第三章苯丙素類 Phenylpropanoids 一 生物合成二 結(jié)構(gòu)類型三 理化性質(zhì)四 提取分離五 結(jié)構(gòu)鑒定六 生物活性 每章內(nèi)容 生物合成 一 一次代謝及二次代謝 樹葉 葉綠素 CO2 C6H12O6 氧化 CO2 能量 通過葡萄糖的能量傳遞過程 太陽 糖類 研究意義 天然產(chǎn)物分類 植物化學(xué)分類 尋找新的天然藥物資源 植物體內(nèi)的物質(zhì)代謝與生物合成過程 醋酸 丙二酸途徑 甲戊二羥酸途徑 莽草酸 桂皮酸途徑 氨基酸途徑 甲戊二羥酸 主要的生物合成途徑 由上述單位復(fù)合構(gòu)成 C2單位 醋酸單位 如脂肪酸 酚類 苯醌等聚酮類化合物 C5單位 異戊烯單位 如萜類 甾類等 C6 C3單位 如香豆素 木脂體等苯丙素類化合物 氨基酸單位 如生物堿類化合物 復(fù)合單位 根據(jù)二次代謝產(chǎn)物的碳骨架可以大致分為 C6 C3 C6 如黃酮類化合物 三 桂皮酸及莽草酸途徑 苯丙素 香豆素 木脂體和黃酮類 cinnamicacid shikimicacidpathway 桂皮酸途徑 苯丙氨酸脫氨酶 PAL 酪氨酸脫氨酶 TAL PAL TAL 莽草酸途徑 芳香酸的前體 一 定義 苯丙素類是天然存在的一類含有一個(gè)或幾個(gè)C6 C3單元的酚性物質(zhì) 苯核上常有羥基或烷氧基取代 其中最廣泛分布的羥基桂皮酸類是組成苯丙素類化合物的基本單位 苯丙素類的存在關(guān)系到植物生長的調(diào)節(jié)作用和抗御病害的侵襲作用 具有較廣泛的生理活性 苯丙素類 苯丙烯propenylbenzene苯丙醇phenylpropanol苯丙酸及其酯phenylpropionicacidandester香豆素coumarins木脂素lignans黃酮flavonoids 第一節(jié)香豆素 Coumarins 一 定義 香豆素是鄰羥基桂皮酸內(nèi)酯 具芳香甜味 其母核結(jié)構(gòu)為 苯駢a 吡喃酮 這個(gè)結(jié)構(gòu)是色原酮的異構(gòu)體 1 2 3 6 7 8 4 5 苯駢g 吡喃酮 Chromone 香豆素類在動植物及微生物中均有分布 如致癌成分黃曲霉素類及發(fā)光真菌中的亮菌素類均屬于香豆素類 這類成分分布得最廣的還是高等植物中 其中蕓香科和傘形科中分布最多 它們在植物體內(nèi)以游離狀態(tài)或與糖結(jié)合成苷的形式存在 香豆素苷酶解可環(huán)合成游離的內(nèi)酯狀態(tài) 二 結(jié)構(gòu)類型 根據(jù)香豆素的基本母核上的取代基不同 將其分四類 1 簡單香豆素 苯環(huán)上有取代基的香豆素類化合物 1 2 3 4 5 6 7 8 傘形花內(nèi)酯umbelliferone 1 線型 6 7 呋喃駢香豆素型 補(bǔ)骨脂內(nèi)酯型 補(bǔ)骨脂內(nèi)酯 2 角形 7 8呋喃駢香豆素型 白芷內(nèi)酯型 白芷內(nèi)酯 異補(bǔ)骨內(nèi)酯 2 呋喃香豆素 6 7 7 8 3 吡喃香豆素 Pyranocoumarins 香豆素母核上C6位或C8位的異戊烯基與鄰酚羥基環(huán)合而成2 2 二甲基 a 吡喃環(huán)結(jié)構(gòu)的香豆素類 1 線型 6 7 吡喃駢香豆素 花椒內(nèi)酯 Xanthyletin 2 角型 7 8 吡喃駢香豆素 黃曲霉素 邪蒿內(nèi)酯 Seselin 4 其他香豆素 指a 吡喃酮環(huán)上有取代基的香豆素類 C3 C4位常有苯基 羥基 異戊烯基等的取代 黃檀內(nèi)酯 Dalbergin 蟛蜞菊內(nèi)酯 Wedelolactone 5 異香豆素 香豆素的異構(gòu)體 在植物體內(nèi)往往是二氫香豆素的衍生物 異香豆素 茵陳內(nèi)酯 仙鶴草內(nèi)酯 巖白菜素 6 雙香豆素 是香豆素的二聚體和三聚體 