第三章 苯丙素类 phenylpropanoids

Presentation on theme: "第三章 苯丙素类 phenylpropanoids"— Presentation transcript:

1 第三章 苯丙素类 phenylpropanoids
第一节 苯丙酸类 第二节 香豆素类 第三节 木脂素类

2 概述： 苯丙素是一类含有一个或几个C6-C3单位的天然成分。 包括：苯丙烯、苯丙醇、苯丙酸及其缩酯、香豆素、木脂素和木质素等。广义来讲黄酮也是苯丙素的衍生物。 生物合成途径为：桂皮酸途径

3 取代方式：在苯核上常有羟基和烷氧基取代，有时会有烷基取代。
生源：是由莽草酸（shikimicacid)通过芳香氨基酸（苯丙氨酸或酪氨酸）合成而来。

4

5 第一节 苯丙酸类 结构特点： C6-C3结构，具有酚羟基取代的芳香羧酸。
苯丙酸类化合物常与不同的醇、氨基酸、糖或有机酸等结合成酯存在，其中一些化合物还有较强的生理活性。

6 绿原酸（chlorogenicacid）:绿原酸是3-咖啡酰奎宁酸，存在于很多中药如茵陈、金银花中，是其抗菌、利胆的有效成分。
中华人民共和国药典一部（2000版）中收录的金银花，其含量测定方法是以绿原酸为对照品进行HPLC测定。同样，药典收录的复方制剂“双黄连口服液”是由金银花、黄芩和连翘组成的复方，其鉴别项中即以是否含的绿原酸作为鉴别金银花的依据。除此以外，常见含有苯丙酸成分的中药还有升麻(含阿魏酸等)、茵陈（含绿原酸）及川芎（含阿魏酸）.

7 苯丙素及其衍生物性质 具有一定的水溶性。 与酚酸、鞣质、黄酮苷混在一起，需色谱分离。 颜色反应（酚羟基性质）： 1%~2% FeCl3甲醇液
Pauly试剂：重氮化的磺胺酸 Gepfner试剂：1%亚硝酸钠溶液与同体积10%醋酸混合,喷雾后在空气中干燥,再用0.5mol/L苛性碱甲醇液处理． Millon试剂：在紫外线下，无色或具有蓝色荧光，用氨水处理后呈蓝色或绿色荧光．

8 第二节 香豆素类 概述 是顺邻羟基桂皮酸的内酯，基本骨架为苯骈α-吡喃酮，7-位常有羟基或醚基。

9 在植物体内，香豆素类化合物常常以游离状态或与糖结合成苷的形式存在，大多存在于植物的花、叶、茎和果中，通常以幼嫩的叶芽中含量较高。

10 部分香豆素在生物体内以邻羟基桂皮酸苷的形式存在，酶解后苷元邻羟基桂皮酸立即内酯化而成香豆素。
香豆素化合物常具有蓝紫色荧光。

11 香豆素的衍生过程：

12 只在苯环上有取代的香豆素类。取代基包括羟基、甲氧基、亚甲二氧基和异戊烯基等。
一、香豆素的结构类型 （一）简单香豆素类 只在苯环上有取代的香豆素类。取代基包括羟基、甲氧基、亚甲二氧基和异戊烯基等。 七叶内脂 七叶苷

13 伞形科植物欧前胡根状茎中的王草质(ostruthin)，6位含有两个异戊烯基的十碳链，该化合物具抗细菌和抗真菌作用。

14 苯环上的异戊烯基与邻位酚羟基环合成呋喃环 。 1.直线型 2.角型
（二）呋喃香豆素类 苯环上的异戊烯基与邻位酚羟基环合成呋喃环 。 1.直线型 角型 补骨脂内酯 白芷内酯

