黄酮类化合物

黄酮类化合物知识总结，黄酮类化合物是广泛存在于自然界且具有广泛生物活性的一类重要化学成分，本导图包括黄酮类化合物的结构类型、黄酮类化合物的理化性质及显色反应、黄酮类化合物的提取与分离等内容。

黄酮化合物

• 生物合成途径（复合途径）：乙酸-丙二酸和莽草酸
• 黄酮类化合物的结构类型
  • 基本母核：2-苯基色原酮
  • 黄酮类
    • 芹菜素（5，7，4′） 黄芩素（5，6，7） 牡荆素（8位C苷）木犀草素（5，7，3'，4'）
  • 黄酮醇类
    • 山柰酚（3，5，7，4′）槲皮素（3，5 ，7，3′，4′）
  • 二氢黄酮
    • 甘草素
  • 二氢黄酮醇
  • 异黄酮类
    • 葛根素（8位碳苷）大豆素
  • 二氢异黄酮
    • 鱼藤酮
  • 查尔酮(二氢黄酮异构体)
    • 2'羟基查尔酮类酸性条件下转化为无色的二氢黄酮，碱化后变回深黄色查尔酮
    • 红花苷
  • 二氢查尔酮
  • 花色素类
  • 橙酮类（噢哢类）
  • 黄烷醇类
    • 黄烷-3-醇（儿茶素类）
    • 黄烷-3，4-二醇（无色花色素类）
  • 𠮿酮类（双苯吡酮类）
    • 异芒果素
  • 双黄酮类
    • 银杏素
  • 其他黄酮类
• 黄酮类化合物的理化性质及显色反应
  • 性状：多为结晶性固体，少数为无定形粉末，如黄酮苷。色原酮部分原本无色，黄酮、黄酮醇及其苷类多显灰黄~黄色，查耳酮为黄~橙黄色,异黄酮类显微黄色，二氢黄酮、二氢黄酮醇不显色
  • 荧光：黄酮醇亮黄色或黄绿色，当3位羟基被甲基化或糖苷化后，与黄酮类相似，仅显暗淡的棕色，查尔酮和橙酮显深黄棕色或亮黄色，氨气熏后转变为橙红色。异黄酮紫色，花色苷类棕色，二氢黄酮类均不显色
  • 溶解性
    • 黄酮、黄酮醇、查耳酮等平面性强的分子，难溶于水;而二氢黄酮及二氢黄酮醇等非平面分子,分子间排列不紧密,分子间引力较低，有利于水分子进入，易溶于水。
    • 花色苷元(花青素）类以离子形式存在，水中溶解度较大。黄酮类苷元分子中羟基数越多，水中的溶解度越大。
    • 3羟基苷比7羟基苷水中溶解度大，因为3与4位立体障碍
  • 酸性与碱性
    • 酸性
      • 黄酮类化合物因分子中多含有游离酚羟基,故显酸性,可溶于碱性溶液中。酸性强弱顺序依次为：7，4′-二OH（5%碳酸氢钠） >7-或4′-OH（5%碳酸钠）>一般酚OH（0.2%氢氧化钠）>5-OH（4%氢氧化钠）。此性质可用于提取、分离及鉴定工作。
    • 碱性
      • 黄酮类化合物分子中y-吡喃酮环上的1-位氧原子,因有未共用的电子对，故表现微弱的碱性，可与强无机酸,如浓硫酸、盐酸等生成羊盐，但生成的羊盐不稳定,加水可分解。
  • 显色反应
    • 还原反应
      • 盐酸-镁粉反应
        • 查耳酮、橙酮、儿茶素类不显色。异黄酮类一般不显色。
        • 花色素及部分查耳酮、橙酮等在单纯浓盐酸酸性条件下颜色也会发下生变化，故须先做空白对照。
        • 橙红至紫红，少数绿色或蓝色，加镁粉后升起泡沫红色
      • 四氢硼钠反应：二氢黄酮类化合物红至紫红
      • 钠汞齐还原：黄酮、二氢黄酮、异黄酮、二氢异黄酮：红色，黄酮醇：黄色至淡红色，二氢黄酮醇：棕黄色
    • 金属盐类试剂的络合反应
      • 三氯化铝反应：三羟基，五羟基，邻二酚羟基紫外灯下显鲜黄色。4′羟基黄酮醇和7，4′黄酮醇显天蓝色
