第四章-醌类化合物PPT课件

-,1,Chapter4Quinones,醌,-,2,Section1:Introduction,定义：环己二烯二酮及其衍生物。,共轭的环状二酮不是芳香族化合物,存在：广泛存在于动、植物及微生物是天然色素的重要部分,重要含蒽醌的中药：大黄，番泻叶，虎杖，何首乌等,-,3,苯醌（Benzoquinones）萘醌（Naphthoquinones）菲醌（Phenanthraquinones）蒽醌（Anthraquinones）,Section2:StructuresandImportantCompounds,分类：根据结构，天然醌类分为4种,-,4,一、Benzoquinones,对苯醌邻苯醌1,4-苯醌1,2-苯醌,天然较多不稳定,常见取代基：OH，OCH3，CH3，烃类侧链等,存在形式：多数苷元,-,5,信筒子醌：祛绦虫（白花酸藤果或木桂花）,2,6-二甲氧基对苯醌，抗菌（风眼草果实）,-,6,辅酶Q10(n=10)，抗氧化，抗衰老，治疗心脏病、高血压、癌症等,1957：被发现1958：卡鲁福鲁卡斯鉴定了化学结构,-,7,二、Naphthoquinones,(1,4)-萘醌,(1,2)-萘醌,amphi(2,6)-萘醌,常见取代基：OH，OCH3，CH3，烃类侧链等,存在形式：多数苷元自然界中绝大多数为-萘醌，活性较强,-,8,紫草素止血、抗炎、抗病毒,紫草（凉血活血解毒透疹）,-,9,维生素K1维生素K2(n=6-9)（肠内菌合成）促进血液凝固作用（凝血蛋白合成必需物质）,存在：深绿色蔬菜（菠菜、甘蓝菜、莴苣、豌豆、香菜等）、优酪乳等,用于新生儿出血或肝硬化及闭塞性黄疸出血、预防出血等,维生素K3，合成,-,10,三、Phenanthraquinones,邻菲醌（I）邻菲醌（II）对菲醌,-,11,丹参（活血化淤）,-,12,丹参酮IIA,丹参新醌甲,磺酸钠注射液：增加冠脉流量临床：治疗冠心病、心肌梗死,-,13,四、Anthraquinones,9，10-蒽醌1，4-蒽醌,多少,-,14,蒽醌衍生物蒽醌不同程度还原产物,蒽醌类化合物,蒽酚或蒽酮衍生物（氧化蒽酚，蒽酚，蒽酮）二蒽酮类衍生物（蒽酮二聚体）,-,15,1，4，5，8：位2，3，6，7：位9，10：中位（meso）,1.蒽醌衍生物,大黄素型：OH在两侧苯环上茜草素型：OH在一侧苯环上,OH位置,分类：,常见取代基：OH、CH2OH、OCH3、COOH等,9，10-蒽醌,-,16,大黄（泻下）,-,17,茜草（止血）,R1R2茜草素：HH羟基茜草素：HOH茜草苷：Glc-GlcH,-,18,2.蒽酚（蒽酮）衍生物,游离蒽酚（蒽酮）类：不稳定，存在于新鲜植物中成苷：meso位成苷，稳定，水解后才可氧化,柯桠素杀霉菌，治疗皮肤病,芦荟苷：致泻,活性：较强的杀真菌作用，治疗皮肤病,-,19,3.二蒽酮类衍生物,番泻苷A大黄、番泻叶：致泻,番泻苷元A,大黄酸蒽酮活性成分,连接位置：多数C10-C10偶有其他,1010,-,20,金丝桃素，抗病毒,橙色霉菌素,1010,55,55,44,-,21,Section3PhysicalandChemicalProperties,一、物理性质,1、性状：,溶于甲/乙醇、热水，几乎不溶于低极性有机溶剂,有色结晶,蒽醌苷：难结晶,黄、橙、棕红、紫红等（助色团增多，颜色加深）。,2、升华性和挥发性：,3、溶解度：,苷元：苷类：,溶于有机溶剂（乙醇、乙酸乙酯、苯、氯仿等）不溶或难溶于水,游离醌一般有升华性某些小分子苯醌和萘醌具有挥发性,碳苷：易溶于吡啶，难溶于水、有机溶剂,-,22,溶解度H2OMeOHEtOHEt2OCHCl3游离醌+成苷+（热）+,挥发性小分子的苯醌、萘醌类具有挥发性，能随水蒸气蒸馏，可据此进行提取、精制工作。,-,23,升华性游离的醌类多具有升华性，蒽衍生物在常压下加热即能升华。