15 （三）吡喃香豆素类 1.直线型 花椒内酯

16 2.角型 C7,C8-吡喃骈香豆素 C6,C7-吡喃骈香豆素 白花前胡苷Ⅱ

17 （四）其它香豆素 α-吡喃环上有取代的一类香豆素。C3 C4上常有苯基、羟基、异戊烯基取代。 亮菌甲素 海棠果内酯

18 逆没食子酸

19 其中4,7-二羟基香豆素易发生互变异构形成2,7-二羟基色原酮。

20 二、香豆素的化学性质 （一）内酯性质和碱水解反应 顺式邻羟桂皮酸的盐 反式邻羟桂皮酸

21 香豆素如果和碱液长时间加热，水解产物顺邻羟桂皮酸衍生物则发生异构化，转变成反邻羟桂皮酸的盐，再经酸化也不再发生内酯化闭环反应。 香豆素内酯环发生碱水解的速度主要与C7位取代基的性质有关。其水解难易为 7-OH香豆素<7-OCH3香豆素<香豆素

22 如C8取代基的适当位置有羰基、双键、环氧等结构者，和水解新生成的酚羟基发生缔合、加成等作用，可阻碍内酯的恢复，保留顺式邻羟桂皮酸的结构。

23 苄基碳上酯基的碱水解反应

24 （二）酸的反应 1.环合反应 异戊烯基易与邻酚羟基环合 该反应可用来决定酚羟基和异戊烯基间的相互位置。 apigravin

25 2.醚键的开裂：烯醇醚，遇酸易水解 东莨菪内酯

26 3.双键加水反应 黄曲霉素B1 黄曲霉素B2a

27 （三）显色反应 （1）异羟肟酸铁反应---内酯的显色反应 碱性条件下，香豆素内酯开环，并与盐酸羟胺缩合成异羟肟酸，再在酸性条件下与三价铁离子络合成盐而显红色。

28 具酚羟基取代的香豆素类在水溶液中可与三氯化铁试剂络合而产生不同的颜色。 判断游离酚羟基的有无。
（2）酚羟基反应 具酚羟基取代的香豆素类在水溶液中可与三氯化铁试剂络合而产生不同的颜色。 判断游离酚羟基的有无。

29 若酚羟基的对位未被取代，或6-位上没有取代，其内酯环碱化开环后，可与Gibb’s试剂、Emerson试剂反应。机制如下：

30 （3） Gibb’s反应：符合以上条件的香豆素乙醇溶液在弱碱条件下，2,6-二氯(溴）醌氯亚胺试剂与酚羟基对位活泼氢缩合成蓝色化合物。

31 （4）Emerson反应：符合以上条件的香豆素的碱性溶液中，加入2%的4-氨基安替比林和8%的铁氰化钾试剂与酚羟基对位活泼氢缩合成红色化合物。

32 （5） Labat反应 用于鉴定：亚甲二氧基 5%没食子酸溶液+浓H2SO4，呈绿色（+）

33 三、香豆素的物理性质： 1.性状： 游离的香豆素多有完好的结晶形状，有一定的熔点，大多有香味。分子量小的有挥发性，能随水蒸汽蒸出，具升华性。 香豆素苷无挥发性，也不能升华。

34 2.溶解性： 游离香豆素---不溶于冷水，溶于沸水，易溶于甲醇、乙醇、氯仿、乙醚等有机溶剂。 香豆素苷---溶于水、甲醇、乙醇，难溶于氯仿、乙醚。 根据香豆素的溶解性，在提取分离时可采用系统溶剂法。

35 3.荧光性质： 物质受到光照射时，除吸收某种波长的光之外还会发射出比原来吸收波长更长的光；当激发光停止照射后，这种光线也随之消失，这种光称为荧光。

36 香豆素母体本身即无取代的香豆素并无荧光，而-OH香豆素在紫外光下大多显出兰色荧光，在碱液中荧光增强。香豆素荧光的有无，与分子中取代基的种类和位置有一定关系。

