第六章黄酮类化合物 (Flavonoids).ppt

1、第六章黄酮类化合物 （Flavonoids）,天然药物化学,基本内容,黄酮类化合物的结构特征、分类； 主要性质、及酸性与羟基取代位置、数目的关系； 呈色反应在鉴别及结构测定工作中的用途和意义； 黄酮类化合物的提取分离原理： 聚酰胺柱色谱分析法（酚类化合物） 梯度PH萃取法（酚酸类化合物） 铅盐沉淀法（分子中具有羧酸、邻二酚羟基及特殊络合结构） 黄酮类化合物的谱学特征，UV、1H-NMR、13C-NMR及MS规律及在结构测定中的重要意义。,基本要求,掌握 黄酮类化合物结构分类，酸性判别及鉴别方法； 熟悉 酚酸类化合物提取分离方法的原理和应用； 及黄酮类化合物结构鉴定方法和谱学特征。,本章内容,第

2、一节 绪论 第二节 理化性质与颜色反应 第三节 提取分离方法 第四节 结构鉴定 第五节 结构研究实例,一、定义： 黄酮类化合物是泛指两个苯环通过三碳相互连接而成的一系列化合物。,第一节 绪论,二、生物合成途径及分类： 桂皮酸莽草酸途径,第一节 绪论,查耳酮,C3-位：有OH 黄酮醇 (Flavonol) 无OH 黄酮 (Flavone) C23饱和：二氢黄酮（醇）(Flavanone) C3与B环相连：异黄酮（Isoflavone） C环开环：查耳酮（Chalcone）,第一节 绪论,C环还原：黄烷类,其它类型：花色素类、橙酮类、奥弄类、高异黄酮、 山酮类,例,第一节 绪论,槲皮素,柚皮素,(

3、+)儿茶素,大豆素,多以苷的形式存在：O-苷和C-苷 苷中常见糖的种类： 单糖：D-葡萄糖，D-半乳糖，D-木糖，L-鼠 李糖，L-阿拉伯糖，D-葡萄糖醛酸 双糖：槐糖，龙胆二糖，芸香糖（Rha1 6Glc），新橙皮糖（Rha12Glc）等 三糖：龙胆三糖，槐三糖 酰化糖：2-乙酰葡萄糖，咖啡酰基葡萄糖,第一节 绪论,三、存在形式,本章内容,第一节 绪论 第二节 理化性质与颜色反应 第三节 提取分离方法 第四节 结构鉴定 第五节 结构研究实例,一、一般性状 形态：多为结晶，少数为无定形粉末。 颜色：结构存在交叉共轭体系，因此化合物多有颜色。 黄酮（醇）及其苷：呈黄色-灰黄色 查耳酮：黄-橙色

4、二氢黄酮（醇）：无色 异黄酮：微黄色 花色素可随着pH值的变化颜色有所不同： 红色（pH8.5),第二节 理化性质与颜色反应,溶解度,黄酮(醇), 查耳酮：平面型分子 二氢黄酮(醇)：非平面型分子 花色素：离子,苷元：难溶于水，易溶于乙酸乙酯，乙醚等有 机溶剂中 苷：易溶于水、乙醇、甲醇中，糖链越长水溶 性越大。,第二节 理化性质与颜色反应,水中溶解度增加,二、酸碱性,酸性：来源分子中的酚羟基； 可溶于碱性水溶液、吡啶、甲酰胺及二甲基甲酰胺。 酸性强弱的比较：取决于羟基的数目和位置： 7,4-OH 7-或4 -OH 一般OH 5-OH,第二节 理化性质与颜色反应,（可用于提取、分离及鉴定工作）

5、,7,5,3,4,3,二、酸碱性,来源：1-位氧原子的未共用电子对，显微弱的碱性，可与强酸生成（佯）盐而溶于酸水中。,第二节 理化性质与颜色反应,碱性：,H+,三、显色反应,（一）还原反应 HCl-Mg 反应 HCl-Zn 四氢硼钠（NaBH4) 为（+）的反应，颜色多为橙红-紫红,第二节 理化性质与颜色反应,应用：可用于各类化合物的鉴别,第二节 理化性质与颜色反应,三、显色反应 （二）络合反应,黄酮类化合物分子结构中多具有下列结构：,可与金属盐类试剂产生络合反应 （1）锆盐 （4）镁盐 （2）铝盐 （5）氯化锶 （3）铅盐 （6）三氯化铁反应,（1）锆盐,第二节 理化性质与颜色反应,（2）铝

