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第5章醌类化合物 quinonoids 1 了解醌类化合物的分类 分布和生理活性 2 掌握醌类化合物的理化性质 3 掌握醌类化合物的提取 分离和检识方法 4 熟悉醌类化合物的结构研究方法 概述 醌类化合物是指分子内具有不饱和环二酮 醌式 结构或易转变为这样结构的化合物 5 1结构与分类 1 苯醌类 benzpquinones 2 萘醌类 naphthoquinones 3 菲醌类 phenanthraquinones 4 蒽醌类 anthraquinones 1 苯醌类 2 萘醌类 3 菲醌类 4 蒽醌类 1 4 5 8为 位2 3 6 7为 位9 10为meso 位 分布广泛 蓼科 大黄 豆科 番泻叶 等生理活性显著 泻下作用抗菌作用抗癌活性结构分类 单蒽核类双蒽核类 1 单蒽核类 蒽醌及其苷类大黄素型 羟基在苯环两侧 棕 黄色 茜草素型 羟基在苯环一侧 橙黄 橙红 蒽酚或蒽酮衍生物 2 双蒽核类 二蒽酮类中位二蒽酮 10 10 位二蒽酮 1 1 或4 4 二蒽醌类去氢二蒽酮类日照蒽酮类中位萘骈二蒽酮类 5 2醌类化合物的理化性质 1 物理性质2 化学性质3 显色反应 1 物理性质 外观 多为有色结晶 如苯醌多为黄色结晶 萘醌为橙色或橙红色结晶 蒽醌多为黄色至橙红色固体 随助色团的引入 颜色越深 蒽醌类化合物大多有荧光 性质 1 升华性 苯醌和萘醌多以游离态存在 蒽醌多以苷的形式存在 游离醌类一般有升华性 升华温度随酸性增强而升高 2 挥发性 小分子的醌类化合物有挥发性 3 光不稳定性 有些醌类成分不稳定 如丹参酮 注意避光保存 溶解度 1 游离醌类极性较小 一般溶于甲醇 乙醇 乙醚等有机溶剂 不溶于水 2 成苷后 极性增大 易溶于醇 热水 不溶于冷水及极性小的有机溶剂 蒽醌的碳苷在水及有机溶剂中溶解度都小 只溶于吡啶中 蒽醌盐在水中溶解度也小 2 化学性质 1 酸性带有羧基的醌类化合物酸性强于不带羧基者 酚羟基数目增多 酸性增强 羟基蒽醌的酸性强于 羟基蒽醌 酸性强弱按下列顺序排列 含 COOH 溶于5 NaHCO3 含2个 不相邻 以上 OH 溶于5 NaHCO3 含1个 OH 溶于5 Na2CO3 含2个以上 OH 溶于1 NaOH 含1个 OH 溶于5 NaOH 2 化学性质 2 碱性能溶于浓硫酸中成yang盐再转成阳碳离子 同时伴有颜色的显著改变 大黄酚由暗黄色变为红色 大黄素由橙红变为红色 其他羟基蒽醌在浓硫酸中一般呈红至红紫色 3 显色反应 1 Feigl反应 苯醌 萘醌在碱性条件下 与甲醛和邻二硝基苯加热 发生氧化还原反应而呈紫色 3 显色反应 2 与活性亚甲基试剂反应 苯醌和萘醌类化合物在碱性条件下 能与一些含活泼亚甲基的化合物先发生加成反应 再经氧化而呈蓝色或蓝紫色 可与蒽醌区别 3 显色反应 3 Borntr ger反应 羟基蒽醌遇碱性溶液显红 红紫色 但羟基蒽酚 蒽酮 二蒽酮类化合物则需氧化成蒽醌后 才显示特征的颜色 3 显色反应 4 乙酸镁反应 蒽醌类化合物中如有 酚羟基或邻位二酚羟基结构时 可与Mg2 等形成有色的络合物 可用作色谱显色剂 3 显色反应 5 对亚硝基二甲苯胺反应 羟基蒽酮 可与0 1 对亚硝基二甲苯胺吡啶溶液反应缩合而产生各种颜色 可用作色谱显色剂 5 3醌类化合物的提取与分离 1 提取方法 溶剂提取碱溶酸沉水蒸气蒸馏2 分离方法 游离蒽醌与蒽苷的分离 1 提取方法 1 有机溶剂提取法 蒽醌在植物体内常以盐的形式存在 提取时应先酸化成游离态再提取 游离醌类极性小 用极性较小的有机溶剂提取 苷类极性较大 可醇 水等提取 一般常用甲醇或乙醇提取 再纯化 2 碱提酸沉法 提取具有酚OH的醌类化合物 3 水蒸气蒸馏法 适用于分子量小的具有挥发性的苯醌及萘醌类化合物 2 分离方法 1 蒽苷类和游离蒽醌的分离 二者极性不同 故在有机溶剂中溶解度不同 将含有蒽醌类成分的乙醇提取液 浓缩后 用与水不相混溶的有机溶剂反复萃取 游离蒽醌则转溶于有机溶剂中 蒽苷仍留于水溶液中 2 分离方法 2 游离蒽醌的分离梯度pH萃取法 是初步分离游离蒽醌的经典方法 色谱法 对蒽醌类成分的分离效果好 游离蒽醌多用吸附柱色谱加以分离 一般用硅胶 磷酸氢钙 聚酰胺 羟基蒽醌 