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目录第二章中药化学成分的一般研究方法 第二章中药化学成分的一般研究方法一、中药化学成分的主要生物合成途径(一)乙酸-丙二酸(AA-MA)途径以乙酰辅酶A为起始物质,丙二酸单酰辅酶A起延伸碳链的作用。通过这一途径能生成脂肪酸类、酚类、醌类等化合物。CH3-CO-S-CoA+3乙酰辅酶A丙二酸单酰辅酶ACH3-CO-CH2-CO-CH2-CO-CH2-COEnz(二)甲戊二羟酸(MVA)途径起始物质为MVA,在ATP作用下,按如下路线合成:焦磷酸二甲烯丙酯焦磷酸异戊烯酯甲戊二羟酸5-焦磷酸萜类、甾类化合物均由这一途径生成。(三)莽草酸途径具有C6-C3及C6-C1基本结构的化合物由这一途径衍化生成。如由此途径生成的苯丙氨酸,经脱氨及氧化反应等分别生成桂皮酸,再由桂皮酸、苯甲酸生物合成各种含C6-C3及C6-C1结构的天然化合物如苯丙素类、木脂素类、香豆素类等。此途径由莽草酸通过苯丙氨酸,生成桂皮酸,再由桂皮酸生成各种苯丙素类化合物。现也被称为桂皮酸途径。(四)氨基酸途径大多数生物碱类成分由此途径生成。有些氨基酸,如鸟氨酸、赖氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸及色氨酸等,经脱羧成为胺类,再经过一系列化学反应(甲基化、氧化、还原、重排等)生成各种生物碱。(五)复合途径许多二级代谢产物由上述生物合成的复合途径生成。即分子中各个部分由不同的生物合成途径产生。如查耳酮类、二氢黄酮类化合物的A环和B环分别由乙酸-丙二酸途径和莽草酸途径生成,再在各种酶作用下生成黄酮。一些萜类生物碱分别来自甲戊二羟酸途径及莽草酸途径或乙酸-丙二酸途径二、中药有效成分的提取方法(一)溶剂法
1.常用溶剂及性质
石油醚、四氯化碳(CCl4)、苯(C6H6)、二氯甲烷(CHCL2)、氯仿(CHCl3)、乙醚(Et2O)、乙酸乙酯(EtOAc)、正丁醇(n-BuOH)、丙酮(Me2CO)、乙醇(EtOH或Alc)、甲醇(MeOH)、水等.极性越来越大。能与水混溶,不分层丙酮、乙醇、甲醇仅可溶于一定量的水,与不溶的极性最大的有机溶剂,沸点比水高正丁醇密度比水大四氯化碳、二氯甲烷、氯仿沸点低乙醚2.中药化学成分的极性
化学物质的极性是根据介电常数计算的,介电常数越大,极性越大。偶极矩,极化度、介电常数与极性有关。化合物极性大小判断:有机化合物,含C越多,极性越小,含氧越多,极性越大;含氧化合物中,含氧官能团极性越大,化合物的极性越大(含氧官能团极性羧基>羟基>醛基>酮基>酯基);酸性碱性两性极性与存在状态有关(游离性极性小,解离型极性大)。比较极性(汉防己甲素(甲氧基取代)<汉防己乙素(羟基取代)。3.溶剂提取法的基本原理——相似相溶原理提取溶剂的选择亲脂性石油醚油脂、钠、挥发油、甾体、萜苯、氯仿、乙醚、乙酸乙酯游离生物碱、有机酸、苷元亲水性正丁醇苷甲醇、乙醇糖、蛋白、多糖以外成分水不同PH(酸碱水溶液)糖类、氨基酸、蛋白、生物碱盐、鞣质。4.提取方法
溶剂法提取中药成分的常用方法有浸渍法、渗漉法、煎煮法、回流提取法和连续回流提取法5种。其中浸渍法和渗漉法属于冷提法,适用于对热不稳定的成分的提取,但提取效率低于热提法,因此提取时间长、消耗溶剂多。含淀粉、果胶、粘液质等杂质较多的中药提取可选择浸渍法。煎煮法、回流提取法和连续回流提取法属于热提法,提取效率高于浸渍法、渗漉法,但只适用于对热稳定的成分的提取。三法比较,煎煮法只能用水作提取溶剂,回流提取法有机溶剂消耗量较大,连续回流提取法节省溶剂,但提取液受热时间长。
(二)水蒸气蒸馏法
能够用水蒸气蒸馏法提取的中药成分必须满足3个条件,即挥发性、热稳定性和水不溶性(或虽可溶于水,但经盐析后可被与水不相混溶的有机溶剂提出,如麻黄碱)。凡能满足上述3个条件的中药化学成分均可采用此法提取。如挥发油、挥发性生物碱(如麻黄碱、烟碱、槟榔碱等)、小分子的苯醌和萘醌、小分子的游离香豆素、小分子的酚性物质(牡丹酚)等。
(三)升华法
适用于具有升华性的成分的提取,如游离的醌类成分(大黄中的游离蒽醌)、小分子的游离香豆素等,以及属于生物碱的咖啡因,属于有机酸的水杨酸、苯甲酸,属于单萜的樟脑等。(四)超临界流体萃取法特点:没有有机溶剂的残留,产品质量高,无污染,适用于对有热不稳定易氧化成分的提取,萃取速度高,收率高,工艺流程简单,操作简单,成本低,对有效成分的提取选择性高(通过夹带剂改变或维持选择性),对脂溶性成分提取效率高(在提取极性较大成分时,可以加入夹带剂),提取设备造价高,节约能源。(五)其它:组织破碎法、压榨法、超声提取法(提取效率高,不破坏成分)、微波提取法。三、中药有效成分的分离与精制(一)根据物质溶解度的差别,进行分离与精制
1.结晶法
结晶溶剂选择的一般原则:对欲分离的成分热时溶解度大,冷时溶解度小;对杂质冷热都不溶或冷热都易溶。沸点要适当,不宜过高或过低,如乙醚就不宜用,不与被结晶物质发生反应,无毒或小毒。
判定结晶纯度的方法:理化性质均一(形态稳定,颜色均一);固体化合物熔距≤2℃,熔点一定;各种色谱都能用,TLC或PC展开呈单一斑点;HPLC或GC分析呈单峰。双熔点:汉防己乙素和汉防己甲素(芫花素)。
2.沉淀法
可通过4条途径形成沉淀改变溶解度实现:
1)通过改变溶剂极性改变成分的溶解度。常见的有水醇法(沉淀多糖蛋白质等水溶性成分)、醇水法(沉淀树脂叶绿素等亲脂性成分)、醇提乙醚或丙酮沉淀法(沉淀皂苷)等。
2)通过改变溶剂强度改变成分的溶解度。使用较多的是盐析法,即在中药水提液中加入一定量的无机盐,使某些水溶性成分溶解度降低而沉淀出来。
3)通过改变溶剂pH值改变成分的存在状态,解离状态极性变大,非解离状态极性变小。适用于酸性、碱性或两性亲脂性成分的分离。如分离碱性成分的酸提碱沉法和分离酸性成分的碱提酸沉法,调等电点提取两性成分。
