醌类化合物

*第四章醌类化合物(quinones)醌类化合物是指分子内具有醌式结构〔不饱和环二酮结构〕或容易转变成这样结构的一类化合物。由乙酸-丙二酸途径生成。天然醌类主要有四种类型苯醌benzoquinones萘醌naphthoquinones菲醌phenanthraquinones蒽醌anthraquinones中药中以蒽醌及其衍生物尤为重要*在植物中分布广泛蓼科的大黄、何首乌；豆科的决明子、番泻叶；唇形科的丹参等。醌类化合物多存在于植物的根、皮、叶及心材中。多方面的生物活性泻下抗菌止血抗病毒、解痉、利胆、镇咳、平喘等*第四章醌类化合物(quinones)结构类型理化性质提取别离及检识结构研究*第一节结构类型一、苯醌类〔Benzoquinones〕醌类成分中最简单的一类，根据苯醌结构中的两个羰基的相对位置，可将苯醌分为邻苯醌和对苯醌两大类。天然存在的多为对苯醌，多为黄色或橙色结晶。对苯醌邻苯醌不稳定*一、苯醌类〔Benzoquinones〕常见的取代基为-OH，-OMe，-Me和烷基等。一些带有较高级直链烃基侧链的对苯醌衍生物有驱除肠内寄生虫的作用，如信筒子醌(embellin)。泛醌类(ubiquinones)是生物氧化反响的一类辅酶，又称辅酶Q类〔coenzymesQ〕。辅酶Q10〔n=10〕已用于治疗心脏病、高血压、癌症。*二、萘醌类〔Naphthoquinones)分为α-(1,4)、β-(1,2)及amphi-(2,6)三种类型。自然界中大多为α-萘醌类，多为橙色或橙红色结晶。胡桃醌(抗菌、抗癌、镇静)蓝雪醌〔抗菌、止咳、祛痰〕α(1,4)β(1,2)amphi(2,6)*三、菲醌类〔Phenanthraquinones)天然菲醌衍生物包括邻菲醌和对菲醌两种类型。邻菲醌对菲醌丹参*四、蒽醌类〔anthraquinones〕〔一〕蒽醌衍生物母核常被-OH、-Me、-MeOH、-OCH3、-COOH取代，呈游离形式或与糖结合成苷存在于植物体内。有的蒽醌苷为碳苷，如芦荟苷。1,4,5,8位为α位2,3,6,7位为β位9,10位为meso位，又叫中位*〔一〕蒽醌衍生物根据羟基在蒽醌母核上的分布状况不同，将羟基蒽醌分为两类：大黄素型和茜素型。1.大黄素型：羟基分布于两侧苯环上，多呈黄色。如大黄中的主要蒽醌成分羟基蒽醌衍生物多与葡萄糖、鼠李糖结合成苷苷元名称R1R2大黄酚(chrysophanol)H-CH3大黄素(emodin)-OH-CH3大黄素甲醚(physcion)-OCH3-CH3芦荟大黄素(aloeemodin)H-CH2OH大黄酸(rhein)H-COOH*命名大黄酚-8-O-β-D-葡萄糖苷〔1,8-二羟基-3-甲基蒽醌-8-O-β-D-葡萄糖苷〕芦荟大黄素〔1,8-二羟基-3-羟甲基蒽醌〕*〔一〕蒽醌衍生物2.茜草素型：羟基分布于一侧苯环上，颜色较深，多呈橙黄色至橙红色。茜草中还含有蒽醌与木糖、葡糖结合而成的苷类化合物。茜草素alizarin羟基茜草素purpurin伪羟基茜草素pseudopurpurin*〔二〕蒽酚〔蒽酮〕衍生物蒽醌在酸性条件被复原，生成蒽酚及其互变异构体－蒽酮。蒽酚及蒽酮类一般只存在于新鲜植物中，新鲜大黄贮存2年以上那么检识不到蒽酚。蒽酚衍生物的meso位羟基与糖缩合成苷，那么性质比较稳定。蒽醌蒽酚蒽酮*芦荟苷〔1,8-二羟基蒽酮-10-C-β-D-葡萄糖苷〕蒽酮碳苷*〔三〕二蒽酮类衍生物1.二蒽酮类可以看作2分子蒽酮脱去一分子氢，通过碳碳键结合而成的化合物。其结合方式多为C10-C10′，也有其它位置〔α位，即C1-C1′或C4-C4′〕连结。