第二节  香豆素（coumarin)

香豆素类化合物是一类邻羟桂皮酸的内酯，具有芳甜香气。

分布：在高等植物中，芸香科和伞形科中含的多，还有豆科、兰科、木樨科、茄科、菊科等，少数发现于动物和微生物中。

一、香豆素的结构类型

香豆素母核为苯骈α-吡喃酮。环上常有取代基（-OH、OR、-Ph、异戊烯基等)。

		是由邻羟基桂皮酸分子内脱水而形成的一种内酯类化合物

通常将香豆素分为四类：

㈠简单香豆素类

指只有苯环上有取代基的香豆素。

取代基：羟基、烷氧基、苯基、异戊烯基等。

由于绝大多数香豆素在C₇位都有含氧官能团存在，因此，7-羟香豆素可以认为是香豆素类成份的母体。

如：

㈡呋喃香豆素类(furocoumarins) (线型和角型)

香豆素核上的异戊烯基常与邻位酚羟基（7-羟基)环合成呋喃或吡喃环，前者称为呋喃香豆素。呋喃香豆素类成份生物合成途径：

㈢吡喃香豆素类(pyranocoumarins) (线型和角型)

香豆素C-6或C-8异戊烯基与邻酚羟基环合而成2,2-二甲基-α-吡喃环结构，形成吡喃香豆素。这一类天然产物并不多见。

吡喃香豆素类成份的生物合成途径：

其他吡喃香豆素型：少数为5,6-吡喃骈香豆素，如：

㈣其他香豆素类

指α-吡喃酮环上有取代基的香豆素类。还包括二聚体和三聚体。C₃、C₄上常有取代基：苯基、羟基、异戊烯基等。

如：

二、香豆素的理化性质

㈠性状

游离状态—结晶形固体，有一定熔点，大多具有香气。分子量小的有挥发性，可随水蒸汽蒸出，能升华。紫外下显蓝色荧光。

成苷后——大多香味、无挥发性、不能升华。

㈡溶解度

游离状态—能溶于沸H₂O，不溶或难溶冷H₂O；可溶MeOH、EtOH、CHCl₃和乙醚等溶剂。因含Ar-OH故可溶于碱水中。

成苷—能溶于H₂O、OH^-/H₂O、MeOH、EtOH等；难溶极性小的有机溶剂。

㈢碱水解反应（内酯性质)

香豆素的α-吡喃酮环具有α,β—不饱和内酯性质，在稀碱液中渐渐水解成黄色溶液，生成顺邻羟桂皮酸的盐，顺邻羟桂皮酸不易游离存在，其盐的水溶液一经酸化即闭环恢复为内酯。

长时间碱液中放置或UV光照射，顺邻羟桂皮酸可转变为安定的反邻羟桂皮酸，酸化后不再内酯化而可以获得反邻羟桂皮酸。

欲获得顺邻羟桂皮酸的途径：（顺邻羟桂皮酸的衍生物)

1.特殊结构的香豆素：

如C₈位取代基的适当位置上有>C=O、>C=C<、环氧等结构者，可与水解新生成的酚羟基起缔合、加成等作用，可阻碍内酯的恢复。

如：

*先进行碱水解，再进行酸化（避免长时间在碱性下形成反邻羟桂皮酸)。

2.醚化：

碱水解的同时加入碘甲烷（MeI)或硫酸二甲酯（Me₂SO₄)等甲基化试剂使水解生成的酚羟基醚化，阻碍内酯恢复，生成邻甲氧基桂皮酸衍生物。

*碱水解反应的易→难：

原因：7-OCH₃的供电子共轭效应使羰基C难以接受OH^-的亲核反应。7-OH在碱液中成盐。

其他酯基的碱水解反应

芳环苄基碳上的酯基极不稳定，碱水解后易生成异构化的醇。

 ㈣酸的反应：

1．环合反应：指异戊烯基双键开裂并与邻酚羟基环合。

如：apigravin在甲酸处理下，中间体可生成仲和叔阳碳离子，由于稳定性因素，而生成叔阳碳离子，产物为二氢吡喃香豆素。

形成环的大小决定于中间体阳碳离子的稳定性：

稳定→ 叔阳碳离子 > 仲阳碳离子 >伯阳碳离子 ←不稳定

再如obliquetin在HBr的处理下，中间体可生成仲和伯阳碳离子，由于稳定性仲大小伯，因而，生成产物为二氢呋喃香豆素。反应如下：

应用：环合试验可以决定酚羟基和异戊烯基间的相互位置。

注意：不宜使用浓酸，否则会发生重排反应。

2．醚键开裂：

如：东茛菪内酯的烯醇醚

3．双键加水反应：

酸接触下可使双键加水。如：黄曲霉素

㈤C₃,C₄双键性质和加成反应

㈥呈色反应

1.异羟肟酸铁反应（识别内酯的反应)

