天然藥物化學8一酚類和醌天然藥物化學

---醌類化合物

ce

n

nol一、概述二、結構類型三、醌類化合物的理化性質四、蒽醌類化合物的提取與分離五、醌類化合物的光譜特征chtyeiUnive工eienast一

、概述二、結構類型三、醌類化合物的理化性質四、蒽醌類化合物的提取與分離五、醌類化合物的光譜特征天然藥物化學

---醌類化合物

n

s

SeienceandTechnologyity大Univer工一、概述醌類化合物是一類具有不飽和環(huán)二酮結構

(醌式

結構)

,或容易轉變?yōu)榫哂絮浇Y構的化合物。醌類化合物主要存在于高等植物等科屬以及低等

植物地衣類和菌類的代謝產(chǎn)物中。是許多天然藥物如

大黃、何首烏、虎杖、決明子、蘆薈、丹參等藥材的有效成分。醌類化合物具有多方面的生理活性，如致瀉、抗

菌、利尿和止血等，還有一些醌類化合物具有抗癌、抗病毒、解痙平喘等作用，是一類很有前途的天然藥

物。從結構上講，醌類化合物可分為苯醌、萘醌、菲醌和蒽醌。其中蒽醌及其衍生物種類較多，生理活性也較廣泛。一、概述二、結構類型三、醌類化合物的理化性質四、蒽醌類化合物的提取與分離五、醌類化合物的光譜特征天然藥物化學

---醌類化合物

n

s

SeienceandTechnologyity大Univer工二

、結構類型一苯醌(一)、苯醌類

(benzoquinones)有鄰苯醌和對苯醌兩種，天然的多為對苯醌,常見的取代基為OH,OMe,Me

和烷基等。

較簡單的對苯醌多為黃色或橙黃色結晶，能隨水蒸氣蒸餾，常有令人

不適的臭味，對皮膚和粘膜有刺激性，易被還原成相應的對苯二酚。中草藥中含有對苯醌衍生物的種類不多。對苯醌

鄰苯醌二

、結構類型一苯醌對苯醌是黃色晶體，熔點115.7°C,

能隨水蒸氣蒸出，具有刺激性臭味，有毒，能腐蝕皮膚，能溶于醇和醚中。對苯醌很容易被還原成對苯二酚。如將對苯醌的乙醇溶液和無色的對苯二酚的乙醇溶

液混合，溶液顏色變?yōu)樽厣?，并有深綠色的晶體析出。這是一分子對苯醌和一分子對苯二酚結合而成的分子配合物，叫做醌氫醌，它的構造式表示如下：0H

0在醌氫醌溶液中插入一鉑片，即組成醌氫醌電極，這個電極的電位與溶液中的氫離子濃度有關，可用于測定溶液的氫離子濃度。二、結構類型一苯醌一些帶有較高級直鏈烴基側鏈的對醌衍生物有驅除腸內(nèi)寄生蟲的作用，如白花酸藤果和木桂花果實的驅絳蟲有效成分證明是信筒子醌(embellin)。C28cRCg

CI泛醌類(ubiquinones)是一類廣泛存在于自然界包括微生物、高等植物和動物體中，能參與細胞的基本生化反應，主要作用在于

氧化磷酰化反應中的電子傳導，是生物氧化反應中的一種輔酶，又稱輔酶Q類

(coenzymes

Q)。自然界存在的是輔酶Q?---Q?0,

其同系物已全部合成制得，治療某些血液疾病和肌肉疾病。一些霉菌的代謝產(chǎn)物中，亦曾發(fā)現(xiàn)的對苯醌的存在，例如具有強烈抗菌作用的夫霉醌(fumigatin),

是得自霉菌Aspergilus

fumigatus

培養(yǎng)液中的一種抗菌素。二、結構類型一萘醌(二)、萘醌

(naphthoquinones)有三種可能結構，但天然的萘醌絕大多數(shù)為α-萘醌

Oα(14

O中藥中的萘醌多帶有羥基，多呈橙色至黃色。

一些化合物具有較強的生理活性。生物包括藍雪醌(plumbagin),7-甲基胡桃醌和一些萘醌的二聚物和四聚物。其中藍雪醌有刺激性臭氣，并能

刺激皮膚發(fā)泡，為一種植物抗菌素，曾供臨床靜脈給藥以治療葡萄球菌感染所引起的痤瘡。Opunkgn

7nehjgoe二、結構類型一萘醌指甲花醌(lawsone)得自指甲花的葉其甲醚存在于鳳仙花的花中，具有強烈的殺霉菌作用。柿樹的新鮮根中含有多種萘醌的衍維生素K?和K?的差別只在于側鏈有所不同(K?n=3,K?n=2)

,維生素K?為黃色油狀液體，維生素K?為黃色晶體。維生素K?和K?

