醌类化合物课件

第5章 醌类化合物（quinonoids）1、了解醌类化合物的分类、分布和生理活性。2、掌握醌类化合物的理化性质。3、掌握醌类化合物的提取、分离和检识方法。4、熟悉醌类化合物的结构研究方法。第5章 醌类化合物（quinonoids）1、了解醌类化合1概述醌类化合物是指分子内具有不饱和环二酮（醌式）结构或易转变为这样结构的化合物。概述醌类化合物是指分子内具有不饱和环二酮（醌式）25.1 结构与分类1.苯醌类(benzpquinones)2.萘醌类(naphthoquinones)3.菲醌类(phenanthraquinones)4.蒽醌类(anthraquinones)5.1 结构与分类1.苯醌类(benzpquinones)31.苯醌类1.苯醌类42.萘醌类2.萘醌类53.菲醌类3.菲醌类64.蒽醌类1,4,5,8为-位2,3,6,7为-位9,10为meso-位4.蒽醌类1,4,5,8为-位7分布广泛：蓼科（大黄）、豆科（番泻叶）等生理活性显著：泻下作用 抗菌作用 抗癌活性结构分类：单蒽核类 双蒽核类分布广泛：蓼科（大黄）、豆科（番泻叶）等8（1）单蒽核类v蒽醌及其苷类 大黄素型：羟基在苯环两侧（棕黄色）茜草素型：羟基在苯环一侧（橙黄橙红）v蒽酚或蒽酮衍生物（1）单蒽核类9醌类化合物课件10醌类化合物课件11（2）双蒽核类v二蒽酮类 中位二蒽酮：10-10 位二蒽酮：1-1或4-4v二蒽醌类v去氢二蒽酮类v日照蒽酮类v中位萘骈二蒽酮类（2）双蒽核类二蒽酮类12醌类化合物课件135.2 醌类化合物的理化性质1.物理性质2.化学性质3.显色反应5.2 醌类化合物的理化性质1.物理性质141.物理性质外观：多为有色结晶，如苯醌多为黄色结晶，萘醌为橙色或橙红色结晶，蒽醌多为黄色至橙红色固体。随助色团的引入，颜色越深。蒽醌类化合物大多有荧光。性质：（1）升华性。苯醌和萘醌多以游离态存在，蒽醌多以苷的形式存在。游离醌类一般有升华性，升华温度随酸性增强而升高。（2）挥发性。小分子的醌类化合物有挥发性。（3）光不稳定性。有些醌类成分不稳定，如丹参酮，注意避光保存。溶解度：（1）游离醌类极性较小，一般溶于甲醇、乙醇、乙醚等有机溶剂，不溶于水。（2）成苷后，极性增大，易溶于醇、热水，不溶于冷水及极性小的有机溶剂。蒽醌的碳苷在水及有机溶剂中溶解度都小，只溶于吡啶中。蒽醌盐在水中溶解度也小。1.物理性质外观：多为有色结晶，如苯醌多为黄色结晶，萘醌15 2.化学性质（1）酸性带有羧基的醌类化合物酸性强于不带羧基者；酚羟基数目增多，酸性增强；-羟基蒽醌的酸性强于-羟基蒽醌。2.化学性质（1）酸性16醌类化合物课件17酸性强弱按下列顺序排列：含-COOH（溶于 5%NaHCO3）含2个（不相邻）以上-OH（溶于 5%NaHCO3）含1个-OH（溶于 5%Na2CO3）含2个以上-OH（溶于 1%NaOH）含1个-OH（溶于 5%NaOH）酸性强弱按下列顺序排列：18 2.化学性质（2）碱性能溶于浓硫酸中成yang盐再转成阳碳离子，同时伴有颜色的显著改变。大黄酚由暗黄色变为红色；大黄素由橙红变为红色；其他羟基蒽醌在浓硫酸中一般呈红至红紫色。2.化学性质（2）碱性193.显色反应（1）Feigl反应：苯醌、萘醌在碱性条件下，与甲醛和邻二硝基苯加热，发生氧化还原反应而呈紫色。3.显色反应（1）Feigl反应：苯醌、萘醌在碱性条件下203.