等为吸附剂 2 分离方法 3 蒽苷的分离溶剂法 常用乙酸乙酯 正丁醇等 将蒽醌苷从水溶液中提取出 与水溶性杂质分开 再进行色谱分离 色谱法 分离蒽醌苷最有效的方法 硅胶柱色谱 葡聚糖凝胶柱色谱 反相硅胶等 如大黄蒽醌苷的分离 将大黄的70 甲醇提取液加到SephadexLH 20凝胶柱上 并用70 甲醇冲洗 依次得到二蒽酮苷 番泻苷A B C D 蒽醌二葡萄糖苷 蒽醌单糖苷 游离苷元 5 4醌类化合物的检识 1 理化检识2 色谱检识 1 理化检识 苯醌 萘醌 Feigl反应 活泼亚甲基反应 羟基蒽醌 Borntr ger反应 蒽酮 对亚硝基二甲苯胺反应 2 色谱检识 1 TLC吸附剂 硅胶 聚酰胺展开剂 多采用混合系统 如苯 甲醇 9 1 等显色剂 在可见光 呈黄色 或紫外光下 有荧光 0 5 乙酸镁甲醇喷 90 加热5min 观察 2 PC展开剂 游离蒽醌 水饱和的有机层系统 如甲醇饱和的石油醚蒽苷 含水量较大的系统 如苯 丙酮 水 4 1 2 显色剂 0 5 乙酸镁甲醇溶液1 2 氢氧化钠溶液 5 5醌类化合物的结构研究 1 化学方法 锌粉干馏氧化反应甲基化反应乙酰化反应2 波谱分析 UVIRNMRMS3 实例 1 化学方法 1 锌粉干镏 羟基蒽醌与锌粉混合干馏 蒽醌取代基中的氧原子被还原除去而生成相应的母体烃类 用于确定母核类型 侧链的有无及某些取代基的位置 2 氧化反应 环上有羟基取代的蒽醌 不同氧化剂和不同的反应条件 生成不同的产物 有利于判断取代基的有无及位置 最常用的氧化剂是碱性KMnO4和CrO3 3 甲基化反应 判断羟基的数目及位置 难易顺序 醇OH 酚OH 酚OH COOH甲基化试剂 CH2N2 Et2O COOH 酚OH CHOCH2N2 Et2O MeOH COOH OH 2个 OH之一 CHO CH3 2SO4 K2CO3 丙酮 酚OH 酚OHCH3I Ag2O COOH 所有酚OH 醇 OH CHO 4 乙酰化反应 判断羟基的数目及位置 难易顺序 酚OH 酚OH 醇OH乙酰化试剂 CH3COCl CH3CO 2O CH3COOR CH3COOHCH3COCl HAc冷置 醇OH CH3CO 2O 短时间加热 醇OH 酚OH 长时间加热 醇OH 酚OH 2个 酚OH之一 CH3CO 2O 硼酸冷置 醇OH 酚OH CH3CO 2O 浓硫酸室温 醇OH 酚OH 酚OH CH3CO 2O 吡啶室温 醇OH 及 酚OH 烯醇式OH 2 波谱分析 1 UV苯醌 240nm 强峰 285nm 中强峰 400nm 弱峰 萘醌 245nm 251nm 257nm 335nm 蒽醌 由苯样结构 a 和醌样结构 b 引起 a 苯样252nm 强 322nm 中强 b 醌样272nm405nm 羟基蒽醌 第一峰230nm左右第二峰240 260nm 由苯样结构引起 第三峰262 295nm 由醌样结构引起 第四峰305 389nm 由苯样结构引起 第五峰400nm以上 由醌样结构中的羰基引起 规律 第一峰 随酚羟基数目增多而向红移 但与酚OH取代位置无关 1个 OH 222 5nm2个 OH 225nm3个 OH 230 2 5nm4个 OH 236nm第三峰 受 酚羟基影响 红移且强度增加 4 1 4 1则无 OH 第四峰 受供电基影响红移 在 位 强度降低 在 位 强度增加 第五峰 受 酚羟基影响 数目越多 红移越大 无 356 362 5 3 30 3 88 1个 OH 400 4202个 OH 420 440 1 5 430 450 1 8 470 500 1 4 3个 OH 485 5304个 OH 540 560 2 波谱分析 2 IR主要特征是C O C OH及苯环的吸收峰 如羟基蒽醌 C O 1675 1653cm 1 C OH 3600 3100cm 1 芳环 1600 1480cm 1 2 IR无取代基 1675cm 1 共轭体系 有取代基 供电基 波数减少 吸电基 波数增加 1个 OH 1675 1647和1637 1621cm 1 差24 38cm 12个 OH 1 4或1 5 1645 1608cm 1 1 8 1678 1661 强度低 和1626 1616cm 1 差40 57cm 13个 OH 1616 1592cm 14个 OH 1592 