天然药物化学第五章黄酮类化合物课件

第五章黄酮类化合物Flavonoid第一节概述苷元苷1950年104个1962年201个1974年902个722个(其中黄酮苷241个,黄酮醇苷346个)1980年黄酮总数已达2721个Uptodate>4000knownflavonoidscomprising12subclasses,morethan3000flavonesandmorethan700knownisoflavonesexistinplantsandalmost6500differentflavonoidsareknown.[Abstractedfrom:JournalofChromatographyA,2006,1112,31].分布与存在1.这类成分是在植物中分布最广的一类物质2.它们大多是以苷的形式存在于植物体的各个部位，尤其是花、叶部分。一、黄酮类化合物生物合成的基本途径1.基本骨架指具有以下基本结构(C6-C3-C6)的黄色色素

2-苯基色原酮结构特征具有高度共轭体系—为基本生色团，且母核上有OH或OCH3取代（助色团），大多为黄色，结构中有酮基。因此称为黄酮类化合物。符合C6-C3-C6

基本骨架（桂皮酸途径）。属酚类衍生物例：黄酮醇查耳酮2.黄酮生物合成的基本途径

C6-C3-C6

Flavone

黄酮苯丙氨酸ABC

Chalcone

查尔酮二、结构分类及相互间的生物合成关系（一）主要结构类型已发现的结构类型有20多种，其中有14种主要结构类型。

黄酮和黄酮醇

黄酮:被子植物,唇形科,玄参科,苦苣苔科,菊科.

芹菜素:5,7,4’-三OH

芹菜苷:-7-O-芹糖

木犀草素:5,7,3’,4’-四OH

黄芩素:5,6,7-三OH

川陈皮素:5,6,7,8,3’,4’-六OCH3

槲皮素:3,5,7,3’,4’-五OH山柰酚:3,5,7,4’-四OH黄酮醇二氢黄酮和二氢黄酮醇蔷薇科、芸香科、豆科、杜鹃花科、菊科橙皮苷、新橙皮苷、杜鹃素二氢黄酮醇：双子叶植物，豆科。二氢槲皮素、水飞蓟素异黄酮

大豆，葛根黄酮二氢异黄酮查耳酮红花苷二氢查耳酮橙酮和酮黄烷醇(儿茶素)和花色素（植物色素）黄酮木脂体（水飞蓟素）生物碱型黄酮（榕碱，异榕碱）高异黄酮（homoisoflavone）双黄酮(存在于裸子植物)银杏素R1=CH3;R2=H异银杏素R1=H;R2=CH3白果素R1=H;R2=H（二）黄酮苷植物中黄酮类化合物大多与糖结合成苷的形式存在，少数以游离形式与苷共存1.组成黄酮苷的糖

(1)糖：单、双、三糖

(2)苷键的种类氧苷键：糖-O-苷元碳苷键：糖-C-苷元:葛根黄酮

(3)糖与化合物结合的位置

O-苷：单糖苷C3、C7、C3’、C4’

双糖苷C3、C7；C3、C4’

C7、C4’

C-苷：C6或C8位黄酮类化合物中主要类别间的生物合成关系查耳酮与异黄酮间的转化关系三、黄酮类化合物的生物活性黄酮类化合物的生物活性多样（一）对心血管系统的作用如芦丁、橙皮苷、d-儿茶素等（二）抗肝脏毒作用（三）抗炎作用（四）雌性激素样作用大豆异黄酮（五）抗菌及抗病毒作用第三节黄酮类化合物

的理化性质及显色反应一、性状1.颜色黄酮类化合物多为结晶，少数为粉末。呈色原因：其颜色与分子中是否存在交叉共轭体系及助色团(OH,OCH3)的种类，数目及取代的位置有关。以黄酮为例：各类黄酮化合物颜色一般：(1)黄酮（醇）及其苷显灰黄~黄色

