第五章 ——黄酮类化合物

第五章 黄酮类化合物,（Flavonoids）,一、基本结构与分类,（一）黄酮类化合物的基本结构,色原酮,2-苯基色原酮,第一节 概 述,苯并-吡喃酮,无色,黄色碱性黄碱素,黄酮类化合物是泛指两个具有酚羟基的苯环（A-与B-环）通过中央三碳原子相互连接而成的一系列化合物。,定义:,（二）黄酮类化合物的分类, 中央三碳链的氧化程度, B-环联接位置（2-或3-位）, 三碳链是否构成环状,分为以下几种类型：,根据其：,1黄酮类（flavones）,以2-苯基色原酮为基本母核，C3无含氧取代基。,黄芩苷,用于调节体内血糖，增强肌体免疫力，促进生长，提高肌体抗氧化能力,2黄酮醇类（flavonol）,槲皮素R=H,芦丁 R=芸香糖基,以2-苯基色原酮为基本母核，C3有含氧取代基。,具有降低毛细血管的异常通透性和脆性的作用。降低血压、增强毛细血管抵抗力、减少毛细血管脆性、降血脂、扩张冠状动脉。国内用于心脑血管药品制剂的主要成分，国外还大量用于食品添加剂和化妆品,槐米,3二氢黄酮类（flavanones）,二氢黄酮,橙皮苷,降低毛细管的脆性，保护毛细血管，防止微血管破裂出血的作用。用于高血压病的辅助治疗,无色,4二氢黄酮醇类（flavanonols）,二氢槲皮素,二氢黄酮醇,水飞蓟素是二氢黄酮醇与苯丙素衍生物缩合成的黄酮木脂素类成分。具有保肝作用，用于治疗急、慢性肝炎及肝硬化，代谢中毒性肝损伤。,5异黄酮类（isoflavones）,其B环连接在C3位上。,雌激素样作用、抗缺氧、抗癌缓解高血压患者的头痛等症状,微黄,6查耳酮类（chalcones）,两苯环之间的三碳链为开链结构,红花苷,活血通径、散瘀止痛、闭经、痛经,无色,红花所含的色素红花苷是第一个发现的查耳酮类植物成分。,红花在开花初期，花冠呈淡黄色；开花中期，花冠呈深色；开花后期或采收干燥过程中由于酶的作用，氧化成红色。,7花色素类,又称花青素，是一类水溶性色素，多以苷的形式存在。,矢车菊素,花色素,oxonium,8黄烷-3-醇类,又称儿茶素类化合物,（）儿茶素,黄烷醇,抗氧化、除臭、抗衰老,9橙酮类,橙酮,硫磺菊素,护肝作用,常见取代基,（1） -OH A环：5,7-OH，形成间三酚结构 B环：3，4-OH 形成邻苯二酚结构 C环：C3-OH（2） 异戊二烯基： 主要在羟基邻位取代 A环： 6 , 8 B环：2 , 5,有的还具有次甲二氧基,萜类侧链,呋喃骈环,吡喃骈环等结构,这样组成了上千个不同结构的化合物。,（三)组成黄酮苷的糖类,单糖类：D-葡萄糖、D-半乳糖、 D-木糖、L-鼠李糖、 L-阿拉伯糖、D-葡萄糖醛酸等。,双糖类：槐糖（glc12glc） 、 芸香糖（rh16glc） 、 龙胆二糖（glc16glc）、 新橙皮糖（rh12glc）、 刺槐二糖（rh16glc）等。,植物界黄酮类化合物大多以苷的形式存在,酰化糖类： 2-乙酰葡萄糖等。,三糖类：龙胆三糖（glc16glc12fru） 槐三糖（glc12glc12glc）等。