思维导图 天然药物化学

第四章 醌类化合物，整理了醌类化合物的结构类型、醌类化合物的理化性质、醌类化合物的提取分离、醌类化合物的结构测定、醌类化合物的生物活性的知识，欢迎查看。

醌类化合物

• 醌类化合物的结构类型
  • 概述：醌类化合物是指分子内具有不饱和环二酮结构（醌式结构）或容易转变成这样结构的天然有机化合物，醌类化合物在高等植物中分布比较广泛，如蓼科的大黄、何首乌、虎杖，豆科的决明子、番泻叶，醌类化合物的生源合成主要通过乙酰-丙二酸途径
  • 苯醌类
    • 苯醌类化合物从结构上分为邻苯醌和对苯醌两类，邻苯醌不稳定，故天然存在的苯醌化合物多数为对苯醌衍生物，常见的取代基有-OH、-OCH3、-CH3或其他烃基侧链
    • 辅酶Q主要作用于氧化磷酰化反应中的电子传导过程，紫草素对前列腺素PGE2的生物合成具有抑制作用，抗炎作用
  • 萘醌类
    • 萘醌类化合物根据酮羰基取代位置有α-(1,4)、β-(1,2)及amphi-(2,6)3种类型，天然存在的多为α-萘醌类衍生物
  • 菲醌类
    • 天然菲醌类化合物分为邻菲醌、对菲醌两种类型，丹参醌类成分有丹参醌Ⅰ和丹参新醌丙
  • 蒽醌类
    • 蒽醌类化合物包括蒽醌衍生物及其不同程度的还原产物，如氧化蒽酚、蒽酚、蒽酮及蒽酮二聚体等，蒽醌（9,10-二蒽酮）的1,4,5,8位称α-位；2,3,6,7位称β-位；9,10位称meso-位
    • 蒽醌衍生物：根据羟基在蒽醌母核上的分布情况，可将羟基蒽醌衍生物分为以下两类——大黄素型（羟基分布在两侧的苯环上）、茜草素型（羟基分布在一侧的苯环上）
    • 蒽酚（或蒽酮）衍生物：蒽酚（或蒽酮）一般存在于新鲜植物种，但性质不稳定，当蒽酚类衍生物与糖缩合成苷时，其性质比较稳定，只有经过水解除去糖才能被氧化
    • 蒽酮类衍生物：二蒽酮类成分可以看成是两分子的蒽酮通过碳-碳键结合而成的化合物，番泻苷元A其C10-C10'为反式连接，番泻叶中致泄的有效成分为番泻苷A-D，二蒽酮衍生物还有其他形式（C5-C5'、C4-C4'）
    • 其他类
• 醌类化合物的理化性质
  • 性状：无Ar-OH近乎无色，多为有色晶体，取代的助色团越多，颜色也就越深，有黄、橙、棕红色以至紫红色等，苯醌和萘醌多以游离态存在，蒽醌类化合物往往以糖苷形式存在
  • 升华性及挥发性：游离的醌类化合物一般具有升华性，小分子的苯醌类及萘醌类还具有挥发性，能随水蒸气蒸馏，可据此进行分离和纯化
  • 溶解度：游离醌类苷元的极性较小，易溶于甲醇、乙醇、一米和三氯甲烷等，难溶于水，成苷后极性增大，易溶于甲醇、乙醇中，可溶于热水，难溶于乙醚和三氯甲烷等
  • 光稳定性：含有易氧化的基团，在光照条件下不稳定
  • 酸性：多具有酚羟基，呈一定的酸性，可用碱溶酸沉法，分子中Ar-OH的数目、位置不同，则酸性强弱有差异
    • 具有羧基的醌类化合物酸性较强：具有羧基的醌类酸性较强；2-羟基苯醌或在苯醌的醌核上有羟基时，实际上为插稀酸结构，由于受到邻近醌式羰基的影响表现出与羧基相似的酸性
    • 萘醌及蒽醌苯环上的β-羟基的酸性强于α-羟基的酸性