(2)查耳酮呈黄~橙黄色

(3)二氢黄酮（醇）为无色。因C2-C3单键，不能发生上述电子转移，进而形成长共轭的缘故。

(4)异黄酮由于B环不与其共轭，所以也无色或显微黄色。

(5)花色素及其苷：颜色随pH改变而变化。

2pH8.514

红紫兰2.旋光性苷元中：二氢黄酮（醇），黄烷（醇）其分子中有手性C，故具旋光性。黄酮苷：由于结构中引入糖分子，故有旋光性，且多为左旋。二、溶解性

H2O

MeOH

EtOAc

EtOHEt2O,CHCl3

苷++-苷元-++说明：1.苷，苷元分子中有Ar-OH，溶于稀碱水溶液2.苷元：1)一般难溶或不溶于水，但不同结构类型，彼此之间对水溶解性又有一定差异。黄酮（醇）、查耳酮平面分子花色素（离子）非平面分子——二氢黄酮（醇）2)苷元取代基:

OH取代多分子极性亲水性

OCH3取代多分子极性亲脂性3.苷溶于水，且热水>冷水一般双糖苷>单糖苷

3-O-糖苷>7-O-糖苷

>三、酸性与碱性（一）酸性强弱：与Ar-OH数目、位置有关黄酮酸性规律

7,4’-二OH>7或4’-OH>一般Ar-OH>5-OH

酸性强酸性弱溶于Na2CO3Na2CO3或Ca(OH)2水液NaOH水液(二)碱性来源:应用:1.黄酮类化合物溶于浓硫酸，可表现特殊的颜色，用于鉴别黄酮结构类型。

2.鉴别某些甲氧基黄酮四、显色反应黄酮类化合物与各种试剂的呈色，多与结构中Ar-OH及g-吡喃酮有关。

(一)还原试验:HCl-Mg(Zn)反应;Na(K)BH4反应

(二)金属盐类试剂的络合反应:Al3+;Pb4+;Zr4+;Sr2+(三)硼酸显色

(四)碱性试剂显色反应

1、HCl-Mg(Zn)反应一般黄酮（醇）为正反应显橙红～紫红色少数显紫～兰色

二氢黄酮（醇）

HCl-Mg的呈色反应，（1）同类化合物，当B环上有OH，OCH3取代时，颜色亦随之加深。（2）儿茶素不显色，异黄酮除个别外，一般不显色。（3）个别黄酮化合物不呈色。如黄芩素

其乙醇液为黄色加入HCl-Mg后几乎无颜色（4）橙酮,查耳酮,花色素对HCl-Mg反应为负反应.

但在浓HCl中花色素及部分橙酮，查耳酮会发生颜色变化。所以必要时，应做对照实验。如果在样品乙醇溶液中只加入浓HCl便产生红色，则表明含有花色素及某些橙酮，查耳酮。2.Na(K)BH4反应

是二氢黄酮的专属试剂反应颜色:红~紫色反应机理:（二）金属盐类试剂的络合反应

黄酮醇,二氢黄酮醇

黄酮,二氢黄酮,查耳酮

异黄酮结构中有邻二酚OH

以上任一结构都可以与一些金属盐生成有色络合物常用金属盐试剂有:1.铝盐常用1%AlCl3或Al(NO3)3乙醇(甲醇)液例如:黄酮的络合物为鲜黄色,多数有黄绿色荧光

(1)

定性：鉴别是否为黄酮化合物.(2)定量：将黄酮化合物与AlCl3反应后有最大吸收峰，用于定量。

2、锆盐：常用2%ZrOCl2甲醇液

应用：区分游离的3-OH或5-OH

现象区别

3-OH黄酮黄色络合物仍呈鲜黄色

ZrOCl2

黄绿色荧光加枸橼酸溶液

5-OH黄酮黄色溶液显著褪色

5-OH和3-OH黄酮-锆络合物的稳定性不同3、镁盐常用1%Mg(OAc)2甲醇溶液应用：区分二氢黄酮(醇)-----天蓝色荧光黄酮(醇),异黄酮-----黄~橙黄~褐色4、三氯化铁反应为酚OH颜色反应,无专属性

