第五章 苯丙素类化合物-PPT.ppt

1、第五章 苯丙素类化合物,目的要求： 1.掌握香豆素和木脂素的理化性质检识方法。 2.掌握香豆素的提取、分离方法。 3.熟悉香豆素和木脂素的结构和分类。 4.了解苯丙酸、香豆素和木脂素的分布、生源途径和生理活性。 5.了解香豆素和木脂素的结构研究方法。,第一节 概 述,苯丙素类（phenylpropanoids）是指基本母核具有一个或几个C6-C3单元的天然有机化合物类群。 包括简单苯丙素类：如苯丙烯、苯丙醇、 苯丙醛、苯丙酸等。 香豆素（Coumarins）、 木脂素(lignans) 、 木质素(lignins)等 在生物合成中，苯丙素化合物均由桂皮酸途径合成而来。见P97。,第二节 简单苯

2、丙素类,一、简单苯丙素类的结构与分类 （一）苯丙烯类 丁香酚 -细辛醚 -细辛醚,（二） 苯丙醇类 松柏醇 （三）苯丙醛类 桂皮醛,（四）苯丙酸类 苯丙酸及其酯类是重要的简单苯丙素类化合物。如 咖啡酸 阿魏酸 丹参素（活血化瘀） 绿原酸（利胆 ）,二.简单苯丙素类的提取和分离 一般用有机溶剂或水提取. 用硅胶柱色谱、HPLC法分离。 其中苯丙烯、苯丙醛及苯丙酸的简单酯类衍生物多具有挥发性，是挥发油芳香族化合物的主要组成部分，可用水蒸气蒸馏法提取。 例如 兴安升麻中咖啡酸、阿魏酸、异阿魏酸的提取、分离。 见P100,第三节 香豆素类,香豆素(coumarins) 是一类具有苯骈-吡喃酮母核的天然

3、产物的总称，在结构上可以看成是顺式邻羟基桂皮酸脱水而形成的内酯类化合物。,H2O,顺邻羟基桂皮酸,苯骈-吡喃酮,目前，已经发现的天然香豆素类化合物1200多个，是中药化学成分的一个重要类群。香豆素类是广泛分布在高等植物中的中药成分，极少数来自微生物(如黄曲霉素、假密环菌等）及动物。 香豆素类化合物在生物合成上起源于对羟基桂皮酸。因此，大多在7-位有含氧官能团取代。,富含香豆素的植物有伞形科、芸香科、菊科、木犀科等。 中药白芷、前胡、蛇床子、茵陈、补骨脂、秦皮等都含有香豆素类成分。 植物体内，香豆素类成分可分布于花、叶、茎、皮、果（种子）、根等各部位。,生理活性： 秦皮中七叶内酯和七叶苷是治疗痢

4、疾的主要成分； 茵陈中滨蒿内酯、假密环菌中亮菌甲素具有解痉、利胆作用； 蛇床子中蛇床子素可用于杀虫止痒； 补骨脂中呋喃香豆素类具有光敏活性，用于治疗白斑病； 前胡中的香豆素具有血管扩张作用； 胡桐（Calophyllum lanigerum）中香豆素(+)calanolide A（绵毛胡桐内酯A）是强大的HIV-1逆转录酶抑制剂，作为抗艾滋病药物研制，美国FDA已经批准进入三期临床。,一、香豆素类的结构与分类 主要依据-吡喃酮环上有无取代，7-位羟基是否和6，8位取代异戊烯基缩合形成呋喃环、吡喃环，将香豆素类化合物大致分为四类。 简单香豆素 呋喃香豆素（furocoumarins） 吡喃香豆素

