第4部分醌類化合物Quinonoids

1、第4部分醌類化合物Quinonoids第四章醌類化合物概述第一節(jié)結(jié)構(gòu)與分類第二節(jié)理化性質(zhì)第三節(jié)檢識方法第四節(jié)提取與分離方法第五節(jié)蒽醌類化合物的結(jié)構(gòu)測定概述 醌類化合物(quinonoids)是植物中一類具有醌式結(jié)構(gòu)的有色物質(zhì)，在植物界分布較廣泛，高等植物中大約有50多個科100余屬的植物中含有醌類，集中分布于蓼科、茜草科、豆科、鼠李科、百合科、紫葳科等植物中。天然藥物如大黃、虎杖、何首烏、決明子、丹參、番瀉葉、蘆薈、紫草中的有效成分都是醌類化合物。醌類化合物多數(shù)存在于植物的根、皮、葉及心材中，也有存在于莖、種子和果實(shí)中。天然的醌類化合物的生物活性是多方面的，如瀉下、抗菌、抗病毒、止血、利尿和抗

2、腫瘤作用，還有一些用于治療高血壓及心臟病，是一類很有前途的生物活性成分。 第一節(jié)結(jié)構(gòu)與分類 醌類化合物主要分為苯醌、萘醌、菲醌和蒽醌四種類型。一、苯醌類 苯醌類(benzoquinones)化合物分為鄰苯醌和對苯醌兩大類。鄰苯醌不穩(wěn)定，故天然存在的苯醌多數(shù)為對苯醌的衍生物。 對苯醌 鄰苯醌 天然的苯醌類衍生物多為黃色或橙色的結(jié)晶體，如中藥鳳眼草果實(shí)中具有抗菌作用的2,6-二甲氧基對苯醌，及白花酸藤果和木桂花果實(shí)中具有解熱、鎮(zhèn)痛、驅(qū)絳蟲作用的信筒子醌(embelin)。具有苯醌結(jié)構(gòu)的泛醌類(ubiquinones)又稱輔酶Q(coenzymes Q)類，廣泛存在于生物界，參與生物體內(nèi)氧化還原過程

3、，其中輔酶Q10（n=10）用于高血壓及心臟病等疾病的輔助治療。 2,6-二甲氧基苯醌 信筒子醌 輔酶Q10二、萘醌類天然存在的萘醌類(naphthoquinones)化合物分為（1,4）、（l,2）及hi-（2,6）三種類型。大多數(shù)是-萘醌類衍生物，多為橙色或橙紅色結(jié)晶，少數(shù)呈紫色。-(1,4)萘醌 -(l,2)萘醌 hi-(2,6)萘醌 胡桃葉及未成熟的果實(shí)中含有-萘醌基本母核的胡桃醌(juglon)具有抗菌、抗腫瘤及中樞神經(jīng)鎮(zhèn)靜作用；中藥紫草的有效成分紫草素(shikonin)具有止血、抗菌及抗腫瘤作用；維生素K類也屬于萘醌類成分。 唇形科植物紅根草中的紅根草鄰醌(saprotho-qu

4、inone)屬鄰萘醌，具有抗菌活性及對P-388白血病細(xì)胞有細(xì)胞毒性；從子囊菌綱竹紅菌中分離得到的竹紅菌甲素(hypocrellin A)屬二萘酮化合物，具顯著的光敏活性，有望發(fā)展成新型的治療腫瘤、艾滋病的光療藥物。 三、菲醌類 天然菲醌(Phenanthraquinone)分為鄰菲醌及對菲醌兩種類型，如從中藥丹參根中分離得到的多種菲醌衍生物，具有抗菌和擴(kuò)張冠狀動脈作用，均屬于鄰菲醌類和對菲醌類化合物。 鄰菲醌 對菲醌四、蒽醌類蒽醌類（anthraquinones）成分按母核的結(jié)構(gòu)分為單蒽核及雙蒽核兩大類。（一）單蒽核類1蒽醌及其苷類 天然蒽醌以9,10-蒽醌最為常見，由于整個分子形成共軛體系

5、，C9、C10又處于最高氧化狀態(tài)，因此比較穩(wěn)定。位: 1，4，5，8位:2，3，6，7meso（中位）: 9，10根據(jù)取代基在蒽醌母核上的分布情況，可將羥基蒽醌衍生物分為兩種類型。（1）大黃素型：取代基分布在兩側(cè)的苯環(huán)上。如大黃中的主要蒽醌成分屬于這種類型。 R1 R2大黃酸(rhein) -H -COOH大黃素(emodin) -OH -CH3蘆薈大黃素(aloe-emodin) -H -CH2OH大黃素甲醚(physcion) -OCH3 -CH3大黃酚(chrysophanol) -H -CH3 大黃中的羥基蒽醌衍生物多與葡萄糖結(jié)合成苷類，一般為單糖苷和雙糖苷。 （2）茜草素型：這種類型