上述反应1、2、3可在试管，也可在纸片上进行

5、铅盐常用1%Pb(OAc)4或Pb(OH)2(OAc)4水溶液:黄酮与铅盐可生成水不溶性沉淀(黄~红色)

沉淀颜色与酚OH数目、位置有关Pb(OAc)4只能与分子中具有邻二酚OH的黄酮反应Pb(OH)2(OAc)4与一般酚OH

可用于提取分离、鉴定6、氯化锶（SrCl2）沉淀反应

Sr2+在氨性甲醇溶液中与分子中具有邻二酚OH黄酮类化合物生成绿色~棕色或黑色沉淀应用：鉴别邻二酚OH（三）硼酸显色反应含结构的黄酮为正反应

5-OH黄酮（醇）

包括

2’-OH查耳酮在与硼酸生成不同颜色例：

草酸中显黄色并具黄绿色荧光柠檬酸（丙酮）中只显黄色无荧光

应用：该反应可将上述两类黄酮与其它类别黄酮相区别（四）碱性试剂显色反应应用：1.黄酮类的鉴别2.鉴定二氢黄酮与查耳酮：二氢黄酮查耳酮无色橙~黄色3.黄酮醇与其它类型黄酮相区别4.黄酮类化合物如分子中有邻二酚OH或C3,C4’-二OH取代时，在碱液中不稳定，易氧化，颜色变深第三节黄酮类化合物的提取与分离一、提取（一）提取从植物中提取黄酮类化合物选择溶剂时需考虑：

1.黄酮类化合物在植物中存在的形式：

2.材料——植物的哪一部分花、果、叶——多含苷坚硬的木质部——苷元3.杂质的情况

(1)原料中伴存亲脂性杂质，如叶绿素、油脂、甾体等。可先用石油醚处理除去

(2)原料中伴存的水溶性杂质，可用EtOAc或n-BuOH为溶剂，或用铅盐沉淀法提出黄酮类化合物。4.已知成份/未知成份;系统分离/特定成份的分离：

A.沸水,碱水作提取剂以提苷为主，应用于已知成分特点：含量高，后处理方便；成盐易溶于水

例如:橙皮苷

B.醇类作溶剂应用最多

C.亲脂性有机溶剂提取苷元（二）精制分离溶剂萃取法碱提取酸沉淀法炭粉吸附法1.溶剂萃取法材料

醇浸膏

不溶物水液亲脂性杂质MeOH(EtOH)热提热水反复溶解

Et2O萃取(1)系统溶剂提取

Et2O萃取液水液

(黄酮苷元,部分单糖苷)

EtOAc液

(单糖苷,双糖苷)

(如叶绿素,树脂物)

EtOAc萃取

n-BuOH萃取

n-BuOH液(双糖苷,三糖苷)水液(水溶性杂质)水液(2)除去亲脂性杂质(3)除去水溶性杂质2.碱提取酸沉淀法此法适用于含量高的已知黄酮成分如：槐米rutin(芦丁)10~20%

黄芩baicalin(黄芩苷)4~5%

枳实hesperdin(橙皮苷)4~5%3.炭粉吸附法:黄酮苷的精制二、分离（单体黄酮的分离）

硅胶柱色谱法(一)柱色谱法聚酰胺柱色谱葡聚糖凝胶柱色谱硅胶柱色谱适于分离异黄酮，二氢黄酮（醇）及高度甲基化的黄酮（醇）类少数情况下，硅胶加水去活性后，也可用来分离某些极性较大的黄酮聚酰胺柱色谱黄酮、酚类、醌类吸附原理：氢键吸附影响聚酰胺吸附化合物能力的因素：