,不同pH条件下显不同的颜色如：OH-中性H+紫草兰紫红大黄红黄,-,24,二、化学性质,（一）酸性（二）显色反应,-,25,（一）酸性,插烯酸规律：酸性同COOH,个COOH二个OH一个OH二个OH一个OH,5NaHCO31NaOH5NaOH,弱,强,5Na2CO3,-OH-OH,分子中羧基或酚羟基,-,26,酸性,以游离蒽醌类衍生物为例，酸性强弱将按下列顺序排列：含-COOH2个以上-OH1个-OH2个-OH1个-OH5%NaHCO35%Na2CO31%NaOH5%NaOH可用于提取分离,-,27,酸性,例：试比较下列化合物的酸性强弱,-,28,1.醌类显色反应2.蒽醌类显色反应3.苯醌、萘醌类显色反应,（二）显色反应,-,29,紫色,Feigl反应,1.醌类显色反应,应用：区分醌类和非醌类化合物,原理：,-,30,2.蒽醌类显色反应,羟基蒽醌红-紫红色,（1）Borntragers反应,碱性溶液,红色,游离羟基的蒽醌：呈色蒽酚，蒽酮，二蒽酮类：氧化成蒽醌后才能呈色,-,31,-,32,2.颜色反应,碱性条件下的显色反应,-,33,-酚羟基，或邻二酚羟基Pb2+,Mg2+,有色络合物,（2）金属离子的反应,反应机理：,-,34,一个-OH，或二个-OH不在一个环上橙-橙红一个-OH，另一个OH在邻位蓝-蓝紫一个-OH，另一个OH在间位橙红-红一个-OH，另一个OH在对位紫红-紫,OH位置不同，与醋酸镁形成的颜色不同：,应用：用于帮助判断OH的位置。,-,35,蓝绿或蓝紫色,（1）无色亚甲蓝试验（2）与活性次甲基试剂反应（Kesting-Craven法）,3.苯醌、萘醌类显色反应,PPC或TLC或滤纸斑点,喷无色亚甲蓝溶液,蓝色斑点,原理：,-,36,-酚羟基，或邻二酚羟基Pb2+,Mg2+,有色络合物,（2）金属离子的反应,反应机理：,-,37,一个-OH，或二个-OH不在一个环上橙-橙红一个-OH，另一个OH在邻位蓝-蓝紫一个-OH，另一个OH在间位橙红-红一个-OH，另一个OH在对位紫红-紫,OH位置不同，与醋酸镁形成的颜色不同：,应用：用于帮助判断OH的位置。,-,38,Section4ExtractionandIsolation,一、提取方法,（一）苷元（二）苷类,1、升华法或水蒸气蒸馏法：2、有机溶剂提取法：3、碱提取酸沉淀法：4、其它方法：超临界流体萃取等,溶剂法：乙醇、甲醇、水,注意：还原型蒽酮，蒽酚避免被氧化：新鲜药材，惰性气流下（N2气流）,分子量小的苯醌及萘醌,乙醇、氯仿等（有时酸化）,有游离羧基和酚羟基,？,-,39,（一）蒽醌苷元与蒽醌苷的分离,二、纯化分离方法,（二）蒽醌苷元的分离,（三）蒽醌苷类的分离,-蒽醌,-,40,（一）蒽醌苷元与蒽醌苷的分离,1、结晶法2、pH梯度萃取法*3、色谱法,酸性差别,硅胶、聚酰胺、SephadexLH-20等,蒽醌游离,（二）游离羟基蒽醌的分离,-,41,pH梯度萃取法,某药材中含有蒽醌苷元（见下）和苷类化合物，请指明在下列提取分离流程图中化合物1-4分别在哪一部分得到，并加以解释。,酸性强到弱：,234,1，2，4，3,-,42,4,1,2,3,苷类成分,？,-,43,（三）蒽醌苷类的分离,1、溶剂法2、铅盐法3、色谱法,正相硅胶色谱、反相硅胶色谱、聚酰胺色谱、葡聚糖凝胶（SephadexLH-20）、HPLC等,？,与铅盐形成沉淀，然后再脱铅,应用较少？,-,44,1、试判断下列化合物酸性强弱顺序,酸性：564132,123456,练习,-,45,2、请用化学方法鉴别下列化合物,芦丁（1），大黄酸（2），紫草素（3）,1，2，3,Feigl反应,阳性（红色）,阴性,2，3,1,无色亚甲蓝反应,阳性（蓝色斑点）,阴性,3,2,-,46,主要波谱特征,一、紫外光谱（UV）二、红外光谱（IR）三、核磁共振谱（NMR）四、质谱（MS）五、结构研究实例,苯醌、萘醌、蒽醌,1HNMR13CNMR,Section5:StructuralIdentification,-,47,一、UV,240nm强峰285nm中强峰400nm弱峰,257nm,252nm325nm,272nm405nm,羟基蒽醌：多一个230nm的峰,5个吸收带,245nm251nm335nm,助色团（OH,OCH3等）：影响峰位、峰数或峰形,吸收强,醌和苯环引起,-,48,羟基蒽醌：5个吸收带I：230nm（与酚OH的数目、位置有关）II：240260nm（由苯样结构引起）III：262295nm（由