1、第三章 苯丙素类,Phenylpropanoids,一、生物合成 二、结构类型 三、理化性质 四、提取分离 五、结构鉴定 六、生物活性,每 章 内 容,生物合成,一一次代谢及二次代谢,树叶 （叶绿素）,CO2,C6H12O6,氧化,CO2,能量,通过葡萄糖的能量传递过程,太阳,糖类,研究意义: 天然产物分类; 植物化学分类; 寻找新的天然药物资源,植物体内的物质代谢与生物合成过程,醋酸-丙二酸途径,甲戊二羟 酸途径,莽草酸/ 桂皮酸途径,氨基酸 途径,甲戊二羟酸,主要的生物合成途径,由上述单位复合构成。,C2单位(醋酸单位)：,如脂肪酸、酚类、苯醌等聚酮类化合物。,C5单位(异戊烯单位)：,如
2、萜类、甾类等。,C6-C3单位：,如香豆素、木脂体等苯丙素类化合物。,氨基酸单位：,如生物碱类化合物。,复合单位：,根据二次代谢产物的碳骨架可以大致分为：,C6-C3-C6:,如黄酮类化合物。,（三）桂皮酸及莽草酸途径-苯丙素、香豆素、木脂体和黄酮类 (cinnamic acid & shikimic acid pathway),桂皮酸途径,苯丙氨酸脱氨酶(PAL) 酪氨酸脱氨酶(TAL),PAL,TAL,莽草酸途径-芳香酸的前体,一. 定 义,苯丙素类是天然存在的一类含有一个或几个C6-C3单元的酚性物质。苯核上常有羟基或烷氧基取代。 其中最广泛分布的羟基桂皮酸类是组成苯丙素类化合物的基本单
3、位。,苯丙素类的存在关系到植物生长的调节作用和抗御病害的侵袭作用，具有较广泛的生理活性。 苯丙素类,苯丙烯 propenyl benzene 苯丙醇 phenylpropanol 苯丙酸及其酯 phenylpropionic acid and ester 香豆素 coumarins 木脂素 lignans 黄 酮 flavonoids,第一节 香豆素,Coumarins,一. 定义： 香豆素是邻羟基桂皮酸内酯，具芳香甜味。其母核结构为：,苯骈a-吡喃酮,这个结构是色原酮的异构体：,1,2,3,6,7,8,4,5,苯骈g-吡喃酮,(Chromone),香豆素类在动植物及微生物中均有分布，如致癌成
4、分黄曲霉素类及发光真菌中的亮菌素类均属于香豆素类。这类成分分布得最广的还是高等植物中，其中芸香科和伞形科中分布最多。它们在植物体内以游离状态或与糖结合成苷的形式存在，香豆素苷酶解可环合成游离的内酯状态。,二. 结构类型：,根据香豆素的基本母核上的取代基不同，将其分四类： 1. 简单香豆素: 苯环上有取代基的香豆素类化合物,1,2,3,4,5,6,7,8,伞形花内酯 umbelliferone,（1）线型 (6, 7-呋喃骈香豆素型)，补骨脂内酯型,补骨脂内酯,（2）角形（7, 8呋喃骈香豆素型），白芷内酯型,白芷内酯 (异补骨内酯),2.呋喃香豆素,6,7,7,8,3. 吡喃香豆素 (Pyra
5、nocoumarins） 香豆素母核上C6位或C8位的异戊烯基与邻酚羟基环合而成2,2-二甲基-a-吡喃环结构的香豆素类。 （1）线型（6, 7-吡喃骈香豆素）：,花椒内酯（Xanthyletin）,（2）角型（7, 8-吡喃骈香豆素）：黄曲霉素,邪蒿内酯（Seselin）,4. 其他香豆素： 指a-吡喃酮环上有取代基的香豆素类。C3、C4位常有苯基、羟基、异戊烯基等的取代。,黄檀内酯（Dalbergin),蟛蜞菊内酯（Wedelolactone）,5. 异香豆素: 香豆素的异构体，在植物体内 往往是二氢香豆素的衍生物。,异香豆素,茵陈内酯,仙鹤草内酯,岩白菜素,6. 双香豆素：是香豆素的二聚
