卫生部规划教材：《天然药物化学》课程教学资源（讲义）醌类化合物

目录 概述 、结构类型 (一)苯醌类( benzoquinones) (二)萘醌类( naphthoquinones) (三)菲醌类( phenanthraquinone) (四)蒽醌类 anthraquinones) 1.蒽醌衍生物 2.蒽酚(或蒽酮)衍生物 3二蒽酮类衍生物 、理化性质 (一)物理性质 1性状 45556666677 2溶解度 3挥发性 4.升华性. 5不同pH条件下显不同的颜色 (二)化学性质… 7 1.酸性 2颜色反应 、提取分离 (一)游离醌类的提取方法 1.有机溶剂提取法 12 2碱提取酸沉淀法

1 目 录 概述....................................................................................................................3 一、结构类型.....................................................................................................3 （一）苯醌类(benzoquinones)......................................................................3 （二）萘醌类(naphthoquinones)...................................................................4 （三）菲醌类(phenanthraquinones)..............................................................5 （四）蒽醌类(anthraquinones)......................................................................5 1.蒽醌衍生物..........................................................................................5 2.蒽酚（或蒽酮）衍生物........................................................................6 3.二蒽酮类衍生物...................................................................................6 二、理化性质.....................................................................................................6 （一）物理性质...........................................................................................6 1.性状......................................................................................................6 2.溶解度..................................................................................................7 3.挥发性..................................................................................................7 4.升华性..................................................................................................7 5.不同pH条件下显不同的颜色...............................................................7 （二）化学性质...........................................................................................7 1.酸性......................................................................................................7 2.颜色反应..............................................................................................8 三、提取分离...................................................................................................11 （一）游离醌类的提取方法.......................................................................11 1.有机溶剂提取法.................................................................................11 2.碱提取酸沉淀法.................................................................................12

3.水蒸气蒸馏法 12 (二)游离羟基蒽醌的分离. 1pH梯度萃取法…… 12 2层析法 (三)蒽醌苷与游离蒽醌衍生物的分离. 13 (四)蒽醌苷类的分离 13 1.铅盐法 13 2溶剂法 14 四、结构鉴定 14 (一)衍生物的制备 14 1.甲基化反应 14 2.乙酰化反应 15 (二)波谱学方法 15 1紫外光谱(UV) 2醌类化合物的红外光谱(IR) 16 3.醌类化合物的核磁共振光谱(NMR) 17 4醌类化合物的质谱(MS) 五、生物活性. 19

2 3.水蒸气蒸馏法.....................................................................................12 （二）游离羟基蒽醌的分离.......................................................................12 1.pH梯度萃取法....................................................................................12 2.层析法................................................................................................12 （三）蒽醌苷与游离蒽醌衍生物的分离....................................................13 （四）蒽醌苷类的分离..............................................................................13 1.铅盐法................................................................................................13 2.溶剂法................................................................................................14 四、结构鉴定...................................................................................................14 （一）衍生物的制备..................................................................................14 1.甲基化反应........................................................................................14 2.乙酰化反应........................................................................................15 （二）波谱学方法......................................................................................15 1.紫外光谱（UV）...............................................................................15 2.醌类化合物的红外光谱（IR）..........................................................16 3.醌类化合物的核磁共振光谱（NMR）..............................................17 4.醌类化合物的质谱（MS）................................................................18 五、生物活性...................................................................................................19

醌类化合物 Q winona id 概述 定义—指醌类或容易转变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。 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 Me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。 应用——除有抗菌抗癌等生理活性而用于药品外,还应用于染料和指示剂 的母体 一、结构类型 (一)苯醌类( benzoquinones) 是醌类中最简单而重要的一类化合物。从结构上分为邻苯醌和对苯醌两大 类 对苯醌 邻苯醌 P-quinone O-quinone 邻苯醌不稳定,故天然界存在的大多为对苯醌 在醌核上多有-OH、OMe、Me等基团取代 Meo Meo 信筒子醌 辅酶Q10(n=10) embelin coenzymes Q10 信筒子醌( embilin)存在于——白花酸藤果、木桂花等的果实中 为橙红色板状结晶;其活性一—驱除肠寄生虫(驱涤作用) 辅酶Qo( coenzymes1o)用于治疗心脏病、高血压及癌症

