醌类化合物-安徽中医药高专

第四章醌类化合物课次：10、11课题：第四章蒽醌及其苷一、单元教学目的要求：1.阐述蒽醌类结构特点和药用价值、分布规律。2.归纳蒽醌类结构分类。详述其基本性质和检识反应、检识方法。3.概述蒽醌类提取分离，设计蒽醌类成分提取分离的简易流程。4.熟练大黄中游离蒽醌的提取分离和检识，解释演示实验现象。二、单元教学内容摘要：1．蒽醌概述。2．蒽醌类结构、分类。3．蒽醌类性质、检识。4．蒽醌类提取、分离。5．蒽醌类实例：大黄、虎杖、决明子中的蒽醌类。三、重点：蒽醌类结构分类；蒽醌类提取分离；游离蒽醌的提取分离（如PH梯度萃取法）和检识。难点：蒽醌类结构特点；PH梯度萃取法。四、育人目标：通过对羟基蒽醌类化合物结构和性质的系统学习，在学习、总结前人间接经验的基础上，认识结构与效能的辩证关系，强化存在决定意识的唯物主义世界观。五、教学内容分析及教法设计：蒽醌类化合物是醌类化合物中的重要部分，以大黄和番泻叶为主，从结构－性质－检识的顺序进行系统学习。教学中以中药大黄的日常功用为主线，精讲多练，尤其对其结构递变必须进行详细剖析。六、教学过程：组织教学：检查学生出勤，填写教学日志，随机应变，组织好课堂纪律。课程引入：从苯酚、对苯二酚的氧化，说明醌的结构和形成原因，引出醌类药物的基本性质和结构特点。展示目标：进行新课：第四章醌类化合物醌类化合物包括醌类或容易转化为具有醌类性质的化合物，以及在生物合成方面与醌类有密切联系的化合物。醌类化合物基本上具有αβ-不饱和酮的结构，当其分子中连有OH，OCH3等助色团时，多显示黄、红、紫等颜色。在许多常用中药中，如大黄、虎杖、丹参、紫草等存在此类化合物，其中许多有明显的生物活性。第一节结构与分类醌类化合物从结构上分主要有苯醌、萘醌、菲醌、蒽醌等四类。一、苯醌类苯醌类化合物从结构上可分为邻苯醌和对苯醌两大类，由于前者不稳定，故天然存在的苯醌类化合物多为对苯醌的衍生物，且醌核上多有-OH、-CH3、-OCH3等基团取代。从中药软紫草（Arnebiaeuchroma）中分得的几个对前列腺素PEG2生物合成有抑制作用的活性物质arnebinol、arnebinone等就属于对苯醌化合物。二、萘醌类从结构上考虑可以有α（1，4），β（1，2）及amphi（2，6）三种类型。但迄今为止自然界得到的几乎均为α-萘醌类。萘醌类还原后即得到无色的萘氢醌，后者又可重新氧化得到萘醌，并重新显色。许多萘醌类化合物具有明显的生物活性，如从中药紫草及软紫草中分得一系列紫草素及异紫草素衍生物，具有止血、抗炎、抗菌、抗病毒及抗癌作用，与其清热凉血的药性相符，可认为这些萘醌化合物为紫草的有效成分。三、菲醌类天然菲醌类行生物包括邻醌及对醌两种类型。如从中药丹参（Salviamiltionrrhiza）根中提取得到多种菲醌衍生物，其中丹参醌ⅡA。、丹参醌ⅡB、隐丹参醌、丹参酸甲酯、羟基丹参醌ⅡA等为邻醌类衍生物，而丹参新醌甲、丹参新醌乙、丹参新醌丙则为对醌类化合物。丹参中菲醌类的鉴别方法是取少量样品，加浓硫酸2滴，丹参醌ⅡA显绿色，隐丹参醌显棕色。丹参醌类成分具有抗菌及扩张冠状动脉的作用，由丹参醌ⅡA制得的丹参醌磺酸钠注射液已用于临床，用于治疗冠心病、心肌梗死。丹参醌类结构上具有菲醌母核，但生源却属于二萜类。四、蒽醌类蒽醌类成分包括总醌及其不同还原程度的产物。按母核可分为单蒽核及双蒽核，按氧化程度又可分为氧化蒽酚、蒽酮、蒽酚及蒽酮的二聚物。（一）单蒽核类1．蒽醌及其苷类天然蒽醌以9，10－蒽醌最为常见，其C-9、C-10为最高氧化状态，较为稳定。中药中存在的蒽醌类成分多为蒽醌的羟基、羧甲基、甲氧基和羧基衍生物，游离或成苷存在。根据羟基在蒽醌母核的分布，可将羟基总醌分为两类：（1）大黄素型这类蒽醌其羟基分布于两侧的苯环上，多数化合物呈黄色。许多中药如大黄、虎杖等有致泻作用的活性成分就属于此类化合物。羟基蒽醌类衍生物多与葡萄糖、鼠李糖结合成苷存在。（2）茜素型这类蒽醌其羟基分布于一侧的苯环上。