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苯丙素

发布时间:2014-02-05 10:47:16  

Natural Products Chemistry

天津医科大学药学院 滕杰 2012年9月

各大类化合物的共性讲解顺序

1. 化合物骨架、结构类型介绍
2. 理化性质 3. 提取分离 4. 波谱特征:IR,UV,NMR 5. 生物活性

化合物的结构是其性质的内在因素,
性质是其结构的外在表现,

成分的一切性质都来源于其结构,而性质又决定 着鉴别及提取分离方法(即应用).

天然药物成分的一级结构一般是以基本母核分类 的, 二级结构一般是依取代基而分类的。

(phenylpropanoids)

本章内容
概 述

第一节 苯丙酸类 第二节
第三节

香 豆 素
木 脂 素

学习要求
掌握:简单苯丙素、香豆素和木脂素的结构 类型及骨架。 ? 熟悉:简单苯丙素、香豆素和木脂素类型中 的典型化合物;香豆素的波谱特征及性质。 ? 了解:香豆素和木脂素的生物活性。
?

概 述
苯丙素类含义:
天然成分中一类含有一个或 几个C6-C3单位的天然成分构成的 化合物。

苯丙素类化合物生物合成途径
葡萄糖代谢 莽草酸 桂皮酸途径
COOH
COOH NH2

COOH

HO OH

OH

苯丙氨酸和酪氨酸

HO

NH2

咖啡酸
COOH HO OH

对羟基桂皮酸
COOH HO

对羟基桂皮酸醇
CH2O glc HO

苯丙素类化合物生物合成途径
阿魏酸
COOH COOH HO OMe HO

邻羟桂皮酸苷

苯丙烯类

O
gl c

松柏醇
CH 2OH

伞形花内酯

HO
HO

丙烯基
HO OMe

烯丙基

HO

O

O

香豆素类 木质素

倍半木脂素类

新木脂素类

木脂素类

苯丙素类生源
从生物合成途径来看,它们多数由莽草 酸(shikimic acid),通过芳香氨基酸(苯 丙氨酸和 酪氨酸),再经脱氨、羟基化、偶 合等反应步骤,生成多种C6-C3型化合物的 前体——对羟基桂皮酸,逐步形成各种最终 产物。

苯丙素类别: 苯丙烯(phenylpropylene) 苯丙醇(phenylpropylonol ) 苯丙酸及其缩酯
香豆素(coumarin) 木脂素(ligans) 木质素(ligins )

木质素:是一类高分子化合物,由几 十个C6-C3单位聚合而成的化合物,与 纤维素共同组成木本植物的基本组织。 分子量在2800~6700之间,具有增 强细胞壁、粘合纤维的作用,黄褐色 无定型粉末,其化学性质及组成比较 复杂。

第一节 苯丙酸类

第一节 苯丙酸类
一、结构特点:
为酚羟基取代的芳香羧酸, 具有C6-C3结构。 二、常见的化合物: 桂皮酸(cinnamic acid) 对羟基桂皮酸 咖啡酸 阿魏酸

COOH R1 R2

桂皮酸 对羟基桂皮酸 咖啡酸 阿魏酸 异阿魏酸

R1= R2= H R1=OH,R2=H R1=R2=OH R1=OH,R2=OCH3 R1=OCH3,R2=OH

三、存在形式:
常与醇、氨基酸、糖、有机酸等结 合成酯存在。

四、实例:
以中药(茵陈、苎麻、金银花 等)中存在的绿原酸。

OH OH
3 2

OH
1

结构特点: 为一分子咖啡酸
OH

COOH CH CH

与一分子奎宁


OH

O

CO

结合而成的酯。

绿原酸(3-咖啡酰奎宁酸)
生理活性:抗菌、利胆

第二节 香豆素 (coumarin)

香豆素(coumarin)
为邻羟基桂皮酸脱水形成的内酯,具有芳 香气味。
6 7 8 5 4 3 2

O
1

O

苯骈α-吡喃酮环(母核)

分布:

伞形科、芸香科→最多 菊科、豆科、兰科、茄科、瑞香科、 木樨科等植物→也较多
存在形式:游离状态,苷

一、香豆素的结构类型
The structural type of coumarins

(一)简单香豆素类 指仅在苯环上有取代基的香豆素类
6 5 4 3 2 8

HO

7

O
1

O

7-羟基香豆素

其中7-OR,C6, C8位-异戊烯基较多。 7-羟香豆素可以认为 是香豆素类成分的母 体。

如:属此类型的香豆素化合物
(glc)
O OCH3

HO

HO

O

O

H3CO

O

O

七叶内酯
(秦皮)

