醌类化合物结构和要求

1、醌类化合物结构和要求本 章 内 容一、概述 二、结构与分类 三、理化性质 四、醌类成分的提取分离五、醌类化合物的检识六、醌类化合物的结构研究七、实例：大黄、丹参含义:指分子内具有不饱和环二酮结构（醌式结构）或容易转变为具有醌式结构的化合物。主要包括:苯醌、萘醌、菲醌、蒽醌分布广泛，由于醌类具有不饱和酮结构，当其分子中连接助色团后（-OH、-OMe等）多有颜色，故常作为动植物、微生物的色素而存在于自然界中。生物活性多样，具有致泻，抗菌，抗病毒，止血、扩张冠状动脉、利尿、镇咳、平喘等多方面的生理活性。 第一节 概述第二节 结构和分类（不稳定） （多见）一、苯醌类醌核上多有-OH、-OMe、-Me等

2、基团取代。如：辅酶Q10（n=10）橙红色结晶驱除肠寄生虫作用参与生物氧化反应治疗心脏病、高血压及癌症对苯醌类在碱性下可被次亚硫酸钠还原为氢醌。 醌类通过这种可逆的氧化还原过程，在生物体内起着重要的电子传递媒介作用。 二、萘醌类从天然界得到的几乎均为-萘醌类。 橙色针状结晶，有抗菌、抗癌及中枢神经镇静作用。维生素K1（n=3）紫草素R=OH三、菲醌 邻菲醌 对菲醌丹参醌A R1=CH3 丹参醌B R1=CH2OH 丹参新醌甲R=丹参新醌乙R= 丹参新醌丙R= CH3四、蒽醌是广泛存在于植物界的一种色素。是许多中药的有效成分。目前已发现近200种。分为单蒽核和双蒽核两大类 位 1，4，5，8位

3、2，3，6，7meso（中位） 9，10蒽醌 蒽酚或蒽酮 依羟基分布 单 蒽 核 大黄素型 茜草素型 依氧化程度羟基在两侧苯环上，多呈黄色羟基在一侧苯环上，多呈橙黄或橙红色蒽醌在酸性条件下的还原产物，一般存在于新鲜植物中，贮藏中会缓缓氧化为蒽醌，但如果meso位羟基与糖成苷，则不易被氧化，性质比较稳定。 双 蒽 核1.二蒽酮： 2分子蒽酮脱去一分子氢，通过C10-C10结合而成番泻叶苷A（反式） 番泻叶苷C（反式） 番泻叶苷B（顺式） 番泻叶苷D（顺式） 番泻叶中致泻的主要有效成分（ 二蒽酮类 ） 去氢二蒽酮 日照二蒽酮 金丝桃素中位萘骈二蒽酮最高氧化水平，高度稠和的多元环系统中位再脱去1分子

4、氢氧化氧化-位连接2.二蒽醌： 蒽醌类脱氢缩合或二蒽酮类氧化天精（skyrin）1、以母核的衍生物形式存在 取代基：羟基、甲基、甲氧基、羟甲基、羧基等 还原产物：蒽酚、蒽酮2、以游离形式存在 以苷的形式存在： 氧苷为主，碳苷。 存在形式第三节 理化性质一、物理性质 1.性状 颜色多为有色晶体 无Ar-OH近乎于无色；助色团越多，颜色越深， 如：黄、红、橙、紫红等 存在状态：苯醌、萘醌多以游离状态存在； 蒽醌类往往结合成苷存在于植物中。2.溶解度 H2O MeOH EtOH Et2O CHCl3游离醌 - + + + +成 苷 +（热） + + - -3.挥发性 小分子的苯醌、萘醌类具有挥发性，

5、能随水蒸气蒸馏，可据此进行提取、精制工作。碳苷难溶于水和有机溶剂，易溶于吡啶4.升华性 游离的醌类多具有升华性，蒽醌衍生物加热即能升华。二、化学性质（1）来源羧基(COOH)、酚羟基（OH）（2）影响酸性强弱的因素酸性基团的种类、数目及连接位置。 （3）酸性规律 ： 含羧基的醌类酸性强，2-羟基苯醌也有类似羧基的酸性。 酚羟基的数目越多，酸性越强，-羟基的酸性强于-羟基的酸性。 1、酸性 游离蒽醌类衍生物为例，酸性强弱排列顺序：含-COOH 2个以上-OH 1个-OH 2个-OH 1个-OH 5%NaHCO3 5%Na2CO3 1%NaOH 5%NaOH 可用于提取分离 例：试比较下列化合物的

