香豆素的生物合成途径

ChemistryofNaturalProducts第四章苯丙素（Phenylpropanoids）[基本内容]香豆素类：香豆素类化合物的基本母核、常见的取代图式及四种基本骨架的结构特点。香豆素的化学性质，如内酯性质、吡喃酮环的碱裂解、双键性质、氧化及热解等反应。香豆素类化合物的荧光性质及波谱特征以及应用。香豆素类化合物的提取分离方法及主要的生理活性。木脂素类：结构分类和结构鉴定方法。[基本要求]掌握香豆素类化合物的结构、性质、1H-NMR特征。熟悉木脂素类化合物分类和结构鉴定方法。了解苯丙素类化合物提取分离方法。概述第一节苯丙酸类第二节香豆素类第三节木脂素类本章内容1概述定义：一类含有一个或几个C6-C3单位的天然成分。主要包括：——苯丙烯、苯丙醇、苯丙酸及其缩酯、香豆素、木脂素、黄酮、木质素等。苯丙素类化合物生物合成途径如下：概述OHHOOHCOOHNH2COOHHOH2NCOOHHOOHCOOHHOCOOHCH2O-glcHO莽草酸桂皮酸途径苯丙氨酸和酪氨酸咖啡酸对羟基桂皮酸对羟基桂皮酸苷葡萄糖代谢概述HOHOHOCOOHOMeCH2OHHOOMeOHOCOOHglcOOHO咖啡酸对羟基桂皮酸对羟基桂皮酸苷苯丙烯类丙烯基烯丙基新木脂素类邻羟桂皮酸苷伞形花内酯香豆素类阿魏酸松柏醇木质素倍半木脂素类木脂素类概述第一节苯丙酸类第二节香豆素类第三节木脂素类本章内容基本结构——酚羟基取代的芳香羧酸。多具有C6-C3结构的苯丙酸类。常见的苯丙酸类：第一节苯丙酸类R1R2COOHOHOHOHOHOH桂皮酸对羟基桂皮酸咖啡酸阿魏酸异阿魏酸HHHOCH3OCH3R1R2茵陈苎麻金银花菜蓟马尾树过山蕨富含苯丙酸类化合物的中草药HOHOCH2HCOHCOOHHOHOCH2HCOCOOHCCHOCH2OHOHOHOHHOOCHOOOHOOCOHOHOOHOOCOHOH丹参素甲丹参素丙丹参素乙丹参（Salviamiltiorrhiza）概述第一节苯丙酸类第二节香豆素类第三节木脂素类本章内容黄香草木犀（Melilotusofficinalis）豆科，草木犀属；又名零陵香豆（tonkabean）CoumarouCoumarin香豆素（香豆精）是具有苯并-吡喃酮母核的一类化合物的总称。环上常有-OH、OCH3、异戊烯基等取代基。OO23456788a4a香豆素的生物合成途径：桂皮酸-莽草酸途径第二节香豆素类一、香豆素的基本母核由于绝大多数香豆素在C7位都有含氧官能团存在，故7-羟香豆素可以认为是香豆素类成分的母体。第二节香豆素类二、香豆素的分类（一）简单香豆素类（二）呋喃香豆素类(furocoumarins)(线型和角型)（三）吡喃香豆素类(pyranocoumarins)(线型和角型)（四）其它香豆素类㈠简单香豆素类㈡呋喃香豆素类(furocoumarins)OOHOOOH3COOCH3O第二节香豆素类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。呋喃香豆素类成分生物合成途径：OOHOOOHOOOOHOOOOOOHOOOOHOOOO伞形花内酯异戊烯基6位取代异戊烯基8位取代补骨脂内酯白芷内酯线型：补骨脂内酯型角型：异补骨脂内酯型6,7-呋喃骈香豆素型7,8-呋喃骈香豆素型环合的形成过程第二节香豆素类香豆素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。吡喃香豆素类成分的生物合成途径：第二节香豆素类㈢吡喃香豆素类(pyranocoumarins)OOHOOOHOOOOHOOOOOOHOOOOOHOOO伞形花内酯异戊烯基6位取代异戊烯基8位取代花椒内酯邪蒿内酯线型：角型：6,7-吡喃骈香豆素型7,8-吡喃骈香豆素型环合的形成过程1'2'3'4'1'2'3'4'第二节香豆素类少数为5,6-吡喃骈香豆素，如：第二节香豆素类OOOMeOOOOO别美花椒内酯dipetalolactone第二节香豆素类㈣其它香豆素类指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。