天然药物化学-醌类化合物ppt课件

蒽醌类化合物,第五章,学习目的：,通过天然药物中蒽醌类化学成分的结构类型、理化性质、提取分离鉴定技术及应用实例的学习，为培养学生提取、分离、鉴定蒽醌类化学成分的操作技术奠定基础。,概述,定义：醌类化合物指具有共轭体系的环己二烯二酮类化合物（即不饱和环二酮结构）或易转变成这种醌式结构的化合物。,分布：在自然界分布广泛。1.蓼科的大黄、何首乌、虎杖。2.茜草科的茜草3.豆科的决明子、番泻叶。4.鼠李科的鼠李。5.百合科的芦荟。6.唇形科的丹参7.紫草科的紫草。醌类在一些低等植物中也有存在。,番泻叶图片,丹参图片,紫草图片,大黄图片,生物活性：,醌类化合物的生物活性是多方面的。1.致泻作用（番泻叶中的番泻苷类化合物）2.抗菌作用（大黄中游离的羟基蒽醌类化合物）3.止血作用（茜草中的茜草素类成分）4.扩张冠状动脉的作用，用于治疗冠心病、心肌梗死等（丹参中丹参醌类）5.其他作用（驱虫、解痉、利尿、利胆、镇咳、平喘等）,结构：,第一节结构类型,蒽醌类是广泛存在于植物界的一种色素，是许多中药如大黄、何首乌、虎杖等的有效成分。,蒽醌类成分包括蒽醌衍生物及其不同程度的还原产物，如氧化蒽酚，蒽酚，蒽酮及蒽酮的二聚体。按母核的结构分为单蒽核及双蒽核两大类。（一）单蒽核类1蒽醌及其苷类天然存在的蒽醌类成分在蒽醌母核上常有-OH,-CH2OH,-OCH3和-COOH取代，通常以游离形式及与糖结合成苷两种形式存在于植物体内。,根据-OH在母核上分布的位置不同分两类：,（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。,（必须掌握下面五个结构式）比较这几个结构式的极性大小。,大黄酚R1=HR2=CH3大黄素R1=OHR2=CH3大黄素甲醚R1=OCH3R2=CH3芦荟大黄素R1=HR2=CH2OH大黄酸R1=HR2=COOH,抗菌抗肿瘤,有毒,（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。,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。如：柯亚素，大黄酚蒽酮。,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，该类成分可以慢慢被氧化成蒽醌类成分。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。（认识这几个番泻苷的结构式）,2分子的大黄酸蒽酮通过C10-C10相互结合成的二蒽酮类衍生物。其C10-C10为反式连接。,是番泻苷A的异构体，其C10-C10为顺式连接,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。,为番泻苷C的异构体，其C10-C10为顺式连接。,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。,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：,第二节理化性质,一、物理性质（一）性状多为有色结晶，无Ar-OH近乎于无色,助色团越多，颜色越深如：黄、红、橙、紫红等。蒽醌苷难以得到结晶。一般都有荧光，并在不同PH时显示不同的颜色。,如：OH-中性H+紫草兰紫红大黄红黄,（二）升华性：游离蒽醌具有升华性，常压下加热可升华而不分解。如：大黄酚与大黄酚甲醚的升华温度在124C；芦荟大黄素185C；大黄素206C；大黄酸210C。一般升华温度随酸度的增强而升高。小分子的苯醌类和萘醌类还具有挥发性，能随水蒸气蒸馏。,（三）溶解性：符合苷类溶解性的一般规律。苷元：通常可（易）溶于苯、乙醚、氯仿，可溶于丙酮、甲醇及乙醇，不溶或难溶于水。蒽苷：极性较大，易溶于甲醇及乙醇，也能溶解于水，在热水中更易溶解，但在冷水中溶解度较小，几乎不溶于乙醚、苯、氯仿等溶剂。蒽醌碳苷：在水、有机溶剂中的溶解度都很小，但易于吡啶中。羟基蒽醌苷及苷元：碱溶酸沉,二、化学性质,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。