第4章 醌类化合物.doc

第四章 醌类化合物第一节 概 述醌类化合物是中药中一类具有醌式结构的化学成分，主要分为苯醌、萘醌、菲醌和蒽醌四种类型。在中药中以蒽醌及其衍生物尤为重要。醌类在植物中的分布非常广泛。如蓼科的大黄、何首乌（Polygonum multiflirum）、虎杖（Polygonum cuspidatum），茜草科的茜草（Rubia cordifolia），豆科的决明子（Cassia tora）、番泻叶（Cassia senna），鼠李科的鼠李（Rhamnus dahurica），百合科的芦荟（Aloe vera），唇形科的丹参（Salvia mitiorrhiza ），紫草科的紫草（Lithospermum erythrorhizon）等，均含有醌类化合物。醌类在一些低等植物，如地衣类和菌类的代谢产物中也有存在。 醌类化合物多数存在于植物的根、皮、叶及心材中，也可存在于茎、种子和果实中。醌类化合物的生物活性是多方面的。如番泻叶中的番泻苷类化合物具有较强的致泻作用；大黄中游离的羟基蒽醌类化合物具有抗菌作用，尤其是对金黄色葡萄球菌具有较强的抑制作用；茜草中的茜草素类成分具有止血作用；紫草中的一些萘醌类色素具有抗菌、抗病毒及止血作用；丹参中丹参醌类具有扩张冠状动脉的作用，用于治疗冠心病、心肌梗死等；还有一些醌类化合物具有驱绦虫、解痉、利尿、利胆、镇咳、平喘等作用。第二节 醌类化合物的结构与分类一、苯醌类苯醌类（benzoquinones）化合物分为邻苯醌和对苯醌两大类。邻苯醌结构不稳定，故天然存在的苯醌化合物多数为对苯醌的衍生物。 对苯醌 邻苯醌 天然苯醌类化合物多为黄色或橙色的结晶体，如中药凤眼草（Ailanthus altissima）果实中的2,6-二甲氧基对苯醌，及白花酸藤果（Embelia ribes ）和木桂花（Embelia oblongifolia ）果实中的信筒子醌（embelin）。 2,6-二甲氧基苯醌 信筒子醌 辅酶Q10（n=10）具有苯醌类结构的泛醌类（ubiquinones）能参与生物体内氧化还原过程，是生物氧化反应的一类辅酶，称为辅酶Q类（coenzymes Q），其中辅酶Q10（n=10）已用于治疗心脏病、高血压及癌症。从中药软紫草（Arnebia euchroma）根中分得的arnebinone和arnebifuranone也属于对苯醌类化合物，对前列腺素PGE2生物合成具有抑制作用。arnebinone arnebifuranon二、萘醌类萘醌类（naphthoquinones）化合物分为(1,4)、(1,2)及amphi(2,6)三种类型。但天然存在的大多为-萘醌类衍生物，它们多为橙色或橙红色结晶，少数呈紫色。 -(1,4)萘醌 -(1,2)萘醌 amphi-(2,6)萘醌例如具有-萘醌基本母核的胡桃醌（juglon）具有抗菌、抗癌及中枢神经镇静作用；蓝雪醌（plumbagin）具有抗菌、止咳及祛痰作用；拉帕醌（lapachol）具有抗癌作用。胡桃醌蓝雪醌 拉帕醌中药紫草中也含有多种萘醌色素，且多数是以结合成酯的形式存在。 三、菲醌类天然菲醌（phenanthraquinone）分为邻醌及对醌两种类型，例如从中药丹参根中分得到的多种菲醌衍生物 ，均属于邻菲醌类和对菲醌类化合物。邻菲醌 对菲醌 丹参醌A R1 =CH3 R2=H 丹参醌B R I=CH2OH R2=H羟基丹参醌AR1 =CH3 R2=OH丹参酸甲酯 RI=COOCH3 R2=H R R R四、蒽醌类蒽醌类(anthraquinones)成分按母核的结构分为单蒽核及双蒽核两大类。（一）、 单蒽核类1. 蒽醌及其苷类 天然蒽醌以9,10-蒽醌最为常见，由于整个分子形成一共轭体系，C9、C10又处于最高氧化水平，比较稳定。1,4,5,8位为位2,3,6,7位为位9,10位为meso位，又叫中位天然存在的蒽醌类化合物在蒽醌母核上常有羟基、羟甲基、甲基、甲氧基和羧基取代。它们以游离形式或与糖结合成苷的形式存在于植物体内。蒽醌苷大多为氧苷，但有的化合物为碳苷，如芦荟苷。根据羟基在蒽醌母核上的分布情况，可将羟基蒽醌衍生物分为两种类型。