OOMeOOOMeOMeOOOMeOOMeOOOMeOMe黄檀内酯rutaculinkotamin（二聚体）㈠性状游离状态——结晶形固体，有一定熔点；大多具有香气；具有升华性质分子量小的有挥发性（可随水蒸气蒸出）UV下显蓝色荧光成苷——大多无香味、无挥发性、不能升华。第二节香豆素类三、香豆素的理化性质㈡溶解性游离——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——溶于H2O、OH-/H2O、MeOH、EtOH等。难溶极性小的有机溶剂。第二节香豆素类㈢碱水解反应（内酯性质）第二节香豆素类OOCOOOCOOOOHOH--+----(不易游离存在）顺邻羟桂皮酸（安定状态）反邻羟桂皮酸长时间加热+不环合HH㈢碱水解反应（内酯性质）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。例：第二节香豆素类OOOOMeMeOOOOMeMeOCOOHH-+异当归内酯3-异戊烯酰4,6-二甲氧基顺邻羟桂皮酸1.2.OHH第二节香豆素类由于碱的浓度不同，其反应产物也不同：OOOOMeOOMeOCOOHOOMeOCOOH20%NaOH50%NaOH顺式酸反式酸构桔内酯ponicitrin（在C8取代基上有双键）㈢碱水解反应（内酯性质）2.醚化第二节香豆素类碱水解反应的易→难OOOOMeOOOHO一般香豆素7-甲氧基香豆素7-羟香豆素原因：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。㈢碱水解反应（内酯性质）3.苄基碳上的酯基碱水解反应第二节香豆素类第二节香豆素类3.苄基碳上的酯基碱水解反应（四）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。形成环的大小决定于中间体阳碳离子的稳定性OOHOOMeOOHOOMeOOOMeOHCOOH+apigravin二氢吡喃香豆素中间体生成叔(仲)阳碳离子第二节香豆素类（四）酸的反应1.环合反应：中间体阳碳离子的稳定性叔阳碳离子仲阳碳离子伯阳碳离子稳定不稳定如obliquetin在HBr的处理下，中间体可生成仲和伯阳碳离子，由于稳定性仲大于伯，因而，生成产物为二氢呋喃香豆素。反应如下：第二节香豆素类（四）酸的反应1.环合反应：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。第二节香豆素类（四）酸的反应2.醚键开裂：如：东茛菪内酯的烯醇醚第二节香豆素类OOOMeOOOHOMeOOOOMeO++东茛菪内酯HH（四）酸的反应3.双键加水反应如：黄曲霉素第二节香豆素类OOOOHHOOMeOOOOHHOOMeOH黄曲霉素B1黄曲霉素B2高毒低毒H+（五）C3、C4双键性质和加成反应在控制条件下氢化的先后次序为第二节香豆素类侧链不饱和键环上双键（吡喃或呋喃环）C3、C4双键OO共轭苯环羰基导致双键性较弱，而不易加成。（六）呈色反应1.异羟肟酸铁反应（识别内酯）第二节香豆素类OHHNOOFe香豆素开环盐酸羟胺缩合异羟肟酸+++异羟肟酸铁红色OH-FeH+（六）呈色反应2.Gibb’s反应和Emerson反应试剂：Gibb’s——2,6-二氯(溴)苯醌氯亚胺Emerson——氨基安替匹林和铁氰化钾条件：有游离酚羟基，且其对位无取代者——呈阳性第二节香豆素类香豆素Gibb'sEmerson试剂与酚羟基对位活性氢缩合蓝色红色（六）呈色反应2.Gibb’s反应和Emerson反应Gibb’s反应：第二节香豆素类HOHOBrBrNClONBrOBrONBrOBr+--蓝色缩合物pH9~10第二节香豆素类四、香豆素类化合物的提取分离不同浓度药材回收溶剂加水水溶液有机溶剂萃取石油醚苯乙醚乙酸乙酯醇提液EtOH(一）提取(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。