6、酸性强弱DACB2.碱性 来源于羰基氧原子，能接受质子表现微弱的碱性。 能溶于浓硫酸生成洋盐，伴有颜色的转变。 羟基蒽醌在浓硫酸中呈现红至红紫色3.颜色反应（1）Feigl反应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 （2）无色亚甲蓝显色试验 苯醌、萘醌(+)专属鉴别 蒽醌（）（3） 与碱液反应（ Borntrge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、紫红色及蓝色。显色反应与形成共轭体系的酚羟基与羰基有关。因此羟基蒽醌及具有游离酚羟基的蒽醌苷均可显色，蒽酚、蒽酮、二蒽酮类化合物则氧化形成羟基蒽醌类化合物后才能显色。 （4

7、）与活性次甲基试剂反应（Kesting Craven反应） 苯醌、萘醌（） 蒽醌（）萘醌的苯环上如有羟基取代，此反应即会受到抑制。蒽醌类化合物因醌环两侧有苯环，不能发生该反应。（5） 与金属离子的反应蒽醌类化合物，如果有-酚羟基或具有邻二酚羟基时，可与Pb2+、Mg2+等金属离子形成络合物。1个-OH 或 1个-OH 或 2个-OH不在同环时 已有一个-OH，并另有个OH (6) 对亚硝基二甲基苯胺反应9位或10位未取代的羟基蒽酮，其羰基对位的亚甲基很活泼，易与对亚硝基二甲苯胺发生缩合，产生各种颜色。用于蒽酮类化合物的定性鉴别。 绿色反应类型反应试剂反应特征鉴别特点意 义Feigl反应甲醛、邻

8、硝基苯 紫 色苯、萘、菲、蒽醌非醌成分无色亚甲蓝 无色亚甲蓝溶液PC、TLC兰色斑点苯、萘醌与蒽醌区别Borntrge反应碱 液橙、红、紫红、蓝苯、萘、菲、蒽（羟基醌类）羟基蒽醌 呈红色Kesting Craven反应活性次甲基试剂（乙酰乙酸酯）蓝绿、蓝紫苯、萘醌（+）蒽醌（）与金属离子醋酸镁（铅）橙黄、橙红紫、红紫、蓝色蒽醌（-酚羟基、邻二酚羟基）羟基取代位置的鉴别对亚硝基二甲基苯胺反应0.1%对亚硝基-二甲基苯胺吡啶液紫、绿、蓝、灰色蒽 酮1，8-二羟基蒽酮呈绿色不同颜色反应鉴别特点及意义第四节 醌类化合物的提取分离一、醌类的提取方法 有机溶剂1.有机溶剂提取法 (相似相溶）2.碱提取酸沉

9、淀法 用于提取含酸性基团（Ar-OH、-COOH)的化合物。3.水蒸气蒸馏法 适用于小分子的苯醌及萘醌类化合物。 提取液浓缩结晶浓缩液二、醌类化合物的分离（一）游离蒽醌的分离1、PH梯度萃取法据结构中Ar-OH位置、数目不同，酸性强弱不同，来进行分离NaHCO3Na2CO31%NaOH5%NaOH2.色谱法 吸附剂硅胶、聚酰胺*不易用氧化铝，尤其不易用碱性氧化铝C可溶于5%碳酸氢钠溶液，A可溶于5%碳酸钠溶液，B可溶于1%氢氧化钠溶液。A B C（二）蒽醌苷的分离由于蒽醌苷类水溶性较强，分离精制较困难，故现多用层析法进行分离。1.溶剂法 用极性较大的溶剂（正丁醇）将苷从水液中萃取出来。2.色谱

10、法 吸附剂硅胶、反相硅胶、葡聚糖凝胶提取分离工艺流程：在植物体内，苷及苷元多通过酚羟基或-COOH结合成Mg2+、K+、Na+、Ca2+盐形式存在，为充分提取，必须预先加酸进行酸化使之全部游离后，再进行提取。苷及苷元在有机溶剂中溶解度不同，苷不溶于CHCl3，苷元及其衍生物易溶，故可分离。药材 甲醇、乙醇提取醇提物（游离苷元、苷） 有机溶剂萃取或回流 有机溶剂层（游离蒽醌） 水溶液或残渣（苷） PH梯度萃取分离法 有机溶剂纯化 （乙酸乙酯、正丁醇萃取） 色谱法分离 （硅胶吸附色谱 ） 色谱法分离 （葡聚糖凝胶、反相色谱）第五节 醌类的检识 一、化学检识：颜色反应二、色谱检识：薄层色谱(TLC)

