第十章 醌类化合物

1,醌类化合物Quinonoid,第 十 章,2,醌 类 化 合 物,定义：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。,3,一、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。 醌类化合物分布在50多科100余属植物中，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。是许多天然药物如蓼科大黄、何首乌、虎杖，豆科决明子、番泻叶，茜草科茜草，百合科芦荟，唇形科丹参等药材的有效成分。,4,醌类化合物的生物活性,泻下作用：如番泻叶中的番泻苷类成分抗菌作用：如大黄中游离羟基蒽醌苷元止血作用：如茜草中茜草素类成分扩冠作用：丹参中丹参醌类成分其他作用：抗肿瘤、抗真菌、驱虫等,5,从结构上讲，醌类化合物可分为苯醌、萘醌、菲醌和蒽醌等。其中蒽醌及其衍生物种类较多，生理活性也较广泛。,6,植物生物合成过程,7,主要的生物合成途径1、醋酸-丙二酸途径（AA-MA） 脂肪酸类、酚类、醌类等由此途径生成。2、甲戊二羟酸途径（ MVA ） 萜类等3、桂皮酸及莽草酸途径 苯丙素类、香豆素类、木质素类、木脂体、黄酮类 等。4、氨基酸途径 生物碱类5、复合途径,8,9,大黄素甲醚,10,本章内容,一结构类型二理化性质三提取分离四光谱特征,11,一结构类型,(一)苯醌类(二)萘醌类(三)菲醌类(四)蒽醌类蒽醌衍生物蒽酚衍生物二蒽酮类衍生物,12,一结构类型(一)苯醌类,邻苯醌结构不稳定，故天然存在的苯醌类化合物大多为对苯醌的衍生物苯醌母核上常见的取代基有-OH、-OCH3、-CH3或其它烃基侧链在27科的高等植物含有苯醌类化合物,13,一结构类型(一)苯醌类,朱砂根具有清热降火，消肿解毒、活血去瘀、祛痰止咳等功效 密花醌具有抗毛滴虫、阿米巴原虫作用,14,辅酶Q10参与生物体内氧化还原过程，可治疗心脏病、高血压、癌症、老年痴呆等症。,15,一结构类型(二)萘醌类,在自然界存在的大多为-萘醌类，萘醌大致分布在20个科的高等植物中，含量较高的科有紫草科、柿科、蓝雪科、紫葳科等。天然萘醌多为橙黄色或橙红色结晶，许多具有明显生物活性。,16,一结构类型(二)萘醌类,抗菌，抗癌中枢神经镇静,来源：胡桃科胡桃树皮,17,一结构类型(二)萘醌类,抗菌止咳去痰,白花丹具有祛风，散瘀，解毒，杀虫作用,18,一结构类型(二)萘醌类,促进血液凝固可用于新生儿出血肝硬化出血,19,一结构类型(三)菲醌类,菲醌类的植物分布在唇形科、兰科、豆科、番荔枝科、使君子科、蓼科、杉科等高等植物中，在地衣中也有分离得到。,20,一结构类型(三)菲醌类,丹参(Salvia miltiorrhiza Bge)，具祛瘀止痛，活血通经，清心除烦功效。,21,一结构类型(三)菲醌类,丹参醌IIA具有扩张冠状动脉，抑制血小板聚集，降低血浆粘度作用，临床上治疗冠心病、心肌梗塞 。,22,一结构类型(四)蒽醌类,蒽醌类化合物大致分布在30余科的高等植物中，茜草科植物中的蒽醌类化合物最多，芸香科、鼠李科、豆科、廖科、紫葳科、马鞭草科、玄参科等也有分布,23,一结构类型(四)蒽醌类,24,一结构类型(四)蒽醌类,蒽醌衍生物(1) 大黄素型：羟基分布在两侧的苯环上,25,【来源】蓼科植物掌叶大黄Rheum palmatum L.、唐古特大黄Rheum tanguticum Maxim. ex Balf.或药用大黄Rheum officinale Baill.的干燥根及根茎 【功能主治】泻热通肠，凉血解毒，逐瘀通经。【化学成分】大黄含有蒽类衍生物、苷类化合物、鞣质类、有机酸类、挥发油类等。醌类衍生物分为： 游离蒽醌衍生物，如芦荟大黄素（aloe emodin）、土大黄素（chrysaron）、大黄酚（chrysophanol）、大黄素（emodin）、异大黄素（isoernodin）、虫漆酸D（laccaic acid D）、大黄素甲醚（physcion）、大黄酸（rhein）； 结合蒽醌化合物，有大黄酸、芦荟大黄素、大黄酚的单和双葡萄糖苷；大黄素、大黄素甲醚的单糖苷；蒽酚和蒽酮化合物：大黄二蒽酮（rheidin）、掌叶二蒽酮（palmidin）以及与糖结合的苷如番泻苷（sennoside）A、B、C、D、E、F等。