,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-OH由于蒽醌类化合物多数有酸性，在碱性水溶液中可成盐而溶解，加酸酸化后析出因此可利用碱溶酸沉法从有机溶剂中依次用5%NaHCO3，5%Na2CO3，1%NaOH及5%NaOH水溶液进行萃取，达到分离的目的。,试比较下大黄中各类成分的酸性大小：,试比较下各化合物的酸性大小：,由大到小：,（二）碱性来源于羰基氧原子，能接受质子表现微弱的碱性，能溶于浓硫酸生成红色洋盐。（三）显色反应主要取决于其氧化还原的性质及分子中的酚-OH的性质。,（三）显色反应,(1)Feigl反应醌的通性，所有具醌核的化合物均可反应。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。,2、与碱液的反应（Borntrge反应）,羟基蒽醌类在碱性溶液中发生颜色改变，会使颜色加深。多呈橙、红、紫红色。是检识中药中羟基蒽醌类成分存在的最常用的方法之一。对羟基蒽醌的结构判定也有一定的辅助作用。-可区别含羟基的蒽醌与蒽酚衍生物,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显色，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才能显色，可用于区别。,用本反应检查天然药物中是否有蒽醌类成分：,方法：取中草药粉末约0.1g，加10%硫酸水溶液5ml，置水浴上加热2至10分钟，冷却后加2ml乙醚振摇，静置后分取醚层溶液，加入1ml5%NaOH水溶液，振摇。如有羟基蒽醌存在，醚层则有黄色褪为无色，而水层显红色。,3.醋酸镁反应（与金属离子的反应）,在蒽醌类化合物中，如果有-酚羟基或邻位二酚羟基结构式，则可以与Pb2+Mg2+等金属离子形成络合物，以醋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有不同的颜色，可用于鉴别：,1-OH或1-OH或二个OH不在同环时，显橙黄橙色。有一个-OH，而且另一个OH在其邻位时，显蓝蓝紫色。若两个在间位时，显橙红红色。若两个在对位时，显紫红紫色。,4.对亚硝基-二甲基苯胺反应,羟基蒽酮类化合物，尤其是1,8-二羟基蒽酮衍生物，当9位或10位未取代时，能与0.1%的对亚硝基二甲苯胺的吡啶溶液反应而呈色。由于蒽酮化合物酮基对位的次甲基上的氢很活泼，易与对亚硝基二甲基苯胺上的亚硝基氧原子脱去一分子水，缩合成共轭体系较长的有色化合物。其颜色可为紫红、绿、蓝以及灰、亮红、紫等，随分子结构而不同。此反应可用于蒽酮类化合物的定性检查。本反应不受蒽醌类、黄酮类、香豆素类、糖类及酚类的干扰。,不同颜色反应鉴别特点及意义,练习：用化学法区别下列各组化合物：,醋酸镁反应,对亚硝基-二甲基苯胺反应,第三节提取与分离,一、提取方法（一）有机溶剂提取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）。,索氏提取器,（二）碱溶酸沉法,用于提取含酸性基团（Ar-OH、-COOH)的蒽醌类化合物。,二、分离方法,（一）蒽醌苷与游离蒽醌苷元的分离利用苷与苷元的极性不同，溶解度不同的特点进行分离。（分步提取法）先将蒽醌苷或苷元的混合物用水分散，用苯、氯仿、乙醚萃取可得到游离蒽醌，再用正丁醇萃取可得到蒽醌苷类，也可将苷或苷元的混合物直接用苯、氯仿等有机溶剂回流提取游离蒽醌，蒽醌苷则留在母液中。,（二）游离蒽醌的分离1.PH梯度萃取法蒽醌类化合物结构中多有酚羟基而显一定的酸性，酸性强弱明显的游离蒽醌，PH提取萃取法式最常用的方法。先将混合物溶于有机溶剂，依次用5%NaHCO3，5%Na2CO3，1%NaOH及5%NaOH水溶液进行萃取，达到分离的目的。,练习：从某一植物的根中利用PH梯度萃取法,分离得到A、B、C、D及谷甾醇五种化学成分。请在下面的分离流程图的括号内填入正确的化合物代码。,2.色谱法,一般先用经典方法（如梯度PH萃取）对其进行初步分离，再结合柱色谱法作进一步的分离，多用吸附柱色谱法进行分离。常用吸附剂：硅胶、聚酰胺。一般不用氧化铝，尤其是不用碱性氧化铝（易与羟基蒽醌类发生化学吸附，难以洗脱）,聚酰胺结构,聚酰胺色谱法,基本原理氢键,聚酰胺对极性物质的吸附作用是由于它能和被分离物质间形成H键所致，通过分子中的酰胺羰基与酚类、黄酮类化合物的酚羟基或以酰胺键上游离的胺基与醌类，脂肪酸上的羰基形成H键缔合产生吸附。,聚酰胺对一般化合物的吸附的规律：P34,化合物中能形成氢键的基团（酚羟基、羧基、羰基）多，吸附强。