4)通过加入某种试剂与欲分离成分生成难溶性的复合物或化合物。如铅盐沉淀法(包括中性醋酸铅或碱式醋酸铅)、雷氏盐沉淀法(分离季胺生物碱)、胆甾醇沉淀法(分离甾体皂苷)、明胶法(沉淀鞣质)等。
(二)根据物质在两相溶剂中分配比的差异,对中药有效成分进行分离与精制1.液-液萃取
选择两种相互不能任意混溶的溶剂,通常一种为水,另一种为石油醚、乙醚、氯仿、乙酸乙酯或正丁醇等,这些溶剂要与水分层。将待分离混合物混悬于水中,置分液漏斗中,加适当极性的有机溶剂,振摇后放置,分取有机相或水相,即可将极性不同的成分分离。分离的难易取决于两种物质在同一溶剂系统中分配系数的比值,即分离因子。分离因子愈大,愈易分离。可以通过调整溶液PH值来分离。
2.纸色谱(PC)
属于分配色谱。可用于糖的检识、鉴定,亦可用于生物碱的色谱鉴别等,纸是支持剂。
3.分配柱色谱
根据分配比来分离。可分为正相色谱与反相色谱。正相色谱固定相极性大,流动相极性小,可用于分离水溶性或极性较大的成分。反相色谱与此相反,适宜分离脂溶性化合物。支持剂:硅胶,纤维素粉。硅胶既可以做吸附色谱的吸附剂,也可以做分配色谱的支持剂,这两种情况下,硅胶的作用不一。Rf值是样品斑点移动距离和溶剂移动距离比值,值越小,移动距离越短,相反则长,反映了待分离物质与固定相的作用程度。
(三)根据物质分子大小对中药有效成分进行分离与精制
1.透析法
适用于水溶性的大分子成分(如蛋白质、多肽、多糖)与小分子成分(如氨基酸、单糖、无机盐)的分离。
2.凝胶过滤法
又称凝胶渗透色谱、分子筛过滤、排阻色谱。分离混合物时,各组分按分子由大到小的顺序先后流出并得到分离。常用凝胶有葡聚糖凝胶(SephadexG)和羟丙基葡聚糖凝胶(SephadexLH-20)。前者只适于在水中应用。后者既可在水中应用,又可在有机溶剂中应用,分离混合物时,既有分子筛作用,又有吸附作用。如分离游离黄酮时,主要靠吸附作用;分离黄酮苷时,则分子筛的性质起主导作用。凝胶是多孔网状结构的固体物质,分离顺序是:分子大的物质先通过凝胶,分子小的物质后流出,达到分离。3.膜分离:选择膜作为分离材料,利用膜上孔径大小,进行分离。根据操作方法分为反渗透,超滤,微滤,电渗析等。4.超速离心法:利用溶质在超速离心情况下,分子量大,沉降快,相反,沉降慢,借此分离大小分子。5.升华法:分离具有升华性质的中药成分:樟脑、咖啡因、游离蒽醌。6.分馏法:利用液体混合物成分沸点不同分离,适用于液体物质的分离。(四)根据物质吸附性的差别,对中药有效成分进行分离
在中药化学成分分离及精制工作中,应用较多的是固液吸附,其中涉及吸附剂、被分离物质和洗脱剂3个要素。常用吸附剂:硅胶、氧化铝、活性炭、聚酰胺和大孔树脂。按常用吸附剂的不同,大致可分为以下几种。
1)硅胶吸附色谱
硅胶为极性吸附剂,吸附力的大小取决于被分离物质的极性(极性越大,吸附力越强)和洗脱溶剂的极性(溶剂极性越弱,硅胶对被分离物质的吸附能力越强)。因此,用硅胶吸附色谱分离一组极性不同的混合物时,极性大的物质因吸附力大而洗脱慢,在用薄层展开时,Rf值越小;洗脱溶剂的极性增大,洗脱能力增强,洗脱速度加快。另外硅胶有一定的酸性,在用其分离碱性成分时,需注意。
2)氧化铝吸附色谱
氧化铝亦为极性吸附剂,其吸附规律与硅胶相似。不同的是,氧化铝有一定的碱性,且具有铝离子,在用其分离一些酸性或酚性成分时,易产生不可逆吸附而不能被溶剂洗脱。如蒽醌类、黄酮类(葛根异黄酮除外)成分分离时一般不选择氧化铝。为提高分离效果,在分离酸性物质时,在洗脱溶剂中常加酸性物质比如乙酸,在分离碱性物质时,常加碱性物质比如氨,吡啶,二乙胺等。
3)活性炭吸附色谱
活性炭为非极性吸附剂,其吸附规律与硅胶、氧化铝恰好相反。对非极性物质具有较强的亲和力,在水中对物质表现出强的吸附能力。常用于水溶液中亲脂性物质色素的脱去比如叶绿素(活性炭简单吸附),活性炭柱色谱用于分离大极性物质比如糖、苷、黄酮苷、环烯醚萜苷以及氨基酸的分离纯化等。
4)聚酰胺吸附色谱
聚酰胺吸附属于氢键吸附,系通过其分子中众多的酰胺羰基与酚类、黄酮类化合物的酚羟基,或酰胺键上的游离胺基与醌类、脂肪羧酸上的羰基形成氢键缔合而产生吸附。因此,聚酰胺吸附色谱特别适合分离酚类、醌类和黄酮类化合物。聚酰胺对被分离物质吸附力的大小取决于被分离物质分子结构中可与聚酰胺形成氢键缔合的基团数目及氢键作用强度,氢键越多,吸附力越强。凡是容易形成分子内氢键的,聚酰胺的吸附力减弱(间苯二酚,邻苯二酚在聚酰胺上的吸附力,邻苯二酚容易形成分子内氢键故小于间苯二酚);整个分子中芳香化程度越高,双键越多,共轭体系越大,吸附性越强(二氢黄酮和查耳酮用聚酰胺吸附色谱分离,查耳酮吸附力强于二氢黄酮,就是因为查耳酮芳香化性程度高,共轭体系大)。同时,溶剂也会影响聚酰胺对被分离物质的吸附,表现出各种溶剂在聚酰胺吸附色谱中洗脱能力有大有小,其由弱到强的大致顺序为水、甲醇、丙酮、氢氧化钠水溶液,甲酰胺、二甲基甲酰胺、尿素水溶液等,换言之,聚酰胺在水中的吸附力是最强的。
5)大孔吸附树脂吸附色谱
优点:操作简便,树脂再生容易,可重复操作,产品质量稳定,既能选择性吸附,又便于溶媒的洗脱,一般不用有机溶剂,保持中医用药特色,又保留有效成分。大孔吸附树脂原理同时具有选择性吸附性和分子筛双重作用。吸附力包括范德华引力和氢键。影响大孔树脂吸附的因素,1,大孔吸附树脂本身的性质:树脂的表面积,表面的电性等,一般非极性化合物易被非极性树脂吸附,极性物质易被极性树脂吸附。2,洗脱剂的性质:物质在溶剂中的溶解度大,树脂对此物质的吸附力就小,反之就大。对非极性大孔吸附树脂来说,洗脱溶剂极性越小,洗脱能力越强。在实际操作过程中,一般先用蒸馏水洗脱,再用浓度由低到高的含水甲(乙)醇溶液,可将混合物分离成若干组分。该法可用于皂苷类成分的纯化分离。3,化合物的性质,极性小的化合物与非极性大孔吸附树脂吸附性强,同时能与大孔吸附树脂形成氢键的化合物容易被吸附。吸附色谱总结,因为吸附原理不同,表现出来的吸附规律不同。吸附色谱就是依靠吸附能力差别来分离物质的。硅胶和氧化铝属于极性吸附剂,物质的极性越大,吸附越强,洗脱速度越慢,硅胶适用于酸性物质分离,氧化铝用于碱性物质的分离,活性炭属于非极性吸附剂,吸附规律与硅胶氧化铝吸附规律相反,常用于脂溶性物质和大分子物质糖、苷等分离精制。聚酰胺属于氢键吸附,适用于黄酮,酚类,蒽醌等的吸附。大孔吸附树脂是一种分子筛和吸附性相结合的吸附,受到树脂本身、溶剂、化合物性质的影响。一般规律是,用水洗脱,洗脱的是以糖为主的极性杂质的,大部分中药成分可用70%乙醇洗脱,洗脱碱性物质时用酸性溶剂,洗脱酸性物质时用碱性物质,洗脱中性物质亲脂性物质时,可用丙酮洗脱。