醌样结构引起，受OH的影响）IV：305389nm（由苯样结构引起）V：400nm（由醌样结构中C=O引起，受OH的影响）,-OH取代将影响相应的吸收带向红位移,-,49,峰1230nm峰2240260nm(A)峰3262295nm(B)峰4305389nm(A)峰5400nm(B中的羰基引起）,-,50,二、IR,C=O:峰位与-酚OH的数目和位置有关-OH：3130-3600cm-1苯环：1600-1480cm-1,官能团,-,51,蒽醌衍生物的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OH36003100cm-1羰基CO16751653cm-1苯环Ar16001480cm-1,-,52,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33003390cm-1间有一个峰。若有多个，则36003150cm-1之间可能有两上或多个峰。,-,53,-,54,三、NMR,（一）1HNMR,包括：醌核，苯环及取代基,-,55,1.醌环上的质子,6.72(s),6.95(s),邻位：供电子取代基，高场位移,与顺式乙烯中的情况类似,取代基的位移效应：,3,2,-,56,2.芳环上的质子,7.73,8.06,8.07,6.67,取代基的位移效应：,与苯环中的情况类似,C=O的负屏蔽作用,-,57,CH32.1-2.8(s)OCH33.8-4.2(s)CH2OH4.4-4.7(s)OH4.0-6.0,3.取代基质子,OH：-OH：个12.25(s)同侧2个11.6-12.1(s)-OH：11.1-11.4(s)邻位有取代-OHAr-OH-OHR-OH(酸性越强，质子易解离，甲基化易)(2)试剂的活性CH3I(CH3)2SO4CH2N2(3)溶剂溶剂的极性强，甲基化能力增强,例：曲菌素的甲基化反应,-,81,-,82,2.乙酰化反应(1)反应物的活性：（易与羰基形成氢键）强R-OH-OH-OH弱（亲核性越强，越容易被酰化）(2)酰化试剂的活性乙酰氯醋酐酯冰醋酸CH3COCl(CH3CO)2OCH3COORCH3COOH(3)催化剂的催化能力吡啶浓硫酸,例：曲菌素的乙酰化反应,-,83,-,84,采用醋酐时依据加热时间的长短，可有不同的作用位置，但这种区别往往很难控制，因此可采用醋酐硼酸试剂。由于硼酸能与-酚羟基形成硼酸酯，使-酚羟基不参与乙酰化反应，被保护了下来。反应产物经水解后，-酚羟基的硼酸酯被水解，又恢复了游离的-酚羟基，这样就可以得到-酚羟基的乙酰化产物。,-,85,醋酐加浓硫酸或醋酐加吡啶是作用很强的乙酰化试剂。由于硫酸或吡啶的催化作用，可使各种羟基(醇OH，-及-酚羟基)乙酰化。但两种试剂的作用也有区别：后者作用更强，能使烯醇（与酮式互变）羟基也乙酰化。如，番泻苷元A，用硫酸作催化剂时生成四乙酰化物，而用吡啶催化则生成六乙酰化物。,-,86,结构鉴定举例,1.牛西西中蒽醌化合物的鉴定从具有止血作用的中草药牛西西(RumexpatientiaL.)根中提取出一种黄色结晶，测得分子式为C15H10O4。该成分与NaOH试液呈红色，遇0.5%醋酸镁呈橙红色。UV光谱吸收峰位于225(4.57),258(4.33),279(4.01),288(4.07),432(4.08);IR谱(cm-1)1675,1621.该化合物经锌粉蒸馏得2-甲基蒽，其乙酰化物用铬酸氧化生成1,8-二乙酰基大黄酸。试推断其结构。,-,87,结构推导：,遇碱呈红色,可知为蒽醌类化合物;与MgAc2呈橙红色,推测每个苯环上可能有一个-酚羟基,或存在间位酚羟基;紫外光谱225nm证有两个-酚羟基,第三峰279(1.04)峰强度小于4.1,推测无-酚羟基;第五峰432nm推测为1,5-或1,8-二羟基;IR谱1675,1621cm-1,相差64,证为1,8-二羟基;锌粉还原得2-甲基蒽,证存在-位含一个碳的取代基;即有以下结构从分子式C15H10O4中减去已知的结构单元C15H7O4,剩三个氢,故推测-位取代基为甲基;,-,88,乙酰化物的氧化反应证实了以上推测:故该化合物为大黄酚.,-,89,结构鉴定举例,2.