酯与羟胺作用可生成异羟肟酸，再与三氯化铁作用即生成红色的异羟肟酸铁。

2.Gibb反应和Emerson反应：

试剂：Gibb——2,6-二氯(溴)苯醌氯亚胺

   Emerson——氨基安替匹林和铁氰化钾

反应条件——有游离酚羟基，且其对位无取代者——呈阳性

Gibb反应：

Emerson 反应：

香豆素的C6位有无取代基，可借水解内酯开环后，生成一个新的酚羟基，再利用Gibb或Emerson反应来加以区别。

三、香豆素的分离方法

（一)提取

香豆素在乙醚中溶解度较好，但同时溶出脂溶性杂质亦较多。

（二)分离

提取后可直接利用化合物的溶解性质进行分离

如：香豆素在石油醚中溶解度不大，浓缩时即可析出结晶。

1.酸碱分离法

依据——内酯遇碱能皂化，加酸能恢复的性质。

2.层析方法

    吸附剂——硅胶、中性氧化铝

洗脱剂——已烷和乙醚、已烷和乙酸乙酯等

显色——可观察荧光  

四、香豆素波谱学特征

（一)紫外光谱

UV下显蓝色荧光。

  C₇位导入-OH——荧光增强

  -OH醚化后——荧光减弱

  母核上无含氧官能团取代时：

274 nm——苯环

311 nm——a-吡喃酮环

  有含氧取代时：最大吸收向红位移。

（二)红外光谱

   3025~ 3175 cm^-1——C-H 伸缩振动

  1700 ~ 1750 cm^-1——>C=O伸缩振动

  1500 ~ 1600 cm^-1——芳环吸收

  1600 ~ 1650 cm^-1——出现1~3个较强峰

（三)¹H-NMR

环上质子由于受内酯羰基吸电子共轭效应，因此使：

当C3、C4位未取代时：

当C3或C4位取代时：

当C7-OR氧代时：

  由于7-OR氧代后向苯环供电而引起C3-H受屏蔽，导致向高场位移约0.17ppm。

当C5、C7二氧代时：

当C7-OR氧代，C8或C6烷基取代时：

 ③呋喃香豆素

④吡喃香豆素

（四)¹³C-NMR

香豆素母核上九个碳原子的化学位移值：

 当-OR取代时：

 连接的碳—— +30 ppm

邻位碳—— -13 ppm

对位碳—— -8 ppm

母核 7-OH香豆素 C7  131.8   向低场移至 161.6   +30.2 C6  124.4   向高场移至 113.3   -11.1 C8  116.4   向高场移至 102.5   -13.9 C10 118.8   向高场移至  111.5   -7.3

（五)质谱

香豆素类化合物质谱有如下特点：

1.有强的分子离子峰；

2.基峰是失去CO的苯骈呋喃离子；

3.主要裂解途径是：首先失去CO。

香豆素母核裂解

7-OCH3香豆素裂解

结构分析实例

1.从某植物中得一无色棱状结晶，呈绿色荧光，遇碱呈黄色且荧光增强，mp159-158.5^o，分子式C₁₀H₈O₄,Gibbs反应阳性，可溶于有机溶剂及碱水液，遇酸又可以从水中析出结晶。

   UVλmax nm:241,257,323

 IRν^KBrmax cm^-1: 3315（OH  ),1685（C=O  ),1597,1500,835

MS m/z: 192(M+),177（M-CH₃ ),164（ M-CO ),149(M-CO-CH₃), 121, 93,65, 51, 39

¹H-NMR (CDCl₃)δppm: 3.9(3H,s OCH₃),6.2(1H,d,J=9.0HzH3)7.8(1H,d,J=9.0Hz,

H4),6.95(1H,d,J=8.0Hz)（H6),7.35(1H,d,J=8.0Hz)（H5),8.95(1H,s,D₂O交换，消失)（OH )

¹³C-NMR (CDCl₃)δppm: 161.4（ C2 ),111.7,145.4（ C9 ),155.4（C7 ),143.2（ C8 ),113.4,112.4,149.1(C4),111.4,55.7（OMe )

