香豆素类化合物

天然产物化学 课课 程程 作作 业业 题目 香豆素类化合物 关键词 香豆素 结构 性质 制备 吸收代谢 应用 食品学院 2011 级研究生 农产品加工与储藏专业 香豆素类化合物香豆素类化合物 1 1 概述概述 1 11 1 香豆素研究概况香豆素研究概况 香豆素 cornn arin 是具有苯骈 a 吡喃酮母核的一类天然化合物的总称 在结构上可以看作是顺邻羟基桂皮酸失水而成的内酯 其具有芳甜香气的天然 产物 是药用植物的主要活性成分之一 在结构上应与异香豆素类 isacoumarin 相区分 异香豆素分子中虽也有苯并吡喃酮结构 但它可看做是 邻羧基苯乙烯醇所成的酯 如下分子结构图所示 顺式邻羟基桂皮酸 香豆素 异香豆素 香豆素类化合物可以游离态或成苷形式广泛的存在于植物界中 只有少数 来自于动物和微生物 其中以双子叶植物中的伞形科 Umbelliferae 芸香科 Rutaceae 和桑科 Moraceae 含量最多 其他在豆科 Leguminosae 木犀科 Oleaeeae 茄科 Solanaceae 菊科 Compositae 和兰科 Orchidaeeae 中也 较多 研究表明 香豆素类化合物具有明显的药理活性 如抗 HIV 抗癌 对 心血管的影响 抗炎及平滑肌松弛 抗凝血等 近年来 随着现代色谱和波潜技术的应用和发展 发现了不少新的结构类 型 如色原酮香豆素 chromonacoumarin 倍半萜类香豆素 sesquiterpenyl coumarin 以及 prenyl furocoumarin 型倍半萜衍生物等 此外 也发现某些 罕见的结构 如香豆素的硫酸酯 无含氧取代如 3 4 7 三甲基香豆素和四氧 取代的香豆素 在香豆素的多聚体上 尚发现混合型二聚体 如由香豆素与吖 啶酮 喹诺酮或萘醌等组成的二聚体 在分离和鉴定手段上 不少新方法 新技术近年也被应用 例如 超临界 流体被用于提取 多种制备型加压 低 中 高 和减压色潜被应用于分离 毛 细管电泳应用于分析 在结构鉴定上 2D NMR 被普遍采用及负离子质谱的使用 等 在合成上 近年也报道了不少更简便 得率更高的方法 包括某些一步合 成法 在生物活性上 近年也取得了不少进展 如分离得到一系列能抑制 HIV 1 逆转录酶的胡桐内酯类 calanolide 能显著扩张血管的凯林内酯 khellactone 类化合物 最近又发现某些香豆素能抑制 NO 合成和具有植物雌 激素活性等 不少香豆素类的构效关系也被进一步研究 1 21 2 香豆素结构类型香豆素结构类型 香豆素最早由 Vogel 于 1820 年报道从圭亚那的零陵香豆 tonka bean 即 黄香草木犀 Melilotus officinalis 中获得 香豆素名称就起源于零陵香豆 的加勒比词 coumarou 香豆素一般可分为四大类 简单香豆素 呋喃香豆素 吡喃香豆素和其他 香豆素类 1 2 1 简单香豆素类 简单香豆素类是指只在苯环上有取代基的香豆素 已知绝大部分的香豆素 在 C 7 都有含氧官能团存在 仅少数例外 故 7 羟基香豆素即伞形花内酯 umbelliferone 可认为是香豆素类的母体 香豆素母体在植物体内可来自苯丙氨酸 phenylalanine 或酪氨酸 tyrosinc 伞形花内酯的可能生源途径之一可表示如下 伞形花内酯中苯环的 C 5 C 6 C 8 位都可能有含氧基团取代 常见的为 羟基 甲氧基 亚甲二氧基 异戊烯氧基等 并可分为一氧 二氧 三氧 四 氧取代物 异戊烯基除接在氧上外 也可直接连在碳上 常见的简单香豆素列举如下 1 一氧取代 2 二氧取代 5 5 7 7 二二 O O 6 6 7 7 二二 O O 7 7 8 8 二二 O O 1 2 2 呋喃香豆素类 在 7 羟基香豆素的 6 位或 8 位有异戊烯基时 易与邻位酚羟基环合形成呋 喃环或吡喃环 前者为呋喃香豆素类 furancocoumarin 后者为吡喃香豆素类 R 基 伞形花内酯 umbelliferone H 赫尼亚林 herniarin Me 黄芋苷 skimmin gl u R1 R2 白柠檬素 limettin H H 九里香内酯 coumarrayin H 当归内酯 angelicone H R1 R2 七叶内酯 esculentin H H 东茛菪内酯 scopoletin Me H 东茛菪苷 scopolin Me glu 滨蒿内酯 scoparone Me Me R 瑞香内酯 daphnetin H Hydranngetin Me pyarnocoumarin 每类中因成环后与母体稠合的位置不同 又可再分成两种 如该环处于与香豆素母体同一直线上 称为线型 linear 如环处于香豆素母体 的折角线上 称之为角型 angular 1 2 2 1 6 7 呋喃骈香豆素类 补骨脂内酯是 6 7 呋喃骈香豆素即线型呋喃香豆素类的代表 故该类又称 补骨脂内酯型香豆素 在线型呋喃香豆素中的含氧基或异戊烯氧基常位于 C 5 和 C 8 位 例如 线型呋喃香豆素也可以未降解的二氢呋喃香豆素形式存在 1 2 2 2 7 8 呋喃骈香豆素类 白芷内酯又名异补骨脂内酯 isopsoralen 是角型的 7 8 呋喃骈香豆素 类的代表 故该类又称异补骨脂内酯香豆素 角型呋喃香豆素中的含氧基或异 