从具有清热利湿、消肿止痛作用的黄花（又名金针菜）中分得多种蒽醌，其中一化合物（黄花蒽醌）的理化数据和波谱数据如下：黄花蒽醌：黄色结晶，mp243244C。EIMS给出分子离子峰为m/z300,示分子式为C16H12O6。在5NaOH水溶液中呈深红色不溶于水，溶于5Na2CO3水溶液，呈橙红色与乙酸镁甲醇液反应呈橙红色IR谱：3320，1655，1634,840,860cm-1.1HNMR(inDMSO-d6,ppm):12.85(1H,s),10.50(1H,s)8.15(1H,s)7.75(1H,dd,J=8.0,2.4Hz)7.61(1H,dd,J=8.0,8.0Hz)7.22(1H,dd,J=8.0,2.4Hz)4.55(2H,s)3.76(3H,s)试说明该化合物可能的几种结构,-,90,对该化合物进行全乙酰化,其产物的氢谱示有三个乙酰基信号:2.10,2.36,2.43(each3H,s)。且原有的4.55(2H,s)信号明显向低场移至5.18。,-,91,因此，该化合物可能有以下几种结构，从生源角度考虑，以D式的可能性较大,-,92,用已知化合物做化学沟通NBSN-溴代丁二酰亚胺）合成产物与该化合物三乙酰化物的TLC行为及IR谱完全一致，混合熔点也不下降，所以：,-,93,故该化合物的结构为2,8-二羟基-1-甲氧基-3-羟甲基-9,10-蒽醌。,-,94,中药虎刺中得一橙红色结晶，Borntragers反应阳性UV：5个吸收带IR：1630,1610cm-1及苯环吸收HR-MS：M+270.04951HNMR4.03(3H,s)7.18(1H,d,7.8Hz)7.89(1H,d,7.8Hz)7.13(1H,d,8.0Hz)7.67(1H,t,8.0Hz)7.84(1H,d,8.0Hz)请根据以上数据推出可能的结构，并归属各个质子信号。如要进一步确定，还应采用什么方法。,C15H10O5,CH2O3,OH,1,4或1,5-二OH,OCH3,34678,羟基蒽醌,练习题：,-C14H8O2,-O2,CH2O,-,95,醌类化合物生物活性,（一）泻下作用如：大黄中主要泻下成分为二蒽酮类成分（二）抗菌作用大黄酸、大黄素、芦荟大黄素等具有此作用（三）其它作用抑制大鼠乳癌及艾氏腹水癌有明显作用对cAMP磷酸二酯酶有显著的抑制作用,-,96,复习1.掌握醌类化合物中英文名称、分类、结构母核，化学命名。2.掌握主要活性化合物的结构类型及主要生物活性。辅酶Q10，紫草素，维生素K，丹参醌IIA，番泻苷3.掌握醌类化合物的理化性质及其应用，主要包括酸性和显色反应。4.掌握醌类化合物常用的提取分离方法（主要包括pH梯度萃取法和色谱法的应用）。5.掌握醌类化合物的波谱特征（IR,1HNMR,13CNMR,MS）及其在醌类化合物结构鉴定中的应用。,-,97,化合物1，ESIMS(negativemode)m/z253.3M-H-:红色针晶(MeOH);UV(MeOH)maxnm(log):238(4.32),278(4.59);IRmax(KBr)cm-1:3381,2925,1669,1654,1583,1571,1339,12741,1046,710;1HNMR(600MHz,DMSO-d6):11.03(1H,br.s),8.25(1H,s),8.18(1H,dd,J=7.8,1.3Hz),8.16(1H,dd,J=7.5,1.8Hz),7.88(2H,br.s),7.53(1H,s),5.55(1H,br.s),4.59(2H,s).13CNMR(150MHz,DMSO-d6):183.3,182.2,160.3,137.1,135.1,134.6,134.1,133.9,133.8,127.3,127.2,126.9,125.7,58.5;,-,98,化合物2ESIMS(negativemode)m/z310.9M-H-:黄色针晶(MeOH;UV(MeOH)maxnm(log):241(5.27),274(5.46),329(4.75);IRmax(KBr)cm-1:3326,1734,1668,1570;1HNMR(600MHz,DMSO-d6):