1、第四章 醌类化合物Quinones,Learning outcomes掌握醌类结构类型、理化性质和提取分离方法熟悉醌类的典型化合物及波谱特征,本 章 内 容,一、结构类型二、理化性质三、提取分离四、结构鉴定五、生物活性,定义指具有醌式结构（不饱和环二酮结构）或容易转变为具有该结构的化合物。,分布由于醌类具有不饱和酮结构，当其分子中连接助色团后（如-OH、-OMe）多有颜色，故常作为动植物、微生物的色素而存在于自然界中。,（一）苯醌类（二）萘醌类（三）菲醌类（四）蒽醌类 1、蒽醌衍生物 2、蒽酚衍生物 3、二蒽酮类衍生物 4、C-糖基衍生物,一、结构类型,（一）苯醌（Benzoquinones）
2、类 是具有醌型结构的最简单化合物。按其结构可分为邻苯醌及对苯醌。 邻苯醌不稳定，天然存在的多为对苯醌衍生物，其母核上常有-OH、-OCH3、- CH3等基团取代。,邻苯醌（Ortho-）,天然苯醌类化合物多为黄色或橙色结晶体。,对苯醌（Para-）,邻苯醌和对苯醌均可由相应的二元酚氧化制得。,O,O,苯醌类化合物具有一定的生物活性。中药凤眼草果实中的2,6-二甲氧基苯醌有抗菌作用；白花酸藤果中的信筒子醌有驱肠内寄生虫作用。,2,6-二甲氧基苯醌,信筒子醌,-(1,4),-(1,2),amphi-(2,6),（二）萘醌（Naphthoquinones）类结构上可以有-(1,4)，-(1,2)和a
3、mphi-(2,6)三种类型萘醌，但目前从自然界得到的几乎均为-萘醌类。,中药中的萘醌多带有羟基，多呈橙色至黄色，一些化合物具有较强的生理活性。胡桃醌（1，juglone）存在于核桃未成熟的果皮（青皮）中，有抗出血的活性，共存的其几种还原衍生物，都有抗菌的生物活性，如2。,1 2（名称？）,柿树的新鲜根中含有多种萘醌衍生物：蓝雪醌(plumbagin)，7-甲基胡桃醌和一些萘醌的二聚物等。其中蓝雪醌有刺激性臭气，并能刺激皮肤发泡，为一种植物抗菌素，曾供临床静脉给药以治疗葡萄球菌感染所引起的疖和痤疮。,也有不含羟基的萘醌衍生物，例如维生素K1和K2。 维生素K1和K2的主要作用是能促进血液的凝固
4、，用作止血剂。紫草及软紫草中的一系列紫草素及异紫草素类衍生物具有止血、抗炎、抗菌等作用，为主要有效成分。,(三）菲醌（phenanthraquinones）类天然菲醌衍生物主要包括邻醌及对醌两大类。唇形科植物丹参具有活血化瘀、消炎抗菌、抗肿瘤、扩张血管等多种作用，近几十年来，中日学者深入研究，从中得到了几十种菲醌衍生物。,丹参中的醌类化合物具有抗菌及扩张冠状动脉的作用，是中药丹参的主要有效成分，总丹参酮可用于治疗金黄色葡萄球菌等引起的疖，痈，蜂窝组织炎、痤疮等疾病。由凡丹参酮IIA制得的丹参酮IIA磺酸钠注射液可增加冠脉流量，临床上治疗冠心病、心肌梗塞有效。,1,2,3,4,5,6,7,8,9
5、,10,1,4,5,8位,2,3,6,7位,9,10meso位,（四）蒽醌（anthraquinones)类蒽醌类成分包括蒽醌衍生物及其不同还原程度的产物，如：氧化蒽酚、蒽酚、蒽酮、二蒽酮。,H,O,H,O,蒽醌,氧化蒽酚,蒽酮,蒽酚,1. 蒽醌衍生物天然蒽醌有1,2-蒽醌、1,4-蒽醌、9,10-蒽醌，但由于C9、C10位氧化产物较为稳定，故9,10-蒽醌最为常见。多数蒽醌母核上有不同数目的羟基取代，其中以二元羟基为多。,根据羟基在蒽醌母核上的位置不同，可将羟基蒽醌分为两大类：（1）大黄素型（Emodin）羟基分布于两侧苯环上，多呈棕黄色。大黄中的主要蒽醌衍生物多属于大黄素型。,Emodin
