《黄酮类天然产物》PPT课件.ppt

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1、太原理工大学化学化工学院常宏宏20111.2,天然药物化学,第五章,黄酮类化合物flavonoids,二、黄酮类化合物的性质与颜色反应,一、黄酮类化合物的概述,三、黄酮类化合物的提取与分离,四、黄酮类化合物的波谱,第五章 黄酮类化合物,黄酮类化合物多具有颜色，在植物体内大部分与糖结合成甙，一部分以游离形式存在。1.基本结构和分类 以前，黄酮类化合物主要是指基本母核2-苯基色原酮类化合物，现在则是泛指两个苯环（A-与B-环）通过中央三碳链相互联结而成的一系列化合物。,一、概述,一、概述,重要的天然黄酮类化合物分类如下所示：黄酮类 黄酮醇,一、概述,二氢黄酮类二氢黄酮醇类 花色素类,一、概述,黄烷

2、-3,4-二醇类 双苯吡酮类(酮类)黄烷-3-醇类,一、概述,异黄酮类 二氢异黄酮类 查耳酮类,一、概述,二氢查耳酮类 橙酮类 高异黄酮类,一、概述,黄酮类化合物广泛分布于植物界中，而且生理活性多种多样，引起了国内外的广泛重视，研究进展很快。仅截止到1974年为止，国内外已发表的黄酮类化合物共1674个（主要是天然黄酮类，也有少部分为合成品，其中甙元902个，甙722个），并以黄酮醇类最为常见，约占总数的三分之一，其次为黄酮类，占总数的四分之一以上，其余则较少见。至于双黄酮类多局限分布于裸子植物，尤其松柏纲，银杏纲和凤尾纲等植物中。至1980年，黄酮类化合物总数已达到2721个。至1993年，

3、黄酮类化合物总数已达到4000多个。目前，已超8000个。,一、概述,一、概述,少数黄酮类化合物结构较为复杂，如水飞蓟素(silybin)为黄酮木脂体类化合物。,一、概述,榕碱及异榕碱则为生物碱型黄酮。,一、概述,天然黄酮甙类化合物，由于糖的种类、数量、联接位置及联接方式不同，可以组成各种各样的黄酮甙类：单糖类：D-葡萄糖、D-半乳糖、D-木糖、L-鼠李糖、L-阿拉伯糖及D-葡萄糖醛酸等。双糖类：槐糖、龙胆二糖、芸香糖、新橙皮糖、刺槐二糖等。,一、概述,叁糖类：龙胆三糖、槐三糖。酰化糖类：2-2酰葡萄糖、咖啡酰基葡萄糖等。黄酮甙中糖的联接位置与甙元的结构类型有关。如黄酮醇类常形成3-，7-，3

4、-，4，-单糖甙，或3，7-，3，4-及7，4-双糖链甙等。,一、概述,天然黄酮类C-糖甙如葛根黄素、葛根黄素木糖甙等，为中药葛根中的扩冠有效成分。,一、概述,葛根素：R1R2R4R5H，R3Glc3-OH-葛根素：R1R2R5H，R3Glc,R4=OH大豆苷：R1R3R4R5H，R2Glc大豆苷元：R1R3R4R5R2H芒果苷：R1R2R3R4H，R5Me,一、概述,1.性状 黄酮类化合物多为晶状固体，少数（如黄酮甙类）为无定形粉末。2.旋光性 甙元中，二氢黄酮、二氢黄酮醇、黄烷及黄烷醇具有手性碳，具旋光性，其余黄酮类无旋光性。甙类结构中含糖的部分结构，故均有旋光性，且多为左旋。,二、黄酮类

5、化合物的性质与颜色反应,二氢黄酮类二氢黄酮醇类 黄烷-3,4-二醇类,二、黄酮类化合物的性质与颜色反应,黄烷-3-醇类,二、黄酮类化合物的性质与颜色反应,3.颜色 黄酮的色原酮部分无色，在2-位上引入苯环后，即形成交叉共轭体系，使共轭链延长，因而呈现出颜色。黄酮、黄酮醇及其甙类多显灰黄黄色，查耳酮为黄橙黄色，异黄酮类显微黄色，二氢黄酮、二氢黄酮醇不显色。在上述黄酮、黄酮醇分子中，尤其在7-倍及4-位引入OH及OCH3等供电基后，化合物的颜色加深，但在其它位置引入OH、OCH3等供电基影响较小。花色甙及其甙元的颜色随pH不同而改变，一般显红色(pH 7)、紫色(pH8.5)、蓝色(pH8.5)等