5、（pyranocoumarins） 其他香豆素,（一）简单香豆素类 简单香豆素是指在苯环一侧有取代 七叶内酯 滨蒿内酯 七叶苷 当归内酯,（二）呋喃香豆素 根据呋喃环的位置，分为线形(6,7)呋喃香豆素、角形(7,8)呋喃香豆素以及二氢呋喃香豆素等。 补骨脂素 当归素 紫花前胡苷 虎耳草素,（三）吡喃香豆素 也有线形、角形和二氢吡喃香豆素。 如紫花前胡素、紫花前胡醇、白花前胡苷。P104 白花前胡苷 紫花前胡醇,（四）其他香豆素 主要包括在-吡喃酮环上有取代的香豆素类，双香豆素、异香豆素等。,茵陈内酯,双七叶内酯（双香豆素）,（异香豆素）,二.香豆素类的理化性质,（一）性状 游离香豆素多为结晶

6、性物质，分子量小的游离香豆素多具有香气及挥发性，能随水蒸气蒸馏，且具升华性。 香豆素苷类一般呈粉末或晶体状、不具挥发性，也不能升华。 在紫外光下，香豆素类成分多具蓝色或紫色荧光。 （二）溶解性 游离香豆素易溶于有机溶剂，能部分溶于沸水。 香豆素苷类易溶于甲醇、乙醇，可溶于水，难溶于亲脂性有机溶剂。,（三）内酯的碱水解 香豆素类分子中具内酯结构，碱性条件下可水解开环，生成顺式邻羟基桂皮酸的盐。顺式邻羟基桂皮酸的盐的溶液经酸化至酸性即闭环恢复内酯结构。 但如果与碱液长时间加热,则发生双键构型异构化,转变为反式邻羟基桂皮酸衍生物,经酸化不能环合为内酯.,顺式邻羟基桂皮酸盐,反式邻羟基桂皮酸盐,长时间

7、,注意：在内酯环发生碱水解的同时，其它酯基也会水解，尤其是取代侧链上的酯基如处在苄基碳上则极易水解。,内酯的碱水解,（四）与酸的反应 香豆素类化合物分子中若在酚羟基的邻位有异戊烯基等不饱和侧链，在酸性条件下能环合形成含氧呋喃环或吡喃环。,稀醇醚键的开裂,（五）显色反应,1.异羟肟酸铁反应： 香豆素类成分具有内酯结构，在碱性条件下开环，与盐酸羟胺缩合生成异羟肟酸，在酸性条件下再与Fe3+络合而显红色。,2.酚OH反应：与三氯化铁溶液反应产生绿色至墨绿色沉淀。 3.Gibbs反应（2，6二溴苯醌氯亚胺试剂） 香豆素类酚OH的对位无取代基，可与Gibbs试剂起反应而显蓝色。,4.Emerson反应（

8、4-氨基安替比林和铁氰化钾） 酚OH对位无取代时，可与Emerson试剂反应，生成红色。,用化学方法区别：,A B,1.Molish试剂A阳性B阴性 2.Giibs试剂A阴性B阳性,（六）双键的加成反应,香豆素成分在控制条件下氢化，非共轭的侧链双键最先被氢化，然后是和苯环共轭的呋喃环或吡喃环上的双键氢化，最后才是C3-C4双键氢化。 另C3-C4双键可与溴加成生成3，4-二溴加成衍生物，再经过碱处理脱去1分子溴化氢，生成一溴香豆素衍生物。,氧化剂氧化能力不同，生成的产物也不同，KMnO4往往使香豆素类C3-C4双键断裂而生成水杨酸的衍生物。 铬酸一般只氧化侧链，也能氧化苯环为醌式结构，但不破坏

9、-吡喃酮环。 臭氧氧化首先发生在侧链双键，然后是呋喃环或吡喃环上的双键，最后才是C3-C4双键。 这些反应曾被用于香豆素的结构确定。,（七）氧化反应,三、香豆素类的提取和分离,（一）香豆素类的提取 1.溶剂提取法 可用甲醇、乙醇、丙酮、乙醚等溶剂提取。 提取方法可先用亲脂性溶剂提出极性小的成分，再用醇或水提出极性大的部分。 也可先用醇或水提取，然后再用溶剂或大孔吸附树脂分离脂溶性和水溶性成分。 2.水蒸气蒸馏 小分子游离香豆素类成分有挥发性，可采用水蒸气蒸馏法提取。该法受热温度高、时间长，有时可能引起结构变化，现在已少用。,3.碱溶酸沉法： 香豆素类具有内酯结构，能溶于稀碱液而和其它中性成分分