,26,一结构类型(四)蒽醌类,蒽醌衍生物(2) 茜草素型：羟基分布在一侧的苯环上,27,【来源】本品为茜草科植物茜草Rubia cordifolia L. 的干燥根及根茎。春、秋二季采挖，除去泥沙，干燥。 【功能主治】凉血，止血，祛瘀，通经，镇咳，祛痰。 【化学成分】化学成分 根含多种羟基蒽醌衍生物，如茜草素（alizarin）、异茜草素（purpuro-xanthin）、羟基茜草素（purpurin）、伪羟基茜草素（pseudopurpurin）、茜草酸(munjistin)、茜草苷(rubia,ruberythric acid)、大黄素甲醚等，又分离得升白活性成分茜草萘酸苷及，其苷元为茜草萘酸。,28,一结构类型(四)蒽醌类,29,一结构类型(四)蒽醌类,蒽酚衍生物 蒽醌在酸性条件下被还原，可生成蒽酚及其互变异构体蒽酮，这两者性质不稳定，只存在于新鲜植物中,黎辣根中柯桠素治疗疥癣等,30,一结构类型(四)蒽醌类,31,一结构类型(四)蒽醌类,二蒽酮类衍生物两分子的蒽酮相互结合而成的化合物,两分子蒽醌通过C10-C10 相互结合,32,4 萘骈二蒽酮衍生物：,一、结构类型 -蒽醌,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。,33,金丝桃属 (Hypericum Linn) 归于金丝桃科(Guttiferae)，约有400余种，是温带分布植物。我国有55种，8亚种，全国均有分布，但主要分布于西南地区，国外的该属植物分布于世界各地。 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。,一、结构类型 -蒽醌,34,目前国际上对金丝桃属植物的兴趣，很大程度上也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。,一、结构类型 -蒽醌,35,本章内容,一结构类型二理化性质三提取分离四光谱特征,36,二理化性质,(一)物理性质性状升华性溶解性(二)化学性质酸性颜色反应,37,二理化性质 (一)物理性质,性状,存在状态：多为有色晶体苯醌、萘醌多以游离状态存在蒽醌类则多以苷的形式存在,颜色：无酚羟基、甲氧基取代时基本无色随酚羟基、甲氧基等助色团增加，颜色加深，如黄、红、橙、紫红等,38,二理化性质,(一)物理性质性状升华性溶解性(二)化学性质酸性颜色反应,39,二理化性质 (一)物理性质,2升华性游离的醌类化合物一般具有升华性。小分子的苯醌类及萘醌类还具有挥发性，能随水蒸汽蒸馏，可据此进行分离和纯化工作。,如大黄酚与大黄素甲醚升华温度在124左右，芦荟大黄素185左右，大黄素206左右，大黄酸210左右。,一般升华温度随酸性的增强而升高,40,二理化性质,(一)物理性质性状升华性溶解性(二)化学性质酸性颜色反应,41,二理化性质 (一)物理性质,溶解性,42,二理化性质,(一)物理性质性状升华性溶解性(二)化学性质酸性颜色反应,43,二理化性质 (二)化学性质,酸性,酚羟基的存在,显酸性,可应用碱提酸沉法,-OH蒽醌,-OH蒽醌,44,二理化性质 (二)化学性质,酸性,以游离蒽醌类衍生物为例，酸性强弱顺序如下：,-COOH,2个以上-OH,1个-OH,2个-OH,1个-OH,溶于,5% NaHCO3,5% Na2CO3,1% NaOH,5% NaOH,利用不同PH值的溶剂梯度萃取，达到分离目的梯度PH萃取法,45,二理化性质,(一)物理性质性状升华性溶解性(二)化学性质酸性颜色反应,46,二理化性质 (二)化学性质,颜色反应,醌类的颜色反应主要取决于醌类化合物氧化还原性质以及分子中的酚羟基性质,(1) Feigl反应,样品液1滴(苯或水),25% Na2CO3 4% HCHO 5% 邻二硝基苯,1-4,紫色,显示样品为醌类化合物,47,二理化性质 (二)化学性质,颜色反应,(1) Feigl反应：机理,48,二理化性质 (二)化学性质,颜色反应,(2) 无色亚甲蓝反应,苯醌萘醌蒽醌,TLCPC,无色亚甲蓝显色,蓝色,苯醌或萘醌,是,否,蒽醌,49,二理化性质 (二)化学性质,颜色反应,(3) 