显色反应（2）与活性亚甲基试剂反应：苯醌和萘醌类化合物在碱性条件下，能与一些含活泼亚甲基的化合物先发生加成反应，再经氧化而呈蓝色或蓝紫色，可与蒽醌区别。3.显色反应（2）与活性亚甲基试剂反应：苯醌和萘醌类化合213.显色反应（3）Borntrger反应：羟基蒽醌遇碱性溶液显红-红紫色。但羟基蒽酚、蒽酮、二蒽酮类化合物则需氧化成蒽醌后，才显示特征的颜色。3.显色反应（3）Borntrger反应：羟基蒽醌遇碱223.显色反应（4）乙酸镁反应：蒽醌类化合物中如有-酚羟基或邻位二酚羟基结构时，可与Mg2+等形成有色的络合物。可用作色谱显色剂。3.显色反应（4）乙酸镁反应：蒽醌类化合物中如有-酚羟233.显色反应（5）对亚硝基二甲苯胺反应：羟基蒽酮，可与0.1对亚硝基二甲苯胺吡啶溶液反应缩合而产生各种颜色。可用作色谱显色剂。3.显色反应（5）对亚硝基二甲苯胺反应：羟基蒽酮，可与245.3 醌类化合物的提取与分离1.提取方法：溶剂提取 碱溶酸沉 水蒸气蒸馏2.分离方法：游离蒽醌与蒽苷的分离5.3 醌类化合物的提取与分离251.提取方法（1）有机溶剂提取法：蒽醌在植物体内常以盐的形式存在，提取时应先酸化成游离态再提取。游离醌类极性小，用极性较小的有机溶剂提取；苷类极性较大，可醇、水等提取。一般常用甲醇或乙醇提取，再纯化。（2）碱提酸沉法：提取具有酚OH的醌类化合物。（3）水蒸气蒸馏法：适用于分子量小的具有挥发性的苯醌及萘醌类化合物。1.提取方法（1）有机溶剂提取法：蒽醌在植物体内常以盐的262.分离方法（1）蒽苷类和游离蒽醌的分离：二者极性不同，故在有机溶剂中溶解度不同。将含有蒽醌类成分的乙醇提取液，浓缩后，用与水不相混溶的有机溶剂反复萃取，游离蒽醌则转溶于有机溶剂中，蒽苷仍留于水溶液中。2.分离方法（1）蒽苷类和游离蒽醌的分离：二者极性不同，272.分离方法（2）游离蒽醌的分离梯度pH萃取法：是初步分离游离蒽醌的经典方法。色谱法：对蒽醌类成分的分离效果好。游离蒽醌多用吸附柱色谱加以分离，一般用硅胶、磷酸氢钙、聚酰胺（羟基蒽醌）等为吸附剂。2.分离方法（2）游离蒽醌的分离28醌类化合物课件292.分离方法（3）蒽苷的分离溶剂法：常用乙酸乙酯、正丁醇等，将蒽醌苷从水溶液中提取出，与水溶性杂质分开，再进行色谱分离。色谱法：分离蒽醌苷最有效的方法。硅胶柱色谱、葡聚糖凝胶柱色谱、反相硅胶等。如大黄蒽醌苷的分离，将大黄的70甲醇提取液加到Sephadex LH-20凝胶柱上，并用70甲醇冲洗，依次得到二蒽酮苷（番泻苷A、B、C、D）、蒽醌二葡萄糖苷、蒽醌单糖苷、游离苷元。2.分离方法（3）蒽苷的分离305.4 醌类化合物的检识1.理化检识2.色谱检识5.4 醌类化合物的检识311.理化检识苯醌、萘醌：Feigl反应、活泼亚甲基反应。羟基蒽醌：Borntrger反应。蒽酮：对亚硝基二甲苯胺反应。1.理化检识苯醌、萘醌：Feigl反应、活泼亚甲基反应。322.色谱检识（1）TLC吸附剂：硅胶、聚酰胺展开剂：多采用混合系统，如苯-甲醇（9:1）等显 色 剂：在 可 见 光（呈 黄 色）或 紫 外 光 下（有 荧 光）0.5%乙酸镁甲醇喷，90加热5min，观察（2）PC展开剂：游离蒽醌，水饱和的有机层系统，如甲醇饱和的石油醚蒽苷，含水量较大的系统，如苯-丙酮-水（4:1:2）显色剂：0.5%乙酸镁甲醇溶液1-2%氢氧化钠溶液2.色谱检识（1）TLC335.5 醌类化合物的结构研究1.化学方法：锌粉干馏 氧化反应 甲基化反应 乙酰化反应2.波谱分析：UV IR NMR MS3.