,糖的连接位置： 7位80%,其次是5位和4位 黄酮醇苷 3位70%,7位20%,4位约占5% 多在3位上连接一个糖双糖苷 3,7位较多见,3,4位较少见。双糖苷可以是同一种糖,也可以是不同的糖。如：槲皮素3,7二葡萄糖苷,苷的结构,糖与苷元的连接形式常见的为-O-糖苷;在天然黄酮类化合物中也有以-C-糖苷的形式存在。如牡荆素（vitexin）,葛根素(puerarin)等。,心脑血管抗癌,提高免疫，增强心肌收缩力，保护心肌细胞，降低血压，抗血小板聚集,二、黄酮类化合物的生物活性（自学）,（一）对心血管系统的作用,（二）抗肝脏毒作用,（三）抗炎作用,（四）雌性激素样作用,（五）抗菌及抗病毒作用,（六）泻下作用,（七）解痉作用,第二节 黄酮类的理化性质及显色反应,一、性 状,多为结晶性固体， 少数苷（含糖分子多时）为无定形粉末。,2旋光性,游离的苷元中二氢黄酮（醇）、黄烷 ( 醇 )，其余则无光学活性。,1晶形,黄酮苷类多具有旋光性，且多为左旋,3颜色,是否存在交叉共轭体系及助色团（-OH,-OCH3）的种类、数目及取代位置有关,色原酮结构式：无色黄酮（醇）、查耳酮、橙酮：色原酮2-位上引入苯环后，形成交叉共轭体系，电子重排、转移，使共轭链延长，显色。,异黄酮：共轭链短，显微黄色,二氢黄酮：无交叉共轭体系，不显色,综上原因，各种黄酮类化合物颜色深浅排列顺序如下花青素橙酮查耳酮黄酮（醇）异黄酮二氢黄酮（深） （浅）,黄酮（醇）分子中，尤其在 7-位及 4-位引入-OH及-OCH3等助色团后，而使化合物的颜色加深。,花色素及其苷元的颜色随pH不同而改变,一般显红（pH 7）,紫（ pH8.5）,蓝（pH8.5）等颜色,插烯酸结构，促进电子重排、移位,二、溶 解 性,1苷与苷元,游离苷元：,苷类：,2苷元, 黄酮、黄酮醇、查耳酮等更难溶于水,平面性强的分子，因分子与分子间堆积紧密，分子间氢键相互缔合，分子间引力较大，故难溶于水。,一般难溶于水,易溶于有机溶剂（如MeOH, EtOH, EtOAC,Et2O等）, 二氢黄酮及二氢黄酮醇等溶解度稍大,半椅式结构、非平面性分子，故分子与分子间排列不紧密，分子间引力降低，有利于水分子进入，溶解度稍大。,R=H，二氢黄酮R=OH，二氢黄酮醇, 花色苷元（花青素）类水溶度较大,虽也为平面性结构，但因以离子形式存在，具有盐的通性，故亲水性较强。,花青素,3苷类,苷元相同时，羟基糖越多，糖分子越多，水溶度越大。,同一苷元，3-O-葡萄糖苷的水溶度7-O-葡萄糖苷,三、酸性与碱性,（一）酸性,黄酮酚羟基酸性强弱顺序依次为：,7,4-二OH7-或4-OH一般酚羟基5-OH,应用: 用于提取、分离及鉴定工作,插烯酸,（二）碱性强酸下形成钅羊盐,-吡喃环上的1-氧原子，因有未共用 的电子对，故表现微弱的碱性，可与强无机酸生成盐，但生成的盐极不稳定，加水 后即可分解。钅羊盐常常表现出特殊的颜色，可用于鉴别。,四、呈色反应,（一）还原试验鉴别,1盐酸-镁粉（或锌粉）反应,黄酮（醇） 橙红紫红色二氢黄酮（醇）,查耳酮、橙酮、儿茶素（-）,异黄酮类除少数例外，也不显色,操作：样品/乙醇中加入少许镁粉振摇，滴加 几滴浓HCl，即可显色。