廣泛存在于自然界中，綠色植物(如菠菜等)、蛋黃、肝臟

等含量豐富。維生素K?

和K?

的主要作用是能促進血液的凝固，所以可用作止血劑。在研究維生素K?和K?及其衍生物的化學構造與凝血作用的關系時，發(fā)現(xiàn)2-甲基-1,4-萘醌具有更強的凝血能力，稱之為維生素K?,

可由合成方法制得。二、結構類型一萘醌也有不含羥基的萘醌衍生物，維生素K

類即是一例。例如維生

素K?和

K?

。O二、結構類型一菲醌(三)、菲醌如中藥丹參根中所含多種化合物都是菲醌的衍生物，包括鄰菲醌和對菲醌兩種。丹

參

酮A

RH丹參酮IA磺酸鈉鹽RSO?

Na丹參新酮甲二、結構類型一蒽醌(四)、蒽醌(anthraquinones)蒽醌是廣泛存在于植物界的一種色素，是許多中藥如大黃、何首烏、虎杖等的有效成分。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的蒽醌類化合物近200種，主要分布于高等植物中，其

他則主要存在于真菌及地衣類中，在動物及細菌中也偶有

發(fā)現(xiàn)，而且在真菌、地衣和動物中存在的蒽醌類化合物的結構也往往比較特殊，這類化合物具有多方面的生理活性,是醌類化合物中最重要的一類物質。在植物中的蒽醌衍生物主要分布于根、皮、葉及心材，也可在莖、種子、果實中。多和糖結合成苷，或以游離態(tài)存在。二、結構類型一蒽醌植物中蒽醌衍生物種類較復雜，包括蒽醌衍生物及其不同程度的還原產(chǎn)物：蒽醌，氧化蒽酚，蒽酚，蒽酮及蒽酮的二聚體。其中大黃素型是分布最廣泛的一種蒽醌化合物。天然蒽醌以9,10-蒽醌最為常見。00OH氧

化

蒽

酚Sn,HCI還原1,

|OH互

變蒽

酚

蒽

酮蒽醌二、結構類型一蒽醌i、

單蒽核類蒽醌及其苷類20

9,10位為meso位，又叫中位植物中存在的蒽醌類成分多在蒽醌母核上有不同數(shù)目的羥基取代，其中以二元羥基蒽醌為多，在β位多有一個甲基、羥甲基、甲氧基、醛基或羧基取代，個別蒽醌化合物還有兩個碳原子以上的側鏈取代?？沙视坞x形式或與糖結合成二、結構類型一蒽醌大黃素型：羥基分布于兩側苯環(huán)上，多呈黃色。許多重

要的中藥如大黃、決明中有致瀉作用的1,8-二羥基蒽醌

衍生物均屬于這一類型。以下五種大黃素型羥基蒽醌在

中藥中分布比較廣泛。0大

黃

素

甲

醚

-

8

-

0

-

β

-D-

龍

膽

雙

糖0大

黃

酚

葡

萄

糖

苷大黃酚-

1-0-

β-D-葡

萄

糖

苷羥基蒽醌衍生物多與葡萄糖、鼠李糖結合成苷,有單糖苷，也有雙糖苷，如R2CH?CH?CH?CH?OHCOOHR1HOHOCH?

