第五章醌类化合物 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 、结构类型 (一)苯配类( 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 CH)-H 信筒子醌 辅酶Qo(n=10) embelin coenzymes Q10
1 第五章 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。 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
信筒子醌(εmbin)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Qo( coenzymes Q10)用于治疗心脏病、高血压及癌症 对苯醌类在碱性下可被次亚硫酸钠还原为氢醌( hydroquinones) 对苯醌 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)禁配类( 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a-萘醌类。 如:胡桃醌。 存在于一一植物胡桃的叶及未成熟果实中 胡桃醌 juglon 熔点159;橙色针状结晶
2 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。 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； 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
具有抗菌、抗癌及中枢神经镇静作用。 兰雪醌( plumbagin) 橙色结晶 活性一—抗菌、止咳、祛痰 存在于——白雪花全草等植物。 雪醌 (三)菲靦类( 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)蒽类( anthraquinones)
3 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。 （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) O OH O CH3 兰雪醌 O O O O 邻醌 对醌 O O O O O OH Me 丹参醌 I 丹参新醌丙
位—1,4,5,8 β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 (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
4 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： （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。 O O 1 2 3 5 4 6 7 8 8a 9a 10a 4a 9 10 O O OH OH COOH 大黄酸 O O OH OH 茜草素 O O O OH [H] [O] 蒽醌 蒽酮 蒽酚 互变异构体
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 依据聚合度分一一二蒽酮类衍生物 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 理化性质 (一)物理性质 l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)。 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 Et20 CHCl3 游离醌 成苷+(热)+
5 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）。 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） + + — — O O O H [O] 蒽醌类 蒽酮游离基 长时间贮存 . 2 二蒽酮
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 兰 紫 红 大黄 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=2.4*10 Ka=3.2*10-12 β-OH蔥醌 q-OH蒽醌 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,故质子解离度增髙,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
6 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： 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 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
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BOH>2个αOH>1个aOH 5%NaHCO 5%Na2C03 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: 2HCHO 20H 2HCo0 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)7
7 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%Na2 样品液1滴(水或苯液) 4%6 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,能检岀苯醌及萘醌,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 人一人义=一 显红色 形成了新的共轭体系
8 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 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-
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 例:检查中药中蒽醌类成分 中药粉末0.1g 10%6硫酸5m1△2-10 H/H2O 放冷加乙醚2ml H,O 5%NaOH 1ml Eto OH/HO 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 在氨碱性下兰绿色 活性次甲基试剂 或 ↓)(丙二酸酯、乙酰醋酸脂/醇液) 兰紫色 醌环上未取代位置
9 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 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： 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
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 (5)与金属离子反应 在蒽醌类化合物结构中,如果有α-酚羟基或具有邻二酚羟基时,则可 与Pb+、Mg等金属离子形成络合物。 以醋酸镁为例 Mg 与Pb形成的络合物在一定的pH条件下能沉淀析出,故可——精制。 与醋酸镁形成的络合物具有一定的颜色,可用于鉴定。 在母核上 -橙黄~橙色
10 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。 （5）与金属离子反应 在蒽醌类化合物结构中，如果有α-酚羟基或具有邻二酚羟基时，则可 与 Pb ++、Mg ++等金属离子形成络合物。 以醋酸镁为例： 与 Pb ++形成的络合物在一定的 pH 条件下能沉淀析出，故可——精制。 与醋酸镁形成的络合物具有一定的颜色，可用于鉴定。 在母核上： O O O O OH O O 反应 受抑制 不反应 O O O O H O O O O H Mg O O O O O O Mg O O OH O O HO O O -OH -OH 橙 黄~橙 色