37 四、香豆素的提取方法 系统溶剂法： 一般可用甲醇或乙醇从植物中提取，然后用石油醚、苯、乙醚、乙酸乙酯、丙酮和甲醇依次提取浸膏，分成极性不同的部位。

38 残渣 石油醚液 浓缩液 残渣 乙醚液 粗晶 乙醇液 单体（亲脂性较弱香豆素） 结晶（可能是混和物） 香豆素苷类 单体（亲脂性香豆素）
药材粗粉 甲醇或乙醇提取 提取液 回收溶剂 浸膏 石油醚回流提取 石油醚液 残渣 乙醚回流提取 回收至小体积 浓缩液 乙醚液 残渣 放置、析晶 回收分离 乙醇提取 粗晶 单体（亲脂性较弱香豆素） 乙醇液 冷石油醚洗 结晶（可能是混和物） 回收分离 香豆素苷类 进一步分离 单体（亲脂性香豆素）

39 五、香豆素的分离方法 （一）真空升华或蒸馏法： 橘子油 某些小分子的香豆素类具挥发性可用蒸馏 法与不挥发性成分分离，常用于纯化过程。
例如：橘子油橙皮油素的分离 橘子油 残油 馏出物 加热溶于乙醇 乙醇液 放置 粗品 结晶（橙皮油素） 以乙醇、乙醚或石油醚 重结晶

40 （二）酸碱分离法 方法应用的原理： 1.具酚羟基的香豆素类溶于碱液加酸后可析出。
2.香豆素的内酯环性质，在碱液中皂化成盐而加酸后恢复成内酯析出。

41 注意以下几点： 1.碱液水解开环时，要注意碱液的浓度和加热时间，否则将引起降解反应而使香豆素破坏，或者使香豆素开环而不能合环。 2.对酸碱敏感的香豆素用此法可能得到次生产物。

42 乙醚萃取液 NaHCO3水溶液萃取 碱水层 （酸性成分） 乙醚层 稀冷的NaOH进行萃取 碱水层（酚性成分包括酚性香豆素） 乙醚层 回收乙醚并用NaOH水或醇溶液进行水解

43 水解后得到的溶液 乙醚萃取 碱溶液 乙醚层 （不水解的中性成分） 酸中和乙醚萃取 乙醚层（香豆素内酯成分） 水溶液

44 （三）色谱方法 色谱方法能够使结构相似的香豆素得到分离。 香豆素一般用硅胶吸附层析、氧化铝层析和聚酰胺层析。
常用吸附剂：硅胶、中性或酸性氧化铝等。 碱性氧化铝可能使香豆素发生降解，故很少使用。对酚性香豆素易产生强吸附。 洗脱剂可用环己烷-乙醚、环己烷-乙酸乙酯和石油醚-乙酸乙酯的混合溶剂。

45 四、香豆素的波谱学特性 （一）荧光性质 香豆素在可见光下为无色或浅黄色结晶，在紫外光下显蓝色荧光，C7位导入羟基后荧光增强，羟基醚化后或导入非羟基取代基可减弱荧光。 7-羟基香豆素加碱可使荧光转为绿色，一般香豆素遇碱荧光都增强。7-羟基香豆素在C8位导入羟基，荧光消失。呋喃香豆素荧光较弱，多烷氧基取代呈黄绿色或褐色荧光。

46 （二）紫外光谱 无含氧官能团取代的香豆素，在274nm（苯环）和311nm （α-吡喃酮环）处有吸收。 7-位如有羟基、甲氧基或β-D葡萄糖取代，则在217nm，315~330nm处有强吸收峰，而在240，255nm处出现弱峰。5，7-及7，8-二氧取代香豆素UV与7-氧取代相似。

47 此外，加入诊断试剂（如乙酸钠），也可改变紫外吸收峰位。
如有邻二酚羟基，加入三氯化铝可使最大吸收红移。

48 （三）红外光谱 α-吡喃酮羰基 —1750~1700cm-1 羰基如与取代基形成分子内氢键 —1680~1660cm-1 芳环双键 — 1645~1625cm-1 呋喃环双键 — 1639~1613cm-1

