天然药物化学课程PPT课件

-,1,天然药物化学NATURALPRODUCTSCHEMISTRY,-,2,第四章醌类化合物Quinones,-,3,主要内容,1、掌握苯醌、萘醌、蒽醌、菲醌类化合物的基本结构及分类2、掌握蒽醌类化合物的颜色、升华性、溶解性及与结构的关系、酸性及酸性强弱与结构的关系、显色反应及其应用3、掌握蒽醌类化合物的一般提取分离方法,-,4,4、掌握蒽醌类化合物的UV、IR光谱特征及其应用5、熟悉蒽醌类化合物的MS裂解规律6、熟悉大黄、丹参中所含主要蒽醌类化合物的化学结构、理化性质、提取分离、鉴定方法和生物活性,-,5,1结构类型天然醌类主要有四种类型苯醌萘醌菲醌蒽醌,naphthoquinones,phenanthraquinones,anthraquinones,benzoquinones,-,6,一、苯醌（benzoquinones）类是具有醌型结构的最简单化合物。按其结构可分为邻苯醌及对苯醌两大类。邻苯醌不稳定，故天然存在的苯醌化合物多为对苯醌衍生物，其母核上常有-OH、-OCH3、-CH3等基团取代。,-,7,对苯醌（para-）,邻苯醌（ortho-）,天然苯醌类化合物多为黄色或橙黄色结晶体。,-,8,邻苯醌和对苯醌均可由相应的二元酚氧化制得。,-,9,苯醌类化合物具有一定的生物活性中药凤眼草的果实中得到的2，6-二甲氧基苯醌有抗菌作用；白花酸藤果中得到的信筒子醌有驱肠内寄生虫作用。,2，6-二甲氧基苯醌,信筒子醌,-,10,3,(1,4),(1,2),amphi(2,6),但目前从自然界得到的几乎均为-萘醌类。,二、萘醌（naphthoquinones）类按理论，结构上有(1,4)，(1,2)，amphi(2,6)三种类型萘醌。,-,11,-萘醌类是黄色结晶，可升华，微溶于水，能溶于乙醇和乙醚。天然萘醌衍生物多为橙黄色或橙红色结晶，个别为紫色结晶。许多萘醌类有很明显的生物活性。,-,12,从热带柿科一植物中分得的三色柿醌为一橙红色针晶，属邻醌衍生物，该植物在非洲曾用作治疗麻风病。胡桃醌、拉帕醌有抗癌活性。从中药紫草中分得一系列萘醌类衍生物，有止血、抗炎、抗菌、抗病毒及抗癌作用。,三色柿醌,胡桃醌,拉帕醌,-,13,维生素K1,苜宿中的维生素K1是黄色粘稠状油，熔点-20，加热至100-200以上即被分解。K-Vitamin是一类自然界存在的萘醌衍生物，基本结构与VitaminK1相似，只是3位上的侧链有长有短，由不同数目的异戊二烯组成。它的生物活性是兴奋或促进能合成凝血酶原(phothrombin)的信使RNA形成，可促进血液凝固。该类属于生物醌类的一种。,-,14,三、菲醌(phenanthraquinones)类天然菲醌衍生物主要包括邻醌及对醌两大类。唇形科植物丹参具有活血化瘀、消炎抗菌、抗肿瘤、扩张血管等多种作用，近几十年来，中日学者深入研究，从中得到了几十种菲醌衍生物。,丹参,-,15,-,16,丹参酮A有增加冠流量的作用，由其制得的丹参酮A磺酸钠注射液已投入生产，临床上可治疗冠心病、心梗等。,-,17,这一类具有菲醌母核的化合物，于生物合成上可能来源于二萜类，故常称其为二萜醌类成分。由于其生理活性多样、显著，有抗肿瘤活性，近年来成为各国学者研究的焦点。由于植物亲源关系，唇形科鼠尾草植物含二萜醌类成分较多，故报道较多。