中药化学醌类.docx

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中药化学醌类

中药化学第四章　醌　类

　考点精要：

　　1.苯醌、萘醌、菲醌和蒽醌类化合物的分类及基本构造。

（掌握每种结构特点及代表化合物）

　　2.醌类化合物的颜色、升华性、溶解性及与结构的关系。

（掌握不同类别的特殊性质）

　　3.蒽醌类化合物的酸性及酸性强弱与结构的关系。

（掌握分子中羧基与羟基数目及位置对酸性的影响规律）

　　4.蒽醌类化合物的显色反应。

（掌握不同显色反应名称、适用对象、所用显色剂及现象）

　　5.蒽醌类化合物的常用提取分离方法。

（掌握常用提取溶剂及分离方法和原理）

　　6.蒽醌类化合物的IR光谱特征、MS裂解规律。

　　7.大黄中所含主要醌类化合物的化学结构、提取分离方法。

　　8.丹参中所含主要醌类化合物的化学结构、鉴定方法和生物活性。

　　9.紫草和虎杖中主要化学成分的结构类型。

（熟悉）

第一节　结构与分类

　　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-α＇β＇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。

在许多常用中药如大黄、虎杖、丹参、紫草等中含此类化合物，其中许多有明显的生物活性。

　　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

　　对苯醌：

稳定，天热存在多为此类

　　邻苯醌：

不稳定

　　多为对苯醌的衍生物，且醌核上多有-OH、-CH3、-OCH3等基团取代。

　　代表化合物：

从中药软紫草中分得的几个对前列腺素PGE2生物合成有抑制作用的活性物质arnebinol、arnebinone等就属于对苯醌类化合物。

　　Arnebinol　　arnebinone

　　二、萘醌

　　代表化合物：

从中药紫草及软紫草中分得的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

　　天然菲醌类衍生物包括邻醌及对醌两种类型

　　代表化合物：

中药丹参根中提取得到多种菲醌衍生物，其中丹参醌Ⅰ、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。

　　最佳选择题

　　丹参的醌类成分中，属于对醌类化合物的是（　）

　　A.丹参醌ⅡA

　　B.隐丹参醌

　　C.丹参醌I

　　D.丹参新醌甲

　　E.丹参酸甲酯

[答疑编号505630040101]