(五)选择离子交换法分离中药有效成分根据物质的解离程度不同分离(包括电泳方法和离子交换法)。离子交换法固定相是离子交换树脂,流动相是含水溶剂或水。常用的离子交换树脂:球形颗粒,不溶于水,但是能在水中膨胀。包括阴阳离子交换树脂,阳离子交换树脂是包括强酸性和弱酸性阳离子交换树脂;阴离子交换树脂包括强碱性和弱碱性离子交换树脂。1)离子交换法适用于酸性、碱性或两性成分的分离,即要求被分离物质在水(或酸水,或碱水)溶液中呈解离状态。
2)根据被分离物质呈解离状态时所带电荷的性质,可选择阴离子交换树脂或阳离子交换树脂。鉴于中药所含大多数酸性、碱性或两性成分的酸碱性均较弱,一般在分离碱性成分时选择强酸性的阳离子交换树脂,在分离酸性成分时选择强碱性的阴离子交换树脂,分离两性成分时,两种树脂都可以用。
3)通过选择阴离子交换树脂和阳离子交换树脂,可将中药水提物中酸性、碱性、两性和中性成分进行分离。
4)离子交换法亦可用于相同电荷离子的分离,其分离的依据是解离程度的不同(酸性或碱性不同的化合物,在相同条件下,其解离程度会有差异)。解离程度越大,被洗脱下来的速度越慢。5)酸或碱性越强,解离程度高,吸附力强,洗脱慢。伪麻黄碱和麻黄碱的分离可用此方法。第三章糖和苷一、糖类化合物1.单糖苷中与苷元连接的常见的单糖有:①五碳醛糖(如D-芹糖、D-木糖、L-阿拉伯糖(C5上没有取代))、六碳醛糖(如D-葡萄糖(D-glc,C5取代是羟甲基)、D-甘露糖(D-man)、D-半乳糖(D-gal));②甲基五碳糖(如D-鸡纳糖、L-鼠李糖(C5上取代基是甲基)、D-夫糖);③六碳酮糖(如D-果糖)、④糖醛酸(如D-葡萄糖醛酸(C5取代基是羧基)、D-半乳糖醛酸)等。木糖(xyl),核糖(rib),阿拉伯糖(ara),鼠李糖(rha),葡萄糖(glc),甘露糖(man),半乳糖(gla),果糖(fru),葡萄糖醛酸(gluA).2.双糖:蔗糖(一份子葡萄糖与一份子果糖形成的非还原糖)、龙胆二糖(两份子葡萄糖通过1-6键形成的),麦芽糖(两分子的葡萄糖通过1、4位形成的)、芸香糖(一份子鼠李糖与一份子葡萄糖通过1、6位形成)、新陈皮糖(一份子鼠李糖与一份子葡萄糖通过1、2位形成),注意:1、除蔗糖外,都是还原糖;2、糖和糖连接的糖的种类和连接位置不一样,都可能形成不同的糖。两个单糖连接可形成众多的糖。三糖;大多在蔗糖的基础上连接一个单糖,比如棉籽糖,四糖大多是在棉籽糖的基础上形成比如水苏糖。3.多糖多糖的性质与单糖和低聚糖不一样,很多性质消失,比如无甜味和还原性。水不溶性多糖动植物的支撑组织:纤维素、甲壳素,分子呈直链。水溶性糖动植物体内的营养物质:淀粉、菊糖、粘液质、果胶、树胶。分子呈支链植物体内的初生代谢产物:人参多糖、黄芪多糖、刺五加多糖、昆布多糖淀粉糖淀粉(直链淀粉)葡萄糖1、4位形成的,溶在水呈胶状,与碘显蓝色,直链。胶淀粉(支链淀粉)1、4葡聚糖但有1、6分支,不溶于冷水,在热水中形成胶状,与碘显紫红色,带支链。4.糖的理化性质1)物理性质:分子量小的低聚糖多为无色或白色结晶;分子量大的低聚糖较难结晶,常为非结晶性的白色固体。糖为大极性物质,单糖和低聚糖均易溶于水,特别是热水;可溶于稀醇,一般也溶于热的吡啶和醇中,微溶于冷的醇;不溶于极性小的溶剂。2)绝对构型:对于醛糖,只需要看六碳吡喃糖C5(或者五碳糖C4)上的取代基R的取向即可判断。取代基R向上的为D型,向下的为L型。相对构型:端基碳原子的相对构型α型或β型是指端基碳原子C1上的羟基与六碳吡喃糖C5(或者五碳糖C4)上的取代基R的相对关系即可。C1上羟基与该取代基R在环的同一侧为β型,在环的异侧为α型。如:α-D-糖β-D-糖α-L-糖β-L-糖5.糖的显色反应和沉淀反应反应名称针对糖类所用试剂反应现象α-萘酚反应各种糖类浓硫酸+α-萘酚生成有色缩合物碘显色反应各种糖类碘呈蓝色或者紫红色菲林反应还原糖碱性酒石酸铜试剂(Cu(OH)2)生成氧化亚铜的砖红色沉淀多伦反应还原糖氨性硝酸银试剂(银氨溶液)生成银镜或者黑褐色的银沉淀6.糖的其他反应溴水反应过碘酸氧化反应:邻二醇羟基,对顺式的氧化速度快。羟基反应:甲醚化反应,酰化反应(乙酰化,醋苷)缩酮化,硼酸络合反应(同一个平面的才能形成)。羰基反应:与一份子苯肼生成腙,过量苯肼生成脎。7.糖的提取与分离提取:由于糖的极性较大,易溶于水,而不易溶于冷的醇,所以糖的提取通常采用水提醇沉法,根据糖的种类差异,有时也用稀碱、稀醇、稀盐或二甲亚砜(DMSO)提取。分离:如提取物中有含量很高的单糖或者二糖,可用结晶方法分出。但糖混合物一般需要通过色谱的方法来经行分离。一般可用活性炭、大孔树脂、和纤维素、凝胶过滤、硅胶及反向硅胶经行柱色谱分离。8.糖的检识1)理化检识反应名称操作现象及结论α-萘酚反应样品少量溶于水中,加5%α-萘酚溶液3滴,摇匀,沿试管壁缓缓加入浓硫酸1ml若两液面间有紫色环产生,可能含糖类化合物菲林反应样品少量溶于水中,加新配的菲林试剂5滴,于沸水浴加热5分钟若有砖红色氧化亚铜生成,存在还原糖多伦反应样品少量溶于水中,加新配多伦试剂5滴,于沸水浴加热5分钟有银镜或者黑褐色银沉淀生成,可能存在还原糖2)色谱检识糖类色谱检识的常用显色试剂:苯胺-邻苯二甲酸试剂、对茴香胺-邻苯二甲酸试剂、蒽酮试剂、三苯四氮盐试剂(TTC试剂)、间苯二酚-盐酸试剂和双甲酮-磷酸试剂等。二、苷类化合物1.与苷相关的基本概念绝大多数的苷类化合物是糖的半缩醛羟基与苷元上的醇羟基脱水缩合而成的具有缩醛结构的物质。