课件：天然药化第五章黄酮类化合物.ppt

天然药物化学,第五章 黄酮类化合物,第一节 概述 第二节 理化性质及显色反应 第三节 提取与分离 第四节 检识与结构测定,第五章 黄酮类化合物,第一节 概 述,1.概念 2.结构类型 3.生物合成 4.生物活性,1.概念含义 经典含义是指以2-苯基色原酮衍生的一类化合物的总称，由于该类化合物大多呈淡黄色或黄色，且分子中多具酮基，因此称为黄酮。 现代含义是泛指二个苯环（A环和B环）通过三个碳原子相互连接而成的一系列化合物的总称，即具有C6-C3-C6结构的一类化合物的总称。,取代基：-OH、-OCH3、-CH3、Ar、异戊烯基等。,7,黄酮类化合物也称黄碱素，是广泛在于自然界的一大类化合物，大多具有颜色。在植物界大多分布在双子叶植物中，如豆科、芸香科、唇形科、菊科等，在裸子植物间也有较多，如银杏科，在低等植物中少见。黄酮类化合物在植物体类多与糖结合成苷的习惯形式存在，也有部分以游离态的苷元存在。,2.结构与分类 2.1 分类依据 黄酮类化合物A环和B环中间的三碳链的氧化程度、三碳链是否够成环状结构、3位是否有羟基取代以及B环连接的位置（2或3位）等特点。,2.2天然黄酮类化合物多以苷类的形式存在，由于苷元不同，以及糖的种类、数量、连接位置和连接方式不同，构成了各种黄酮苷类化合物。 组成黄酮苷的糖类主要有：单糖类；双糖类；三糖类；酰化糖类。,除了常见的O-苷外还有C-苷，在C-苷中糖多连接在6位或8位，或者6，8位都连接。,芹菜素（5，7，4-三OH黄酮） 木犀草素（5，7，3，4-四OH黄酮） 黄芩素(5，6，7-三OH黄酮),结构和分类,黄酮,黄酮醇,黄酮类和黄酮醇类 黄酮类尤其以芹菜素、木樨草素、槲皮素及其甙类 。金银花、忍冬藤、菊花、野菊花中含有的黄酮类化合物中有木樨草素及其甙类，具有止咳、祛痰、平喘作用。,山柰酚（5，7，4-三OH黄酮醇） 槲皮素（5，7，3，4-四OH黄酮醇） 杨梅素（5，7，3，4，5-五OH黄酮醇）,黄酮醇类的结构特点是在黄酮基本母核的3位上连有羟基或其他含氧基团。,结构和分类,二氢黄酮醇,二氢槲皮素（5，7，3，4-四OH二氢黄酮醇） 二氢桑色素（5，7，2，4-四OH二氢黄酮醇）, 二氢黄酮类和二氢黄酮醇类 二氢黄酮类结构是黄酮基本母核的2、3位双键被氢化而成。,二氢黄酮,橙皮苷（5，7，3 - 三OH，4-OCH3二氢黄酮） 甘草苷（甘草素-7-O-glu苷） 甘草素（7，4 二OH二氢黄酮）,二氢黄酮醇类具有黄酮醇类的2、3位被氢化的基本母核。常与相应的黄酮醇类共存于同一植物体内。,大豆素（7，4-二OH异黄酮） 大豆苷（大豆素-7-O-glc苷） 葛根素（7，4-二OH，8- glc异黄酮苷）,紫檀素 鱼藤酮,异黄酮,二氢异黄酮,异黄酮类及二氢异黄酮类 异黄酮类母核为3-苯基色原酮的结构，即B环连接在C环的3位上。主要存在于豆科、鸢尾科植物中。用于治疗冠心病的葛根总黄酮中含有的葛根素、大豆素、大豆甙等都是异黄酮类衍生物。,红花苷,查耳酮,梨根苷,二氢查耳酮,查耳酮类及二氢查耳酮类 查耳酮类的结构特点是二氢黄酮C环上1、2位键断裂生成的开环衍生物，即三碳链不构成环。如红花中的红花甙，补骨脂中的补骨脂乙素，苦参中的次苦参素都是查耳酮类。,飞燕草苷元,硫磺菊素（6，3，4-三OH橙酮）,花色素类 花色素类的结构特点是基本母核的C环上无羰基，1位氧原子以烊盐存在。,橙酮类 橙酮类的结构特点是含氧五元环，主要存在于玄参科、菊科植物中。