6、的蒽醌取代基分布在一側(cè)的苯環(huán)上，如茜草中的茜草素等化合物即屬此種類型。 R1 R2 R3茜草素(alizarin) -OH -H -H羥基茜草素(purpurin) -OH -H -OH偽羥基茜草素(pseudopurpurin) -OH -COOH -OH 茜草中蒽醌主要以游離的苷元形式存在，部分與葡萄糖和木糖結(jié)合生成單糖苷或雙糖苷。2蒽酚或蒽酮衍生物 蒽醌可被酶或在酸性條件下被還原，生成蒽酚及其互變異構(gòu)體蒽酮。用于治療疥癬的柯椏素(chrysarobin)屬于此類衍生物。 蒽醌 蒽酚 蒽酮柯椏素 蒽酚（或蒽酮）不穩(wěn)定，易氧化成蒽醌，因此蒽酚（或蒽酮）衍生物一般只存在于新鮮植物中。（二）雙蒽

7、核類1二蒽酮類 二蒽酮類是由兩分子蒽酮脫去一分子氫，通過碳-碳鍵結(jié)合而成的化合物。其結(jié)合方式多為C10-C10連接。例如大黃及番瀉葉中致瀉的主要有效成分番瀉苷A、B、C、D等皆為二蒽酮衍生物的二糖鏈苷。 番瀉苷A 番瀉苷B2二蒽醌類 為兩分子蒽醌通過碳-碳鍵結(jié)合而成的化合物。天然二蒽醌類化合物中的兩個蒽醌環(huán)都是相同而對稱的，由于空間位阻的相互排斥，故兩個蒽環(huán)呈反向排列，如： 黃色霉素 （三）蒽醌類化合物的生物活性1瀉下作用 番瀉葉、生大黃等常作為瀉藥應(yīng)用于臨床，瀉下作用的主要活性成分是蒽醌類，經(jīng)研究分析大黃中各種蒽醌成分的瀉下作用，具有二蒽酮結(jié)構(gòu)的番瀉苷類瀉下作用最強(qiáng)。2抗菌作用 蒽酮類成分大

8、多有抗菌活性，且苷元作用大于蒽醌苷類。在常見苷元中，大黃酸的抗菌作用最強(qiáng)。3抗腫瘤作用 蒽醌類化合物有一定的抗腫瘤活性。 第二節(jié) 理化性質(zhì) 一、性狀： 天然的醌類成分多為有色結(jié)晶，且隨著母核上酚羥基等助色團(tuán)增多，可顯黃、橙、棕紅色以至紫紅色；蒽醌類化合物中茜草素型顏色（紅紫）較大黃素型（橙黃）深。蒽醌類化合物多有熒光，并且在不同的pH條件下所呈的熒光不同。 二、升華性：游離的醌類化合物一般具有升華性。將藥材粉末加熱升華，再檢識升華物可用來判斷藥材中有無醌類化合物的存在。 三、溶解性： 游離醌類極性較小，一般溶于甲醇、乙醇、丙酮、醋酸乙酯、氯仿、乙醚、苯等有機(jī)溶劑，不溶或難溶于水；與糖結(jié)合成苷后

9、極性顯著增大，易溶于甲醇、乙醇中，溶于熱水，但在冷水中溶解度較小，幾乎不溶于乙醚、苯、氯仿等極性較小的有機(jī)溶劑中。四、酸堿性（一）酸性：醌類化合物多具有酚羥基、羧基，故具有一定的酸性。醌類化合物因分子中羧基的有無和酚羥基的數(shù)目以及位置的不同，酸性強(qiáng)弱表現(xiàn)出顯著的差異。其規(guī)律如下：1含有羧基的醌類化合物的酸性強(qiáng)于不含羧基者 。2醌類化合物母核上-羥基的酸性強(qiáng)于-羥基。3酚羥基數(shù)目增多，酸性增強(qiáng)。酸性順序：-COOH2個-羥基1個-羥基2個-羥基1個-羥基 （二）堿性：由于羰基上的氧原子具有微弱的堿性，能溶于濃硫酸中生成yang鹽再轉(zhuǎn)成陽碳離子，同時顏色顯著加深，羥基蒽醌在濃硫酸中一般呈紅至紅紫色