C10-C10′相连中位二蒽酮C4-C4′结合α-位二蒽酮易断裂*例：大黄及番泻叶中致泻的主要有效成分，番泻苷(sennoside)A、B、C、D番泻苷A番泻苷B番泻苷C番泻苷D反式连接顺式连接*去氢二蒽酮类中位二蒽酮再脱去1分子氢即进一步氧化，两环之间以双键相连者称为去氢二蒽酮。多呈暗紫红色。日照蒽酮类去氢二蒽酮进一步氧化，α与α′位相连组成一新六元环。中位萘骈二蒽酮类日照蒽酮进一步氧化，α与α′位相连组成两个新六元环。〔三〕二蒽酮类衍生物去氢二蒽酮日照蒽酮金丝桃素金丝桃属植物*〔三〕二蒽酮类衍生物2.二蒽醌类蒽醌类脱氢缩合或二蒽酮类氧化均可形成二蒽醌类。两个蒽醌环相同且对称，由于空间位阻的相互排斥，故两个蒽环呈反向排列，如：天精〔skyrin〕山扁豆双醌〔cassiamine〕*第一节结构类型掌握醌类化合物定义〔英文名称〕；天然醌类四种主要类型的结构、编号、命名；各种类型的代 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性中药化学成分。掌握蒽醌的分类〔大黄素型、茜草素型〕，熟悉大黄中主要蒽醌成分〔5种〕结构。熟悉蒽醌及其衍生物蒽酚、蒽酮的相互转变。了解二蒽酮类衍生物的结构类型。*第四章醌类化合物(quinones)结构类型理化性质提取别离及检识结构研究*第二节理化性质一、物理性质1.性状引入酚羟基等助色团时，那么显黄、橙、棕红等颜色。苯醌和萘醌多以游离态存在，容易结晶。蒽醌因多结合成苷而难以结晶。2.升华性和挥发性游离醌类化合物一般具有升华性。小分子的苯醌及萘醌类具有挥发性，能随水蒸气蒸馏〔别离纯化〕。*一、物理性质3.溶解性游离蒽醌：极性较小，易溶于甲醇、乙醇、乙醚、氯仿等有机溶剂，根本不溶于水。蒽醌苷：极性较大，易溶于甲醇、乙醇，可溶于热水中，几乎不溶于乙醚、苯、氯仿等极性小的有机溶剂。蒽醌的碳苷：在水中的溶解度很小，难溶于亲脂性有机溶剂而易溶于吡啶中。有些醌类成分不稳定，应注意避光。*二、化学性质1.酸碱性酸性：醌类化合物多具酚羟基或羧基，故多具有酸性。“碱溶酸沉〞。其酸性的强弱取决于是否有羧基及酚羟基的数目、位置。●含羧基的醌类酸性强于不含羧基者●酚羟基的数目越多，酸性越强●β-羟基的酸性强于α-羟基的酸性β-羟基蒽醌α-羟基蒽醌〔分子内氢键〕醌核上羟基为插烯酸结构，溶于NaHCO3*溶于5%NaHCO3溶于5%Na2CO3溶于1%NaOH溶于5%NaOH1.酸性酸性酸性强弱顺序：含-COOH或两个以上β-OH含一个β-OH含两个以上α-OH含一个α-OH因此可用pH梯度萃取法提取、别离蒽醌类成分。二、化学性质*二、化学性质2.颜色反响氧化复原性质以及酚羟基性质〔1〕Feigl反响醌类衍生物在碱性条件下加热能迅速与醛类及邻二硝基苯反响生成紫色化合物。在这个反响中醌类在反响前后并无变化，只起传递电子的作用。*二、化学性质2.颜色反响〔2〕无色亚甲蓝显色反响检出苯醌类及萘醌类的专用显色剂，常用于PC或TLC，显蓝色斑点，可与蒽醌类化合物相区别。〔3〕Bornträger反响羟基醌类在碱性溶液中颜色会加深，显橙、红、紫红色及蓝色。红色*二、化学性质2.颜色反响〔3〕Bornträger反响羟基蒽醌及有游离酚-OH的蒽苷类遇碱均可显色。蒽酚、蒽酮、二蒽酮类那么需氧化后才能显色。红色*二、化学性质2.颜色反响〔4〕Kesting-Craven反响〔与活性亚甲基试剂的反响〕醌环尚未完全取代的苯醌或萘醌呈蓝绿或蓝紫色。萘醌苯环上有羟基取代时，此反响受抑制。蒽醌类无此反响。丙二酸酯乙酰乙酸酯蓝绿或蓝紫色碱性〔氨〕*二、化学性质2.