【正确答案】D

　　四、蒽醌

（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，可将羟基蒽醌分为两类：

大黄素型和茜草素型。

　　大黄素型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。

　　茜草型蒽醌其羟其分布在一侧苯环上，颜色为橙黄至橙红色，种类较少。

如中药茜草中的茜草素及其苷、羟基茜草素、伪羟基茜草素。

　　2.氧化蒽酚类

　　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，蒽二酚易氧化成蒽醌，故两者较少存在于植物中。

　　3.蒽酚或蒽酮类

　　蒽醌在酸性溶液中被还原生成蒽酚及其互变异构体蒽酮。

　　在新鲜大黄中含有蒽酚类成分，贮存2年以上则检测不到蒽酚。

如果蒽酚衍生物的meso位羟基与糖缩合成苷，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-糖基蒽类

　　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，如芦荟苷。

（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。

　　代表化合物：

中药大黄、番泻叶中致泻的主要成分番泻苷A、B、C、D等。

　　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。

　　2.二蒽醌类

　　蒽醌类脱氢缩台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，使两个蒽醌环呈反向排列，如山扁豆双醌。

　　3.去氢二蒽酮类

　　中位二惹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。

　　4.日照蒽酮类

　　去氢二蒽酮进一步氧化，α与α＇位相连组成一六元环，形成日照蒽酮类化合物。

　　5.中位苯骈二蒽酮类

　　这类化合物的结构在天然蒽衍生物中具有最高氧化程度，也是天然产物中高度稠合的多元环系统之一。

　　醌类结构总结（注意总结每种结构的代表化合物）

第二节　理化性质

　　一、性状

　　颜色：

①无酚羟基醌，则近乎无色；②母核引入-OH、-OCH3等助色团越多，颜色越深，有黄、橙、棕红色以至紫红色等。

（天然多为有色晶体）

　　存在形式：

苯醌和萘醌多以游离态存在，蒽醌一般结合成苷存在于植物体中，因极性较大难以得到结晶。

　　二、升华性

　　游离的醌类化合物一般具有升华性——升华法；小分子的苯醌类及萘醌类还具有挥发性，能随水蒸气蒸馏——水蒸气蒸馏法。

　　三、溶解度

类型

极性

溶解性

游离醌类

较小

几乎不溶于水

溶于乙醇、乙醚、苯、三氯甲烷等有机溶剂

醌苷类

普通苷类

较大

易溶于甲醇、乙醇、热水

不溶于苯、乙醚等非极性溶剂

碳苷（芦荟苷）

较小

不溶于水

易溶于吡啶

　　四、酸碱性

　　1.酸性

　　醌类化合物多具有酚羟基，显酸性→加碱成盐，加酸析出→碱提酸沉。

　　醌类化合物的酸性规律：

　　①带羧基的蒽醌类化合物酸性强于不带羧基的；

　　②羟基位于苯醌或萘醌的醌核上则属插烯酸结构，酸性与带羧基的蒽醌类衍生物类似；

　　③由于α-羟基蒽醌中的-OH与C＝O形成分子内氢键，故酸性弱于β-羟基蒽醌衍生物；

　　④羟基数目越多，酸性越强。

　　蒽醌类衍生物酸性强弱顺序：

　　含-COOH>2个以上β-OH>1个β-OH>2个α-OH>1个α-OH

　　5%NaHCO3　　　　5%Na2CO3　1%NaOH　5%NaOH

　　例：

试比较以下三个化合物的酸性大小

　　【正确答案】C＞A＞B，蒽醌类衍生物酸性强弱的排列顺序为：

含-COOH＞含两个以上β-OH＞含一个β-OH＞含两个以上α-OH＞含一个α-OH。

　　2.碱性

　　由于氧原子的存在，蒽醌类衍生物也具有微弱的碱性，能溶于浓H2SO4成金属钅羊盐后再转成阳离子,并伴有颜色的改变。

　　五、显色反应

　　1.Feigl反应　醌类衍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（1mg/ml）专用于检出苯醌及萘醌。

样品在白色背景下呈现出蓝色斑点，可与蒽醌类区别。

　　3.Borntrager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至紫红色，称为反应。

蒽酚、蒽酮、二蒽酮类化合物需氧化形成羟基蒽醌后才能呈色，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、丙二酸酯的醇溶液反应，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，可用于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。

　　如果母核上只有一个α-OH或一个β-OH，或两个-OH不在同环上，则显橙黄至橙色；如已有一个α-OH，并另有一个-OH在邻位则呈蓝色至蓝紫色，若在间位则显橙红至红色，在对位则显紫红至紫色。