苷类化合物在稀酸(如稀HCl、H2SO4)或酶的作用下,苷键可以断裂,水解为苷元和糖。由于单糖有α、β两种端基异构体,因此可形成两种构型的苷,即α-苷和β-苷。天然苷类化合物中,由D-型糖衍生成的苷多β-苷,而由L-型糖衍生成的苷多为α-苷,但是若苷元结构相同,这两种苷类的端基碳原子的绝对构型是一致的。2.苷类的分类根据苷键原子的不同,苷可以分为氧苷(醇苷、酚苷、酯苷、氰苷(苦杏仁苷))、硫苷(萝卜苷、黑芥子苷)、氮苷(腺苷、鸟苷、胞苷等)、碳苷。3.苷类的理化性质1)一般性状:苷类多是固体,其中糖基少的可结晶,糖基多的如皂苷,则多呈具有吸湿性的无定形粉末。苷类一般是无味的,但也有很苦的和有甜味的。2)溶解性:苷类的亲水性与糖基的数目有密切的关系,其亲水性往往随糖基的增多而增大,大分子苷元如甾醇等的单糖苷常可溶于低极性有机溶剂,如果糖基增多,则苷元所占比例相应变小,亲水性增加,在水中的溶解度也就增加。因此用不同极性的溶剂顺次提取时,在各提取部位都有发现苷的可能。C-苷与O-苷不同,无论在水或其他溶剂中的溶解度一般都较小。3)旋光性:多数苷类呈左旋光性,但水解后,由于生成的糖常是右旋的,因而使混合物呈右旋光性,比较水解前后旋光性的变化,可用以检识苷类的存在。4.苷键的裂解通过苷键的裂解反应可使苷类化合物苷键切断,其目的在于了解组成苷类的苷元结构及所连接的糖的种类和组成,决定苷元与糖的连接方式及糖与糖的连接方式。苷类化合物苷键裂解方法主要包括以下几种。1)酸催化水解苷键具有缩醛结构,易为稀酸催化水解。反应一般在水或稀醇溶液中进行。常用的酸有盐酸、硫酸、乙酸、甲酸等。水解反应是苷原子先质子化。然后断键生成阳碳离子或半椅型中间体,在水中溶剂化而成糖。酸催化水解的难易与苷键原子的电子云密度及其空间环境有密切的关系,只要有利于苷键原子的质子化就有利于水解,其水解难易的规律可概括为:①按苷键原子不同,酸水解的易难顺序为:N-苷>O-苷>S-苷>C-苷。
②呋喃糖苷较吡喃糖苷易水解。
③酮糖较醛糖易水解。
④吡喃糖苷中吡喃环的C-5上取代基越大越难水解,因此五碳糖最易水解,其顺序为五碳糖苷>甲基五碳糖苷>六碳糖苷>七碳糖苷。如果接有-COOH,则最难水解。
⑤氨基糖较羟基糖难水解,羟基糖又较去氧糖难水解。2,6-去氧糖苷>2-去氧糖苷>6-去氧糖苷>2-羟基糖苷>2-氨基糖苷。
⑥芳香属苷,如酚苷因苷元部分有供电子结构,水解比脂肪属苷如萜苷、甾苷容易得多。
⑦苷元为小基团者,苷键横键的比苷健竖键的易水解,因为横键上原子易于质子化。苷元为大基团者,苷键竖键的比横键的易水解,因为苷的不稳定性促使水解。
⑧N-苷易接受质子,但当N原子处于嘧啶或酰胺位置时,N-苷也难于用酸水解。2)碱催化水解仅酯苷、酚苷、烯醇苷(水杨苷藏红花苷)和β-吸电子基取代的苷等才易为碱所水解。3)酶催化水解
酶催化反应具有专属性高,条件温和的特点。常用的酶有麦芽糖酶专使α-葡萄糖苷键水解;杏仁苷酶是一种β-葡萄糖苷水解酸,专属性较低,水解一般β-葡萄糖苷和有关六碳醛糖苷。纤维素酶也是β-葡萄糖苷水解酶。pH条件对酶水解反应是十分重要的,芥子苷酶水解芥子苷,在pH7时酶解生成异硫氰酸酯类,在pH3~4时酶解生成腈和硫黄。抑制酶水解:沸水投料,高浓度乙醇(60%以上),加碱。4)氧化开裂法Smith裂解是常用的氧化开裂法。特别适用于一般酸水解时苷元结构容易改变的苷以及难水解的C-苷。但不适用于苷元上有1,2-二醇结构的苷类水解。Smith裂解反应分3步:过碘酸钠氧化、四氢硼钠还原、稀酸水解。从Smith裂解得到的多元醇,可确定苷中糖的类型。如六碳糖苷(如葡萄糖、甘露糖、半乳糖)Smith裂解得到的多元醇为丙三醇;五碳糖苷(如阿拉伯糖、木糖)Smith裂解得到的多元醇为乙二醇;甲基五碳糖苷(如鼠李糖)Smith裂解得到的多元醇为1,2-丙二醇。5)甲醇解反应在多糖苷结构研究中,为了确定糖与糖之间的连接位置和连接顺序,过去常采用甲醇解反应,反应时,先将苷进行全甲基化,然后用6%-9%的盐酸甲醇进行甲醇解。6)乙酰解反应在多糖苷结构研究中,为了确定糖与糖之间的连接位置,过去也应用乙酰解开裂一部分苷键,保留另一部分苷键,然后用TLC或GC鉴定得到的乙酰化单糖和乙酰化低聚糖。反应用试剂为乙酸酐与不同酸的混合液。乙酰解反应以CH3CO+为进攻基团。5.苷类的显色反应和沉淀反应苷类化合物的共性在于都有糖基部分,因此,苷类化合物可发生与糖相同的显色和沉淀反应。但苷中的糖需先水解为游离糖后才能经行糖的显色和沉淀反应。至于苷元部分,由于苷元各种各样,结构差异巨大,所以有不同的显色和沉淀反应。6.苷类化合物的提取和分离提取:1)苷的提取:苷类因为含有糖基,其极性一般较苷元大,在提取苷时要根据提取目的进行条件选择,比如如果要提取原生苷就要尽量抑制其中酶的活性,控制尽量中性提取;而欲提取次生苷时,则要利用酶的活性,合适的酸碱性使其水解。常用的提取溶剂为甲醇、乙醇、沸水等。2)苷元的提取:要提取苷元,就需要用适当的方法使苷尽量水解完全,去掉糖基部分,但同时又必须尽量保证苷元部分的完整性。一般提取时先用酸水解,或者先酶解后再用酸水解,以使苷类化合物水解成苷元。水解液用碱中和至中性,再用氯仿、乙酸乙酯或石油醚提取。分离:苷极性较大,多为非结晶性物质,分离较为困难,在提取后一般先除去杂质,再用色谱法分离。7.常见的苷及其部分性质氧苷醇苷毛茛苷、红景天苷、所有的皂苷、强心苷、萜苷酚苷天麻苷丹皮苷水杨苷,蒽醌苷,香豆素苷,黄酮苷酯苷山慈菇苷A(抗真菌)既能被酸也能被碱水解。氰苷苦杏仁苷:苯甲醛,氢氰酸,葡萄糖水溶性好,不稳定性,易在酸酶水解α羟基氰硫苷萝卜苷、黑芥子苷芥子苷水解后得到的苷元不含巯基而多为异硫氰酸酯类化合物氮苷巴豆苷腺苷(补益类药中)碳苷牡荆素芦荟苷葛根素水溶性小,难水解第四章醌类化合物一、醌类化合物的分类及常见的醌类化合物中药中含有的醌类化合物从结构分主要有苯醌、萘醌、菲醌、蒽醌等四类。