实例5.5 醌类化合物的结构研究1.化学方法：锌粉干馏34 1.化学方法（1）锌粉干镏：羟基蒽醌与锌粉混合干馏，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。用于确定母核类型、侧链的有无及某些取代基的位置。1.化学方法（1）锌粉干镏：羟基蒽醌与锌粉混合干馏，蒽醌35（2）氧化反应：环上有羟基取代的蒽醌，不同氧化剂和不同的反应条件，生成不同的产物。有利于判断取代基的有无及位置。最常用的氧化剂是碱性KMnO4和CrO3。（2）氧化反应：环上有羟基取代的蒽醌，不同氧化剂36（3）甲基化反应：判断羟基的数目及位置。难易顺序：醇OH、-酚OH、-酚OH、-COOH 甲基化试剂：CH2N2/Et2O：-COOH、-酚OH、-CHO CH2N2/Et2O+MeOH：-COOH、-OH、2个-OH之一、-CHO (CH3)2SO4/K2CO3+丙酮：-酚OH、-酚OH CH3I/Ag2O：-COOH、所有酚OH、醇-OH、-CHO（3）甲基化反应：判断羟基的数目及位置。37（4）乙酰化反应：判断羟基的数目及位置。难易顺序：-酚OH、-酚OH、醇OH乙酰化试剂：CH3COCl (CH3CO)2O CH3COOR CH3COOH CH3COCl/HAc冷置：醇OH (CH3CO)2O/短时间加热：醇OH,-酚OH /长时间加热：醇OH,-酚OH,2个-酚OH之一 (CH3CO)2O/硼酸冷置：醇OH,-酚OH (CH3CO)2O/浓硫酸室温：醇OH,-酚OH,-酚OH (CH3CO)2O/吡啶室温：醇OH,及及-酚OH,烯醇式OH （4）乙酰化反应：判断羟基的数目及位置。38 2.波谱分析（1）UV 苯醌：240nm，强峰；285nm，中强峰；400nm，弱峰。萘醌：245nm，251nm，257nm，335nm。2.波谱分析（1）UV39蒽醌：由苯样结构（a）和醌样结构（b）引起。a.苯样 252nm（强）322nm（中强）b.醌样 272nm 405nm蒽醌：由苯样结构（a）和醌样结构（b）引起。40 羟基蒽醌：第一峰230nm左右 第二峰240260nm（由苯样结构引起）第三峰262295nm（由醌样结构引起）第四峰305389nm（由苯样结构引起）第五峰400nm以上（由醌样结构中的羰基引起）规律：第一峰：随酚羟基数目增多而向红移，但与酚OH取代位置无关。1个-OH，222.5nm 2个-OH，225nm3个-OH，2302.5nm 4个-OH，236nm 第三峰：受-酚羟基影响，红移且强度增加（4.1，4.1则无-OH）。第四峰：受供电基影响红移。在位，强度降低；在位，强度增加。第五峰：受-酚羟基影响，数目越多，红移越大。无，356-362.5（3.30-3.88）1个-OH，400-420 2个-OH，420-440(1,5)、430-450(1,8)、470-500(1,4)3个-OH，485-530 4个-OH，540-560 羟基蒽醌：41 2.波谱分析（2）IR主要特征是CO、C-OH及苯环的吸收峰。如羟基蒽醌：CO（1675-1653cm-1）C-OH（3600-3100cm-1）芳环（1600-1480cm-1）2.波谱分析（2）IR42（2）IR无取代基：1675cm-1(共轭体系)有取代基：供电基,波数减少;吸电基,波数增加。