10、离，碱液酸化后内酯环合，香豆素类成分即可游离析出，也可用乙醚等有机溶剂萃取得到。,因香豆素类开环产物顺式邻羟基桂皮酸在碱液中长时间加热会异构化为反式邻羟基桂皮酸，而不能环合。因此必须控制碱的浓度和加热时间。 一些对酸、碱敏感的香豆素类成分不能用碱溶酸沉法提取 如：8-位具有酰基则碱开环后不能酸化闭环； 侧链酯基易被碱水解； 具有烯丙醚或邻二醇结构的会在酸作用下水解或结构重排，而得不到原化合物。,（二）香豆素类的分离,一般应用色谱法进行分离纯化。 如柱色谱、制备薄层色谱、高效液相色谱等。 柱色谱可用硅胶、反相硅胶（Rp-18 、Rp-8等）为吸附剂。葡聚糖凝胶Sephadex LH-20也可用。

11、 近年来，制备型HPLC广泛用于香豆素类的分离。制备TLC也常用于分离。,四、香豆素类的检识,（一）理化检识 1.荧光： 香豆素类化合物在紫外光（365nm）照射下，一般显蓝色或紫色的荧光，7-羟基香豆素类往往有较强的蓝色荧光，加碱后荧光更强，颜色变为绿色。 2.显色反应： Fecl3试剂、 异羟钨酸铁反应、 Gibbs和Emerson反应。,（二）色谱检识： 一般多用硅胶薄层色谱， （1）游离香豆素可选用： PetEtOAC 或 CHCl3-Me2CO等为展开系统 （2）香豆素苷可选用： CHCl3-CH3OH为展开系统 也有用纸色谱、聚酰胺色谱。,问题：用化学方法鉴别下列化合物,A B C

12、,1.三氯化铁反应A B阳性C阴性 2.Molish试剂B阳性A C阴性或.Giibs试剂A 阴性B阳性,问题：用硅胶G薄层层析，苯丙酮（5：1）展开，则Rf:( )( )( ) ( ) 。,A B,C D,五、香豆素类的结构研究,（一）IR光谱 在IR光谱上,内酯结构在1750-1700cm-1显示一个强的吸收，为、-不饱和结构的吸收。 芳环一般在1660-1600cm-1之间出现三个较强的吸收。根据这些特征可以确定香豆素类母核结构。如果是呋喃环C-H（不饱和），在3175-3025cm-1有弱小但非常尖锐的双峰。,（二）UV光谱 香豆素类成分的紫外光谱主要有苯环和-吡喃酮结构的吸收。 未取

13、代的香豆素在274 nm（lg4.03）和311nm（lg3.72）处分别有最大吸收。前者由苯环引起，而后者由-吡喃酮环所致。,当香豆素母核上引入取代基时，常引起吸收峰位置变化，一般烷基取代对其影响不大，但含氧基团取代会使主要吸收峰红移。如7-位引入含氧基团（-OH，-OCH3、或O-糖基等），则在217nm及315-325nm 处出现强吸收峰（lg约4.0）。 含有酚OH的香豆素类成分，在碱性溶液中吸收峰红移，且吸收增强，可用以判断酚OH。,（三） 香豆素的NMR规律,B环质子影响因素： 2-羰基影响：如（ d- ）所示 7-OH影响：如（ d- ）所示 H3,H6,H8电子云密度 H3,H