碱性条件下的呈色反应,羟基醌类,OH-,颜色加深,橙色,红色,紫红色,蓝色,例如羟基蒽醌类化合物遇碱显红紫红色的反应称为Borntragers (保恩特莱格) 反应，其机理如下：,50,二理化性质 (二)化学性质,颜色反应,(3) 碱性条件下的呈色反应,51,二理化性质 (二)化学性质,颜色反应,(3) 碱性条件下的呈色反应,可用于检测天然药物中是否含有蒽醌类成分,药材粉末,10% H2SO4水液,加热2-10分钟,乙醚萃取,乙醚液,5% NaOH,水层显红色，而醚层则由黄色褪为无色,显示存在羟基蒽醌,52,二理化性质 (二)化学性质,颜色反应,(4) 与活性次甲基试剂的反应 (Kesting-Craven法),活性次甲基试剂,在氨碱性下,蓝绿色,蓝紫色,乙酰醋酸酯丙二酸酯丙二腈,证明醌环上存在未被取代位置,是,53,二理化性质 (二)化学性质,颜色反应,(5) 与金属离子反应,蒽醌有-酚羟基或邻二酚羟基结构时，则可与Pb2+、Mg2+等金属离子形成络合物与 Pb2+形成络合物在一定PH值下可以沉淀析出，可用来精制该类化合物,54,二理化性质 (二)化学性质,颜色反应,(5) 与金属离子反应,和醋酸镁结合显不同颜色，可以鉴别蒽醌母核上的羟基取代类型,两个羟基在不同环上,醋酸镁,橙黄橙色,蓝蓝紫,55,二理化性质 (二)化学性质,颜色反应,(5) 与金属离子反应,和醋酸镁结合显不同颜色，可以鉴别蒽醌母核上的羟基取代类型,两个羟基在不同环上,醋酸镁,橙黄橙色,橙红红,56,二理化性质 (二)化学性质,颜色反应,(5) 与金属离子反应,和醋酸镁结合显不同颜色，可以鉴别蒽醌母核上的羟基取代类型,两个羟基在不同环上,醋酸镁,橙黄橙色,紫红紫,57,本章内容,一结构类型二理化性质三提取分离四光谱特征,58,一 提取方法: 一般选用甲醇或乙醇为溶剂，可同时将游离态和成苷的蒽醌类化合物从药材中提取出来，浓缩后再依次用有机溶剂提取（多用索氏提取法），可根据极性大小不同进行初步分离（如将苷和苷元分开）。 对于多羟基蒽醌或具有羧基的蒽醌（如大黄酸），在植物体内多以盐的形式存在，难以被有机溶剂溶出，提取前应先酸化使之游离。二 分离方法：1 蒽醌苷类和游离蒽醌衍生物的分离：用分步提取法2 游离蒽醌衍生物的分离：可选用分步结晶法、梯度pH萃取法(P315)或色谱法进行。,三、醌类化合物的提取和分离,59,三、醌类化合物的提取和分离,60,蒽醌苷的分离： 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。 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:,三、醌类化合物的提取和分离,61,本章内容,一结构类型二理化性质三提取分离四光谱特征,62,一、蒽醌类化合物的紫外光谱特征 羟基蒽醌有五个吸收峰，分别由苯样结构和醌样结构引起 A部分有苯甲酰基结构，可给出252及325nm 的强峰和中强峰 B部分具有醌样结构，可给出272及405nm 的吸收峰 除此以外，在230nm处有一强吸收峰 因此共有五峰 峰1 230nm 峰2 240260nm (A) 峰3 262295nm (B) 峰4 305389nm (A) 峰5 400nm (B中的羰基引起）,四、醌类化合物的光谱特征,63,UV吸收峰与结构的关系: 峰1与结构中羟基数目有关，羟基越多，位置越偏长波方向（P319表10-1）。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（见书P319表10-2）,四、醌类化合物的光谱特征,64,二、蒽醌类化合物红外光谱特征 主要是苯环、羰基和羟基的特征。一般范围： 羟基 OH 36003100 cm-1 羰基 CO 16751653 cm-1 苯环 Ar 16001480 cm-1,四、醌类化合物的光谱特征,65,1 羰基的共振频率与羟基的数目有关2 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。,四、醌类化合物的光谱特征,66,三、蒽醌类化合物核磁共振氢谱特征,四、醌类化合物的光谱特征,醌环氢的NMR信号： -苯醌 6.72 s 1,4-萘醌 6.67 s 醌环上引入供电子取代基时，使醌环上其他质子向高场位移。,6