Chemistry of Natural Products

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1 Chemistry of Natural Products
第四章 苯 丙 素 （Phenylpropanoids ）

2 [基本内容] 香豆素类： 香豆素类化合物的基本母核、常见的取代图式及四种基本 骨架的结构特点。
香豆素的化学性质，如内酯性质、吡喃酮环的碱裂解、双 键性质、氧化及热解等反应。 香豆素类化合物的荧光性质及波谱特征以及应用。 香豆素类化合物的提取分离方法及主要的生理活性。 木脂素类： 结构分类和结构鉴定方法。

3 [基本要求] 掌握香豆素类化合物的结构、性质、1H-NMR 特征。 熟悉木脂素类化合物分类和结构鉴定方法。 了解苯丙素类化合物提取分离方法。

4 本 章 内 容 概述 第一节 苯丙酸类 第二节 香豆素类 第三节 木脂素类 

5 一类含有一个或几个C6-C3单位的天然成分。
1 概 述 定义： 一类含有一个或几个C6-C3单位的天然成分。 主要包括： —— 苯丙烯、苯丙醇、苯丙酸及其缩酯、香豆素、木脂素、黄酮、木质素等。 苯丙素类化合物生物合成途径如下：

6 概 述

7 概 述

8 本 章 内 容 概述 第一节 苯丙酸类 第二节 香豆素类 第三节 木脂素类 

9 第一节 苯丙酸类 基本结构——酚羟基取代的芳香羧酸。 多具有C6-C3结构的苯丙酸类。 常见的苯丙酸类：

10 富含苯丙酸类化合物的中草药 茵陈 苎麻 金银花 菜蓟 马尾树 过山蕨

11 丹参素甲 丹参（Salvia miltiorrhiza） 丹参素丙 丹参素乙

12 本 章 内 容 概述 第一节 苯丙酸类 第二节 香豆素类 第三节 木脂素类 

13 黄香草木犀（Melilotus officinalis）
豆科，草木犀属；又名零陵香豆（tonka bean） Coumarou Coumarin

14 一、香豆素的基本母核 香豆素（香豆精）是具有苯并-吡喃酮母核的一类化合物 的总称。环上常有-OH、OCH3、异戊烯基等取代基。
第二节 香豆素类 一、香豆素的基本母核 香豆素（香豆精）是具有苯并-吡喃酮母核的一类化合物 的总称。环上常有-OH、OCH3、异戊烯基等取代基。 由于绝大多数香豆素在C7位都有含氧官能团存在，故7-羟香豆素可以认为是香豆素类成分的母体。 香豆素的生物合成途径：桂皮酸-莽草酸途径

15 （二）呋喃香豆素类(furocoumarins) (线型和角型) （三）吡喃香豆素类(pyranocoumarins)
第二节 香豆素类 二、香豆素的分类 （一） 简单香豆素类 （二）呋喃香豆素类(furocoumarins) (线型和角型) （三）吡喃香豆素类(pyranocoumarins) （四）其它香豆素类

16 ㈡ 呋喃香豆素类(furocoumarins)
第二节 香豆素类 ㈠ 简单香豆素类 ㈡ 呋喃香豆素类(furocoumarins) 香豆素核上的异戊烯基常与邻位酚羟基（7-羟基）环合成呋喃或吡喃环，前者称为呋喃香豆素。 呋喃香豆素类成分生物合成途径：

17 第二节 香豆素类

18 ㈢ 吡喃香豆素类(pyranocoumarins)
第二节 香豆素类 ㈢ 吡喃香豆素类(pyranocoumarins) 香豆素C-6或C-8异戊烯基与邻酚羟基环合而成2,2-二甲基-α-吡喃环结构，形成吡喃香豆素。这一类天然产物并不多见。 吡喃香豆素类成分的生物合成途径：

19 第二节 香豆素类

20 第二节 香豆素类 少数为5,6-吡喃骈香豆素，如：

21 指α-吡喃酮环上有取代基的香豆素类。还包括二聚体和三聚体。C3、C4上常有取代基：苯基、羟基、异戊烯基等。
第二节 香豆素类 ㈣ 其它香豆素类 指α-吡喃酮环上有取代基的香豆素类。还包括二聚体和三聚体。C3、C4上常有取代基：苯基、羟基、异戊烯基等。