颜色反响〔5〕与金属离子的反响蒽醌类化合物，如有α-酚羟基或邻二酚羟基结构，那么可与Pb2+、Mg2+等金属离子形成络合物。*不同颜色反响鉴别特点及意义反应类型反应试剂反应特点鉴别特点意义Feigl反应甲醛、邻硝基苯紫色醌类非醌类（—）无色亚甲蓝无色亚甲蓝溶液PC、TLC蓝色斑点苯、萘醌蒽醌类区别（—）Bornträge反应碱液橙、红、紫红、蓝羟基醌类羟基蒽醌类呈红色Kesting–Craven反应活性亚甲基试剂（乙酰乙酸酯）蓝绿、蓝紫未完全取代的苯、萘醌蒽醌类（—）与金属离子醋酸镁（铅）橙黄、橙红、紫红紫、蓝色蒽醌（α-酚羟基、邻二酚羟基）其余醌类（—）*第二节理化性质熟悉醌类化合物颜色与结构的关系，植物体内化合物的存在形式；掌握升华性、挥发性及其在提取、别离中的应用；游离及成苷的醌类化合物溶解性，注意碳苷溶解性特点。掌握醌类化合物酸性规律及酸性强弱顺序，能够根据酸性强弱应用pH梯度萃取法别离。掌握各种颜色反响的应用范围和作用。*第四章醌类化合物(quinones)结构类型理化性质提取别离及检识结构研究*第三节提取别离及检识一、醌类化合物的提取1.有机溶剂提取法多用乙醇或甲醇将游离醌极其苷类一并提出。浓缩后用系统溶剂法按极性大小不同进行初步别离。2.碱提酸沉法用于提取含酸性基团〔Ar-OH、-COOH)的化合物，与碱成盐而溶于碱水溶液中，酸化后游离而沉淀析出〔或以亲脂性有机溶剂萃取〕。*一、提取2.碱提酸沉法3.水蒸气蒸馏法适用于小分子的具有挥发性的苯醌及萘醌类化合物。滤得物（酚性醌类）滤液（水溶性杂质）HCl酸化后滤过滤液滤渣（非酚性脂溶性杂质）稀碱水（石灰水，2~5%Na2CO3或NaOH）提取，滤过药材（或EtOH提取物）*二、蒽醌苷类与游离蒽醌的别离利用其极性的差异，在有机溶剂中溶解度不同。苷元溶于极性较小的有机溶剂，而苷不溶。溶剂分配法〔萃取法〕粗总醌类浓缩物分散于水中，以CHCl3、Et2O等萃取水层（苷）有机溶剂层（苷元）*二、蒽醌苷类与游离蒽醌的别离有机溶剂洗脱/回流提取注意：别离过程中，萃取或提取前须确保苷或苷元呈游离状态〔非盐形式〕。粗总醌类浓缩物拌入硅胶/硅藻土，干燥（低温烘干，80℃以下），以CHCl3、Et2O或EtOAc等洗脱或连续回流提取残留物（苷）提取液（苷元）*三、游离羟基蒽醌的别离1.pH梯度萃取法—别离游离蒽醌的常用、经典方法〔教材P153〕2.色谱法多用硅胶吸附色谱，一般不用氧化铝〔尤其不用碱性氧化铝—与酸性醌类不可逆吸附〕。也可用聚酰胺作为柱色谱的填料。*萱草根乙醇提取物乙醚不溶物乙醚液（游离蒽醌苷元）5%NaHCO3萃取乙醚层碱水层碱水层乙醚层酸化黄色沉淀（决明蒽醌）5%Na2CO3萃取1%NaOH萃取碱水层酸化金黄色结晶（大黄酚）乙醚层浓缩橙黄色结晶（决明蒽醌甲醚）乙醚层（含β–谷甾醇）HCl酸化橙红色沉淀EtOH-Py重结晶浅黄色沉淀（大黄酸）*四、蒽醌苷类的别离先用溶剂法处理粗提物，除去大局部杂质，得到较纯的总苷后进行色谱别离。1.溶剂法：一般采用EtOAc、n-BuOH等亲水性较强的溶剂纯化。粗总醌苷水溶，EtOAC或n-BuOH等有机溶剂萃取水层（水溶性杂质）有机溶剂层减压浓缩纯化的总醌苷*二、别离2.色谱法：硅胶CC葡聚糖凝胶(SephadexLH-20)CC反相硅胶柱(RP-C18)CC*五、检识1.理化检识：利用醌类成分的颜色反响在试管/PC/TLC进行。化合物类型能发生的颜色反应阳性反应呈色蒽醌Feigl反应紫色Borntrager反应红色Mg(OAc)2反应不同-OH位置不同颜色苯醌、萘醌Feigl反应紫色无色亚甲蓝反应蓝色Kesting-Craven反应具有颜色变化过程蒽酮对亚硝基二甲苯胺反应不同结构不同颜色*2.