第五章苯丙素类

第五章 第一节概述 定义 苯丙素类 phenylpropanoids 为一类基本母核具有一个或数个C6 C3结构单位的天然有机化合物 这类成分包括 苯丙烯 苯丙醇 苯丙酸及其缩酯 香豆素 木脂素 黄酮 木质素等 例如 苯丙烷 C6 C3 桂皮醛香豆素 葡萄糖代谢 莽草酸 桂皮酸途径 苯丙氨酸和酪氨酸 咖啡酸 对羟基桂皮酸 对羟基桂皮酸苷 苯丙素类化合物生物合成途径如下 概述苯丙素类化合物生物合成途径 咖啡酸 对羟基桂皮酸 对羟基桂皮酸苷 阿魏酸 邻羟桂皮酸苷 苯丙烯类 松柏醇 伞形花内酯 新木脂素类 木质素 倍半木脂素类 丙烯基 烯丙基 香豆素类 木脂素类 分类 第二节简单苯丙素 一 苯丙烯类 此类结构特点是C6 C3结构的C3为丙烯基或烯丙基 丁香酚茴香醚 细辛醚 细辛醚 二 苯丙醇类 此类特点是C6 C3结构的C3末端C连醇羟基 松柏醇紫丁香酚苷 三 苯丙醛类 桂皮醛 四 苯丙酸类 此类特点是C6 C3结构的C3末端C氧化为羧基 常见的苯丙酸类 有些简单苯丙素类与多元醇或糖结合成酯或苷 并多具有较好的生物活性 绿原酸3 4 二咖啡酰基奎宁酸沙参苷 丹参酚酸B 提取与分离 1 提取 多用乙醇 甲醇或水 少 提取游离的简单苯丙素或其苷 游离简单苯丙素 苯丙烯 苯丙醛及苯丙酸 具挥发性可用水蒸气蒸馏法提苯丙酸还可用碱溶酸沉等方法提取 2 分离 利用其酸性 极性及亲脂亲水性的差异 多用pH梯度萃取 硅胶柱色谱 制备高效液相色谱等分离 例兴安升麻苯丙素类成分的提取分离 咖啡酸 阿魏酸 异阿魏酸 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 第三节香豆素 香豆素母核为苯骈 吡喃酮 环上常有取代基 通常将香豆素分为四类 一 香豆素的结构类型 简单香豆素类只有苯环上有取代基的香豆素 取代基 羟基 烷氧基 苯基 异戊烯基等 由于绝大多数香豆素在C7位都有含氧官能团存在 因此 7 羟香豆素可以认为是香豆素类成分的母体 伞形花内酯 当归内酯 七叶内酯 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 如 属此类型的香豆素化合物 呋喃香豆素类 furocoumarins 线型和角型 香豆素核上的异戊烯基常与邻位酚羟基 7 羟基 环合成呋喃或吡喃环 前者称为呋喃香豆素 呋喃香豆素类成分生物合成途径 环合反应的形成 体内过程 由酶主宰反应体外实验 碱性条件 OH 呋喃环酸性条件 H 吡喃环 吡喃香豆素类 pyranocoumarins 线型和角型 香豆素C 6或C 8异戊烯基与邻酚羟基环合而成2 2 二甲基 吡喃环结构 形成吡喃香豆素 这一类天然产物并不多见 吡喃香豆素类成分的生物合成途径 少数为5 6 吡喃骈香豆素 如 其他香豆素类 指 吡喃酮环上有取代基的香豆素类 还包括二聚体和三聚体 C3 C4上常有取代基 苯基 羟基 异戊烯基等 芸香苷元 亮菌甲素 calanolideA 茵陈内酯 双七叶内酯 螃蜞菊内酯 二 香豆素的理化性质 性状游离状态 结晶形固体 有一定熔点 大多具有香气 具有升华性质分子量小的有挥发性 可随水蒸汽蒸出 UV下显蓝色荧光成苷 大多无香味 无挥发性 不能升华 溶解性游离 能溶于沸H2O 不溶或难溶冷H2O 可溶MeOH EtOH CHCl3和乙醚等溶剂 因含Ar OH故可溶于碱水中 成苷 溶于H2O OH H2O MeOH EtOH等 难溶极性小的有机溶剂 碱水解反应 内酯性质 欲获得顺邻羟桂皮酸的途径 顺邻羟桂皮酸的衍生物 1 特殊结构的香豆素如C8位取代基的适当位置上有 C O C C 环氧等结构者 可与水解新生成的酚羟基起缔合 加成等作用 可阻碍内酯的恢复 例 先进行碱水解 再进行酸化 避免长时间在碱性下形成反邻羟桂皮酸 由于碱的浓度不同 其反应产物也不同 2 醚化 碱水解反应的易 难 原因 7 OCH3的供电子共轭效应使羰基C难以接受OH 的亲核反应 7 OH在碱液中成盐 苄基碳上的酯基碱水解反应 苄基碳上的酯基碱水解反应 四 酸的反应1 环合反应 指异戊烯基双键开裂并与邻酚羟基环合 形成环的大小决定于中间体阳碳离子的稳定性 中间体阳碳离子的稳定性 叔阳碳离子 仲阳碳离子 伯阳碳离子稳定不稳定如obliquetin在HBr的处理下 中间体可生成仲和伯阳碳离子 由于稳定性仲大于伯 因而 生成产物为二氢呋喃香豆素 反应如下 应用 环合试验可以决定酚羟基和异戊烯基间的相互位置注意 不宜使用浓酸 否则会发生重排反应 2 醚键开裂 如 东茛菪内酯的烯醇醚 3 双键加水反应 如 黄曲霉素 五 C3 C4双键性质和加成反应 在控制条件下氢化的先后次序为 例如 furopinnarin四氢化物 枸杞内酯四氢产物六氢产物 六 呈色反应 1 异羟肟酸铁反应 识别内酯 2 Gibb反应和Emerson反应 试剂 Gibb 2 6 二氯 溴 苯醌氯亚胺Emerson 氨基安替匹林和铁氰化钾条件 有游离酚羟基 且其对位无取代者 呈阳性 Gibb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 3 酚羟基反应 七 氧化反应 1 KMnO4氧化 KMnO4是较强的氧化剂 氧化香豆素时 吡喃酮环破裂 产生降解产物 规律为 2 CrO3氧化 铬酸 特点是氧化力弱于KMnO4 仅氧化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 吡喃酮环上的双键如 佛手内酯二元醇 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 三 提取分离 一 提取1 蒸馏法 小分子游离香豆素 用此法时须注意防止带异戊烯醚基的香豆素受热分解 例 2 溶剂提取法 1 法 2 法 3 碱溶酸沉法 此法由于加入强碱 加热 加热时间不宜过长 