1、第八章,蒽醌类化学成分的提取分离技术,分布:醌类化合物是植物中一类具有醌式结构的有色物质,在植物界分布较广泛,高等植物中大约有50多个科100余属的植物中含有醌类,集中分布于蓼科、茜草科、豆科、鼠李科、百合科、紫葳科等植物中。天然药物如大黄、虎杖、何首乌、决明子、丹参、番泻叶、芦荟、紫草中的有效成分都是醌类化合物。醌类化合物多数存在于植物的根、皮、叶及心材中,也有存在于茎、种子和果实中。,一、定义醌类化合物是指具有共轭体系的环己二烯二酮类化合物及其衍生物,主要分为苯醌、萘醌、菲醌和蒽醌四种类型。 二、结构与生物活性 (一)苯醌,天然的苯醌类衍生物多为黄色或橙色的结晶体。生物活性主要有: 抗菌:
2、如凤眼草果实中的2,6-二甲氧基对苯醌。 解热、镇痛、驱绦虫:白花酸藤果和木桂花果实中的信筒子醌。 高血压及心脏病辅助治疗:广泛存在于生物界的辅酶Q10,具有苯醌结构的泛醌类,又称辅酶Q类。,(二)萘醌,天然存在的萘醌类化合物分为(1,4)、(l,2)及amphi-(2,6)三种类型。大多数是-萘醌类衍生物,多为橙色或橙红色结晶,少数呈紫色。,(二)萘醌,抗菌、抗肿瘤及中枢神经镇静:如胡桃叶及未成熟的果实中含有-萘醌基本母核的胡桃醌;中药紫中草的紫草素;维生素K 光敏活性:竹红菌甲素属二萘酮化合物,有望发展成新型的治疗肿瘤、艾滋病的光疗药物。,(三)菲醌,天然菲醌分为邻菲醌及对菲醌两种类型,如
3、从中药丹参根中分离得到的多种菲醌衍生物,具有抗菌和扩张冠状动脉作用,均属于邻菲醌类和对菲醌类化合物。,(四)蒽醌蒽醌类成分按母核的结构分为单蒽核及双蒽核两类。 1、单蒽核类 1)羟基蒽醌天然蒽醌以9,10-蒽醌最为常见,由于整个分子形成共轭体系,C9、C10又处于最高氧化状态,因此比较稳定。,根据取代基在蒽醌母核上的分布情况,可将羟基蒽醌衍生物分为两种类型。,位: 1,4,5,8 位:2,3,6,7 meso(中位):9,10,大黄素型取代基分布在两侧的苯环上。如大黄中的主要蒽醌成分属于这种类型。,R1 R2 大黄酸 -H -COOH 大黄素 -OH -CH3 芦荟大黄素 -H -CH2OH
4、大黄素甲醚 -OCH3 -CH3 大黄酚 -H -CH3,大黄中的羟基蒽醌衍生物多与葡萄糖结合成苷类,一般为单糖苷和双糖苷。,茜草素型这种类型的蒽醌取代基分布在一侧的苯环上,如茜草中的茜草素等化合物即属此种类型。茜草中蒽醌主要以游离的苷元形式存在。,R1 R2 R3 茜草素 -OH -H -H 羟基茜草素 -OH -H -OH 伪羟基茜草素 -OH -COOH -OH,2.蒽酚或蒽酮衍生物 蒽醌可被酶或在酸性条件下被还原,生成蒽酚及其互变异构体蒽酮。,蒽酚(或蒽酮)不稳定,易氧化成蒽醌,因此蒽酚(或蒽酮)衍生物一般只存在于新鲜植物中。,柯桠素,大黄酚蒽酮,2、双蒽核类 1)二蒽酮类 二蒽酮类是
5、由两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连接。例如大黄及番泻叶中致泻的主要有效成分番泻苷A、B、C、D等皆为二蒽酮衍生物的二糖链苷。,番泻苷A 番泻苷B,蒽醌生物活性: 泻下:如番泻叶、生大黄等,二蒽酮结构的番泻苷类泻下作用最强。 抗菌:蒽酮类成分大多有抗菌活性,且苷元作用大于蒽醌苷类。在常见苷元中,大黄酸的抗菌作用最强。 抗肿瘤:如大黄中的大黄素、大黄酸、芦荟大黄素具有一定的抗肿瘤活性。 止血、利尿、镇咳:大黄素、大黄酸有利尿作用;大黄酚有止血作用;大黄素还有镇咳作用,是虎杖中治疗慢支的有效成分。,三、蒽醌的性质 1.性状天然的蒽醌类成分多为固体,