6、盐,（3）铅盐,黄,红,第二节 理化性质与颜色反应,（4）镁盐,二氢黄酮(醇), 显天蓝色荧光, 有5-OH更明显 黄酮(醇)、异黄酮，显黄橙、黄褐色,第二节 理化性质与颜色反应,（5）氯化锶,（三）硼酸显色反应鉴别5-OH黄酮和2 查耳 酮在酸存在下，生成亮黄色。 （四）碱性试剂 NH3蒸气：颜色加深，可逆；Na2CO3反应不可逆。 二氢黄酮遇碱开环：生成查耳酮，显橙黄色。 黄酮类有邻二酚羟基或3，4 -二羟基：在OH-中 易氧化。生成由黄色、深红色至绿棕色沉淀。,第二节 理化性质与颜色反应,三、显色反应,HCl-Mg反应 HCl-Zn反应 NaBH4反应 锆-枸橼酸反应 SrCl2反应 硼

7、酸+草酸反应 Molish反应,（+） （+） （-） 黄色，加枸橼酸,褪色 （+） （+）黄色 （+）,第二节 理化性质与颜色反应,练习：下面的一个化合物可能发生的反应,芦丁（rutin）,本章内容,第一节 绪论 第二节 理化性质与颜色反应 第三节 提取分离方法 第四节 结构鉴定 第五节 结构研究实例,一、提取精制 根据化合物的性质，可采取以下提取方法 化合物：极性溶剂萃取 酸性碱提酸沉 解离性离子交换 碳粉吸附法,第三节 提取分离方法,1. 溶剂萃取法,药材,甲醇或乙醇提取，回收醇,浸膏,加水溶解,水溶液,分别以不同极性溶剂萃取 （石油醚，氯仿，乙酸乙酯，正丁醇）,石油醚层 （小极性）,氯

8、仿层 （苷元）,乙酸乙酯层 （大极性苷元 及单糖苷）,正丁醇层 （黄酮苷）,水层 （多糖等）,第三节 提取分离方法,原理：酚羟基与碱成盐，溶于水；加酸后析出。 碱：常用Ca(OH)2，或CaO水溶液。 优点：可使含酚羟基化合物成盐溶解，另一方面可使含COOH的果胶、粘液质、蛋白质等杂质形成沉淀而除去。 注意：碱性不宜过强，以免破坏黄酮母核； 酸化时，酸性不宜过强，pH34即可，以免 形成（佯）盐而溶解。,第三节 提取分离方法,2.碱提酸沉法,第三节 提取分离方法,2.碱提酸沉法,搅拌下加入石灰乳,加水300ml,槐花米（15g）,调节PH8-9,直火加热,保持微沸30min,双层滤纸趁热抽滤,

9、滤液,残渣,在60-70度下，用浓盐酸调PH3-4,静置,实例,操作,第三节 提取分离方法,3. 离子交换,原理：酚羟基与碱成盐，溶于水；采用阴离子交换树脂交换，加酸后析出，用有机溶剂回流提取。,第三节 提取分离方法,4.炭粉吸附法,药材甲醇提取物,分次加入活性炭，搅拌，静置，检查上清液有无黄酮反应，过滤,滤液,吸附后活性炭粉,依次用沸水、沸甲醇、7%酚/水、15%酚/醇洗脱,沸水,沸甲醇,7%酚/水,15%酚/醇,浓缩，加乙醚,乙醚层（酚）,水层（黄酮苷）,二、分离,（一）采用各种色谱方法： 硅胶色谱：按极性大小分离，主要分离极性小 和 中等极性的化合物。可用CC，PTLC。 聚酰胺色谱：原