2．氧化蒽酚衍生物蒽醌在碱性溶液中可被锌粉还原生成氧化蒽酚及其互变异构体蒽二酚，氧化蒽酚及蒽二酚均不稳定，氧化蒽酚易氧化成蒽酮或蒽酚，蒽二酚易氧化成蒽酮，故两者较少存在于植物中。3．蒽酚或蒽酮衍生物蒽酮在酸性溶液中被还原或氧化，则生成蒽酚及其互变异构体的蒽酮。在新鲜大黄中含有蒽酚类成分，贮存2年以上后则检测不到蒽酚。如果蒽酚衍生物的meso位羟基干糖缩合成苷，则性质比较稳定，只有经过水解去糖后，才容易被氧化转变成蒽醌类化合物。4．C-糖基蒽衍生物这类蒽衍生物是以糖作为侧链通过碳－碳键直接与苷元相连。（二）双蒽核类1．二蒽酮类衍生物二蒽酮类是二分子蒽酮脱去一分子氢后相互结合而成的化合物，其上下两环的结构相同且对称，又可分为中位连接体和α位连接体等形式。二蒽酮多以苷的形式存在，苷催化加氢还原则生成二分子蒽酮，用FeCl3氧化则生成二分子蒽醌。如中药大黄、番泻叶中致泻的主要成分番泻苷A、B、C、D等皆为二蒽酮类行生物。二蒽酮类化合物C10－C10'键易于断裂，生成蒽酮类化合物。大黄中致泻的主要成分为番泻苷A和番泻苷B。番泻苷A就是因其在肠内转变为大黄酸蒽酮而发挥作用。2．二蒽醌蒽醌类脱氢缩合或二蒽酮类氧化均可形成二蒽醌类。天然二蒽醌类中两个蒽醌环都是相同且对称的，由于空间位阻的相互排斥，使两个蒽环呈反向排列，如山扁豆双醌。3．去氢二蒽酮类中位二蒽酮脱去一分子氢被进一步氧化，两环之间以双键相连的称为去氢二蒽酮。颜色呈紫红色。第二节理化性质一、性状醌类化合物如无酚羟基，则近乎无色。随着助色团酚羟基的引入而表现出一定的颜色。引入的助色团越多，颜色则越深。天然酮类多为有色晶体。苯醌及蒽醌多以游离状态存在，蒽醌往往结合成苷。二、升华性游离的醌类多具升华性，小分子的苯醌类及茶酮类具有挥发性，能随水蒸汽蒸馏，可因此进行提取、精制。三、溶解性游离酮类多溶于乙醇、乙酸、苯、氯访等有机溶剂，微溶或不溶于水。而配类成苷后，极性增大，易溶于甲醇、乙醇、热水，几乎不溶于苯、乙醇等非极性溶剂。四、酸碱性蒽醌类衍生物多具有酚羟基，故呈酸性，易溶于碱性溶剂。分子中酚羟基的数目及位置不同，酸性强弱也不一样。其规律如下：（1）带有羧基的蒽醌类衍生物酸性强干不带羧基者，一般蒽核上羧基的酸性与芳香酸相同，能溶于NaHCO3的水溶液。（2）羟基位于苯酮或蒽醌的醌核上属插烯酸的结构，酸性与羧基类似。（3）由于α-羟基蒽醌中的-OH与C＝O形成分子内氢键，β-羟基蒽醌的酸性强于α-羟基蒽醌衍生物。α-羟基蒽酮的酸性很弱，不但较苯酚及α-羟基蒽弱，且不及碳酸第二步解离时的酸性，故不溶于碳酸氢钠及碳酸钠溶液。（4）羟基数目越多，酸性越强随着羟基数目的增加，无论α位或β位，其酸性都有一定程度的增强。如1，5与1，4-二羟基蒽醌虽各自均能形成氢键，但酸性仍有增强。1，8一二羟基蒽醌因两个羟基中的一个与羰基形成氢键，故酸性大大增强，较碳酸第二步解离时的酸性高出近百倍，所以大黄酚能溶于沸碳酸钠溶液。综上所述，蒽酮类衍生物酸性强弱的排列顺序为：含COOH＞含二个以上β－OH＞含一个β－OH＞含二个以上α－OH＞含一个α－OH。在分离工作中，常采取碱梯度萃取法分离蒽酮类化合物。如用碱性不同的水溶液（5％碳酸氢钠溶液、5％碳酸钠溶液、1％氢氧化钠溶液、5％氢氧化钠溶液）依次提取，其结果为酸性较强的化合物（带COOH或二个β－OH）被碳酸氢钠提出；酸性较弱的化合物（带一个β－OH）被碳酸钠提出；酸性更弱的化合物（带二个或多个α－OH）只能被1％氢氧化钠提出；酸性最弱的化合物（带一个α-OH）则只能溶于5％氢氧化钠。由于氧原子的存在，蒽醌类衍生物具有微弱的碱性，能溶于浓H2SO4生成样盐后再转成阳离子，并伴有颜色的改变。五、显色反应（1）Feisl反应醌类行生物在碱性条件下加热与醛类、邻二硝基苯反应，生成紫色化合物。醌类在反应中仅起传递电子作用。（2）无色亚甲蓝显色试验无色亚甲蓝乙醇溶液专用于鉴别苯醌及萘醌。样品在白色背景下呈现出蓝色斑点，可与蒽醌类区别。