紫苜蓿酚 Wikstrosin 瑞香科 三 化學(xué)性質(zhì) 1 內(nèi)酯性質(zhì)和堿水解反應(yīng) 香豆素的a 吡喃酮環(huán)具有a b 不飽和內(nèi)酯性質(zhì) 在稀堿液中會逐漸水解生成順鄰羥桂皮酸的鹽 而順鄰羥桂皮酸不易游離存在 其鹽的水溶液經(jīng)酸化即閉環(huán)恢復(fù)成內(nèi)酯 這個(gè)閉合過程極易發(fā)生 即使在很弱的酸溶液中 如通入CO2也能促使其內(nèi)酯化而閉環(huán) OH H OH 長時(shí)間加熱 H Coumaricacid 香豆素如果和堿液長時(shí)間加熱 水解產(chǎn)物順鄰羥桂皮酸衍生物則發(fā)生異構(gòu)化 轉(zhuǎn)變成反鄰羥桂皮酸的鹽 再經(jīng)酸化也不再發(fā)生內(nèi)酯化閉環(huán)反應(yīng) B C8位有羰基 雙鍵或環(huán)氧結(jié)構(gòu)時(shí) 其水解可獲得順鄰羥桂皮酸的衍生物 而不再閉環(huán)成內(nèi)酯 OH H 異當(dāng)歸內(nèi)酯 3 異戊烯酰4 6 二甲氧基順鄰羥桂皮酸 2 酚羥基反應(yīng) 具酚羥基取代的香豆素類在水溶液中可與三氯化鐵試劑絡(luò)合而產(chǎn)生不同的顏色 判斷游離酚羥基的有無 四 物理性質(zhì) 1 性狀 游離的香豆素多有完好的結(jié)晶形狀 有一定的熔點(diǎn) 大多有香味 分子量小的有揮發(fā)性 能隨水蒸汽蒸出 具升華性 香豆素苷無揮發(fā)性 也不能升華 2 溶解性 游離香豆素 不溶于冷水 溶于沸水 易溶于甲醇 乙醇 氯仿 乙醚等有機(jī)溶劑 香豆素苷 溶于水 甲醇 乙醇 難溶于氯仿 乙醚 根據(jù)香豆素的溶解性 在提取分離時(shí)可采用系統(tǒng)溶劑法 例 7 OHCoumarins 蘭色熒光 OH 綠色 熒光減弱或消失 8 OH導(dǎo)入 3 熒光性質(zhì) 熒光物質(zhì)即吸收UV光 物質(zhì)發(fā)亮 物質(zhì)受到光照射時(shí) 除吸收某種波長的光之外還會發(fā)射出比原來吸收波長更長的光 當(dāng)激發(fā)光停止照射后 這種光線也隨之消失 這種光稱為熒光 香豆素母體本身即無取代的香豆素并無熒光 而 OH香豆素在紫外光下大多顯出蘭色熒光 在堿液中熒光增強(qiáng) 香豆素?zé)晒獾挠袩o 與分子中取代基的種類和位置有一定關(guān)系 五 提取分離 由前面香豆素的理化性質(zhì)可知游離香豆素大多是低極性和親脂性的 與糖結(jié)合的香豆素苷則極性較高 故我們常采用系統(tǒng)溶劑法將其分為幾個(gè)部分 香豆素內(nèi)酯遇堿皂化開環(huán) 加酸閉環(huán)的性質(zhì)及其小分子香豆素的揮發(fā)性和升華性的性質(zhì)也常用于其分離純化中 只是由于其性質(zhì)的不穩(wěn)定性 在酸 堿 熱的作用中要注意條件的控制 以免引起結(jié)構(gòu)的破壞 得到次生產(chǎn)物 系統(tǒng)溶劑法 含水醇提取 用石油醚 苯 乙醚 乙酸乙酯 丙酮和甲醇依次提取樣品 石油醚回流提取 石油醚液 回收至小體積 濃縮液 放置 析晶 粗晶 冷石油醚洗 結(jié)晶 可能是混和物 進(jìn)一步精制 單體 親脂性較弱的香豆素 殘?jiān)?乙醚液 乙醚回流提取 回收分離 單體 親脂性香豆素 殘?jiān)?