1.与所采用溶剂的类型有关溶剂在聚酰胺柱上的洗脱能力:水﹤甲醇或乙醇﹤丙酮﹤稀NaOH水溶液或氨水﹤甲酰胺﹤二甲基甲酰胺﹤尿素水溶液

2.与被分离物质的结构——酚OH数目及位置有关酚OH数目：苷元相同时，洗脱顺序：三糖苷双糖苷单糖苷苷元聚酰胺对不同黄酮的吸附能力：1)黄酮的种类：黄酮醇>黄酮>二氢黄酮醇>异黄酮，洗脱能力则相反

2)酚OH位置：酚OH不能形成分子内氢键吸附>能形成分子内氢键

>聚酰胺吸附色谱法：(1)形成氢键的基团数目越多，吸附能力越强。(2)成键位置对吸附力也有影响:分子内氢键。(3)分子中芳香化程度高者，则吸附作用增强样品方面：溶剂洗脱能力：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3.葡聚糖凝胶(Sephadex)柱色谱常用型号：Sephadex-G型

Sephadex-LH20型原理:(1)分离苷元：吸附强弱

(2)分离苷：分子筛作用洗脱剂：甲醇、乙醇、碱水、含水丙酮等（二）梯度pH萃取法原理：酸性强弱不同方法：有机溶剂溶解，碱水梯度萃取碱性：弱强苷元萃出顺序：酸性强弱Example（三）根据分子中某些特定官能团分离

——主要为邻二酚OH1、铅盐沉淀法：粗分离沉淀（含邻二酚OH）黄酮混合物+Pb(OAc)4

脱铅方法：硫酸盐法、磷酸盐法或阳离子交换树脂法溶液（三）根据分子中某些特定官能团分离

——主要为邻二酚OH2、硼酸复盐法：络合作用原理：具有邻二酚OH的黄酮可与硼酸络合，生成的物质可溶于水；无邻二酚OH的黄酮无此反应，不溶于水PS：在实际分离工作中，常常将上述多种方法相配合，以获得较好的分离效果实例：从柠檬果皮中分离降血压有效成分第四节黄酮类化合物的检识与结构鉴定一、色谱法在黄酮类化合物鉴定中的应用

1.纸色谱(PC)(1)常用溶剂系统醇性BAW(n-BuOH-HOAc-H2O)4:1:5TBA(t-BuOH-HOAc-H2O)3:1:1

水饱和的n-BuOH等水性:H2O、不同浓度的醋酸(2%醋酸、15%醋酸等)、3%NaCl、HOAc-浓HCl-H2O(30:3:3)

(2)不同极性溶剂中Rf值的比较

a.在醇性展开剂中不同苷元时Rf值:平面性分子>非平面型分子同类型苷元时Rf值:苷元>单糖苷>双糖苷

b.在水性展开剂中(极性大的化合物Rf值大）不同苷元时平面分子Rf值<非平面分子同类型苷元时苷元Rf值<单糖苷<双糖苷

如:BAW(4:1:5):Rf值quercetin>rutin15%HOAc:Rf值quercetin<rutin混合物的鉴定：常用双向色谱如黄酮苷的分离通常第一向采用醇性溶剂第二向采用水性溶剂

(3)显色剂

UV下观察

1%~2%AlCl3(MeOH)1%FeCl3-1%K3Fe(CN)61:1水液2.薄层色谱（TLC）

(1)硅胶薄层色谱常用展开剂：甲苯-甲酸甲酯-甲酸

5:4:1CHCl3-MeOH-HCOOH8:2:1CHCl3-丁酮-甲酸

5:3:1

(2)聚酰胺薄层常用展开剂：

a.含水极性溶剂：不同浓度的含水乙醇（形成氢键）

b.亲脂性有机溶剂：分配色谱原理乙醇-水-乙酰丙酮(2:4:1)