结构式为 

五、香豆素的生物活性

1.低浓度可刺激植物发芽和生长作用；高浓度则抑制

2.光敏作用——可引起皮肤色素沉着；补骨脂内酯可治白斑病

3.抗菌、抗病毒作用——蛇床子、毛当归根中的奥斯脑(Osthole)：抑制乙肝表面抗原；

4.平滑肌松弛作用——茵陈蒿中的滨蒿内酯，具有松弛平滑肌等作用；

5.抗凝血作用

6.肝毒性——有些香豆素对肝有一定的毒性。

第三节  木脂素（lignans)

定义：一类由苯丙素氧化聚合而成的天然产物。

通常指其二聚物，少数为三聚物和四聚物。

早期木脂素的定义：

两分子苯丙素以侧链中b碳原子（8-8’)连结而成的化合物——木脂素。

  非b碳原子相连（如3-3’、8-3’)——新木脂素。

木脂素的一些新类型：

  苯丙素低聚体——三聚体、四聚体等；

  三聚体称为倍半木脂素（sesquilignan)

  四聚体称为二木脂素（dilignan)

  杂木脂素——由一分子苯丙素与黄酮、香豆素等结合而成；

  根据结合分子的不同而命名，如黄酮木脂素（flavonolignan)

 去甲木脂素(norlignan)——这类木脂素的基本母核只有16~17个碳原子。比一般的木脂素少1~2个碳。

组成木脂素的单位有四种：

1.桂皮酸（cinnamic acid)

偶为桂皮醛（cinnamaldehyde)

2.桂皮醇（cinnamyl alcohol)

3.丙烯苯（propenyl benzene)

4.烯丙苯（allyl benzene)

一、结构类型

常见类型如下：

（一)二芳基丁烷类（dibenzylbutanes)

（二)二芳基丁内酯类（dibenzyltyrolactones)

这是木脂素侧链形成内酯结构的基本类型，还包括单去氢和双去氢化合物。它们是生物体内芳基萘内酯类木脂素的合成前体。

（三)芳基萘类（arylnaphthalenes)

有芳基萘、芳基二氢萘和芳基四氢萘（aryltetralins)三种结构。

鬼臼毒素结构见讲义

（四)四氢呋喃类（tetrahydrofurans)

因氧原子连接位置的不同，可形成7-O-7’、7-O-9’和9-O-9’三种四氢呋喃结构。

（五)双四氢呋喃类（furofurans)

由二个取代四氢呋喃单元形成四氢呋喃骈四氢呋喃结构。

（六)联苯环辛烯类（dibenzocyclooctenes)

五味子甲素。乙素、丙素等

（七)苯骈呋喃类（benzofurans)

包括苯骈呋喃及其二氢、四氢和六氢衍生物。

（八)双环辛烷类（bicyclo[3,2,1]octanes)

（九)苯骈二氧六环类

两分子苯丙素通过氧桥连接，形成二氧六环结构。

（十)螺二烯酮类（spirodienones)

（十一)联苯类（biphenylenes)

（十二)倍半木脂素（sesquilignans)和二木脂素（dilignans)