,排除干扰 ：先作空白对照实验,Mg粉,上述四种黄酮,HCl,无色,红色,注意: 花色素、部分橙酮、查耳酮类在浓HCl中产生颜色。必要时,可不加镁粉作一空白对照。,2四氢硼钠反应,区别二氢黄酮类,（二）金属盐类试剂的络合反应,C3-OH，C5-OH，邻二OH（+）,络合应具备的条件,结果：颜色，沉淀,用途：鉴定，结构测定，提取分离,1. 铝盐,1AlCl3溶液，络合物多为黄色，为显色剂和比色测定。,2. 铅盐,常用1醋酸铅及碱式醋酸铅水溶液，可生成沉淀。中性醋酸铅只能与分子中具有邻二酚羟基或兼有3-OH,4-酮基或5-OH,4-酮基的化合物产生沉淀。,应用：鉴定、提取及分离工作。,3ZrOCl2（锆盐）,5-OH黄酮类3-OH,2%枸橼酸,黄（3-OH黄酮）褪色（5-OH黄酮）,2% ZrOCl2,黄,甲醇,3-OH，4-酮基络合物稳定性5OH，4-酮基络合物,原因：,4镁盐,鉴别两类二氢黄酮,黄酮、黄酮醇及异黄酮 显黄色橙黄色褐色,5. 氯化锶（SrCl2）,鉴别邻二OH,具邻二酚OH黄酮类/氨性甲醇,绿色棕色乃至黑色,6. 三氯化铁反应,鉴别Ar-OH,（三）硼酸显色反应,具5OH 的黄酮 2OH查耳酮,硼酸,（四）碱性试剂显色反应,黄酮类化合物的溶液滴在滤纸上,干燥后喷Na2CO3水溶液或置氨蒸气中薰,常能产生颜色变化,尤其在UV光下,变化更为明显。用氨蒸气处理后色泽,当露置空气中随即退去,喷以 Na2CO3的颜色不易退去。,亮黄色,酸性液,1. 二氢黄酮类易在碱液中开环，转变成相应异构体查耳酮类化合物，显橙-红色。,2. 黄酮醇类在碱液中先呈黄色，通入空气后变为棕色，据此可与黄酮类区别。3. 黄酮类化合物当分子中有邻二酚羟基取代或 3,4-二羟基取代时，在碱液中不安定，很快氧化，由黄色深红色绿棕色沉淀。,练习题,芦丁（rutin）,HCl-Mg反应HCl-Zn反应NaBH4反应锆-枸橼酸反应SrCl2反应硼酸+草酸反应Molish反应,（+）（+）（-）黄色，加枸橼酸,褪色（+）（+）黄色（+）,第三节 黄酮类化合物的提取与分离,一、提 取,存在形式：,花、叶、果等组织中苷木部坚硬组织中游离苷元,选择溶剂：,黄酮苷，极性稍大的苷元 ,丙酮、 醋酸乙酯、乙醇、水、甲醇-水（1：1）、甲醇,花青素类可加少量酸（如 0.l盐酸）,黄酮苷元宜用极性较小的溶剂 （氯仿、乙醚、醋酸乙酯）等提取,多糖苷类沸水提取,对得到的粗提取物可进行精制处理，常用的方法有：,（一）溶剂萃取法,1醇浸液、去脂杂加p.e,水提取去水杂加多倍量高度醇,药材,甲醇或乙醇提取，回收醇,浸膏,加水溶解,水溶液,分别以不同极性溶剂萃取（石油醚，氯仿，乙酸乙酯，正丁醇）,石油醚层（小极性）,氯仿层（苷元）,乙酸乙酯层（大极性苷元及单糖苷）,正丁醇层（黄酮苷）,水层（多糖等）,（二）碱提取酸沉淀法,适合酸性成分具有Ar-OH的黄酮,药材,碱水液,H+,OH-,沉淀（黄酮苷，苷元）,水（水杂，M+）,原理：酚羟基与碱成盐，溶于水；加酸后析出。