南方醫(yī)科大學(xué)

PAGE南方醫(yī)科大學(xué)教案2006—2007學(xué)年春季學(xué)期所在單位藥學(xué)院系、教研室藥物化學(xué)課程名稱天然藥物化學(xué)授課對象2004級藥學(xué)專業(yè)本科生授課教師謝揚(yáng)職稱副教授教材名稱天然藥物化學(xué)教案首頁授課題目第四章醌類化合物（２）授課形式講授授課時(shí)間2007.4.10授課學(xué)時(shí)2教學(xué)目的與要求

1、熟悉蒽醌衍生物提取分離的一般原則和方法；

2、熟悉蒽醌衍生物結(jié)構(gòu)測定的化學(xué)方法。

3、了解醌類衍生物的生物活性。

基本內(nèi)容（一）醌類化合物的提取分離

1、一般醌類成分的提取分離：有機(jī)溶劑提取法、ＰＨ梯度萃取法、水蒸氣蒸餾法，吸附層析分離法

2、蒽醌類成分的提取分離：游離蒽醌衍生物的分離、游離蒽衍生物與蒽苷類的分離、蒽醌苷類的分離

（二）結(jié)構(gòu)測定

1、衍生物制備：甲基化反應(yīng)、乙酰化反應(yīng)

2、波譜分析：UV、IR、ＮＭＲ重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn)：蒽醌類成分的提取分離，ＰＨ梯度萃取法，波譜分析（ＵＶ，ＩＲ）難點(diǎn)：衍生化方法，ＮＭＲ法主要教學(xué)媒體主要外語詞匯有關(guān)本內(nèi)容的新進(jìn)展主要參考資料或相關(guān)網(wǎng)站《天然藥物化學(xué)學(xué)習(xí)指導(dǎo)》(人民衛(wèi)生出版社)，吳繼洲主編。系、教研室審查意見課后體會(huì)教學(xué)過程教學(xué)內(nèi)容時(shí)間分配和媒體選擇第三節(jié)醌類化合物的提取分離一、醌類的提取方法1.有機(jī)溶劑提取法：①游離醌類極性較小，可用極性較小的有機(jī)溶劑(氯仿、苯與乙醚等)提取，有時(shí)在濃縮過程中即可析出結(jié)晶。②欲提取蒽醌苷類，常用熱水，然后用中等極性的有機(jī)溶劑，如乙酸乙酯、正丁醇。2.堿提取酸沉淀法：該法可用于提取含酸性基團(tuán)（Ar-OH、-COOH）的化合物，它們與堿成鹽而溶解，酸化后因游離而沉淀析出?！祯惢衔镌趬A性條件下，會(huì)發(fā)生變構(gòu)，一般不適合用堿溶酸沉法，應(yīng)采用pH梯度萃取。3.水蒸氣蒸餾法適用于小分子的苯醌及萘醌類化合物（他們具有揮發(fā)和升華的特性）。二、游離羥基蒽醌的分離概述：蒽醌是醌類化合物中最主要的結(jié)構(gòu)類型1.pH梯度萃取法①原理：依據(jù)結(jié)構(gòu)中Ar-OH位置、數(shù)目不同，羥基蒽醌類化合物的酸性強(qiáng)弱也就不同。②常規(guī)分離過程如下：（含-COOH的（含-COOH的羥基蒽醌類）5min25min教學(xué)過程教學(xué)內(nèi)容時(shí)間分配和媒體選擇（含（含β-OH的羥基蒽醌類）（含兩個(gè)（含兩個(gè)α-OH的羥基蒽醌類）（含有一個(gè)（含有一個(gè)α-OH的羥基蒽醌類）2.層析法：是系統(tǒng)分離羥基蒽醌類化合物的最有效手段。一般需要反復(fù)多次色譜分離過程才能收到較好效果。 ①吸附劑——硅膠、聚酰胺（Ar-OH）*一般不用氧化鋁，尤其不用堿性氧化鋁（目的是避免酸性的蒽醌類成分與氧化鋁產(chǎn)生化學(xué)吸附而難以洗脫）②洗脫劑：苯、乙酸乙酯等例：利用極性差異進(jìn)行分離5min教學(xué)過程教學(xué)內(nèi)容時(shí)間分配和媒體選擇三、蒽醌苷與游離蒽醌衍生物的分離1、在植物體內(nèi)，蒽醌苷元與其苷類常常共同存在，但它們在中、低極性溶劑（如CHCl3）溶解度不同，苷不溶，苷元及其衍生物易溶于CHCl3故可分離。2、在植物體內(nèi)，苷及苷元多通過酚羥基或-COOH結(jié)合成Mg++、K+、Na+、Ca++鹽形式存在，為充分提取，必須預(yù)先加酸進(jìn)行酸化使之全部游離后，再進(jìn)行提取。