苯-甲醇-丁酮(6:2:2)(3)显色剂同PC显色剂未知物物理常数TLC分子式取代基定性定量骨架特征取代基定位平面结构立体结构全合成mp[a]DMS+元素分析(EA)IR;UV;1H(13C)-NMR植化分类光谱特征NMRMS化学法NMRMS解析CDORDNMR(NOE)已知物化学关联结构测定单晶X-射线衍射数据获取光谱特征化学证明与已知物对照二、紫外及可见光谱在黄酮类鉴定中的应用测定黄酮类化合物的UV吸收光谱，对结构的鉴定有特殊意义特点：1.用量少

2.用特殊试剂使黄酮母核上官能团发生反应，提供有关取代基的位置或数量的信息（一）黄酮类化合物在甲醇溶液中

的UV光谱特征在多数黄酮类化合物在UV光谱中有两个主要吸收带，即在200~400nm区域内有两个吸收带

Benzoyl

Cinnamoyl

带Ⅱ220~280nm带Ⅰ300~400nm1.黄酮及黄酮醇类带Ⅱ带Ⅰ

黄酮220~280nm

304~350nmI<350nm

黄酮醇强吸收352~385nmI>350nm3-OR328~3851.表5-8:说明B环氧取代程度,则带Ⅰ红移.2.表5-9:说明A环氧取代程度,则带Ⅱ红移.3.若OH甲基化或苷化,引起相应吸收带,尤其带Ⅰ紫移.4.若OH乙酰化,原来酚OH对光谱的影响消失.2.查耳酮及橙酮类共同特点:带Ⅰ很强为主峰,带Ⅱ为弱峰.

带Ⅱ带Ⅰ

查耳酮220~270(弱)340~390(强)

橙酮220~276(较强)370~430(强)3.异黄酮,二氢黄酮及二氢黄酮醇共同特点:带Ⅱ强吸收为主峰,带Ⅰ为弱峰.

带Ⅱ带Ⅰ

异黄酮245~270(弱)300-340二氢黄酮(醇)270~290(较强)(二)加入诊断试剂后引起的位移及其在结构测定中的意义以黄酮醇为例一般程序:1.测定样品在MeOH中UV吸收光谱---原始谱

2.加入诊断试剂后测定UV及可见光谱甲醇钠:a.检查黄酮(醇)中游离3-OH或4’-OH4’-OH存在带Ⅰ+40~60nm,峰强度不下降

3-OH存在带Ⅰ+50~60nm,峰强度减弱

b.检查黄酮(醇)中游离3,4’-OH体系或

3,3’,4’-三OH等对碱敏感的OH产生吸收峰,其强度随时间延长而递减.醋酸钠(未熔融)

NaOAc比NaOMe的碱性弱,只能使强酸性OH离子化,检查7-OH,3-OH,4’-OHa.7-OH存在,带Ⅱ+5~20nmb.4’-OH存在,无3-OH或7-OH取代时,在NaOMe,NaOAc光谱中带Ⅰ位移的比较,二者相同或前者有更大的位移.醋酸钠(熔融)

碱性提高,表现与NaOMe

类似效果.NaOAc/H3BO3

NaOAc与H3BO3的混合物用于检识黄酮母核上的所有邻二酚OHa.B环有邻二酚OH存在,则带Ⅰ+12~30nmb.A环有邻二酚OH存在,则带Ⅱ+5~10nmAlCl3及AlCl3/HCl(1)AlCl3与含3-OH或5-OH的黄酮(醇)以及邻二酚OH螯合,使吸收峰红移

(2)由于AlCl3形成络合物的稳定性为:3-OH>5-OH>邻二酚OH酸水存在下稳定破坏螯合不螯合但MeOH中加数滴酸水仍稳定

AlCl3/HCl谱图=AlCl3谱图则结构中无邻二酚OHAlCl3/HCl谱图=AlCl3谱图则结构中可能有邻二酚OHa.若B环有邻二酚OH存在则带Ⅰ-30~40nmb.若A.B环可能有邻二酚OH,则带Ⅰ-50~65nmAlCl3/HCl谱图=MeOH谱图示无3-及/或5-OHAlCl3/HCl谱图=MeOH谱图若只有5-OH存在,带Ⅰ+35~55nm