大黄酚（chrysophanol） R1=H R2= CH3大黄素（emodin） R1= OHR2= CH3大黄素甲醚（physcion） R1=OCH3R2= CH3芦荟大黄素（aloe-emodin） R1=HR2=CH2OH大黄酸（rhein） R1=HR2=COOH（1）大黄素型 羟基分布在两侧的苯环上，多数化合物呈黄色。例如大黄中的主要蒽醌成分多属于这一类型。 大黄中的羟基蒽醌衍生物多与葡萄糖、鼠李糖结合成苷类，一般有单糖苷和双糖苷两类。R1=H R2=glc 大黄酚-8-O-D葡萄糖苷R1=glc R2=H 大黄酚-1-O-D葡萄糖苷 大黄素甲醚-8-O-D龙胆双糖苷 （2）茜草素型羟基分布在一侧的苯环上，此类化合物颜色较深，多为橙黄色至橙红色。例如茜草中的茜草素等化合物即属此型。 茜草素（alizarin）R1=OH R2=H R3=H羟基茜草素（purpurin）R1=OH R2=H R3=OH伪羟基茜草素（pseudopurpurin）R1=OH R2=COOH R3=OH 茜草中除含有游离蒽醌外，还含有木糖和葡萄糖的蒽醌苷类化合物，已分离得到的有单糖苷和双糖苷 。2. 蒽酚或蒽酮衍生物蒽醌在酸性环境中被还原，可生成蒽酚及其互变异构体蒽酮。 蒽醌 蒽酚 蒽酮蒽酚（或蒽酮）的羟基衍生物常以游离状态或结合状态与相应的羟基蒽醌共存于植物中。蒽酚（或蒽酮）衍生物一般存在于新鲜植物中。新鲜大黄经两年以上贮存则检识不到蒽酚。如果蒽酚衍生物的meso位羟基与糖缩合成苷，则性质比较稳定，只有经过水解除去糖才能易于被氧化转变成蒽醌衍生物。（二） 双蒽核类1二蒽酮类 二蒽酮类成分可以看成是2分子蒽酮脱去一分子氢，通过碳碳键结合而成的化合物。其结合方式多为C10-C10，也有其它位置连结。例如大黄及番泻叶中致泻的主要有效成分番泻苷A、B、C、D等皆为二蒽酮衍生物。番泻苷A（sennoside A）是黄色片状结晶，酸水解后生成2分子葡萄糖和1分子番泻苷元A（sennidin A）。番泻苷元A是2分子的大黄酸蒽酮通过C10-C10相互结合而成的二蒽酮类衍生物。其C10-C10为反式连接。番泻苷B（sennoside B）是番泻苷A的异构体，水解后生成2分子葡萄糖和番泻苷元B（sennidin B），其C10-C10为顺式连接。番泻苷C（sennoside C）是1分子大黄酸蒽酮与1分子芦荟大黄素蒽酮通过C10-C10反式连接而形成的二蒽酮二葡萄糖苷。番泻苷D（sennoside D）为番泻苷C的异构体，其C10-C10为顺式连接。 番泻苷A 番泻苷B番泻苷C番泻苷D二蒽酮类化合物的C10-C10键与通常C-C键不同，易于断裂，生成相应的蒽酮类化合物。如大黄及番泻叶中含有的番泻苷A的致泻作用是因其在肠内变为大黄酸蒽酮所致。 番泻苷A 大黄酸蒽酮2 二蒽醌类 蒽醌类脱氢缩合或二蒽酮类氧化均可形成二蒽醌类。天然二蒽醌类化合物中的两个蒽醌环都是相同而对称的，由于空间位阻的相互排斥，故两个蒽环呈反向排列，如： 天精（skyrin） 山扁豆双醌（cassiamine）3去氢二蒽酮类 中位二蒽酮再脱去1分子氢即进一步氧化，两环之间以双键相连者称为去氢二蒽酮。此类化合物颜色多呈暗紫红色。其羟基衍生物存在于自然界中，如金丝桃属植物。4日照蒽酮类 去氢二蒽酮进一步氧化，与位相连组成一新六元环，其多羟基衍生物也存在于金丝桃属植物中。5中位萘骈二蒽酮类 这一类化合物是天然蒽衍生物中具有最高氧化水平的结构形式，也是天然产物中高度 稠合的多元环系统之一（含8个环）。如金丝桃素（hypericin）为萘骈二蒽酮衍生物，存在于金丝桃属某些植物中，具有抑制中枢神经及抗病毒的作用。 去氧二蒽酮 日照蒽酮 金丝桃素第三节 醌类化合物的理化性质一、物理性质1 性状 醌类化合物母核上随着酚羟基等助色团的引入而呈一定的颜色。取代的助色团越多，颜色越深，有黄、橙、棕红色以至紫红色等。天然存在的醌类成分因分子中多有取代故为有色结晶。苯醌和萘醌多以游离态存在，而蒽醌一般结合成苷存在于植物体中，因极性较大难以得到结晶。2升华性及挥发性 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，能随水蒸气蒸馏，利用此性质可对其进行分离和纯化。3溶解度 游离醌类极性较小，一般溶于甲醇、乙醇、丙酮、乙酸乙酯、氯仿、乙醚、苯等有机溶剂，几乎不溶于水。与糖结合成苷后极性显著增大，易溶于甲醇、乙醇中，在热水中也可溶解，但在冷水中溶解度较小，几乎不溶于苯、乙醚、氯仿等极性较小的有机溶剂中。