当归内酯
(独活)

(二)呋喃香豆素 (线型和角型) (furocoumarins)
香豆素核上的异戊烯基与邻位酚 羟基环合成呋喃环。
线形(linear)——C6-异戊烯基与C7-羟 基成环,三个环在一直线上。 角型(angular)——由C8-异戊烯基与C7羟基成环,三个环处在一折角线上。

HO

O

O

异戊烯基6位取代

伞形花内酯

异戊烯基8位取代
HO O O

HO

O

O

HO O O O

环 合 的 形 成 过 程

O HO

O

O

补骨脂内酯
O O O

白芷内酯

O

O

O

线型:补骨脂内酯型
6,7-呋喃骈香豆素型

角型:异补骨脂内酯型 7,8-呋喃骈香豆素型

如:属此类型的香豆素化合物

O

O

O

O

O

O

补骨酯内酯

白芷内酯

(三)吡喃香豆素类(线型和角型) (pyranocumarins)
香豆素 C6 或 C8 异戊烯基与邻 Ar-OH 环合 而成2,2-二甲基-α-吡喃环结构,形成吡喃 香豆素。 也可分为线型和角型。这一类天然产物并 不多见。
吡喃香豆素类成分生物合成途径:

HO

O

O

异戊烯基6位取代

伞形花内酯

异戊烯基8位取代
HO O O

HO

O

O

HO

4'
3'

2' O

O

O

1'

环 合 的 形 成 过 程

O

O

O

HO

花椒内酯
O O O

邪蒿内酯

O

O

O

线型: 6,7-吡喃骈香豆素型

角型: 7,8-吡喃骈香豆素型

如:属此类型的香豆素化合物
O
O

O

O

O

O

花椒内酯 (四)其他香豆素类

邪蒿内酯

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。
OMe

MeO MeO HO MeO O O
OMe

O OMe

O

O

O

O

O

MeO

黄檀内酯

rutaculin

kotamin(二聚体)

OH

OH

双香豆素
O O O O

O OH

华法林
O O

(苄丙酮香豆素 )

二、香豆素的理化性质
(一)性状: 游离状态——

6 7

5

4

3 2

8

O
1

O

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(可随水蒸汽蒸出) UV下显蓝色荧光

成苷—大多无香味、无挥发性、不能升华

(二)溶解性:
游离香豆素:溶于沸 H2O,不溶或

难溶于 冷 H2O,可溶MeOH、EtOH、 CHCl3和乙醚等溶剂。 因含Ar-OH故可溶于碱水中。 香豆素苷:溶于H2O、OH-/H2O、MeOH、 EtOH等。 难溶于极性小的有机溶剂。

(三)内酯性质和碱水解反应
OH O OH  

-

O

H+

-

COO

-

O

COO O

-

COOH OH

-

异羟肟酸铁反应(识别内酯)
香豆素有内酯结构,在碱性条件下,与盐酸 羟胺缩合成异羟肟酸,再于酸性条件下与三价铁离 子络合成盐而显红色。
OH OH -

香豆素

盐酸羟胺

H

+ ++ +

H N O

开环

缩合

异羟肟酸

Fe

O

Fe

异羟肟酸铁

红色

(四)呈色反应
1.荧光 可见光:无色或浅黄色结晶 UV光:显蓝色荧光 ① C7-OH,荧光↑ -OR后,荧光↓ ② C7-OH邻位C8位引入-OH,荧光减弱或消 失

2.显色反应 (熟悉)
① 异羟肟酸铁反应(识别内酯)
香豆素有内酯结构,在碱性条件下,与盐酸 羟胺缩合成异羟肟酸,再于酸性条件下与三价铁离 子络合成盐而显红色。
OH OH -

香豆素

盐酸羟胺

H

+ ++ +

H N O

开环

缩合

异羟肟酸

Fe

O

Fe

异羟肟酸铁

红色



Gibbs反应、Emerson反应

试剂: Gibbs——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
Gibbs 香豆素 Emerson 试剂与酚羟基对位活性氢缩合 红色

蓝色

Gibbs反应:
Br pH 9~10
HO H

Br
O

+

Cl

N Br

O

-

N Br Br

O

O

N

O

Br

蓝色 缩合物

Emerson反应
?

