天然药物化学 第五章 醌类化合物

第五章 蒽醌类化合物
吉林医药学院 药物化学教研室
第一节
定义：
醌类化合物的结构类型
是指分子内具有不饱和环二酮结构（醌式结构） 或容易转变成这种结构的天然有机化合物。
分布：
由于醌类具有不饱和酮结构，当其分子中连接 助色团后（-OH、-OMe等）多有颜色，故常作为动 植物、微生物的色素而存在于自然界中。
四．蒽醌苷类的分离
蒽醌苷类极性较大，分离和纯化较困难，现 多应用色谱方法。
色谱法常用的载体有：
天然 菲醌（ phenanthraquinone ） 有邻醌和对 醌两种类型。
O O O
O O O
邻菲醌（Ⅰ）
对菲醌
邻菲醌（Ⅱ）
从丹参根中提取得到的丹参醌类成分具有抗菌 及扩张冠状动脉的作用。
丹参醌ⅡA R1=CH3 R2=H 丹参醌ⅡB R1=CH2OH R2=H 羟基丹参醌ⅡA R1=CH3 R2=OH 丹参酸甲酯 R1=COOCH3 R2=H
NaOH层显红色。
2．与金属离子的反应： 在蒽醌类化合物结构中，如有α-酚羟基或邻二酚 羟基时，可以与铅、镁等金属离子形成络合物。
与醋酸镁的反应：
与醋酸镁形成的络合物具有一定的颜色，可用于鉴别。
一个α或一个β-OH或两个-OH不在同一个环上 ：橙黄~橙色 已有一个α-OH，若邻位有-OH ：蓝色~蓝紫色 ，如茜草素。
丹参醌Ⅱ A 磺酸钠注射液可增加冠脉流量。临床 上治疗冠心病、心肌梗塞。
丹参新醌甲 丹参新醌乙 丹参新醌丙
R=CH(CH3)CH2OH R=CH(CH3)2 R=CH3
四．蒽醌类(anthraquinones)
蒽醌是广泛存在于植物界的一种色素，是许多 中药如大黄、何首乌、虎杖等的有效成分。目前已 经发现的蒽醌类化合物近200种，主要分布于高等植 物中，其他则主要存在于真菌及地衣类中，在动物 及细菌中也偶有发现，而且在真菌、地衣和动物中 存在的蒽醌类化合物的结构也往往比较特殊，这类 化合物具有多方面的生理活性，是醌类化合物中最 重要的一类物质。 在植物中的蒽醌衍生物主要分布于根、皮、叶 及心材，也可在茎、种子、果实中。多和糖结合成 苷，或以游离态存在。
1. 有机溶剂提取法： 游离醌类极性较小，故苷元可用极性较小的有 机溶剂如氯仿、苯、乙醚等进行提取，提取液适当 浓缩，进一步结合重结晶法精制。 2. 碱提取—酸沉淀法： 适合提取带有酚羟基的醌类化合物。
3. 水蒸气蒸馏法：
适合分子量小的具有挥发性的苯醌及萘醌。
第三节 醌类化合物的提取分离
二．游离羟基蒽醌类的分离
一．苯醌类
苯醌类（benzoquinones）化合物从结构上分为
对苯醌和邻苯醌。天然存在的苯醌化合物多为 对苯醌的衍生物。常见的取代基为OH，OMe Me和烷基等。
O
1 6 2 3 4
O
1 6 2 5 4 3
O
5Hale Waihona Puke O对苯醌邻苯醌 （结构不稳定）
二．萘醌类
萘醌类（naphthoquinones）从结构上可以分成
若间位有-OH：橙红~红色，如大黄素。
若对位有-OH ：紫红~紫色，如羟基茜草素。
~ 兰 ~ 兰紫 ~ 橙红~ 红
紫红~~ 紫
3．对亚硝基二甲苯胺反应：
1,8-二羟基蒽酮衍生物，其羰基对位亚甲基上的氢很活泼，
可与对亚硝基二甲苯胺缩合成共轭体系较长的化合物。
绿色
第三节
醌类化合物的提取分离
一．游离醌类的提取方法
1. 采用PH梯度萃取法： 利用游离羟基蒽醌类分子结构中羟基的数目 及位臵不同表现的酸性强弱不同，用不同PH的碱
液来萃取。但对于性质相似、酸性强弱差别不大
的羟基蒽醌混合物的分离则存在局限性。
萱草根乙醇提取浓缩液 乙醚 残渣(蒽苷类) 乙醚液(游离蒽醌苷元) 5% NaHCO3 乙醚层 5%Na2CO3 萃取 水溶液 酸化 黄色沉淀 （决明蒽醌） 乙醚液 浓缩 NaOH 液 酸 化 金黄色结晶 橙黄色结晶 （决明蒽醌甲醚） 乙醚液 （含β-谷甾醇） (大黄酚) 乙醚液 1% NaOH 萃取 萃取 水溶液 HCl 酸化
三种类型α-(1，4)、β-(1，2)及amphi-(2，6)，但从 天然物中得到的均为α-萘醌类。
O
8 7 6 5 9 1 2 3 10 4 7 8 9
O
1 2 6 5 10 4 3
8
1 9 2
O
7
O
O
6 5
3 10 4
O
α -(1，4)萘醌
β -(1，2)萘醌
amphi-(2，6)萘醌
三．菲醌类
有单糖苷，双糖苷。一般结合位臵在1位、8位与3位。
大黄酚-8-O-β-D-葡萄糖苷 大黄酚-1-O-β-D-葡萄糖苷
glc H
H glc
大黄素甲醚-8-O-β-D-龙胆双糖
（一）蒽醌衍生物
2．茜草素型 分子中的羟基分布在一侧的苯环上。化合物颜 色较深，多为橙黄色至橙红色，种类较少。