1个-OH,1675-1647和1637-1621cm-1，差24-38cm-1 2个-OH(1,4或1,5),1645-1608cm-1 (1,8),1678-1661(强度低)和1626-1616cm-1，差40-57cm-1 3个-OH,1616-1592cm-1 4个-OH,1592-1572cm-1（与CC骨架振动频率重叠难以分辨）-OH -OH与羰基缔合,3150cm-1（多与不饱和CH伸缩振动频率相重叠）-OH 3600-3150cm-1 1个-OH 3300-3390cm-1单峰 多个-OH 3600-3150cm-1 数峰 1480-1620cm-1(骨架)3100-3000cm-1 (C=H)（2）IR43 44 2.波谱分析（3）1H-NMR醌环质子：对苯醌：6.72（s）1,4-萘醌：6.95（s）芳环质子：1,4-萘醌：8.06(-H)、7.73(-H)蒽醌：8.07（-H）、7.67（-H）-H处于CO的负屏蔽区，位于较低场 -H受CO影响小 2.波谱分析（3）1H-NMR45（3）1H-NMR取代基质子及对芳环质子的影响：-CH3：2.1-2.9(s)。供电基，使相邻芳氢向-0.15ppm，间位芳氢-0.10。-OCH3：4.0-4.5(s)。供电基，使邻位及对位芳氢-0.45ppm。-CH2OH：-CH2-为4.6ppm，一般为单峰，与-OH偶合呈现双峰；-OH为5.6ppm。-ArOH及-COOH：-OH约11-12ppm(C=O),-OH小于11ppm,-COOH同酚OH 酚羟基为供电基，使邻位及对位芳氢-0.45ppm -COOH为吸电基，使邻位芳氢+0.8ppm。（3）1H-NMR46 2.波谱分析（4）13C-NMR 蒽醌 萘醌-C：126.6126.2-C：134.3136.6 C=O：182.5184.6 季C：132.9131.7 CH：138.6 2.波谱分析（4）13C-NMR47 2.波谱分析（5）MS游离醌类，分子离子峰多为基峰，且出现强的M-CO峰、M-2CO峰及较强的双电荷离子峰。醌苷用EI-MS得不到分子离子峰，基峰常为苷元离子。2.波谱分析（5）MS48（5）MS对苯醌：1,4-萘醌：9,10-蒽醌：（5）MS49 3.实例（1）从中药虎刺中分得一橙红色针晶，该化合物的HR-MS给出M270.0495（分子式为C15H10O5）。其UV有5个吸收带（羟基蒽醌），IR有CO吸收峰及苯环特征吸收峰，均和羟基蒽醌类化合物相符。UV：第五峰的max（lg）为438nm（1,5或1,8-二羟基蒽醌）。IR：1630（有缔合），说明为1,5-二羟基蒽醌。1HNMR：4.03（3H,s-OCH3，位置可能是2、3、4位)。3.实例（1）从中药虎刺中分得一橙红色针晶，该化合物的501HNMR：7.18（1H,d,J=8.4）和7.89（1H,d,J=8.4）为相邻芳氢信号，其中7.89是-H。7.13（1H,d,J=8.0Hz）、7.67（1H,t,J=8.0Hz）、7.8（1H,d,J=8.0Hz）三个芳香质子组成ABC系统，其中7.84是-H。以上表明蒽醌母核上有两个-H，有两个相邻芳氢，有三个连续芳H。由此可知，结构如下。1HNMR：7.18（1H,d,J=8.4）和7.89（51 3.实例 （2）黄花中分得黄花蒽醌,黄色结晶,mp243-244,分子式C16H12O6(M+300).5%NaOH：深红色，提示为蒽醌化合物。Molish反应：阴性，提示为游离蒽醌。5%Na2CO3：溶解且显橙红色，提示有一个-OH。