1.苯醌类。可分为邻苯醌和对苯醌两大类,前者不稳定,天然存在者以对苯醌的衍生物为多见。软紫草中含有的arlebinol、arnebinone属于此类,具有抑制前列腺素PGE2生物合成的作用。
2.萘醌类。紫草及软紫草中的紫草素、异紫草素属于萘醌化合物,具有对醌的结构,为紫草的有效成分,具有酸性,具有止血、抗炎、抗菌、抗病毒及抗癌作用。
3.菲醌类。丹参含有多种菲醌衍生物,其中丹参醌ⅡA、丹参ⅡB、隐丹参醌、丹参酸甲酯、羟基丹参醌ⅡA等为邻醌类衍生物,丹参新醌甲、丹参新醌乙、丹参新醌丙为对醌类化合物。丹参醌类结构上具有菲醌母核,但生源属于二萜类。丹参菲醌类成分的鉴别可用浓硫酸试剂。
4.蒽醌类。蒽醌类成分包括蒽酮及其不同还原程度的产物。按母核可分为:单蒽核类、双蒽核类;按氧化程度又可分为氧化蒽酚、蒽酮、蒽酚及蒽酮的二聚物。
(1)单蒽核类1)蒽醌及其苷类。天然蒽醌以9,10-蒽醌最为常见,其C-9、C-10为最高氧化水平,较为稳定。①大黄素型。羟基分布于两侧的苯环上。多数化合物呈黄色。大黄中的大黄酸、大黄素、大黄酚、芦荟大黄素和大黄素甲醚属于此类。虎杖也含有此类成分。②茜草素型。羟基分布在一侧苯环上,此类化合物颜色较深,为橙黄至橙红色,种类较少,如茜草中的茜草素、羟基茜草素和伪羟基茜草素(均有邻二酚羟基)等。3)蒽酚或蒽酮类。蒽醌在酸性溶液中被还原,则生成蒽酚及其互变异构体蒽酮。蒽酚(或蒽酮)的羟基衍生物常以游离态或者结合态与相应的羟基蒽醌共存于植物中。蒽酚(或蒽酮)的羟基衍生物一般存在于新鲜植物中。如新鲜大黄储存两年以上则检识不到蒽酚。如果蒽酚衍生物的中位羟基与糖缩合成苷,则性质比较稳定,只有经过水解除去糖才能易于氧化变成蒽醌衍生物。(2)双蒽核类
l)二蒽酮类。二蒽酮常以苷的形式存在。若催化加氢还原则生成二分子蒽酮,用FeCl3氧化则生成二分子蒽醌。大黄、番泻叶中致泻的主要成分番泻苷A、B、C、D等皆为二蒽酮类衍生物。A、B与C、D分别为两对立体异构体(顺反异构,空间位阻导致单键旋转受阻)。
二蒽酮类化合物C10-C10'键易于断裂,生成蒽酮类化合物。大黄中致泻的主要成分番泻苷A,就是因其在肠内转变为大黄酸蒽酮而发挥作用。
2)二蒽醌类。蒽醌类脱氢缩合或二蒽酮类氧化均可生成。天然产物中两个蒽醌环相同而对称,但是由于空间位阻的存在,使其反向排列。
3)去氢二蒽酮类。4)日照蒽酮类。5)中位萘骈二蒽酮类。二、醌类化合物的理化性质1.物理性质1)颜色:醌类化合物随着酚羟基等助色团的引入而呈一定的颜色。取代助色团越多,颜色越深。天然存在的醌类成分因分子多有取代,故为有色结晶。2)形状:苯醌和萘醌多以游离态存在,而蒽醌一般结合成苷存在于植物中,因极性大而难以得到结晶。3)升华性及挥发性:游离的醌类化合物一般具升华性。小分子苯醌类及萘醌类还有挥发性,能随水蒸气蒸馏。4)极性:游离醌类极性较小,一般溶于甲醇、乙醇、丙酮、乙酸乙酯、乙醚苯等有机溶剂,几乎不溶于水。形成苷后,极性显著增大,在热水中也有一定溶解度,几乎不溶于苯、乙醚、氯仿等小极性有机溶剂。2.化学性质1)酸碱性:醌类化合物中含有酚羟基,故具有一定的酸性。在碱性水溶液中成盐溶解,加酸酸化后游离析出。(提取时碱提酸沉,PH梯度萃取)酸性强弱顺序:含-COOH>含两个或两个以上β-OH>含一个β-OH>含两个或两个以上α-OH>含一个α-OH2)颜色反应反应名称针对结构所用试剂反应现象Feigl反应所有醌类碱性条件,醛类,邻二硝基苯生成紫色化合物无色亚甲蓝显色反应苯醌及萘醌亚甲蓝100mg溶于100ml乙醇中,再加入1ml冰乙酸及1g锌粉亚甲蓝溶液蓝色恢复保恩特莱格反应(Borntrager反应)羟基醌类NaOH,NH3OH等碱溶液颜色加深活性亚甲基试剂反应(Kesting-Craven反应)苯醌及萘醌类化合物的醌环上有未被取代的位置时碱性条件,含有活性亚甲基的试剂(如乙酰乙酸乙酯、丙二酸酯、丙二氰等)的醇溶液溶液变成蓝绿色或蓝紫色与金属离子反应具有α-OH酚羟基或邻二酚羟基结构的蒽醌类化合物Pb(CH3COO)2、Mg(CH3COO)2等形成络合物,不同结构有不同颜色,如橙黄、橙红、紫红、紫、蓝色等对亚硝基二苯胺反应9位或10位未取代的羟基蒽酮化合物0.1%对亚硝基二苯胺吡啶溶液缩合产生各种颜色三、醌类化合物的提取分离1.提取(1)有机溶剂提取法:游离醌类极性很小,可用极性小的有机溶剂提取。成苷后极性变大,可用甲醇、乙醇或水提取。实际工作中常选用甲醇或乙醇作为提取溶剂可以把不同类型、不同存在状态、性质各异的苷类都提取出来,所得总醌类提取物再进一步分离纯化。(2)碱提酸沉法:用于提取具有游离酚羟基的醌类化合物。(3)水蒸气蒸馏法:适用于分子量小、有挥发性的苯醌及萘醌类化合物。2.分离(1)蒽醌苷类与与游离蒽醌的分离方法蒽醌苷类与与游离蒽醌衍生物的极性相差比较大,在不同极性的有机溶剂中溶解度不同,可以据此进行分离。(2)游离蒽醌的分离方法1)PH梯度萃取法2)色谱法四、醌类化合物的检识1.理化检识:醌类化合物的理化检识,一般利用Feigl反应、无色亚甲蓝反应、活性亚甲基试剂反应来鉴定苯醌、萘醌。利用保恩特莱格反应初步确定羟基蒽醌化合物;利用对亚硝基二苯胺反应来鉴定蒽酮类化合物。2.色谱检识:(1)TLC检识:蒽醌及其苷类在可见光下多显黄色。在紫外光下则显黄棕、红、橙等荧光。若用氨熏或以10%KOH甲醇溶液、3%NaOH溶液或Na2CO3溶液喷之,颜色加深或变色。亦可用0.5%醋酸镁甲醇溶液,喷后90°C加温5分钟,在观察颜色。(2)PC检识:显色剂:0.5%醋酸镁甲醇溶液或1%-2%的氢氧化钠或亲氧化钾溶液喷雾,显示红色斑点。第五章苯丙素类化合物苯丙素类化合物是指基本母核具有一个或几个C6-C3单元的天然有机化合物类群,包括了简单苯丙素类(如苯丙烯、苯丙醇、苯丙醛、苯丙酸等)、香豆素类、木脂素类、木质素类等。一、简单苯丙素1.简单苯丙素的分类及常见的物质类别代表化合物及其结构存在该物质的中药苯丙烯类丁香八角茴香苯丙醇类XXX刺五加苯丙醛类桂皮、桂枝苯丙酸类蒲公英当归2.