反应名称

反应试剂

适用类型

颜色变化

Feigl反应

醛类+邻二硝基苯

醌类及其衍生物

生成紫色化合物

无色亚甲蓝显色试验

无色亚甲蓝乙醇溶液

苯醌类及萘醌类

白色背景下呈现出蓝色斑点

Borntrager反应

碱性溶液

羟基醌类

显红至紫红色

Kesting—Craven反应

含有活性次甲基试剂（如乙酰乙酸酯、丙二酸酯、丙二腈等）的醇溶液

醌环上有未被取代的位置的苯醌及萘醌类

呈蓝绿色或蓝紫色

与金属离子的反应

含Pb2+、Mg2+等金属离子的溶液（如醋酸镁）

中含有α-酚羟基或邻二酚羟基结构的蒽醌类化合物

-OH的位置和数目不同，呈现不同颜色

第三节　提取与分离

　　一、提取

　　溶解性不同→有机溶剂提取法（常用甲醇或乙醇）

　　酸性不同→碱提酸沉法（加碱成盐，加酸析出）

　　小分子萘醌和菲醌具有挥发性→水蒸气蒸馏法

　　二、分离

　　1.蒽醌苷类与游离蒽醌的分离

　　蒽醌苷类与游离蒽醌衍生物的溶解性不一样，前者易溶于水，而后者则易溶于有机溶剂如三氯甲烷等。

　　2.游离蒽醌的分离

（1）pH梯度萃取法

　　酸性强弱顺序：

　　含-COOH>2个以上β-OH>1个β-OH>2个α-OH　>1个α-OH

　　5%NaHCO3　　　　　　5%Na2CO3　1%NaOH5%NaOH

（2）色谱法

　　常用的吸附剂有硅胶、磷酸氢钙、聚酰胺，一般不用氧化铝，以免发生不可逆的化学吸附。

通常酸性强的蒽衍生物被吸附性能也强，蒽醌类比蒽酚类易被吸附。

　　3.蒽醌苷类的分离

　　蒽醌苷类水溶性较强，需要结合吸附及分配柱色谱进行分离，常用的载体有聚酰胺、硅胶及葡聚糖凝胶。

在柱色谱前需要除去大部分杂质，常用铅盐法或溶剂法。

第四节　结构测定

　　一、红外光谱法IR

　　羟基蒽醌类化合物在红外区域有

　　νC=O（1675～1653cm-1）——羰基的伸缩振动

　　ν-OH（3600～3130cm-1）——羟基的伸缩振动

　　ν芳环（1600～1480cm-1）——苯核的骨架振动

　　1.蒽醌的羰基频率

　　①饱和直链酮型羰基的典型伸缩频率为1715cm-1

　　②由于α，β位存在共轭系统，故未取代蒽醌伸缩频率为1675cm-1

　　③当醌环取代吸电子基团时，频率变高、波数增加；取代供电子基团时，频率变低、波数减少。

α羟基数

蒽醌类型

游离C＝0频率（cm-1）

缔合C＝0频率（cm-1）

△VC＝0

0

无α-OH

1678-1653

1

1-OH

1675-1647

1637-1621

24-38

2

1,4或1,5-二-OH

1645-1608

2

1,8-二-OH

1678-1661

1626-1616

40-57

3

1,4,5-三-OH

1616-1592

4

1,4,5,8-四-OH

1592-1572

　　2.羟基蒽醌的羟基频率

　　①α-OH因与C＝O缔合，其吸收频率移至3150cm-1以下，多与不饱和C-H的伸缩振动频率重叠；

　　②β-0H振动频率较α-OH高，在3600～3150cm-1区间，若只有一个β-OH，则大多数在3300～3390cm-1之间有一个吸收峰，若在3600～3150cm-1之间有几个峰，表明蒽醌母核可能有多个β-OH。

　　最佳选择题

　　1-OH蒽醌的IR光谱中，Vc=o峰的特征是（　）

　　A.1675～1621cm-1处有一强峰

　　B.1678～1661m-1和1626～1616m-1处有两个吸收峰

　　C.1675～1647m-1和1637～1621m-1处有两个吸收峰

　　D.1625m-1和1580m-1处有两个吸收峰

　　E.1580m-1处有一个吸收峰

[答疑编号505630040201]

【正确答案】C

　　二、质谱法

　　蒽醌类衍生物的质谱特征是分子离子峰为基峰；游离醌依次脱去两分子CO，得到M-CO及M-2CO的强峰以及它们的双电荷峰。

　　最佳选择题

　　醌类化合物的质谱中依次脱去的基团是（　）

　　A.CO

　　B.CHO

　　C.COOH

　　D.OH

　　E.CH2＝CH2

[答疑编号505630040202]