49 （四）核磁共振谱 1.H-1 –NMR 受内酯羰基吸电子共轭效应的影响

50 H-3,d,δ6.1~6.4 J=9.5Hz H-4,d,δ7.5~8.3 J=9.5Hz C-7有氧取代，C ppm

51 C-5有基团取代，H-4 -0.3 ppm，在δ7.9-8.2之间

52 呋喃香豆素如果呋喃环上没有取代 H-2’,H-2’’ δ7.34-7.80 线型H-3’δ6.7，角型H-3’’δ7.0

53 2. 13C –NMR 有OR取代 直接相连的碳 +30ppm 邻碳 –13ppm 对碳 –8ppm

54 （五）质谱 主要特点： 1.分子离子峰较强 2.基峰是失去CO的苯骈呋喃离子 3.异戊烯基取代，可失去甲基形成高度共轭的分子，或经历β-开裂。

55 五、香豆素的生物活性 （一）植物生长调节作用 （二）光敏作用 （三）抗菌、抗病毒作用 （四）平滑肌松弛作用 （五）抗凝血作用 （六）肝毒性

56 第三节 木脂素类 自学内容： 木脂素的结构类型 木脂素的理化性质 木脂素的提取分离 木脂素的结构鉴定

57 概述 木脂素（lignan）是一类由苯丙素类氧化聚合而成的天然产物，通常指其二聚物。多数呈游离状态，少数与糖结合成苷而存在于植物的木部和树脂中，故而得名。木脂素类分布较广，目前已有200多种化合物，近年来还发现有三聚物和四聚物。有关木脂素的研究近10年来引起广泛的注意，这是由于木脂素类具有多种生物活性，如抗癌、抗病毒、抑制生物体内的酶活力、保肝、降低应激反应和对中枢神经系统的作用等等。

58 1940年前发现的，其碳架都是由侧链-碳原子（8-8’）连接而成 的，如教材P121 1型和2型。之后陆续发现许多其它位置连接的类型，如4～15型。故木脂素的定义已不限于-碳原子相连接的了。其中还包括由O原子连接的如10型和15型。

59 （8-8’） （3-3’）

60 组成木脂素的单位有四种： 1.桂皮酸（cinnamic acid） 偶为桂皮醛（cinnamaldehyde） 2.桂皮醇（cinnamyl alcohol） 3.丙烯苯（propenyl benzene） 4.烯丙苯（allyl benzene）

61 木脂素可分为二类： 1.木脂素 2.新木脂素 由于新型结构的木脂素相继被发现，因而又将木脂素分为木脂素类（lignans）和新木脂素（neolignans）。按照传统的分类定义，凡是由C6-C3 单元侧链上-碳原子相互连接生成的木脂素称为木脂素类，而由其它位置连接生成的木脂素称为新木脂素类。近年的分类定义是将由γ-碳原子氧化型苯丙素生成的木脂素称为木脂素类（由桂皮酸或桂皮醛、桂皮醇二种单体组成）；而由γ-碳原子非氧化型苯丙素生成的木脂素称为新木脂素类（由丙烯苯、烯丙苯二种单体组成）。 蒺藜ji(二声)li（二声）

62 前一类由酸和/或醇组成的衍生物广泛存在于植物中。后一类由丙烯基和/或烯丙基苯组成的衍生物只存在于少数科属。如樟科、木兰科、蒺藜科等。说明二类木脂素有独立的生物合成过程。

63 木脂素的一些新类型： 苯丙素低聚体——三聚体、四聚体等； 三聚体称为倍半木脂素（sesquilignan）
四聚体称为二木脂素（dilignan） 杂木脂素（hybrid lignan）——由一分子苯丙素与黄酮、香豆素或萜类等结合而成，根据结合分子的不同而命名，如黄酮木脂素（flavonolignan）、香豆素木脂素（coumarinilignan）等。 去甲木脂素(norlignan)——这类木脂素的基本母核只有16~17个碳原子。比一般的木脂素少1~2个碳。