10、理：氢键吸附 葡聚糖凝胶色谱：原理：分子筛结合吸附,第三节 提取分离方法,聚酰胺： 其洗脱顺序先后 (1)苷元相同, 三糖苷双糖苷单糖苷苷元 (2)母核上羟基增加，洗脱速度减慢 (3)羟基数目相同,有缔合羟基无缔合羟基 (4)不同类型黄酮的洗脱顺序： 异黄酮二氢黄酮（醇）查耳酮黄酮黄酮醇 （芳香核、共轭双键多者吸附力强）,第三节 提取分离方法,第三节 提取分离方法,习题：下列黄酮化合物， （1）用聚酰胺柱色谱，含水甲醇梯度洗脱， （2）用硅胶柱色谱分离，氯仿-甲醇梯度洗脱， 分别写出洗脱顺序,第三节 提取分离方法,答案：,聚酰胺柱色谱洗脱顺序：由先到后 D，E，C，B，A 2. 用硅胶柱色谱洗

11、脱顺序：由先到后 A，B，C，D，E,常用型号：Sephadex-G，Sephadex-LH20 机理： 分离游离黄酮靠吸附作用。吸附程度取决于游离酚羟基数目，苷元的羟基数越多, 越难洗脱。 分离黄酮苷分子筛起主导作用。在洗脱时，黄酮苷类按分子量由大到小的顺序流出柱体。,葡聚糖凝胶,第三节 提取分离方法,应用：分离酸性强弱不同的黄酮苷元 酸性比较：7,4 -OH 7-或4-OH 一般OH 5-OH,溶于 NaHCO3 Na2CO3 不同浓度的NaOH,样品,乙醚,乙醚液,依次 萃取,5%NaHCO35%Na2CO3 0.2%NaOH4%NaOH,分别 酸化,各部分黄酮,第三节 提取分离方法,（

12、二）梯度pH萃取法,醋酸铅沉淀法： 邻二酚羟基黄酮醋酸铅 沉淀 不具有邻二酚羟基碱式醋酸铅 沉淀 硼酸沉淀法： 邻二酚羟基硼酸 络合物溶于水，与其它黄酮分离。,第三节 提取分离方法,（三）利用分子中的特定基团,习题：从某植物中分离出四种化合物，其结构如下：,(1) 试比较四种化合物的酸性， (2) 比较极性大小 (3) 比较它们的Rf值大小顺序： 硅胶TLC 聚酰胺TLC,A R1=R2=H B R1=H, R2=Rha C R1=Glc, R2=H D R1=Glc, R2=Rha,酸性 ACBD 极性 DCBA Rf ：ABCD DBCA,第三节 提取分离方法,本章内容,第一节 绪论 第二

13、节 理化性质与颜色反应 第三节 提取分离方法 第四节 结构鉴定 第五节 结构研究实例,一、色谱法的应用 硅胶TLC 聚酰胺TLC 双向纸色谱法,第四节 结构鉴定,第四节 结构鉴定,第一向展开：分配作用，醇性溶剂为展开剂。 如：n-BuOH-HAc-H2O上层溶液。 Rf：苷元单糖苷双糖苷 第二向展开：吸附作用。水性溶剂为展开剂。 如：26%HAc，3%NaCl等。 Rf：(1)苷元在原点附近，糖链越长，Rf越大； (2)苷元：黄酮(醇)，查耳酮 二氢黄酮 (醇)，二氢查耳酮,双向纸色谱法,二、紫外光谱法,黄酮存在桂皮酰基及苯甲酰基组成的交叉共轭系统，在200400nm间，有两个主要的紫外吸收带

14、,A环苯甲酰系统峰带II，220280nm,B环桂皮酰基系统 峰带I，300400nm,共性： B环OH增加，峰带I 红移，特别是4-OH，红移大； A环OH增加，峰带II 红移。,第四节 结构鉴定,（一）,1.黄酮、黄酮醇类,带I ：黄酮类 304350nm 黄酮醇（3-OH被取代）328357 黄酮醇（3-OH游离） 352385 带II ：240285nm,第四节 结构鉴定,峰带I和II强度相似,nm,I,II,黄酮及黄酮醇类化合物 的紫外光谱带（MeOH max，nm）,槲皮素在甲醇中的紫外光谱,取代基的影响： 带I ：母核上的OH、-OCH3等供电基，可引起相应吸收带红移。氧取代程度