O OH R1
R2 O R3
以游离蒽醌类衍生物为例，酸性强弱顺序为：
含 - COOH > 含 两 个 以 上 β-OH > 含 一 个 β-OH > NaHCO3 5%NaHCO3 5%Na2CO3
含两个 α-OH > 含一个α-OH 1%NaOH 5%NaOH
碱梯度萃取法进行提取分离
OH
O
OH
R1 O
R2
R1=CH3 R2=H 大黄酚 R1=CH3 R2=OH 大黄素 R1=CH3 R2= OCH3 大黄素甲醚 R1=H R2= CH2OH 芦荟大黄素 R1=H R2= COOH 大黄酸
2. 酸性强弱与Ar-OH的数目及位臵有关。β-OH 蒽醌的酸性大于α -OH蒽醌。β-OH蒽醌化合物可 溶于Na2CO3,而 α -OH蒽醌溶于NaOH。
H O HO O O
﹥
O
O
β-OH蒽醌
α-OH蒽醌
3.酚羟基的数目增多，酸性也增强，但与位臵有关：
>
>
1,2-二羟基
>
1,8-二羟基
1,5-二羟基
gic O O OH
10
COOH COOH
10'
glc
O
O
OH
番泻苷A—致泻成分
（三）二蒽酮类衍生物
萘骈二蒽酮衍生物：
金丝桃属某些植物如贯叶连翘、小连翘中含有的金丝 桃素(hypericin)、假金丝桃素(pseudohypericin)均 为萘骈二 蒽酮衍生物。具有抗抑郁，抗病毒作用。
除了以上三种类型以外，还有糖作为侧链通过 碳-碳键直接与蒽环连接的，如芦荟致泻的主要有 效成分芦荟苷。
第一节 醌类化合物的结构类型
一．苯醌类
苯醌类（benzoquinones）化合物从结构上分为对
苯醌和邻苯醌。天然存在的苯醌化合物多为对苯醌的 衍生物。
O
1 6 2 3 4
O
1 6 2 5 4 3
O
5
O
对苯醌
邻苯醌 （结构不稳定）
分布：
由于醌类具有不饱和酮结构，当其分子中
连接助色团后（-OH、-OMe等）多有颜色，故
2. 色谱法：
三．蒽醌苷类与蒽醌衍生物苷元的分离
蒽醌苷类与蒽醌衍生物苷元极性差别很大， 故在有机溶剂中的溶解度不同。苷在有机溶剂中 不溶，而苷元（游离状态下）易溶于有机溶剂， 借此分离。 一般游离羟基蒽醌类在植物体内通过酚羟基 或羧基结合成镁、钾、钙盐形式存在。为了充分 提取游离蒽醌类，必须先加酸酸化，使之全部游 离后再用有机溶剂提取。
氧化蒽酚及蒽二酚不稳定，氧化蒽酚易还原为蒽酮（或 蒽酚），蒽二酚易氧化为蒽醌，故较少存在于植物体中。
（二）蒽酚或蒽酮衍生物
蒽醌在酸性溶液中被还原，则生成蒽酚及其互变 异构体蒽酮。
O
Zn/HCl H
OH
O
O
蒽酚
蒽酮
（二）蒽酚或蒽酮衍生物
蒽酚（或蒽酮）的羟基衍生物一般存在于新鲜
植物中（如在新鲜大黄中可以得到），但随着贮存
R1=OH R2=R3=H 茜草素 R1=OH R2=H R3=OH 羟基茜草素
茜草中还含有木糖和葡萄糖的蒽醌苷类化合物， 有单糖苷和双糖苷。
（二）蒽酚或蒽酮衍生物
（二）蒽酚或蒽酮衍生物
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。
O
Zn OH-
O
OH
O
H
OH
OH
二．化学性质与呈色反应
（二）颜色反应
反应机理：
O OH
OH
O
O
O
O
O
O OH
OH
O
O O
O
O O
O
O
O
形成新的共轭体系
从中药饮片中检查羟基蒽醌类成分的方法：
粉末0.1g，加入10%硫酸水溶液，在水浴中
加热2至10分钟，放冷后加2ml乙醚振摇，放臵，
分出乙醚层，再加5%NaOH水溶液振摇。如果有
羟基蒽醌类成分，则乙醚层由黄色变为无色，而
常作为动植物、微生物的色素而存在于自然界 中。
分布：
醌类化合物主要存在于高等植物的蓼科、 茜草科、鼠李科、百合科、豆科等科属以及低 等植物地衣类和菌类的代谢产物中。是许多天 然药物如大黄、何首乌、虎杖、决明子、芦荟、
丹参等药材的有效成分。
醌类化合物具有多方面的生理活性，如致 泻、抗菌、利尿和止血等，还有一些醌类化合 物具有抗癌、抗病毒、解痉平喘等作用，是一 类很有前途的天然药物。
的时间，该成分缓缓被氧化转为蒽醌类成分。 蒽酚类衍生物以游离和结合成苷的两种形式存
在。meso-位上羟基与糖结合成的苷性质比较稳定，
只有水解成苷元后才能容易被氧化。 羟基蒽酚类具有杀灭真菌作用，临床上用于治 疗疥癣等皮肤病，如柯桠素。
（三）二蒽酮类衍生物
这类可以看成是两个分子的蒽酮脱去一分子氢 后相互结合而成的化合物。
（二）升华性
游离的醌类多具有升华性。常压下加热可升 华而不分解。如大黄酚和大黄素甲醚升华温度为 124oC，芦荟大黄素为185oC，大黄素为206oC， 大黄酸为210oC.