（3）Borntraiger’s反应在碱性溶液中，羟基醌类颜色改变并加深，多呈橙、红、紫红及蓝色。如羟基蒽醌类化合物遇碱显红、紫色，称为Borntrager’s反应。蒽酚、蒽酮。二蒽酮类化合物需氧化形成蒽醌后才能呈色。其机理是形成了共轭体系。（4）Kesting－Craven反应当苯醌及萘醌类化合物的醌环上有未被取代的位置时，在碱性条件下与含活性次甲基试剂，如乙酰乙酸酯、丙二酸酯反应；呈蓝绿色或蓝紫色。蒽醌类化合物因不含有未取代的醌环，故不发生该反应，可用以与苯醌及萘醌类化合物区别。（5）与金属离子的反应蒽醌类化合物如具有α－酚羟基或邻二酚羟基，则可与Pb2+、Mg2+等金属离子形成络合物。与Pb2+形成的络合物在一定pH条件下能沉淀析出，与Mg2+形成的络合物具有一定的颜色，可用于鉴别。如果核上只有一个α-OH或一个β-OH，或二个OH不在同环上，显橙黄至橙色；如已有一个α-OH，并另有一个OH在邻位则呈显蓝至蓝紫色，若在间位则显橙红至红色，在对位则显紫红至紫色。第三节提取与分离一、提取蒽衍生物在植物体内存在形式多样，各类型之间的极性、溶解度各不相同，故提取方法也多种多样。一般选用甲醇、乙醇作为提取溶剂，把不同类型，性质各异的蒽类成分提取出来，浓缩后再依次进行分离。二、分离1．蒽醌苷类和游离蒽醌衍生物的分离蒽醌苷类与游离蒽醌衍生物的溶解性不一样，后者易溶于有机溶剂如氯仿，前者易溶于水，因而常用与水不混溶的有机溶剂萃取或回流提取蒽醌粗提物，即可将两者分开。2．游离蒽衍生物的分离一般采取溶剂分步结晶法、梯度PH萃取法和色谱法。梯度PH萃取法是最常用的手段，根据蒽醌的α与β位羟基酸性差异及羟基的有无，使用不同碱性的水溶液，从有机溶剂中提取蒽醌类成分。如大黄蒽醌的分离。另外柱色谱也是常用手段，常用的吸附剂有硅胶、磷酸氢钙、聚酰胺，一般不用氧化铝，以免发生永久性吸附。目标检测：根据课堂目标，随机命题考核。教学参考资料：见中化练习。课外作业：课次12教学目的熟悉蒽醌类化合物的波谱分析。教学重点1.蒽醌类化合物的紫外光谱。2.蒽醌类化合物的红外光谱。3.蒽醌类化合物的氢谱。第五节蒽醌类化合物的结构测定一、化学反应蒽醌衍生物的结构测定，一般是在进行Bornträger反应、乙酸镁反应初步确定为蒽醌化合物之后，再进行必要的化学试验，常用的化学试验方法有：1．锌粉干馏羟基蒽醌衍生物与锌粉混合进行干馏时，蒽醌取代基中的氧原子被还原除去而生成相应的母体烃类，若仅有羟基、甲氧基或羧基则得到的产物是蒽，若为甲基或羟甲基取代的蒽醌得到的产物是甲基蒽。OOOHOHCOOHZn粉干馏OOCH3CH3Zn粉干馏2.氧化反应未取代的蒽醌一般很难氧化，若环上有羟基取代则可氧化开环，产物为苯二甲酸的衍生物，不同氧化剂和不同的反应条件，能生成不同的产物，通过氧化产物的分析，有利于判断取代基的有无及位置。3.甲基化反应化学环境不同的羟基对甲基化反应的难易依次为：醇羟基、α－酚羟基、β－酚羟基、羧基。甲基化反应的难易及作用位置与试验中所用的甲基化试剂的种类和反应条件有关。表：甲基化试剂与反应功能基的关系甲基化试剂的组成反应功能基CH2N2/Et2O-COOH、β-酚OH、-CHOCH2N2/Et2O＋MeOH-COOH、β-酚OH、两个α-酚OH之一、-CHO(CH3)2SO4＋K2CO3＋丙酮β-酚OH、α-酚OHCH3I＋Ag2O-COOH、所有的酚OH、醇OH、-CHO从上表可知，羧基最容易被甲基化，醇羟基则较难被甲基化，故采用不同的甲基化试剂，控制适当的反应条件进行甲基化反应，可以得到不同的甲醚化衍生物，然后分别作元素分析和波谱分析，以确定各衍生物的甲氧基数目，就可推测原来分子中羟基的数目、性质，这有助于判断羟基的位置。4.乙酰化反应常用的乙酰化试剂和反应条件及作用规律见下表：乙酰化试剂和反应条件及作用位置试剂组成反应条件作用位置冰乙酸（加少量乙酰氯）冷置醇OH乙酐┌短时间加热┤└长时间醇OH、β-酚OH