蒽醌的碳苷在水中的溶解度都很小，亦难溶于有机溶剂，但易溶于吡啶中。有些醌类成分不稳定，应注意避光。二、化学性质1酸碱性 醌类化合物多具有酚羟基，故具有一定的酸性。在碱性水溶液中成盐溶解，加酸酸化后游离又可析出。醌类化合物因分子中羧基的有无及酚羟基的数目与位置不同，酸性强弱表现出显著差异。一般来说,含有羧基的醌类化合物的酸性强于不含羧基者；酚羟基数目增多,酸性增强；-羟基醌类化合物的酸性强于-羟基醌类化合物。例如2-羟基苯醌或在萘醌的醌核上有羟基时，为插烯酸的结构，故表现出与羧基相似的酸性，可溶于碳酸氢钠水溶液中，而-位上的羟基因与C=O基形成氢键缔合，表现出更弱的酸性，只能用氢氧化钠水溶液才能溶解。 -羟基蒽醌 -羟基蒽醌根据醌类酸性强弱的差别，可用pH梯度萃取法进行这类化合物的分离工作。以游离蒽醌类衍生物为例，酸性强弱按下列顺序排列：含-COOH含二个或二个以上-OH含一个-OH含二个或二个以上-OH含一个-OH。故可从有机溶剂中依次用5%碳酸氢钠、5%碳酸钠、1%氢氧化钠及5%氢氧化钠水溶液进行梯度萃取，达到分离的目的。由于羰基上氧原子的存在，蒽醌类成分也具有微弱的碱性，能溶于浓硫酸中成钅羊盐再转成阳碳离子，同时伴有颜色的显著改变，如大黄酚为暗黄色，溶于浓硫酸中转为红色，大黄素由橙红变为红色，其他羟基蒽醌在浓硫酸中一般呈红至红紫色。2颜色反应醌类的颜色反应主要基于其氧化还原性质以及分子中的酚羟基性质。（1） Feigl反应 醌类衍生物在碱性条件下经加热能迅速与醛类及邻二硝基苯反应生成紫色化合物。其反应机理如下： 紫色在此反应中，醌类在反应前后无变化，只是起到传递电子的媒介作用。醌类成分含量越高，反应速度也就越快。试验时可取醌类化合物的水或苯溶液1滴，加入25%碳酸钠水溶液、4%甲醛及5%邻二硝基苯的苯溶液各1滴，混合后置水浴上加热，在14分钟内产生显著的紫色。（2）无色亚甲蓝显色反应 无色亚甲蓝溶液（leucomethylene blue）为苯醌类及萘醌类的专用显色剂。无色亚甲蓝溶液的配制方法为将亚甲蓝100mg溶于乙醇100ml中，再加入冰乙酸1ml及锌粉1g，缓缓振摇至篮色消失后备用。此反应可在PC或TLC上进行，样品在PC或TLC上呈蓝色斑点，可与蒽醌类化合物相区别。（3）Borntrger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、紫红及蓝色。例如羟基蒽醌类化合物遇碱显红紫红色，其机理如下：-羟基蒽醌 红色-羟基蒽醌 红色显然，该显色反应与形成共轭体系的酚羟基和羰基有关。因此羟基蒽醌以及具有游离酚羟基的蒽醌苷均可呈色，但蒽酚、蒽酮、二蒽酮类化合物则需氧化形成羟基蒽醌类化合物后才能呈色。用本反应检查中药中是否含有蒽醌类成分时，可取样品粉末约0.1g，加10%硫酸水溶液5ml，置水浴上加热210分钟趁热过滤，滤液冷却后加乙醚2ml振摇，静置后分取醚层溶液，加入5%氢氧化钠水溶液1ml，振摇。如有羟基蒽醌存在，醚层则由黄色褪为无色，而水层显红色。（4）Kesting-Craven反应 此反应常被称为与活性亚甲基试剂的反应。苯醌及萘醌类化合物当其醌环上有未被取代的位置时，可在碱性条件下与一些含有活性次甲基试剂（如乙酰乙酸酯、丙二酸酯、丙二腈等）的醇溶液反应，生成蓝绿色或蓝紫色。以萘醌与丙二酸酯的反应为例，反应时丙二酸酯先与醌核生成产物，再进一步经电子转位生成产物而显色。 萘醌的苯环上如有羟基取代，此反应即减慢反应速度或不反应。蒽醌类化合物因醌环两侧有苯环，不能发生该反应，故可加以区别。（5）与金属离子的反应 在蒽醌类化合物中，如果有-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。以乙酸镁为例，生成物可能具有下列结构： 当蒽醌化合物具有不同的结构时，与醋酸镁形成的络合物也具有不同的颜色，如橙黄、橙红、紫红、紫、蓝色等。（6）对亚硝基二甲苯胺反应 9位或10位未取代的羟基蒽酮类化合物，尤其是1,8-二羟基衍生物，其羰基对位的亚甲基上的氢很活泼，可与0.1%对亚硝基-二甲苯胺吡啶溶液反应缩合而产生各种颜色。 绿色缩合物的颜色可以是紫色、绿色、蓝色及灰色等，随分子结构而不同，1,8-二羟基者均呈绿色。