15、越高，带I红移越大。羟基甲基化或苷化，将引起紫移。 带II：峰位主要受A-环氧取代程度的影响，氧取代程度越高，带II越向红移。B环的取代基只影响峰形。如：只有4-OR时，为单峰；3 ,4 -OR时，为双峰。,第四节 结构鉴定,2.查耳酮、橙酮类,nm,I,II,查耳酮 带I 340390nm(有裂分) 带II 220270nm,橙酮 370430nm(34个峰),第四节 结构鉴定,带I 强，带II 次强峰,查耳酮 - 橙酮 - - -,异黄酮- 二氢黄酮- - -,3.异黄酮、二氢黄酮(醇)类,nm,I,II,只有A-环苯甲酰系统，带II 为主峰 带II： 异黄酮 245270nm 二氢黄酮（

16、醇） 270295nm 带I： 肩峰,第四节 结构鉴定,带I 弱，带II 强峰,（二）利用诊断试剂，判断羟基位置,1.甲醇钠（NaOMe） 黄酮类化合物上所有酚羟基，均可在 NaOMe 中成盐，引起红移。,第四节 结构鉴定,黄酮醇类： a.带I 位移4060nm, 强度不降。示有4-OH. b.带I红移5060nm, 强度下降。示有3-OH, 但无 4-OH。,确定 4-OH,二氢黄酮（醇）、异黄酮类: a. 带II 红移3540nm。示有5,7-OH。 b. 带I 移至400nm。示无5-OH。,第四节 结构鉴定,c. 320330nm, 有峰，7-OH。 d. 3,4-OH, 3,3,4-

17、OH, 3,4,5-OH等, 随时间延长, 峰衰退.,黄酮醇类：,2.醋酸钠（NaOAc） NaOAc碱性较NaOMe弱，只能使7-OH，4-OH解离。由于未熔融的NaOAc中含微量HOAc，限制4-OH的解离。,第四节 结构鉴定,（二）利用诊断试剂，判断羟基位置,黄酮（醇）：带II 红移520nm，示有7-OH，6，8 氧取代时影响位移幅度。 二氢黄酮（醇）：带II 红移60nm，示有7-OH。 带II 红移35nm，示有5，7-OH。,确定 7-OH,第四节 结构鉴定,异黄酮：带II 红移620nm，示有 7-OH，。 有5,6,7-三OH，6,7,8-三OH或3,3,4-三 OH时，峰随

18、时间衰退。,2. 醋酸钠（NaOAc）,3. NaOAc/H3BO3 邻二酚羟基在NaOAc碱性下，可与H3BO3螯合， 引起红移。 黄酮（醇）：带I 红移1230nm；B环具邻二酚羟基 带II 红移510nm A环具邻二酚羟基 ( 除5,6-二OH),确定邻二羟基,第四节 结构鉴定,异黄酮，二氢黄酮（醇）： 带II 红移1015nm， A环具邻二酚羟基( 除5,6-二OH)。,3. NaOAc/H3BO3,4. AlCl3及AlCl3/HCl,AlCl3与 引起络合。,生成铝络合物的稳定性顺序： 3-OH(黄酮醇)5-OH(黄酮)5-OH(二氢黄酮)邻二酚OH3-OH(二氢黄酮醇),第四节

19、结构鉴定,邻二酚OH和 二氢黄酮醇的 3-OH形成的络合物遇酸分解。 当3-OH与5-OH共存时，优先生成3-OH-4-酮基络合物。 3-OH或5-OH及邻二酚OH同时存在，形成二络合物。,第四节 结构鉴定,应注意以下规律：,a. AlCl3/HCl与MeOH中光谱比较 相同时：示无3-OH或5-OH。 不同时：带I 红移3355nm，示只有5-OH，无3-OH时。 带I 红移1720nm，示有 5-OH，且6-氧代； 带I 红移5060nm，示有5-OH、3-OH； 带I 红移60nm，示只有3-OH时。,3-OH, 5-OH,第四节 结构鉴定,4. AlCl3及AlCl3/HCl,b. A

20、lCl3/HCl与AlCl3中光谱比较 相同时：无邻二酚羟基； 不同时：带I 紫移3040nm，示 B环有邻二酚羟基； 带I 紫移5060nm，示A，B环同时有邻二 酚羟基。,第四节 结构鉴定,4. AlCl3及AlCl3/HCl,练习：,UV max, nm: MeOH 259, 266sh, 299sh, 359 NaOMe 272, 327, 410 NaOAc 271, 325, 393 NaOAc/ H3BO3 262,298,387 AlCl3 275, 303sh, 433 AlCl3/ HCl 271, 300, 364sh, 402,某化合物HCl-Mg反应（+），Molis