3 醌类化合物 Quinonoid 概述 定义——指醌类或容易转变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。 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。 应用——除有抗菌抗癌等生理活性而用于药品外，还应用于染料和指示剂 的母体。 一、结构类型 （一）苯醌类(benzoquinones) 是醌类中最简单而重要的一类化合物。从结构上分为邻苯醌和对苯醌两大 类。 邻苯醌不稳定，故天然界存在的大多为对苯醌。 在醌核上多有-OH、-OMe、-Me 等基团取代。 信筒子醌（embilin）存在于——白花酸藤果、木桂花等的果实中。 为橙红色板状结晶；其活性——驱除肠寄生虫（驱涤作用） 辅酶 Q10（coenzymes Q10）用于治疗心脏病、高血压及癌症。 O O O 1 O 2 5 4 3 6 1 2 3 4 5 6 对苯醌 P-quinone 邻苯醌 O-quinone O O HO OH (CH2 ) 10CH3 O O MeO Me MeO CH2 C H C CH2 CH3 ( ) H n 信筒子醌 embelin 辅酶Q10 (n=10) coenzymes Q10

对苯醌类在碱性下可被次亚硫酸钠还原为氢醌( hydroquinones) 对苯醌 氢醌 hydroquinones 但后者不安定,在光、热或适当氧化剂作用下,很容易被重新氧化成对苯 醌类 很多醌类化合物,正是通过这种可逆的氧化还原过程,在生物体内起着重 要的电子传递媒介作用,参与生物体内许多重要的氧化还原过程 (二)萘类( naphthoquinones) 从结构上可分为 a-(1,4)萘醌 β-(1,2)萘醌 amphi-(2,6)萘醌 迄今为止,从天然界得到的几乎均为α-萘醌类 如:胡桃醌。 存在于——植物胡桃的叶及未成熟果实中。 熔点159;橙色针状结晶; 具有抗菌、抗癌及中枢神经镇静作用 胡桃醌 兰雪醌( plumbagin) 橙色结晶 活性——抗菌、止咳、祛痰 存在于—一白雪花全草等植物 兰雪醌

4 对苯醌类在碱性下可被次亚硫酸钠还原为氢醌（hydroquinones）。 但后者不安定，在光、热或适当氧化剂作用下，很容易被重新氧化成对苯 醌类。 很多醌类化合物，正是通过这种可逆的氧化还原过程，在生物体内起着重 要的电子传递媒介作用，参与生物体内许多重要的氧化还原过程。 （二）萘醌类(naphthoquinones) 从结构上可分为： 迄今为止，从天然界得到的几乎均为-萘醌类。 如：胡桃醌。 存在于——植物胡桃的叶及未成熟果实中。 熔点 159；橙色针状结晶； 具有抗菌、抗癌及中枢神经镇静作用。 兰雪醌（plumbagin） 橙色结晶 活性——抗菌、止咳、祛痰 存在于——白雪花全草等植物。 O O OH OH 对苯醌 氢醌 hydroguinones OH [O] - O O O O O O 1 2 4 3 5 6 7 8 1 2 6 1 2 α-(1,4)萘醌 β-(1,2) 萘醌 amphi-(2,6) 萘醌 O OH O 胡桃醌 juglon O OH O CH3 兰雪醌

(三)菲醌类( phenanthraquinone 有两种类型: 邻醌 对醌 如:丹参醌类成分 丹参醌I 丹参新醌丙 丹参醌类成分具有—一抗菌及扩张冠状动脉的作用 临床上——治疗冠心病、心肌梗塞、治疗由金黄色葡萄球菌引起的疾病。 (四)蒽醌类( anthraquinones) 位—1,4,5, 位—2,3,6,7 meso(中位)—9,10 依据其还原程度的不同,将其分成以下三类 1蒽醌衍生物 根据OH在母核上分布的位置不同分两类: (1)大黄素型(-OH在羰基的两侧) 如 大黄酸