乙醇提取 乙醇液 回收分離 香豆素苷類 藥材粗粉 乙醇浸膏 橘子油 某些小分子的香豆素類具揮發(fā)性可用蒸餾法與不揮發(fā)性成分分離 常用于純化過程 例如 橘子油橙皮油素的分離 真空升華或蒸餾法 餾出物 殘油 加熱溶于乙醇 乙醇液 放置 粗品 以乙醇 乙醚或石油醚重結(jié)晶 結(jié)晶 橙皮油素 色譜法 香豆素的混合物部分最后通過層析的方法才能得到單體香豆素一般用硅膠吸附層析 氧化鋁層析和聚酰胺層析堿性氧化鋁可能使香豆素發(fā)生降解 故很少使用 對酚性香豆素強(qiáng)吸附 洗脫劑可用己烷 乙醚 己烷 乙酸乙酯和石油醚 乙酸乙酯的混合溶劑 層析法 制備型HPLC 對極性較強(qiáng)的香豆素類采用反相柱色譜 C18或C8 有較好的分離效果 正相和反相色譜的區(qū)別 酸堿分離法 此系經(jīng)典方法 1 具酚羥基的香豆素類溶于堿液加酸后可析出 2 香豆素的內(nèi)酯環(huán)性質(zhì) 于堿液中皂化成鹽而加酸后恢復(fù)成內(nèi)酯析出 1 堿液加熱開環(huán)時(shí) 要注意堿液的濃度和加熱時(shí)間 否則將引起降解反應(yīng)而使香豆素破壞 或者使香豆素開環(huán)而不能合環(huán) 2 對酸堿敏感的香豆素用此法可能得到次生產(chǎn)物 六 波譜鑒定 UV光譜 香豆素的UV光譜有一定的規(guī)律 1 無取代基 B帶 K帶 R帶 無取代基的香豆素有3個(gè)吸收峰 274nm 284nm 311nm 274nm B帶吸收 由于苯環(huán)連有較長的共軛體系 所以產(chǎn)生紅移 一般為230 270nm 284nm K帶吸收 分子中存在內(nèi)酯結(jié)構(gòu) 類似于 不飽和酮 由于共軛體系較長 產(chǎn)生紅移 一般小于260nm 311nm R帶吸收 1 香豆素的B帶和K帶往往重疊為一個(gè)較寬的帶 2 若發(fā)色團(tuán)羰基或一個(gè)雙鍵與芳環(huán)相連 產(chǎn)生的B帶吸收波長往往較K帶長 2 有取代基 香豆素分子中導(dǎo)入取代基后 使K帶或K帶和B帶重疊峰紅移 紅移效應(yīng)為 OH OCH3 CH3 OOCCH3 1 7 OH取代 7 OH香豆素可以重排成對醌式結(jié)構(gòu) 因此7 OH取代比無取代時(shí)紅移更明顯 在堿液中此重排利于發(fā)生 故紅移更多 長移近70nm 2 5 OH取代 5 OH香豆素可以重排成鄰醌結(jié)構(gòu) 紅移情況與7 OH香豆素相似 只是位移值較小 3 6 OH取代 6 OH香豆素中的羥基不處于 不飽和內(nèi)酯的鄰對位 不能形成醌式結(jié)構(gòu) 故對K帶或B帶的重疊帶影響不大 但對310nm處的R帶產(chǎn)生較大紅移 6 OH香豆素和6 OCH3香豆素在230nm處產(chǎn)生苯環(huán)吸收峰 可能為E帶 二 1H NMR 環(huán)上質(zhì)子受內(nèi)酯羰基吸電子共軛效應(yīng) 其質(zhì)子吸收信號分為兩組 其中C3 C6 C8 高場C4 C5 C7 低場內(nèi)酯環(huán)質(zhì)子 3 4 兩個(gè)烯H分別受到羰基和苯環(huán)的去屏蔽作用 因此分別處于 6 1 6 3ppm 3 H 7 6 8 1ppm 4 H C4受苯環(huán)的去屏蔽影響較C3受羰基的影響大 處于較低場 5 6 7 8 C7 氧代 C3 H高移0 17ppm C5 氧代 C3 H高移 0 17ppm C5 氧代 C4 H低移0 3ppm 苯環(huán)質(zhì)子 一般化學(xué)位移值在6 8ppm 常見的有以下幾種情況 7 含氧基取代 C5 H沒有鄰位氧供電 且受鄰位共軛羰基的吸電子作用 處于最低場 7 38ppm d J 9Hz C6 H和C8 H受鄰位氧供電 處于較高場 6 87ppm dd 2H 5 7 二含氧取代 C6 H處于高場 C8 H處于低場 它們各自受兩個(gè)鄰位含氧基的供電作用影響 但C8 H的鄰位有一個(gè)內(nèi)酯結(jié)構(gòu)的氧 不如C6 H的 OR的供電作用強(qiáng) 6 烷基 7 氧基取代 C8 H處于高場 C5 H處于低場 兩個(gè)H均呈現(xiàn)單峰 5 H7 2ppm 6 H6 8ppm C6 8J 2Hz 7 8 二取代 5H處于低場 6H處于高場 兩個(gè)H均呈雙峰 5 H7 2ppm 6 H6 8ppm 