若C6位无取代基(或酚羟基对位无取代基),与 Emerson试剂(4-氨基安替比林和铁氰化钾) 缩合显红色。
H2N N CH3 N OH H2O
-

CH3 COOO N

O

O

OH

COO

-

+

O

N

CH3

[O] K3[Fe(CN)6]

O

N

CH3

红色

HO

O

O
MeO

A

O OH

O

O

O

C B

三、香豆素的提取分离方法
(一)提取
药 材 不同浓度EtOH 醇提液

回收溶剂,加水
水溶液

有机溶剂萃取
石油醚 苯 乙醚 乙酸乙酯

(二)分离 1. 酸碱分离法——经典方法 但条件不易控制,易异构化

依据——内酯遇碱能 皂化,加酸能恢复的 性质。

(二)色谱方法
经典柱色谱、制备薄层色谱、高效液相色谱等。

硅胶柱色谱是最常用的方法 吸附剂——硅胶、中性和酸性氧化铝 洗脱剂——已烷和乙醚、已烷和乙酸

乙酯等
显 色——可观察荧光

四、香豆素的波谱学特性
(一)紫外光谱 无含氧官能团取代的香豆素在紫外光谱 上呈现2个高低不同的吸收峰。 274nm 311nm (苯环) (α -吡喃酮环)

7-OH、7-OCH3或7-β-D-葡萄糖基 取代香豆素
有含氧取代时: 最大吸收向红位移 217nm及315~330nm处有强吸收峰 240及255nm处出现弱峰

(二)香豆素的红外光谱特征
?

3025-3175 cm-1 呋喃香豆素n C-H
6

5 10

4 3

?

1700-1750

cm-1

n C=O

B
7 9 8

A O
1

2

KBr片:1720 cm-1
? ?

O

1500-1600 cm-1 n 苯

环 1600-1650 cm-1 n C=C

(三)核磁共振氢谱
1.当C3、C4位无取代(CDCl3)
母核的H+受内酯C=O吸电子共轭效应的影响
C3-H 在 δ6.1~6. 4 (1H,d,J3,4=9. 5Hz) C4-H 在 δ7. 5~8. 3(1H,d,J3,4=9. 5Hz)
+ + O +

O

C3、C6、C8-H C4、C5、C7-H

较高场 较低场

H

H
+

2. C7-OR取代 C7-OR→C3-H
H H + RO H O O H + H

H

H
O

-0.17 ppm

RO

7 +

O H

C3 - H ~ 6.23 d, J3,4= 9.5 Hz C4 - H ~ 7.64 d, J3,4= 9.5 Hz

C5 - H

7.38 C6 - H C8 - H

d, J= 9 Hz 6.87 2H, m 峰

(四)核磁共振碳谱
香豆素母核上9个碳原子的化学位移值如下:
128.1 124.4 131.8 153.9 116.4 118.8 143.6 116.4

当-OR取代时: 连接的碳—— +30 ppm

O 160.4 O

邻位碳—— -13 ppm
对位碳—— -8 ppm

(五)质谱 香豆素类化合物有如下特点:
1.有强的分子离子峰; 2.基峰是失去CO的苯骈呋喃离子;

3.主要裂解途径是:失去CO。
4 10 3

5 6

-CO
O

-CO C7H6

B
7 8 9

A O
+.
1

2

+.

146(76%)

O . 118(100%) +

90(43%)

五、香豆素的生物活性(自学)
? ? ? ? ? ? ?

毒性 抗病毒作用:蛇床子、毛当归根中的奥斯脑Osthole ——抑制乙肝表面抗原 抗肿瘤作用 抗骨质疏松作用 抗凝血作用 对心血管系统的作用 光敏作用:可引起皮肤色素沉着;补骨脂内酯可治白斑 病

第三节

木脂素
lignans

第三节
1.定义:

木脂素

一、木脂素的结构类型
木脂素(lignans):具有苯丙烷骨架的两个 结构通过其中β—β’或8-8’碳相连而形成的。 是一类由苯丙素氧化聚合而成的天然产物, 通 常所指是其二聚物,少数为三聚物和四聚物。

9
2 3 4

8

9' 8'
7' 1' 6' 5' 4'
3
2

9
1

8

β 7α 1
6

8'
7'

9'
1' 2' 3'

2'
3'

β 7 α
6

4 5

6'

4'
5'

5

8-8’

2.木脂素的组成单体

COOH

主要有四种:
①桂皮酸(cinnamic acid); 偶为桂皮醛(cinnamaldehyde) ②桂皮醇(cinnamyl alcohol) ; ③丙烯苯(propenyl phenol) ④烯丙苯(allyl phenol)

3. 木脂素的类型:
① 木脂素(lignan):早期木脂素的定义 两分子苯丙素由前两种单体组成,γ-碳 原子氧化型的。 ② 新木脂素(neolignan):由后两种单 体组成,γ-碳原子未氧化型的。
8 8'