6、,（2）茜草素型（alizarin） 羟基分布于一侧苯环上，多呈橙色-橙红色。,茜草素,2. 蒽酚和蒽酮衍生物蒽醌在酸性条件下还原生成蒽酚及互变异构体蒽酮。,Sn, HCl,还原,蒽酚,蒽酮,NOTE：（1）蒽酚及蒽酮类一般只在存于新鲜植物中，存放期间易被氧化，生成蒽醌类。（2）蒽酚的中位羟基与糖缩合成苷后，则难以被氧化，较稳定，因为形成的苷只有被水解除去糖才易被氧化而转变为蒽醌衍生物，而苷的水解是需要一定条件的。（3）羟基蒽酚抑菌作用较强，可治疗疥癣之类皮肤病。,3. 二蒽酮类由两分子蒽酮脱去一分子氢后而成。根据连接部位不同，又可分为中位连接二蒽酮及位连接二蒽酮。（1）中位（meso-）连接
7、如有泻下作用的中药番泻叶中的番泻苷A,Sennoside A,NOTE：C10-C10,键容易水解而断裂，生成较稳定的蒽酮游离基，继而氧化成蒽醌类化合物。随着植物原料储存时间延长，二蒽酮类含量下降，单蒽酮类含量上升。,.,水解,O,大黄酸,（2）-位连接二蒽酮类：C1-C1,或C4-C4,醌类成分容易被还原为二元酚类衍生物，后者再被氧化又容易转变为醌，所以它们起到了电子传导的作用，加之它们是新陈代谢的产物，容易参与生物的生化反应，从而促进或干扰了某些生化反应，从而表现出多种生物活性（抗菌、抗癌、抗病毒、凝血、生物氧化反应中辅酶）。-构效关系,4、C-糖基衍生物: 是蒽醌的碳苷，即糖作为侧链通过
8、C-C键直接与蒽环相连。例如芦荟致泻的主要有效成分芦荟苷（barbaloin）即属此类化合物。,金丝桃属某些植物如贯叶连翘、小连翘中含有的金丝桃素（hypericin）、假金丝桃素（pseudohypericin）均为萘骈二蒽酮衍生物。,二、理化性质,（一）物理性质 1. 性状 2. 溶解度 3. 挥发性 4. 升华性 5. 不同pH条件下显色（二）化学性质 1. 酸性 2. 颜色反应,1. 性状 颜色 无-OH近乎于无色 助色团越多，颜色越深 如：黄、红、橙、紫红等 多为有色晶体 存在状态：苯醌、萘醌多以游离状态存在； 蒽醌类则往往结合成苷而存在于植物中。,（一）物理性质,2. 溶解度 H2
9、O MeOH EtOH Et2O CHCl3游离醌 + + + +成 苷 +（热） + + ,3. 挥发性小分子的苯醌、萘醌类具有挥发性，能随水蒸气蒸馏，可据此进行提取、精制工作。,4. 升华性游离的醌类多具有升华性，蒽衍生物在常压下加热即能升华。,5. 不同pH条件下显不同的颜色如： OH- 中性 H+ 紫草 兰 紫 红大黄 红 黄,溶于5%NaHCO3,1. 酸性Ar-OH的存在显酸性用于碱提酸沉分子中Ar-OH的数目、位置不同则酸性强弱有差异,（二）化学性质,溶于5%Na2CO3,溶于5%NaOH,含-COOH或两个以上-酚羟基 含一个-酚羟基 含两个以上-酚羟基 含一个-酚羟基 因此对
10、蒽醌类成分的提取分离，常用梯度pH萃取法，用不同碱液提取。,溶于5%NaHCO3,溶于5%Na2CO3,溶于1%NaOH,溶于5%NaOH,重点掌握,醌类,醛及邻二硝基苯,OH-,紫色化合物,2 颜色反应（1）Feigl reaction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应生成紫色化合物。在这个反应中醌类在反应前后并无变化，只起传递电子的作用。,（1）Feigl反应,Feigl反应的试验条件：,（2）无色亚甲蓝显色试验苯醌、萘醌区别于蒽醌,醌类衍生物层析展开后，喷以无色亚甲兰溶液，若出现兰色斑点 - 可能含苯醌或萘醌不显色不显色- 可能含蒽醌,（3）碱性条件下的显色反应羟基醌
11、类在碱性溶液中发生颜色改变，会使颜色加深，多呈橙、红、紫红色及蓝色。,羟基蒽醌类化合物遇碱显红 紫红色的反应。,反应机理：,（4）与活性次甲基试剂反应 （Kesting-Craven法） 苯醌、萘醌区别于蒽醌反应前提：醌环有未取代位置。,（5）与金属离子反应,与醋酸镁形成的络合物具有一定的颜色-鉴定,C9或C10位为取代的羟基蒽酮类化合物，尤其是1,8-二羟基衍生物，其酮基对位的亚甲基上的氢很活泼，可与0.1%对亚硝基二甲苯胺的吡啶溶液反应，缩合而产生各种颜色（紫色、绿色、蓝色及灰色等）,（6）蒽酮化合物的定性检查,三、醌类化合物的提取分离,醌类化合物由于结构及性质具很大差异，于植物体内的存在