10、。如大黃酚為暗黃色，溶于濃硫酸中轉(zhuǎn)為紅色，大黃素由橙紅色變?yōu)榧t色。生成的yang鹽不穩(wěn)定，加水即分解（顏色褪去）。第三節(jié) 檢識方法一、顯色反應(yīng) 醌類的顏色反應(yīng)主要是由于其氧化還原性質(zhì)以及分子中的酚羥基性質(zhì)而引起顏色的變化。（一）無色亞甲藍(lán)顯色試驗(yàn)：本試驗(yàn)為苯醌類及萘醌類的專屬性反應(yīng)，可在PC或TLC上進(jìn)行。試樣在白色背景上與無色亞甲藍(lán)乙醇（1mg/ml）溶液呈現(xiàn)藍(lán)色斑點(diǎn)，蒽醌類化合物無此反應(yīng)，可用于區(qū)別。（二）菲格爾(Feigl)反應(yīng)：醌類化合物包括苯醌、萘醌、菲醌和蒽醌，在堿性條件下加熱，能迅速與醛類及鄰二硝基苯反應(yīng)生成紫色化合物。（三）堿液呈色反應(yīng)(Borntrger反應(yīng))：羥基蒽醌類在堿

11、性溶液中顏色加深，多呈紅色或紫紅色。此種紅色物質(zhì)不溶于有機(jī)溶劑，加酸則顏色褪去。 （四）與金屬離子的反應(yīng)在蒽醌類化合物中，如果有-酚羥基或鄰二酚羥基結(jié)構(gòu)時，則可與Pb2+、Mg2+等金屬離子形成螯合物。 （五）對亞硝基二甲苯胺反應(yīng)此反應(yīng)是蒽酮類化合物的專屬反應(yīng)，尤其是1,8-二羥基蒽酮衍生物，其羰基對位的亞甲基上的氫很活潑，可與0.1對亞硝基二甲苯胺吡啶溶液反應(yīng)立即顯色。 二、色譜檢識（一）薄層色譜 羥基蒽醌苷元及其苷類的薄層色譜，常用硅膠作為吸附劑，也可選用聚酰胺，一般不使用氧化鋁，因羥基蒽醌能與氧化鋁形成螯合物，吸附性強(qiáng)，難以展開。 展開劑多用混合溶劑，對于極性較弱的游離蒽醌可用親脂性溶劑

12、系統(tǒng)展開如氯仿-醋酸乙酯（7525），石油醚（3060）-醋酸乙酯-甲酸（1551的上層）等。蒽醌苷類可采用極性較大的溶劑系統(tǒng)，如醋酸乙酯-甲醇-冰醋酸（l001713）等。 蒽醌類及其苷在可見光下多顯黃色，在紫外光下則顯黃棕、紅、橙色等熒光，可用氨熏或用碳酸鈉、氫氧化鉀甲醇溶液噴霧，亦可噴醋酸鎂甲醇溶液，觀察顏色變化。 （二）紙色譜 游離蒽醌的紙色譜一般在中性溶劑系統(tǒng)中進(jìn)行，展開劑常用水或甲醇飽和的石油醚，如石油醚-丙酮-水（113上層），97甲醇飽和的石油醚；也可用酸性溶劑系統(tǒng)，如正丁醇-醋酸-水（415上層）；非水溶劑系統(tǒng)，如以10甲酰胺的乙醇液處理濾紙，石油醚-氯仿（946 ）為展開劑

13、，羥基蒽醌苷元可獲得較好的色譜效果。顯色方法可參照薄層色譜法。 蒽醌苷類極性較強(qiáng)，需要選用極性較大的溶劑系統(tǒng)，如正丁醇-醋酸乙酯-水（433上層），氯仿-甲醇-水（211下層）。 第四節(jié) 提取與分離方法一、提取方法（一）有機(jī)溶劑提取法：游離醌類的極性較小，可用苯、氯仿、乙醚等極性較小的有機(jī)溶劑提取。苷類極性較大，可用甲醇、乙醇和水提取。實(shí)際工作中，常選甲醇或乙醇加熱提取，可以把各種醌類苷及苷元都提取出來，所得的醌類混合物再進(jìn)一步純化與分離。（二）堿提酸沉法：用于提取具有游離酚羥基的醌類化合物。酚羥基與堿成鹽而溶于堿水中，酸化后酚羥基游離而沉淀析出。（三）水蒸氣蒸餾法適用于分子量小具有揮發(fā)性的游

14、離苯醌及萘醌類化合物的提取。二、分離方法（一）初步分離：可將蒽醌苷或苷元的混合物用水分散，用苯、氯仿、乙醚萃取可得到游離蒽醌，再用正丁醇萃取可得到蒽醌苷類，也可將苷或苷元的混合物直接用苯等有機(jī)溶劑回流提取游離蒽醌，蒽醌苷則留在母液中。（二）游離蒽醌的分離1pH梯度萃取法 對于酸性強(qiáng)弱明顯的游離蒽醌，pH梯度萃取法是最常采用的方法。其流程如下： 藥材乙醇提取，回收乙醇乙醇浸膏乙醚攪拌不溶物乙醚溶液5%NaHCO3NaHCO3液5%Na2CO3酸化沉淀重結(jié)晶結(jié)晶(含-COOH或二個-OH)Na2CO3液乙醚液酸化沉淀重結(jié)晶結(jié)晶(含一個-OH)1%NaOHNaOH液乙醚液酸化沉淀重結(jié)晶結(jié)晶(含二個-