6、苷元都有完好的结晶;颜色呈黄色、橙红色、棕红至紫红色,且随着母核上酚羟基等助色团增多,颜色加深;衍生物多有荧光,并且在不同的pH条件下所呈的荧光不同。 2.升华性游离的蒽醌类化合物一般具有升华性。将药材粉末加热升华,再检识升华物可用来判断药材中有无醌类化合物的存在。如大黄,酚和大黄甲醚升华温度在124左右,芦荟大黄素185左右,大黄酸210左右,一般升华温度随酸性增强而升高。 3.溶解性游离蒽醌极性较小,易溶于氯仿、乙醚、苯等有机溶剂,在碱性有机溶剂如吡啶、N-二甲基甲酰胺中的溶解度较大,可溶于丙酮、甲醇、乙醇中,不溶或难溶于水。蒽苷极性显著增大,易溶于甲醇、乙醇中,溶于热水,但在冷水中溶解度
7、较小,几乎不溶于乙醚、苯、氯仿等极性较小的有机,溶剂中;其碳苷在有机溶剂和水中的溶解度都很小,但易溶于吡啶溶剂中。 4.酸碱性 酸性蒽醌类化合物多具有酚羟基、羧基,故具有一定的酸性。因分子中羧基的有无和酚羟基的数目以及位置的不同,酸性强弱表现出显著的差异。其规律如下: 含有羧基的酸性强于不含羧基者 。蒽核上的羧基酸性与芳香酸相同,能溶于碳酸氢钠溶液中。,母核上-羟基的酸性强于-羟基。-羟基蒽醌的酸性较一般的酚类强,也强于-羟基蒽,能溶于碳酸钠溶液中;-羟基蒽醌中的-羟基和醌基的氧原子形成分子内氢键,酸性很弱,不能溶于碳酸氢钠和碳酸钠溶液中。 酚羟基数目增多,酸性增强。 酸性顺序:-COOH2个
8、-羟基1个-羟基2个-羟基1个-羟基 可用PH梯度萃取法来分离。,例:试比较下列化合物的酸性强弱,DCAB,碱性由于羰基上的氧原子具有微弱的碱性,能溶于浓硫酸中生成 盐再转成阳碳离子,同时颜色显著加深,羟基蒽醌在浓硫酸中一般呈红至红紫色。生成的 盐不稳定,加水即分解(颜色褪去)。如大黄酚为暗黄色,溶于浓硫酸中转为红色,大黄素由橙红色变为红色,加水后红色褪去。,四、检识 (一)显色反应 醌类的颜色反应主要是由于其氧化还原性质以及分子中的酚羟基性质而引起颜色的变化。 1.无色亚甲蓝显色试验本试验为苯醌类及萘醌类的专属性反应,可在PC或TLC上进行。试样在白色背景上与无色亚甲蓝乙醇(1mg/ml)溶
9、液呈现蓝色斑点,蒽醌类化合物无此反应,可用于区别。,2.菲格尔(Feigl)反应醌类化合物包括苯醌、萘醌、菲醌和蒽醌,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。 3.碱液呈色反应(Borntrger反应) 羟基蒽醌类在碱性溶液(氢氧化钠、碳酸钠、氢氧化铵)呈红色或紫红色,是检识羟基蒽醌成分存在的最常用方法之一。此种红色物质不溶于有机溶剂,加酸则颜色褪去。不同羟基颜色有别:,单羟基蒽醌色较浅,多为红-橙色 双羟基蒽醌:非相邻双羟基多呈红色,但1,4-二羟基为紫色;相邻双羟基多为蓝色。 多羟基蒽醌的羟基在同一环上的,易氧化,会逐渐变色,红-紫(蓝、绿) 羟基蒽酚、蒽酮、二蒽酮遇
10、碱则呈黄色,且往往带有绿色荧光,需在空气中放置或氧化成蒽醌后,才显特征颜色,氧化剂常为3过氧化氢。,4.金属离子反应蒽醌化合物有-酚羟基或邻二酚羟基结构时,则可与Pb2+、Mg2+等金属离子形成螯合物。用醋酸镁可帮助识别羟基在环中的结合位置。 羟基蒽醌和0.5醋酸镁甲醇或乙醇溶液生成稳定的橙红色、紫红色或紫色的络合物,反应很灵敏,生成的颜色随分子中羟基位置的不同而有所不同。纸斑反应,90加热5min后即可显色。,邻位二羟基类呈蓝蓝紫色。对位二羟基类呈红紫红色。 每个苯环各有一个-羟基或还有间位羟基,显橙红红色,如大黄素。母核上只有1个或-羟基或2个-羟基不在同环上,显橙黄色 橙色。,5.对亚硝