七 生物活性 1 毒性 肝毒性 必要結(jié)構(gòu) 呋喃環(huán)上的雙鍵和不飽和內(nèi)酯環(huán)2 抗HIV活性 3 抗菌作用 秦皮中的七葉內(nèi)酯和七葉內(nèi)酯苷具抑制痢疾桿菌的作用 補(bǔ)骨脂內(nèi)酯具抗真菌及抗結(jié)核活性 4 抗凝血作用和止血作用 雙香豆素 防血栓及消血塊澤蘭內(nèi)酯 止血 七葉內(nèi)酯 Esculetin 5 光敏作用 補(bǔ)骨脂內(nèi)酯治療白癜風(fēng) 呋喃香豆素多有該作用 很多香豆素可以吸收紫外光 放出在可見區(qū) 近470nm 的熒光 故可用做增白劑 如7 OH香豆素 由于吸光性 七葉內(nèi)酯和七葉苷可用于保護(hù)皮膚防止輻射的藥物 第二節(jié)木脂素Lignans 一 概述 木脂素是一類由兩分子苯丙素衍生物聚合而成的天然化合物 少數(shù)為三聚物 倍半木脂素 和四聚物 大多呈游離狀態(tài) 少數(shù)與糖結(jié)合成苷而存在于植物的木部和樹脂中 故稱之木脂素 目前已發(fā)現(xiàn)200多種木脂素類化合物 具多種生物活性 如抗癌 抗病毒 抑制生物體內(nèi)的酶活力 保肝 降低應(yīng)激反應(yīng)和對中樞神經(jīng)系統(tǒng)的作用等 組成木脂素的單體主要有四種 桂皮酸 cinnamicacid 桂皮醇 cinnamylalcohol 丙烯苯 propenylbezene 烯丙苯 allylbenzene g 碳原子氧化型的 g 碳原子未氧化型的 木脂素 新木脂素 二 結(jié)構(gòu)與分類 1 簡單木脂素 側(cè)鏈8 8 縮合 1 3 4 5 6 7 8 9 2 去甲二氫愈創(chuàng)木脂酸 nordihydroguaiareticacid 8 去甲二氫愈創(chuàng)木脂酸由蒺藜科植物L(fēng)arreadivaricata的葉和莖中得到 分子中含有鄰二酚羥基結(jié)構(gòu) 很容易被氧化 常用作油脂和其它食品的抗氧化劑 為內(nèi)消旋化合物 不顯旋光性 去甲二氫愈創(chuàng)木脂酸 nordihydroguaiareticacid 2 單環(huán)氧木脂素 monoepoxylignan 木脂素分子中有一個(gè)環(huán)氧結(jié)構(gòu) 環(huán)氧的位置可以在7 7 9 9 7 9 等位置 形成四氫呋喃環(huán)的結(jié)構(gòu) 7 7 7 9 9 9 3 木脂內(nèi)酯 lignanolide 木脂素分子中含有內(nèi)酯結(jié)構(gòu) 多在9 9 位形成內(nèi)酯環(huán) 它是單環(huán)氧木酯素的氧化狀態(tài) 也是下面介紹的環(huán)木脂內(nèi)酯的前體 兩者常共存于同一植物之中 牛蒡子苷元 arctigenin 臺灣脂素B 4 環(huán)木脂素 cyclolignan 分子中有苯代四氫萘 苯代二氫萘和苯代萘等結(jié)構(gòu)類型 自然界中以苯代四氫萘多見 苯代四氫萘 苯代二氫萘 苯代萘 異紫杉脂素 isotaxiresinol 去氧鬼臼毒脂素葡萄糖脂苷 5 環(huán)木脂內(nèi)酯 cyclolignolide 由環(huán)木脂素C9 C9 間環(huán)和成內(nèi)酯環(huán) 內(nèi)酯環(huán)的環(huán)和方向有上向和下向兩種類型 1 1 2 3 4 4 苯代萘酞型 上向 1 2 3 4 1 苯代萘酞型 下向 6 雙環(huán)氧木 bisepoxylignan 兩分子苯丙素分子側(cè)鏈相互連接 在7 9 和9 7 之間形成雙駢四氫呋喃環(huán) 三 性狀和溶解性木脂素多數(shù)為游離態(tài) 具有親脂性 少數(shù)成苷 易溶于氯仿 乙醚和乙酸乙酯等有機(jī)溶劑 大多具有光學(xué)活性 四 提取分離系統(tǒng)溶劑法 含水醇提取 用石