戊烯氧基常位于 C 5 和 C 6 位 例如 角型呋喃香豆素同样也可以未降解的二氢呋喃香豆素存在 1 2 3 吡喃香豆素类 吡喃香豆素也有线型和角型两种 即 6 7 吡喃骈香豆素和 7 8 吡喃骈香豆 素 此外 也有少数在 5 6 位形成吡喃环或同时在 5 7 位和 7 8 位存在两个吡 R1 R2 白芷内酯 angelicin H H 6 羟基白芷内酯 heratonol H OH 6 甲氧基白芷内酯 sphondin H OMe 异香柑内酯 isobergapten OMe H 茴芹内酯 pimpinellin OMe OMe R1 R2 补骨脂内酯 psoralen H H 花椒毒酚 xanthotoxol H OH 香柑内酯 bergapten OMe H 花椒毒内酯 xanthotoxin H OMe 异茴芹内酯 isopimpinellin OMe OMe 欧前胡内酯 imperatorin H 异欧前胡内酯 isoimperatorin H 喃环 形成双吡喃骈香豆素 1 2 3 1 6 7 吡喃骈香豆素类 6 7 吡喃骈香豆素类以花椒内酯为代表 常见的化合物是在花椒内酯的 C 5 C 8 上连有含氧基或异戊烯基 例如 近年发现另一类吡喃香豆素 属五环含萜结构 以 bruceol 为代表 1 2 3 27 8 吡喃骈香豆素类 7 8 骈香豆素类以邪蒿内酯为代表 含氧基常见连于 C 5 或 C 6 上 例如 近年从前胡属植物根中分离得到一系列角型二氢吡喃骈香豆素化合物 它 们为凯林内酯 khellactone 的一酰化或二酰化衍生物 其中有的具有显著的 冠状动脉扩张作用 1 2 4 其他香豆素类 这是一类 吡喃酮环的 C 3 C 4 位上有取代基的香豆素 以及香豆素的二 聚体等 1 2 4 1 3 或 4 苯代衍生物 除 3 苯代和 4 苯代外 也有以 3 4 苯骈的结构存在 例如 R1 R2 花椒内酯 xanthyetin H H 美花椒内酯 xanthoxyletin OMe OH 鲁望菊内酯 luvangetin H OMe 枸橘内酯 poncitrin OMe R1 R2 邪蒿内酯 seselin H H 5 羟基邪蒿内酯 5 hydroxyseselin OH H 去甲布拉易林 norbraylin H OH 5 甲氧基邪蒿内酯 5 methoxyseselin OMe H 布拉易林 braylin H OMe 异甘草香豆素 胀果香豆素甲 isoglycycoumarin inflacoumarin A autumnariniol 1 2 4 2 4 氧代衍生物 4 氧代香豆素常以 OH 或 OMe 取代存在 4 氧代也可与 3 苯代同时存在于 结构中 4 羟基和 3 苯代两者尚能构成一类称为香豆草醚类 coumestan 化合 物 如最近我国学者张金生等从中药旱莲草中分离得到一系列蟛蜞菊内酯 wedelolactone 衍生物 其中包括新化合物异去甲蟛蜞菊内酯 蟛蜞菊内酯 wedelolactone R CH3 异去甲蟛蜞菊内酯 去甲蟛蜞菊内酯 demethywedelolactone R H isodemethywedelolactone 新生霉素 novobiocin 则是 4 7 二羟基香豆素的含 N 糖苷 为链霉菌的代 谢产物 用作抗菌素 4 OH 尚可与 3 位的异戊二烯单位链形成一类新的 prenyl furocoumarin 型倍 半萜衍生物 如最近从多伞阿魏中分离得到多种此类化合物 4 OH 也可在 3 4 位构成一类色原酮香豆素 如存在于远志属植物 Polygala fruticosa 中的 fruitnone A Poiygala fruticosa type sesquiterpenoid derivative fruitnone A 1 2 4 3 胡桐内酯类 胡桐内酯类 calanolide 是近年从藤黄科 Guttiferae 胡桐属 Calophyllum L 植 物中分离得到的一类香豆素 这是一类新的非核苷型 HIV I 逆转录酶抑制剂 其基本结构为 4 烷基 甲基或丙基 或苯基取代的双吡喃骈香豆素 胡桐属中这 类香豆素可分为三种类型 即偕二甲基可在 C 环 如 calanolide A 或在 D 环 如 pseudocordatolide C 或 D 环未成环 如 callophylloide 分自 Calophyllum lanigerum var austrocoriaceum 的 calanolide A 是该类活性结构的代表物 calanolide A pseudocordatolide C 海棠果内酯 Callophylloide 1 2 4 4二聚体类 Dicoumarol 是早在 1914 年就被发现具抗血小板聚集活性的双香豆素 其后 不少新二聚体相继被发现 既有简单香豆素之间相连 也有吡喃香豆素之间以 线一线型或线一角型相连 连接方式既可以是直接相连 也可以是通过氧 亚 甲基或某一结构单位相连 连接的位置也不尽相同 但较多的是一个香豆素的 C 8 与另一香豆素的 C 3 C 5 C 6 C 8 直接相连 也有如 dicoumarol 以 C 3 CH2 C 3 形式连接 1 31 3 香豆素理化性质香豆素理化性质 游离香豆素通常为结晶固体 具芳香气味 