色谱检识(1)薄层色谱多以硅胶、聚酰胺作吸附剂。展开剂：多采用混合溶剂，蒽醌苷采用极性较大的溶剂系统。可参加少量甲酸或醋酸抑制拖尾。检视：可见光—黄、橙等UV—黄棕、红、橙色等荧光氨熏10%KOH甲醇溶液3%NaOH/Na2CO3溶液0.5%Mg(OAc)2甲醇溶液〔90℃、5min〕—不同颜色(2)纸色谱中性溶剂系统中游离醌类：甲醇饱和的石油醚、浓氨水饱和的正丁醇等〔以极性大的溶剂饱和极性小的溶剂〕，分层后取极性小的有机溶剂层展开。蒽苷类：含水量较大的溶剂系统，如苯-丙酮-水〔4:1:2〕、氯仿-甲醇-水〔2:1:1，下层〕等颜色加深或变色*第三节提取别离及检识熟悉醌类各种提取方法〔溶剂法、酸碱法、水蒸气蒸馏法〕的原理和适应范围。掌握游离蒽醌与蒽醌苷的别离原理和方法。掌握pH梯度法别离游离蒽醌的原理、方法。掌握色谱法别离游离蒽醌的条件〔吸附剂、洗脱剂〕、原理及洗脱规律〔洗脱顺序〕。一般不用氧化铝，尤其不用碱性氧化铝别离蒽醌的原因。掌握葡聚糖凝胶用于别离蒽醌苷的原理、方法及洗脱顺序。掌握各种颜色反响〔专属性〕的应用范围和作用掌握色谱检识中薄层色谱常用的吸附剂、展开系统的选择、洗脱顺序。掌握纸色谱的溶剂系统〔游离醌/苷〕、洗脱顺序。*第四章醌类化合物(quinones)结构类型理化性质提取别离及检识结构研究*第四节醌类化合物的结构研究一、UV〔一〕苯醌和萘醌类三个吸收峰：240nm强　　　　　　285nm中强　　　　　　400nm弱　　　　四个吸收峰：　257nm由醌样结构引起　　　245nm251nm335nm由苯样结构引起引入助色团(-OH、-OMe)使相应吸收峰红移*一、UV〔二〕蒽醌类羟基蒽醌在230nm还有一强峰苯甲酰基结构〔苯样结构〕252nm325nm醌样结构272nm405nm　β-酚OH使λlgεα-酚OH使λ*二、IR醌类化合物IR光谱主要特征峰是羰基、双键和苯环的吸收峰〔母核〕。羟基蒽醌类在IR上有鉴别意义的特征吸收峰：V-OH3600~3130cm-1VC=O1675~1653cm-1V芳环1600~1480cm-1VC=O的吸收峰位与α-酚基的数目、位置相关，可推测结构中α-酚OH的取代情况。*二、IR蒽醌母核上没有羟基取代时，VC=O为1675cm-1，单峰；不同数目、位置α-OH取代：正常VC=O1675~1647cm-1缔合VC=O1637~1621cm-1均缔合，仅有一个VC=O1645~1608cm-1正常VC=O1678~1661cm-1缔合VC=O1626~1616cm-1一个VC=O1616~1592cm-1一个VC=O1592~1572cm-1只有一个羰基缔合，双峰两个羰基均缔合，单峰*三、1H-NMR〔一〕醌环上质子〔苯醌和萘醌〕醌环上有供电子基〔-CH3、-OCH3等〕取代，其它质子移向高场，化学位移值下降。对苯醌δ6.72(s)1,4-萘醌δ6.95(s)*三、1H-NMR〔二〕芳环质子〔萘醌和蒽醌〕α-H处于C=O的去屏蔽区，影响较大，出现在低场(δ大)。β-H受C=O影响较小，位于较高场。