6、颜色。,二、黄酮类化合物的性质与颜色反应,二、黄酮类化合物的性质与颜色反应,4.溶解度 一般来说，游离甙元难溶或不溶于水，易溶于甲醇、乙醇、醋酸乙酯、乙醚等有机溶剂及稀碱液中。花色甙元（花青素）类以离子形式存在，水溶度较大。黄酮类甙元分子中羟基数越多，水中的溶解度越大。黄酮甙类，水溶性比相应甙元为大；糖链越长，则水溶度越大，一般易溶于水、甲醇、乙醇等强极性溶剂中，但难溶或不溶于苯、氯仿等有机溶剂中。,二、黄酮类化合物的性质与颜色反应,5.酸碱性酸性 黄酮类化合物因分子中多含有游离酚羟基，故显酸性，可溶于碱性溶液中。酸性强弱顺序依次为：7，4-二OH 7-或4-OH 一般酚OH 5-OH。此性质

7、可用于提取、分离及鉴定工作。碱性 黄酮类化合物分子中-吡喃酮环上的1-位氧原子，因有未共用的电子对，故表现微弱的碱性，可与强无机酸，如浓硫酸、盐酸等生成（金羊）盐，但生成的（金羊）盐不稳定，加水可分解。,二、黄酮类化合物的性质与颜色反应,6.显色反应1）盐酸-镁粉（或锌粉）反应 多数黄酮、黄酮醇、二氢黄酮及二氢黄酮醇类化合物显橙红紫红色，少数显紫蓝色。查耳酮、橙酮、儿茶素类不显色。异黄酮类一般不显色。2）四氢硼钠（钾）反应 NaBH4是对二氢黄酮类化合物专属性较高的一种还原剂。与二氢黄酮类化合物产生红紫色。其它黄酮类化合物均不显色。3）铝盐 生成的络合物多为黄色（max=415nm），并有荧光

8、，可用于定性及定量分析。常用试剂为1%三氯化铝或硝酸铝溶液。,二、黄酮类化合物的性质与颜色反应,4）铅盐 常用1%醋酸铅及碱式醋酸铅水溶液，碱式醋酸铅反应能力更强，可生成黄红色沉淀。5）锆盐 多用2%二氯氧化锆（ZrOCl2）甲醇溶液。黄酮类化合物分子中有游离的3-或5-OH存在时，均可反应生成黄色的锆络合物。3-OH，4-酮基络合物的稳定性5-OH，4-酮基络合物（仅二氢黄酮醇除外）。当反应液中接着加入枸橼酸后，5-羟基黄酮的黄色溶液显著褪色，而3-羟基黄酮溶液仍呈鲜黄色（锆枸橼酸反应）。,二、黄酮类化合物的性质与颜色反应,6）镁盐 二氢黄酮、二氢黄酮醇类与醋酸镁的甲醇溶液，加热可显天蓝色荧

9、光，若具有C5-OH，色泽更为明显。而黄酮、黄酮醇及异黄酮类等则显黄橙黄褐色。7）氯化锶（SrCl2）在氨性甲醇溶液中，可与分子中具有邻二酚羟基结构的黄酮类化合物生成绿色棕色乃至黑色沉淀。8）三氯化铁反应 多数黄酮类化合物因分子中含有游离酚羟基，与三氯化铁水溶液或醇溶液可产生正反应，呈现颜色；当含有氢键缔合的酚羟基时，颜色更明显。,二、黄酮类化合物的性质与颜色反应,9）硼酸显色反应 在无机酸或有机酸存在条件下，5-羟基黄酮及2-羟基查耳酮可与硼酸反应，呈亮黄色。10）碱性试剂显色反应 在日光及紫外光下，通过纸斑反应，观察样品用氨蒸气和其他碱性试剂处理后的色变深的情况。当分子中有邻二酚羟基取代或

10、3,4-二羟基取代时，在碱液中很快氧化，最后生成绿棕色沉淀。,二、黄酮类化合物的性质与颜色反应,1.提取 黄酮甙类以及极性稍大的甙元（如羟基黄酮等），一般可用丙酮、醋酸乙酯、乙醇提取。一些多糖甙类可用沸水提取。在提取花青素类化合物时，可加入少量酸（0.1%盐酸，应当慎用，避免发生水解）。大多数黄酮甙元宜用用氯仿、乙醚、醋酸乙酯等中极性溶剂提取，而对多甲氧基黄酮类游离甙元，甚至可用苯等低极性溶剂进行提取。,三、黄酮类化合物的提取与分离,对得到的粗提物可进行下列精制处理，常用方法有：（1）溶剂萃取法 利用黄酮类化合物与混入的杂质极性不同，选用不同溶剂进行地萃取可达到精制纯化目的。例如植物叶子的醇浸