有一定熔点 能随水蒸气挥发 或升华 香豆素不溶或难溶于水 但可溶于石油醚 苯 乙醚 氯仿或乙醇等 溶剂中 1 3 1 荧光 荧光是香豆素的一个特有物理性质 在紫外光下 常显蓝色荧光 通过荧 光人们很易辨认出它们的存在 当 C 7 位引入羟基后 可使荧光增强 即使在 可见光下 也能观察到荧光 一般羟基香豆素遇碱后 荧光会加强 有的可使 荧光变色 7 羟基香豆素加碱后 荧光可从蓝色变绿色 一般非经基取代基或 dicoumarol 羚基醚化后 可使荧光减弱 并转为紫色 呋喃香豆素的荧光较弱 且在苯环 上具有两个烷氧基取代的呋喃香豆素自身带有黄色 在紫外光下可变为褐色 1 3 2与碱反应 1 3 2 1 内酯环的开裂 香豆素用热稀碱液处理 其内酯环可缓慢水解开裂 成为顺邻羟基桂皮酸 盐而溶解成黄色溶液 如再酸化 生成的游离顺邻羟基桂皮酸极不稳定 可闭 环重新内酯化 得到原来的香豆素 若香豆素长时间放置在碱液中 则顺式盐 可转变为反式盐 此时再酸化 就不再内酯化而可得稳定的反邻羟基桂皮酸 香豆素的内酯开环反应可用来与其他植物成分的分离 先使香豆素在碱液 中开环溶解 然后用乙醚提取除去其他成分后 再酸化使香豆素沉出 香豆素的 C 8 侧链的适当位置上如有羧基 环氧 双键等基团 就会阻碍 内酯环的恢复 从而得到的是邻羟基桂皮酸的衍生物 据此曾被用于结构研究 1 3 2 2 侧链酯基水解 处在苄基碳上的香豆素侧链酯基极不稳定 易被碱水解 例如 cis 凯林内酯二元酯 其 C 3 C 4 为顺式结构 碱水解时 处 于苄基的 4 酯基经水解后 可生成顺式和反式两种异构化的醇 而 C 3 酯基 在稀碱条件下可保留 这一反应对鉴定凯林内酯类香豆素的构型极为有用 1 3 3 与酸反应 香豆素受酸作用 可进行多种反应 包括醚键开裂 环化 烯键水化 羟 基脱水 环氧开裂 酯基消去等 1 3 3 1 烯丙基醚的开裂 不少香豆素常含有异戊烯基 prenyl 或法呢基 farnesyl 等成醚结构 其 中均存在烯丙基醚部分 当在温和的酸性条件下 短时微热 就能水解成酚羟 基 1 3 3 2 烯键水化 在酸催化下 香豆素分子侧链中的双键可被水化 导入羟基 例如 高毒 性的黄曲霉素 B1经酸催化加水可生成低毒性的黄曲霉素 B2 这一反应提示酸处 理有可能是被污染食品去毒的一种方法 2 2 香豆素的生成与鉴定香豆素的生成与鉴定 2 12 1 植物资源中香豆素的提取与纯化植物资源中香豆素的提取与纯化 2 1 1 提取 石油醚对大多数含氧香豆素的溶解性并不好 但可用以除去其他脂溶性成 分 对以后的处理十分有用 乙醚虽可溶解多数香豆素 但能溶出其他脂溶性成分也多 特别当用叶为 原料时 则常与叶绿素 蜡质等混溶在一起 W Steck 和 B K Bailey 曾报道一 个除去叶绿素等脂溶性成分的有效方法 例如 圆当归的新鲜叶子中含有众多 呋喃香豆素 它们常与叶绿素等混溶于沸甲醇中 此时 可将其滤液调节成 60 甲 醇水溶液 用正己烷洗涤两次以除去叶绿素和其他脂溶性物质 正己烷洗液可 用 60 甲醇水液反萃取一次 并入所要的甲醇液中 浓缩甲醇水溶液 然后用 乙醚萃取 即可回收得香豆素 也有在开始时不先除去脂类和蜡 而是将含香豆素的植物原料用丙酮提取 提取液浓缩至原体积的 1 3 过滤除去析出的焦油 丙酮蒸于后 残渣溶于氯仿 上柱分离 此时可先用己烷洗脱以除去脂类和蜡 2 1 2 分离纯化 香豆素的分离纯化方法 可分为两大类 一类是经典法 另一类是目前常 用的色谱法 2 1 2 1 经典分离法 1 内酯分离 内酯分离 lacton separation 是早期分离香豆素的一个常用方法 通过香豆素 的内酯环在碱性条件下能够水解开环 酸化后又能闭环的特性而与其他成分分 开 此法简单易行 缺点是某些结构的香豆素可阻碍内酯环的恢复或闭环时会 发生异构化 2 分步结晶 分步结晶 fractional crystallizartion 是早期曾被广泛应用的分离手段 可单 独使用也可结合分步沉淀 fractional precipitation 进行 由于大多氧代香豆素在 石油醚中的低溶解度 因此在香豆素的乙醚萃取液中 逐步加人石油醚 可使 不同溶解度的香豆素分步沉出 3 真空升华和水蒸气蒸馏 对于耐热稳定的香豆素 高真空升华是一种简便的纯化方法 但需注意加 热有可能会诱导分子重排或降解 例如 受热可导致某些香豆素分子中的异戊 烯氧基长链失去而形成酚羟基 水蒸气蒸馏也曾被用来分离某些相对不稳定易 分解的酚性香豆素 例如 花椒内酯就是利用水蒸气蒸馏与其他香豆素成分分 开 2 1 2 2 色谱分离法 色谱是目前应用于香豆素的一种最普遍而有效的分离和纯化手段 其中以 柱色谱和薄层色谱用得最多 通常几种色谱手段的配合或反复使用 往往能取 得分离和纯化的较好效果 1 吸附剂的选择 由于香豆素结构易变 故对柱色谱的几种常用吸附剂应有所选择 碱性氧化铝常会使香豆素分子发生降解 故必须慎用 一般酸洗过氧化 铝和中性氧化铝分离效果较好 但酸性氧化铝对羟基香豆素吸附力很强 有时 难以洗脱 硅胶是目前使用最普遍的吸附剂 常用的混合洗脱剂有己烷一乙醚 己 烷 EtOAc 石油醚 EtOAc 石油醚 Me2CO 等 近年不少新化合物都是利 用硅胶柱色谱为主分离得到 应注意硅胶的酸性可使某些具有邻二醇基侧链的 