简单苯丙素的提取与分离简单苯丙素依据其极性大小和溶解性的不同,一般用有机溶剂或水来提取,按照中药化学的一般方法分离,如硅胶柱色谱、高效液相色谱等。其中苯丙烯、苯丙醛及苯丙酸的简单酯类衍生物常具有挥发性,是挥发油芳香族化合物的主要组成部分,可用水蒸气蒸馏法提取。苯丙酸衍生物是植物的酸性成分,可用有机酸的常规方法提取。二、香豆素类化合物香豆素类成分是一类具有苯骈α-吡喃酮母核的天然化合物的总称。结构上可以看成是顺式邻羟基桂皮酸脱水形成的内酯类化合物。香豆素类成分具有多方面的生物活性,是一类重要的中药有效成分。如秦皮中的七叶内酯和七叶苷是治疗疟疾的有效成分。1、常见香豆素的结构类型香豆素根据在α-吡喃环上有无取代、7位羟基是否和6.8位取代异戊烯基形成呋喃环、吡喃环结构,可分为四大类,即简单香豆素类、呋喃香豆素类、吡喃香豆素和其他香豆素。(1)简单香豆素:只在苯环上有取代,且7位羟基未和6(或8)位取代异戊烯基形成呋喃环(或吡喃环)。(2)呋喃香豆素:分为6,7-呋喃香豆素(线型,补骨脂内酯为代表)和7,8-呋喃香豆素(角型,白芷内酯为即异补骨脂内酯型)。二氢呋喃香豆素(呋喃环外侧被氢化)(3)吡喃香豆素:分为6,7-吡喃香豆素(线型,以花椒内酯为代表)和7,8-吡喃香豆素(角型,邪蒿内酯为代表)。多为二氢吡喃香豆素(吡喃环外侧被氢化)(4)其他香豆素:吡喃酮环有取代基的香豆素。黄檀内酯。香豆素类型代表化合物及其结构式存在与中药中的该类化合物简单香豆素秦皮中的七叶内酯、七叶苷茵陈中的滨蒿内酯蛇床子中的蛇床子素瑞香中的瑞香内酯等呋喃香豆素线型呋喃香豆素补骨脂中的补骨脂素牛尾独活中的佛手柑内酯白芷中的欧芹属素乙紫花前胡中的紫花前胡苷及其苷元等角型呋喃香豆素当归中的当归素牛尾独活中的虎耳草素、异佛手柑内酯独活中的哥伦比亚内酯旱前胡中的旱前胡甲素、乙素吡喃香豆素线型吡喃香豆素紫花前胡中提取得到一系列化合物,如:紫花前胡素、紫花前胡醇、紫花前胡香豆素I等角型吡喃香豆素白花前胡中的角型二氢香豆素类其他香豆素胡桐中的(+)calanolideA香豆素二聚体、三聚体等异香豆素类2.香豆素类化合物的理化性质(1)性状:游离香豆素多数有较好的结晶,且大多有香味。香豆素中分子量小的有挥发性,能随水蒸气蒸馏,并能升华。香豆素苷多数无香味和挥发性,也不能升华。(2)荧光:香豆素母体本身无荧光,而羟基香豆素在紫外光下多显现蓝色荧光,在碱溶液中荧光更为显著。香豆素类成分荧光强弱与分子结构中取代基的种类和位置有一定关系:一般在C-7位引入羟基即有强烈的蓝色荧光,加碱可变为绿色荧光;但在C-8位再引入一羟基,则荧光减至极弱,甚至不显荧光(荧光的7上8下性)。呋喃香豆素多显蓝色荧光,但较弱。(3)溶解性:游离香豆素能部分溶于沸水,难溶于冷水,易溶于甲醇、乙醇、氯仿和乙醚;香豆素苷能溶于水、甲醇和乙醇,而难溶于乙醚等极性小的有机溶剂。(4)与碱的作用:香豆素及其苷因分子中具有内酯环,在强碱溶液中内酯环可以伀环生成顺邻羟基桂皮酸盐,加酸又可重新闭环成为原来的内酯。但如与碱长时间加热,则可转变为稳定的反邻羟基桂皮酸盐。因此用碱提取香豆素时,必须注意碱液的浓度,并应避免长时间加热,以防破坏内酯环。(5)与酸的反应酚羟基的邻位有异戊烯基等不饱和侧链在酸性条件下能环合含氧的杂环结构呋喃环或毗喃环,如果分子中存在醚键,酸性条件下水解,尤其是烯醇醚和烯丙醚。在酸性条件下,具有邻二醇结构的香豆素会发生重排。(6)双键加成反应:有香豆素上有双键,可以发生溴加成等双键加成反应。(7)氧化反应:香豆素能发生氧化反应,如与高锰酸钾、铬酸、臭氧等氧化,生成不同的氧化产物。
3.香豆素类化合物的显色反应反应名称针对结构所用试剂反应现象异羟肟酸铁反应内酯结构碱性条件下开环,与盐酸羟胺缩合成异羟肟酸,在酸性条件下与Fe3+络合与Fe3+络合显红色酚羟基反应酚羟基FeCl3溶液显绿色至墨绿色沉淀Gibb’s反应香豆素类成分6位无取代基2,6-二氯(溴)苯醌氯亚胺显蓝色Emerson反应香豆素类成分6位无取代基4-氨基安替比林和铁氰化钾显红色重氮化试剂反应酚羟基的邻对位无取代基重氮化试剂显红色至紫红色(1)异羟肟酸铁反应由于香豆素类具有内酯环,在碱性条件下可开环,与盐酸羟胺缩合成异羟肟酸,然后再于酸性条件下与三价铁离子络合成盐而显红色。用于检识香豆素存在。(2)酚羟基反应具有酚羟基的香豆素可与三氯化铁试剂产生绿色墨绿色反应。(3)Gibbs反应Gibbs试剂是2,6-二氯(溴)苯醌氯亚胺,它在弱碱性条件下可与酚羟基对位的活泼氢缩合成蓝色化合物。(4)Emnerson反应Emerson试剂是氨基安替比林和铁氰化钾,它可与酚羟基对位的活泼氢缩合成红色化合物,用于判断酚羟基对位是否有取代基。无取代可以进行,否则不能产生阳性反应,也不是香豆素的专属反应。
Gibbs反应和Emerson反应都要求必须有游离的酚羟基,且酚羟基的对位要无取代才显阳性,如7-羟香豆素就呈阴性反应。判断香豆素的C-6位是否有取代基的存在,可先水解,使其内酯环打开生成一个新的酚羟基,然后再用Gibbs或Emerson反应加以鉴别,如为阳性反应表示C-6位无取代。(5)重氮化试剂反应:如果取代酚羟基的邻、对位无取代,可与重氮化试剂反应显红色、紫红色。
4.香豆素类化合物的提取和分离
游离香豆素大多是低极性和亲脂性的,一部分与糖结合的极性较大,故开始提取时先用系统溶剂法较好。在提取分离时,可利用其内酯环的性质以酸处理,或利用游离香豆素的挥发性采用真空升华法或水蒸气蒸馏法。
(1)水蒸气蒸馏法:小分子的香豆素类因具有挥发性,可采用水蒸气蒸馏法进行提取。
(2)碱溶酸沉法:由于香豆素类可溶于热碱液中加酸又析出,故可用0.5%氢氧化钠水溶液(或醇溶液)加热提取,提取液冷却后再用乙醚除去杂质,然后加酸调节pH至中性,适当浓缩,再酸化,则香豆素类即可沉淀析出。
(3)系统溶剂法:采用系统溶剂提取法,常用石油醚、乙醚、乙酸乙酯、丙酮和甲醇顺次萃取。