22 三、香豆素的理化性质 ㈠性状 游离状态—— 结晶形固体，有一定熔点； 大多具有香气；具有升华性质 分子量小的有挥发性（可随水蒸气蒸出）
第二节 香豆素类 三、香豆素的理化性质 ㈠性状 游离状态—— 结晶形固体，有一定熔点； 大多具有香气；具有升华性质 分子量小的有挥发性（可随水蒸气蒸出） UV下显蓝色荧光 成苷——大多无香味、无挥发性、不能升华。

23 可溶MeOH、EtOH、CHCl3和乙醚等溶剂。 因含Ar-OH故可溶于碱水中。 成苷——
第二节 香豆素类 ㈡溶解性 游离—— 能溶于沸 H2O，不溶或难溶冷 H2O， 可溶MeOH、EtOH、CHCl3和乙醚等溶剂。 因含Ar-OH故可溶于碱水中。 成苷—— 溶于H2O、OH-/H2O、MeOH、EtOH等。 难溶极性小的有机溶剂。

24 第二节 香豆素类 ㈢碱水解反应（内酯性质）

25 第二节 香豆素类 ㈢ 碱水解反应（内酯性质） 1.特殊结构的香豆素 如C8位取代基的适当位置上有>C=O、>C=C<、环氧等结构者，可与水解新生成的酚羟基起缔合、加成等作用，可阻碍内酯的恢复。 例：

26 第二节 香豆素类 由于碱的浓度不同，其反应产物也不同：

27 ㈢碱水解反应（内酯性质） 2. 醚化 第二节 香豆素类 碱水解反应的易→难
原因：7-OCH3的供电子共轭效应使羰基C难以接受OH-的亲核反应，7-OH在碱液中成盐。

28 第二节 香豆素类 ㈢碱水解反应（内酯性质） 3.苄基碳上的酯基碱水解反应

29 第二节 香豆素类 3.苄基碳上的酯基碱水解反应

30 形成环的大小决定于中间体阳碳离子的稳定性
第二节 香豆素类 （四）酸的反应 1.环合反应： 指异戊烯基双键开裂并与邻酚羟基环合。 形成环的大小决定于中间体阳碳离子的稳定性

31 叔阳碳离子 > 仲阳碳离子 > 伯阳碳离子
第二节 香豆素类 （四）酸的反应 1. 环合反应： 中间体阳碳离子的稳定性 叔阳碳离子 > 仲阳碳离子 > 伯阳碳离子 稳定 不稳定 如obliquetin在HBr的处理下，中间体可生成仲和伯阳碳离子，由于稳定性仲大于伯，因而，生成产物为二氢呋喃香豆素。反应如下：

32 环合试验可以决定酚羟基和异戊烯基间的相互位置 注意：不宜使用浓酸，否则会发生重排反应。
第二节 香豆素类 （四）酸的反应 1.环合反应： 应用： 环合试验可以决定酚羟基和异戊烯基间的相互位置 注意：不宜使用浓酸，否则会发生重排反应。

33 第二节 香豆素类 （四）酸的反应 2. 醚键开裂： 如：东茛菪内酯的烯醇醚

34 第二节 香豆素类 （四）酸的反应 3.双键加水反应 如：黄曲霉素

35 第二节 香豆素类 （五）C3、C4双键性质和加成反应 在控制条件下氢化的先后次序为

36 第二节 香豆素类 （六）呈色反应 1.异羟肟酸铁反应（识别内酯）

37 Emerson——氨基安替匹林和铁氰化钾 条件： 有游离酚羟基，且其对位无取代者——呈阳性
第二节 香豆素类 （六）呈色反应 2. Gibb’s反应和Emerson反应 试剂： Gibb’s——2,6-二氯(溴)苯醌氯亚胺 Emerson——氨基安替匹林和铁氰化钾 条件： 有游离酚羟基，且其对位无取代者——呈阳性

38 第二节 香豆素类 （六）呈色反应 2. Gibb’s反应和Emerson反应 Gibb’s反应：

39 第二节 香豆素类 四、香豆素类化合物的提取分离 (一）提取

40 提取后可直接利用化合物的溶解性质进行分离 如： 香豆素在石油醚中溶解度不大，浓缩时即可析出 结晶。 1.酸碱分离法
第二节 香豆素类 (二）分离 提取后可直接利用化合物的溶解性质进行分离 如： 香豆素在石油醚中溶解度不大，浓缩时即可析出 结晶。 1.酸碱分离法 依据——内酯遇碱能皂化，加酸能恢复的性质。