21、h反应（+），ZrOCl2反应黄色，加入枸橼酸褪色，酸水解检出Glc。 紫外谱图数据如下，试推断其结构,第四节 结构鉴定,黄酮或3-O-苷 I=410-359=51nm，4 -OH II=271-259=12nm, 7-OH I=387-359=28nm, B环有邻二OH AlCl3/HCl与AlCl3相比， I=402-433= -31nm, B环有邻二OH AlCl3/HCl与MeOH相比， I=402-359=43nm, 有5-OH，无3-OH,第四节 结构鉴定,分析：,1. 核磁共振氢谱（1HNMR）,A环质子,(1). 5,7-二OH H-6,8 5.76.9, d, J=2.5Hz

22、 H-8H-6,第四节 结构鉴定,三 核磁共振法,6.19,6.44,6.42,6.83,(2). 7-OH H-5：7.78.2, d, J=8Hz H-6：6.47.1, dd, J=8 and 2Hz H-8：6.37.0, d, J=2Hz H-5受C环C=O的去屏蔽作用而处于低场，化学位移大。,第四节 结构鉴定,A环质子,1. 核磁共振氢谱（1HNMR）,B环质子,4 -OR 2 , 6 -H 7.18.1, d, J=8Hz 3 , 5 -H 6.57.1, d, J=8Hz （两组峰，每个峰有两个H， AABB系统）,第四节 结构鉴定,6.93,8.10,第四节 结构鉴定,3,

23、4 二OR 1)黄酮（醇） H-5 6.77.1, d, J=8.5Hz H-6 7.9, dd, J=8.5, 2.5Hz H-2 7.2, d, J=2.5Hz 2)异黄酮，二氢黄酮（醇） H-2,5,6 6.77.1 m （峰复杂）,B环质子,7.60,6.97, 6.99,3,4, 5 -三OR H-2, 6 ：6.57.5 R=R, 为一个单峰s(2H); RR ，间位偶合为两个二重峰 d(J=2Hz),第四节 结构鉴定,B环质子,C环质子 区别各类黄酮的主要依据,1)黄酮 H-3 6.3 s (常与A环质子重叠),2) 异黄酮 H-2 7.67.8 (用DMSO-d6作溶剂时为8.

24、58.7),第四节 结构鉴定,3) 二氢黄酮 (2位为S构型) H-2 5.2, dd, J=11 and 5Hz Ha-3 2.83.0, dd, J=17 and 11Hz He-3 2.8, dd, J=17 and 5Hz ( Ha-3 He-3),C环质子,第四节 结构鉴定,5.42,3.25,2.68,4） 二氢黄酮醇 H-2 4.9, d, J=11Hz H-3 4.3, d, J=11Hz (绝对构型用CD或ORD测定),5） 查耳酮 H- 6.77.4, d, J=17Hz H- 7.37.7, d, J=17Hz,6） 橙酮 苄基质子 6.56.7 s,第四节 结构鉴定,1

25、）黄酮苷类化合物上糖的端基质子信号 黄酮醇-3-O-葡萄糖苷 5.70 6.00 黄酮醇-3-O-鼠李糖苷 5.00 5.10 黄酮类 -7-O-葡萄糖苷 4.80 5.20 黄酮类-4-O-葡萄糖苷 黄酮类 -5-O-葡萄糖苷 黄酮类-6 及 8-C-糖苷,糖上质子,第四节 结构鉴定,2） 端基以外的糖上质子: 34, 鼠李糖C5- CH3 :0.81.2 , d, J=6.5Hz,第四节 结构鉴定,其它取代基 CH3CO- 脂肪族乙酰氧基 1.652.10 (确定糖数) 芳香族乙酰氧基 2.302.50 (确定酚羟基数),CH3O- 甲氧基质子信号一般在： 3.50 4.10 可通过NOE