5 （三）菲醌类(phenanthraquinones) 有两种类型： 如：丹参醌类成分 丹参醌类成分具有——抗菌及扩张冠状动脉的作用。 临床上——治疗冠心病、心肌梗塞、治疗由金黄色葡萄球菌引起的疾病。 （四）蒽醌类(anthraquinones) 位——1，4，5，8 位——2，3，6，7 meso（中位）——9，10 依据其还原程度的不同，将其分成以下三类： 1.蒽醌衍生物 根据-OH 在母核上分布的位置不同分两类： （1）大黄素型（-OH 在羰基的两侧） 如： O O O O 邻醌 对醌 O O O O O OH Me 丹参醌 I 丹参新醌丙 O O 1 2 3 5 4 6 7 8 8a 9a 10a 4a 9 10 O O OH OH COOH 大黄酸

(2)茜草素型(-OH在一侧苯环上) 茜草素 2.蒽酚(或蒽酮)衍生物 依其还原程度的不同而分为蒽酚和蒽酮。 互变异构体 蒽醌 蒽酮 蒽酚 蒽酚、蒽酮性质不稳定,故只存在于新鲜植物中。 3二蒽酮类衍生物 依据聚合度分——二蒽酮类衍生物。 长时间贮存 蒽醌类 蒽酮游离基 二蒽酮 如:番泻叶中致泻的主要有效成分番泻苷A、B、C、D属此类成分。 、理化性质 (一)物理性质 性状 颜色—无Ar-OH近乎于无色,助色团越多,颜色越深 如:黄、红、橙、紫红等 天然醌类多为有色晶体(苷元、极性不大的苷类)

6 （2）茜草素型（-OH 在一侧苯环上） 2.蒽酚（或蒽酮）衍生物 依其还原程度的不同而分为蒽酚和蒽酮。 蒽酚、蒽酮性质不稳定，故只存在于新鲜植物中。 3.二蒽酮类衍生物 依据聚合度分——二蒽酮类衍生物。 如：番泻叶中致泻的主要有效成分——番泻苷 A、B、C、D 属此类成分。 二、理化性质 （一）物理性质 1.性状 颜色—— 无 Ar-OH 近乎于无色，助色团越多，颜色越深。 如：黄、红、橙、紫红等 天然醌类多为有色晶体（苷元、极性不大的苷类）。 O O OH OH 茜草素 O O O OH [H] [O] 蒽醌 蒽酮 蒽酚 互变异构体 O O O H [O] 蒽醌类 蒽酮游离基 长时间贮存 . 2 二蒽酮

存在状态 苯醌、萘醌——多以游离状态存在; 蒽醌类则往往结合成苷而存在于植物中 2溶解度 H,o Meoh Etoh Et20 CHCl3 游离醌 成苷+(热)+ 有些醌类对光不太安定,故处理时应避光 3挥发性 小分子的苯醌、萘醌类具有挥发性,能随水蒸气蒸馏,可据此进行提取、 精制工作 4升华性 游离的醌类多具有升华性,蒽衍生物在常压下加热即能长华 5不同pH条件下显不同的颜色 如 OH 中性 紫草 紫 大黄 红 红黄 (二)化学性质 1酸性 醌类多具有ArOH的存在,故显酸性,易溶于碱水中,加酸酸化时又可 重新沉淀析出——用于碱提酸沉 分子中ArOH的数目、位置不同则酸性强弱有差异,例如:β-羟基蒽醌, 实际上为插烯酸结构,表现出与羧酸类似的酸性,见下图: Ka=24*108 Ka=3.2*1012 β-OH蒽醌 a-OH蒽醌