此反应可用作蒽酮化合物的定性检查，通常用纸色谱，以吡啶-水-苯（131）的水层为展开剂，以对亚硝基二甲苯胺的乙醇液作显色剂，在滤纸上发生颜色变化，如大黄酚蒽酮-9在滤纸上开始呈蓝色立即变绿，芦荟大黄素蒽酮-9在滤纸上开始呈绿色很快变蓝。本反应可作为蒽酮类化合物的定性鉴别反应，不受蒽醌类、黄酮类、香豆素类、糖类及酚类化合物的干扰。第四节 醌类化合物的提取与分离一、醌类化合物的提取方法1有机溶剂提取法 游离醌类的极性较小，可用极性较小的有机溶剂提取。苷类极性较苷元大，故可用甲醇、乙醇和水提取。实际工作中，一般常选甲醇或乙醇作为提取溶剂，可以把不同类型、不同存在状态、性质各异的醌类成分都提取出来，所得的总醌类提取物可进一步纯化与分离。2碱提酸沉法 用于提取具有游离酚羟基的醌类化合物。酚羟基与碱成盐而溶于碱水溶液中，酸化后酚羟基游离而沉淀析出。3水蒸气蒸馏法适用于分子量小、有挥发性的苯醌及萘醌类化合物。二、 醌类化合物的分离（一）蒽醌苷类与游离蒽醌的分离蒽醌苷类与游离蒽醌衍生物的极性差别较大，故在有机溶剂中的溶解度不同。如苷类在氯仿中不溶，而游离者则溶于氯仿，可据此进行分离。但应当注意一般羟基蒽醌类衍生物及其相应的苷类在植物体内多通过酚羟基或羧基结合成镁、钾、钠、钙盐形式存在，为充分提取出蒽醌类衍生物，必须预先加酸酸化使之全部游离后再进行提取。同理在用氯仿等极性较小的有机溶剂从水溶液中萃取游离蒽醌衍生物时也必须使之处于游离状态，才能达到分离苷或游离蒽醌的目的。（二）游离蒽醌的分离pH梯度萃取法 采用pH梯度萃取法是分离游离蒽醌的常用方法。其流程如下。色谱法色谱法是系统分离羟基蒽醌类化合物的有效手段，当药材中含有一系列结构相近的蒽醌衍生物时，常需经过色谱法才能得到满意的分离。分离游离羟基蒽醌衍生物时常用的吸附剂主要是硅胶，一般不用氧化铝，尤其不用碱性氧化铝，以避免与酸性的蒽醌类成分发生不可逆吸附而难以洗脱。另外，游离羟基蒽醌衍生物含有酚羟基，故有时也可采用聚酰胺色谱法。 （三）蒽醌苷类的分离蒽醌苷类因其分子中含有糖，故极性较大，水溶性较强，分离和纯化都比较困难，主要应用色谱方法。在进行色谱分离之前，往往采用溶剂法处理粗提物，除去大部分杂质，制得较纯的总苷后再进行层析分离。1溶剂法 在用溶剂法纯化总蒽醌苷提取物时，一般常用乙酸乙酯、正丁醇等极性较大的有机溶剂，将蒽醌苷类从水溶液中提取出来，使其与水溶性杂质相互分离。2色谱法 是分离蒽醌苷类化合物最有效的方法，过去主要应用硅胶柱色谱。近年来葡聚糖凝胶柱色谱和反相硅胶柱色谱得到普遍应用，使极性较大的蒽醌苷类化合物得到有效分离。应用葡聚糖凝胶柱色谱分离蒽醌苷类成分主要依据分子大小的不同，例如大黄蒽醌苷类的分离：将大黄的70%甲醇提取液加到Sephadex LH-20凝胶柱上，并用70%甲醇洗脱，分段收集，依次先后得到二蒽酮苷（番泻苷B、A、D、C）、蒽醌二葡萄糖苷、蒽醌单糖苷、游离苷元。第五节 醌类化合物的检识一、理化检识醌类化合物的理化检识，一般利用Feigl反应、无色亚甲蓝显色反应和Keisting-Craven反应来鉴定苯醌、萘醌。利用Borntrger反应初步确定羟基蒽醌化合物；利用对亚硝基二甲苯胺反应鉴定蒽酮类化合物。检识反应可在试管中进行，也可在PC或TLC上进行。二、色谱检识薄层色谱吸附剂多采用硅胶、聚酰胺，展开剂多采用混合溶剂如：苯、苯-甲醇（91）、庚烷-苯-氯仿（）等，对蒽醌苷采用极性较大的溶剂系统。蒽醌类及其苷在可见光下多显黄色，在紫外光下则显黄棕、红、橙色等荧光，若用氨熏或以10%氢氧化钾甲醇溶液、3%氢氧化钠或碳酸钠溶液喷之，颜色加深或变色。亦可用0.5%醋酸镁甲醇溶液，喷后90加温5分钟，再观察颜色。纸色谱羟基蒽类的纸色谱一般在中性溶剂系统中进行，可用水、乙醇、丙酮等与石油醚、苯混合使达饱和，分层后取极性小的有机溶剂层进行展开，常用展开剂如石油醚以甲醇饱和、正丁醇以浓氨水饱和等。显色剂一般用0.5%醋酸镁甲醇液，根据羟基的不同位置可显不同颜色的斑点，也可用1%2%氢氧化钠或氢氧化钾溶液喷雾，显红色斑点。蒽苷类具有较强亲水性，采用含水量较大的溶剂系统展开，才能得到满意结果。常用展开剂如苯-丙酮-水（412）、苯-吡啶-水（5110）、氯仿-甲醇-水（211下层）等。