四、蒽醌苷類的分離1、蒽醌苷類水溶性較強(qiáng)，分離精制較困難，現(xiàn)多用柱色譜進(jìn)行分離。2、柱層析常用載體有：硅膠、聚酰胺、葡萄糖凝膠、纖維素等。3、洗脫劑：甲醇、氯仿-甲醇等4、層析分離前，多進(jìn)行預(yù)處理，以除去大部分雜質(zhì)，制備出較純的總苷。預(yù)處理方法：①.鉛鹽法教學(xué)過程教學(xué)內(nèi)容時(shí)間分配和媒體選擇②.溶劑法用正丁醇等極性較大的溶劑將苷類從提取液中提?。ㄝ腿。┏鰜?，再用色譜法作進(jìn)一步分離。第四節(jié)醌類化合物的結(jié)構(gòu)鑒定一、化學(xué)方法—制備衍生物（一）.甲基化反應(yīng)1、目的：測定分子中-OH的數(shù)目及位置。2、結(jié)構(gòu)類型及化學(xué)環(huán)境不同的羥基，其甲基化反應(yīng)的難易程度比較（易→難）：-COOH>-OH（酚）>-OH（酚）>R-OH（醇）(即：羥基的酸性越強(qiáng)，質(zhì)子易解離，甲基化反應(yīng)越容易)3、不同甲基化試劑的反應(yīng)能力：CH3I/Ag2O+CHCl3>(CH3)2SO4/K2CO3>CH2N2/Et2O4、溶劑的影響：溶劑的極性強(qiáng)，甲基化能力增強(qiáng)。5、采用不同甲基化試劑，可實(shí)現(xiàn)選擇性甲基化，據(jù)此可推斷原來分子中-OH的數(shù)目及位置。例如：曲菌素的甲基化反應(yīng)教學(xué)過程教學(xué)內(nèi)容時(shí)間分配和媒體選擇(二)、乙?；磻?yīng)1、常用的乙?；噭┘耙阴；芰?qiáng)弱順序乙酰氯>醋酐>酯>冰醋酸CH3COCl(CH3CO)2OCH3COORCH3COOH2、不同羥基乙?；磻?yīng)的活性順序：R-OH>-OH（酚）>-OH（酚）※羥基親核性越強(qiáng)，越容易被?；?；※酚羥基易與羰基形成氫鍵，故相對難以乙?；?、常用催化劑及催化能力：吡啶>濃硫酸例：曲菌素的乙?；磻?yīng)4、特殊的?；瘎捍姿狒?硼酸①作用：保護(hù)蒽醌類化合物中α-酚羥基不被乙酰化②反應(yīng)過程：先使α-酚羥基形成環(huán)狀硼酸酯，僅β-酚羥基得到乙?；?，然后冷水處理，使締合的α-硼酸酯水解恢復(fù)成α-酚羥基，從而得到β-酚羥基的乙酰化產(chǎn)物。（參閱p167）二、波譜學(xué)方法（一）.紫外光譜（UV）1、苯醌類的紫外吸收特征教學(xué)過程教學(xué)內(nèi)容時(shí)間分配和媒體選擇2、萘醌類的紫外吸收特征①主要有四個(gè)吸收峰：②分子結(jié)構(gòu)中引入助色團(tuán)（如-OH，-OMe）時(shí)，相應(yīng)吸收峰位置紅移※如在醌環(huán)上引入了，則僅影響257nm峰紅移，不影響苯環(huán)引起的三個(gè)吸收帶?！缰珗F(tuán)引入苯環(huán)上，則影響335nm峰，紅移到427nm。3、蒽醌類的紫外吸收特征①蒽醌母核有四個(gè)吸收峰：②羥基蒽醌類有五個(gè)主要吸收帶（比母核多了230nm強(qiáng)的吸收峰）第Ⅰ峰——230nm左右第Ⅱ峰——240～260nm（苯樣結(jié)構(gòu)引起）第Ⅲ峰——262～295nm（醌樣結(jié)構(gòu)引起）第Ⅳ峰——305～389nm（苯樣結(jié)構(gòu)引起）第Ⅴ峰——>400nm（醌樣結(jié)構(gòu)中>C=O引起）※羥基蒽醌環(huán)上-OH的取代位置與-OH的數(shù)量對相應(yīng)吸收帶產(chǎn)生影響，通常導(dǎo)致紅移現(xiàn)象發(fā)生，而且影響吸收峰的強(qiáng)度（參閱p160表4-1與4-2）。教學(xué)過程教學(xué)內(nèi)容時(shí)間分配和媒體選擇（二）、醌類化合物的紅外光譜（IR）1、醌類化合物IR的主要特征是羰基吸收峰與雙鍵和苯環(huán)的吸收峰。