(4)色谱方法:吸附剂可用中性和酸性氧化铝以及硅胶,碱性氧化铝慎用。5.香豆素类化合物的检识(1)理化检识:=1\*GB3①荧光:香豆素类化合物在紫外光(365nm)照射下一般显示蓝色或者紫色,可用于检识。7位羟基香豆素有较强的蓝色荧光,加碱可变为绿色荧光;但羟基香豆素醚化或者在C-8位再引入一羟基,则荧光减弱,色调变紫,甚至不显荧光。多烷氧基取代的呋喃香豆素多显黄绿色或者褐色荧光,但较弱。=2\*GB3②显色反应:常用异羟肟酸铁反应检识香豆素内酯环的存在与否,利用与三氯化铁反应判断酚羟基的有无。Gibb’s反应和Emerson反应用来检查C6位是否有取代基。(2)色谱检识:TLC检识,硅胶作吸附剂,游离香豆素成分可用环己烷(石油醚)-乙酸乙酯(5:1-1:1)、氯仿-丙酮(9:1-5:1)等溶剂系统展开。香豆素苷类可依极性选用不同比例的氯仿-甲醇作为展开剂。在365nm紫外光下观察,多呈蓝色、紫色荧光斑点,或喷异羟肟酸铁试剂显色。此外PC聚酰胺色谱也可用于香豆素类化合物的检识。三.木脂素木脂素是一类由苯丙素双分子聚合而成的天然成分,基本结构是C3-C6缩合,广泛存在于木部和质部。组成木脂素的单体有五种:①桂皮酸;;②桂皮醛;③桂皮醇;④丙烯苯;=5\*GB3⑤烯丙苯。1.木脂素常见结构类型
①简单木脂素:由两分子苯丙素仅通过β位位碳原子(C8-C8’)连接而成。
②单氧环木脂素:结构特征为在简单木脂素的基础上,还存在7-O-7’或者9-O-9’或者7-O-9’等THF结构。
③木脂内酯:在简单木脂素的基础上,9,9’位环氧,C9为羰基。
④环木脂素:在简单木脂素的基础上,通过一个苯丙素单位中苯环的6位与另一个苯丙素单位的7位环合而成环木脂素。
⑤环木脂内酯:在环木脂素的基础上,其C9-C9’间环合成五元内酯环。羰基上向的称4-苯代-2,3-萘内酯;下向的称为1-苯代-2,3-萘内酯。
⑥双环氧木脂素:由两分子苯丙素侧链相互连接而形成两个环氧(即具有双骈四氢呋喃环)结构的一类化合物。
⑦联苯环辛烯型木脂素:这类木脂素的结构中,既有联苯结构,又有联苯与侧链环合成的八元环状结构。如五味子素、五味子醇。
⑧联苯型木脂素:这类木脂素中,两个苯环通过3-3’直接相连而成,其侧链为未氧化型。如厚朴酚、和厚朴酚。结构类型代表化合物结构结构类型代表化合物结构简单木脂素环木脂内酯单氧环木脂素双环氧木脂素木脂内酯联苯环辛烯型木脂素环木脂素联苯型木脂素
2.木脂素的基本理化性质
(1)物理性质
木脂素多数为无色或白色结晶(新木脂素除外)。多数无挥发性,少数能升华,如去甲二氢愈创酸。游离木脂素偏亲脂性,难溶于水,能溶于苯、氯仿、乙醚、乙醇等;具有酚羟基的木脂素能溶于碱性水溶液中。与糖结合成苷者水溶性增大,并易被酶或酸水解。木质素常含有多个手性碳原子或手性中心,大部分具有光学活性,遇酸易异构化。
(2)化学性质
木脂素分子结构中常含醇羟基、酚羟基、甲氧基、亚甲二氧基及内脂环等官能团,具有这些官能团所具有的化学性质。反应名称针对结构所用试剂反应现象酚羟基反应酚羟基三氯化铁绿色或墨绿色Labat反应亚甲二氧基浓硫酸+没食子酸蓝绿色Ecgrine亚甲二氧基浓硫酸+变色酸蓝紫色异羟肟酸铁反应内酯结构红色3.木脂素类化合物的提取与分离(1)溶剂法:游离的木脂素类化合物亲脂性较强,能溶于乙醚等低极性溶剂,但在石油醚和苯中的溶解度比较小。成苷后,木脂素苷类化合物极性增大,可按苷的方法提取,如甲乙、醇等作溶剂。(2)碱溶酸沉法:某些具有酚羟基或内酯环结构的木脂素化合物可用碱水溶解,碱水液加酸酸化后,木脂素又沉淀析出,从而得以分离。(3)色谱法:木脂素的进一步分离还需依靠色谱分离法。常用吸附剂为硅胶和中性氧化铝,洗脱剂依据被分离物质的极性不同而不同。4.木脂素的检识(1)理化检识:可依据其显色反应,进行相应实验,进行检识。(2)色谱检识:展开剂:苯、氯仿、氯仿-甲醇,氯仿-二氯甲烷,氯仿-乙酸乙酯,乙酸乙酯-甲醇等。显色剂:1%的茴香醛浓硫酸试剂,110°C加热五分钟;5%或10%的磷钼酸乙醇液,120°C加热至斑点明显;10%硫酸乙醇溶液,110°C加热五分钟;三氯化锑试剂,100°C加热10分钟;碘蒸气等。第六章黄酮类化合物一、基本概念及分类黄酮类化合物经典的概念主要是指基本母核为2-苯基色原酮的衍生物。现泛指两个苯环(A环与B环)通过三个碳原子相互联结而成,分子结构中具有C6-C3-C6基本碳架的一系列化合物。
根据中央三碳链的氧化程度、B环连接位置(2位或3位)以及三碳链是否构成环状等特点,可将主要天然黄酮类化合物分为黄酮、黄酮醇、二氢黄酮、二氢黄酮醇、异黄酮、二氢异黄酮、查耳酮、二氢查耳酮、花色素、黄烷醇(黄烷-3-醇、黄烷-3,4-二醇)、橙酮、双苯吡酮、高异黄酮等。类型名称类型特点基本结构代表物质及其结构1.黄酮2苯基色原酮,3位无含氧基团2.黄酮醇黄酮母核3位连羟基或其他含氧基团3.二氢黄酮黄酮母核2、3位双键被氢化4.二氢黄酮醇黄酮醇2、3位双键被氢化,5.异黄酮3-苯基色原酮(B环连接在3位)6.二氢异黄酮异黄酮母核2、3位双键被氢化7.查耳酮三碳链不成环,二氢黄酮C环1、2位键断裂生成开链衍生物8.二氢查耳酮查耳酮α,β位双键氢化而成9.橙酮黄酮母核C环是含氧五元环10.花色素黄酮母核C环无羰基,1位氧原子以氧盐存在11.黄烷醇花色素1、2位和3、4位双键被氧化,分为黄烷-3-醇和黄烷-3,4-二醇黄烷-3-醇黄烷-3,4-二醇12.双黄酮两分子黄酮衍生物聚合而成的二聚物。常见的为两分子芹菜素或其甲醚衍生物构成。13.其他黄酮类其他不具备上述各特点的黄酮类化合物,如双苯吡酮、高异黄酮类等二氢黄酮和2’-羟基查耳酮是异构体,在酸的作用下2’-羟基查耳酮可转化为无色的二氢黄酮,碱化后有转化为深黄色的2,-羟基查耳酮。此外尚有由两分子黄酮或两分子二氢黄酮,或一分子黄酮及一分子二氢黄酮按C-C或C-O-C键方式联接而成的双黄酮类化合物。有少数黄酮类化合物结构很复杂,如水飞蓟素为黄酮木脂素类化合物,榕碱及异榕碱为生物碱型黄酮。