14、6,H8在高场 H4,H5,H7电子云密度 H3,H6,H8在低场,d-,d-,d-,d-,d+,d-,d+,d+,d+,d+,d-,d-,d-,6.1-6.4 (d,9.5Hz),d 7.5-8.3(d, 9.5Hz),d 7.38（d,9.0 Hz）,6.87 (dd,9.0,2.0Hz),6.87(d,2.0Hz),d 6.7 (d, J=2.3Hz),d 7.3-7.8 (d, J=2.3Hz),呋喃香豆素,d 7.3-7.8(d,J=2.5Hz),d 7.0 (d,J=2.5Hz),吡喃香豆素,香豆素的13CNMR规律,羰基受共轭影响出现在:d160 C3、C4受羰基影响: dC3=

15、116 dC4=143 C6 ,C8,C10受羰基、OH影响: dC6=113 dC8=103 dC10=112 C5 ,C7,C9受羰基、OH影响: dC5=130 dC7=162 dC9=156,d-,d-,d-,d-,d+,d-,d+,d+,d+,d-,d-,d-,d+,d 106.6,d 147.0,呋喃香豆素,d 99.9,d 125.0 (+12),d 104.0,d 145.9,d 116.9 (+15),d 148.5(-4.3),（四）香豆素的MS规律,简单香豆素 母体香豆素分子离子峰强 易产生一系列失CO碎片离子,-CO,146(76%),-CO,C7H6,+.,118(1

16、00%),90(43%),六、含香豆素的中药实例,（一）秦皮 秦皮主要的化学成分是香豆素类，其中苦枥白蜡树皮含有七叶内酯、七叶苷；白蜡树皮含有七叶内酯、秦皮素；宿柱白蜡树皮含有七叶内酯、七叶苷、秦皮素等。 其提取方法见P113。 （二）前胡 白花前胡主要含有角型二氢吡喃香豆素类；紫花前胡主要含有线型二氢呋喃以及线型二氢吡喃香豆素类。 其结构及提取分离方法见P113114,思考题：,1.为什么香豆素类化合物能用碱溶酸沉法提取？用该法提取时应注意哪些问题？ 2. 香豆素在异羟肟酸铁反应中应是（ ） A红色 B.蓝色 C黄色 D.绿色 E黑色,3.用5%的NaHCO3处理中药总提取物，可溶（ ） A

17、.弱碱性成分 B.强碱性成分 C.中性成分 D.强酸性成分 E.弱酸性成分 4.判断香豆素6位是否有取代基团可用的反应是（ ） A异羟肟酸铁反应 BGibbs反应 C三氯化铁反应 D盐酸-镁粉反应 ELabat反应,一、概述,木脂素（lignan）是一类由两分子苯丙素衍生物（即C6 -C3单体）聚合而成的天然化合物，多数呈游离状态，少数与糖结合成苷而存在于植物的木部和树脂中。 木脂素分布较广，近年来的研究引起广泛关注。,第四节 木脂素,如： 小檗科鬼臼属鬼臼中所含的鬼臼毒素、去甲鬼臼毒素、去氧鬼臼毒素等以及它们的苷类有抑制癌细胞增殖的作用，毒性大，进行结构修饰后，得到etoposide 抗癌活

18、性明显增加，且毒副作用降低。,鬼臼毒素,etoposide,保肝作用： 五味子果实中某些木脂素可改善毒物对肝脏的影响，促进肝功能恢复，五味子酯甲、乙、丙、丁均有保护肝脏和降低血清GTP水平。,五味子酯甲,木脂素的C6 -C3骨架的连接方式如下：,二、结构和分类（按化学结构分）,（一）简单木脂素 （二）单环氧木脂素 （三）木脂内酯 （四）环木脂素 （五）环木脂内酯 （六）双环氧木脂素 （七）联苯环辛烯型木脂素 （八）联苯型木脂素 （九）其他,（一）简单木脂素,二氢愈创木脂酸,（二）单环氧木脂素 两分子C6 -C3单元，除8-8相连外，还有7-O-7, 9-O-9, 7-O-9等形成的环氧结构.,