2、羥基蒽醌類化合物的紅外區(qū)域有：①VC=O1675～1653cm-1（伸縮振動(dòng)）；②V-OH3600～3130cm-1（伸縮振動(dòng)）；③V芳環(huán)1600～1480cm-1（芳環(huán)骨架振動(dòng)）3、蒽醌類化合物VC=O吸收峰位與分子中α-酚羥基的數(shù)目與位置有較強(qiáng)的規(guī)律性①如蒽醌母核上無取代，則兩個(gè)>C=O只給出一個(gè)吸收峰：1675cm-1（因?yàn)閮蓚€(gè)>C=O的化學(xué)環(huán)境相同?。?；②如芳環(huán)上引入一個(gè)-OH時(shí)，將給出兩個(gè)>C=O吸收峰（因?yàn)榱u基可與其中一個(gè)>C=O締合，使其吸收位置顯著降低，另一個(gè)未締合>C=O的吸收則變化較?。唧w如下：1675～1647cm-1（游離>C=O）；1637～1608cm-1（締合>C=O）③當(dāng)芳環(huán)上引入兩個(gè)以上-OH時(shí)，因-OH數(shù)量與其取代位置的不同，將對>C=O的吸收位置產(chǎn)生不同的影響（詳見p161表4-3）（三）、醌類化合物的核磁共振光譜（1H-NMR）1、醌環(huán)上的質(zhì)子（苯醌和萘醌）※當(dāng)醌環(huán)上有一個(gè)供電取代基時(shí)，將使醌環(huán)上其它質(zhì)子移向高場。以1,4-萘醌為例，當(dāng)2-H被不同取代基取代后，H-3化學(xué)位移值如下：2、芳環(huán)上的質(zhì)子①具有芳?xì)涞闹挥休刘ㄗ疃?個(gè)）及蒽醌（最多8個(gè)）。②芳?xì)淇煞譃棣?H及β-H組。教學(xué)過程教學(xué)內(nèi)容時(shí)間分配和媒體選擇③α-H處于羰基的負(fù)屏蔽區(qū)，共振信號出現(xiàn)在低場，化學(xué)位移值較大；β-H受羰基的影響較小，共振信號出現(xiàn)在較高場，化學(xué)位移值較小。④當(dāng)環(huán)上存在取代基時(shí)，芳環(huán)上的質(zhì)子峰的數(shù)目及峰位都將改變。3、取代基的質(zhì)子因取代基的不同，相應(yīng)取代基的質(zhì)子化學(xué)位移值各異，有一定規(guī)律。例如：酚羥基的羥基質(zhì)子，因可與羰基形成氫鍵，其信號出現(xiàn)在最低場（>12.25ppm）.又如：羥甲基，-CH2-的質(zhì)子一般在4.5ppm處，呈現(xiàn)單峰，羥基質(zhì)子則出現(xiàn)在4~6ppm（詳見p162）（四）、醌類化合物的核磁共振光譜（13C-NMR概述：13C-NMR已經(jīng)廣泛用于醌類化合物的結(jié)構(gòu)研究，并通過測定大量數(shù)據(jù)，已經(jīng)累積了一些經(jīng)驗(yàn)規(guī)律。如醌類羰基碳原子的化學(xué)位移在182～188ppm,若是對稱的羰基將只出現(xiàn)一個(gè)共振峰，如果α-位有羥基存在，由于羰基與羥基形成氫鍵，將使羰基碳原子的化學(xué)位移偏向低場，位于190～200ppm。另外，醌核上的碳較苯環(huán)上的碳，其化學(xué)位移位于低場?！嘘P(guān)規(guī)律尚有：1、1,4-萘醌類化合物教學(xué)過程教學(xué)內(nèi)容時(shí)間分配和媒體選擇①醌環(huán)上有取代基，則發(fā)生取代位移例如：如C3-OH或-OR（烷氧基）取代，將引起C3向低場移約20ppm，相鄰的C2向高場移約30ppm，對C4無明顯影響。又如：C2-R（烷基）取代，將引起C2向低場移約10ppm，相鄰的C3向高場移約8ppm，但對C1無明顯影響。②苯環(huán)上取代基的影響例如：C8-OH取代，將引起C8向低場移約35ppm，相鄰的C9向高場移約17ppm，C7也向高場移約13ppm等等。2、9,10-蒽醌類①蒽醌母核與α-位有一個(gè)羥基取代時(shí)的13C-NMR數(shù)據(jù)如上。顯然：C1-OH取代，導(dǎo)致C1向低場移約35ppm，相鄰C2則向高場移約10ppm。