沈阳药科大学天然药物化学——醌类化合物

1、1基本内容基本内容v醌类化合物的基本结构类型（如苯醌、萘酯、菲醌及蒽醌类化合物的基本结构类型（如苯醌、萘酯、菲醌及蒽 醌）、结构及常见的取代基图式。醌）、结构及常见的取代基图式。v重要物理化学性质及其在提取分离与结构测定中的意义重要物理化学性质及其在提取分离与结构测定中的意义v化学性质：酸性强弱与取代基位置的关系，以及重要的呈化学性质：酸性强弱与取代基位置的关系，以及重要的呈 色反应，如色反应，如FeiglFeigl反应、反应、BormtragerBormtrager反应、醋酸镁反应等。反应、醋酸镁反应等。v醌类化合物的提取分离方法。醌类化合物的提取分离方法。v醌类衍生物的波谱特征及结构测定。

2、醌类衍生物的波谱特征及结构测定。2基本要求基本要求v掌握掌握醌类化合物结构，影响酸性大小的规律和鉴醌类化合物结构，影响酸性大小的规律和鉴 别方法。别方法。v熟悉熟悉pHpH梯度萃取的原理和方法。梯度萃取的原理和方法。v了解了解蒽醌类化合物谱学特征。蒽醌类化合物谱学特征。34 醌类化合物：醌类化合物：是存在于自然界中一类分子内具有是存在于自然界中一类分子内具有不饱和环二酮结构（醌式结构）或容易转变成这不饱和环二酮结构（醌式结构）或容易转变成这样结构的化合物总称。样结构的化合物总称。 分类：分类：按芳环的数目、骈合情况，分四类。按芳环的数目、骈合情况，分四类。 即：苯醌、萘醌、菲醌和蒽醌。即：苯醌

3、、萘醌、菲醌和蒽醌。第一节第一节 结构类型（结构类型（Types of Structure)5（一）苯醌类（一）苯醌类（Benzoquinones） 包括邻苯醌和对苯醌两类包括邻苯醌和对苯醌两类。第一节第一节 结构类型（结构类型（Types of Structure)OO123456OO123456OOOHOH(CH2)10CH3信筒子醌embelinOOMeMeOMeOCH2CHCCH2CH3H()n辅酶Q10(n=10)coenzymes Q106（二）萘醌类（二）萘醌类（Naphthoquinones） 分为分为 -(1,4)， -(1,2)及及amphi-(2,6)萘醌，天然萘醌，天然

4、以以 -(1,4)萘醌为主萘醌为主。第一节第一节 结构类型（结构类型（Types of Structure)OO123458 -(1,4)OO123458 -(1, 2)OO1234568amphi-(2,6)7（二）萘醌类（二）萘醌类（Naphthoquinones）第一节第一节 结构类型（结构类型（Types of Structure)OOOHOO胡桃醌胡桃醌红根草邻醌红根草邻醌紫草素紫草素OOOHOHCH3CH3OH8（三）菲醌类（三）菲醌类（Phenanthraquinones） 包括邻菲醌和对菲醌。包括邻菲醌和对菲醌。OOOHCHCH3CH2OH第一节第一节 结构类型（结构类型（Ty

5、pes of Structure)OOOO丹参醌丹参醌IIA丹参新醌甲丹参新醌甲OOO9（四）蒽醌类（四）蒽醌类（Anthraquinones） 包括蒽醌衍生物及其不同程度的还原产物，依据其包括蒽醌衍生物及其不同程度的还原产物，依据其还原程度的不同，将其分成蒽醌、蒽酚及二蒽酮类。还原程度的不同，将其分成蒽醌、蒽酚及二蒽酮类。1，4，5，8位为位为 -位位2，3，6，7位为位为 -位位9，10位为位为meso-位位存在形式：游离或苷（存在形式：游离或苷（O-苷，苷，C-苷）苷）第一节第一节 结构类型（结构类型（Types of Structure)OO12344a1010a56788a99a10

6、 1. 蒽醌衍生物蒽醌衍生物 根据根据-OH在母核上分布的位置不同分两类：在母核上分布的位置不同分两类： 大黄素型（大黄素型（-OH在羰基的两侧）在羰基的两侧） 茜草素型（茜草素型（-OH在一侧苯环上）在一侧苯环上）OOOHOHH3COH大黄素型大黄素型茜草素型茜草素型第一节第一节 结构类型（结构类型（Types of Structure)（四）蒽醌类（四）蒽醌类（Anthraquinones）OOOHOH11 2. 蒽酚（或蒽酮）衍生物蒽酚（或蒽酮）衍生物第一节第一节 结构类型（结构类型（Types of Structure)（四）蒽醌类（四）蒽醌类OOOOHHO蒽醌蒽酮蒽酚互变异构体蒽酮、