1,4-萘醌蒽醌*3.1H-NMR〔3〕取代基的化学位移及其对芳氢的影响供电子基使〔邻、对位〕质子向高场移动〔δ小〕吸电子基使〔邻位〕质子向低场移动〔δ大〕取代基类型质子性质化学位移取代基性质对芳环质子的影响酚-OHα-OH质子β-OH质子δ11～12δ<11供电子基δ邻、对芳氢-0.45-CH2OH-CH2-质子-OH质子δ4.6(2H,s或d)δ4.0～6.0供电子基δ邻芳氢-0.45-OCH3甲氧基质子δ3.8～4.2(3H,s)供电子基δ邻、对芳氢-0.45-CH3甲基质子δ2.1～2.8(3H,s或brs—烯丙偶合）供电子基δ邻芳氢-0.15δ对芳氢-0.1-COOH羧基质子δ11～12吸电子基δ邻芳氢+0.8*3.1H-NMR例：1,3,5-三羟基-6-甲基蒽醌甲基处于羟基的邻位，受其供电子影响较大，移向高场δ1,3,5-三羟基-7-甲基蒽醌甲基处于羟基的间位，受其影响较小δ*四、13C-NMR供电子基使〔邻、对位〕13C向高场移动〔δ小〕α-OH与羰基形成缔合氢键，使羰基电子云密度下降，向低场移动〔δ大〕；α-OMe无缔合氢键，影响不大。*四、13C-NMR蒽醌仅有一侧苯环有取代基，另一侧苯环无取代基时，无取代基苯环上各碳原子的13C-信号受影响不大。*五、MS醌类化合物的MS中，共同特点是分子离子峰多为基峰，并出现连续丧失-CO的碎片离子峰〔即M-28峰〕。〔1〕对苯醌无取代基的对苯醌，三种方式开裂，分别得到m/z：82(A)，54(B)，80(C)。连续脱去两分子CO，得到重要的m/z52环丁烯离子。*五、MS〔2〕萘醌苯环无取代的萘醌，出现特征性的m/z104及分解产物m/z76及m/z50的碎片离子峰。〔3〕蒽醌游离蒽醌：相继失去二分子CO碎片，形成m/z180(M-CO)及152(M-2CO)的强峰，并在m/z90及76出现较强的双电荷离子。蒽醌苷：EI-MS基峰为苷元离子峰，得不到分子离子峰。*六、衍生物的制备推测羟基数目和位置甲基化反响难易顺序：醇OH＞α-酚OH＞β-酚OH＞-COOH乙酰化反响难易顺序：α-酚OH＞β-酚OH＞醇OH*结构研究实例从某植物中分得一个化合物，其理化数据和波谱数据如下：黄色结晶，mp243~244C；分子式C15H10O5〔[M]+270〕：不饱和度为11在5％NaOH水溶液中呈深红色：可能为羟基蒽醌化合物不溶于水，溶于5％Na2CO3水溶液，呈橙红色：有1个β-酚羟基与乙酸镁甲醇液反响呈橙红色：有α-酚羟基根据以上的初步分析结果，分子式减去母核及局部取代基：C15H10O5－C14H8O2〔蒽醌母核〕－2(O)＝CH2O剩下的取代基为-OCH3*结构研究实例IR(cm-1)：3400：说明有β-OH1670：为游离羰基1625：为缔合羰基1590，15751H-NMR(DMSO-d6,δ):12.85(1H,s)：与羰基缔合的α-OH质子10.50(1H,s)：β-OH质子8.08(1H,d,J=8.5Hz)7.46(1H,d,J=2.5Hz)7.18(1H,dd,J=8.5,2.5Hz)7.89(1H,d,J=8.0Hz)7.26(1H,d,J=8.0Hz)4.04(3H,s)：说明有-OCH3α-OHABX系统，一侧苯环上只有β位取代重水交换消失另一侧苯环上AB系统NOE*第六节醌类化合物的结构研究掌握蒽醌紫外吸收的特点及各吸收峰的归属。掌握蒽醌紫外各吸收峰〔峰Ⅰ～Ⅴ〕在结构测定中的作用〔与结构的关系〕。掌握羟基蒽醌在红外区域的主要特征吸收〔羰基、苯环、羟基〕。掌握羟基蒽醌中α-羟基对羰基吸收峰的影响规律。掌握蒽醌母核芳环质子〔α、β质子〕化学位移的大致范围。掌握蒽醌主要取代基团〔羟基、甲氧基、甲基、羧基、羟甲基〕的核磁共振信息特征〔化学位移、峰形、偶合常数、峰面积〕，并熟悉其对芳环质子的影响规律。掌握蒽醌母核各碳原子碳谱的化学位移范围。熟悉取代基对母核各碳原子化学位移的影响规律。掌握游离蒽醌的质谱裂解规律及质谱特征。熟悉苯醌、萘醌的波谱〔紫外、红外、核磁、质谱〕特征。