12、状态也不同，故提取分离方法多样。（一）、游离醌类成分的提取1、有机溶剂提取法A、将药粉用有机溶剂提取，提取液浓缩，可能析出结晶，再重结晶。,B、游离形式蒽醌成分可用不同极性溶剂依次提取，溶剂极性由小到大，在提取过程中可得到初步分离。如极性较小的蒽醌如大黄酚、大黄素甲醚可被石油醚提出，而极性较大的多羟基蒽醌则需乙醇提出。,2、碱提酸沉法适于具酚羟基的醌类成分。它们可溶于碱性水液中，加酸后又沉淀析出。3、水蒸气蒸馏法适于分子量较小的苯醌及萘醌类。它们具挥发性，可随水蒸气蒸馏出来，同时可与不具挥发性的醌类分离。4、其他方法：,常采用梯度PH萃取法。A、由于蒽醌羟基位置、数目及羧基的有无，其酸度大小是
13、有区别的，可分别溶于不同碱性的水液，故可采用梯度PH萃取法。此法为分离游离蒽衍生物的经典方法，也为常用方法。5%NaHCO3液-含COOH及两个以上-酚OH5%Na2CO3液-含一个-酚OH蒽醌类 1%NaOH液-含两个-酚OH蒽醌类 5%NaOH液-含一个-酚OH蒽醌类,（二）、游离羟基蒽醌的分离,B、pH梯度萃取法对蒽醌衍生物进行初步分离，对性质相似，酸性强弱相差不大的羟基蒽醌类则不能很好分离，故初分后再结合层析法进一步分离。多用吸附柱层析，以硅胶、磷酸氢钙、聚酰胺粉为吸附剂，不宜用氧化铝，尤其是碱性氧化铝，因为羟基蒽醌能与氧化铝形成牢固的螯合物，难以洗脱。,（三）蒽醌苷类与蒽醌衍生物苷元
14、的分离 利用极性差异，如苷元溶于氯仿，苷不溶于氯仿。 羟基及含羧基蒽醌在植物体内常以盐的形式存在，提取时应先酸化成游离状态，再提取。,(四)蒽醌苷类的分离常用层析法:这类成分水溶性强，分离及精制工作都较为困难，层析前用铅盐法或溶剂法处理，得较纯总苷后再进一步分离。溶剂法是用中等极性的有机溶剂如乙酸乙酯、正丁醇等，从除去游离蒽醌衍生物的水溶液中，将蒽醌苷萃取出来，再作进一步分离。,虎杖浸膏的水溶液,氯仿回流,氯仿液,（含大黄素等游离蒽醌脂溶成分）,水液,EtOAc萃取,EtOAc液（含大黄素苷等蒽醌苷极性成分）,溶剂法,铅盐法：,中药粉,90%乙醇加热提取,提取液,浓缩,浓缩液,氯仿（或乙醚、苯
15、）萃取,氯仿液（游离蒽醌）,水层,加Pb(Oc)2液，过滤,滤液,沉淀,水洗，悬浮于水中，通H2S脱铅过滤,沉淀（Pb2S）,滤液,蒽醌苷,层析法,（四）结构测定,蒽醌类化合物的结构研究，一般是在进行Borntrager反应、醋酸镁反应初步确定为蒽醌化合物后，再依据光谱分析，同时辅以衍生物制备等经典化学方法作出判断。,一、波谱分析：（一）UV1、苯醌和萘醌,主要有三个吸收峰：240nm 强285nm 中强400nm弱,主要有四个吸收峰：257nm 由醌样结构引起245nm 251nm 335nm 由苯样结构引起,、蒽醌,苯甲酰基结构（苯样结构）252nm 322nm,醌样结构 272nm 40
16、5nm,对于蒽醌类母核上多具羟基取代，对于羟基蒽醌类主要有五个吸收峰：、230nm左右-与OH有关，对推断母核上酚羟基的数目很有意义，一般来说，酚OH越多，吸收峰红移越多，吸收峰波长越长。、240nm260nm-由苯酰基结构引起。,262nm295nm-由醌样结构引起与-酚OH有关。主要标志是吸收强度的增加。 -酚OH可通过蒽醌母核向羰基供电，形成一系列共振结构，电子跃迁很大，吸收强度与跃进距的平方成正比。lg4.1 lg4.1,具有b-酚OH羟基,不具有b-酚OH羟基,. 305nm389nm 由苯酰基结构引起与苯环上供电基取代有关位 -CH3, -OCH3, -OH 取代，峰位红移，强度降