香豆素产生频哪醇 频哪酮 pinacol pinacolone 重排 从而形成次生产物 其他用于柱色谱吸附剂尚有聚酰胺 活性炭 十八烷化硅胶 Sephadex LH 20 及大孔树脂等 它们也常与硅胶柱配合使用 Sephadex LH 20 作为分子 排阻色谱 常用于最终产物的纯化 例如 两者原难以分离的蟛蜞菊内酯和去 甲蟛蜞菊内醋即利用 Sephadex LH 20 才分离成功 2 不同色谱方法的配合使用 近年使用不同压力下的制备性液相色谱如 flash 色谱 LPLC MPLC 和 HPLC 等对结构相近的香豆素的分离和纯化起了很大作用 分析型 HPLC 是发 现微量香豆素的一个极为有效的手段 此外 近年发展的毛细管电泳法也已用 于香豆素的分析 减压液相色谱 VLC 常用于植物粗提物的初步分离 例如 从芸香属植物 Eriostemon myoporoides 中分离得到 7 个新的倍半萜型香豆素就是先经硅胶 VLC 粗分然后再经离心 P TLC 细分而得 香豆素的薄层色谱 TLC 展开剂常用的有 EtOAc 己烷 EtOAc CHCl3等 其斑点可在 UV 下观察荧光 P TLC 常用于对己烷部分分离的香豆素做进一步 分离 CTLC 和 OPLC 在香豆素分离中 既可以其为主 也可配合其他色谱使 用 2 22 2 人工化学合成香豆素人工化学合成香豆素 合成香豆素的关键步骤是形成吡喃酮环 方法上可以先制备好所需取代基 的酚再构成吡喃酮环 也可以先制成香豆素母核 然后进一步修饰 2 2 1简单香豆素的合成 吡喃酮环的经典合成反应主要有 Perkin 反应和 Pechmann 缩合反应 Perkin 反应由邻羟基苯甲醛与乙酐和乙酸钠在 180 下加热 可生成吡喃酮环而得香 豆素母核 此法的缺点是得率很低 Pechmann 反应则避免采用邻经基苯甲醛为原料 如 7 羟基香豆素可由间苯 二酚与苹果酸经硫酸在 120 加热而得 此法缺点是不少酚类不起这一反应 呋喃香豆素类也不能用此法制取 因为呋喃环对酸过于敏感 近年来 已报道了不少改进简单香豆素的合成方法来提高生产率 如 Ishii 等将 4 甲氧基水杨醛与 H3P CH2 CO OC2H5在氩气下于二乙基苯胺中回流加热 15 min 即可得产率高达 95 2 的 7 甲氧基香豆素 如用水杨醛为原料 同样反 应回流 4h 所得香豆素的 89 2 产率也大大超过上述 Perkin 法 43 3 的产率 Pakinkar 等则报道一些天然香豆素的一步合成法 此方法的机理是将一个 所需结构的酚类在多磷酸 polyphosphoric acid PPA 溶液中使其邻 对位碳连 到对甲氧基桂皮酸侧链的双键碳上 环化形成香豆素的内酯骨架后 再脱去原 来酸中的甲氧基苯 2 2 2 呋喃香豆素的合成 呋喃香豆素的合成方法很多 常用的是以 7 羟基香豆素或其衍生物按生源 途径进行侧链环化 如 7 羟基 8 烯丙基香豆素经臭氧化成邻羟基苯乙醛结构 85 再在多磷酸 PPA 中经 100 加热 10 min 即可定量地得到白芷内酯 补骨脂内酯可相似地从 7 羟基 6 烯丙基香豆素为原料按上法合成 有关补 骨脂内酯及其类似物的各种合成法已有 E Bisagni 进行了综述 2 2 3 吡喃香豆素的合成 邪篙内醋的合成 可将 7 羟基香豆素先与 2 一氯一 2 一甲基丁一 3 一炔形 成 1 1 一二甲基炔丙基醚结构 88 然后在 N N 一二乙基苯胺中回流经重排得 到邪篙内酯 85 线型吡喃香豆素如构桔内酯的合成可由含有苯二氢吡喃 4 酮 chromanone 结构的香豆素经硼氢化钠还原 所得的醇再在新鲜熔融的硫酸氢钾中经升华脱 水而成 2 2 4 其他香豆素的合成 近年来 不少具有生理活性的天然香豆素被人工合成 如具有抗 HIV 活性 的 calacrolide A 的合成研究已有不少报道 包括 calanolide A 的全合成及其 光学活性物的合成 我国学者林国强等则首次合成光学活性的双香豆素 和 isokotanin A 徐嵩等基于香豆素类化合物能抑制某些癌细胞 采用药物并合原 理 设计以香豆素为母体 合成一系列取代于 C 6 或 C 7 的具有第三代维甲结 构 二苯乙烯结构 的新香豆素 又如最近报道合成了一系列新的 3 溴 4 甲基 7 甲氧基 8 氨基香豆素的衍生物 用于体外抗肿瘤活性的筛选等 2 32 3 香豆素的波谱鉴定香豆素的波谱鉴定 结构已知的香豆素常可利用色谱分析数据 经与标准品对照即可确定 特 别是目前色谱与波谱联用技术的发展 如 LC UV MS 等在线分析 无需分离得 到纯品即可检出 对未知新化合物目前仍需离线分离取得一定量的样品 以便 进行结构鉴定和活性测试 无论是在线或离线 波谱手段仍然是当前鉴定香豆 素最有力的工具 2 3 1 紫外光谱 香豆素的紫外光谱 UV 很容易与色酮 chromone 的相区别 尽管两者差 别仅碳基在吡喃酮环上的位置不同 但色酮的 max 一般在 240 250 nm lg 3 8 呈强吸收 而香豆素在这一区域却吸收最弱 2 3 1 1 简单香豆素 1 烷基取代 一般甲基引人香豆素后对香豆素的最大吸收波长的位移影响很小 但不同 取代位置仍有差别 表 2 1 表 2 1 香豆素结构苯环吸收 max lg nm吡喃酮环吸收 max lg nm 