以免生成反式桂皮酸结构 及强酸 很易引起酸碱敏感结构的香豆素变化 使用时要慎重 并用TLC检查 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 提取实例 实例 牛尾独活呋喃香豆素的分离 秦皮中秦皮素及其苷的提取分离 二 分离 1 经典色谱 1 硅胶 环己烷 石油醚 乙酸乙酯环己烷 石油醚 丙酮氯仿 甲醇 氯仿 丙酮等洗脱分离 2 氧化铝 运用少 中性 酸性 石油醚 氯仿 乙酸乙酯混以不同比例的甲醇或丙酮等洗脱分离 3 聚酰胺 近来也有运用 不同浓度的EtOH洗脱分离 2 现代色谱 1 反相分配柱色谱 Rp 18 Rp 8 甲醇 水 甲醇 氯仿洗脱分离 2 葡聚糖凝胶SephadexLH 20 水 水 甲醇或其它有机溶剂洗脱分离 用现代色谱分离前 最好先用经典色谱进行粗分后 再用现代色谱进行分离 三 香豆素类的检识 1 理化检识 1 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 Gibb s反应Emerson反应 2 色谱检识 硅胶TLC 游离香豆素 环己烷 石油醚 乙酸乙酯 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 H20EtOAc 2NHCl 1 1 显色方法 先在紫外光 365nm 下观察 再喷异羟肟酸铁 三氯化铁 Gibb s等试剂显色 四 香豆素的波谱学特性 一 紫外光谱 UV下显蓝色荧光 C7位导入 OH 荧光增强 OH醚化后 荧光减弱母核上无含氧官能团取代时 274nm 苯环311nm 吡喃酮环有含氧取代时 最大吸收向红位移 二 红外光谱 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 三 1H NMR 环上质子由于受内酯羰基吸电子共轭效应因此 1 当C3 C4位未取代时 当C3或C4取代时 2 当C7 OR时 3 当C5 C7二氧代 4 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 5 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 五 质谱香豆素类化合物有如下特点 1 有强的分子离子峰 2 基峰是失去CO的苯骈呋喃离子 3 主要裂解途径是 首先失去CO 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 五 香豆素的生物活性 1 低浓度可刺激植物发芽和生长作用 高浓度则抑制2 光敏作用 可引起皮肤色素沉着 补骨脂内酯可治白斑病3 抗菌 抗病毒作用 蛇床子 毛当归根中的奥斯脑 Osthole 抑制乙肝表面抗原 4 平滑肌松弛作用 茵陈蒿中的滨蒿内酯具有松弛平滑肌等作用 5 抗凝血作用6 肝毒性 有些香豆素对肝有一定的毒性 一 香豆素的结构类型二 香豆素的化学性质三 香豆素的分离方法四 香豆素波谱学特性五 香豆素的生物活性 第三节香豆素 本章内容 第一节概述第二节苯丙酸类第三节香豆素第四节木脂素 第四节木脂素 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 一 结构类型 木脂素 lignans 一类由苯丙素氧化聚合而成的天然产物 通常指其二聚物 少数为三聚物和四聚物 早期木脂素的定义 两分子苯丙素以侧链中 碳原子 8 8 连结而成的化合物 木脂素 非 碳原子相连 如3 3 8 3 新木脂素 木脂素的一些新类型 苯丙素低聚体 三聚体 四聚体等 三聚体称为倍半木脂素 sesquilignan 四聚体称为二木脂素 dilignan 杂木脂素 由一分子苯丙素与黄酮 香豆素等结合而成 黄酮木脂素 flavonolignan 去甲木脂素 norlignan 母核只有16 17个碳原子 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 单去氢物 双去氢物 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四氢萘 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 1 苯代 2 3 萘内酯 羰基下向 4 苯代 2 3 萘内酯 羰基上向 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 对映体 对映体 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 第四节木脂素 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 二 理化性质 形态 多呈无色晶形 新木脂素不易结晶溶解性 游离 亲脂性 难溶水 溶苯 氯仿等成苷 水溶性增大挥发性 多数不挥发 少数有升华性质旋光性 大多有光学活性 遇酸易异构化 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 第四节木脂素 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 三 提取分离 提取 多用乙醇或丙酮等提取后 再用极性较小的溶剂如 乙醚 氯仿等进行萃取 分离 色谱法 溶剂萃取法 分级沉淀法 重结晶法 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 第四节木脂素 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 四 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 木脂素常