这类菲醌成分是一类醌性色素，多为橙色、红色、棕红色结晶，也有黄色结晶。在提取分离中不需要显色，可直接根据色带收集。,-,18,1，4，5，8-,位,2，3，6，7位,9，10meso位,四、蒽醌(anthraquinones)类蒽醌类成分包括蒽醌衍生物及其不同还原程度的产物，如：氧化蒽酚、蒽酚、蒽酮、二蒽酮。,-,19,-,20,1.蒽醌衍生物天然蒽醌有1，2-蒽醌、1，4-蒽醌、9，10-蒽醌，但由于C9、C10位氧化产物较为稳定，故9，10-蒽醌最为常见。多数蒽醌母核上有不同数目的羟基取代，其中以二元羟基为多。,-,21,根据羟基在蒽醌母核上的位置不同，可将羟基蒽醌分为两大类：（1）大黄素型（Emodin）羟基分布于两侧苯环上，多呈棕黄色。大黄中的主要蒽醌衍生物多属于大黄素型。,-,22,大黄药材,-,23,（2）茜草素型(Alizarin)羟基分布于一侧苯环上，多呈橙色-橙红色。,-,24,2、蒽酚和蒽酮衍生物蒽醌在酸性条件下还原生成蒽酚及互变异构体蒽酮。,蒽酚,蒽酮,蒽醌,-,25,NOTE：（1）蒽酚及蒽酮类一般只在存于新鲜植物中，存放期间易被氧化，生成蒽醌类。（2）蒽酚的中位羟基与糖缩合成苷后，则难以被氧化，较稳定，因为形成的苷只有被水解除去糖才易被氧化而转变为蒽醌衍生物。而苷的水解是需要一定条件的。（3）羟基蒽酚抑菌作用较强，可治疗疥癣之类皮肤病。,-,26,3.二蒽酮类：由两分子蒽酮脱去一分子氢后而成。根据连接部位不同，又可分为中位连接二蒽酮及位连接二蒽酮。（1）中位(meso-)连接：如有泻下作用的中药番泻叶中的番泻苷A,-,27,NOTE：C10-C10,键容易水解而断裂，生成较稳定的蒽酮游离基，继而氧化成蒽醌类化合物。一般随着植物原料储存时间延长，二蒽酮类含量下降，单蒽酮类含量上升。,.,大黄酸,-,28,（2)-位连接二蒽酮类：C1-C1,或C4-C4,醌类成分容易被还原为二元酚类衍生物，后者再被氧化又容易转变为醌，所以它们起到了电子传导的作用，加之它们是新陈代谢的产物，容易参与生物的生化反应，从而促进或干扰了某些生化反应，从而表现出多种生物活性（抗菌、抗癌、抗病毒、凝血、生物氧化反应中辅酶）。,-,29,理化性质,SECTION2,-,30,一物理性质：1性状：植物中存在的醌类衍生物是一类醌类色素，故多为有色晶体。随着酚-OH等助色团引入越多，颜色越深。,苯醌、萘醌、菲醌-多以游离状态存在，多为完好结晶。萘醌,游离形式多为完好结晶,结合成苷-难得到完好结晶，呈粉末状物,-,31,2升华性：游离醌类多具有升华性。即常压下加热可升华而不分解，一般来说其升华温度随酸性增强而升高。3挥发性：小分子苯醌及萘醌具挥发性，可随水蒸气蒸馏。,-,32,4溶解度：游离醌：溶于乙醇、乙醚、苯、氯仿等有机溶剂，难溶于水。醌苷类：易溶于甲醇、乙醇，溶于热水，不溶于乙醚、苯、氯仿。,-,33,5光稳定性：有些醌类对光不稳定，曾对丹参酮A等8种丹参酮作光的稳定性实验表明，各种丹参酮经光照射后均有损失，且隐丹参酮分解为两个小峰，而避光保存者峰面积基本不变，故对醌类色素的处理应尽量避光。,-,34,二化学性质：1酸性：醌类化合物多具酚羟基或羧基，故多具有酸性。其酸性的强弱取决于是否有羧基及酚羟基的数目、位置。,萘醌和蒽醌-位的-OH，由于上述电子转移，也表现出较强的酸性。