天热药物化学-电子教材:第四章

第四章 醌类化合物(Quinonoids)

目的要求：

1．掌握醌类化合物的基本结构及分类。

2．掌握醌类化合物的理化性质及其衍生物的制备。

3．掌握醌类化合物的提取分离及结构鉴定方法。

4．了解2D NMR谱及MS在结构鉴定中的应用。

教学时数：4学时。  教学重点和难点：

大黄――蓼科掌叶大黄根茎，泄热通畅、凉血解毒。

丹参――唇形科南丹参根。抗菌，扩张冠脉。

决明――豆科决明种子。清热明目、润肠通便。

芦荟――百合科。清肝热，通便。

第一节 醌类化合物的结构类型

  定义——指醌类或容易转变为具有醌类结构的化合物，以及在生物合成方面与醌类有密切联系的化合物。醌类即酚的氧化产物，在同一苯环上有两个共轭的酮基。

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（-OH、-OMe等)多有颜色，故常作为动www.lindalemus.com/sanji/植物、微生物的色素而存在于自然界中。主要集中在蓼科、茜草科、紫葳科、鼠李科、百合科和豆科；其中大黄、何首乌、决明子、芦荟、丹参、番泻叶、紫草中的有效成分都是醌类。

一、苯醌类(benzoquinones)  黄色或橙黄色结晶

醌类中最简单而重要的一类化合物，结构上分邻苯醌（不稳定)和对苯醌 两大类。

邻苯醌不稳定，故天然界存在的大多为对苯醌

苯醌在醌核上多有-OH、-OMe、-Me或其它烃基侧链等取代。

性质：对苯醌类在OH^-下可被次亚硫酸钠（Na₂SO₃)还原为氢醌；氢醌在光、热或适当氧化剂作用下，很容易被重新氧化成对苯醌类。很多醌类化合物，正是通过这种可逆的氧化还原过程，在生物体内起着重要的电子传递媒介作用，参与生物体内许多重要的氧化还原过程。

二、萘醌类 (naphthoquinones)  橙黄或橙红结晶

从结构上可分为：

迄今为止，从天然界得到的几乎均为a-萘醌类。

三、菲醌类(phenanthraquinones)

有两种类型：邻菲醌 和

 对菲醌 两种。

如：丹参醌类成分

丹参醌类成分具有——抗菌及扩张冠状动脉的作用。

临床上——治疗冠心病、心肌梗塞、治疗由金黄色葡萄球菌引起的疾病。

★四、蒽醌类(anthraquinones)

广泛存在于植物界的一种色素，大黄、何首乌、虎仗的有效成分。

a位—— 1，4，5，8

b位—— 2，3，6，7

meso（中位)—— 9，10

依据还原程度不同，将其分成以下三类：

（一)蒽醌衍生物

羟基蒽醌衍生物

根据-OH在母核上分布的位置不同分两类：

1.大黄素型（-OH分布在两侧的苯环上，多黄色)

如：大黄酚、大黄素、大黄素甲醚、大黄酸等

2.茜草素型（-OH在一侧苯环上，

颜色深，橙黄或橙红)

（二)蒽酚（或蒽酮)衍生物

依其还原程度的不同而分为蒽酚和蒽酮。蒽醌在酸性下易被还原成蒽酚及其互变异构体蒽酮

蒽酚、蒽酮性质不稳定，故只存www.lindalemus.com/job/在于新鲜植物中。

（三)二蒽酮类衍生物  两分子蒽酮结合而成

依据聚合度分——二蒽酮类衍生物。

如：番泻叶中致泻的主要有效成分——番泻苷A、B、C、D属此类成分。

第二节 醌类化合物的理化性质

一、物理性质

（一)性状

 颜色——无Ar-OH近乎于无色，助色团越多，颜色越深。如：黄、红、橙、紫红等天然醌类多为有色晶体（苷元、极性不大的苷类)。

存在状态：少数为黄色油状物，多数为有色结晶体。

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。

（二)升华性   游离的醌类多具有升华性，蒽醌衍生物在常压下加热即能升华。例如：大黄原药材的鉴别。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。

（三)溶解度   游离醌类化合物易溶于乙醇、丙酮、乙醚、氯仿及苯，几乎不溶于水。成苷后极性增大，易溶于甲醇。乙醇，热水。

二、化学性质

★（一)酸性

结构中具有Ar-OH或羧基，故表现一定的酸性，其酸性的强弱与结构中的羧基、酚羟基数目、位置有关。——用于碱提酸沉

规律：（1)具羧基的醌类酸性较强；2－羟基苯醌或位于萘醌醌核上的羟基为插烯结构，显示出类似于羧基的酸性。（NaHCO₃)

（2)β-羟基蒽醌的酸性大于α-羟基蒽醌。在β-羟基蒽醌中，羟基受羰基的吸电子影响，使羟基上氧原子电子密度降低，故质子解离度增高，酸性较强。在α-羟基蒽醌中，由于羟基上的H与相邻羰基形成分子内氢键，降低了质子的解离度，故酸性很弱。（β-羟基蒽醌—Na₂CO₃；α-羟基蒽醌- NaOH)