11、液，可用石油醚处理，以便除去叶绿素、胡萝卜素等脂溶性色素。而某些药料水溶液则可加入多倍量浓醇，以沉淀除去蛋白质、多糖类等水溶性杂质。有时溶剂萃取过程也可以用逆流分配法连续进行。常用的溶剂系统有：水-醋酸乙酯，正丁醇-石油醚等。溶剂萃取过程在除去杂质的同时，往往还可以收到分离甙和甙元或极性甙元与非极性甙元的效果。,三、黄酮类化合物的提取与分离,（2）碱提取酸沉淀法 黄酮甙类虽有一定极性，可溶于水，但却难溶于酸性水，易溶于碱性水，故可用碱性水提取，再于碱水提取液中加入酸，黄酮甙类即可沉淀析出。此法简便易行，如芦丁、橙皮甙、黄芩甙的提取都应用了这个方法。在用碱酸法进行提取纯化时，应当注意所用碱液浓度

12、不宜过高，以免在强碱性下，尤其加热进破坏黄酮母核。在加酸酸化时，酸性也不宜过强，以免生成（金羊）盐，致使析出的黄酮类化合物又重新溶解，降低产品收率。当药料中含有大量果胶、粘液等不溶性杂质时，如花、果类药材，宜用石灰乳或石灰水代替其它碱性水溶液进行提取，以使上述含羟基的杂质生成钙盐沉淀，不致溶出。这也有利于黄酮类化合物的纯化处理。,三、黄酮类化合物的提取与分离,以从槐米中提取芦丁为例说明该法的操作过程。槐米（槐树花蕾）加约6倍量水，煮沸，在搅拌下缓缓加入石灰乳至pH89，在此pH条件下微沸2030分钟，趁热油滤，残渣同上再加4倍水煎1次，乘热抽滤。合并滤液在6070下，用浓盐酸调至pH为5，搅匀

13、，静置24小时，抽滤。沉淀物水洗至中性，60干燥得芦丁粗品，于水中重结晶，7080干燥得芦丁纯品。,三、黄酮类化合物的提取与分离,（3）碳粉吸附法 主要适于甙类的精制工作。通常，在植物的甲醇粗提取物中，分次加入活性炭，搅拌，静置，直至定性检查上清液无黄酮反应时为止。过滤，收集吸甙炭末，依次用沸甲醇、沸水、7%酚/水、15%酚/醇溶液进行洗脱，各部分洗脱液进行定性检查（或用PPC鉴定）。,三、黄酮类化合物的提取与分离,2.分离 现将较常用的方法介绍如下：（1）柱层析法 分离黄酮类化合物常用的吸附剂或载体有硅胶、聚酰胺及纤维素粉等。此外，也有用氧化铝、氧化镁及硅藻土等。1）硅胶柱层析：此法应用范围

14、最广，主要适于分离异黄酮、二氢黄酮、二氢黄酮醇及高度甲基化（或乙酰化）的黄酮及黄酮醇类。少数情况下，在加水去活化后也可用于分离极性较大的化合物，如多羟基黄酮醇及其甙类等。,三、黄酮类化合物的提取与分离,2）聚酰胺柱层析：对分离黄酮类化合物来说，聚酰胺是较为理想的吸附剂。其吸附强度主要取决于黄酮类化合物分子中羟基的数目与位置及溶剂与黄酮类化合物或与聚酰胺之间形成氢键缔合能力的大小。聚酰胺柱层析可用于分离各种类型的黄酮类化合物，包括甙及甙元、查耳酮与二氢黄酮等黄酮类化合物从聚酰胺柱上洗脱时大体有下列规律：甙元相同，洗脱先后顺序一般是：参糖甙双糖甙单糖甙甙元 母核上增加羟基，洗脱速度即相应减缓,三、