19、7-O-7,9-O-9,7-O-9,恩施脂素,毕澄茄脂素,l-落叶松脂素 愈创木脂酸,木脂内酯是由单环氧木脂素中的四氢呋喃环氧化成内酯环,它常与其去氢化合物共存于同一植物中.,（三）木脂内酯,单去氢木脂内酯,双去氢木脂内酯,木脂内酯,(四) 环木脂素,由简单木脂素环合而成的环木脂素，由苯代四氢萘、苯代二氢萘及苯代萘等结构类型，自然界中第一种类型最多。,苯代四氢萘,苯代二氢萘,苯代萘,中国紫杉中异紫杉脂素和去氧鬼臼毒脂素葡萄糖酯苷都具有苯代四氢萘的结构。,异紫杉脂素,去氧鬼臼毒脂素葡萄糖酯苷,(五) 环木脂内酯,由环木脂素C9-C9间环合成内酯环即环木脂内酯，按其内酯环上羰基的取向分为上向和下向

20、两种类型。,4-苯代2,3-萘内酯,1-苯代2,3-萘内酯,鬼臼中环木脂内酯结构，l-鬼臼毒脂素苷，异鬼臼脂酮为苯代四氢萘型环木脂内酯。,l-鬼臼毒脂素苷,（六）双环氧木脂素,由两分子苯丙素侧链相互连接形成两个环氧结构的一类木脂素，结构中有顺式连接的双骈四氢呋喃环。常见4种光学异构体。,l-芝麻脂素,(七）联苯环辛烯型木脂素,分子中有联苯结构，又具有联苯结构与侧链合成的八元环状结构。,（八）联苯型木脂素,厚朴树皮中分到的厚朴酚和日本厚朴树皮中的和厚朴酚是早期发现的新木质素，为联苯型结构。,厚朴酚,和厚朴酚,九.其它类木脂素,苯骈呋喃型,苯骈二氧六环型,三、理化性质,（一）性状及溶解度 （二）光

21、学活性 （三）酸碱异构化作用* （四）功能团反应,（一）性状及溶解度,多为无色结晶，无挥发性，少数加热升华，如去甲二氢愈创木脂酸。 游离木脂素亲脂，难溶于水，易溶于苯、乙醚、氯仿等有机溶剂，含酚羟基的可溶于碱水。 木脂素苷极性增加，亲水性增加。,（二）光学活性,木脂素分子中常具有多个手性碳原子或手性结构中心，因此多数有光学活性。 木脂素生理活性与手性碳的构型有关。提取时注意操作条件，避免提取的成分发生结构改变。,l-鬼臼毒脂素,d-苦鬼臼脂素,（三）酸碱异构化*,饱和环状结构中有立体异构体存在，受酸碱作用后，容易发生异构化转变为立体异构体。 鬼臼毒脂素在碱作用下转变为苦鬼臼毒脂素。,双环氧木脂

22、素有对称结构，酸作用下，呋喃环上氧原子与苄基碳原子之间的键开裂，重新闭环时构型发生变化。 例如：l-芝麻脂素在盐酸乙醇溶液中加热，部分转化为立体异构体l-表芝麻素而达平衡。,l-芝麻脂素,l-表芝麻脂素,（四）功能团反应*,蓝绿色,木脂素分子中常有醇羟基、酚羟基、亚甲二氧基、羧基及内酯结构，因此也具有这些功能团的性质和反应。 1 .三氯化铁试剂 检查酚羟基 2 .重氮化反应 重氮化试剂 显红色(酚羟基邻或对位空的) 3.Labat试剂(检查亚甲二氧基) 没食子酸-浓硫酸,显蓝绿色 4. Ecgrine试剂 检查亚甲二氧基 变色酸-浓硫酸试剂, 显蓝紫色.,四、提取分离,1.溶剂法 游离木脂素是