7、蒽酚性质不稳定，故只蒽酮、蒽酚性质不稳定，故只存在于新鲜植物中存在于新鲜植物中12第一节第一节 结构类型（结构类型（Types of Structure) 3. 二蒽酮类衍生物二蒽酮类衍生物OOOHO蒽醌类蒽酮游离基长时间贮存.2二蒽酮（四）蒽醌类（四）蒽醌类13第一节第一节 结构类型（结构类型（Types of Structure)番泻苷番泻苷A A金丝桃素金丝桃素OHOHCH3OOHOOHCH3HOHOOGlcOHCOOHOCOOHOO-GlcOHHH1415 多为多为黄黄、橙橙、红红色结晶等。苯醌和萘醌多以游色结晶等。苯醌和萘醌多以游 离态存在，蒽醌一般结合成苷。离态存在，蒽醌一般结合成

8、苷。 游离醌类一般具有升华性。游离醌类一般具有升华性。小分子苯醌和萘醌类小分子苯醌和萘醌类具有挥发性，能随水蒸气蒸馏。具有挥发性，能随水蒸气蒸馏。 苷元一般溶于乙醇、乙醚、苯、氯仿等，不溶于苷元一般溶于乙醇、乙醚、苯、氯仿等，不溶于水。苷类溶于甲醇、乙醇及热水水。苷类溶于甲醇、乙醇及热水.第二节第二节 理化性质（理化性质（Physical and chemical Characters)16 酸性来源：酸性来源：羧基和酚羟基羧基和酚羟基OOOH酸性顺序：酸性顺序：COOH 醌环上醌环上OH -OH 酚酚-OH -OHOH多者酸性强多者酸性强第二节第二节 理化性质（理化性质（Physical a

9、nd chemical Characters)OOHOOOOH17练习：比较下列化合物的酸性练习：比较下列化合物的酸性OOOOOOOHOHOHOHOHOHABC第二节第二节 理化性质（理化性质（Physical and chemical Characters)？答案：由强到弱：答案：由强到弱：EG D C B A FOOOOOOOHOHCOOHOHOHDEFOHOOG18 1. Feigl反应反应: 醌类衍生物醌类衍生物在碱性条件下经加热与醛类及邻二硝基苯反应在碱性条件下经加热与醛类及邻二硝基苯反应, 生成紫色化合物生成紫色化合物.原理原理:第二节第二节 理化性质（理化性质（Physical

10、and chemical Characters)OOOHOH+2HCHO+2OH-H+2HCOO-醛类碱氢醌氧化剂还原剂催化剂OHOHNO2NO2OONO2NO+OOH-+-邻二硝基苯19 2. 无色亚甲蓝反应无色亚甲蓝反应: 适用于适用于苯醌和萘醌苯醌和萘醌,用于用于PC, TLC的喷雾剂的喷雾剂, 显蓝色斑显蓝色斑点点. 第二节第二节 理化性质（理化性质（Physical and chemical Characters)显显色色剂剂无色亚甲兰试剂203. 与活性次甲基试剂的反应与活性次甲基试剂的反应(Kesting-Craven法法) 苯醌及萘醌类苯醌及萘醌类: 醌环上有未被取代的位置醌环

11、上有未被取代的位置,可在氨可在氨碱性条件下与活性次甲基试剂碱性条件下与活性次甲基试剂(乙酰醋酸酯、丙二酸乙酰醋酸酯、丙二酸酯等酯等)反应生成反应生成蓝绿或蓝紫色蓝绿或蓝紫色.第二节第二节 理化性质（理化性质（Physical and chemical Characters)OOOO活性次甲基试剂在氨碱性下（丙二酸酯、乙酰醋酸脂/醇液）兰绿色兰绿色兰紫色兰紫色或+ +醌环上未取代位置21 4. Borntragers反应反应 羟基蒽醌类羟基蒽醌类遇碱显红遇碱显红-紫红色的反应紫红色的反应. (NaOH,Na2CO3等等) 羟基醌类羟基醌类遇碱颜色加深遇碱颜色加深,呈橙、红、紫红及兰色。呈橙、红、