11、 吸附剂：硅胶、聚酰胺 显色：可见光下显黄色， uv光下显黄、红、橙色荧光 氨熏、喷碱液等显色剂纸色谱(PPC) 展开剂：甲醇饱和的石油醚、氨水饱和的正丁醇 含水的溶剂系统 显色：喷碱液、0.5%醋酸镁等显色剂 第六节 醌类化合物的结构研究一、化学方法（辅助手段）二、波谱技术： UV、IR、NMR、MS等四大光谱技术。目前已成为醌类化合物结构研究主要技术手段。 尤其在样品量比较少的情况下，波谱技术为首选方法。特别是核磁共振技术、质谱技术。 一化学方法1锌粉干馏母核推断 蒽醌取代基中的氧原子被还原除去,生成相应的母体烃类2氧化反应取代基推断 环上有羟基取代可氧化开环,生成苯二甲酸的衍生物3衍生物

12、制备：甲基化物、乙酰化物 (1)甲基化反应目的保护-OH、测定-OH数目及成苷的位置。条件 (1)反应物甲基化易难： -COOH -OH -OH R-OH ( 酸性越强，质子易解离，甲基化易 ) (2)试剂甲基化的能力 CH3I (CH3)2SO4 CH2N2 不同功能基的甲基化反应能力： -COOH -OH - OH R-OH CH2N2 + + - - (CH3)2SO4 + + + - CH3I + + + +曲菌素的甲基化反应：(2)乙酰化反应 1)反应物的活性： R-OH -OH -OH （易与羰基形成氢键） 2)酰化试剂的活性 乙酰氯 醋酐 酯 冰醋酸 CH3COCl (CH3CO

13、)2O CH3COOR CH3COOH 3)催化剂的催化能力 吡啶 浓硫酸 选择性乙酰化：醋酐/硼酸 保护酚羟基不被乙酰化，仅使酚羟基乙酰化 乙酰化试剂 醇OH -OH -OH 烯醇式OH冰醋酸少量乙酰氯(冷) + - - -醋酐热(短时间) + + - - (长时间) + + + (之一) -醋酐+硼酸(冷) + + - (OH络合) -醋酐+浓硫酸(室温过夜) + + + -醋酐+吡啶(室温过夜) + + + +不同羟基的乙酰化反应能力曲菌素的乙酰化反应：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（13C谱）： 分子骨架 （ 1H谱）： 基团特征4、质谱

14、（MS ）：分子量（M+.）二 波谱分析240nm 强峰 285nm 中强峰400nm 弱峰苯 醌萘醌 1紫外光谱特征 引入助色团（-OH，-OMe）使相应吸收峰红移 醌环上引入助色团影响257nm红移 （不影响苯环引起的吸收） 苯环上引入-OH影响335nm红移到427nm苯甲酰基 252nm 325nm 醌式结构 272nm 405nm蒽醌羟基蒽醌 峰 位 与结构的关系 230nm（母核强吸收） 与总-OH数目有关，数目 增加，波长红移 240260nm（苯） 262295nm（醌） 与-OH有关，lg 4.1 示有-OH，伴随峰红移 305389nm（苯） 400nm以上 （C=O） 与

15、-OH数目有关，数目 越多，红移越大 第一峰与羟基数目的关系：第五峰与结构的关系：醌类母核2. 红外光谱（IR）苯环(16001480cm-1)羰基（16751653 cm-1） 羰基 苯环 羟基16751653 cm-1 16001480 cm-1 36003130 cm-1羟基蒽醌 羰基与 -OH缔合相互影响羟基蒽醌红外光谱（IR）特征：缔和羰基 游离羟基 游离羰基 缔和羟基 吸收峰向低波数位移 游离羰基（高波数） 游离羟基（-OH/ 36003150cm-1） 缔合羰基（低波数） 缔合羟基（-OH/ 3150cm-1以下） 羰基峰的数目、位置与-羟基的数目及位置有关 -羟基的数目及位置对

16、羰基（c=o）吸收的影响-OH数 蒽醌类型 游离羰基频率 缔合羰基频率 频率差0 无-OH + - -1 1-OH + + 24382 1，4-；1，5-二OH - + - 1，8-二OH + + 40573 1，4，5-三OH - + -4 1，4，5，8-四OH - + -3.核磁共振氢谱(1H-NMR谱) (1) 醌环上质子 (2)芳环质子 分为-H及-H两类-H因处于C=O的负屏蔽区,位于低场，化学位移值较大； -H处于高场当有取代基时，峰的数目及峰位都将改变。(3)取代基质子的化学位移及对芳环质子的影响 甲基质子 2.9 （或宽） 供电基，邻芳氢大黄素 a-OH质子 1112 供电基，邻、对芳氢 -OH质子 大黄素芦荟大黄素大黄酚、大黄素甲醚（3）二蒽酮泻下 番泻苷A、B、C、D。 2、芪类（二苯乙烯类） 土大黄苷（rhaponticin）： 3、苯丁酮苷类 莲花掌苷(lindleyin)、异莲花掌苷(isolindleyi