    • 酚羟基数目越多则酸性越强：根据醌的酸性强弱不同，依次采用不同碱度的碱水萃取，以游离蒽醌类化合物为例，其酸性强弱排序为含-COOH>含2个以上β-OH>含1个β-OH>含2个α-OH>含1个α-OH，故可从有机溶剂中依次用5%NaHCO3、5%Na2CO3、1%NaOH及5%NaOH水溶液进行梯度萃取
  • 显色反应
    • Feigl反应：醌类衍生物在碱性条件下经加热能迅速与醛类及邻二硝基苯反应，生成紫色化合物，实验时可取醌类化合物的水或苯溶液1滴，加入25%Na2CO3水溶液、4%HCHO水溶液及5%邻二硝基苯的苯溶液各1滴，混合后置水浴上加热，在1~4分钟内产生显著的紫色
    • 无色亚甲蓝显色试验：无色亚甲蓝溶液是检测苯醌类及萘醌类的专用显色剂，用作PC和TLC法的喷雾剂，可与蒽醌类化合物相区别
    • 碱性条件下的呈色反应：羟基醌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~紫红色的反应称为Borntrager反应，用本反应检查天然药物中是否含有蒽醌类成分时，可取药材粉末约0.1g，加10%硫酸水溶液5ml，置水浴上加热2~10分钟，冷却后加2ml乙醚振摇，静置后分取醚层溶液，加入1ml5%氢氧化钠水溶液，振摇，如有羟基蒽醌存在，醚层由黄色褪为无色，而水层显红色
    • 与活性次甲基试剂的反应（Kesting-Craven法）：苯醌及萘醌类化合物当其醌环上有未被取代的位置时，可在氨碱性条件下与一些含有活性次甲基试剂（如乙酰醋酸酯、丙二酸酯、丙二腈等）的醇溶液反应，生成蓝绿色或蓝紫色产物
    • 与金属离子的反应：蒽醌类化合物中如果有α-酚羟基或邻二酚羟基结构时，则可与Pb2+、Mg2+等金属离子形成配合物
    • 对亚硝基二甲苯胺反应：此反应可用作蒽酮化合物的定性检查，通常用作PC法的喷雾显色
• 醌类化合物的提取分离
  • 醌类化合物的提取
    • 醇提取法
    • 有机溶剂提取法：游离的醌类苷元一般极性较小，可用极性较小的有机溶剂提取，再将提取液浓缩为浓缩液和析出物
    • 碱提酸沉法：此方法主要用于提取含酸性基团（酚羟基、羧基）的醌类化合物
    • 水蒸气蒸馏法：适用于小分子苯醌及萘醌类化合物的提取
    • 其他方法
  • 醌类化合物的分离
    • 游离蒽醌的分离
      • pH梯度萃取法：此法适用于酸性差别较大的游离羟基蒽酮类化合物的分离
      • 色谱法：该方法是系统分离羟基蒽醌类化合物最有效的方法，分离羟基蒽醌常用的色谱吸附剂主要有硅胶和聚酰胺等，一般不用氧化铝，尤其不易用碱性氧化铝
    • 蒽醌苷类与蒽醌苷元的分离：蒽醌苷类与蒽醌苷元的极性差别较大，苷类不溶于三氯甲烷，而苷元则溶于三氯甲烷
    • 蒽醌苷类的分离：色谱法是分离蒽醌苷类化合物最有效的方法
• 醌类化合物的结构测定
  • 醌类化合物的紫外光谱
    • 苯醌和萘醌类的紫外光谱特征：苯醌类的主要吸收峰有3个（~240nm，强峰、~285nm，中强峰、~400nm，弱峰），萘醌主要有4个吸收峰（~245nm，~251nm，~335nm，~257nm），当分子中引入-OH、-OCH3等助色团时，可引起分子中相应的吸收峰向红位移