64 木脂素的碳架已如教材P121所列。两个苯环上常有
含氧取代基，氧代情况可以归纳为十一类： 1. 对羟苯基（4-hydroxy-benzyl-） 2. 对甲氧基苯基（anisyl-） ,4-二羟苯基（catechyl-） ,4-亚甲二氧基苯基（piperonyl-） 甲氧基-4-羟基苯基（guaiacyl-） ,4-二甲氧基苯基（veratryl-）

65 ,4-二羟苯基（resorcinyl-） 羟-2-甲氧基苯基（2-O-methyl-resorcinyl-) ,4,5-三甲氧基苯基（Tri-O-methyl-pyrogally-） 甲氧基-4,5-亚甲二氧基苯基 (4,5,O,O-methylenylpyrogallyl-) 羟-3，5-二甲氧基苯基（sinapyl-或 syringyl-）

66 木脂素的命名： 1.大多采用俗名 2.系统命名 C8构型 含氧官能团的位置、名称 双分子连接的桥头碳编号

67 一、结构类型 （一）二芳基丁烷类（dibenzylbutanes） （二）二芳基丁内酯类（dibenzyltyrolactones）
（三）芳基萘类（arylnaphthalenes） （四）四氢呋喃类（tetrahydrofurans） （五）双四氢呋喃类（furofurans） （六）联苯环辛烯类（dibenzocyclooctenes）

68 （七）苯骈呋喃类（benzofurans）
（八）双环辛烷类（bicyclo[3,2,1]octanes） （九）苯骈二氧六环类 （十）螺二烯酮类（spirodienones） （十一）联苯类（biphenylenes） （十二）倍半木脂素（sesquilignans）和二木脂素 （dilignans）

69 （一）二芳基丁烷类 是其它类型木脂素的生源前体。

70 （二）二芳基丁内酯类 这是木脂素侧链形成内酯结构的基本类型，还包括单去氢和双去氢化合物。它们是生物体内芳基萘内酯类木脂素的合成前体。 

71 （三）芳基萘类 有芳基萘、芳基二氢萘和芳基四氢萘（aryltetralins）三种结构。

72 （四）四氢呋喃类 因氧原子连接位置的不同，可形成7-O-7’、7-O-9’和9-O-9’三种四氢呋喃结构。

73 （五）双四氢呋喃类 由两个取代四氢呋喃单元形成四氢呋喃骈四氢呋喃结构。

74 （六）联苯环辛烯类  这类木脂素的结构中既有联苯的结构，又具有联苯与侧链环合成的八元环状结构，由于其组成单体苯丙素的侧链γ-碳原子是未氧化型的，也有将其视为新木脂素的。

75 （七）苯骈呋喃类 包括苯骈呋喃及其二氢、四氢和六氢衍生物。

76 （八）双环辛烷类

77 （九）苯骈二氧六环类 两分子苯丙素通过氧桥连接，形成二氧六环结构。

78 （十）螺二烯酮类

79 （十一）联苯类 两分子苯丙素的两个苯环3-3’直接相连。

80 （十二）倍半木脂素和二木脂素 分别由3分子和4分子苯丙素聚合而成。

81 二、木脂素的理化性质 性状： 多数常见的木脂素化合物是无色结晶（新木脂素不易结晶），一般没有挥发性，不能随水蒸气蒸馏，只有少数木脂素在常压下能因加热而升华，如去甲二氢愈创木酸。木脂素多数呈游离型，游离的木脂素偏亲脂性，一般难溶于水，易溶于苯、乙醚、氯仿及乙醇等有机溶剂，具有酚羟基的木脂素类还可溶于碱性水溶液中。木脂素与糖结合成苷时则亲水性增加，对水的溶解性也增大，并易被酶或酸水解。 分子量小的香豆素有挥发性，能随水蒸气蒸出，并能升华。