15、黄酮类化合物的提取与分离,不同类型黄酮化合物，先后流出顺序一般是：异黄 酮二氢黄酮醇黄酮黄酮醇 分子中芳香核、共轭双键多者则吸附力强，故查耳 酮往往比相应的二氢黄酮难于洗脱。上述规律也适 用于黄酮类化合物在聚酰胺薄层上的行为。3）葡聚糖疑胶柱层析 对于黄酮类化合物的分离，主要用两种型号的凝胶：葡聚糖-G型及葡聚糖-LH-20型。,三、黄酮类化合物的提取与分离,葡聚糖凝胶分离黄酮类化合物的机理是：分离游离黄酮时，主要靠吸附作用。凝胶对黄酮类化合物的吸附程度取决于游离酚羟基的数目。但分离黄酮甙时，则分子筛的属性起主导作用。在洗脱时，黄酮甙类大体上是按分子量由大到小的顺序流出柱体，葡聚糖凝胶柱层析中

16、常用的洗脱剂有：碱性水溶液（如0.1mol/L NH4OH）、含盐水溶液(0.5mol/L NaCl等)。醇及含水醇，如甲醇，甲醇-水（不同比例）、t-丁醇-甲醇(3:1)、乙醇等。其它溶剂：如含水丙酮、甲醇-氯仿等。,三、黄酮类化合物的提取与分离,（2）梯度pH萃取法 梯度pH萃取法适合于酸性强弱不同的黄酮甙元的分离。根据黄酮类甙元酚羟基数目及位置不同其酸性强弱也不同的性质，可以将混合物溶于有机溶剂（如乙醚）后，依次用5%NaHCO3、5%Na2CO3、0.2%NaOH及4%NaOH水溶液萃取，来达到分离目的。酸性：7，4-二OH 7-或4-OH 一般OH 5-OH（溶于）：5%NaHCO3

17、 5%Na2CO3 0.2%NaOH 4%NaOH液,三、黄酮类化合物的提取与分离,（3）根据分子中某些特定官能团进行分离 在黄酮类成分的混合物中，具有邻二酚羟基成分与无此结构的成分，可用铅盐法分离。有邻二酚羟基的成分可被醋酸铅沉淀，不具有邻二酚羟基的成分可被碱式醋酸铅沉淀，达到分离的目的。与黄酮类成分混存的其它杂质，如分子中有羧基（如树胶、粘液、果胶、有机酸、蛋白质、氨基酸等）或邻二酚羟基（如鞣质等）时，也可为醋酸铅沉淀达到去杂目的。,三、黄酮类化合物的提取与分离,具黄酮类化合物与铅盐生成的沉淀，滤集后按常法悬在浮在乙醇中，通入H2S进行复分解，滤除硫化铅沉淀，滤液中可得到黄酮类化合物。但初

18、生态的PbS沉淀具有较高的吸附性，因此现多不主张用H2S脱铅，而用硫酸盐或磷酸盐，或用阳离子交换树脂脱铅。有邻二酚羟基的黄酮可与硼酸络合，生成物易溶于水，借此也可与不具上述结构的黄酮类化合物相互分离。在实际工作中，常将上述柱层析法与各种经典方法相互配合应用，以达到较好的分离效果。,三、黄酮类化合物的提取与分离,1.黄酮类化合物在甲醇中的UV谱特征 溶剂：MeOH,四、黄酮类化合物的波谱,1.黄酮类化合物在甲醇中的UV谱特征,1、MeOH+NaOMe:带I 红移40-60nm2、NaOAc（熔融）:带I 红移40-65nm 强度下降,四、黄酮类化合物的波谱,1.黄酮类化合物在甲醇中的UV谱特征,

19、NaOAc（未熔融）:带红移5-20nm,四、黄酮类化合物的波谱,AlCl3/HCl 谱图AlCl3：无邻二酚羟基。AlCl3/HCl 谱图AlCl3：B环有邻二酚羟基：带I 紫移30-40nm,四、黄酮类化合物的波谱,AlCl3/HCl 谱图AlCl3：无邻二酚羟基。AlCl3/HCl 谱图AlCl3：A环和B环有邻二酚羟基：带I 紫移 50-65nm,四、黄酮类化合物的波谱,AlCl3/HCl 谱图MeOH：无3OH或5OHAlCl3/HCl 谱图MeOH：可能有3OH或5OH（1）带I 红移35-55nm,可能只有5OH（2）带I 红移60nm,可能只有3OH,四、黄酮类化合物的波谱,2