,黄烷3-醇（儿茶素类）,（+）儿茶素,无色飞燕草素,黄烷-3，4-二醇（无色花色素类）,黄烷醇类,3,8”-双芹菜素型,双黄酮类 双黄酮类是由两分子的黄酮衍生物聚合而成的二聚物。,8,8”-双芹菜素型,双苯醚型,其他黄酮类,(木脂素黄酮),3.生物合成,B,A,B环来自桂皮酰辅酶A或羟基桂皮酰辅酶A A环来自3个分子的丙二酰辅酶A 其他黄酮类均由二氢黄酮衍生而来,黄酮类化合物生物合成途径示意图,4.黄酮类化合物的生物活性 葛根总黄酮及葛根素、银杏总黄酮等具有扩张冠状血管作用，临床可用于治疗冠心病。 卢丁、橙皮苷等具有降低毛细血管脆性和异常通透性作用，可用于毛细管性出血的止血药及治疗高血压、动脉硬化的辅助药。 水飞蓟素、异水飞蓟素、次水飞蓟素有肝保护作用，临床用于急慢性肝炎、肝硬化。 黄芩苷、黄芩素、槲皮素、桑色素具有抗菌、抗病毒作用。 牡荆素、桑色素、儿茶素等具有抗肿瘤作用。,4.黄酮类化合物的生物活性 对心血管系统的作用 抗肝毒作用 抗炎作用 雌性激素样作用 抗菌与抗病毒作用 泻下作用 解痉作用,第二节 理化性质及显色反应,1.性状 2.溶解性 3.酸性与碱性 4.显色反应,1.性状 形态：多为结晶固体，少数为无定形粉末。 颜色：多为黄色 原因：交叉共轭体系（电子转移、重排，共轭增强，产生颜色的基础） 助色团（给系统提供电子，使颜色加深，尤其7，4-位，辅助作用）,黄酮（灰黄黄色） 二氢黄酮 黄酮醇（灰黄黄色） 二氢黄酮醇 查耳酮（黄橙黄色） 二氢查耳酮 二氢异黄酮 黄烷醇类 异黄酮（无或微黄色）,花色素类（颜色随pH而改变) 红色（pH 8.5）,交叉共轭体系,旋光性 取决于 不对称碳原子的有无 有 无 所有黄酮苷（糖） 游离黄酮 游离黄酮 黄酮 二氢黄酮 黄酮醇 二氢黄酮醇 异黄酮 二氢异黄酮 查耳酮（二氢 ） 黄烷醇类 橙酮 花色素类等,旋光性,中药红花中的红花苷为查耳酮类。红花在开花初期时，花中主要成分为无色的新红花苷（二氢黄酮类）及微量红花苷，故花冠是淡黄色；开花中期花中主要成分为黄色的红花苷，故花冠为深黄色；开花后期则变成红色的醌式红花苷，故花冠为红色。,荧光性 荧光显著，呈亮黄黄绿色。,花色素的颜色可随pH的不同而改变，pH小于7显红色，pH小于8.5显紫色，pH大于8.5显蓝色。,2.溶解性 一般游离苷元难溶于水，可溶于甲醇、乙醇；易溶于乙酸乙酯、乙醚等有机溶剂中。苷元与糖结合后，水溶性增大，一般可溶于甲醇、乙醇、乙酸乙酯中，在热水中溶解度增大，但难溶于乙醚、苯、氯仿等有机溶剂。黄酮类化合物因含有酚羟基可溶于碱性溶液中使之颜色加深，但是加酸后又沉淀析出，此性质可用于黄酮类化合物的提取。,分子的立体结构 平面型分子 非平面型分子 黄 酮 二氢类（C-环半椅式结构） 黄酮醇 异黄酮（羰基与B-环立体障碍） 查耳酮 交叉共轭 分子间排列不紧密，水分子易于进入 水溶度小 水溶度大,R=OH 二氢黄酮醇,R=H 二氢黄酮,水溶性与结构的平面性、取代基团的种类和数目等有一定关系。,取代基团的性质、数目、连接位置引入羟基，数目多，7、4-位，水溶度较大。羟基甲基化（-OCH3）, 水溶度降低。,黄酮苷(亲水性),三糖苷 双糖苷 单糖苷 苷元 3-O-糖苷 7-O-糖苷（平面性分子） 花色素(平面性分子，离子型) 非平面性分子 平面性分子,3.酸碱性 酸性 黄酮类化合物因分子中多具有酚羟基，故显酸性，可溶于碱性水溶液、吡啶、甲酰胺及二甲基甲酰胺中。 黄酮类化合物的酸性强弱与酚羟基数目的多少和位置有关。