能形成氢键的基团数目相同，处于对位和间位的吸附力强于邻位的。芳香环和双键多，吸附力强形成分子内氢键则吸附强度减弱。,（四）蒽醌苷类的分离,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。预处理方法：1.铅盐法2.溶剂法,通常是在除去游离蒽醌衍生物的水溶液中，加入醋酸铅溶液，使之与蒽醌苷类结合生成沉淀。滤过后沉淀用水洗净，再将沉淀悬浮于水中，按常法通入硫化氢气体使沉淀分解，释出蒽醌苷类并溶于水中，滤去硫化铅沉淀，水溶液浓缩，即可进行色谱分离。,用正丁醇等极性较大的溶剂，将蒽醌苷类从水溶液中提取出来，再用色谱法进一步分离。,凝胶过滤色谱原理主要是分子筛（或反筛子）作用、根据凝胶的孔径和被分离化合物分子的大小而达到分离目的。天然药物中多糖类、蛋白质、苷和苷元的分离可用凝胶色谱。商品凝胶的种类很多，常用的是葡聚糖凝胶(SephadexG)和羟丙基葡聚糖凝胶(SephadexLH-20),凝胶过滤色谱,凝胶是具有多孔隙网状结构的固体物质，被分离物质的分子大小不同，它们能够进入到凝胶内部的能力不同，当混合物溶液通过凝胶柱时，比凝胶孔隙小的分子可以自由进入凝胶内部，而比凝胶孔隙大的分子不能进入凝胶内部，只能通过凝胶颗粒间隙。因此移动速率有差异，分子大的物质不被迟滞(排阻)，保留时间则较短，分子小的物质由于向孔隙沟扩散，移动被滞留，保留时间则较长，而达到分离。,凝胶色谱示意图,提取分离工艺流程（总结）：,1用葡聚糖凝胶法分离蒽苷的依据是（）A酸性强弱差异B.极性大小差异C.分子量大小不同D.分配系数不同2蒽酚是蒽酮的（）A差向异构体B.消旋体C.顺反异构体D.互变异构体3采用柱层析法分离羟基蒽醌类成分，常不选用的吸附剂是（）A硅胶B聚酰胺C葡聚糖凝胶D氧化铝4.分离蒽醌苷与游离蒽醌，可采用的方法是（）A.氧化铝柱层析B.pH梯度萃取法C.氯仿-水萃取法D.石油醚-水萃取法,选择题：,C,D,D,C,5将大黄中蒽苷用LH-20凝胶柱色谱分离，以70%甲醇洗脱，最先流出柱的是（）游离蒽醌苷元蒽醌单糖苷蒽醌双葡萄糖苷二蒽酮苷6.总游离蒽醌的醚溶液，用冷5%Na2CO3水溶液萃取可得到（）A.带1个-羟基蒽醌B.有1个-羟基蒽醌C.有2个-羟基蒽醌D.1，8二羟基蒽醌E.含有醇羟基蒽醌7.检查中草药中是否有羟基蒽醌类成分，常用（）试剂。无色亚甲蓝盐酸水溶液5NaOH水溶液甲醛,D,B,C,8.(多选题)大黄酸（a）、大黄素（b）和大黄酚（c）用不同方法分离，结果正确的是（）A.总蒽醌的乙醚溶液，依次用NaHCO3、NaCO3、NaOH水溶液萃取，分别得到a,b,cB.硅胶柱色谱法，以C6H6-EtOAc混合容积梯度洗脱，依次得到a,b,c。C.聚酰胺柱色谱法，以水、稀醇至高浓度醇顺次洗脱，依次得到c,b,a。DSephadexLH-20柱色谱法,依次得到c,b,a。,ACD,比较题：,以下混合成分，用硅胶柱层析，以EtOAcMeOHH2O（95：5：5）混合液洗脱，各组分被洗脱的先后顺序如何？,CAB,第四节色谱鉴定,一、薄层色谱（TLC）多用硅胶作为吸附剂，氧化铝因吸附性太强不适用。（一）展开剂1.游离苷元：极性弱，用亲脂性溶剂系统为展开剂。如：苯-甲醇（9:1）石油醚-乙酸乙酯（9:1）,2.苷类：极性强，用极性较大的溶剂系统为展开剂。如：氯仿-95%乙醇（3:1）乙酸乙酯-甲醇-冰乙酸（100:17:13）（二）显色剂碱性溶剂。常用：氨气、10%KOH、3%NaOH或NaCO3、0.5%醋酸镁等。蒽醌类化合物在紫外光和可见光下均可显一定颜色，但色浅，若用氨熏或喷KOH或NaOH等碱性溶液后，则颜色加深或变色，利于辨别。,二、纸色谱,展开剂：石油醚-丙酮-水（1:1:3上层）显色剂：0.5%醋酸镁（甲醇或乙醇）溶液，喷后90加热5min，可显示不同颜色的斑点。根据Rf值的大小，可推测羟基在蒽醌环上的位置或有无其他取代基的存在。,第五节结构测定,1紫外可见（UV）光谱：共轭特征2、红外光谱（IR）:官能团特征3、核磁共振（1H谱）:基团特征4、质谱（MS）：分子量（M+.）,一、紫外光谱（UV）,羟基蒽醌类有五个主要吸收带：,第峰230nm左右（母核的强吸收峰）第峰240260nm（苯样结构引起）第峰262295nm（醌样结构引起）第峰305389nm（苯样结构引起）第峰400nm（醌样结构中C=O引起）,各吸收带与结构间的关系如下规律：,1.