除O-苷外,天然黄酮类化合物还发现有C-苷,如葛根素、葛根黄木糖苷,为中药葛根中的扩张冠状动脉血管的有效成分。二、黄酮类化合物的理化性质1.性状(1)形态:黄酮类化合物多为结晶性固体,少数(如黄酮苷类)为无定形粉末。(2)颜色:黄酮类化合物的颜色与分子中是否存在交叉共轭体系及助色团(OH、OCH3等)的种类、数目以及取代位置有关。=1\*GB3①黄酮、黄酮醇及其苷类多显灰黄色~黄色,查耳酮为黄色~橙黄色,而二氢黄酮、二氢黄酮醇、异黄酮类及黄烷醇类,因仅有较短的共轭体系,故几乎无色(二氢黄酮及二氢黄酮醇)或显微黄色(异黄酮)。
=2\*GB3②黄酮、黄酮醇分子中,尤其在7位或4’位,引入-OH及-OCH3等助色团后,因促进电子移位、重排,而使化合物的颜色加深。但-OH及-OCH3引入其他位置,则对化合物的颜色影响较小。
=3\*GB3③花色素及其苷元的颜色随pH不同而改变,一般显红(pH<7)、紫(pH=8.5)、蓝(pH>8.5)等颜色。2.旋光性游离的各种黄酮苷元母核中,除二氢黄酮、二氢黄酮醇、黄烷及黄烷醇有旋光性外,其余无光学活性。成苷后,由于在结构中引入糖分子,故均有旋光性,且多为左旋。
3.溶解性(1)游离黄酮类化合物
一般黄酮苷元难溶或不溶于水,易溶于甲醇、乙醇、醋酸乙酯、乙醚等有机溶剂及稀碱水溶液中。=1\*GB3①就分子空间结构来看:黄酮、黄酮醇、查耳酮等平面性较强的分子,因分子与分子间排列紧密,分子间引力较大,难溶于水;而二氢黄酮和二氢黄酮醇等,因C环具有近似于半椅式的结构,是非平面性分子,分子与分子间排列不紧密,分子间引力降低,有利于分子进入,溶解度稍大;花色素(花青素)苷元虽为平面型结构,但因以离子形式存在,具有盐的通性,故亲水性较强,水中溶解度较大。水溶性排序:花色素>二氢黄酮二氢黄酮醇>黄酮黄酮醇查耳酮,异黄酮水溶性位于黄酮与二氢黄酮之间=2\*GB3②就取代基来看:黄酮苷元分子中引入羟基,将增加在水中的溶解度;而羟基甲基化后,则增加在有机溶剂中的溶解度。(2)黄酮苷类黄酮苷一般易溶于水、甲醇、乙醇等强极性溶剂中;难溶或不溶于苯、氯仿等有机溶剂中。糖链越长,在水中溶解度越大。糖与苷元的连接位置不同,对苷在水中的溶解度也有一定影响,比如3-羟基糖苷比相应的7-羟基糖苷水溶性大。
4.酸碱性①酸性:黄酮类化合物因分子中多具有酚羟基,显酸性,可溶于碱性水溶液、吡啶、甲酰胺及二甲基甲酰胺中。由于酚羟基数目及位置不同,酸性强弱不同。以黄酮为例,其酚羟基酸性强弱顺序依次为:7,4’-二羟基(5%碳酸氢钠)>7或4’-羟基(5%碳酸钠)>一般酚羟基(受羰基影响)(0.2%氢氧化钠)>5-羟基(受羰基影响)(0.2%氢氧化钠)。如果是二氢黄酮,酸性强弱顺序变化如下:7,4’-二羟黄酮>7或4’-二羟黄酮>5’-二羟黄酮>3-羟基二氢黄酮。只要有7羟基,酸性就最强,无酚羟基酸性最弱。②碱性:γ-吡喃酮环上的1位氧原子,因有未共用的电子对,表现出微弱碱性,可与强无机酸,如浓硫酸、盐酸等生成盐,但生成的盐极不稳定,遇水即分解。黄酮类化合物溶于浓硫酸产生的盐,常表现出特殊的颜色,可用于鉴别。
5.黄酮类化合物重要颜色反应
黄酮类化合物的颜色反应多与分子中的酚羟基及γ-吡喃酮环有关。(1)还原反应
①盐酸-镁粉(或锌粉)反应:是鉴定黄酮类化合物最常用的颜色反应。多数黄酮、黄酮醇、二氢黄酮、二氢黄酮醇类化合物显橙红色至紫红色,少数显紫色至蓝色。查耳酮、橙酮、儿茶素类则无该显色反应。异黄酮类除少数外,也不显色。
②四氢硼钠反应:NaBH4是对二氢黄酮类化合物专属性较高的一种还原剂,显红色至紫色。
③磷钼酸反应:二氢黄酮可与磷钼酸试剂反应呈现棕褐色,可作为二氢黄酮类化合物的特征鉴别反应。=4\*GB3④钠汞齐还原反应:在样品乙醇溶液中加入钠汞齐,置数分钟至数小时后过滤,滤液用盐酸酸化,则黄酮、二氢黄酮、二氢异黄酮类显红色;黄酮醇类显黄-淡红色;二氢黄酮醇显棕黄色。
(2)金属盐类试剂的络合反应与金属离子反应的集团:邻二酚羟基或兼有3-羟基、4-羰基或5-羟基、4-羰基结构①三氯化铝反应:常用试剂为1%三氯化铝溶液。含有邻二酚羟基或兼有3-羟基、4-羰基或5-羟基、4-羰基结构的黄酮类化合物显色,生成的络合物多为黄色,置紫外灯下显鲜黄色荧光,但4’-羟基黄酮醇或者7,4’-二羟基黄酮醇显天蓝色荧光。②铅盐:常用1%醋酸铅水溶液,可生成黄色至红色沉淀。醋酸铅只能与分子中具有邻二酚羟基或兼有3-羟基、4-羰基或5-羟基、4-羰基结构的化合物反应生成沉淀。③锆盐-枸橼酸反应:多用2%二氯氧锆(ZrOCl2)甲醇溶液。黄酮类化合物分子中有游离的3-或5-羟基-4羰基存在时,均可与该试剂反应,生成黄色的锆络合物。在实际应用时,通常同时使用二氯氧锆和枸橼酸,以判断黄酮类化合物3-OH、5-OH的存在。若有3-OH和(或)5-OH,加二氯氧锆显黄色。若只有5-OH,加枸橼酸后黄色减褪,若有3-OH,则加枸橼酸后黄色不变,因此可用于区分黄酮和黄酮醇。用于鉴别3-OH的存在。
④氨性氯化锶反应(SrCl2):在氨性甲醇溶液中,氯化锶可与分子中具有邻二酚羟基结构的黄酮类化合物生成绿色至棕色乃至黑色沉淀。用于判断是否有邻二酚羟基。
⑤三氯化铁
:之事酚羟基的存在与否。
(3)硼酸显色反应
黄酮类化合物分子具有如右侧结构时,在无机酸或有机酸存在条件下,可与硼酸反应,生成亮黄色。5-羟基黄酮及2’-羟基查耳酮类结构符合上述要求。
(4)碱性试剂显色反应
①黄酮类化合物在冷和热的氢氧化钠溶液中都能产生黄-橙色②查耳酮或二氢黄酮类在碱液中能很快产生红色或紫色;二氢黄酮在冷碱中呈黄-橙色,放置一段时间或者加热后则呈深红-紫红色,此系二氢黄酮类碱液中开环,转变成相应的异构体查耳酮之故。
③黄酮醇类在碱液中先呈黄色,通入空气后,3-OH被氧化,变为棕色。
=4\*GB3④分子结构中有邻三酚羟基时,在稀氢氧化钠溶液中,往往能产生暗绿色或蓝绿色纤维状沉淀。(5)与五氯化锑反应将样品溶于无水
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