23、亲脂性的，能溶于乙醚等低极性溶剂，在石油醚中溶解度比较小，。 若用溶解度更好的乙醇、丙酮等有机溶剂进行提取，也能得到较高的收率。 木脂素苷类一般较苷元亲水性强，可以用乙醇或乙酸乙酯等中高极性溶剂提取。,一般提取方法： 药材先用乙醇（或丙酮）提取，提取也浓缩成浸膏后，再用石油醚、乙醚溶解，经过多次处理，容易得到纯品。 木脂素在植物体内常与大量树脂状物共存，用溶剂处理后容易树脂化，这是提取分离过程中需要注意解决的问题。,2.碱溶酸沉法 具有内酯结构的木脂素，可利用溶于碱液的性质，而与其他非皂化的亲脂性成分分离. 在应用碱液时要注意木脂素的异构化。尤其不适用于有旋光活性的木脂素，以免因异构化失去生理

24、活性。,木脂素分离可采用溶剂萃取法、分级沉淀法、重结晶法、色谱分离法等 （1）吸附色谱法 吸附剂：硅胶或中性氧化铝 洗脱系统：石油醚乙醚、氯仿甲醇等 （2）分配色谱法（PC） 固定相：滤纸浸以甲酰胺 流动相：苯 显色剂：SbCl3或SbCl5,3.色谱法,五、检识,1.理化检识： 利用结构中的特殊功能基进行检识； 2.色谱检识： 木脂素类成分亲脂性强，常用硅胶薄层色谱，展开剂一般用亲脂性溶剂。 石油醚-乙酸乙酯、苯-二氯甲烷、石油醚-氯仿、氯仿-丙酮、氯仿-乙酸乙酯、氯仿-甲醇、乙酸乙酯-甲醇、正丁醇-醋酸-水等系统。 哪些用于游离木脂素？哪些木脂素苷？,常用色谱显色剂： 1、茴香醛浓硫酸试剂

25、 110 ，加热5min 2、 5%或10%磷钼酸乙醇溶液 120 ，加热至斑点出现。 3、 10%硫酸 110，加热5min 4、三氯化锑试剂 100，加热10min,紫外光下观察 5、碘蒸气 熏后观察呈黄棕色,六、木脂素的结构研究,（一）化学方法 利用氧化反应对木脂素进行化学降解，可以获得保持原子取代模式的降解产物，然后通过波谱测定分析这些降解产物的结构，能有助于木脂素的结构测定。,（二）波谱分析 1.UV光谱： 多数木脂素的两个取代芳环是两个孤立的发色团，其紫外吸收位置相近，吸收强度也具有加和性。一般在220240nm（lg4.0）和280290nm（lg3.54.0）出现两个吸收峰。

26、另，4-苯基萘类化合物在260nm显示最强峰（lg4.5），并在225，290，310和355 nm显示强吸收峰，成为此类化合物的显著特征。,2.IR光谱 木脂素中常有羟基、甲氧基、亚甲二氧基、芳环及内酯环等基团，在IR中均可显示特征吸收峰。,扁柏脂素,具有苯环特征吸收（1600 cm-1，1585 cm-1，1500 cm-1）外， 还含有亚甲二氧基特征吸收峰936 cm-1及饱和 五元内酯环吸收峰17601780 cm-1。 如有不饱和内酯环，在1760 cm-1显示特征吸收。,（1）1H-NMR谱 1、单环氧木脂素：加尔巴新（galbacin）属于具有对称结构的单环氧木脂素，其1H-NMR（100M Hz）（CDCL3）谱部分数据归属如下：P124 值 归属 1.05（6H，d） H-9和H-9 1.78（2H，m） H-8和H-8 4.61（2H，d） H-7和H-7 5.96（4H，s） 亚甲二氧基质子 6.826.93 芳环质子,2 环木脂内酯,内酯环