6、体和三聚体,紫苜蓿酚,Wikstrosin (瑞香科),三. 化学性质：,1. 内酯性质和碱水解反应：香豆素的a-吡喃酮环具有a, b-不饱和内酯性质，在稀碱液中会逐渐水解生成顺邻羟桂皮酸的盐，而顺邻羟桂皮酸不易游离存在，其盐的水溶液经酸化即闭环恢复成内酯。这个闭合过程极易发生，即使在很弱的酸溶液中，如通入CO2也能促使其内酯化而闭环。,OH-,H+,OH-,长时间加热,H+,Coumaric acid,香豆素如果和碱液长时间加热，水解产物顺邻羟桂皮酸衍生物则发生异构化，转变成反邻羟桂皮酸的盐，再经酸化也不再发生内酯化闭环反应。,B. C8位有羰基、双键或环氧结构时，其水解可获得顺邻羟桂皮酸的
7、衍生物，而不再闭环成内酯。, OH-, H+,异当归内酯,3-异戊烯酰4，6-二甲氧基顺邻羟桂皮酸,2. 酚羟基反应： 具酚羟基取代的香豆素类在水溶液中可与三氯化铁试剂络合而产生不同的颜色。 判断游离酚羟基的有无。,四.物理性质： 1.性状： 游离的香豆素多有完好的结晶形状，有一定的熔点，大多有香味。分子量小的有挥发性，能随水蒸汽蒸出，具升华性。 香豆素苷无挥发性，也不能升华。,2. 溶解性： 游离香豆素-不溶于冷水，溶于沸水，易溶于甲醇、乙醇、氯仿、乙醚等有机溶剂。 香豆素苷-溶于水、甲醇、乙醇，难溶于氯仿、乙醚。 根据香豆素的溶解性，在提取分离时可采用系统溶剂法。,例：7-OH Couma
8、rins,兰色荧光,-OH,绿色,荧光减弱或消失,8-OH导入,3. 荧光性质：荧光物质即吸收UV光，物质发亮。物质受到光照射时，除吸收某种波长的光之外还会发射出比原来吸收波长更长的光；当激发光停止照射后，这种光线也随之消失，这种光称为荧光。香豆素母体本身即无取代的香豆素并无荧光，而-OH香豆素在紫外光下大多显出兰色荧光，在碱液中荧光增强。香豆素荧光的有无，与分子中取代基的种类和位置有一定关系。,五. 提取分离： 由前面香豆素的理化性质可知游离香豆素大多是低极性和亲脂性的，与糖结合的香豆素苷则极性较高，故我们常采用系统溶剂法将其分为几个部分。 香豆素内酯遇碱皂化开环、加酸闭环的性质及其小分子香
9、豆素的挥发性和升华性的性质也常用于其分离纯化中。只是由于其性质的不稳定性，在酸、碱、热的作用中要注意条件的控制，以免引起结构的破坏，得到次生产物。,系统溶剂法：含水醇提取用石油醚、苯、乙醚、乙酸乙酯、丙酮和甲醇依次提取样品。,石油醚回流提取,石油醚液,回收至小体积,浓缩液,放置、析晶,粗晶,冷石油醚洗,结晶（可能是混和物）,进一步精制,单体（亲脂性较弱的香豆素）,残渣,乙醚液,乙醚回流提取,回收分离,单体（亲脂性香豆素）,残渣,乙醇提取,乙醇液,回收分离,香豆素苷类,药材粗粉乙醇浸膏,橘子油,某些小分子的香豆素类具挥发性可用蒸馏 法与不挥发性成分分离，常用于纯化过程。 例如：橘子油橙皮油素的分
10、离,真空升华或蒸馏法：,馏出物,残油,加热溶于乙醇,乙醇液,放置,粗品,以乙醇、乙醚或 石油醚重结晶,结晶（橙皮油素）,色谱法,香豆素的混合物部分最后通过层析的方法才能得到单体 香豆素一般用硅胶吸附层析、氧化铝层析和聚酰胺层析碱性氧化铝可能使香豆素发生降解，故很少使用。对酚性香豆素强吸附，洗脱剂可用己烷乙醚、己烷-乙酸乙酯 和石油醚乙酸乙酯的混合溶剂。,层析法,制备型HPLC,对极性较强的香豆素类采用反相柱色谱（C18或C8）有较好的分离效果。,正相和反相色谱的区别,酸碱分离法：,此系经典方法。1. 具酚羟基的香豆素类溶于碱液加酸后可析出。2. 香豆素的内酯环性质，于碱液中皂化成盐而加酸后恢复