,以黄酮为例，酸性排列顺序为: 7,4-二OH7-或4-OH 一般酚羟基 5-OH NaHCO3水溶液 Na2CO3水溶液 NaOH水溶液 分子内氢键 碱性 黄酮类化合物分子中-吡喃酮环上的1-位氧原子，因有未共用的电子对，故表现出微弱的碱性，可与强无机酸，如浓硫酸、盐酸等生成烊盐，烊盐极不稳定，加水后即分解。,黄酮类化合物溶于浓硫酸生成烊盐，常表现为特殊颜色，可由于黄酮类化合物结构类型的初步鉴别。例如：黄酮、黄酮醇类显黄色至橙色，并有荧光；二氢黄酮类显橙色（冷时）至紫红色（加热时）；查耳酮类显橙红色至洋红色；异黄酮二氢异黄酮类显黄色；橙酮类显红色至洋红色。,4.显色反应 4.1还原反应 盐酸-镁粉反应 常用反应 多数黄酮类化合物在镁粉和盐酸作用下，可以还原显色。不同的黄酮类化合物呈不同的颜色，其反应产物为花色甙元及其二聚物。,在乙醛分子中的羰基与甲基之间插入一个或多个乙烯基（CHCH）变为CH3(CHCH)nCHO后，原来的CH3和CHO间的互相影响依然存在，甲基上的氢原子依然是活泼的，也就是说这两个基团仍然保持着没有加入CHCH时同样的关系。 而这样在化合物AB的A和B之间插入一个或多个乙烯基生成型化合物后，当n0，1，2，3等时，原来A和B间的互相影响仍然存在的现象，极为普遍，称为插烯规律。按插烯规律，巴豆醛CH3CHCHCHO分子中甲基和CHO的关系与CH3CHO相似，甲基上的-氢原子仍应活泼，事实也是这样，CH3CHCHCHO中的甲基上的氢也活泼，巴豆醛则为乙醛的插烯物。 由于-氢原子的活泼性，-不饱和醛、酮能发生一系列取代反应和缩合反应。 又如丁烯-2-酸酯是乙酸酯的插烯物，其CH上的-氢原子也活泼，所以能起酯缩合反应,插烯规律,注意：花色素类及部分橙酮、查耳酮类等单纯在浓盐酸酸性下也会发生颜色变化。因此必要时须预先作空白对照试验，即在供试液中不加镁粉，而仅加入浓盐酸，若产生红色，则表明该反应有干扰因素存在。,钠汞齐还原反应 在样品的乙醇溶液中加入钠汞齐，放置数分钟或数小时或加热，过滤，滤液用盐酸酸化，则黄酮、二氢黄酮、异黄酮、二氢异黄酮类显示红色，黄酮醇类显黄淡红色，二氢黄酮醇类显棕黄色。,四氢硼钠还原反应 四氢硼钠（NaBH4）是针对二氢黄酮类化合物专属较高的一种还原剂。二氢黄酮类或二氢黄酮醇类被还原产生红紫红色，若A环与B环有一个以上的-OH或-OCH3取代则颜色加深。其它黄酮类均为负反应。,黄酮还原后呈橙至微红色，黄酮醇、二氢黄酮、二氢黄酮醇还原后呈红-紫红色，个别也有绿色或蓝色。硼氢化钠只能还原二氢黄酮类而呈现紫-紫红色。,4.2金属盐类试剂的络合反应 三氯化铝反应 络合物多黄色，在紫外下显鲜黄色荧光，但4-羟基黄酮醇或7，4-二氢黄酮醇显天蓝色荧光。,锆-枸橼酸反应 鉴别黄酮类化合物分子 中3-或5-OH的存在与否。锆 盐络合物多呈黄绿色荧光。 铅盐反应 常用1%醋酸铅或碱式铅水溶液，可生成黄-红色沉淀。黄酮类化合物与铅盐生成沉淀的颜色，因羟基数目及位置不同而异。,镁盐反应 常用醋酸镁甲醇溶液做显色剂，紫外光下，二氢黄酮、二氢黄酮醇类可显示出天蓝色荧光，若具有C5-OH，颜色更明显。黄酮、黄酮醇及异黄酮类等则显示黄-橙黄-褐色。 氨性氯化锶反应 氨性氯化锶的甲醇溶液可与分子中具有邻二酚羟基结构的黄酮类化合物生成绿-棕色-黑色沉淀。,三氯化铁反应 分子中的酚羟基可与三氯化铁水溶液或醇溶液反应显色。黄酮类化合物依分子中所含酚羟基数目及位置的不同，可呈现紫、绿、蓝等不同颜色。