    • 蒽醌类的紫外光谱特征：羟基蒽醌类化合物有5个主要的吸收带——第Ⅰ峰230nm左右；第Ⅱ峰240~260nm（由苯样结构引起）；第Ⅲ峰262~295nm（由醌样结构引起）；第Ⅳ峰305~389nm（由苯样结构引起）；第Ⅴ峰>400nm（由醌样结构中的C=O引起）
  • 醌类化合物的红外光谱
    • 醌类化合物红外光谱的主要特征是羰基吸收峰以及双键和苯环的吸收峰，羟基蒽醌类化合物在红外区域有vC=O（1675~1653cm-1）、v芳环（1600~1480cm-1）及v-OH（3600~3100cm-1）的吸收
  • 醌类化合物的1H-NMR谱
    • 醌环上的质子：萘醌及萘醌在醌环上有质子，在无取代时化学位移δ分别为6.72（s,p-苯醌）及6.95（s,1,4-萘醌），当醌环是有供电子取代基时，将使醌环上其他质子的化学位移δ值移向高场，在1,4-萘醌中位移顺序为-OCH3>-OH>-OCOCH3>-CH3
    • 芳环质子：1,4-萘醌的共振信号分别在8.06（α-H）及7.73（β-H）；9,10-蒽醌的芳氢信号出现在8.07（α-H）及7.67（β-H）
    • 取代基质子：甲氧基——一般在δ3.8~4.2，呈现单峰；芳香甲基——一般在δ2.1~2.9，呈现单峰；羟甲基——一般在δ4.4~4.7；酚羟基——α-羟基一般δ>12，β-羟基一般δ在10左右
  • 醌类化合物的13C-NMR谱
    • 1,4-萘醌类化合物的13C-NMR谱：醌环上取代基的影响，苯环上取代基的影响
      • 9,10-蒽醌类化合物的13C-NMR谱：蒽醌母核引入羟基，可使其邻对位的电子云密度升高，化学位移值向高场移动
  • 醌类化合物的MS
    • 对所有的游离醌类化合物，其MS的共同特征是分子离子峰通常为基峰，且出现丢失1~2个分子CO的碎片离子峰
    • p-苯醌的MS特征：无取代的苯醌有三种开裂方式，分别得到m/z82、m/z80及m/z54三种碎片离子，连续脱去2个分子的CO，无取代的苯醌将得到重要的m/z52碎片离子
    • 1,4-萘醌类的MS特点：苯环上无取代时，将出现m/z104的特征碎片离子及其分解产物m/z76及m/z50的离子
    • 9,10-蒽醌类化合物的MS特征：游离蒽醌依次脱去两分子的CO，得到m/z180（M-CO）及152（M-2CO）以及它们的双电荷离子峰m/z90及m/z76
    • 单羟基蒽醌和二羟基蒽醌分别失去三个CO和四个CO碎片
  • 醌类化合物衍生物的制备
    • 甲基化反应：甲基化反应的目的是为了保护-OH，测定-OH的数目及成苷的位置，酸性越强，质子越易解离，甲基化反应越容易，-COOH>β-OH>Ar-OH>α-OH>R-OH
      • 试剂的活性：CH3I>(CH3)2SO4>CH2N2，溶剂的极性越强，甲基化能力则国强
    • 乙酰化反应：按乙酰化能力强弱顺序排列为CH3COCl>(CH3CO)2O>CH3COOR>CH3COOH
      • 反应物的活性：R-OH>β-OH>α-OH，亲核性越强，乙酰化越容易；催化能力：吡啶>浓硫酸
  • 结构研究实例
• 醌类化合物的生物活性
  • 泻下作用：二蒽酮苷
  • 抗菌、抗炎和抗病毒作用：大黄酸、大黄素、芦荟大黄素
  • 抗氧化作用
  • 抗肿瘤作用：艾氏腹水癌、大鼠乳癌
  • 其他作用