11、成内酯析出。,1. 碱液加热开环时，要注意碱液的浓度和加热时间，否则将引起降解反应而使香豆素破坏，或者使香豆素开环而不能合环。 2. 对酸碱敏感的香豆素用此法可能得到次生产物。,六. 波谱鉴定,UV光谱：香豆素的UV光谱有一定的规律。 1. 无取代基：,B带,K带,R带,无取代基的香豆素有3个吸收峰：274nm, 284nm, 311nm,274nm: B带吸收，由于苯环连有较长的共轭体系，所以产生红移。（一般为230-270nm）,284nm: K带吸收，分子中存在内酯结构，类似于,-不饱和酮，由于共轭体系较长，产生红移（一般小于260nm）,311nm: R带吸收。,1. 香豆素的B带和K
12、带往往重叠为一个较宽的带。,2. 若发色团羰基或一个双键与芳环相连，产生的B带吸收波长往往较K带长。,2. 有取代基： 香豆素分子中导入取代基后，使K带或K带和B带重叠峰红移，红移效应为： -OH-OCH3-CH3-OOCCH3,(1) 7-OH取代： 7-OH香豆素可以重排成对醌式结构：,因此7-OH取代比无取代时红移更明显；在碱液中此重排利于发生，故红移更多，长移近70nm.,(2) 5-OH取代： 5-OH香豆素可以重排成邻醌结构,红移情况与7-OH香豆素相似，只是位移值较小。,（3）6-OH取代： 6-OH香豆素中的羟基不处于,-不饱和内酯的邻对位，不能形成醌式结构。 故对K带或B带的
13、重叠带影响不大。 但对310nm 处的R带产生较大红移。 6-OH香豆素和6-OCH3香豆素在230nm处产生苯环吸收峰（可能为E带）,二. 1H-NMR: 环上质子受内酯羰基吸电子共轭效应，其质子吸收信号分为两组，其中 C3, C6, C8-高场 C4, C5, C7-低场 内酯环质子,3,4,两个烯H分别受到羰基和苯环的去屏蔽作用，因此 分别处于6.16.3 ppm (3-H)7.68.1 ppm (4-H),C4受苯环的去屏蔽影响较C3受羰基的影响大, 处于较低场。,5,6,7,8,C7-氧代，C3-H高移 0.17ppm,C5-氧代，C3-H高移0.17ppm,C5-氧代，C4-H低移
14、 0.3ppm,苯环质子：一般化学位移值在6-8ppm，常见的有以下几种情况：,7-含氧基取代：,C5-H没有邻位氧供电，且受邻位共轭羰基的 吸电子作用，处于最低场，7.38 ppm, d, J = 9 Hz,C6-H 和C8-H受邻位氧供电，处于较高场， 6.87 ppm, dd, 2H,5,7-二含氧取代：,C6-H处于高场，C8-H处于低场， 它们各自受两个邻位 含氧基的供电作用影响，但C8-H的邻位有一个内酯结构的氧，不如C6-H的-OR的供电作用强。,6-烷基，7-氧基取代：,C8-H 处于高场，C5-H处于低场 ， 两个H均呈现单峰。 5-H 7.2 ppm，6-H 6.8 ppm
15、,C6,8 J = 2 Hz,7,8-二取代：,5H处于低场，6H处于高场，两个H均呈双峰。,5-H 7.2 ppm，6-H 6.8 ppm,七. 生物活性,1. 毒性：肝毒性。必要结构：呋喃环上的双键和不饱和内酯环2. 抗HIV活性：,3. 抗菌作用： 秦皮中的七叶内酯和七叶内酯苷具抑制痢疾杆菌的作用。 补骨脂内酯具抗真菌及抗结核活性。 4. 抗凝血作用和止血作用： 双香豆素-防血栓及消血块 泽兰内酯-止血,七叶内酯（Esculetin）,5. 光敏作用：补骨脂内酯治疗白癜风。呋喃香豆素多有该作用。很多香豆素可以吸收紫外光，放出在可见区（近470 nm）的荧光，故可用做增白剂，如7-OH香豆