,4.3硼酸显色反应 黄酮类化合物分子中含有下列结构时，在无机酸或有机酸存在的条件下，可与硼酸反应，产生亮黄色。5-羟基黄酮及6-羟基查耳酮类结构符合上述要求，故呈阳性反应。,4.4碱性试剂反应 四条 4.5与五氯化锑反应 4.6其它显色反应 Gibbs反应可用于鉴别黄酮类 化合物酚羟基对位是否被取代。方法是将样品溶于吡啶中，酚羟基对位未被取代者则加入Gibbs 试剂（2,6-二氯苯醌氯亚胺）后即显蓝色或蓝绿色。,第三节 提取与分离,一、粗提 二、提取物的精制 三、分离,1.黄酮类化合物的提取与分离 1.1黄酮类化合物的提取 1.1.1乙醇或甲醇提取法 1.1.2热水提取法 1.1.3碱性水或碱性稀醇提取法,黄酮苷和极性较大的苷元：甲醇，乙醇，甲醇-水（1：1），丙酮，乙酸乙酯 多糖苷：沸水 花色苷：0.1%盐酸进行提取 苷元：氯仿，乙醚，乙酸乙酯。 注意：苷类提取防止酶解。 溶剂萃取法：自浸膏中先用乙醚萃取苷元，再用乙酸乙酯反复萃取苷，最后用正丁醇萃取极性较大的苷。,碱提酸沉法： 常用碱水：石灰水，Na2CO3,，稀NaOH，碱性稀醇。酸沉：盐酸。 注意：酸碱浓度不宜过高，碱性过强，破坏黄酮母核；酸性过强，生成烊盐，影响产率。 石灰水：可除去鞣质，果胶，粘液质，有利于纯化。但浸出效果不及NaOH，且有些黄酮可与钙结合成不溶性沉淀。 稀NaOH：浸出效率高，但杂质多。,炭粉吸附法 主要适于苷类的精制工作。通常，在植物的甲醇粗提取物中，分次加入活性炭，搅拌，静置，直至定性检查上清液无黄酮反应时为止。过滤，收集吸苷炭末，依次用沸甲醇、沸水、7%酚/水、15%酚/醇溶液进行洗脱，各部分洗脱液进行定性检查（或用PPC鉴定）。,分离的基本依据：极性差异、酸性强弱、分子大小和特殊结构。 1.2.1溶剂萃取法 1.2.2 pH梯度萃取法 1.2.3柱色谱法,1.2 黄酮类化合物的分离,1.2.3柱色谱法 硅胶柱色谱法：适于分离异黄酮，二氢黄酮（醇）和高度甲基化或乙酰化的黄酮及黄酮醇类。 分离苷元时：氯仿-甲醇混合溶剂洗脱。 分离苷时：氯仿-甲醇-水或乙酸乙酯-丙酮-水洗脱。 聚酰胺柱色谱：适合于黄酮类化合物的分离。 其分离规律如下：,a.苷元相同时，以含水移动相洗脱，被吸附的强弱顺序为：苷元单糖苷双糖苷双糖键苷。 b.与酚羟基的数目有关，数目越多，吸附力越强。与酚羟基的位置有关，如果酚羟基所处的位置易形成分子内氢键，则吸附力减弱。一般来说查耳酮二氢黄酮，黄酮二氢黄酮。 c.不同类型黄酮类化合物，被吸附的强弱顺序为：黄酮醇黄酮二氢黄酮异黄酮。 d.分子内芳香化程度越高，共轭双键越多，则吸附力越强。,葡聚糖凝胶色谱法： 凝胶类型：SephadexLH-20和SephadexG两种类型的凝胶。 分离苷元时：利用吸附作用，游离酚羟基数目越多，则吸附力越强，越难洗脱。 分离苷时：主要靠分子筛，洗脱时按苷分子量由大到小的顺序依次被洗脱出柱体。 常用的洗脱剂：碱性水溶液，含盐水溶液、醇及含水醇。,1.2.2 PH梯度法：用不同浓度的碱分离。 混合物溶于有机溶剂，依次用NaHCO3、Na2CO3、0.2%NaOH、4%NaOH萃取，相应的黄酮类化合物洗脱顺序：7,4二羟基7或4羟基一般酚羟基羟基黄酮。 1.2.3 硼酸络合法: 具有邻二酚羟基的黄酮类化合物可与硼酸络合生成易溶于水的化合物。,1.理化检识 2.色谱检识 2.1 纸色谱 2.2薄层色谱,第四节 检识与结构测定,2.2 薄层色谱 硅胶薄层 聚酰胺薄层 纤维素薄层 氧化铝柱色谱 葡聚糖凝胶柱色谱 “相对洗提率”,1理化检识： HCI-Mg粉：黄酮（醇）、二氢黄酮（醇）； 在盐酸-镁粉作用下，易被氢化还原，迅速生成红紫红色（个别有绿兰色）。 