HH酚素

素

大

酸黃黃

黃

薈

黃甲

醚黃

素大大

大

蘆

大R2HgluR1gluH二、結構類型一蒽醌茜素型：羥基分布于一側苯環(huán)上，顏色較深，多呈橙黃色至橙紅色。種類較少，最重要的中藥是茜草。茜草的根能止血、活血,主治咳嗽、痰中帶痰以及風濕性關節(jié)炎。從茜草根分離得到茜草素及其冬綠糖苷一一茜草苷、羥基茜草素、偽羥基茜草素等多種蒽衍生物，其中茜草素是重要的天然染料之一。在低年生茜草根中多以苷的形式存在，而在多年生的茜草根中主要以游離苷元

的

形式

存

在

。OH茜草素羥基茜草素

偽羥基茜草素OHR1R3O-HHCOOHOHOHOHOH

OHOHHOH

OHOH-OHOH二、結構類型一蒽醌氧化蒽酚衍生物蒽醌在堿性溶液中可被鋅粉還原生成氧化蒽酚及其互變異構體蒽二酚。氧化蒽酚及蒽二酚不穩(wěn)定，氧化蒽酚易還原化為蒽酮(或蒽酚),蒽二酚易氧化為蒽醌，故較少存在于植物體中。二、結構類型一蒽醌ii

、雙蒽核類二蒽酮衍生物可看作是兩分子的蒽酮脫去一分子氫后相互結合而成。又分為中位連接(C10-C10

’)和α位(C1-C1’或C4-C4’)相

連。H中位二蒽酮這類物質多為黃色結晶，多以苷的形式存在，

若催化加氫還原則生成二分子蒽酮，用三氯化鐵氧化則生成二分子蒽醌。α位二蒽酮二、結構類型一蒽醌最重要的二蒽酮類化合物是從番瀉葉中得到的番瀉苷A,B,C,D。

番瀉葉中含蒽衍生物約1.5%,主要成分為番瀉苷A～D,

以及大黃酸葡萄糖苷和大黃酚等。glc一O

OHsennoside

BOHOHO

OHsennosideACOOHCOOHCOOH.COOHHHglc-0O天然藥物化學

---醌類化合物

ce

n

nol一、概述二、結構類型三、醌類化合物的理化性質四、蒽醌類化合物的提取與分離五、醌類化合物的光譜特征chtyeiUnive工eienast三、醌類化合物的理化性質一、物理性質1、醌類化合物大多具有一定顏色，顏色深淺與助色基的多少有

關

。2、游離蒽醌具有升華性，常壓下加熱可升華而不分解。如：

大黃酚與大黃酚甲醚的升華溫度在124

℃蘆薈大黃素

185

℃大黃素

206

℃大黃酸

210

℃一般升華溫度隨酸度的增強而升高3、溶解度：苷元：通?？?易)溶于苯、乙醚、氯仿，可溶于丙酮、甲醇及乙醇，不溶或難溶于水。蒽苷：極性較大，易溶于甲醇及乙醇，幾乎不溶于乙醚、苯、氯仿等溶劑。蒽醌的碳苷：在水中的溶解度很小，難溶于親脂性有機溶劑而易溶于吡啶中。1、酸性醌類化合物因分子中酚羥基的數(shù)目及位置不同，酸性強弱有一定差別。i.苯醌和萘醌的醌核上的羥基酸性類似于羧基；ii.

萘醌和蒽醌的苯環(huán)上的羥基酸性：β-羥基>α-羥基β-羥基蒽醌的酸性較一般酚類要強，能溶于Na?CO?溶液中。尤其是熱溶液中。α-羥基的酸性很弱(pKa11.5),

不但比苯酚的酸性弱，而且不及碳酸第二步解離的酸性(pKa?10.3),

因此不能溶解于碳酸氫鈉和碳酸鈉溶液中。iii.

羥基數(shù)目增多，

酸性也增強。三、醌類化合物的理化性質二、化學性質三、醌類化合物的理化性質因此，游離蒽醌的酸性強弱順序為：含

COOH含2個以上β一羥基含1個β-羥基含2個以上a-

羥基含1個a-

羥基可

溶

于NaHCO?可

溶

于Na?CO?可溶于1%NaOH可溶于5%NaOH三、醌類化合物的理化性質2、顏色反應：取決于其氧化還原性質以及分子中的酚羥基的

性

質

。(1)Feigl反應—--醌的通性，所有具醌核的化合物均可反應(2)無色亞甲藍顯色試驗----可區(qū)別蒽醌與苯醌萘醌苯醌和萘醌因醌核上有活潑質子，可反應，而蒽醌無(3)與活性次甲基試劑的反應----可區(qū)別蒽醌與苯醌萘醌(4)