第六节 醌类化合物的结构研究醌类化合物的结构测定，一般是在进行Feigl反应、无色亚甲蓝显色反应、Keisting-Craven反应及Borntrger反应初步判断为醌类化合物之后，再进行必要的化学试验和波谱分析才能确定其化学结构。一、化学方法锌粉干馏羟基蒽醌衍生物与锌粉混合进行干馏时，蒽醌取代基中的氧原子被还原除去而生成相应的母体烃类，此反应过去常用来确定母核类型、侧链的有无及某些取代基的位置等。如仅有羟基、甲氧基或羧基则得到的产物是蒽，如为甲基或羟甲基取代的蒽醌得到的产物是甲基蒽。但目前此法已不再常用。氧化反应未取代的蒽醌一般很难氧化，如环上有羟基取代就有氧化开环的可能，氧化产物为苯二甲酸的衍生物，不同氧化剂和不同的反应条件，能生成不同的产物，最常用的氧化剂是碱性高锰酸钾或三氧化铬，通过氧化产物的分析，有利于判断取代基的有无及位置。甲基化反应化学环境不同的羟基对甲基化反应的难易顺序依次为：醇羟基、-酚羟基、-酚羟基、羧基。甲基化反应的难易及作用位置与试验中所用的甲基化试剂的种类和反应条件也有关系。常用的甲基化试剂有重氮甲烷（CH2N2）、硫酸二甲酯（CH3）2SO4及碘甲烷，其反应能力的强弱与反应功能基之间的关系。表4-1所示。表4-1甲基化试剂与反应功能基的关系甲基化试剂的组成反应功能基CH2N2/Et2OCOOH、-酚OH、CHOCH2N2/Et2O + MeOHCOOH、-酚OH、两个-酚OH之一、CHO(CH3)2SO4 + K2CO3 + 丙酮-酚OH、-酚OHCH3 I+ Ag2OCOOH、所有的酚OH、醇OH、CHO从上可知，功能基的酸性越强，即羟基上质子的解离度越大，则甲基化反应就越容易。据此，采用不同的甲基化试剂，控制适当的反应条件进行甲基化反应，可以得到不同程度的甲醚化衍生物，然后分别作元素分析和波谱分析，以确定各衍生物的甲氧基数目，并由此可以推测原来分子中羟基的数目和位置。乙酰化反应常用的乙酰化试剂按乙酰化能力强弱顺序排列为：CH3COCl（CH3CO）2OCH3COORCH3COOH。试剂和反应条件不同，影响乙酰化的作用位置，如表4-2所示。表4-2乙酰化试剂和反应条件及作用位置试剂组成反应条件作用位置冰醋酸（加少量乙酰氯）冷置醇OH醋酐加热 短时间醇OH、-酚OH 长时间醇OH、-酚OH、两个-酚OH之一醋酐 + 硼酸冷置醇OH、-酚OH醋酐 + 浓硫酸室温放置过夜醇OH、-酚OH、-酚OH醋酐 + 吡啶室温放置过夜醇OH、-酚OH、烯醇式OH从表4-2可以看出，羟基的乙酰化，以醇羟基最易乙酰化，-酚羟基则相对较难。乙酰化试剂中醋酐-吡啶的乙酰化能力最强，而冰醋酸最弱。醋酐-吡啶可使环上所有酚羟基乙酰化。如果控制反应时间不同，作用位置也会有些差别，但一般很难掌握。有时为了保护-酚羟基不被乙酰化，可采用醋酐-硼酸作为酰化剂。因为硼酸能和羟基蒽醌中的-羟基形成硼酸酯，使-酚羟基不参与乙酰化反应，仅使-酚羟基乙酰化。反应产物再用冷水处理，使缔合的-硼酸酯水解恢复-酚羟基，这样就可以得到仅-羟基被乙酰化的产物。二、波谱分析UV光谱（1） 苯醌和萘醌类的紫外光谱特征 醌类化合物由于存在较长的共轭体系在紫外区域均出现较强的紫外吸收。苯醌类的主要吸收峰有三个：240nm，强峰；285nm，中强峰；400nm，弱峰。萘醌主要有四个吸收峰，其峰位与结构的关系大致如下所示：当分子中具有羟基、甲氧基等助色团时，可引起分子中相应的吸收峰红移。例如1,4-萘醌，当醌环上引入+I或+M取代基时，只影响257nm峰红移，而不影响来源于苯环的三个吸收带。但当苯环上引入上述取代基时，如-羟基时将使335nm的吸收峰红移至427nm。（2） 蒽醌类的紫外光谱特征 蒽醌母核有四个吸收峰，分别由苯样结构（a）及醌样结构（b）引起，如下所示：（a） （b）羟基蒽醌衍生物的紫外光谱与蒽醌母核相似，此外，多数在230nm附近还有一强峰，故羟基蒽醌类化合物有以下五个主要吸收带。第峰：230nm左右第峰：240260nm（由苯样结构引起）第峰：262295nm（由醌样结构引起）第峰：305389nm（由苯样结构引起）第峰：400nm（由醌样结构中的C=O引起）以上各吸收带的具体峰位与吸收强度与蒽醌母核上取代基的性质、数目及取代位置有关峰带的最大吸收波长（max）随分子中酚羟基数目的增多而向红移，但该红移与酚羟基的位置无关。峰带的具体位置与分子中的酚羟基数目之间的关系如表4-3所示。