41 第二节 香豆素类

42 第二节 香豆素类 (二）分离 2.色谱方法 吸附剂——硅胶、中性氧化铝 洗脱剂——已烷和乙醚、已烷和乙酸乙酯等 显 色——可观察荧光

43 五、香豆素类化合物的结构鉴定 （一）核磁法鉴定香豆素结构的意义
第二节 香豆素类 五、香豆素类化合物的结构鉴定 （一）核磁法鉴定香豆素结构的意义 结构新颖的香豆素化合物不仅为创制新药提供了先导化合物，还为设计药效高、毒性低的理想药物提供了独特的化学结构,而核磁谱提供的信息是化合物结构鉴别的主要依据。

44 （二）香豆素1HNMR的谱学特征 1. 香豆素母核的1HNMR谱特征 H-3, 6, 8的信号在较高场；δ值较小；
第二节 香豆素类 （二）香豆素1HNMR的谱学特征 1. 香豆素母核的1HNMR谱特征 H-3, 6, 8的信号在较高场；δ值较小； H-4, 5, 7的信号在较低场；δ值较大。 一般δ： H-3: H-4：7.8－8.1 J=9.5Hz

45 原因：C2=O与C3=C4形成π－π共轭，导致电子云 分布规律如下图所示： δ－：电子云密度增高， δ＋：电子云密度降低。
第二节 香豆素类 （二）香豆素1HNMR的谱学特征 1. 香豆素母核的1HNMR谱特征 原因：C2=O与C3=C4形成π－π共轭，导致电子云 分布规律如下图所示： δ－：电子云密度增高， δ＋：电子云密度降低。

46 原因： OH与苯环的n－π共轭，邻、对位化学位移
第二节 香豆素类 （二）香豆素1H-NMR的谱学特征 2. 7-OH香豆素的1HNMR谱特征： B A H-3, 6, 8的信号在较高场；δ值较小，H-3:－0.17 H-4, 5的信号在较低场；δ值较大 原因： OH与苯环的n－π共轭，邻、对位化学位移

47 B环的H-5，6,8构成ABX或AMX偶合系统，H-6与5为邻偶，与8为间偶。
第二节 香豆素类 2. 7-OH香豆素的1H-NMR谱特征： B环的H-5，6,8构成ABX或AMX偶合系统，H-6与5为邻偶，与8为间偶。 H－5， δ： J=9Hz H－6，8；δ：6.87 问题： AMX偶合系统的3个质子信号，理论上，峰形有什么特征？

48 H-2′7.3-7.8 (d, J=2.3Hz) ；H-3′6.7 (d, J=2.3Hz)
第二节 香豆素类 3. 呋喃香豆素的1H-NMR谱特征： H-2′ (d, J=2.3Hz) ；H-3′6.7 (d, J=2.3Hz) 原因：呋喃环上的氧与C2′=C3′形成n－π共轭， C2′的电子云密度 ，而C3′。

49 4. 区别二氢呋喃香豆素和二氢吡喃香豆素 1 2 区分点： a：1,2的－OH乙酰化后，其CH的质子信号向低场位移，
第二节 香豆素类 4. 区别二氢呋喃香豆素和二氢吡喃香豆素 区分点： a：1,2的－OH乙酰化后，其CH的质子信号向低场位移， 1中H-2′：＋0.25；2中H-3′:＋1.20 b：在DMSO中测定，1中的－OH为s峰，2中的－OH为d峰 参考书目：Robert D H et al. New York: John Wiley& Sons LTD. The Natural Courmarins, Occurrence,Chemistry and Biochemistry （1982）

50 5. 二氢吡喃型香豆素相对构型的判定(经验规律) 5 ′,6 ′－ CH3的d差值:
第二节 香豆素类 5. 二氢吡喃型香豆素相对构型的判定(经验规律) 5 ′,6 ′－ CH3的d差值: D d < 0.08, 3′, 4′－OH 顺式; D d > 0.08 , 3′,4′－OH 反式.