而-OH，由于与C=O形成氢键，表现出较弱的酸性。,-,35,-羟基蒽醌的酸性较一般酚类要强，能溶于Na2CO3溶液中。尤其是热溶液中。-羟基的酸性很弱(pKa11.5)，不但比苯酚的酸性弱，而且不及碳酸第二步解离的酸性(pKa210.3),因此不能溶解于碳酸氢钠和碳酸钠溶液中。羟基数目增多，酸性也增强。羟基蒽醌的酸性随羟基数目的增加而增加，无论是-位或-位有羟基，其酸性都有一定程度的递增。但是，处于邻位的二羟基蒽醌其酸性比只有一个羟基蒽醌的酸性还弱，这是由于相邻酚羟基缔合的影响。如茜草素(pKa18.2,pKa211.9).,-,36,由此可归纳出：,（1）含-COOH的酸性不含-COOH的。（2）含-OH的酸性含-OH的。（3）苯醌上-OH的酸性与-COOH近似。以游离蒽醌为例，各种蒽醌的酸性强弱顺序为：含-COOH含二个以上酚-OH含一个酚-OH含两个酚-OH含一个-酚-OH。,-,37,含-COOH或两个以上-酚羟基含一个-酚羟基含两个以上-酚羟基含一个-酚羟基因此对蒽醌类成分的提取分离，常用梯度pH萃取法，用不同碱液提取。,溶于5%NaHCO3,溶于5%Na2CO3,溶于1%NaOH,溶于5%NaOH,-,38,醌类,醛及邻二硝基苯,OH-,紫色化合物,2颜色反应：（1）Feiglreaction:醌类衍生物在碱性条件下加热能迅速与醛类及邻二硝基苯反应生成紫色化合物。在这个反应中醌类在反应前后并无变化，只起传递电子的作用。,-,39,紫色,-,40,（2）无色亚甲兰显色试验：醌类衍生物层析展开后，喷以无色亚甲兰溶液，若出现兰色斑点可能含苯醌或萘醌不显色可能含蒽醌,-,41,（3）与活性次甲基试剂的反应（Kesting-Cravenreaction）对于醌环尚未完全取代的苯醌或萘醌，可在氨的碱性环境中与活性次甲基试剂（乙酰醋酸酯、丙二酸酯、丙二腈等）的溶液反应，生成兰绿或兰紫色。蒽醌类无此反应。萘醌苯环上有羟基取代时，此反应受抑制。,-,42,乙二胺-ethyldiamine二乙胺-diethylamine,（4）Kariusreaction:将苯醌或萘醌类溶于石油醚中，加入乙二胺，可呈现各种不同颜色。蒽醌类无此反应。,-,43,（5）Borntragersreaction(碱液试验)羟基蒽醌类遇碱显红紫红色。这是蒽醌类一个很重要的鉴别反应。,.,药粉,酸水热提,酸水液,Et2O,萃取,萃取液,加5%NaOH,碱水液（显红色）,醚层（变为无色）,-,44,羟基蒽醌及有游离酚-OH的蒽苷类遇碱均可显色，呈橙，红，紫及兰色。,而蒽酚，蒽酮则需氧化才能显色。机理如下；-羟基蒽醌红色-羟基蒽醌红色,-,45,（6）醋酸镁反应（Magnesiumacetatereaction）羟基蒽醌和0.5%醋酸镁的甲醇或乙醇液生成稳定的橙红色或紫色络合物。生成的颜色随分子中羟基的位置而有所不同。因此此反应不仅作为蒽醌的一般定性检查，而且可以提供羟基取代位置的线索，有利于结构的推测。多用作PC、TLC显色剂。,-,46,羟基蒽醌乙醇液,点于滤纸上,干燥,喷0.5%醋酸镁甲醇液,90,5min,显色,-,47,若母核只有a-OH或一个b-OH或两个OH不在同一环,显橙黄-橙色,若一个a-OH，邻-OH,显兰、兰紫色,间-OH,橙红、红色,对-OH,紫红、紫色,-,48,（7）与金属离子的反应,在蒽醌类化合物结构中，如果具有-OH或有邻二酚-OH者，则可与pb+,Mg+离子形成络合物，呈一定颜色，可用于鉴别。