274 4 03 不变 红移 311 3 72 稍微蓝移 不变 香豆素母核 3 Me 取代 5 7 8 Me 取代 长链烷基 本身无发色性质 取代 无明显变化 2 氧代基团 绝大部分香豆素在 C 7 都带有氧取代基 一般在香豆素母核中引羟基会使 主要吸收带红移 移动后的新吸收带的位置取决于该羟基与发色系统共扼能力 的大小 表 2 2 表 2 2 香豆素结构 max lg nm 7 OH 7 OMe 7 D glucosyloxy 5 7 二 O 7 8 二 O 6 7 二 O 5 6 7 三 O 6 7 8 三 O 217 和 315 330 4 2 240 和 255 3 5 肩或弱峰 吸收类似 7 O 取代 但 250 270 3 8 3 9 与之相比稍强 230 和 340 350 呈两个最大吸收 260 和 300 3 7 3 8 两个强度几相等 325 330 呈最大吸收 潜图与 5 7 二 O 相近 335 350 呈最大吸收 漪图与 6 7 二 0 十分近似 3 诊断试剂 4 5 或 7 羟基香豆素成盐后 其酚氧离子可与吡喃酮的羰基形成电子离 域 故在碱性介质中 其 UV 谱的最大吸收将明显红移 且强度增加 如 7 羟 基香豆素 其长波带可从 325nm lg 4 15 移至 372nm lg 4 37 而 6 和 g 羟基香豆素在碱性中虽也红移 但强度下降 如碱性试剂改用乙酸钠 由于乙酸钠为弱碱 只能使酸性较强的羟基 5 OH 7 IH 离子化 如 7 羟基 6 甲氧基香豆素的 max 可从 344nm 移至 391nm 且强度增加 而 6 羟基 7 甲氧基香豆素的 max 则从 347nm 仅移至 350nm 几 乎不变 且强度明显下降 谱带位移也可应用其他无机试剂作结构诊断 如氯化铝可与邻二羟基香豆 素络合而形成大小不等的红移 7 8 一二羟基香豆素瑞香内醋仅红移 7nm 而 6 7 一二羟基香豆素七叶内酯可红移达 28nm 从而可与 5 7 二羟基香豆素相区别 2 3 1 2 呋喃香豆素 线型呋喃香豆素补骨脂内酚的紫外光谱可显示四个吸收区 max lg 为 205 225nm 4 06 4 45 260 270nm 4 18 4 26 和 298 316nm 3 85 4 13 它很易与角型呋喃香豆素白芷内醋相区别 因在线型系统中的特征吸收 242 245nm 和 260 270nm 在角型中就不存在 补骨脂内酯的 C 5 或 C 8 单氧取代物 彼此也可经 UV 区别 前者在 268 nm 的吸收峰 在后者就不存在 前者在 310 nm 的吸收 在后者则出现在 300 nm 2 3 2 红外光谱 香豆素的几个常用的红外吸收频率如下 2 3 2 1 C H 伸缩振动 在呋喃香豆素的 3025 3175 cm 1区内 可见两个或二个弱至中等强度的吸 收带 可归属于吡喃酮 苯 呋喃环的 C H 伸缩振动 2 3 2 2 C O 伸缩振动 香豆素与色酮这两类化合物可用 C O 伸缩振动加以区分 前者在 1700 1750cm 1 后者则在 1650cm 1 香豆素中吡喃酮羰基的伸缩振动一般在 1700 1750 cm 1 其实际数值很 大程度上取决于测定条件 在 CCl4中为 1742 1748 cm 1 在 CHCl3中为 1735 1737 cm 1 如制成糊 膜 片 则为 1720 cm 1 补骨脂内酯的 C 5 连有 OR 其 C O 吸收 石蜡糊中 高于 1720cm 1 如 C 8 连有 OR 则低于 1720 cm 1 吡喃香豆素的 C O 在 1717 1730 cm 1显示一强吸收带 而二氢吡喃香豆 素则移至 1735 1750 cm 1 7 O 或 6 O 香豆素苷的 C O 吸收一般低于 1700 cm 1 吡喃酮 C O 的伸缩振动可因形成分子内氢键而移动 如 3 芳基香豆素 在芳基的 C 2 上存在游离 OH 可与 C O 形成内氢键而使 C O 吸收处在 1600 1680 cm 1 双香豆素 dicoumarol 的 C O 处于 1660 cm 1也可归因于分子 的两半之间存在较强的分子内氢键 2 3 2 3 C C 骨架振动 香豆素一般在 1600 1660 cm 1区域内有三个强吸收带 可与色酮相区别 因后者的吸收一般简单得多 呋喃香豆素除有 1540 和 1600 cm 1的芳香吸收带外 在 1613 1639cm 1区 内的一个强而尖锐的吸收可归因于呋喃环的 C C 伸缩振动 2 3 2 4 其他吸收 呋喃香豆素在 1088 1109cm 1和 1253 1274 cm 1区内的两个吸收带是呋喃 环的特征 C O 伸缩振动 而在 740 760 和 870 885 cm 1区内的带则分别归于呋 喃 C H 键的面内和面外的弯曲振动 IR 也可用以区分香豆素中所含 2 羟基异 丙基二氢呋喃和 3 羟基 2 2 二甲基二氢吡喃这两种异构体 前者叔醇羟基的 弯曲振动和 C O 的伸缩振动分别在 1410cm 1和 1149 cm 1 后者仲醇羟基的相 应峰则在 1295 cm 1 和 1090 cm 1 2 3 3 核磁共振谱 核磁共振谱是目前鉴定香豆素结构最有效的工具 不少解析规律已被归纳 总结 2 3 3 1 1H NMR 1 环上质子 H 3 和 H 4 的化学位移 