②如蒽醌母核上僅一側(cè)苯環(huán)上有取代，另一側(cè)苯環(huán)無取代基時(shí)，則無取代基苯環(huán)各碳原子化學(xué)位移值變化較小，即取代基的跨環(huán)影響不大。（五）醌類化合物的2D-NMR譜1、13C2、2D-NMR對確定蒽醌類化合物中取代基的取代位置具有決定性作用。（六）、醌類化合物的質(zhì)譜（MS）1、主要特征如下：（1）對所有游離醌類化合物而言，分子離子峰通常就是基峰；（2）存在失去1～2分子CO的碎片離子峰；教學(xué)過程教學(xué)內(nèi)容時(shí)間分配和媒體選擇2、P-苯醌的MS特征①無取代的苯醌有三種開裂方式，分別得到三種碎片離子。脫去（CO）脫去（CO）中間斷裂脫去（-C中間斷裂脫去（-C≡C-）②連續(xù)失去2分子CO，無取代的苯醌變?yōu)閙/z=52的碎片離子-環(huán)丁烯離子。3、1,4-萘醌的MS特征如苯環(huán)無取代，將出現(xiàn)m/z104的特征碎片離子及其分解產(chǎn)物m/z76與50的離子。4、9,10-蒽醌的MS特征①游離蒽醌具有m/z180（M-CO）、m/z152（M-2CO）及雙電荷離子峰m/z90與76。②蒽醌苷類用EI-MS得不到分子離子峰，其基峰是苷元離子。需要使用FD-MS或FAB-MS才能獲得準(zhǔn)分子離子峰。三、結(jié)構(gòu)研究示例例1中藥虎刺中分離出一種橙紅色針晶，其結(jié)構(gòu)鑒定過程如下1、HR-MS：分子離子峰（M+）的質(zhì)量數(shù)為270.0495—確定其分子式為C15H10O5;2、UV：有5個(gè)吸收帶——可能是羥基蒽醌類衍生物3、IR：①在1630cm-1與1610cm-1有兩個(gè)強(qiáng)吸收——說明有兩個(gè)羰基；②在1600~1500cm-1有吸收峰——表明有芳環(huán)雙鍵存在；結(jié)合UV與IR可知：該樣品應(yīng)該是羥基蒽醌類4、UV：分析第Ⅴ吸收峰帶λmax=438nm,處于418~440nm區(qū)域，說明該樣品屬于教學(xué)過程教學(xué)內(nèi)容時(shí)間分配和媒體選擇1，5-二羥基蒽醌類衍生物，不可能屬于1，8-二羥基蒽醌類衍生物（其第Ⅴ吸收峰帶處于430~450nm區(qū)域，似乎也包含438nm）,因?yàn)槿绻?，8-二羥基蒽醌類衍生物，其IR顯示的兩個(gè)羰基峰一個(gè)應(yīng)該在1660cm-1以上，另一個(gè)在1610~1620cm-1之間。5、1H-NMR①δ4.03(3H,s)——是甲氧基信號；②δ7.18(1H,d,J=8.4Hz)與δ7.89(1H,d,J=8.4Hz)——表示兩個(gè)相鄰的芳環(huán)質(zhì)子；※綜合①、②，說明在醌母核的一側(cè)苯環(huán)α-酚羥基的鄰位有一個(gè)甲氧基存在。③δ7.13(1H,d,J=8.0Hz)、δ7.67(1H,t,J=8.0Hz)與δ7.84(1H,d,J=8.0Hz)——表示芳環(huán)上有三個(gè)質(zhì)子互相偶合，它們彼此磁不等價(jià)，化學(xué)位移很接近，譜線較多，屬于ABC系統(tǒng)。這說明在醌母核的另一側(cè)苯環(huán)上除了α-酚羥基外，沒有其他取代基。因此，確定該化合物為：1，5-二羥基-2-甲氧基-9，10-蒽醌。第五節(jié)醌類化合物的生物活性（一）瀉下作用如：大黃中主要瀉下成分為二蒽酮類結(jié)構(gòu)的番瀉苷類成分，（二）抗菌作用蒽醌類化合物大多具有一定的抗菌活性，如大黃酸、大黃素、蘆薈大黃素等具有此作用。蒽醌類苷元的抗菌活性一般比相應(yīng)蒽醌類苷要強(qiáng)一些。（三）其它作用1、有些蒽醌類化合物抑制大鼠乳癌及艾氏腹水癌有明顯作用；2、有些蒽醌類化合物對cAMP磷酸二酯酶有顯著的抑制作用等等（四）在歷史上，醌類化合物曾在染料工業(yè)中占有重要地位，最知名的蒽醌染料是茜素，是一種早為古埃及人和古波斯人所知道的天然染料。它存在于亞洲的茜草根中。早在700年時(shí)茜草在歐洲已成為商品，并且在歐洲移植，于1868年年產(chǎn)量已