7 存在状态： 苯醌、萘醌——多以游离状态存在； 蒽醌类——则往往结合成苷而存在于植物中。 2.溶解度 H2O MeOH EtOH Et2O CHCl3 游离醌 — + + + + 成 苷 +（热） + + — — 有些醌类对光不太安定，故处理时应避光。 3.挥发性 小分子的苯醌、萘醌类具有挥发性，能随水蒸气蒸馏，可据此进行提取、 精制工作。 4.升华性 游离的醌类多具有升华性，蒽衍生物在常压下加热即能长华。 5.不同 pH 条件下显不同的颜色 如： OH- 中性 H+ 紫草 兰 紫 红 大黄 红 黄 （二）化学性质 1.酸性 醌类多具有 Ar-OH 的存在，故显酸性，易溶于碱水中，加酸酸化时又可 重新沉淀析出——用于碱提酸沉 分子中 Ar-OH 的数目、位置不同则酸性强弱有差异，例如：β-羟基蒽醌， 实际上为插烯酸结构，表现出与羧酸类似的酸性，见下图： O O OH O O O H .. β-OH蒽醌 α-OH蒽醌 Ka = 2.4 * 10 -8 Ka = 3.2 * 10 -12

在β-羟基蒽醌中,羟基受羰基的吸电子影响,使羟基上氧原子电子密度 降低,故质子解离度增高,酸性较强 在α-羟基蒽醌中,由于羟基上的H与相邻羰基形成分子内氢键,降低了 质子的解离度,故酸性很弱 以游离蒽醌类衍生物为例,酸性强弱将按下列顺序排列: 含COOH>2个以上βOH>1个OH>2个αOH>1个aOH 5%NaHcO3 5%Na2CO3 1%NaoH 5%NaOH 可用于提取分离 例:试比较下列化合物的酸性强弱 个OH D>A>C>B 2颜色反应 此类反应主要取决于醌类氧化还原性质及存在的酚OH的性质 (1) Feigl反应(菲格格)——醌类氧化还原过程 醌类衍生物在OH下经加热能迅速与醛类及二硝基苯反应,生成紫色化合 物。 原理如下: 2HCH0 20H 2HCOO 醛类碱 氢醌 氧化剂还原剂催化剂 邻二硝基苯 紫色 (起氧化作用)

8 在β-羟基蒽醌中，羟基受羰基的吸电子影响，使羟基上氧原子电子密度 降低，故质子解离度增高，酸性较强。 在α-羟基蒽醌中，由于羟基上的 H 与相邻羰基形成分子内氢键，降低了 质子的解离度，故酸性很弱。 以游离蒽醌类衍生物为例，酸性强弱将按下列顺序排列： 含-COOH > 2 个以上-OH > 1 个-OH > 2 个-OH> 1 个-OH 5%NaHCO3 5%Na2CO3 1%NaOH 5%NaOH 可用于提取分离 例：试比较下列化合物的酸性强弱 D> A > C > B 2.颜色反应 此类反应主要取决于醌类氧化还原性质及存在的酚-OH 的性质。 （1）Feigl 反应（菲格格）——醌类氧化还原过程 醌类衍生物在 OH-下经加热能迅速与醛类及二硝基苯反应，生成紫色化合 物。 原理如下： O O OH OH O OH O OH O O HO OH O O OH OH A B C D O O OH OH + 2HCHO + 2OH - [H] + 2HCOO- 醛类 碱 氢醌 氧化剂 还原剂 催化剂 OH OH NO2 NO2 O O NO2 NO + [O] OH- + - - 邻二硝基苯 （起氧化作用） 紫 色

从上述反应中可知,在反应中醌类仅起一电子传递媒介作用,醌类成分含 量越高,则反应速度也越快。 试验 25% Na,CO 样品液1滴(水或苯液) 4% HCHO 紫色 5%邻二硝基苯 (2)无色亚甲蓝显色试验 苯醌、萘醌—区别于蒽醌 无色亚甲蓝溶液用于PPC及TLC作为喷雾剂,能检出苯醌及萘醌,样品 在白色背景上作为蓝色斑点出现 (3)碱性条件下的显色反应 羟基醌类在碱性溶液中发生颜色改变,会使颜色加深。多呈橙、红、紫红 色及蓝色 Borntrager's反应(保恩特来格) 羟基蒽醌类化合物遇碱显红~紫红色的反应。 反应机理如下 显红色 显红色 形成了新的共轭体系 呈色反应与形成共轭体系的酚羟基和羰基有关。 所以,羟基蒽醌以及具有游离酚羟基的蒽醌苷均可呈色 蒽酚、蒽酮、二蒽酮 蒽醌——呈色 氧化