只有3-OH存在,带Ⅰ+60nm

可能同时有3及5-OH,带Ⅰ+50~60nm

若除5-OH外,尚有6-O取代,则带Ⅰ+17~20nm三、氢核磁共振在黄酮类结构

分析中的应用1H-NMR已成为天然黄酮类化合物结构分析的一种非常重要的方法测定方法:1.间接测定法:OHOSi(CH3)32.直接测定法:CDCl3,pyridine-d5,DMSO-d6归纳黄酮类化合物1H-NMR的规律（一）A环质子1)5,7-二OH取代

A环上只有H-6,H-8;为间位偶合,dH

5.70~6.90,d峰,H-6较高场

2)7-OH取代

H-5:C=O去屏蔽

dH

8.0

H-5H-6H-8dddd

J5,6=Jo=9.0HzJ6,5=Jo=9.0HzJ8,6=Jm=2.5HzJ6,8=Jm=2.5Hz(二)B环质子

1)4’-OR取代

为AA’BB’系统四重峰dH6.5~7.9

例.黄酮H-2’,6’H-3’,5’

dH7.7~7.9ppm6.5~7.1ppmddJ8.5Hz8.5Hz

2)3’,4’-二ORH-6’H-2’H-5’

dH

7.2~7.96.7~7.1

ddddJo=8.5HzJm=2.5HzJo=8.5Hz

Jm=2.5Hz

3)3’,4’,5’-三OR

H-2’,6’dH

6.5~7.5,s(三)C环质子1.黄酮醇,黄酮:H-3,

dH

6.3,s(尖单峰)2.异黄酮H-2C=Oβ位低场dH

7.6~7.8,s

3.二氢黄酮(醇)二氢黄酮ABX系统二氢黄酮醇4.查耳酮及橙酮类(四)糖上的质子1.单糖苷糖上端基质子未成苷糖的H-1dH

~4.0

成苷后糖的H-1dH

~5.0原因:1)由苷键O原子上电子与苷元P-π共轭

2)糖上C1与O()相连吸电子,使C1缺电子,致使H-1上电子云密度降低多,H-1共振峰在较低磁场区出现.

A.苷元上糖位置不同,糖端基质子的化学位移不同例.黄酮类3-O-糖苷4’,5,7-O-糖苷

dH低场一些5.0~6.0ppm4.8~5.2ppmB.与糖的种类有关例.黄酮醇3-O-glc苷黄酮醇-3-O-rha苷

H-1dH

5.7-6.0ppm5.0~5.1ppm2.双糖苷苷元-O-糖-O-糖

直接与苷元相连末端糖的端基质子的端基质子共振峰在稍化学位移稍小(共低磁场(化学位移稍大)振峰在较高磁场)(五)6-及8-CH3

dH~2.0且6-CH3质子较8-CH3质子稍高场0.2ppm(六)甲氧基上的质子苷元上OCH3:dH3.50~4.10ppm(七)乙酰氧基的质子

化学位移应用芳香族

2.30~2.50ppm乙酰化测定酚OH数目脂肪族

1.65~2.10ppm由脂肪族乙酰氧基数目推测苷中结合糖的数目四.13CNMR在黄酮类化合物

结构鉴定中的应用

黄酮类化合物结构鉴定

60年代UV70年代UV1HNMR80年代主要为1H,13CNMR

13CNMR信号归属:(1)用简单化合物及其衍生物进行比较

(2)用经验性取代基位移规律计算(一)黄酮类化合物骨架类型的判断利用中央三碳核的信号特征,推测黄酮化合物的骨架类型(二)黄酮类化合物取代图式的确定方法采用芳香碳原子的信号特征确定取代基的取代图式.(三)黄酮类化合物O-糖苷中糖的连接位置苷元上成苷的酚OH位置不同苷化位移值不同糖种类不同1.糖的苷化位移及端基碳的信号糖上C1dC

95~105ppm左右