與堿的反應

(Borntr?ger

反應)----可區(qū)別含羥基的蒽醌與蒽酚衍生物該反應是檢識中藥中羥基蒽醌類成分存在的最常用的

方法之一。對羥基蒽醌的結構判定也有一定的輔助作用。如有以下規(guī)律：四、醌類化合物的提取和分離一

、提取方法：一般選用甲醇或乙醇為溶劑，可同時將游離態(tài)和成苷的蒽醌類化合物從藥材中提取出來，濃縮后再依次用有機溶劑提取

(多用索氏提取法),可根據(jù)極性大小不同進行初步分離(如

將苷和苷元分開)。對于多羥基蒽醌或具有羧基的蒽醌(如大黃酸),在植物

體內(nèi)多以鹽的形式存在，難以被有機溶劑溶出，提取前應先酸化使之游離。二

、分離方法：1、蒽醌苷類和游離蒽醌衍生物的分離：用分步提取法(如前述)2、游離蒽醌衍生物的分離：可選用分步結晶法、梯度pH萃取法或層析法進行。梯度pH萃取法是分離游離蒽醌衍生物的經(jīng)典方法四、醌類化合物的提取和分離萱

草

根

乙

醇

提

取

濃

縮

液乙

醚殘

渣

(

蒽

苷

類

)

乙

醚

液

(

游

離

蒽

醒

苷

元

)5%NaHCO?

萃取乙

醚

層5%Na?CO:

萃

取

HCIOHOMe

液0H酸

化

1%.Na0H萃

取金

黃

色

結

晶CH?橙

黃

色

結

晶乙

醚

液

(

大

黃

酚

)

0CH?黃色

沉

淀淺

黃

色

沉

淀

沉

淀0N

a

0H

液OH

OH(

決

明

蒽

醌

)

(

大

黃

酸

)OMeOMeCH?COOH0OH0乙

醚濃

縮(

決

明

蒽

醌

甲

醚

)

(

含β

-

谷

甾

醇

)天然藥物化學

---醌類化合物

ce

n

nol一、概述二、結構類型三、醌類化合物的理化性質四、蒽醌類化合物的提取與分離五、醌類化合物的光譜特征chtyeiUnive工eienast五、醌類化合物的光譜特征一、蒽醌類化合物的紫外光譜特征羥基蒽醌有五個吸收峰，分別由苯樣結構和醌樣結構引起

i.A

部分有苯甲酰基結構，可給出252及325nm的強峰和中強峰ii.

B部分具有醌樣結構，可給出272及405nm的吸收峰iii.

除此以外，在230nm處有一強吸收峰因此共有五峰~230nm240~260nm

(A)262~295nm

(B)305~389nm

(A)>400nm(B

中的羰基引起)峰

1峰2峰4峰

5AB五、醌類化合物的光譜特征與結構的關系：i.峰1與結構中羥基數(shù)目有關，羥基越多，位置越偏長波方向。具體波長與羥基位置(a,β)無

關，但強度主要取決

于

a

羥基的數(shù)目。ii.峰3的峰位和強度主要受β酚羥基的影響，

β酚羥基

能夠通過蒽醌母核向羰基供電，使該峰紅移，強度亦增強。

一般蒽醌母核上具有β酚羥基則峰3吸收強度均在4.1以上，

若低于此值，表示無β酚羥基。iii.

峰5主要受α羥基影響，a羥基數(shù)目越多，λmax紅

移就越多。五、醌類化合物的光譜特征二、蒽醌衍生物的紅外光譜特征主要是苯環(huán)、羰基和羥基的特征。一般范圍：3600～3100cm-11675～1653cm-11600～1480cm-1i.

羥

基ii.

羰基iii.

苯環(huán)V

OHv

C=0

V

ArαO

H

數(shù)蒽醌類型游

離C

=

O

頻率締合

C

=

O

頻

率C=O頻

率差01無

α

-

O

H1-OH1678～16531675～1647一

1637～162124～28221

,

4

或

1

,

5

-

二

O

H1

,

8

-

二

O

H一1678～1661強度低1645～16081626～161640～57341,4,5

-

三OH1,4,5,8-

四OH一一一

1616～1592峰變形，寬1592～1572與C=C

骨

架振

動

重疊

，

難

以區(qū)分2、羥基頻率與結構的關系a

羥基因與相鄰的羰基締合，吸收頻率移至3150cm-1以

下

，多與不

飽和C一H伸縮振動頻率相重疊β羥基振動頻率較α羥基高得多，在3600~3150cm-1之間，若只有一個，則大多在3300~3390cm-1間有一個峰。若有多個，則3600~A4

PA

P

久

人

1

.k五、醌類化合物的光譜特征與結構的關系：1、羰基的共振頻率與α羥基的數(shù)目有關五、醌類化合物的光譜特征三、蒽醌類化合物的核磁共振譜特征1、

母核芳氫的NMR信號：質子可分為兩類，a-芳氫處于羰基的負屏蔽區(qū)，處于較低磁場，其峰中心在δ8.07左右。而β-芳氫受羰基影響

較小，共振發(fā)生在較高磁場，中心位于δ6.67左右。在取代蒽醌中i.