26、核磁共振技术及二维技术确定基位置。,第四节 结构鉴定,OH 溶剂一般采用DMSO-d6(无水)作测试溶剂 5-OH 12.40； 7-OH 10.9； 3-OH 9.7 ； 4-OH 10 (这些信号加D2O后消失),其它取代基,第四节 结构鉴定,三 核磁共振法,2. 核磁共振碳谱（13CNMR）,根据CO的化学位移确定黄酮骨架 a. 174184 黄酮(醇), 异黄酮, 橙酮 b. 188197 查耳酮, 二氢黄酮(醇),黄酮 104112 异黄酮122126 黄酮醇 136 橙酮 111112,查耳酮 116130 二氢黄酮 4245 二氢黄酮醇 71,2. 核磁共振碳谱（13CNMR）,

27、第四节 结构鉴定,根据C-3的化学位移细分,取代基位移,第四节 结构鉴定,2. 核磁共振碳谱（13CNMR）,第四节 结构鉴定,例：下列一个化合物的碳信号归属,四、质谱（MS）,1. 电子轰击质谱（EI-MS） 苷元：可得到M+，且为基峰； 苷：得不到M+，可得苷元碎片，可制备衍生物。 2. 场解析质谱（FD-MS）和快原子轰击质谱（FAB-MS） 用于测定极性较强的苷类化合物，可得到M+ ， M+ +1， M+ +Na， M+ +K峰，且给出糖基碎片峰。,第四节 结构鉴定,3.黄酮类化合物苷元的EI-MS裂解途径,途径 I （RDA裂解）,第四节 结构鉴定,利用A1+和B1+可确定A环和B环

28、的取代情况 A1+. B1+. 5, 7-二羟基黄酮 152 102 5, 7, 4 -三羟基黄酮(芹菜素) 152 118 5, 7-二羟基, 4 -甲氧基黄酮(刺槐素) 152 132,第四节 结构鉴定,途径-II：,黄酮类: 途径-I为主 M+常为基峰, 还有M-28+, A1+(s), B1+(s),及A1+H+, A1-28+, B2+, B2-28+等。 黄酮醇类: 主要按途径-II 进行 M+常为基峰, 碎片离子主要有B2+和B2-28+及A1+H+, 此外还有M-H+, M-15+等。,第四节 结构鉴定,五、 Wessely-Moser重排,黄酮类6-及8-C-糖苷在常规酸水解

29、条件下不被水解，但可发生互变，成为6-和8-C-糖苷的混合物。,第四节 结构鉴定,本章内容,第一节 绪论 第二节 理化性质与颜色反应 第三节 提取分离方法 第四节 结构鉴定 第五节 结构研究实例,例1：某黄色结晶I，盐酸镁粉反应()，Molish反应() ，FeCl3反应() ，ZrOCl2反应呈黄色，但加入枸橼酸后黄色褪去。 I的UV nm如下: MeOH 252 267 (sh) 346 NaOMe 261 399 AlCl3 272 426 AlCl3/HCl 260 274 357 385 NaOAc 254 400 NaOAc/H3BO3 256 378,I的1H-NMR (DMSO

30、-d6, TMS) ：7.41 (1H, dd, J = 8, 3Hz), 6.92 (1H, d, J = 8 Hz), 6.70 (1H, d, J = 3 Hz), 6.62 (1H, d, J = 2 Hz), 6.43 (1H, d, J = 2 Hz), 6.38 (1H, s), 5.05 (1H, d, J = 7 Hz)，其余略。 FAB-MS示分子中含一分子葡萄糖,苷元的分子式为C15H10O6 ,推断化合物的结构，并写出推导过程。,化学反应显示该化合物为5羟基黄酮苷，结合紫外谱II的吸收峰位示无3-OH。,NaOMe I=399-346=53nm，4 -OH NaOAc II=254-252=2nm, 无7-OH AlCl3 I=426-346=80nm, B环有邻二OH AlCl3/HCl与AlCl3相比， I=385-426= -41nm, B环有邻二OH AlCl3/HCl与MeOH相比， I=385-346=39nm, 有5-OH，无3-OH,分析及答案：,因氢谱给出此化合物为5,7-二氧取代典型的谱学特征，结合紫外谱分析结果，说明7-OH与葡萄糖成苷。因此最终结构如下，氢信号归属如下：,6.70,6.92,7.41,6.62,6.43,6.38 (