1572cm 1 与C C骨架振动频率重叠难以分辨 OH OH与羰基缔合 3150cm 1 多与不饱和C H伸缩振动频率相重叠 OH3600 3150cm 11个 OH3300 3390cm 1单峰多个 OH3600 3150cm 1数峰1480 1620cm 1 骨架 3100 3000cm 1 C H 2 波谱分析 3 1H NMR醌环质子 对苯醌 6 72 s 1 4 萘醌 6 95 s 芳环质子 1 4 萘醌 8 06 H 7 73 H 蒽醌 8 07 H 7 67 H H处于C O的负屏蔽区 位于较低场 H受C O影响小 3 1H NMR取代基质子及对芳环质子的影响 CH3 2 1 2 9 s 供电基 使相邻芳氢向 0 15ppm 间位芳氢 0 10 OCH3 4 0 4 5 s 供电基 使邻位及对位芳氢 0 45ppm CH2OH CH2 为4 6ppm 一般为单峰 与 OH偶合呈现双峰 OH为5 6ppm ArOH及 COOH OH约11 12ppm C O OH小于11ppm COOH同酚OH酚羟基为供电基 使邻位及对位芳氢 0 45ppm COOH为吸电基 使邻位芳氢 0 8ppm 2 波谱分析 4 13C NMR蒽醌萘醌 C 126 6126 2 C 134 3136 6C O 182 5184 6季C 132 9131 7CH 138 6 2 波谱分析 5 MS游离醌类 分子离子峰多为基峰 且出现强的M CO峰 M 2CO峰及较强的双电荷离子峰 醌苷用EI MS得不到分子离子峰 基峰常为苷元离子 5 MS对苯醌 1 4 萘醌 9 10 蒽醌 3 实例 1 从中药虎刺中分得一橙红色针晶 该化合物的HR MS给出M 270 0495 分子式为C15H10O5 其UV有5个吸收带 羟基蒽醌 IR有C O吸收峰及苯环特征吸收峰 均和羟基蒽醌类化合物相符 UV 第五峰的 max lg 为438nm 1 5或1 8 二羟基蒽醌 IR 1630 有缔合 说明为1 5 二羟基蒽醌 1HNMR 4 03 3H s OCH3 位置可能是2 3 4位 1HNMR 7 18 1H d J 8 4 和7 89 1H d J 8 4 为相邻芳氢信号 其中7 89是 H 7 13 1H d J 8 0Hz 7 67 1H t J 8 0Hz 7 8 1H d J 8 0Hz 三个芳香质子组成ABC系统 其中7 84是 H 以上表明蒽醌母核上有两个 H 有两个相邻芳氢 有三个连续芳H 由此可知 结构如下 3 实例 2 黄花中分得黄花蒽醌 黄色结晶 mp243 244 分子式C16H12O6 M 300 5 NaOH 深红色 提示为蒽醌化合物 Molish反应 阴性 提示为游离蒽醌 5 Na2CO3 溶解且显橙红色 提示有一个 OH 乙酸镁 橙红色 提示有环上有单 OH或间位二羟基 不可能为对位 紫色 或邻位二羟基 蓝紫 IR 3320 游离 OH 1655和1633 游离及缔合C O差22 1 OH 1HNMR 3 76 3H s OCH3 4 55 2H s CH2OH 7 22 1H d J 8 7 75 1H d J 8 7 61 1H m 提示有3个相邻芳H且经IR证实 750 800 8 15 1H s 提示为1个孤立芳H 去屏蔽 靠近C O 邻位不可能连接供电基OH或OCH3 10 5 1H s 为非缔合 OH质子 12 85 1H s 为缔合 OH质子 OH OH OCH3 CH2OH 3个相邻芳H 1个孤立芳H 分子式满足 基团 OH OH OCH3 CH2OH 3个相邻芳H 1个孤立芳H 乙酰化物的1HNMR提示有3个乙酰基 OH OH CH2OH 且4 55信号移至5 18 表明为 CH2OH 从生源角度 可能为C0 用合成产物证明 合成的乙酰化物与黄花蒽醌C0的乙酰化物的薄层色谱Rf值 IR一致 混合mp 也不下降 证明该化合物为C0 2 8 二羟基 1 甲氧基 3 羟甲基 9 10 蒽醌 13CNMR完全符合 5 5含醌类成分中药的实例 1 紫草2 丹参3 大黄4 决明子5 何首乌 1 紫草 1 化学成分 2 提取分离 2 丹参 1 化学成分丹参的主要化学成分为脂溶性成分和水溶性成分 脂溶性成分为菲醌衍生物 如丹参醌 A等 水溶性成分为丹参素等 2 丹参 2 理化性质