8.15(1H,d,J=7.6Hz),8.11(1H,t,J=7.6Hz),7.90(1H,t,J=7.5Hz),7.85(1H,d,J=7.5Hz),7.53(1H,s),3.85(3H,s),3.82(3H,s);13CNMR(150MHz,DMSO-d6):182.9,180.3,165.8,160.8,160.3,137.6,135.4,135.1,134.2,132.7,127.4,126.9,124.1,118.1,111.1,63.2,53.1;,-,99,化合物3ESIMS(negativemode)m/z269.3M-H-:黄色针晶(MeOH);UV(MeOH)maxnm(log):225(3.96),2.87(3.41),4.28(3.38);IRmax(KBr):3354,2925,1739,1706,1633,1575,1448,1395,1320,1246,1172,1107,1069;1HNMR(600MHz,DMSO-d6):12.12(1H,s),11.92(1H,s),7.82(1H,t,J=8.0Hz),7.73(1H,dd,J=7.5Hz),7.71(1H,s),7.40(1H,dd,J=7.5Hz),7.30(3H,s),5.63(1H,m),4.63(1H,d,J=5.0Hz);13CNMR(150MHz,DMSO-d6):192.1,182.0,162.1,161.8,154.2,137.8,133.8,133.6,124.9,121.2a),119.8,117.6,117.2,116.4),115.0,63.2;,-,100,C15H10O5,-,101,-,102,-,103,-,104,-,105,-,106,-,107,结构解析在1HNMR中共显示有10个质子，其中2.303（s,3H），从化学位移来看为一连接芳环甲基；7.259（brs,1H）；6.961（brs,1H）；6.943，6.939（d,1H）；6.453，6.449（d,1H）；为典型芳环质子，结合gcosy，可知7.259（brs,1H）与6.961（brs,1H），6.943，6.939（d,1H）与6.453，6.449（d,1H）两两相关，计算偶合常数，J等于2.4HZ，为一间位偶合。另在gcosy中还可见2.303（3H）与7.259（brs,1H）；6.961（brs,1H）两氢均有相关；11.912（s,1H）；11.828（s,1H）；11.261（s,1H）此三组氢，从化学位移及峰形看为三个酚羟基质子，其中前面两个可能形成分子内氢键。在COM谱结合DEPT谱可知分子中共出现14组碳信号，其中1个甲基，4个次甲基，无亚甲基，剩余全为季碳。在最低场两个季碳信号：181.312，189.814可能为两个羰基,结合碱液显色反应阳性，该化合物为一典型的1，8二羟基蒽醌类化合物。EI-MS可知该化合物分子量为270，另一碎片离子242进一步说明分子为蒽醌类化合物（失去羰基），前述分子中有10个H，5个O，则推测分子式为C15H10O5，=11，正好与蒽醌母核一致，且在该母核两边苯环上各有一间位二取代，其中一边为两个羟基取代，另一边为一甲基和一羟基取代，综上确定该化合物为1，3，8-三羟基-6-甲基蒽醌，即大黄素,-,108,-,109,采用HMQC和HMBC技术对碳氢信号进行归属如下表：HMBC示意图1HMBC示意图2,-,110,-,111,化合物1，ESIMS(negativemode)m/z253.3M-H-:红色针晶(MeOH);mp305-306;UV(MeOH)maxnm(log):238(4.32),278(4.59);IRmax(KBr)cm-1:3381,2925,1669,1654,1583,1571,1339,12741,1046,710;1HNMR(600MHz,DMSO-d6):11.03(1H,br.s),8.25(1H,s),8.18(1H,dd,J=7.8,1.3Hz),8.16(1H,dd,J=7.5,1.8Hz),7.88(2H,br.s),7.53(1H,s),5.55(1H,br.s),4.59(2H,s)