碱：常用Ca(OH)2，或CaO水溶液。优点：可使含酚羟基化合物成盐溶解，另一方面可使含COOH的果胶、粘液质、蛋白质等杂质形成沉淀而除去。注意：碱性不宜过强，以免破坏黄酮母核；酸化时，酸性不宜过强，pH34即可，以免形成盐而溶解；邻二酚羟基的保护：碱性条件下，邻二酚羟基容易被氧化，加硼砂保护,（三）炭粉吸附法适于苷类的精制,（四）树脂吸附提取法 适于苷类的精制,二、分 离,分离黄酮的依据：,（1）极性大小不同吸附层析,（2）分配比不同分配层析,（3）酸性不同pH梯度萃取法,（4）MW大小不同葡聚糖凝胶分子筛 或膜技术,（5）官能团络合，沉淀等,（一）柱色谱法,1硅胶柱色谱,适于分离异黄酮、二氢黄酮（醇）及高度甲基化（或乙醚化）的黄酮（醇）类,常用的分离方法有柱层析法、萃取法、铅盐法、HPLC法、薄层层析法等。,常用的吸附剂或载体有硅胶、聚酰胺及纤维素粉等。也有用氧化铝、氧化镁及硅藻土等。,（1）分离对象：酚、醌、硝基化合物,2聚酰胺柱色谱,（2）原 理：氢键吸附,（3）影响因素：,黄酮类分子中羟基的数目与位置,溶剂与黄酮类溶剂与聚酰胺,之间形成氢键缔合能力的大小,（4）洗脱规律（先后顺序）,叁糖苷双糖苷单糖苷苷元, 苷元相同：, -OH位置：,C=O 邻位-OH黄酮C=O对位（或间位）-OH黄酮, -OH多少：酚羟基少羟基多, 黄酮类型：,异黄酮二氢黄酮醇黄酮黄酮醇, 芳香程度：,芳香程度高，共轭双键多吸附力 芳香程度高，共轭双键少,二氢黄酮查耳酮, 溶剂影响：,聚酰胺的双重色谱性,以含水移动相（如甲醇一水）作洗脱剂，苷比苷元先洗下来。,以有机溶剂作洗脱剂（如氯仿一甲醇）苷元比苷先洗脱下来。,习题：下列黄酮化合物，（1）用聚酰胺柱色谱，含水甲醇梯度洗脱，（2）用硅胶柱色谱分离，氯仿-甲醇梯度洗脱，分别写出洗脱顺序,3葡聚糖凝胶柱色谱,分离黄酮类化合物的机理：双重性,分离黄酮苷元靠吸附作用羟基少，极性小，吸附力弱，先被洗脱。,分离黄酮苷时分子筛性质起主导作用糖数量多，分子量大，先洗脱下来。,常用型号：Sephadex-G，Sephadex-LH20,（二）梯度pH萃取法,酸性不同的黄酮苷元的分离,酸性：7,4- OH7-或 4-OH 一般Ar-OH 5-OH,5%NaHCO3 5%Na2CO2 0.2%NaOH 4%NaOH,（三）根据分子中某些特定官能团进 行分离,H3BO3络合反应（邻二酚羟基）2. Pb(Ac)2沉淀反应（邻二酚羟基）3. 碱性醋酸铅（不具邻二酚羟基黄酮） 注意脱铅,A R1=R2=H B R1=H, R2=Rha C R1=Glc, R2=HD R1=Glc, R2=Rha,(1) 试比较四种化合物的酸性，(2) 比较极性大小(3) 比较它们的Rf值大小顺序： 硅胶TLC 聚酰胺TLC,习题：从某植物中分离出四种化合物，其结构如下：,第四节 黄酮类化合物的检识与结构测定,测定一般步骤：,（1）化学反应,（2）PC、TLC,（3）UV光谱,（4）1H-NMR,（5）MS,（6）13C-NMR,一 