乙酸镁：橙红色，提示有环上有单-OH或间位二羟基，不可能为对位（紫色）或邻位二羟基（蓝紫）。IR：3320（游离-OH），1655和1633（游离及缔合C=O差22，1-OH）。1HNMR：3.76(3H,s,-OCH3)；4.55(2H,s,-CH2OH)；7.22(1H,d,J=8)，7.75(1H,d,J=8),7.61(1H,m),提示有3个相邻芳H且经IR证实(750-800)；8.15(1H,s),提示为1个孤立芳H(去屏蔽，靠近C=O，邻位不可能连接供电基OH或OCH3);10.5(1H,s)为非缔合-OH质子;12.85(1H,s)为缔合-OH质子。-OH,-OH,-OCH3,-CH2OH,3个相邻芳H,1个孤立芳H,分子式满足。3.实例 （2）黄花中分得黄花蒽醌,黄色结晶,mp252基团：-OH,-OH,-OCH3,-CH2OH,3个相邻芳H,1个孤立芳H 基团：-OH,-OH,-OCH3,-CH2OH,3个相邻53 乙酰化物的1HNMR提示有3个乙酰基（-OH,-OH,-CH2OH），且4.55信号移至5.18,表明为-CH2OH。从生源角度，可能为C0。用合成产物证明，合成的乙酰化物与黄花蒽醌C0的乙酰化物的薄层色谱Rf值、IR一致，混合mp.也不下降，证明该化合物为C0。2,8-二羟基-1-甲氧基-3-羟甲基-9,10-蒽醌。13CNMR完全符合。乙酰化物的1HNMR提示有3个乙酰基（-OH,-O545.5 含醌类成分中药的实例1.紫草2.丹参3.大黄4.决明子5.何首乌5.5 含醌类成分中药的实例1.紫草551.紫草（1）化学成分1.紫草（1）化学成分56（2）提取分离（2）提取分离572.丹参（1）化学成分丹参的主要化学成分为脂溶性成分和水溶性成分，脂溶性成分为菲醌衍生物，如丹参醌A等。水溶性成分为丹参素等。2.丹参（1）化学成分582.丹参（2）理化性质丹参醌A为红色小片状结晶，丹参醌B为紫色针状结晶，隐丹参醌为橙色针状结晶，丹参新醌甲为橙黄色粉末，丹参新醌乙为橙红色针晶，丹参新醌丙为红色针晶。丹参醌类化合物不溶于水，溶于有机溶剂。多为中性，但丹参新醌因醌环上有-OH，有较强酸性，可溶于碳酸氢钠水溶液。2.丹参（2）理化性质592.丹参（3）提取分离2.丹参（3）提取分离603.大黄（1）化学成分主要为蒽醌类成分，约25，其中游离的仅为1/10-1/5，主要为大黄酚、大黄素、芦荟大黄素、大黄酸和大黄素甲醚。多数羟基蒽醌衍生物以蒽苷存在。此外，还有鞣质、脂肪酸及少量的土大黄苷。（2）理化性质大黄酚为长方形或单斜形结晶，能升华。不溶于水，难溶于石油醚等有机溶剂，易溶于沸乙醇、氢氧化钠水溶液。大黄素为橙红色针晶，不溶于水，溶于碳酸钠溶液、氨水、氢氧钠溶液、醇等。大黄素甲醚为金黄色针晶，不溶于水、碳酸钠溶液，溶于苯、氯仿、氢氧化钠溶液。芦荟大黄素为橙色针晶，溶于碱水、醇和吡啶。3.大黄（1）化学成分61（3）提取分离（3）提取分离62复习思考题：1.名词解释 醌类化合物 大黄素型蒽醌 茜草素型蒽醌 pH梯度萃取法 Borntrager反应 乙酸镁反应 对亚硝基二甲苯胺反应2.问答题 （1）简述醌类化合物的理化性质。（2）简述用化学法、色谱法及波谱法检识、鉴别蒽醌类化合物 的原理及操作。（3）写出从大黄中提取分离游离蒽醌的流程图，并简述原理。（4）简述用Sephadex LH-20柱分离蒽醌苷及游离蒽醌的原理 及操作。（5）说明甲基化试剂及乙酰化试剂的特点及用途。复习思考题：1.名词解释63