20、.黄酮类化合物1H-NMR谱(DMSO-d6)特征,5OH：12 ppm7OH：11 ppm3OH：10 ppm,四、黄酮类化合物的波谱,2.黄酮类化合物1H-NMR谱,A环上的芳氢：6H:5.7-6.9(d,J=2.5)8H:5.7-6.9(d,J=2.5),四、黄酮类化合物的波谱,2.黄酮类化合物1H-NMR谱 黄酮醇,A环上的芳氢：5-H：7.98.2（d,J=9.0）6-H：6.77.1（dd,J=9.0,2.5）8-H：6.77.0（d,J=2.5）,四、黄酮类化合物的波谱,2.黄酮类化合物1H-NMR谱二氢黄酮醇,A环上的芳氢：5-H：7.77.9（d,J=9.0）6-H：6.46

21、.5（dd,J=9.0,2.5）8-H：6.36.4（d,J=2.5）,四、黄酮类化合物的波谱,2.黄酮类化合物1H-NMR谱,B环上的芳氢（H-3,5 较为高场）：H-3,5：6.57.1（d,J8.5）H-2,6：6.57.9（d,J8.5）,四、黄酮类化合物的波谱,2.黄酮类化合物1H-NMR谱,B环上的芳氢：H-5：6.77.1（d,J8.5）H-2：7.27.9（d,J2.5）H-6：7.27.9（dd,J8.5,2.5）,四、黄酮类化合物的波谱,H-2（异黄酮）:7.67.8(1H,s);8.58.7(1H,s,DMSO-d6),2.黄酮类化合物1H-NMR谱,C环上的氢：,H-3

22、（黄酮）:6.3(1H,s),四、黄酮类化合物的波谱,2.黄酮类化合物1H-NMR谱,C环上的氢（二氢黄酮）：,H-2:5.22(1H,dd,J=11.5,5.0)H-3:2.80(1H,dd,J=17.0,11.5)(1H,dd,J=17.0,5.0),四、黄酮类化合物的波谱,2.黄酮类化合物1H-NMR谱,C环上的氢（二氢黄酮醇）：,化合物 H-2 H-3二氢黄酮醇 4.80-5.00 d(11.0)4.10-4.30 d(11.0)二氢黄酮醇3-O-糖苷 5.00-5.60 d(11.0)4.30-4.60 d(11.0),四、黄酮类化合物的波谱,2.黄酮类化合物1H-NMR谱,C环上的

23、氢（查耳酮）：,H-：6.50-6.70(1H,d,J=17.0)H-：7.30-7.70(1H,d,J=17.0),四、黄酮类化合物的波谱,2.黄酮类化合物1H-NMR谱,C环上的氢（橙酮）：,苄氢:6.50-6.70(1H,s)6.37-6.94(1H,s,DMSO-d6),四、黄酮类化合物的波谱,2.黄酮类化合物1H-NMR谱,化合物 糖上的H-1黄酮醇3-O-葡萄糖苷5.70-6.00黄酮醇7-O-葡萄糖苷 黄酮醇4-O-葡萄糖苷 黄酮醇5-O-葡萄糖苷 黄酮醇6及8-C-糖苷黄酮醇3-O-鼠李糖苷 二氢黄酮醇3-O-葡萄糖苷 二氢黄酮醇3-O-鼠李糖苷,糖上的氢,四、黄酮类化合物的波

24、谱,2.黄酮类化合物1H-NMR谱,苯环上其他取代基的氢：,取代基 甲基 2.04-2.45(3H,s)乙酰氧基 2.30-2.45(3H,s)甲氧基 3.45-4.10(3H,s),四、黄酮类化合物的波谱,3.黄酮类化合物13C-NMR谱,四、黄酮类化合物的波谱,3.黄酮类化合物13C-NMR谱,苷化位置 C-1(糖)7或5-O-葡萄糖苷104.37-O-鼠李糖苷 99.0,（1）糖上苷化位移和C-1信号苷化位移（酚性苷中）4.0+6.0（C-1）,四、黄酮类化合物的波谱,3.黄酮类化合物13C-NMR谱,苷元糖苷化后，直接与糖相连的C-1向高场位移，而邻、对位的C则向低场位移,（2）苷元的苷化位移,四、黄酮类化合物的波谱,4.黄酮类化合物MS谱,途径I：,途径II：,四、黄酮类化合物的波谱,5.黄酮类化合物碱熔降解,四、黄酮类化合物的波谱,提取分离示例1.某植物药材含有以下化合物,用分离流程示意图表示过程提取,分离。请判断各化合物在分离流程示意图中的位置(也就是将每个化合物的英文代号与分离流程示意图上的阿拉伯数字代号配对)。,2.某药材含有以下化合物,以图示过程提取、分离，请 判断各化合物在图中的位置。,分离流程示意图：,