一．物理性质
（三）溶解度
游离醌类——溶于乙醇、乙醚、苯、氯仿等有机 溶剂，难溶于水。 结合成苷——易溶于甲醇、乙醇、热水，但在冷 水中难溶，不溶于苯、乙醚、氯仿等低极性溶剂。
※注意： 有些醌类结构中有易氧化的取代基，
对光不稳定，处理时在暗处进行，并避光贮存。
二．化学性质与显色反应
（一）酸性
蒽醌类化合物多数带有羧基、酚羟基，显酸性。
酸性强弱与分子中是否存在羧基、Ar-OH的数目 及位臵有关。有以下规律： 1. 带有羧基的蒽醌类化合物酸性强于不带羧 基的蒽醌化合物，具有芳香酸的通性，能溶于 NaHCO3溶液。
例：试比较下列化合物的酸性强弱
OH
O
OH OH
OH
O
OH
CH3 O O
COOH
A
OH O OH OH O
B
CH3 O O OH
CH3
C
D
二．化学性质与呈色反应
（二）颜色反应
1. 碱性条件下的呈色反应 ： 羟基醌类在碱性溶液中会引起颜色改变并加深，
多呈橙、红、紫红色及蓝色。
Borntrager`s反应：（保恩特莱格反应） 指羟基蒽醌类化合物遇碱显红~紫红色的反应。 反应机理如下：
芦荟苷
第二节
醌类化合物的理化性质
学习要点：
① 醌类化合物的性状、升华性、溶解性等理化
性质及其与结构的关系。 ② 醌类化合物的酸性强弱与结构的关系。 ③ 蒽醌类化合物的显色反应及其应用。
一．物理性质
（一）性状
天然醌类几乎都是有色晶体，颜色随分子中 助色团的增加而加深，一般呈黄、橙、红、紫色 等。苯醌和萘醌多以游离形式存在，而蒽醌多以 苷的形式存在，难以得到结晶。
蒽醌类成分包括蒽醌衍生物及其不同还原程 度的产物，如氧化蒽酚、蒽酚、蒽酮及蒽酮的 二聚物。
O
8 8a 7 6 5 9 10 10a 4a 4 9a 1 2 3
1,4,5,8位---α位 2,3,6,7位---β位 9.10位－meso 位（中位）
O
（一）蒽醌衍生物
天然界存在的蒽醌类成分多为蒽醌的羟基、 羟甲基、甲氧基、羧基衍生物。根据羟基在蒽醌 母核上的分布状况不同，可分为两类： 1．大黄素型 羟基分布在两侧的苯环上，多数化合物呈黄 色。大黄、首乌、虎杖中的主要蒽醌衍生物多数 属于大黄素型。
橙红色沉淀 EtOH-Py 重结晶 浅黄色沉淀沉淀 （大黄酸）
二．游离羟基蒽醌类的分离
2. 色谱法： 色谱法是系统分离羟基蒽醌类化合物最有效 的手段。当药材中含有一系列结构相近的蒽醌衍 生物时，必须经过色谱方法才能得到彻底分离。 游离羟基蒽醌类化合物色谱常用的吸附剂主 要是硅胶，一般不用氧化铝，尤其不用碱性氧化 铝，以避免于酸性的蒽醌类成分发生化学吸附而 难以洗脱。 游离羟基蒽醌类化合物含有酚羟基，故聚酰 胺有时也作为色谱吸附剂使用。
（一）蒽醌衍生物
1．大黄素型
OH
O
OH
R1 O
R2
R1=CH3 R2=H 大黄酚 R1=CH3 R2=OH 大黄素 R1=CH3 R2= OCH3 大黄素甲醚 R1=H R2= CH2OH 芦荟大黄素 R1=H R2= COOH 大黄酸
（一）蒽醌衍生物
大黄中的羟基蒽醌衍生物多与葡萄糖结合成苷类。