11、基-二甲苯胺反应此反应是蒽酮类化合物的专属反应,9位或10位未取代的羟基蒽酮类化合物,其羰基对位的亚甲基上的氢很活泼,可与0.1对亚硝基二甲苯胺吡啶溶液反应立即显色,呈紫、绿、蓝、灰等不同颜色,1,8-二羟基蒽酮衍生物均显绿色。,练习:用化学方法区别下列二组化合物 A. B. A. B.,醋酸镁反应,橙红-红色,蓝-蓝紫色,对亚硝基-二甲苯胺反应,绿色,(二)色谱检识 1.薄层色谱羟基蒽醌苷元及其苷类的薄层色谱,常用硅胶作为吸附剂,也可选用聚酰胺,一般不使用氧化铝,因羟基蒽醌能与氧化铝形成螯合物,吸附性强,难以展开。展开剂多用混合溶剂,对于极性较弱的游离蒽醌可用亲脂性溶剂系统展开如氯仿-醋酸乙
12、酯(7525),石油醚(3060)-醋酸乙酯-甲酸(1551的上层)等。,蒽醌苷类可采用极性较大的溶剂系统,如醋酸乙酯-甲醇-冰醋酸(l001713)等。 蒽醌类及其苷在可见光下多显黄色,在紫外光下则显黄棕、红、橙色等荧光,可用氨熏或用碳酸钠、氢氧化钾甲醇溶液喷雾,亦可喷醋酸镁甲醇溶液,观察颜色变化。,2.纸色谱游离蒽醌的纸色谱一般在中性溶剂系统中进行,展开剂常用水或甲醇饱和的石油醚,如石油醚-丙酮-水(113上层),97甲醇饱和的石油醚;也可用酸性溶剂系统,如正丁醇-醋酸-水(415上层);显色方法可参照薄层色谱法。蒽醌苷类极性较强,需要选用极性较大的溶剂系统,如正丁醇-醋酸乙酯-水(433
13、上层),氯仿-甲醇-水(211下层)。,五、提取与分离方法 (一)提取方法 1.有机溶剂提取法蒽醌类化合物在植物体内存在形式的复杂性,其提取方法多样。游离蒽醌类的极性较小,可用苯、氯仿、乙醚等极性较小的有机溶剂提取;苷类极性较大,可用甲醇、乙醇和水提取;实际工作中,常选甲醇或乙醇加热提取,可以把各种醌类苷及苷元都提取出来,所得的醌类混合物再进一步纯化与分离。,2.碱提酸沉法用于提取具有游离酚羟基的醌类化合物。酚羟基与碱成盐而溶于碱水中,酸化后酚羟基游离而沉淀析出。 (二)分离方法 1.初步分离可将蒽醌苷或苷元的混合物用水分散,用苯、氯仿、乙醚萃取可得到游离蒽醌,再用正丁醇萃取可得到蒽醌苷类,也
14、可将苷或苷元的混合物直接用氯仿等有机溶剂回流提取游离蒽醌,蒽醌苷则留在母液中。,2.游离蒽醌的分离 1)pH梯度萃取法 流程图:,2)柱色谱法当游离蒽醌混合物性质相近时,需通过柱色谱才能达到分离目的。常用的吸附剂有硅胶、磷酸氢钙、聚酰胺等,如大黄酚和大黄素甲醚的分离。 3.蒽醌苷类的分离蒽醌苷类因其分子中含有糖,故极性较大,水溶性较强,分离和纯化都比较困难,主要采用柱色谱方法。在进行色谱分离之前,往往用经典方法分离提取物,除去大部分杂质,如用正丁醇、醋酸乙酯等极性较大,的亲脂性有机溶剂,将蒽醌苷类从水溶液中萃取出来,使其与水溶性杂质相互分离,制得较纯的蒽醌苷后再用硅胶吸附柱色谱或反相硅胶附柱色谱分离。,思考题: 1.蒽醌类化合物具有怎样的结构和分类? 2.蒽醌类化合物的酸性大小有何规律? 3.如何根据蒽醌的酸性来设计提取分离方案? 4.为什么新鲜大黄要存放二年以上才能供药用?,