82 形态： 多呈无色晶形，新木脂素不易结晶 溶解性：游离——亲脂性，难溶水，溶苯、氯仿等 成苷——水溶性增大 挥发性：多数不挥发，少数有升华性质

83 d-芝麻脂素（d-sesamin）——系从麻油的非皂化物中获得，右旋体；
旋光性：大多有光学活性，遇酸易异构化。 如：芝麻脂素为双四氢呋喃类木脂素，2个四氢呋喃环顺式骈环，有2个手性碳，故有4个异构体。 d-芝麻脂素（d-sesamin）——系从麻油的非皂化物中获得，右旋体； d-表芝麻脂素（d-episesamin）——上者在盐酸乙醇液中加热转化而来。即细辛脂素。

84

85 l-表芝麻脂素——从细辛根中得到，左旋体；

86 这是由于呋喃环上的氧原子与苄基相连，易于开环，重复闭环时发生构型变化。
矿酸不仅能使木脂素构型发生变化，改变旋光性质，影响其生物活性，而且还能引起某些木脂素发生碳架重排。光照也能使木脂素起氧化环合等反应而发生碳架变化。 所以，从化学结构类型来看，木脂素并非一类成分，因此，它们没有共同的特征反应，但有一些非特征性的试剂可用于薄层色谱显色，如：5%磷钼酸乙醇液、30%硫酸乙醇液等。——通用显色剂 各类木脂素可显示不同颜色。

87 功能团反应： 木脂素分子常有醇羟基、酚羟基、甲氧基、亚甲二氧基、羧基及内酯等基团，因而也具有这些功能团的性质和反应，如三氯化铁试剂或重氮化试剂可用于酚羟基的检查，Labat试剂或Ecgrine 试剂（变色酸浓硫酸试剂）用于亚甲二氧基的检出等等。

88 三、木脂素的结构鉴定 （一）化学反应 1.水解反应 2.氧化反应 （1）臭氧化 （2）费米盐氧化 （3）高锰酸钾氧化 （4）脱亚甲基反应

89 （二）波谱分析 1.紫外光谱 2.红外光谱 3.核磁共振谱 4.旋光色谱和圆二色谱

90 （一）化学反应 可根据化合物的结构特征，选择有反应特征的化学反应进行结构鉴定。 1.水解反应
适用于成酯和成苷的木脂素。控制水解条件，可进行选择性水解。如：

91 2．氧化反应 控制氧化反应条件，可以得到对鉴定结构有价值的化合物。主要反应如下： （1）臭氧化 如：对五味子甲素的臭氧化反应：

92 （2）费米盐氧化 费米盐（亚硝基亚硫酸钾）能将对位有氢原子的酚羟基氧化成对醌，以确证酚羟基的位置。如：

93 （3）高锰酸钾氧化 可将联苯环辛烯类木脂素的母核氧化生成联苯二酸。如：五味子醇甲

94 （4）脱亚甲基反应 具有亚甲二氧基结构的木脂素类，当与间苯三酚、硫酸和醋酸共同加热时，可脱去亚甲基而生成2个羟基。如：

95 （二）波谱分析 1.紫外光谱 多数木脂素的两个取代芳环是两个孤立的发色团，其紫外吸收峰位置相似，吸收强度也具有加和性。此外，立体构型对紫外光谱一般无影响，但在某些类型的木脂素中，紫外光谱亦可提供重要的结构信息。 2. 红外光谱 木脂素结构中常有羟基、甲氧基、亚甲二氧基、芳环及内酯环等基团，在IR光谱中均可呈现其特征吸收峰。

96 3.核磁共振谱 木脂素的结构类型较多，其NMR光谱特征常因结构而异。下面仅就木脂素中几个类型化合物的1H-NMR和13C-NMR光谱规律作一简要介绍。

97 五、生物活性 （一）抗肿瘤作用 （二）肝保护和抗氧化作用 （三）对中枢神经系统的作用 （四）血小板活化因子拮抗活性 （五）抗病毒作用
（六）平滑骨解痉作用 （七）毒鱼作用 （八）其它作用 木脂素的多样性的生物活性是引人入胜的，例如抗肿瘤、抗病毒和抑制某些酶的作用等。近年来又发现在人类和灵长目动物的尿中存在有木脂素。 杀虫作用：