第峰与羟基数目的关系：与结构中羟基数目有关，羟基越多，越向长波移动（红移）。2.第峰与-酚羟基的关系：-酚羟基能够通过蒽醌母核向羰基提供电子，形成共轭体系，使第峰吸收峰发生红移，向长波移动，吸收强度增加。3.第峰：主要受.位供电子基团的影响，规律：位有-CH3、-OH、-OCH3时，峰位红移，但强度下降，当取代基位于位时，吸收强度增加。4.第峰：主要受羟基影响，羟基数目越多，max红移就越多,二、红外光谱（IR）,主要是苯环、羰基和羟基的特征。一般范围：羟基OH=36003100cm-1羰基CO=16751653cm-1苯环Ar=16001480cm-1,1.羰基的伸缩振动频率：,（1）当蒽醌母核上无取代时：两个C=O只给出一个吸收峰1675；（2）当-位有羟基取代时，能和羰基形成氢键缔合，则给出两个C=O吸收峰：16751647（游离C=O）16371608（缔合C=O）,可根据C=O吸收峰的数目推断两个C=O是否对称，若出现两个C=O吸收峰，则需要看两个吸收峰所处位置的差别。,由P99表5-6可知：,当-OH为1时，有两个C=O吸收峰（24-38）。当-OH为2时,1,4-OH或1,5有一个C=O吸收峰；1,8-OH有两个C=O吸收峰（40-57）。当-OH为3时,1,4,5-OH，有一个C=O吸收峰。当-OH为4时,1,4,5,8-OH有一个C=O吸收峰。,2.羟基的伸缩振动频率：,（1）-OH：因与相邻的C=O缔合，其吸收频率均在3150cm-1以下；（2）-OH：振动频率比-OH高得多，在3600-3150cm-1区间，若出现一个吸收峰，提示有一个-OH（包括-CH2OH）；若有几个吸收峰，则有可能有两个或多个-OH。,三、核磁共振氢谱(1H-NMR谱),1.母核芳氢的NMR信号：-H:1,4,5,8;-H:2,3,6,7出现两个双峰质子可分为两类，-芳氢处于羰基的负屏蔽区，处于较低磁场，其峰中心在8.07左右。而-芳氢受羰基影响较小，共振发生在较高磁场，中心位于6.67左右。在取代蒽醌中：如有孤立芳氢，则应出现单峰；如有邻二芳氢,则出现相互偶合的两个二重峰(J69Hz)；,2.取代基质子信号：,供电子基团（-CH3，-OH,-OCH3等）邻对位的芳氢，化学位移向高场移动；吸电子基团（-COOH,-CHO等）邻对位的芳氢，化学位移向低场移动。,取代基质子的化学位移及对芳环质子的影响：,四、质谱（MS）：,蒽醌的质谱特征是相继失去二分子CO碎片，形成m/z180(M-CO)及152(M-2CO)的强峰，并在m/z90及76出现较强的双电荷离子。,如单羟基蒽醌和二羟基蒽醌分别失去三个CO和四个CO碎片而具有m/z140与128的强峰。,本章小结：,1掌握蒽醌类的基本结构及分类。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。3掌握蒽醌类化合物的酸性及酸性强弱与结构的关系。4掌握蒽醌类化合物的显色反应及其应用。5掌握蒽醌类化合物的一般提取分离方法。6熟悉蒽醌类化合物紫外光谱、红外光谱特征及其应用,1.下列化合物，其IRC=O为1674，1620cm-1。该化合物为：,C,2.硬毛中华猕猴桃中含有下列几种成分，其酸性大小顺序为：,A,3.下列物质在吸附硅胶薄层上完全被分离开后的Rf值大小顺序为：,A,4.1-OH蒽醌的IR光谱中，C=O峰的特征是（）A1675cm-1处有一强峰B16751647cm-1和16371621cm-1范围有两个吸收峰，两峰相距2438cm-1。C6781661cm-1和16261616cm-1范围有两个吸收峰，两峰相距4057cm-1。D1675cm-1和1625cm-1处各有一个吸收峰，两峰相距50cm-1。5.（多选题）下列吸收峰由蒽醌母核中苯甲酰基引起的是（）A.240260nmB.230nmC.262295nmD.305389nmE.410nm,AD,B,6.（多选题）羟基蒽醌的UV吸收光谱一般有五个吸收带，峰230nm，峰240260nm，峰262295nm，峰305389nm，峰400nm，其中峰位红移或吸收强度受羟基数目（或-羟基）影响的峰是（）A.峰B.峰C.峰D.峰E.峰,AE,7.指出下列光谱数据的归属，并确定所属化合物：,信息归属（1）IR:max1674cm-1()1626cm-1()该物质是（）,游