9 从上述反应中可知，在反应中醌类仅起一电子传递媒介作用，醌类成分含 量越高，则反应速度也越快。 试验： （2）无色亚甲蓝显色试验 苯醌、萘醌——区别于蒽醌 无色亚甲蓝溶液用于 PPC 及 TLC 作为喷雾剂，能检出苯醌及萘醌，样品 在白色背景上作为蓝色斑点出现。 （3）碱性条件下的显色反应 羟基醌类在碱性溶液中发生颜色改变，会使颜色加深。多呈橙、红、紫红 色及蓝色。 Borntrager ’s反应（保恩特来格） 羟基蒽醌类化合物遇碱显红~紫红色的反应。 反应机理如下： 形成了新的共轭体系 呈色反应与形成共轭体系的酚羟基和羰基有关。 所以，羟基蒽醌以及具有游离酚羟基的蒽醌苷均可呈色。 [O] 蒽酚、蒽酮、二蒽酮————蒽醌 ——呈色 氧化 25% Na2CO3 4% HCHO 5%邻二硝基苯 样品液1滴（水或苯液） 1' ~ 4' 紫 色 O O OH O O O O O O O O OH O O O O O O - - 显红色 OH- - - 显红色 OH-

例:检查中药中蒽醌类成分 中药粉末0.1g 10%硫酸5ml△2-10y H 放冷加乙醚2m1 Eto 5%NaOH 1ml OH/ 黄一无色 红色 (4)与活性次甲基试剂反应( Kesting-Craven法) 苯醌、萘醌—区别于蒽醌 当苯醌及萘醌类化合物的醌环上有未被取代的位置时,即可在氨碱性下与 些含有活性次甲基试剂(如:丙二酸酯、乙酰醋酸酯等)的醇溶液反应,生 成兰绿色或兰紫色 即 在氨碱性下兰绿色 +活性次甲基试剂 (丙二酸酯、乙酰醋酸脂/醇液) 兰紫色 醌环上未取代位置 如果结构中有-OH存在,影响反应的灵敏度,速度减慢或不发生反应 例:下列化合物中哪一个能反应,哪个不能或受抑制 反应 受抑制 不反应 醛(或酮)中的a活泼氢,在碱的作用下,失去一个氢,形成一个负碳离子,但是负碳离子旁还有 个碳氧双键,因此这个负电荷可以分配在碳氧原子之间,也就是说,发生离域的作用,使这个负离子 特别稳定,也就是这个原因,α碳上的氢很容易被碱移去

10 例：检查中药中蒽醌类成分 （4）与活性次甲基试剂反应 （Kesting-Craven 法） 苯醌、萘醌——区别于蒽醌 当苯醌及萘醌类化合物的醌环上有未被取代的位置时，即可在氨碱性下与 一些含有活性次甲基试剂（如：丙二酸酯、乙酰醋酸酯等）的醇溶液反应，生 成兰绿色或兰紫色。 即： 如果结构中有-OH 存在，影响反应的灵敏度，速度减慢或不发生反应。 例：下列化合物中哪一个能反应，哪个不能或受抑制。 醛（或酮）中的α活泼氢，在碱的作用下，失去一个氢，形成一个负碳离子，但是负碳离子旁还有 一个碳氧双键，因此这个负电荷可以分配在碳氧原子之间，也就是说，发生离域的作用，使这个负离子 特别稳定，也就是这个原因，α碳上的氢很容易被碱移去。 中药粉末0.1g 10%硫酸 5ml 2- 10' H + H2O 放冷 加乙醚2ml H + H2O Et2O 5%NaOH 1ml Et2O OH H2O - 黄 无 色 红 色 O O O O 活性次甲基试剂 在氨碱性下 （丙二酸酯、乙酰醋酸脂/醇液） 兰绿色 兰紫色 + 或 醌环上未取代位置 O O O O OH O O 反应 受抑制 不反应