铅盐（pb+）可用于分离，因其在一定条件下能沉淀析出。,-,49,以Mg(Ac)2为例：羟基蒽醌成份与醋酸镁的甲醇溶液反应，产生橙红色，紫红色或紫色络合物。,-,50,SECTION3醌类化合物的提取分离,-,51,醌类化合物由于结构及性质具很大差异，于植物体内的存在状态也不同，故提取分离方法多样。一游离醌类成分的提取分离1：有机溶剂提取法：A.将药粉用有机溶剂提取,提取液浓缩,可能析出结晶，再重结晶。,-,52,B.游离形式蒽醌成分可用不同极性溶剂依次提取，溶剂极性由小到大，在提取过程中可得到初步分离。如极性较小的蒽醌如大黄酚、大黄素甲醚可被石油醚提出，而极性较大的多羟基蒽醌则需乙醇提出。,-,53,2碱提酸沉法：适于具酚羟基的醌类成分。它们可溶于碱性水液中，加酸后又沉淀析出。3水蒸气蒸馏法：适于分子量较小的苯醌及萘醌类。它们具挥发性，可随水蒸气蒸馏出来，同时可与不具挥发性的醌类分离4分离：多采用吸附层析。许多醌类色素在植物中含量不高，故需将CC与pre.TLC结合使用。,-,54,二游离羟基蒽醌类成分的提取分离：NOTE：羟基及含羧基蒽醌在植物体内常以盐的形式存在，提取时应先酸化成游离状态，再提取。,-,55,1.游离蒽醌衍生物的分离：常采用梯度PH萃取法。A由于蒽醌羟基位置、数目及羧基的有无，其酸度大小是有区别的，可分别溶于不同碱性的水液，故可采用梯度PH萃取法。此法为分离游离蒽衍生物的经典方法，也为常用方法。5%NaHCO3液-含COOH及两个以上-酚OH5%Na2CO3液-含一个-酚OH蒽醌类1%NaOH液-含两个-酚OH蒽醌类5%NaOH液-含一个-酚OH蒽醌类,-,56,药材,醇提液,乙醚液,5%NaHCO3,5%NaCO3,1%NaOH,5%NaOH,EtOH提取,回收醇，加乙醚,pH梯度依次萃取,蒽醌pH梯度萃取法流程,-,57,BPH梯度萃取法对蒽衍生物进行初步分离，对性质相似，酸性强弱相差不大的羟基蒽醌类则不能很好分离，故初分后再结合层析法进一步分离。多用吸附柱层析，以硅胶、磷酸氢钙、聚酰胺粉为吸附剂，不宜用氧化铝，尤其是碱性氧化铝，因为羟基蒽醌能与氧化铝形成牢固螯合物，难以洗脱。,-,58,萱草根乙醇浸膏乙醚乙醚溶液不溶物5%NaHCO3NaHCO3乙醚溶液酸化5%Na2CO3黄色沉淀乙醇吡啶Na2CO3乙醚溶液重结晶酸化淡黄色结晶黄色沉淀,淡黄色结晶黄色沉淀（大黄酸）重结晶橙黄色结晶（决明蒽醌）,-,59,乙醚溶液1%NaOHNaOH溶液乙醚溶液酸化浓缩黄色沉淀丙酮重结晶结晶乙醚溶液金黄色结晶丙酮重结晶蒸干（大黄酚）橙黄色结晶油状物（决明蒽醌甲醚）甲醇重结晶白色结晶（-谷甾醇）,-,60,2蒽醌苷类与蒽衍生物苷元的分离：根据它们的溶解性不同分离。苷元-极性小，难溶于水，易溶于乙醚、氯仿等有机溶剂。苷-极性大，溶于水，难溶于乙醚、氯仿等有机溶剂。,-,61,3蒽醌苷类的分离：常用层析法。这类成分水溶性强，分离及精制工作都较为困难，层析前用铅盐法或溶剂法处理，得较纯总苷后再进一步分离。溶剂法是用中等极性的有机溶剂如乙酸乙酯、正丁醇等，从除去游离蒽醌衍生物的水溶液中，将蒽醌苷萃取出来，再作进一步分离。