第二节香豆素类乙醚萃取液NaHCO3/H2O稀萃取酸性成分酚性成分（中性成分）挥干加NaOH/H2O进行水解碱液加提出不水解的成分碱液加中和加萃取香豆素类内酯成分NaOH/H2ONaHCO3/H2ONaOH/H2O+萃取Et2OEt2OEt2OEt2OEt2OHEt2OEt2OH2O第二节香豆素类(二）分离2.色谱方法吸附剂——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——可观察荧光第二节香豆素类（一）核磁法鉴定香豆素结构的意义结构新颖的香豆素化合物不仅为创制新药提供了先导化合物，还为设计药效高、毒性低的理想药物提供了独特的化学结构,而核磁谱提供的信息是化合物结构鉴别的主要依据。第二节香豆素类五、香豆素类化合物的结构鉴定（二）香豆素1HNMR的谱学特征1.香豆素母核的1HNMR谱特征OO23456788a4a第二节香豆素类H-3,6,8的信号在较高场；δ值较小；H-4,5,7的信号在较低场；δ值较大。一般δ：H-3:6.1-6.4H-4：7.8－8.1J=9.5Hz原因：C2=O与C3=C4形成π－π共轭，导致电子云分布规律如下图所示：δ－：电子云密度增高，δ＋：电子云密度降低。OOOO223456788a4aδδδδδδδδδ第二节香豆素类（二）香豆素1HNMR的谱学特征1.香豆素母核的1HNMR谱特征2.7-OH香豆素的1HNMR谱特征：H-3,6,8的信号在较高场；δ值较小，H-3:－0.17H-4,5的信号在较低场；δ值较大原因：OH与苯环的n－π共轭，邻、对位化学位移BAOOHOδδδδδOOHOδδδδδ第二节香豆素类（二）香豆素1H-NMR的谱学特征B环的H-5，6,8构成ABX或AMX偶合系统，H-6与5为邻偶，与8为间偶。H－5，δ：7.38J=9HzH－6，8；δ：6.87问题：AMX偶合系统的3个质子信号，理论上，峰形有什么特征？第二节香豆素类2.7-OH香豆素的1H-NMR谱特征：3.呋喃香豆素的1H-NMR谱特征：H-2′7.3-7.8(d,J=2.3Hz)；H-3′6.7(d,J=2.3Hz)原因：呋喃环上的氧与C2′=C3′形成n－π共轭，C2′的电子云密度，而C3′。C3'2'1'87654321BAOOO4a8a第二节香豆素类4.区别二氢呋喃香豆素和二氢吡喃香豆素12区分点：a：1,2的－OH乙酰化后，其CH的质子信号向低场位移，1中H-2′：＋0.25；2中H-3′:＋1.20b：在DMSO中测定，1中的－OH为s峰，2中的－OH为d峰参考书目：RobertDHetal.NewYork:JohnWiley&SonsLTD.TheNaturalCourmarins,Occurrence,ChemistryandBiochemistry（1982）OHO2'3'2'3'OHO第二节香豆素类5.二氢吡喃型香豆素相对构型的判定(经验规律)5′,6′－CH3的d差值:Dd0.08,3′,4′－OH顺式;Dd0.08,3′,4′－OH反式.AB123456782'3'C4'5'6'OOOOHOH第二节香豆素类6.环上的取代基：d（Me)2=CH-CH2-O--CH2-ØA1.6-1.9(3H,s×2)有远程偶合5.1-5.7(1H,brt,J=7)4.3-5.0(2H,d,J=7)3.3-3.8(2H,d,J=7)d（Me)2=CH2=CH-B-1.5(6H,s)-5.1(2H,m)-6.25(1H,dd,J=18,10)ABMeMeCH2H(O)or(C)HH2CH2CMe(C)Me第二节香豆素类7.偶合常数与远程偶合J3,4=9.5HzJ5,6=8.5Hz（9.0Hz）J6,8=2.0Hz5J4,8=0.6-1.0HzJ2′,3′=2.3Hz5J3’,8