表4-3羟基蒽醌类紫外吸收光谱（第峰）OH数OH位置maxnm11-；2-222.521，2-；1，4-；1，5-22531，2，8-；1，4，8-230 2.51，2，6-；1，2，7-41，4，5，8-；1，2，5，8-236峰带（262295nm）受-酚羟基的影响，-酚羟基的存在可使该带红移，且吸收强度增加。蒽醌母核上具有-酚羟基则第三峰吸收强度log值均在4.1以上，若低于4.1，表示无-酚羟基。峰带（305389nm）受供电基影响，一般规律是位有-CH3、-OH、-OCH3时，峰位红移，强度降低，而当取代基处于位时，则吸收峰强度增大。峰带主要受-羟基的影响，-羟基数目越多，峰带红移值也越大，如表4-4所示。表4-4羟基蒽醌类峰带的紫外吸收-OH数maxnm（log）无356362.5（3.303.88）14004202 1,5-二羟基418440 （二个峰） 1,8-二羟基430450 1,4-二羟基470500（靠500nm处有一肩峰）3485530（二至多个吸收）4540560（多个重峰）IR光谱 醌类化合物红外光谱的主要特征是羰基吸收峰以及双键和苯环的吸收峰。羟基蒽醌类化合物在红外区域有C=O（16751653cm-1）、OH（36003130cm-1）及芳环（16001480cm-1）的吸收。其中C=O吸收峰位与分子中-酚羟基的数目及位置有较强的相关性，对推测结构中-酚羟基的取代情况有重要的参考价值。当蒽醌母核上无取代基时，因两个C=O的化学环境相同，只出现一个C=O吸收峰，在石蜡糊中测定的峰位为1675cm-1。当芳环引入一个-羟基时，因与一个C=O缔合，使其吸收显著降低，另一个游离C=O的吸收则变化较小。当芳环引入的-羟基数目增多及位置不同时，两个C=O的缔合情况发生变化，其吸收峰位也会随之改变。-羟基的数目及位置对C=O吸收的影响如表4-5所示。 表4-5-羟基的数目及位置对C=O吸收的影响羟基数蒽醌类型游离C=O频率 (cm-1)缔合C=O频率 (cm-1)C=O频率差 C=O0无-OH1678165311-OH1675164716371621243821,4-或1,5-二OH1645160821,8-二OH1678166116261616405731,4,5-三OH1616159241,4,5,8-四OH15921572羟基蒽醌的羟基伸缩振动的谱带，随取代位置不同而有很大变化。-羟基因与相邻的羰基缔合，其吸收频率均移至3150cm-1以下，多与不饱和C-H伸缩振动频率相重叠。-羟基振动频率较-羟基高得多，在36003150cm-1区间，若只有一个-羟基（包括一个-CH2OH）则大多数在33003390cm-1之间有一个吸收峰；若在36003150cm-1之间有几个峰，表明蒽醌母核上可能有两个或多个-羟基。1H-NMR谱（1）醌环上的质子 在醌类化合物中，只有苯醌及萘醌在醌环有质子，在无取代时化学位移分别为6.72（s）（p-苯醌）及6.95（s）（1,4-萘醌）。醌环质子因取代基而引起的位移基本与顺式乙烯中的情况相似。无论p-苯醌或1,4-萘醌，当醌环上有供电取代基时，将使醌环上其它质子移向高场。（2）芳环质子 在醌类化合物中，具有芳氢的只有萘醌（最多4个）及蒽醌（最多8个），可分为-H及-H两类。其中-H因处于羰基的负屏蔽区，受影响较大，芳氢信号出现在低场，化学位移值较大；-H受羰基的影响较小，化学位移值较小。1,4-萘醌的芳氢信号分别在8.06（-H）及7.73（-H），蒽醌的芳氢信号出现在8.07（-H）及7.67（-H）。当有取代基时峰形及峰位都会改变 。(3)取代基质子的化学位移及对芳环质子的影响 蒽醌衍生物中取代基的性质、数目和位置不同，对芳氢的化学位移、峰的微细结构均产生一定的影响，有利于结构的分析。甲基 蒽醌核上-CH3质子的化学位移约为2.12.9，为单峰或宽单峰，具体峰位与甲基在母核上的位置(或)有关，并受其它取代基的影响。例如1，3，5-三羟基-6-甲基蒽醌中，-CH3处于C5-OH的邻位，受其影响较大，故质子的化学位移较小(2.16)，而在1，3，5-三羟基-7-甲基蒽醌中， -CH3处于C5-OH的间位，受其影响较小，故化学位移较大（2.41）。甲基对相邻芳氢的影响：甲基作为供电基，可使相邻芳氢向高场位移约0.15左右;使间位向高场位移约0.10。