,-,62,虎杖浸膏的水溶液,氯仿回流,氯仿液,（含大黄素等游离蒽醌脂溶成分）,水液,EtOAc萃取,EtOAc液（含大黄素苷等蒽醌苷极性成分）,溶剂法：,-,63,铅盐法：,中药粉,90%乙醇加热提取,提取液,浓缩,浓缩液,氯仿（或乙醚、苯）萃取,氯仿液（游离蒽醌）,水层,加Pb(OAc)2液，过滤,滤液,沉淀,水洗，悬浮于水中，通H2S脱铅过滤,沉淀（Pb2S）,滤液,蒽醌苷,-,64,SECTION4结构测定,-,65,蒽醌类化合物的结构研究，一般是在进行Borntragers反应、乙酸镁反应初步确定为蒽醌化合物后，再依据光谱分析，同时辅以衍生物制备等经典化学方法作出判断。,-,66,一衍生物制备：主要采用甲基化及乙酰化衍生物的制备，用以判断羟基的数目及位置。1甲基化反应：甲基化反应的难易及作用位置取决于结构中OH类型、化学环境及甲基化试剂的种类及反应条件。,-,67,A.OH类型不同，化学环境不同，其甲基化反应难易不同。ROH-酚OHCH3COORCH3COOH,反应能力强,弱,-,75,C.乙酰化试剂和反应条件及作用位置:,-,76,HOAc冷放,Ac2O回流2min,Ac2O回流20min,Ac2O+H2SO4或Ac2O+吡啶,-,77,Ac2O+吡啶,HOAc冷放,Ac2O回流20分钟,Ac2O回流2分钟,-,78,二.波谱分析：（一）UV:1.苯醌和萘醌：,主要有三个吸收峰：240nm强285nm中强400nm弱,主要有四个吸收峰：257nm由醌样结构引起245nm251nm335nm由苯样结构引起,-,79,蒽醌：,苯甲酰基结构（苯样结构）252nm322nm,醌样结构272nm405nm,-,80,对于蒽醌类母核上多具羟基取代，对于羟基蒽醌类主要有五个吸收峰：.230nm左右与OH有关对推断母核上酚羟基的数目很有意义一般来说，酚OH越多，吸收峰红移越多，吸收峰波长越长.240nm260nm-由苯酰基结构引起,-,81,262nm-295nm-由醌样结构引起与-酚OH有关主要标志是吸收强度的增加-酚OH可通过蒽醌母核向羰基供电，形成一系列共振结构，电子跃迁很大，吸收强度与跃进距的平方成正比lg4.1lg4.1,具有b-酚OH羟基,不具有b-酚OH羟基,-,82,.305nm-389nm由苯酰基结构引起与苯环上供电基取代有关位-CH3,-OCH3,-OH取代，峰位红移，强度降低位-CH3,-OCH3,-OH取代，强度增加,-,83,.400nm-由醌样结构中的羰基引起与-酚OH有关因为-酚OH与羰基形成分子内氢键，分散了羰基上的电子，从而使羰基具有更大的吸电子能力，故引起峰位变化-酚OH越多，最大位移值红移越多,-,84,（二）IR:具-酚OH羟基蒽醌中羰基的吸收频率：-酚OH可与羰基缔合，从而使羰基的吸收波数降低，分以下几种情况加以说明：,分子中由一个-OH和羰基形成一个缔合羰基，还存在一个正常羰基。因此有两个羰基峰。正常者：1675-1647cm-1缔合者：1637-1621cm-1：24-38cm-1,-,85,.,1,8-二OH,有两个-OH和同一个羰基形成一个缔合羰基，使得此羰基更向低波数移动，为1626-1616cm-1，另一正常峰在1678-1661cm-1：40-57cm-1,-,86,1,4-二OH,1,5-二OH,两个羰基都分别和一个-OH成缔合状态，故只有一个单一的缔合峰，1645-1608cm-1.,-,87,.,1,4,5-三OH,两个羰基都成缔合状态，但其中一个与两个-OH缔合，波数更低，1616-1592cm-1.