶于碱性水液 具光学活性木脂素易异构化 其苷水溶性增加 3 光学活性与异构化作用分子中多具C 故多有光学活性 具光学活性的木脂素对酸碱敏感 常可因酸碱处理而异构化 例1 鬼臼毒脂素的1 苯代 2 3 四氢萘内酯结构上的C1 C2 C3及C4为C 其构型为1 H 2 H 顺式 及2 H 3 H 反式 此结构遇碱 NaOAc 发生内酯环开环重排 2 H转成2 H 并形成2 H 3 H顺式结构 失去抗癌活性 例2 d 芝麻脂素在盐酸乙醇条件下 C6 O7键开裂重排 部分6 H转成6 H生成d 细辛脂素 l 芝麻脂素在盐酸乙醇条件下 C6 O7键开裂重排 部分6 H转成6 H生成l 细辛脂素 因此在提取分离木脂素时 酸 碱处理必须慎重 以免引起结构异构和生物活性降低或消失 四 提取与分离 1 溶剂法 游离木脂素亲脂性较强 可利用其易溶于CHCl3 Et2O EtOH 而在石油醚和苯中溶解度比较小的特点进行提取 各部位TLC检查后进行纯化分离 木脂素苷 水溶性较大 可按苷类的提取通法提取 2 碱溶酸沉法 提取具有酚羟基或内酯环结构的游离木脂素 对酸碱敏感的木脂素不可用此法 3 色谱法 用上述方法得到的总木脂素一般需用色谱法分离才能拿到单体 木脂素亲脂性较强 多用吸附色谱法分离 吸附剂 硅胶中性氧化铝 移动相 石油醚 乙醚 石油醚 乙酸乙酯 苯 乙酸乙酯 氯仿 甲醇 甲酰胺为固定相PC及硅藻土色谱分离木脂素也有运用 近年来也有用超临界CO2萃取法提取木脂素 但大规模超临界CO2萃取法提取木脂素运用不多 4 实例南五味子中五味子酯甲提取分离 五味子酯甲是南五味子的主要有效成分 为联苯环辛烯型木脂素具有中枢神经抑制和降低SGPT的作用 五味子酯甲 五 木脂素的检识 1 理化检识 木脂素没用专属性强的检识反应 但可针对其ph OH COOH 内酯环 等取代基进行检识 1 ph OH 2 COOH 3 内酯环 4 亚甲二氧基 Labat反应 Ecgrine反应 2 色谱检识 TLC 吸附剂 硅胶 展开剂 显色剂 六 结构测定 现代测定木脂素的结构主要用波谱法 一 化学方法 化学方法测定木脂素的结构的主要用水解及氧化等反应 测定木脂素的母核结构和酚羟基 亚甲二氧基等取代基 但化学方法耗费样品较多 现代运用较少 有兴趣者可阅读天然药物化学或老版的中药化学 二 波谱分析 木脂素的结构不但种类较多 十数种 而且不同结构种类变化较大 故其波谱规律性较差 这里主要介绍特征性较强的几种类型的波谱鉴别点 1 UV 芳环 多数木脂素的结构母核为两个非共轭的取代芳环 孤立的发色团 其紫外吸收峰位置相近 吸收强度是两者之和 而且立体构型对其无影响 一般出二个吸收峰 220 240nm lg 4 0 280 290nm lg 3 5 4 0 苯基萘型 A环 B环及酯羰基共轭 出5个吸收峰 260nm lg 4 5 最强峰 225 290 310和355nm次强吸收峰 B环为1个双键的二氢萘或B环无双键的四氢萘 仅出2或1个吸收峰 据此可鉴别区分两者 2 IR光谱 木脂素