四氢硼钠：二氢黄酮（醇）； 取样品10mg溶于甲醇，加NaBH4 10mg，再滴加1%浓盐酸或浓硫酸，呈红紫色。,醋酸镁：二氢黄酮（醇） 醋酸镁甲醇液作显色剂，可在纸上进行。 二氢黄酮（醇）类显天蓝色荧光，若具有C5-OH，色泽更明显。 五氯化锑：查耳酮 查耳酮的CCl4溶液与五氯化锑作用生成红或紫红沉淀。,锆盐-枸橼酸：区别3-OH、5-OH黄酮； 方法如下：,氨性氯化锶：邻二酚羟基黄酮. 显绿棕色黑色沉淀。,2色谱检识 纸色谱 应用范围：适合于检识各种类型黄酮类化合物，包括苷与苷元。 双向纸色谱是检识植物粗提物中黄酮类化合物存在的最好方法之一。 第一向通常采用一种“醇性”溶剂展开，如n-BuOH-HOAc-H2O(4:1:5 上层 BAW)、n-BuOH-HOAc-H2O(3:1:1 ，TBA)与水饱和的n-BuOH等；,第二向通常用一种 “水性”溶剂展开， 如2%5%HOAc等 检识黄酮类苷元：一般用“醇性”展开剂； 检识黄酮苷：一般用“水性”展开剂。 Rf与黄酮类化合物结构的关系： a.水性溶剂展开时，平面型分子几乎停留原点不动(Rf0.02);非平面型分子因亲水性较强，Rf较大（0.10.3）。,b.醇性溶剂展开时，同一类型苷元， 羟基越多，Rf越小，即Rf值依次为： 苷元 （Rf0.7） 单糖苷 双糖苷。 c.醇性溶剂展开时，羟基被甲氧基取代，因极性减小，Rf将增大。 d.醇性溶剂展开时，如黄酮类化合物羟基被苷化，因极性增大，Rf将下降。 e.大部分极性大的黄酮出现在滤纸的右上方，极性小的黄酮则出现在滤纸的左下方。,f.大多数黄酮类化合物在纸色谱上用紫外光灯检查时，可以看到有色斑点，以氨蒸汽处理后常产生明显的颜色变化 附：黄酮与黄酮醇的斑点颜色变化。,TLC主要指吸附薄层 硅胶TLC 用途：分离与鉴定弱极性黄酮类化合物。主要用于检识极性较小的黄酮。氯仿-甲醇或正丁醇-醋酸-水等系统展开。 分离黄酮苷元常用的展开剂： 甲苯-甲酸甲酯-甲酸（ 541 ）等。 分离黄酮苷元的衍生物如甲醚、乙酸乙酯 等中性成分，常用的展开剂是：苯-丙酮 （91）或苯-乙酸乙酯（7.52.5）等。,聚酰胺TLC 特点：特别适合于分离含游离酚羟基的 黄酮及其苷类。 常用的展开剂： 乙醇-水（3：2）、丙酮-水（1：1）、 水饱和的正丁醇-醋酸（100：1）等 游离黄酮：氯仿-甲醇、氯仿-甲醇-丁酮展开 黄酮苷：甲醇-乙酸-水、甲醇-水展开。,常用的薄层色谱显色方法 1）紫外灯下观察； 2）氨蒸气处理后观察颜色变化 3）2 AlCl3甲醇溶液,中药实例,例一 槐米：豆科槐Sophora japonica的花蕾。主要成分为黄酮（芦丁）含量23%。芦丁的溶解度：热水：1:200；冷水：1:10000；沸乙醇：1:60；沸甲醇：1:7。可溶于吡啶，甲酰胺和碱液，微溶于乙醇、丙酮、乙酸乙酯，不溶于氯仿，二硫化碳、乙醚、苯和石油醚。,提取分离：水煮提取或碱溶酸沉法提取，水或乙醇重结晶。流程图见下页。 注意：芦丁有邻二酚羟基，不太稳定，空气中会缓缓氧化变为暗褐色，碱性条件下更易氧化，因此用碱水提取时常加少量硼砂，使硼酸盐与邻二酚羟基络合保护酚羟基。,水提取法,碱溶酸沉提取法,具有清热燥湿、泻火解毒、止血安胎之功效，其化学成分主要含黄酮类成分，另有氨基酸、挥发油、糖和甾醇。,例二 黄芩：唇形科黄