另外，-CH3可与相邻芳氢发生丙烯偶合，其偶合常数很小（J0.60.9Hz），可使甲基峰与芳氢峰的宽度加大为宽峰，宽甲基峰的半高宽约为2.2Hz，而正常甲基峰为11.5Hz；如果甲基两侧均为芳氢，则两个间位芳氢由于互相远程偶合（J3Hz）而使每个芳氢分裂为2个小峰，再与甲基偶合，使这4个峰（2个二重峰）变成2个宽峰，其半高宽约为4Hz。甲氧基 芳环上-OCH3化学位移约为4.04.5左右，单峰。甲氧基可向芳环供电，使邻位及对位芳氢向高场位移约0.45ppm。羟甲基（-CH2OH） 与苯环相连的-CH2OH，其-CH2-质子的值约4.6左右，一般呈单峰，但有时因与羟基质子偶合而呈现双峰，羟基上的质子一般在4.06.0。羟甲基可使邻位芳氢向高场位移约0.45ppm。酚羟基及羧基 酚羟基受CO影响大，质子共振发生在很低磁场区，值约为1112，-酚羟基值多小于11。-COOH质子的值也在此范围内。但酚羟基为供电子基可使邻位及对位芳氢的共振信号向高场移动约0.45，而-COOH则使邻位芳氢向低场移动约0.8。 13C-NMR谱 13C-NMR作为一种结构测试的常规技术已广泛用于醌类化合物的结构研究。通过测定大量数据，已经积累了不少13C-NMR谱在确定醌类化合物结构上的经验规律。这里主要介绍1,4-萘醌及蒽醌类的13C-NMR谱基本特征。（1）1,4-萘醌类化合物的13C-NMR谱 1,4-萘醌母核的13C-NMR化学位移值（）如下所示：当醌环及苯环上有取代基时，则会发生取代位移。醌环上取代基的影响：取代基对醌环碳信号化学位移的影响与简单烯烃的情况相似。例如，C3位有-OH或-OR基取代时，引起C3向低场位移约20，并使相邻的C2向高场位移约30。如果C2位有烃基（R）取代时，可使C2向低场位移约10，C3向高场位移约8，且C2向低场位移的幅度随烃基R的增大而增加，但C3则不受影响。苯环上取代基的影响：在1,4-萘醌中，当8-C位有-OH、-OMe或-OAc时，因取代基引起的化学位移变化如表4-6所示。但当取代基增多时，对13C-NMR谱信号的归属比较困难，一般须借助DEPT技术以及2D-NMR技术，特别是HMBC谱才能得出可靠结论。表4-61,4-萘醌的取代基位移（）取代基1-C2-C3-C4-C5-C6-C7-C8-C9-C10-C-OH+5.4-0.1+0.8-0.7-7.3+2.8-9.4+35.0-16.9-0.2-OMe-0.6-2.3+2.4+0.4-7.9+1.2-14.3+33.7-11.4+2.7-OAc-0.6-1.3+1.2-1.1-1.3+1.1-4.0+23.0-8.4+1.7（2）蒽醌类化合物的13CNMR谱 蒽醌母核及-位有一个OH或OMe时，其13C-NMR化学位移如下所示：当蒽醌母核每一个苯环上只有一个取代基时，母核各碳信号化学位移值呈规律性的位移，如表4-7所示。表4-7蒽醌13C-NMR谱的取代基位移值（）CC1-OHC2-OHC1-OMeC2-OMeC1-MeC2-MeC1-OCOMeC2-OCOMe1-C+34.73-14.37+33.15-17.13+14.0-0.1+23.59-6.532-C-0.63+28.76-16.12+30.34+4.1+10.1-4.84+20.553-C+2.53-12.84+0.84-12.94-1.0-1.5+0.26-6.924-C-7.80+3.18-7.44+2.47-0.6-0.1-1.11+1.825-C-0.01-0.07-0.71-0.13+0.5-0.3+0.26+0.466-C+0.46+0.02-0.91-0.59-0.3-1.2+0.68-0.327-C-0.06-0.49+0.10-1.10+0.2-0.3-0.25-0.488-C-0.26-0.070.00-0.130.0-0.1+0.42+0.619-C+5.36+0.00-0.68+0.04+2.0-0.7-0.86-0.7710-C-1.04-1.50+0.26-1.300.0-0.3-0.37-1.1310a-C-0.03+0.02-1.07+0.300.0-0.1-0.27-0.258a-C+0.99+0.16+2.21+0.190.0-0.1+2.03+0.509a-C-17.09+2.17-11.96+2.14+2.0-0.2-7.89+5.374a-C-0.33-7.84+1.36-6.24-2.0-2.3+1.63-1.58按照上表取代基位移值进行推算所得的计算值与实验值很接近，误差一般在0.5以内。