12、紫红及兰色。 蒽酚、蒽酮、二蒽酮蒽酚、蒽酮、二蒽酮需氧化成羟基蒽醌后才显色。需氧化成羟基蒽醌后才显色。第二节第二节 理化性质（理化性质（Physical and chemical Characters)22第二节第二节 理化性质（理化性质（Physical and chemical Characters)OOOHOOOOOO-显显红红色色-OHOOOHOOOOOO-显显红红色色-OH23 5. 与金属离子的络合反应与金属离子的络合反应 具有具有 -OH或邻二酚或邻二酚OH的蒽醌：的蒽醌：与与Pb2+、Mg2+等金属离子形成络合物而呈色。等金属离子形成络合物而呈色。第二节第二节 理化性质（理化性

13、质（Physical and chemical Characters)OOOOOOOOHHMgOOOOOOMg24与醋酸镁形成的络合物具有一定的颜色与醋酸镁形成的络合物具有一定的颜色鉴定鉴定OOHOOHOHOH橙橙红红红红 兰兰 兰兰紫紫紫紫红红 紫紫OOOHOOHOOO-OH-OH橙橙黄黄 橙橙色色第二节第二节 理化性质（理化性质（Physical and chemical Characters)255. 对亚硝基二甲基苯胺反应对亚硝基二甲基苯胺反应 羟基蒽酮类羟基蒽酮类(9或或10位未取代位未取代)OOHOHCH3NON(CH3)2+Py绿色绿色第二节第二节 理化性质（理化性质（Physi

14、cal and chemical Characters)OOHOHCH3O-OHOHCH3NN(CH3)2NN+CH3CH32627 1. 溶剂提取法溶剂提取法 游离醌类游离醌类氯仿、苯、乙醚等提取；氯仿、苯、乙醚等提取； 蒽醌及其苷蒽醌及其苷乙醇提取乙醇提取 2. 碱提取碱提取-酸沉淀法酸沉淀法 提取羟基醌类或提取羟基醌类或COOH化合物，溶于碱水中，化合物，溶于碱水中，加酸后析出。加酸后析出。 3. 水蒸气蒸馏法水蒸气蒸馏法 适用于分子量小的苯醌及萘醌化合物。适用于分子量小的苯醌及萘醌化合物。第三节第三节 提取分离提取分离28 1. pH梯度萃取法梯度萃取法-分离蒽醌分离蒽醌 根据酸性大小

15、，采用根据酸性大小，采用pH不同的不同的碱性水溶液碱性水溶液进行萃取（进行萃取（碱性由小到大碱性由小到大），再酸化得到沉淀。），再酸化得到沉淀。 -COOH5%NaHCO3； -OH5%Na2CO3； 二个二个 -OH1%NaOH； 一个一个 -OH5%NaOH第三节第三节 提取分离提取分离一般而言：一般而言：29第三节第三节 提取分离提取分离 例如：例如：萱草提取物中主要含有下面萱草提取物中主要含有下面4种化合物，采用种化合物，采用pH梯度萃取法对其进行分离的流程如下：梯度萃取法对其进行分离的流程如下：OOOHOCH3OCH3CH3OOOHOHCH3OOOHOCH3OHCH3OOOHOHCO

16、OHA BC D30萱草根萱草根乙醇浸膏乙醇浸膏乙醚乙醚乙醚溶液乙醚溶液不溶物不溶物5%NaHCO3NaHCO3液液H+，重结晶重结晶（D）乙醚液乙醚液5%Na2CO3Na2CO3液液乙醚液乙醚液（C）1%NaOHNaOH液液乙醚液乙醚液（B）（A）重结晶重结晶312. 色谱法色谱法 硅胶硅胶 聚酰胺聚酰胺 葡聚糖凝胶葡聚糖凝胶(Sephadex LH-20)例如例如: 用用Sephadex LH-20分离大黄蒽醌分离大黄蒽醌, 以以70%甲甲醇提取液加样醇提取液加样, 并用并用70%甲醇洗脱甲醇洗脱, 分段收集分段收集, 依次得到二蒽酮苷依次得到二蒽酮苷, 蒽醌二葡萄糖苷蒽醌二葡萄糖苷, 蒽

17、醌单糖蒽醌单糖苷苷, 游离苷元游离苷元.第三节第三节 提取分离提取分离32331.甲基化反应甲基化反应 目的目的保护保护-OH、测定、测定-OH数目及成苷的位置。数目及成苷的位置。 条件：条件：(1) 反应物甲基化易难反应物甲基化易难： -COOH -OH Ar-OH -OH R-OH ( 酸性越强，质子易解离，甲基化易酸性越强，质子易解离，甲基化易 ) (2)试剂的活性：试剂的活性： CH3I (CH3)2SO4 CH2N2 (3)溶剂溶剂 溶剂的极性强，甲基化能力增强溶剂的极性强，甲基化能力增强第四节第四节 结构鉴定结构鉴定34OOOHHOOHOHOHOHOOOHOHOHOHMeOOMeO