和偶合常数 J i 在 CDCL3中的 6 1 6 4 和 7 5 8 3 的一对 d 峰 J 9 5Hz 分别提示为吡喃 酮环上的 H 3 和 H 4 如溶剂为 DMSO d6 则 H 3 和 H 4 的 分别为 7 8 8 1 和 8 1 8 3 与其他芳 H 的 值相比 一般 H 3 处最高场 而 H 4 处最低场 ii 绝大部分天然香豆素的 C 7 具有氧代基团 可使 H 3 高场位移 0 17ppm 这是由于氧代基团释放电子 导致 C 3 电子密度增加 H 3 受屏蔽之故 如 C 5 氧代 虽也有类似效应 但较弱 因电子释放形成的邻醌型电荷分 布不及 C 7 氧代形成的对醌型为稳定 iii C 5 无氧代基团 则 H 4 一般处于 7 5 7 9 范围 如 C 5 有氧代基团或烷 基取代 则 H 4 因迫位 peri 效应而低场位移 0 3 ppm H 5 H 6 和 H 8 的化学位移 和偶合常数 J i 对 7 O 代香豆素 H 5 和 H 6 因邻位偶合 按理应为一对 d 峰 但由于 H 6 尚与 H 8 存在间位偶合 加上两者的化学位移相近 信号往往重叠 故 实际上一般 H 5 为 7 38 1H 的 d 峰 J 9Hz 处于较低场 而 H 6 和 H 8 为 6 87 2H 的 m 峰 处于较高场 苯环上的这三个芳 H 信号常处于 H 3 最高场 和 H 4 最低场 这一组 d 峰信号之间 ii H 5 被氧代 H 6 与 H 8 可形成一对 J 2Hz 的 d 峰 如 d 峰中任一氢被碳 取代 则另一质子信号就变为单峰 由于 H 6 与 H 8 的化学位移相近 一 般单从 值往往难以区分 但仔细观察 可看到 H 8 尚与 H 4 存在着 J 0 6 1 0Hz 的远程偶合 iii 当 C 8 存在 R 或 OR 基 则 H 6 与 H 8 无间位偶合 可见 H 5 和 H 6 为 一对 d 峰 J 9 0Hz H 5 处于较低场 7 3 H 6 处于较高场 6 8 iv 7 O 6 R 二取代香豆素的氢谱易与 7 O 8 R 取代的相区别 前者的 H 5 和 H 8 分别为 7 2 和 6 7 的单峰 而后者 则 H 5 和 H 6 形成一对 d 峰 2 环上取代基 天然香豆素中环上取代侧链最常见除甲基 乙基外 就是异戊烯基及其衍 生物 它们可直接连于芳环或经氧形成醚键 常见的氢谱数据如下 Ar 一 Me 2 45 2 75 Ar 一 OMe 3 8 4 4 异戊烯基 3 甲基 丁 2 烯基 2Me 不等价 1 6 1 9 s 也可能因烯丙偶合 其中一个或两 个 Me 显示 J 1Hz 的裂分 CH 5 1 5 7 t br J 7Hz Ar CH2 3 3 3 8 2H d J 7Hz Ar O CH2 4 3 5 0 2H d J 7Hz 1 1 二甲基烯丙基 2Me 1 5 6H s CH2 5 1 2H m CH 6 25 1H dd J 18 10Hz 2 3 二羟基异戊基 Me Ha Hb Hc 1 1 1 3 s 3 3 5 0 dd 2 4 3 5 dd dd 1 2 3 三羟基异戊基 Me Ha Hb 1 1 1 4 s 3 0 3 8 dd 5 0 5 5 1 2 threo d J 6 5 8 0Hz 1 2 erythro s br 3 呋喃香豆素和吡喃香豆素 未取代的呋喃环易通过 H 2 和 H 3 的一对烯质子的 d 峰 J 2 5Hz 来 识别 一般 H 2 的 为 7 5 7 7 H 3 的 为 6 7 线型 或 7 0 角型 H 3 的 d 峰常因存在五键的远程偶合 J 1Hz 而加宽 在线型中 H 3 是与 H 8 远程偶合 在角型中 H 3 是与 H 6 远程偶合 吡喃环中 C 2 上的两个同碳 Me 形成一个 1 45 的 6H 单峰 C 3 和 C 4 上的两个烯质子呈一对 d 峰 J 10Hz H 3 中心为 5 3 5 8 H 4 中心为 6 3 6 9 4 二氢呋喃香豆素和二氢吡喃香豆素 区别羟基异丙基二氢呋喃结构 1 和羟基二甲基二氢吡喃结构 2 是鉴定天然 香豆素中常会遇到的问题 在结构 1 中 H 3 亚甲基和 H 2 次甲基组成了 A2X 系统 给出了很易判断 的 2H 的 d 峰和 1H t 峰 在二氢吡喃结构 2 中 H 4 亚甲基和 H 3 次甲基则 构成 ABX 系统 表现为 2Hm 峰和 1Ht 峰 1 和 2 中的羟基经乙酰化后 仲醇易反应 两者的次甲基质子信号都向低场 位移 对 1 H 2 位移 0 25PPm 对 2 H 3 位移可达 1 2 ppm 可用以区别 这两种不同的羟基 此外 利用 DMSO 为溶剂 由于溶剂的强氢键缔合 降低 了羟基质子的交换速率 因此 2 中的仲羟基可因与 H 3 的偶合而显 d 峰 而 1 中的叔羟基则为单峰 5 远程偶合 5J 偶合 除补骨脂内酯的 H 3 与 H 8 间以及白芷内酯的 H 3 与 H 6 间存在远程偶合外 H 4 与 H 8 间也存在 5J 0 4 0 8Hz 的远程偶合 这一偶 合在低兆周核磁共振谱中 可见 H 4 的 d 峰高度比 H 3 的有所下降 4J 偶合 线型二氢呋喃香豆素中的 H 3 和线型二氢吡喃香豆素中的 H 4 均属苄基质子 它们均能与 H 5 存在 