17、低位 -CH3, -OCH3, -OH 取代，强度增加。,. 400nm-由醌样结构中的羰基引起与-酚OH 有关因为-酚OH 与羰基形成分子内氢键，分散了羰基上的电子，从而使羰基具有更大的吸电子能力，故引起峰位变化 -酚OH 越多，最大位移值红移越多,（二）IR、具-酚OH羟基蒽醌中羰基的吸收频率： 无-酚OH的 , 1678-1653cm-1 -酚OH 可与羰基缔合，从而使羰基的吸收波数降低，分以下几种情况加以说明：,（1）分子中由一个-OH和羰基形成一个缔合羰基，还存在一个正常羰基。因此有两个羰基峰。正常者：1675-1647cm-1缔合者：1637-1621cm-1,1,4-二OH,1,
18、5- 二OH,（2）两个羰基都分别和一个-OH成缔合状态，故只有一个单一的缔合峰，1645-1608cm-1.,1,8-二OH,（3）、有两个-OH和同一个羰基形成一个缔合羰基，使得此羰基更向低波数移动，为1626-1616cm-1， 另一正常峰在1678-1661cm-1,1,4,5-三OH,两个羰基都成缔合状态，但其中一个与两个-OH缔合，波数更低，1616-1592cm-1.另一个与一个-OH缔合，羰基的伸缩振动频率在1645-1608 cm-1。,1,4,5,8-四OH,（5）两个羰基分别与两个-OH缔合，出现单一的低波数峰，在1592-1572 cm-1，与C=C骨架振动频率重叠，难
19、以分辨。,2. 羟基蒽醌的羟基频率（1） -OH与相邻的羰基缔合，其吸收频率移至3150 cm-1以下，多与不饱和C-H伸缩振动频率相重叠。（2）-OH伸缩振动频率在3600-3150cm-1.仅一个-OH，3300-3390cm-1.两个以上-OH，3600-3150cm-1.,（三）醌类化合物的核磁共振光谱1H-NMR（1）醌环上的质子,（2）芳环质子,当有取代基时，峰的数目及峰位都将改变。,13C-NMR（1）1,4-萘醌类,（2）9,10-蒽醌类,（四）醌类化合物的质谱（MS）主要特征如下：（1）分子离子峰通常为基峰；（2）失去12分子CO；（3）特征碎片峰：(m/z) P-苯醌82、
20、80、54、52 1,4-萘醌104、76、50 9,10-蒽醌180、152、90、76,m/z 208 m/z 180 m/z 152,一衍生物制备主要采用甲基化及乙酰化衍生物的制备，用以判断羟基的数目及位置。1、甲基化反应甲基化反应的难易及作用位置取决于结构中OH类型、化学环境及甲基化试剂的种类及反应条件。,a. OH类型不同，化学环境不同，其甲基化反应难易不同。ROH -酚OH b-酚OH -COOH 难 易-OH酸性越强，甲基化反应越易进行。,B常用甲基化试剂重氮甲烷（CH2N2）硫酸二甲酯（CH3）2SO4）碘甲烷（CH3I）等。,因此，采用不同的甲基化试剂，按不同的反应条件进行选
21、择性的甲基化反应，可得到甲基化不同的衍生物，对衍生物作光谱分析，确定衍生物中甲氧基的数目、位置，便可推断原来子中羟基的数目、位置。,CH2N2/Et2O,CH2N2/Et2O+MeOH,(CH3)2SO4+K2CO3+丙酮,CH3I+Ag2O,2.乙酰化反应乙酰化反应的难易及作用位置同样取决于结构中-OH类型、化学环境及乙酰化试剂的种类及反应条件。A. 不同-OH的反应难易,-酚OH,-酚OH,R-OH, (CH3CO)2O CH3COOR CH3COOH,反应能力 强,弱,C.乙酰化试剂和反应条件及作用位置:,HOAc冷放,Ac2O 回流2min,Ac2O 回流20min,Ac2O+H2SO4或Ac2O+吡啶,五、生物活性,（一）泻下作用 如：大黄中主要泻下成分为二蒽酮类成分（二）抗菌作用 大黄酸、大黄素、芦荟大黄素等具有此作用（三）其它作用 抑制大鼠乳癌及艾氏腹水癌有明显作用 对cMP磷酸二酯酶有显著的抑制作用,