51 6. 环上的取代基： B A 第二节 香豆素类 d （Me)2 =CH- CH2-O- -CH2-Ø A 1.6-1.9 (3H,s ×2)
有远程偶合 (1H,br t,J=7) (2H,d,J=7) =CH2 B -1.5(6H,s) -5.1 (2H,m) -6.25 (1H,dd,J=18, 10) B A

52 5J4, 8 = 0.6-1.0 Hz 5J4, 8=0.6-1.0 Hz 7. 偶合常数与远程偶合 J 3, 4=9.5 Hz
第二节 香豆素类 7. 偶合常数与远程偶合 J 3, 4=9.5 Hz J 5, 6 =8.5 Hz（9.0 Hz） J 6, 8 =2.0 Hz 5J4, 8 = Hz J 2′, 3′ = 2.3 Hz 5J3’,8= Hz 5J4, 8= Hz

53 （二）香豆素13C-NMR的谱学特征 1. 简单香豆素： 碳周围电子云密度分布与氢谱规律相同 C2 C3 C4 C4a C5 C6 C7
第二节 香豆素类 （二）香豆素13C-NMR的谱学特征 1. 简单香豆素： 碳周围电子云密度分布与氢谱规律相同 C2 C3 C4 C4a C5 C6 C7 C8 C8a 160.4 116.4 143.6 118.8 128.1 124.4 131.8 153.9

54 2. 7-OH香豆素： 受羰基、OH影响: C6 ,C8,C4a信号处于高场 C5 ,C7,C8a信号处于低场. C2 C3 C4 C4a
第二节 香豆素类 2. 7-OH香豆素： 受羰基、OH影响: C6 ,C8,C4a信号处于高场 C5 ,C7,C8a信号处于低场. C2 C3 C4 C4a C5 C6 C7 C8 C8a 160.7 111.5 144.3 129.6 113.4 161.6 102.8 155.7

55 香豆素母核上的碳信号化学位移与7-OH香豆素大同小异 电子云密度与氢谱相同 d：C2′147.0, C3′106.6 C6 125+12
第二节 香豆素类 3. 呋喃香豆素： 香豆素母核上的碳信号化学位移与7-OH香豆素大同小异 电子云密度与氢谱相同 d：C2′147.0, C3′106.6 C C2 C3 C4 C4a C5 C6 C7 C8 C8a 161.2 114.7 144.2 115.6 120.0 125.0 156.6 99.8 152.2

56 香豆素母核上的碳信号化学位移与7-OH香豆素大同小异 d：C2′77.2 C3′130.4 C4 ′113.1
第二节 香豆素类 4. 吡喃香豆素： 香豆素母核上的碳信号化学位移与7-OH香豆素大同小异 d：C2′77.2 C3′130.4 C4 ′113.1 C2 C3 C4 C4a C5 C6 C7 C8 C8a 160.4 112.2 143.5 127.5 114.6 155.9 108.8 149.8

57 简单香豆素母体香豆素分子离子峰强，易产生一系列失CO碎片离子
第二节 香豆素类 (三) 香豆素的MS规律 简单香豆素母体香豆素分子离子峰强，易产生一系列失CO碎片离子 146(76%) 118(100%) 90(43%)

58 第二节 香豆素类 具有异戊烯基侧链 229(100%) (78%) (60%)

59 第二节 香豆素类 (四)核磁法鉴定香豆素结构的应用 练习: 化合物A为无色结晶，mp82-83°C，紫外光下呈兰色荧光；异羟肟酸铁反应阳性。元素分析示分子式为C15H16O3。UV max （MeOH）nm：321, 257。IR  max（KBr）cm-1：1720, 1605, 1560。1H-NMR(CDCl3) : 1.66(3H, s), 1.81(3H, s), 3.52(2H, d, J =7.2Hz), 3.92 (3H, s), 5.22(1H, t, J = 7.2Hz), 6.20(1H, d, J = 9.0Hz), 6.81(1H, d, J =8.0 Hz), 7.27(1H, d, J = 8.0Hz),7.59(1H, d, J = 9.0Hz). MS(m/z): 244(M+, 基峰), 229, 213, 211, 201, 189, 186, 159, 131. 回答: (1)计算不饱和度; (2)推导出完整的结构式; (3)将氢信号进行归属.