β α

3

3'

HO CH2 O O
O

CH 3 OH OCH3

恩施脂素

木脂素的一些新类型:
③苯丙素低聚体
三聚体常被称为倍半木脂素(sesquilignan)
四聚体称为二木脂素(dilignan);

④杂木脂素(hybrid lignan)
由一分子苯丙素与黄酮、香豆素 或萜类等 结合而成的天然化合物。如:黄酮木脂素等

⑤降木脂素(norlignan)
基本母核只有16~17个碳原子, 比一般的 木脂素少1~2个。

木脂素的命名:
O

O
9

9'

H
8 8'

1.大多采用俗名 2.系统命名
HO
4

H

3'

3

4'

OMe

OMe

OH

罗汉松脂素

(8R,8’R)- 4,4’-二羟基-3,3’二甲氧基-9-氧代-8-8’, 9-O-9’-木脂素

4.

木脂素系统命名:

一般左边的C6-C3编号1~9,右边的 C6-C3编号1’~9’
C8的构型

含氧官能团的位置、名称 双分子连接的桥头碳编号

5.木脂素分类
(一)木脂素 (1)二苄基丁烷类 MeO
MeO CH 2OH CH 2OH

OMe OMe

叶下珠脂素 phyllanthin

(2)二苄基丁内酯类
O
O O O

O

O

O
O

扁柏脂素 hinokinin

(3)芳基萘类
O

O

O
O

奥托肉豆蔻脂素 otobain

有芳基萘、芳基二氢萘和芳基四氢萘 三种结构 。

芳基萘内酯类
芳基萘类木脂素常以氧化的γ 碳 原子缩合形成内酯。
4 3

1

O 2

O
4

O
3

1

2

O

OH
H O O H H

O
CH2OH

H

O
CHOOglc

O
H H

O

H3CO OCH3

OCH3

H3 CO OCH3

OCH3

去氧鬼臼毒素-β-D葡萄糖酯苷

L-鬼臼毒素

(4)四氢呋喃类

O

O

O

7-O-7'

7-O-9'

9-O-9'

CH3O O HO

OH

CH2OH

OH

OCH3

橄榄脂素(olivil)

(5)双四氢呋喃类
由二个取代四氢呋喃单元形成四 氢呋喃骈四氢呋喃结构。
O O H O O O H O

(+)-芝麻脂素

(6)联苯环辛烯类
OR 1 R 2O CH3O CH3O R 3O OR 4

五味子甲素 R1=R2=R3=R4= CH3

五味子乙素

R1+R2= CH2 R3+R4= CH3

(二)新木脂素类
? ? ? ? ?

1. 尤普麦特苯骈呋喃型 2. 伯彻林苯骈呋喃型 3. 双环辛烷型 4. 风藤酮型 5. 联苯型

OH

OH

两分子苯丙素的两个苯环3-3’ 直接连结而成。

厚朴酚

二、木脂素的理化性质
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,溶于苯、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

鬼臼毒素的抗癌活性与结构的关系
H

OH O O
1 2

R

O
O

O OH

OH O

O

O
4 3

O

O

O

O C H3 O OH

CH3O

OCH3 OCH3

OC H3

3,4 cis; 2,3 trans

VP-16 R=CH3 VM-26

三、木脂素的提取分离
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。

四、木脂素的生物活性(自学)
抗肿瘤作用
抗HIV病毒作用

中枢神经系统作用
血小板活化因子拮抗作用 平滑肌解痉作用 毒鱼作用 杀虫作用 雌激素样作用

思考题 1.苯丙素类的结构特征是什么?包括哪些类化合物? 2.苯丙素类的生源途径是什么? 3.香豆素的结构特征是什么?按结构特点分为哪几种 类型? 4.香豆素类化合物的提取分离方法有哪些?其特点与 应用。 5.写出Emerson反应、Gibb’s反应的试剂组成,反应机 理、现象与应用? 6.木脂素的结构特征是什么?按结构特征分为哪些类 型?鬼臼毒素、五味子素、水飞蓟素、厚朴酚属于哪类 结构类型化合物?

理论预习、学习及习题复习参考书
卫生部“十二五”规划教材第6版天然药物 化学(主编吴立军,副主编

娄红祥、周晶) ? 卫生部“十二五”规划教材第3版天然药物 化学习题(主编吴立军) ? 药学专业必修课考试辅导教材---天然药物化 学(主编吴立军)科学技术文献出版社2007 年8月第1版
?


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