如有孤立芳氫，則應出現(xiàn)單峰；ii.

如有鄰二芳氫，則出現(xiàn)相互偶合的兩個二重峰(J=6~9

Hz);iii.

如有間二芳氫，即兩個芳氫之間有-OR

或-OH,-COOH

取代

基，則出現(xiàn)相互偶合的兩個二重峰(J=1~3

Hz),

這與鄰位二芳氫的圖譜有明顯的區(qū)別；iv.如兩個間位芳氫之間有甲基取代，則有烯丙遠程偶合，兩個芳氫均表現(xiàn)為兩個寬峰，其半峰寬約為4

Hz左右。v.

若結構中有邊位三個或四個芳氫，則表現(xiàn)為多重峰。五、醌類化合物的光譜特征2、取代基質子信號：蒽醌衍生物中取代基的種類、數(shù)目和位置不同，對芳氫

的化學位移、峰的細微結構均產(chǎn)生一定的影響；反過來，蒽醌母

核對取代基的化學位移也有一定的影響。分析這種相互作用引起的NMR波譜特征，對結構鑒定是大為有益的。i.甲氧基：芳環(huán)上甲氧基質子的化學位移約為4.0~4.5

ppm,單峰。且甲氧基可向芳環(huán)供電子，使鄰位及對位芳氫向高場位移約0.45ppm.ii.芳香甲基：蒽醌核上的-CH?

質子的化學位移約2.1~2.9

ppm,

為單峰，或受鄰位質子的烯丙遠程偶合而呈寬單峰，半峰寬約為2.2

Hz,

而正常甲基峰的半峰寬為1～1.5Hz。具體的峰位與甲基在母核上的位置(a或β)H有

關

。五、醌類化合物的光譜特征iii.羥甲基：與苯環(huán)相連的-CH?OH,其CH?

質子化學位移

約4.6ppm,(2H,d,這與-0CH?不同),其-OH質子化學位移

約5.6

ppm.iv.酚羥基及羧基：a

一酚羥基與C=0形成分子內(nèi)氫鍵

,質子共振發(fā)生在較低磁場區(qū)，約11～12

ppm,單峰。當只

有一個a-酚羥基時，其化學位移一般大于12.25

ppm,

當兩個羥基同處于羰基的α位時，分子內(nèi)氫鍵減弱，其信號在11.6～12.1ppm

。β-酚羥基化學位移多小于11ppm,位于

較高場。

—COOH質子的化學位移值范圍與β-酚羥基相同。五、醌類化合物的光譜特征四、

蒽醌類化合物的MS特征：蒽醌的質譜特征是，分子離子峰通常為基峰，相繼失

去二分子CO碎片，形成m/z

180(M-CO)及152(M-2CO)

的強峰，并在m/z

90及76出現(xiàn)較強的雙電荷離子五、醌類化合物的光譜特征五

、

醌類化合物衍生物的制備：i.

甲基化反應：難易順序：

醇OH

<α

酚羥基<β酚羥基<-COOH

(與酸性有關)

ex.

曲菌素的甲基化反應：OMeOMeCH?OHCH?I+Ag?OOMe

o

OMeOHCH?N?/Et?OOHHOOH(CH?)?SO?K?CO?-CH?COCH?CH?OCH?N?/Et?O+MeOHCH?OH

OMeOHOH0OH五、醌類化合物的光譜特征ii.

乙?；磻撼Ｓ靡阴；噭┑膹娙醮涡颍阂阴Ｂ?gt;乙酸酐>乙酸酯>乙酸

ex.

曲菌素的乙?；疧HCH?OH0or

AC?O+PyOAcOHHOAc冷

放OH

OHHOOHAc?O,

回

流2分鐘OAcAcOOHAc?O,