15、OH)5%NaOHNaOH液乙醚液酸化沉淀重結(jié)晶結(jié)晶(含一個-OH)乙醚液2色譜法 當(dāng)游離蒽醌混合物性質(zhì)相近時，需通過柱色譜才能達(dá)到分離目的。常用的吸附劑有硅膠、磷酸氫鈣、聚酰胺等（見實(shí)例大黃酚和大黃素甲醚的分離）。（三）蒽醌苷類的分離蒽醌苷類因其分子中含有糖，故極性較大，水溶性較強(qiáng)，分離和純化都比較困難，主要采用色譜方法。在進(jìn)行色譜分離之前，往往用經(jīng)典方法分離提取物，除去大部分雜質(zhì)，如用正丁醇、醋酸乙酯等極性較大的親脂性有機(jī)溶劑，將蒽醌苷類從水溶液中萃取出來，使其與水溶性雜質(zhì)相互分離，制得較純的蒽醌苷后再用硅膠吸附柱色譜或反相硅膠附柱色譜分離。 第五節(jié) 蒽醌類化合物的結(jié)構(gòu)測定蒽醌類化合物的結(jié)

16、構(gòu)測定，一般是在進(jìn)行Feigl反應(yīng)、Borntrger反應(yīng)初步判斷為醌類化合物之后，再進(jìn)行必要的化學(xué)試驗(yàn)和波譜分析才能確定其化學(xué)結(jié)構(gòu)。一、紫外光譜：羥基蒽醌的紫外光譜主要是由a、b兩個部分引起的。 （a） （b） a部分具有苯甲?；Y(jié)構(gòu)，可給出兩組吸收峰；b部分具有苯醌樣結(jié)構(gòu)，也給出兩組吸收峰，此外羥基蒽醌多在230nm附近有一強(qiáng)大的吸收峰，故羥基蒽醌類可有五個主要吸收峰：第一峰 230nm左右（由羥基蒽醌引起）第二峰240260nm（由苯甲?；Y(jié)構(gòu)引起）第三峰262295nm（由對醌結(jié)構(gòu)引起）第四峰305389nm（由苯甲酰基結(jié)構(gòu)引起）第五峰400nm以上（由對醌結(jié)構(gòu)中的CO引起）二、紅外光

17、譜：羥基蒽醌類化合物紅外光譜的主要特征是有羰基、羥基和芳環(huán)的吸收峰。如c=o（16751653cm-1）、OH（36003130 cm-1）、芳環(huán)（16001480cm-1）。其中c=o吸收峰與分子中-酚羥基的數(shù)目及位置有較強(qiáng)的規(guī)律性，對推測結(jié)構(gòu)中-酚羥基的取代情況有重要的參考價值。（一）羰基的頻率當(dāng)蒽醌母核上無取代時，兩個羰基的化學(xué)環(huán)境相同，在1675cm-1處只顯示一個羰基吸收峰。當(dāng)-位有羥基取代時，能和羰基形成氫鍵締合，則出現(xiàn)締合羰基峰，其頻率低于正常峰。 羥基蒽醌類衍生物羰基紅外光譜數(shù)據(jù)-酚OH數(shù)羥基位置游離C=O頻率（cm-1）締合C=O頻率（cm-1）C=O頻率差（cm-1）0無-

18、OH1678165311-OH1675164716371621243821,4或1,5-OH1645160821,8-二OH1678166116261616405731,4,5-三OH1616159241,4,5,8-四OH15921572（二）羥基的頻率1-羥基 因與相鄰的羰基締合，其吸收頻率均在3150 cm-1以下。2-羥基 振動頻率比-羥基高得多，在36003150cm-1區(qū)間。若出現(xiàn)一個吸收峰，提示有1個-羥基（包括-CH2OH），若有幾個吸收峰，則有可能有兩個或多個-羥基。三、1H-NMR譜11H-NMR譜可以提供蒽醌母核上的芳?xì)洹⑷〈蠚浼皟烧唛g相互影響產(chǎn)生化學(xué)位移的信息，可以幫助判斷取代基的位置及性質(zhì)。蒽醌母核共有8個芳?xì)?，分?H、-H，屬于A2B2系統(tǒng)，出現(xiàn)兩