当两个取代基在同环时则产生较大偏差，须在表中位移值基础上作进一步修正。当蒽醌母核上仅有一个苯环有取代基，另一苯环无取代基时，无取代基苯环上各碳原子的信号化学位移变化很小，即取代基的跨环影响不大。 MS 在所有游离醌类化合物的MS中，其共同特征是分子离子峰多为基峰，且可见出现丢失12分子CO的碎片离子峰。苯醌及萘醌易从醌环上脱去1个CHCH碎片，如果在醌环上有羟基，则断裂同时将伴随有特征的H重排。（1）对-苯醌的MS 苯醌母核的主要开裂过程如下图所示：无取代的苯醌通过A、B、C三种开裂方式，分别得到m/z 82、80及54三种碎片离子。无取代的苯醌也能连续脱去2分子的CO出现重要的m/z 52碎片离子（环丁烯离子）。（2）1,4-萘醌类化合物的MS 苯环上无取代时，将出现m/z 104的特征碎片离子及其分解产物m/z 76及m/z 50的离子。但苯环上有取代时，上述各峰将相应移至较高质荷比处。例如2,3-二甲基萘醌的开裂方式如下：（3）蒽醌类化合物的MS 游离蒽醌依次脱去2分子CO，在m/z 180（M-CO）及152（M-2CO）处得到丰度很高的离子峰并在m/z 90及m/z 76处出现它们的双电荷离子峰。蒽醌衍生物也会经过同样的开裂方式，得到与之相应的碎片离子峰。蒽醌苷类化合物用电子轰击质谱不易得到分子离子峰，其基峰常为苷元离子，需用场解吸质谱（FD-MS）或快原子轰击质谱（FAB-MS）才能出现准分子离子峰，以获得分子量的信息。结构研究举例 黄花中蒽醌类化合物的结构确定从具有清热利湿、消肿止痛的黄花（Hemerrocallis plicata）中分得多种蒽醌，其中一种为新蒽醌化合物，命名为黄花蒽醌。黄花蒽醌为黄色结晶，mp243244，分子式C16H12O6（M+300）。它在5氢氧化钠水溶液中呈深红色，提示为蒽醌化合物。它不溶于水，溶于5%碳酸钠水溶液，呈橙红色，表明有酚羟基存在；与乙酸镁甲醇液反应呈橙红色，表明也存在酚羟基。从颜色可判断羟基位置不可能是1，2位（紫-蓝紫色）或1，4位（紫红）而只能是1，3位或两个羟基分别位于两个苯环上。IR光谱显示有游离的-羟基（3320cm-1）和游离羰基（1655cm-1）及缔合（1634cm-1）羰基存在，且根据两个羰基峰的频率差可推知其可能存在1个-羟基。1H-NMR谱（DMSO-d6）在12.85（1H，单峰）的信号表明有一个缔合羟基质子，10.50（1H，单峰）处的信号示有一个非缔合羟基质子，两者均可用重水交换使峰消失。此外3.76（3H，单峰）、4.55（2H，单峰）处的信号表明有一个甲氧基和一个羟甲基存在。7.22（1H,双峰，J=8Hz）、7.55（1H，双峰，J=8Hz）、7.61（1H，多峰）处归属于3个芳氢的信号，证明它们是3个相邻芳氢。8.15（1H，单峰）应为另一苯环上的孤立芳香质子，从其化学位移值分析它应靠近羰基，且其邻位不太可能连接甲氧基或羟基而可能连接羟甲基。IR光谱在840、860cm-1处的吸收峰也提示有孤立芳氢的存在。黄花蒽醌的乙酰化物的1H-NMR谱（CDCl3）表明有3个乙酰基：2.10、2.36、2.43(各3H，单峰)，且4.55信号明显向低场移动至5.18，所以，4.55的信号应为 CH2OH上亚甲基的信号，而它的OH信号在DMSO-d6中不易查出。由以上实验综合分析可知黄花蒽醌中应含有3个羟基，其中一个为羟甲基。 ，-羟基位置应为2，5或2，8位。从生源角度考虑，后者可能性更大，为进一步证实各基团的位置，用已知品2，8 二羟基-1-甲氧基-3-甲基-9，10蒽醌作了以下的合成试验： 乙酐 溴代丁二酰亚胺 N 乙酸银合成产物与黄花蒽醌三乙酰化物的薄层色谱Rf值、IR光谱完全一致，混合熔点也不下降，所以证明黄花蒽醌的结构应是2，8-二羟基-1-甲氧基-3-羟甲基-9，10-蒽醌。进一步研究黄花蒽醌的13C-NMR，应用质子噪声去偶和偏共振去偶技术，确定了各碳原子的归属如表4-8所示。表4-8 黄花蒽醌的13C-NMRC 化学位移 C 化学位移 1148.76s9185.13s2141.