16、素。由于吸光性，七叶内酯和七叶苷可用于保护皮肤防止辐射的药物。,第二节 木脂素 Lignans,一. 概述： 木脂素是一类由两分子苯丙素衍生物聚合而成的天然化合物。少数为三聚物(倍半木脂素)和四聚物。 大多呈游离状态，少数与糖结合成苷而存在于植物的木部和树脂中，故称之木脂素。 目前已发现200多种木脂素类化合物，具多种生物活性，如抗癌、抗病毒、抑制生物体内的酶活力、保肝、降低应激反应和对中枢神经系统的作用等。,组成木脂素的单体主要有四种： 桂皮酸（cinnamic acid） 桂皮醇（cinnamyl alcohol） 丙烯苯（propenyl bezene） 烯丙苯（allyl benzen
17、e）,g-碳原子 氧化型的,g-碳原子 未氧化型的,（木脂素）,（新木脂素）,二. 结构与分类： 1. 简单木脂素：侧链8-8缩合。,1,3,4,5,6,7,8,9,2,去甲二氢愈创木脂酸(nordihydroguaiaretic acid),8,去甲二氢愈创木脂酸由蒺藜科植物Larrea divaricata的叶和茎中得到。分子中含有邻二酚羟基结构，很容易被氧化，常用作油脂和其它食品的抗氧化剂。为内消旋化合物，不显旋光性。,去甲二氢愈创木脂酸(nordihydroguaiaretic acid),2. 单环氧木脂素 (monoepoxylignan） 木脂素分子中有一个环氧结构，环氧的位置可
18、以在 7-7、9-9、7-9等位置，形成四氢呋喃环的结构。,7-7,7-9,9-9,3. 木脂内酯（lignanolide） 木脂素分子中含有内酯结构，多在9-9位形成内酯环。它是单环氧木酯素的氧化状态。也是下面介绍的环木脂内酯的前体，两者常共存于同一植物之中。,牛蒡子苷元（arctigenin）,台湾脂素B,4. 环木脂素（cyclolignan） 分子中有苯代四氢萘、苯代二氢萘和苯代萘等结构类型。自然界中以苯代四氢萘多见。,苯代四氢萘,苯代二氢萘,苯代萘,异紫杉脂素 （isotaxiresinol）,去氧鬼臼毒脂素葡萄糖脂苷,5. 环木脂内酯（cyclolignolide） 由环木脂素C9
19、-C9间环和成内酯环。内酯环的环和方向有上向和下向两种类型。,1,1,2,3,4,4-苯代萘酞型（上向）,1,2,3,4,1-苯代萘酞型（下向）,6. 双环氧木 (bisepoxylignan) 两分子苯丙素分子侧链相互连接，在7-9和9-7之间形成双骈四氢呋喃环。,三.性状和溶解性 木脂素多数为游离态,具有亲脂性,少数成苷.易溶于氯仿,乙醚和乙酸乙酯等有机溶剂。 大多具有光学活性。 四.提取分离 系统溶剂法：含水醇提取用石油醚、苯、乙醚、乙酸乙酯、丙酮和甲醇依次提取样品。,系统溶剂法：含水醇提取用石油醚、苯、乙醚、乙酸乙酯、丙酮和甲醇依次提取样品。,石油醚回流提取,石油醚液,回收至小体积,浓缩液,放置、析晶,粗晶,冷石油醚洗,结晶（可能是混和物）,进一步精制,单体（亲脂性较弱香豆素）,残渣,乙醚液,乙醚回流提取,回收分离,单体（亲脂性香豆素）,残渣,乙醇提取,乙醇液,回收分离,香豆素苷类,药材粗粉乙醇浸膏,五. 生物活性,1. 抗肿瘤：鬼臼毒素 依托泊苷 (etoposide),1-鬼臼毒脂素 （1-podophyllotoxin）,2. 保肝和抗氧化：五味子联苯环辛烯类木脂素 联苯双酯,