（3)酚羟基数目增多，酸性增强

综上 以游离蒽醌类衍生物为例，酸性强弱将按下列顺序排列：可用于提取分离

  含-COOH > 2个以上b-OH> 1个b-OH > 2个a-OH >1个a-OH

  5%NaHCO₃  5%Na₂CO₃  1%NaOH  5%NaOH

例：试比较下列化合物的酸性强弱

D> A > C > B

（二)、颜色反应 此类反应主要取决于醌类氧化还原性质及存在的酚-OH的性质。

1.Feigl反应（菲格尔)——醌类氧化还原过程

醌类衍生物（包括苯醌、萘醌、蒽醌、菲醌)在OH^-下经加热能迅速被醛类还原。再与邻二硝基苯反应，生成紫色化合物。

原理如下：

从上述反应中可知，在反应中醌类仅起一电子传递媒介作用，醌类成分含量越高，则反应速度也越快。

试验：

2.无色亚甲蓝显色试验

  苯醌、萘醌——区别于蒽醌

无色亚甲蓝溶液用于PPC及TLC作为喷雾剂，能检出苯醌及萘醌，样品在白色背景上作为蓝色斑点出现。

◆3.碱液呈色反应（Borntrager’s反应)

羟基蒽醌及具有游离酚羟基的蒽醌苷在碱性溶液中呈红色、紫红色。

反应机理如下：

形成了新的共轭体系

呈色反应与形成共轭体系的酚羟基和羰基有关。所以，羟基蒽醌以及具有游离酚羟基的蒽醌苷均可呈色。而蒽酚、蒽酮、二蒽酮须经过氧化为蒽醌才呈色。

 （4)与活性次甲基试剂反应 （Kesting-Craven法)  

  苯醌、萘醌——区别于蒽醌

当苯醌及萘醌类化合物的醌环上有未被取代的位置时，即可在氨碱性下与一些含有活性次甲基试剂（如：丙二酸酯、乙酰醋酸酯等)的醇溶液反应，生成兰绿色或兰紫色。

即：

如果结构中有-OH存在，影响反应的灵敏度，速度减慢或不发生反应。

例：下列化合物中哪一个能反应，哪个不能或受抑制。

醛（或酮)中的α活泼氢，在碱的作用下，失去一个氢，形成一个负碳离子，但是负碳离子旁还有一个碳氧双键，因此这个负电荷可以分配在碳氧原子之间，也就是说，发生离域的作用，使这个负离子特别稳定，也就是这个原因，α碳上的氢很容易被碱移去。

（5)与金属离子反应

在蒽醌类化合物结构中，如果有α-酚羟基或具有邻二酚羟基时，则可与Pb⁺⁺、Mg⁺⁺等金属离子形成络合物。

以醋酸镁为例：

与Pb⁺⁺形成的络合物在一定的pH条件下能沉淀析出，故可——精制。

与醋酸镁形成的络合物具有一定的颜色，可用于鉴定。

在母核上：

 1个α-OH   或  1个β-OH或 2个-OH不在同环时

    （邻位有-OH)

（间位有-OH)

（对位有-OH)

据此可用于进行羟基的定位。

第三节 醌类化合物的提取与分离

一、游离醌类的提取方法

（一)有机溶剂提取法

亲脂性有机溶剂提取法：苯醌、萘醌多为游离态，极性较小。多用氯仿、苯等提取，浓缩，含量大的醌类即会析晶，再进行纯化处理。

（二)碱提取酸沉淀法

该法可用于提取含酸性基团（Ar-OH、-COOH)的化合物。

（三)水蒸气蒸馏法

适于具有挥发性的小分子的苯醌及萘醌类化合物。

二、蒽醌类化合物的提取分离

（一)提取方法

1.醇提取法

蒽醌类存在方式为游离和成苷，故多用甲醇、乙醇进行粗提，则游离和苷均可提取出来。注意：苷类提取时注意保护，防止水解，如酶、酸碱。多羟基蒽醌类有时以盐的形式存在，提取时应注意先用酸酸化使之转化为游离形式再提取。

2.脂质较多的药材，如种子可先用石油醚脱脂，再醇提。

3.游离蒽醌可用不同极性的溶剂分别提取。羟基蒽醌多以盐的形式存在，故提取时加酸使游离，再用醇提取。如大黄中总蒽醌的提取即酸液提取。

（二)分离方法

原理：依据酸性差异、溶解性差异、极性差异及分子大小进行分离。

（1)蒽醌苷与游离蒽醌化合物的分离

液－液萃取或液－固萃取法：常用于游离蒽醌和苷的分离。醇提取物用氯仿：水 / 乙醚：水萃取，有机层得到游离蒽醌，水层苷再用正丁醇：水萃取。也可用索氏提取器回流浸膏分离游离蒽醌与苷类。