化学反应确定化合物的类别,二、色谱法在黄酮类鉴定中的应用 确定黄酮的种类与数量,（一）纸色谱（PC）,分离黄酮类化合物及其苷的混合物,1原理,分配色谱,2溶剂选择：,黄酮苷元酸性醇溶剂花色苷元酸性水溶剂 HCl或HOAc苷类双向展开,第一向展开剂：采用醇性溶剂,第二向展开剂：采用水或水溶液,如：n-BuOH-HOAc-H2O(4:1:5 上层）,如：2%6%HOAc 等,3在不同展开剂中，苷、苷元的Rf值不同,醇性溶剂：Rf 苷元 单糖苷 双糖苷,水溶剂：Rf 三糖苷 双糖苷苷元,(二) 硅胶薄层色谱：(不用Al2O3）,分离与鉴定弱极性黄酮类,（三）聚酰胺薄层色谱,分离含游离酚羟基的黄酮及其苷类,三、紫外及可见光谱在黄酮类鉴定中 的应用,紫外及可见光谱一般程序：,1测定样品在甲醇中的UV光谱2测定甲醇+诊断试剂后的UV光谱3苷类水解，或甲基化后水解 测苷元或衍生物的UV光谱,（一）黄酮类化合物在甲醇溶液中 的UV光谱特征,1两个谱带、与结构的关系,2各种类型黄酮的UV光谱特点,（1）黄酮及黄酮醇类,木犀草素(黄酮类)槲皮素(黄酮醇类) ,（A）黄酮及黄酮醇类UV光谱（甲醇）,(二)加入诊断试剂后引起的位移及其 在结构测定中的意义,诊断试剂：,因黄酮中具有酚羟基、羰基，加入某些试剂，使其化学结构变化，吸收峰位改变，这些试剂称为诊断试剂。,测定顺序,1样品/CH3OH,测定黄酮类型,2加诊断试剂,CH3OH+ NaOCH3,确定4-OH，3 - OH,CH3OH+ NaOAC,确定7- OH,t,对碱敏感的结构,CH3OH+ NaOAC +H3BO3,邻二OH,AlCl3/HCl与CH3OH, C3-OH、C5 - OH,AlCl3-AlCl3/HCl,邻二OH,3苷类水解后测定苷元的UV光谱，与苷比较,四、氢核磁共振在黄酮类结构分析 中的应用,（一）测试溶剂的选择及样品处理,1.氘代氯仿 适合苷元、苷OCH3,2.氘代二甲基亚砜（DMSO-d6） 苷,3. 四氯化碳三甲基硅醚化的苷，苷元,Ar-OH,吡啶,无水甲醇,苷元中,使苷，苷元,极性小,溶于CCl4,优点：, 可溶于CCl4中，bp低,无干扰信号,测试后用甲醇水解，回收样品等,（二）影响黄酮类化合物氢质子化学 位移的因素,例：芹菜中的芹菜素,芹菜素,1. 电效应,（1）诱导效应（C=O),A环C5,C7 B环 2,6,4+,A环C6,C8 B环 3, 5 -, B环 H2,6 H3,5,（2）共轭效应, -OH的影响,B环 H2,6 H3,5,A环 H8 H6,上述诱导效应与共轭效应结果使得：, H2,6 H3,5,H8 H6,B环：苯丙酰系统，诱导效应 起主导作用,A环：苯甲酰系统，共轭效应起主导作用,苯甲酰与苯丙酰共轭体系的比较,2. 磁效应,C3H, C5H: 受C=O的负屏蔽效应影响,C3H：磁效应与电效应不一致,C5H：磁效应与电效应一致, H5 H3,（三）黄酮类化合物H的和J值规律,1A环质子,（1）5，7-二羟基取代,H-8 6.306.50（1H d J=2.5H