60 第二节 香豆素类 答案: 1:  =IV-I/2+III/2+1 = 8 2: 3:

61 本 章 内 容 概述 第一节 苯丙酸类 第二节 香豆素类 第三节 木脂素类 

62 第三节 木脂素类 一、定义： 木脂素（Lignans） :是一类由苯丙素双分子氧化聚合而成的天然成分，即由二分子C6-C3单位氧化缩合而成的化合物。少数为三聚物和四聚物。 木质素（Lignin）: 是一类由几十个C6-C3单位聚合而成的高分子化合物。

63 两分子苯丙素以侧链中碳原子（8-8’）连结而成的化合物——木脂素。
第三节 木脂素类 (一)木脂素的定义及分类： 早期木脂素的定义： 两分子苯丙素以侧链中碳原子（8-8’）连结而成的化合物——木脂素。 非碳原子相连（如3-3’、8-3’）——新木脂素。

64 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——由一分子苯丙素与黄酮、香豆素
第三节 木脂素类 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——由一分子苯丙素与黄酮、香豆素 等结合而成； 黄酮木脂素（flavonolignan） 去甲木脂素(norlignan):母核只有16~17个碳原子。

65 偶为桂皮醛（cinnamaldehyde） 桂皮醇（cinnamyl alcohol） 丙烯苯（propenyl benzene）
第三节 木脂素类 组成木脂素的单位有四种： 桂皮酸（cinnamic acid） 偶为桂皮醛（cinnamaldehyde） 桂皮醇（cinnamyl alcohol） 丙烯苯（propenyl benzene） 烯丙苯（allyl benzene）

66 第三节 木脂素类 木脂素的命名： 大多采用俗名 系统命名 罗汉松脂素 C-8构型 含氧官能团位置 名称 双分子连接的桥头碳编号

67 1. 二芳基丁烷类（dibenzylbutanes）
第三节 木脂素类 常见类型如下： 1. 二芳基丁烷类（dibenzylbutanes）

68 2. 二芳基丁内酯类（dibenzyltyrolactones）
第三节 木脂素类 2. 二芳基丁内酯类（dibenzyltyrolactones）

69 3. 芳基萘类（arylnaphthalenes）
第三节 木脂素类 3. 芳基萘类（arylnaphthalenes）

70 4. 四氢呋喃类（tetrahydrofurans）
第三节 木脂素类 4. 四氢呋喃类（tetrahydrofurans）

71 6. 联苯环辛烯类（dibenzocyclooctenes）
第三节 木脂素类 5. 双四氢呋喃类（furofurans） 6. 联苯环辛烯类（dibenzocyclooctenes）

72 8. 双环辛烷类（bicyclo[3,2,1]octanes）
第三节 木脂素类 7. 苯骈呋喃类（benzofurans） 8. 双环辛烷类（bicyclo[3,2,1]octanes）

73 10. 螺二烯酮类（spirodienones）
第三节 木脂素类 9. 苯骈二氧六环类 10. 螺二烯酮类（spirodienones）

74 12. 倍半木脂素（sesquilignans）
第三节 木脂素类 11. 联苯类（biphenylenes） 12. 倍半木脂素（sesquilignans）

75 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 旋光性：大多有光学活性，遇酸易异构化。
第三节 木脂素类 (二)木脂素类化合物的理化性质 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 旋光性：大多有光学活性，遇酸易异构化。

76 第三节 木脂素类 遇酸易发生异构化：

77 1. 提取: 多用乙醇或丙酮等提取后，再用极性较小的溶剂如：乙醚、氯仿等进行萃取。
第三节 木脂素类 (三) 提取分离 1. 提取: 多用乙醇或丙酮等提取后，再用极性较小的溶剂如：乙醚、氯仿等进行萃取。 2. 分离: 色谱法、溶剂萃取法、分级沉淀法、重结晶法.

78 第三节 木脂素类 （四）结构鉴定-化学法 1.水解反应——适用于成酯、成苷类成分。

79 第三节 木脂素类 2. 氧化反应 (1)臭氧化

80 第三节 木脂素类 2.氧化反应 (2)费米盐氧化 对位有氢原子的酚羟基氧化成醌

81 第三节 木脂素类 2.氧化反应 (3)高锰酸钾氧化

82 第三节 木脂素类 2.氧化反应 (4)脱亚甲基反应

83 （四）结构鉴定-光谱法 目前多用1H-NMR和13C-NMR谱。 根据化合物的 基本骨架——结构类型、碳数、对称性
第三节 木脂素类 （四）结构鉴定-光谱法 目前多用1H-NMR和13C-NMR谱。 根据化合物的 基本骨架——结构类型、碳数、对称性 取代基——含氧取代基、烷基 进行结构测定。

84 The End