【正确答案】A

第五节　醌类化合物研究实例

　　一、大黄

（一）主要化学成分

　　现已从大黄中分离得到蒽醌、二蒽酮、芪、苯丁酮、单宁、萘色酮等不同种类的80多种化合物，大体上可分为蒽醌类、多糖类与鞣质类。

其中蒽醌类及其衍生物含量为3%～5%。

　　大黄酚chrysophanol　　　R1＝H，R2＝CH3

　　大黄素emodin　　　　　　R1＝OH，R2＝CH3

　　大黄素甲醚physcion　　　R1＝OCH3，R2＝CH3

　　芦荟大黄素aloeemodin　R1＝H，R2＝CH2OH

　　大黄酸rhein　　　　　　R1＝H，R2＝COOH

　　大黄中蒽醌类及其衍生物分为游离型与结合型。

　　游离型包括大黄酸、大黄素、土大黄素、芦荟大黄素、大黄素甲醚、异大黄素、大黄酚、虫漆酸D等。

　　结合型主要包括蒽醌苷和双蒽酮苷。

　　大多数羟基蒽醌类化合物是以苷的形式存在。

　　《中国药典》采用紫外分光光度法测定药材中芦荟大黄素、大黄酸、大黄素、大黄酚和大黄素甲醚含量，总量不得少于干燥药材1.5%。

药材储藏置于通风干燥处。

（二）主要成分的提取、分离

　　1.大黄中游离羟基蒽醌成分的提取分离

　　2.大黄中蒽醌苷的提取分离

　　1a：

大黄酚葡萄糖苷和大黄酚1-O-β-D-葡萄糖苷；

　　1b：

大黄甲醚葡萄糖苷；

　　2a：

芦荟大黄素-ω-β-D-葡萄糖苷；2b：

大黄素1-O-β-D-葡萄糖苷；

　　2c：

大黄素葡萄糖苷；3a：

芦荟大黄素葡萄糖苷；

　　3b：

量小；4a：

大黄酸葡萄糖苷。

　　二、丹参

（一）主要化学成分

　　脂溶性成分大多为共轭醌、酮类化合物，具有特征的橙黄和橙红色。

如丹参酮Ⅰ、丹参酮ⅡA、丹参酮ⅡB、隐丹参酮等。

　　水溶性成分则包括丹参素，丹参酸甲、乙、丙，原儿茶酸，原儿茶醛等。

　　《中国药典》采用高效液相色谱法测定药材中丹参酮ⅡA和丹酚酸B含量，丹参酮ⅡA不得少于0.20%，丹酚酸B不得少于3.0%。

药材储藏需置于干燥处。

（二）鉴定方法

　　①化学方法：

脂溶性成分中的菲醌类化合物,取少量样品，加浓硫酸2滴，丹参醌Ⅱ显绿色，隐丹参醌显棕色，丹参醌Ⅰ显蓝色。

　　②还可通过荧光法、薄层色谱法等进行相关化学成分的鉴别。

　　（三）生物活性

　　丹参的药理作用有：

减轻心肌、脑缺血再灌注损伤，抑制血小板凝聚和血栓形成，抑制胶原纤维的产生和促进纤维蛋白降解，清除自由基等。

　　主要用于治疗心脑血管疾病，如冠心病、高血压、脑卒中、动脉粥样硬化等，同时还用于治疗肝纤维化、消化性溃疡、白内障、癌症、记忆缺失、艾滋病等疾病。

　　近年来开发出的丹参注射液是以丹参中水溶性成分为主的制剂，丹参滴丸则是以脂溶性丹参酮为主的制剂。

如由丹参醌ⅡA制得的丹参醌ⅡA磺酸钠注射液已用于临床，用于治疗冠心病、心肌梗死。

　　三、紫草

　　主要成分为萘醌类色素，包括乙酰紫草素、欧紫草素、紫草素、β，β－二甲基丙烯酰紫草素、β，β－二甲基丙烯酰欧紫草素、去氧紫根素等。

　　《中国药典》采用紫外分光光度法测定药材中羟基萘醌总含量，以左旋紫草素计，不得少于0.80%；采用高效液相色谱法测定药材中β，β－二甲基丙烯酰阿卡宁（β，β－二甲基丙烯酰欧紫草素）含量，不得少于0.30%。

药材储藏置于干燥处。

　　临床应用的紫草素为羟基萘醌的混合物，各类成分均系萘醌分子侧链上羟基与不同酸形成的酯，存在于紫草根中。

该类成分具有抗肿瘤、抗炎和抗菌活性，还有抗肝脏氧化损伤和抗受孕作用。

另外紫草素作为天然色素已广泛应用于医药、化妆品和印染工业中。

　　四、虎杖

　　主要含有蒽醌类化合物，此外还含有二苯乙烯类、黄酮类、水溶性多糖和鞣质等成分。

上述蒽醌类成分包括大黄素、大黄酚、大黄酸、大黄素甲醚－1－β－D－葡萄糖苷、大黄素－L－β－D－葡萄糖苷、6－羟基芦荟大黄素、大黄素一8－单甲醚、6－羟基芦荟大黄素－8－单甲醚等。

　　《中国药典》采用高效液相色谱法测定药材中大黄素和虎杖苷含量，大黄素不得少于0.60%，虎杖苷不得少于0.15%。

药材储藏置干燥处，防霉，防蛀。