另外：苷及苷元在CHCl₃中溶解度不同，苷不溶，苷元及其衍生物易溶于CHCl₃故可分离。在植物体内，苷及苷元多通过酚羟基或-COOH结合成Mg⁺⁺、K⁺、Na⁺、Ca⁺⁺盐形式存在，为充分提取，必须预先加酸进行酸化使之全部游离后，再进行提取。

例：

（2)游离蒽醌衍生物的分离

● pH梯度萃取法：依据结构中Ar-OH位置、数目不同，酸性强弱不同，来进行分离。

一般的分离过程如下：

见书p86例：萱草根分离。

●色谱法

主要为硅胶柱色谱法。

吸附剂——硅胶、聚酰胺（Ar-OH)

 *不易用氧化铝，尤其不易用碱性氧化铝——产生化学吸附

例：利用极性差异进行分离

（3)蒽醌苷类的分离

由于蒽醌苷类水溶性较强，分离精制较困难，故现多用柱色谱进行分离。

柱层析载体常用有：硅胶、聚酰胺、葡萄糖凝胶、纤维素等。

分离前，多进行预处理——除部分杂质。

预处理方法：

 1.铅盐法

第四节 醌类化合物的鉴定与结构测定

一、色谱鉴定法

（一)薄层色谱

展开剂：苯－乙酸乙酯（75：25)  石油醚：乙酸乙酯（8：2)对于游离态

  乙酸乙酯－甲醇－水（100：17：13)  氯仿－90％乙醇（1：3)

（二)纸色谱

二、波谱法的应用

（一)紫外光谱（UV)

（1)苯醌类的紫外吸收特征

（2)萘醌类的紫外吸收特征

主要有四个吸收峰：

引入助色团（如-OH，-OMe)使相应吸收峰——红移

醌环上引入助色团——影响257nm——红移（不影响苯环引起的吸收)

苯环上引入a-OH——影响335nm——红移到427nm

（3)蒽醌类的紫外吸收特征

蒽醌有四个吸收峰：

羟基蒽醌类有五个主要吸收带（比母核多230nm强吸收峰)

第 Ⅰ 峰—— 230 nm左右

第 Ⅱ 峰—— 240 ~ 260 nm （苯样结构引起)

第 Ⅲ 峰—— 262 ~ 295 nm （醌样结构引起)

第 Ⅳ 峰—— 305 ~ 389 nm （苯样结构引起)

第 Ⅴ 峰—— > 400 nm （醌样结构中 >C=O引起)

-OH取代将影响相应的吸收带向红位移

吸收带的具体峰位与吸收强度与母核上取代基的性质、数量及排列方式有关。（详见书)

（二)醌类化合物的红外光谱（IR)

羟基蒽醌类化合物的红外区域有：

  V_C=O 1675 ~ 1653 cm^-1 （伸缩振动)

  V_-OH  3600 ~ 3130 cm^-1 （伸缩振动)

  V_芳环 1600 ~ 1480 cm^-1 （骨架振动)

母核上无取代—— 两个>C=O只给出一个吸收峰：1675cm^-1

芳环上引入一个a-OH时，给出两个>C=O吸收峰：

1675 ~ 1647 （游离>C=O)

1637 ~ 1608 （缔合>C=O)

四、醌类化合物的核磁共振光谱（NMR)

（一)¹H-NMR

(1)醌环上的质子（苯醌和萘醌)

醌核上H-3位有供电子取代基，H-2向高场位移

影响顺序：OCH₃ >OH > OCOCH₃ > CH₃

 (2)芳环质子

具有芳氢的只有萘醌（最多4个)

及蒽醌（最多8个)。

可分为α-H及β-H组。

当有取代基时，峰的数目及峰位都将改变。

(3)取代基质子

OCH3  3.8-4.2ppm (s)

CH3   2.1-2.5ppm(s) a-H   2.7-2.8ppm (s)

CH2OH 4.4-4.7ppm (s)  OH   4.0-6.0ppm

OH 一个a-OH >12.25 (s) 同侧2个a-OH   11.6-12.1

  b-OH  11.1-11.4 (s)   邻位有取代<10.9

（二)¹³C-NMR

（1)1,4-萘醌类

①醌环上取代基的影响；如：C3-OH或-OR（烷氧基)取代——引起C3向低场移约20ppm；C2向高场移约30ppm。 

②苯环上取代基的影响；

（2)9,10-蒽醌类

一侧苯环上有取代，另一侧苯环无取代时，无取代苯环各碳移位值变化较小，即取代基的跨环影响不大。

（三)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1~2分子CO；

（3)特征碎片峰：(m/z)

 P-苯醌——82、80、54、52

 1,4-萘醌——104、76、50

 9,10-蒽醌——180、152、90、76

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cAMP磷酸二酯酶有显著的抑制作用

 判断下列化合物酸性强弱顺序：