4J 的远程偶合 这种4J 远程偶合也 可被利用对某些香豆素的结构鉴定 例如 从 thamnosmin 的 H 谱中 可见 7 23 的 H 5 信号相当宽 提示存在着某种远程偶合 当照射 H 5 去偶 4 07 的 dd 峰变为 d 峰 J 2 0 Hz 提示环氧上的两个质子处于反式 被去偶的苄基 质子与 H 5 之间存在 4J 0 65 的远程偶合 thamnosmin 6 NOE 利用 NOE 可证明香豆素中某些不饱和侧链的几何异构 例如 利用 NOE 鉴定 murralongin 侧链中双键的立体构型 当照射 2 42 的苄基甲基 使 之饱和 可见在 10 24 的醛基质子信号强度增加 25 30 从而证明醛基质 子与苄基甲基空间靠近 即双键的两个 Me 处于反式 此外 两个 Me 与 7 位 OMe 均无 NOE 进一步表明共扼的醛基侧链系统与香豆素环不处于共平面 murralongin NOE 对苯环四取代的香豆素的结构鉴定特别有用 例如 利用 NOE 确定枸橘内酯中 OMe 所在位置 当照射 3 82 的 OMe 使之饱和后 可见吡喃 酮环上的 H 4 和吡喃环上的 H 4 的信号强度分别增加 9 和 13 表明 OMe 必靠近 H 4 和 H 4 而应位于 C 5 同时进一步证明吡喃环为线型稠合 枸橘内酯 2 3 3 2 13C NMR 1 香豆素母核的 13C NMR 及其一般取代反应 香豆素分子骨架共有 9 个碳原子 均为 sp2杂化 其 13C NMR 的化学位移 在 l00 160ppm 区域内 其中 C 2 和 C 9 因受共扼或超共扼效应的影响而偏在 低场 表 2 3 香豆素母核各碳的 值 CDCL3 C 2 160 4 3 116 4 4 143 6 5 128 1 6 124 4 7 131 8 8 131 8 9 153 9 10 118 8 对大多数香豆素 羰基碳 C 2 的占值几乎相同 都在 160 ppm 左右 当苯 环 H 被 OH 或 OMe 取代后 新形成的季碳信号将向低场位移约 30 ppm 而其 邻位和对位碳信号则高场位移分别为 13 和 8ppm 间位碳一般影响较小 特 别是 Me 和 COOH 取代 间位影响几可忽略 以 7 羟基香豆素为例见表 2 4 表 2 4 7 羟基香豆素各碳的 值 DMSO d6 C 2 160 7 3 111 5 4 144 3 5 129 6 6 113 3 7 161 6 8 102 5 9 155 7 10 111 5 将 7 OH 香豆素的碳谱与香豆素相比 可见 7 OH 的邻 对和间位的 c基 本符合上述的一般规律 2 取代基效应的经验规律 Mikhova 等曾报道了各种单取代香豆素的取代基效应 substituent chemical shift SCS 如香豆素分子中存在一个以上取代基时 可按各个基的 SCS 进行 加和 如取代基之间存在分子内的相互作用 则尚需考虑非加和性效应 non additivity effect NA 根据 NA 参数 exp cal 可调整计算所得的加和值 从 而来验证实验值 SCS 和 NA 的具体值可参阅相关文献 3 呋喃香豆素和吡喃香豆素的 13C NMR 以补骨脂内酚和邪篙内酯的碳谱数据为例 线型与角型的差别主要可见于 表 2 5 和表 2 6 中 C 6 和 C 8 的变化 据此不难加以鉴别 补骨脂内酯 线型呋喃香豆素 邪篙内酯 角型吡 喃香豆素 孙汉董等曾报道以补骨脂内酯的 c 值为基数 总结了 C 5 或 C 8 单烷氧基 取代和 C 5 8 二烷氧基取代这三类衍生物的取代效应 结果可供参考 2 3 3 3 2D NMR 在香豆素结构鉴定中的应用 除 1D NMR 外 2D NMR 目前已广泛被应用于鉴定某些结构较复杂的或新 颖结构的香豆素 如从中药白花前胡 Peucedanum praeruptorum Dunn 及最近从 表 2 5 C C 2 161 1 8 99 6 3 114 7 9 152 2 4 144 2 10 115 6 5 120 0 2 147 0 6 125 0 3 106 6 7 156 6 表 2 6 C C 2 160 4 8 108 8 3 112 2 9 149 8 4 143 5 10 112 2 5 127 5 2 77 2 6 114 6 3 130 4 7 155 9 4 113 1 刺异叶花椒 Zanthoxylum dimorphophyllum Hems1 var spinifolium Rehd Et Wils 和 云南羌活 Pleurospermum rivulorum Diels 中分离得到的新香豆素 其结构都 是通过 2D NMR 来完成的 2D NMR 也曾用于研究某些香豆素立体构型的碳谱规律 例如 孔令义等 曾利用 2D NMR 对凯林内酯酰物中 C 3 和 C 4 相对构型进行研究 确切地归 属了 C 2 上两个角甲基的 c 值 修正了以前文献报道的数据 从而据此可推 定 C 3 和 C 4 的相对构型 由于顺式凯林内酯双酰化物具有拮抗钙离子活性 而反式无效 故确定 C 3 和 C 4 的相对构型在理论研究和寻找抗心血管疾病 新药上均具有现实意义 2 3 4 质谱 2 3 4 1 简单香豆素 香豆素母核经 EI MS 