18、OOHOMeMeOOMeOMeOMeOOOMeMeOOMeOMeOMeOMeMeOOOHHOOHOHOMeMeOCH2N2/Et2OCH2N2/Et2OMeOH(CH3)2SO4 K2CO3Me2COCH3I+AgO第四节第四节 结构鉴定结构鉴定例：曲菌素的甲基化反应例：曲菌素的甲基化反应352.乙酰化反应乙酰化反应 (1)反应物的活性反应物的活性（易与羰基形成氢键）（易与羰基形成氢键） 强强 R-OH -OH -OH 弱弱 （亲核性越强，越容易被酰化）（亲核性越强，越容易被酰化） (2)酰化试剂的活性酰化试剂的活性 乙酰氯乙酰氯 醋酐醋酐 酯酯 冰醋酸冰醋酸 CH3COCl (CH3CO)2

19、O CH3COOR CH3COOH (3)催化剂的催化能力催化剂的催化能力 吡啶吡啶 浓硫酸浓硫酸第四节第四节 结构鉴定结构鉴定36例：曲菌素的例：曲菌素的乙酰乙酰化反应化反应第四节第四节 结构鉴定结构鉴定OOOHHOOHOHOHOHOOOHOHOHOAcHOOHOOOAcOHAcOOHOHOAcOOOAcAcOOAcOAcOAcOAcAcOOOHHOOHOAcOAcAcO少少量量乙乙酰酰氯氯回回流流2 2 回回流流2 20 0 或或醋醋酐酐+ +吡吡啶啶HOAcAc2O+H2SO4Ac2OAc2O371.紫外光谱（紫外光谱（UV）（1）苯醌类的紫外吸收特征）苯醌类的紫外吸收特征苯醌主要吸收峰

20、有三个 240 nm 285 nm 400 nm（强峰）（中强峰）（弱峰）第四节第四节 结构鉴定结构鉴定苯醌主要吸收峰有三个 240 nm 285 nm 400 nm（强峰）（中强峰）（弱峰）38（2）萘醌类的紫外吸收特征）萘醌类的紫外吸收特征第四节第四节 结构鉴定结构鉴定OO257 nm（醌醌样样结结构构引引起起）245 nm251 nm335 nm（苯苯样样结结构构引引起起）有有四四个个主主要要吸吸收收峰峰39（2）萘醌类的紫外吸收特征）萘醌类的紫外吸收特征 引入助色团（如引入助色团（如-OH，-OMe）使相应吸收峰）使相应吸收峰 醌环上引入助色团醌环上引入助色团影响影响257nm （不影

21、响苯环引起的吸收）（不影响苯环引起的吸收） 苯环上引入苯环上引入 -OH影响影响335nm到到427nm第四节第四节 结构鉴定结构鉴定40（3）蒽醌类的紫外吸收特征）蒽醌类的紫外吸收特征OOOO252 325 nm272 405 nm（苯样结构）（醌样结构）蒽醌有四个吸收峰第四节第四节 结构鉴定结构鉴定41（3）蒽醌类的紫外吸收特征）蒽醌类的紫外吸收特征 羟基蒽醌类有五个主要吸收带羟基蒽醌类有五个主要吸收带第第 峰峰 230 nm左右（比母核的强吸收峰）左右（比母核的强吸收峰）第第 峰峰 240 260 nm （苯样结构引起）（苯样结构引起）第第 峰峰 262 295 nm （醌样结构引起）（

22、醌样结构引起）第第 峰峰 305 389 nm （苯样结构引起）（苯样结构引起）第第 峰峰 400 nm （醌样结构中（醌样结构中 C=O引起）引起）-OH取代将影响相应的吸收带向红位移取代将影响相应的吸收带向红位移第四节第四节 结构鉴定结构鉴定422. 醌类化合物的红外光谱（醌类化合物的红外光谱（IR）羟基蒽醌类化合物的红外区域有：羟基蒽醌类化合物的红外区域有：VC=O 1675 1653 cm-1 （羰基的伸缩振动）（羰基的伸缩振动）V-OH 3600 3130 cm-1 （羟基的伸缩振动）（羟基的伸缩振动）V芳环芳环 1600 1480 cm-1 （苯核的骨架振动）（苯核的骨架振动）母核