另一个与一个-OH缔合，羰基的伸缩振动频率在1645-1608cm-1。,-,88,.,1,4,5,8-四OH,两个羰基分别与两个-OH缔合，出现单一的低波数峰，在1592-1572cm-1，与C=C骨架振动频率重叠，难以分辨。,-,89,2.羟基蒽醌的羟基频率：（1）-OH与相邻的羰基缔合，其吸收频率移至3150cm-1以下，多与不饱和C-H伸缩振动频率相重叠。（2）-OH伸缩振动频率在3600-3150cm-1.仅一个-OH，3300-3390cm-1.两个以上-OH，3600-3150cm-1.,-,90,(三)、1H-NMR,1.醌环上的质子（ppm:）苯醌：醌环上的质子在6.72(s).萘醌：醌环上的质子在6.95(1,4萘醌)，一般供电子取代基时，向高场位移。,-,91,2.芳环上的质子,萘醌最多有四个芳环质子，蒽醌最多有八个芳质子，分为-H和-H两组。-H处于C=O的去屏蔽区，影响较大，出现在低场。-H受C=O影响较小，位于较高场。1，4萘醌:信号分别在8.06(-H)和7.73（-H）。蒽醌:信号分别在8.07(-H)和6.67（-H）。取代基对芳质子的影响，对确定结构很有用处。,-,92,四、13C-NMR,醌类化合物的13C-NMR，近年来己经积累了一些经验规律，下面介绍1，4萘醌和蒽醌的13C-NMR特征。,-,93,（一）1，4萘醌衍生物的13C-NMR,1，4-萘醌母核的CMR值如下所示:有取代基时则发生取代位移。,-,94,1、醌环上取代基影响，与烯烃影响相似，如3-位取代有-OH，-OR时，3-位向低场位移20ppm，2-位（邻位）向高场位移30ppm。,2、苯环上取代基影响，与芳环影响相似，如上式，8-位取代，迫位低移，邻位取代对间位影响不大。,-,95,（二）蒽衍生物的13C-NMR谱,蒽醌母核及-位有-OH或-OCH3时，其13C-化学位移如下表示:,-,96,1、当母核两侧苯环上都有一个取代基时，可以根据一些经验数据计算。误差一般较小（在0.9ppm），如1-OH取代，C-1由126向低场移34.7，移至于161.3处，C-2由134.3向高场移10.63，移至123.7。,-,97,2、当两个取代基在同一侧环时，偏差较大，需在上述位移基础上参照下列数值作进一步修正如；1，3-二取代(1-OH,3-OH或OMe)时，C-2，-3ppm；C-4，+4ppm;1,4-二取代时（1-OH，4-OH或OMe），C-1，C-3均+3ppm,C-2，+2ppm,C-4，+2.5ppm。3、当蒽醌仅有一侧苯环有取代基，另一侧苯环无取代基时，无取代基苯环上各碳原子的13C-信号受影响不大。,-,98,4、C=O迫位有甲基时，受甲基的去屏蔽影响，信号向低场位移，随迫位甲基数目增加，效应大致如下：,1-甲基蒽醌的羰基信号向低场移了+1.8ppm。1,8-二甲基蒽醌的羰基信号向低场移+4.5ppm。1,4,5-三甲基蒽醌的羰基信号向低场移+5.5ppm。1,4,5,8-四甲基蒽醌的