      • 锆盐-枸橼酸
      • 氨性氯化锶：邻酚羟基 绿至棕色乃至黑色沉淀
      • 乙酸铅：可以与三羟基，五羟基和邻二酚羟基黄至红色沉淀。碱式醋酸铅一般酚类化合物都可以
      • 三氯化铁反应 绿蓝紫等不同颜色
      • 乙酸镁：二氢黄酮、二氢黄酮醇显天蓝色荧光，黄铜、黄铜醇、异黄酮显黄至橙黄至褐色
    • 硼酸显色反应：5-羟基黄铜和2'-羟基查耳酮
      • 无机酸或有机酸存在下产生亮黄色
      • 草酸下一般显黄色并具有绿色荧光
      • 枸橼酸丙酮下显黄色而无荧光
    • 碱性试剂与显色反应：氨蒸汽变色后在空气中可褪色，碳酸钠水溶液不会褪色
      • 黄酮类（黄至橙红），黄酮醇类（先是黄色，通入空气氧化后变为棕色），查尔酮或橙酮红至紫红色），二氢黄酮（黄至橙色→放止一段时间或加热后变为查尔酮），具邻二酚羟基的黄酮（黄至深红色至绿棕色絮状沉淀，3邻酚羟基暗绿色或蓝绿色纤维素状沉淀
    • 与五氯化锑反应：区别查耳酮（红或红紫色沉淀），（二氢）黄酮和黄酮醇类黄色至橙色
• 黄酮类化合物的提取与分离
  • 提取
    • 乙醇或甲醇提取法，90%-95%适于提取游离黄酮，60%左右浓度适于提取黄酮苷类。方法:冷浸法、渗漉法和回流法
    • 热水提取法：适于黄酮苷类成分的提取。
    • 碱提酸沉：常用的碱:稀氢氧化钠溶液或石灰水。
      • 在用碱酸法进行提取纯化时，应当注意所用碱液浓度不宜过高，以免在强碱性下，尤其加热时会破坏黄酮母核。
      • 在加酸酸化时，酸性也不宜过强，以免生成羊盐，致使析出的黄酮类化合物又重新溶解，降低产品收率，如有邻二酚羟基需加硼酸保护
      • 含有大量鞣质，粘液质等水溶性杂质的药材宜使用石灰水提取，，使这些水溶性杂质产生钙盐沉淀
  • 分离
    • 柱色谱法
      • 硅胶柱色谱：此法应用范围最广主要适用于分离。少数情况下，在加水去活化（分配色谱）后也可用于分离极性较大的化合物,如多羟基黄酮醇及其苷类等。
      • 聚酰胺柱色谱：聚酰胺是较为理想的吸附剂。其吸附强度主要取决于黄酮类化合物分子中羟基的数目与位置及溶剂与黄酮类化合物或与聚酰胺之间形成氢键缔合能力的大小。
        • 不同类型黄酮化合物，先后流出顺序一般是:异黄酮>二氢黄酮醇>查尔酮＞黄酮>黄酮醇
        • 洗脱溶剂影响：聚酰胺与黄酮类在水中形成氢键能力最强，在有机溶剂中较弱，在碱性溶剂中最弱 洗脱能力弱到强：水，甲乙醇（C低到高），丙酮，稀氢氧化钠或氨水，甲酰胺，二甲基甲酰胺，尿素水溶液
        • 具有邻二酚羟基的黄酮的吸附力小于具有间二酚羟基或对二酚羟基的黄酮。（羟基数目相同的情况下）
        • 分子中芳香核、共轭双键多者则吸附力强，所以查耳酮往往比相应的二氢黄酮难于洗脱。
        • 若以含水移动相（如甲醇-水）作洗脱剂，黄酮苷比游离黄酮先洗脱下来，且洗脱的先后顺序一般是:三糖苷>双糖苷>单糖苷>游离黄酮（极性大到小）;若以有机溶剂（如氯仿-甲醇）作洗脱剂，结果则相反，游离黄酮比苷先洗脱下来。
      • 葡聚糖凝胶柱色谱：分离游离黄酮时，主要靠物理吸附作用。凝胶对黄酮类化合物的吸附程度取决于游离酚羟基的数目。但分离黄酮苷时，则分子筛的属性起主导作用。在洗脱时，黄酮苷类大体上是按分子量由大到小的顺序流出柱体。总的洗脱顺序:含糖多的苷→含糖少的苷→游离苷元（极性小→大)
    • PH剃度萃取法