分别由3分子和4分子苯丙素聚合而成。

二、理化性质

形态：多呈无色晶形，新木脂素不易结晶

溶解性：游离——亲脂性，难溶水，溶苯、氯仿等

  成苷——水溶性增大

挥发性：多数不挥发，少数有升华性质如去甲二氢愈创木酸

旋光性：大多有光学活性，遇酸易异构化。

如：芝麻脂素为双四氢呋喃类木脂素，2个四氢呋喃环顺式骈环，有2个手性碳，故有4个异构体。

d-芝麻脂素（d-sesamin)——系从麻油的非皂化物中获得，右旋体；

d-表芝麻脂素（d-episesamin)——上者在盐酸乙醇液中加热转化而来，即细辛脂素。

l-表芝麻脂素——从细辛根中得到，左旋体；

l-芝麻脂素——由上者在盐酸乙醇液中加热部分转化获得。

这是由于呋喃环上的氧原子与苄基相连，易于开环，重复闭环时发生构型变化。

矿酸不仅能使木脂素构型发生变化，改变旋光性质，影响其生物活性，而且还能引起某些木脂素发生碳架重排。

光照也能使木脂素起氧化环合等反应而发生碳架变化。

所以，从化学结构类型来看，木脂素并非一类成分，因此，它们没有共同的特征反应，但有一些非特征性的试剂可用于薄层层析显色，如：

5%磷钼酸乙醇液、30%硫酸乙醇液等。——通用显色剂

三、提取分离

提取：多用乙醇或丙酮等提取后，再用极性较小的溶剂如：乙醚、氯仿等进行萃取。

分离：色谱法、溶剂萃取法、分级沉淀法、重结晶法

四、结构鉴定

（一)化学法

可根据化合物的结构特征，选择有反应特征的化学反应进行结构鉴定。

1.水解反应：

适用于成酯和成苷的木脂素。控制水解条件，可进行选择性水解。如：

2．氧化反应

控制氧化反应条件，可以得到对鉴定结构有价值的化合物。主要反应如下：

  高锰酸钾氧化

可将联苯环辛烯类木脂素的母核氧化生成联苯二酸。如：五味子醇甲

3.脱亚甲基反应

具有亚甲二氧基结构的木脂素类，当与间苯三酚、硫酸和醋酸共同加热时，可脱去亚甲基而生成2个羟基。如：

（二)光谱法

（1)紫外光谱

芳环为发色团，两个取代芳环是两个孤立的发色团，两者紫外吸收位置相近，吸收强度是两者之和，立体构型对紫外光谱没有影响。

紫外光谱可用于区别芳基四氢萘、芳基二氢萘和芳基萘型木脂素，还可确定芳基二氢萘B环上的双键位置，通过鉴定失水物双键位置，还可确定B环上取代羟基的位置。

  

α-失水苦鬼臼脂素 β-失水苦鬼臼脂素

λmax nm 311  λmax nm 290   

 

γ-失水苦鬼臼脂素  去氢鬼臼毒素

λmax nm 245.5，350  λmax nm 266，263，323，356

目前多用¹H-NMR和¹³医.学全在线C-NMR谱。

根据化合物的：基本骨架——结构类型、碳数、对称性

 取代基——含氧取代基、烷基

  进行结构测定。

1.  氢谱（1H-NMR)氢谱四阐明米脂素结构的主要技术手段。

规律：

芳基萘类米脂素――区别内酯环向上还是向下

处于C环上方正屏蔽

C=O负屏蔽

   

亚甲二氧基 比较两个OCH₃的δ，如△δ<0.2说明亚甲二氧基在A环，而OCH₃在C环，△δ>0.2 说明亚甲二氧基在C环，而OCH₃在A环。

例：自中国远志中分离得到的中国远志脂酚

IRcm-1:3520,(-OH),1745(-内酯),942(亚甲二氧基),800(1,2,4-取代芳环)

1H-NMR(CD)₃COδppm: 

3.78(3H,s)  OCH₃，3.89(3H,s)  OCH₃ ，3.89-3.78=0.11<0.2,故两个OCH₃一定不在A环上，而是处于C环。

5.34(2H,s) –O-CH₂-说明内酯环向下

6.05(2H,s) 亚甲二氧基上的氢（-O-CH₂-O-),

6.80(1H,s) H-8由于授苯环各向异性屏蔽效应，比H5 在较高磁场,

6.90(3H,m)为C环上的3个芳氢,

7.42(1H,s)为H-5

五、生物活性

1.抗肿瘤作用

2.肝保护和抗氧化作用

3.对中枢神经系统的作用——如：镇静、兴奋作用

4.血小板活化因子拮抗活性

5.抗病毒作用

6.平滑骨解痉作用

7.毒鱼作用

8.杀虫作用

小结

4)香豆素质谱的特征

UV（母核上无含氧基团取代时  274 、 311 nm，有含氧取代时

  最大吸收向红位移 )

IR（1700 ~ 1750 cm-1   >C=O ，1500 ~ 1600 cm-1  芳环吸收)

MS (1.有强的分子离子峰；2.基峰是失去CO的苯骈呋喃离子；3.主要裂解途径是：首先失去CO。)

NMR （C3、C6、C8高场；C4、C5、C7低场，C3-H 6.1-6.4，d，J=9.5Hz，C4-H 7.5-8.3 d， J=9.5Hz)

香豆素的结构解析

木脂素

  1) 定义及其主要结构类型

  2) 理化性质--物理、氧化、异构化

  3) 结构鉴定

UV 紫外光谱可用于区别芳基四氢萘、芳基二氢萘和芳基萘型木脂素，还可确定芳基二氢萘B环上的双键位置 ，

NMR：区别内酯环向上还是向下

判定甲氧基与亚甲二氧基的位置

比较两个OCH₃的δ，如△δ<0.2说明亚甲二氧基在A环，而OCH₃在C环，△δ>0.2 说明亚甲二氧基在C环，而OCH₃在A环。