可得一强分子离子峰 随后失去 CO 成为苯骈呋 喃离子的基峰 因此吡喃酮环失羰基已成为大多香豆素的质谱特征 m z 146 76 m z 118 100 m z 90 43 m z 89 35 7 羟基香豆素的裂解方式基本上与香豆素母核类似 仅多了一个失 CO 的碎片 7 甲氧基香豆素则以分子离子峰为基峰 失 CO 的离子仍以强峰存在 但 接着失去 CH3游离基形成共轭的氧鎓离子 oxonium ion m z 133 可因醌式结构而 稳定化 m z 176 100 m z 148 82 m z 133 83 2 3 4 2 呋喃香豆素和吡喃香豆素 呋喃香豆素中呋喃环的存在不会改变简单香豆素的基本裂解过程 即仍 然易从吡喃酮中失去 CO 但对甲氧基呋喃香豆素例如花椒毒内酯则首先是失 去一个甲基游离基形成一个共扼的氧鎓离子 随后再失 CO m z 216 100 m z 201 22 m z 173 56 在吡喃香豆素如邪篙内酯质谱中 则主要是失去吡喃环上的一个甲基游 离基 形成一个稳定的苯骈吡喃鎓离子 benzopyrylium ion 并通常成为基峰 m z 228 15 m z 213 100 m z 185 19 2 3 4 3 二氢呋喃香豆素和二氢吡喃香豆素 二氢呋喃香豆素以 columbianetin 为例 分子离子首先通过一个氢原子 的重排失去二氢呋喃环上的羟基化侧链即丙酮分子而得碎片离子 m z 188 然后 再失去一个氢原子成为高度稳定的 m z 187 的基峰离子 开裂所得的 m z 为 59 的丙酮质子化离子也可作为此类香豆素的特征 m z 246 50 m z 188 85 m z 187 100 二氢吡喃香豆素以 lomatin 为例 二氢吡喃环的开裂可首先失去两个甲 基和环上两个碳原子并转移两个氢原子后 得到 m z 176 的基峰离子 然后再 失一个氢原子而成稳定的 m lz 175 离子 此离子也可从分子离子直接形成 m z 246 35 m z 176 100 m z 175 68 3 3 香豆素的代谢与功效香豆素的代谢与功效 3 13 1 香豆素的吸收和代谢香豆素的吸收和代谢 药物的体内过程包括吸收 分布 代谢 排泄等方面 其中吸收和代谢是 药物体内过程中两个重要的步骤 吸收是药物产生体内活性的先决条件 是整 个体内过程的源头和起点 药物在体内的代谢无处不在 其活性和毒性往往与 代谢产物密切相关 国外几十年来的药物研究与开发实践证明了吸收和代谢在 药物发现中的重要性 游离香豆素类化合物具有较大的疏水性 可以通过被动扩散透过生物膜而 易于在肠道吸收 而其苷类化合物由于接有糖基 亲水性较强 故不易被吸收 香豆素化合物的代谢途径主要包括 7 羟化 内酯环开环转化生成 C6 C3型化合 物和 3 羟化 等 且发生羟化反应后由于羟基的存在 易于和葡萄糖醛酸和 硫酸结合而排出体外 可见香豆素类化合物由于其母体结构中氧原沂由于耦合 双键的作用而具有较强的反应性 以及各取代基所接的官能团不同 导致此类 化合物的代谢途径可能不同 3 1 1 香豆素类化合物的吸收特征 3 1 1 1 游离香豆素化合物的吸收 肠道尤其是小肠是绝大多数药物吸收的场所 游离香豆素类化合物具有较 大的疏水性 可以通过被动扩散透过生物膜而在肠道吸收 3 1 1 2香豆素苷化合物的吸收 香豆素苷类化合物由于接有糖基 亲水性较强 故不易被吸收 杨秀伟等 采用 Caco 2 细胞模型研究了多个香豆素苷成分的吸收特性 紫花前胡苷 前胡 苷 V 羌活苷和佛手酚 O D 葡萄糖苷在一定浓度范围的转运速率与浓度呈 正相关 跨膜转运方式均以被动扩散为主 Papp与在 Caco 2 细胞模型上呈难吸 收的阳性对照药阿替洛尔的一致 均属难吸收类化合物 推测可能与化合物的 极性和分少大小相关 3 1 2 天然香豆素类化合物的代谢特征 3 1 2 1 香豆素的代谢 口服后 香豆素在胃肠道中很快被吸收并在体内分布 香豆素在各类物种 体内都能被广泛的代谢 少许以原形排泄 香豆素代谢时 C 3 4 5 6 7 和 8 易被羟化生成相应的羟基香豆素 通过开酯环生成各种代谢产物 包 括 o HPA o HPE o HPAA 和 o HPLA 还可反应生成 6 7 d H C o CA o HPPA 等多种代谢产物 如图 1 香豆素的代谢途径主要包括 7 羟化 内酯环开环 可能还存在 3 羟化 途径 3 4 环氧化物是一个中间产物 遇 水很快降解 半衰期近 4 s 释放 CO2形成 o HPA 一种大鼠和小鼠肝微体的主 要代谢产物 图 1 香豆素代谢途径和代谢产物 3 1 2 2 其他香豆素类化合物的代谢 于治国等研究了大鼠单剂量灌胃给药 6 7 二甲氧基香豆素后各生物样品中 主要代谢产物 大鼠口服 6 7 二甲氧基香豆素后 在胆汁中存在 2 个主要代谢 产物 M1 和 M2 在血样和尿样中则以 M1 为主 而在粪样中未检出 M1 和 M2 的含量占生物样品中代谢物总量的 80 以上 推测 6 7 二甲氧基香豆素在 大鼠体内的 2 个主要代谢产物 M1 和 M2 为 6 7 二甲氧基香豆素经水解脱甲基 生成的羟基化合物 均以硫酸酯结合物形式存在 且互为同分异构体 Yuan 等研究了香豆素化合物甲氧基欧芹素肝微粒中的代谢情况 采用 LC MS MS 鉴定了 5 种代谢产物