23、上无取代：母核上无取代： 两个两个C=O只给出一个吸收峰只给出一个吸收峰1675 芳环上引入一个芳环上引入一个 -OH时，给出两个时，给出两个C=O吸收峰：吸收峰： 1675 1647 （游离（游离C=O） 1637 1608 （缔合（缔合C=O）第四节第四节 结构鉴定结构鉴定433.醌类化合物的核磁共振光谱（醌类化合物的核磁共振光谱（NMR）1H-NMR(1)醌环上的质子醌环上的质子第四节第四节 结构鉴定结构鉴定OOHHOOHHHHR6.72 (s)6.95 (s)供电取代基向向高高场场位位移移44第四节第四节 结构鉴定结构鉴定3.醌类化合物的核磁共振光谱（醌类化合物的核磁共振光谱（NMR）

24、1H-NMR(1)醌环上的质子醌环上的质子位位移移顺顺序序( (1 1, ,4 4- -萘萘醌醌）6.952-OMe6.172-OH6.372-OCOMe6.762-Me6.79位位移移幅幅度度加加大大2-H-3H453.醌类化合物的核磁共振光谱（醌类化合物的核磁共振光谱（NMR）1H-NMR(2)芳环质子芳环质子当有取代基时，峰的数目及峰位都将改变。当有取代基时，峰的数目及峰位都将改变。第四节第四节 结构鉴定结构鉴定OOHHHHOOHHHH8.067.738.076.67处处于于 C C= =O O负负屏屏蔽蔽区区在在低低场场463.醌类化合物的核磁共振光谱（醌类化合物的核磁共振光谱（NMR

25、）13C-NMR（1）1,4-萘醌类萘醌类第四节第四节 结构鉴定结构鉴定OOOOOH126.2131.7184.6136.6136.6126.2131.7184.6138.6138.6161.8124.2136.4118.9131.5114.8190.0138.4139.3183.9+- - -+ 35 ppm- 12.4 ppm- 16.9 ppm473.醌类化合物的核磁共振光谱（醌类化合物的核磁共振光谱（NMR）13C-NMR（2）9,10-蒽蒽醌类醌类第四节第四节 结构鉴定结构鉴定OOOOOH182.5132.9126.6134.3187.9113.8161.3123.7+ 34.7-

26、19.1- 10.6484.醌类化合物的质谱（醌类化合物的质谱（MS）主要特征如下主要特征如下：（1）分子离子峰通常为基峰；）分子离子峰通常为基峰；（2）失去）失去12分子分子CO；（3）特征碎片峰：）特征碎片峰：(m/z) P-苯醌苯醌82、80、54、52 1,4-萘醌萘醌104、76、50 9,10-蒽醌蒽醌180、152、90、76第四节第四节 结构鉴定结构鉴定49练习：练习： 从茜草中分离得到一橙色针状结晶，从茜草中分离得到一橙色针状结晶，NaOH反反应呈红色，醋酸镁反应呈橙色。光谱数据如下：应呈红色，醋酸镁反应呈橙色。光谱数据如下： UV max(MeOH) nm: 213, 27

27、7, 341, 424. IR max (KBr) cm-1: 3400, 1664, 1626, 1590, 1300. 1H-NMR (DMSO-d6) : 13.32(1H,s), 8.06(1H, d, J=8Hz), 7.44(1H, d, J=3Hz), 7.21(1H, dd, J=8,3Hz), 7.20(1H, s), 2.10(3H, s). MS m/z (rel. int.): 270(M+,100), 242(M-CO). 全乙酰化物的全乙酰化物的1H-NMR 示有三个乙酰示有三个乙酰基。请推导该化合物可能的结构并对氢信号加以基。请推导该化合物可能的结构并对氢信号加以归属。归属。第四节第四节 结构鉴定结构鉴定50第四节第四节 结构鉴定结构鉴定答案：答案：OOOHCH3OHHO13.322.107.137.447.218.065152第五节第五节 生物活性生物活性1. 泻下作用泻下作用 如：大黄中主要泻下成分为如：大黄中主要泻下成分为二蒽酮类成分二蒽酮类成分2. 抗菌作用抗菌作用 大黄酸、大黄素、芦荟大黄素等具有此作用大黄酸、大黄素、芦荟大黄素等具有此作用3. 其它作用其它作用 抑制大鼠乳癌及艾氏腹水癌有明显作用抑制大鼠乳癌及艾氏腹水癌有明