      • 5%碳酸氢钠，5%碳酸钠，0.2%氢氧化钠，4%氢氧化钠
    • 根据分子中特定官能团分离
      • 含邻二酚羟基和羧基的杂质可被乙酸铅沉淀，不含的可以被碱式醋酸铅沉淀
      • 除去加入的乙酸铅可以用硫化氢复分解后除去硫化铅沉淀，但初生态的硫化铅沉淀有吸附性，因此用硫酸盐或磷酸盐，或用阳离子交换树脂。
      • 邻二酚羟基的黄酮还可以用硼酸络合，生成物易溶于水
  • 实例
    • 芦丁：石灰乳调pH8～9，浓HCl调pH2～3
• 黄酮类化合物的生物活性
  • 对心血管系统的作用
  • 保肝作用
  • 抗炎作用
  • 雌性激素样作用
  • 抗氧化作用
  • 抗菌及抗病毒作用
  • 抗肿瘤作用
  • 降糖作用
  • 其他作用
• 黄酮类化合物的检识与结构鉴定
  • 色谱法在黄酮类化合物鉴别中的应用
    • 双向纸色谱法：第一向采用醇性展开剂，为正相分配色谱。第二向常采用水性展开剂，其色谱行为类似于反相分配色谱
      • 溶剂的选择:第一向:正丁醇：冰醋酸：水 （4：5：1上层，BAW）洗脱、TBA（叔丁醇：乙酸：水 3：1：1）。第二向:水性溶剂，2~6%HAc水，3%NaCl
      • 显色剂: (1)可见光/荧光灯分别观察(2)氨熏后荧光灯观察 (3）喷2%三氯化铝甲醇液或10%碳酸钠水溶液等荧光灯观察
    • 薄层
      • 硅胶薄层色谱：弱极性黄酮化合物常用
      • 聚酰胺薄层色谱：适用范围广，适用于含游离酚羟基的化合物。因聚酰胺对黄酮类化合物吸附能力较强，所用展开剂需要较强极性，展开剂中多含有醇，酸，水。
        • Rf —在含水溶剂中服从聚酰胺吸附机制;在亲脂性溶剂中服从分配机制
  • 紫外可见光谱在黄酮类鉴定中的应用
    • 黄酮类化合物在甲醇溶液中的UV光谱特征
    • 加入诊断试剂后引起的位移及其在结构测定中的意义
  • 核磁共振氢谱在黄酮类结构鉴定中的应用
    • 常用溶剂:氘代氯仿(CDDl3），氘代二甲基亚砜(DMSO-d6），氘代吡啶(C5D5N)
      • 没有制成衍生物的黄酮类化合物常用无水DMSO-d6为溶剂，溶解范围广，而且对各种质子信号的分辨率高，有利于鉴别黄酮类母核上的酚羟基，是一种十分理想的溶剂
    • 也可将黄酮类化合物制成三甲基硅醚衍生物溶于四氯化碳中进行测定。
  • 核磁共振碳谱图在黄酮类化合物结构鉴定中的应用
    • 3<10<8<6<5<7<9<2<4
      • 3，6，8，10高场，4，2，7，5，9低场
    • 黄酮类化合物取代图式的确定方法
      • C环：二氢黄酮2H受两个磁不等同的3H偶合被分裂为一个双二重峰 3H因受偕偶与2H的邻偶也分裂为一个双二重峰
      • B环：4′-甲氧基，3′-羟基黄酮黄酮醇中2′H比6′H出现在高场，整体位移低； 3′-甲氧基，4′-羟基中相反
      • A环：7-OH苷化后6H，8H向低场位移
    • 黄酮类化合物O-糖苷中糖的连接位置
      • 糖的苷化位移及端基碳的信号
      • 苷元的苷化位移
    • 双糖苷及低聚糖苷中分子内苷键及糖的连接顺序
  • 质谱在黄酮类结构测定中的应用
    • 黄酮类化合物苷元的电子轰击质谱
      • 黄酮醇的基本裂解途径
      • 黄酮醇类质谱
    • 黄酮类化合物的FD-MS
  • 黄酮类化合物的主体化学问题
• 生物合成途径：复合途径，莽草酸途径和乙酸-丙二酸途径