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。 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； 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) (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。 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） + + — — 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： 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 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： 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： 1个α-OH 或 1个β-OH 或 2个-OH不在同环时 （邻位有-OH） （间位有-OH） （对位有-OH） 据此可用于进行羟基的定位。 三、提取分离 （一）游离醌类的提取方法 1.有机溶剂提取法 2.碱提取酸沉淀法 该法可用于提取含酸性基团（Ar-OH、-COOH）的化合物。 3.水蒸气蒸馏法 适用于小分子的苯醌及萘醌类化合物。 （二）游离羟基蒽醌的分离 1.pH梯度萃取法 依据结构中Ar-OH位置、数目不同，酸性强弱不同，来进行分离。 一般的分离过程如下： 2.层析法 吸附剂——硅胶、聚酰胺（Ar-OH） *不易用氧化铝，尤其不易用碱性氧化铝——产生化学吸附 例：利用极性差异进行分离 （三）蒽醌苷与游离蒽醌衍生物的分离 苷及苷元在CHCl3中溶解度不同，苷不溶，苷元及其衍生物易溶于CHCl3故可分离。 在植物体内，苷及苷元多通过酚羟基或-COOH结合成Mg++、K+、Na+、Ca++盐形式存在，为充分提取，必须预先加酸进行酸化使之全部游离后，再进行提取。 例： （四）蒽醌苷类的分离 由于蒽醌苷类水溶性较强，分离精制较困难，故现多用柱色谱进行分离。 柱层析载体常用有：硅胶、聚酰胺、葡萄糖凝胶、纤维素等。 分离前，多进行预处理——除部分杂质。 预处理方法： 1.铅盐法 2.溶剂法 用极性较大的溶剂将苷类从提取液中提取（萃取）出来。 四、结构鉴定 （一）衍生物的制备 1.甲基化反应 目的——保护-OH、测定-OH数目及成苷的位置。 反应条件： (1)反应物甲基化易难： -COOH > (-OH > Ar-OH > (-OH > R-OH ( 酸性越强，质子易解离，甲基化易 ) (2)试剂的活性 CH3I > (CH3)2SO4 > CH2N2 (3)溶剂——溶剂的极性强，甲基化能力增强 例：曲菌素的甲基化反应 2.乙酰化反应 (1)反应物的活性： R-OH > (-OH > (-OH 强 弱（易与羰基形成氢键） （亲核性越强，越容易被酰化） (2)酰化试剂的活性 乙酰氯 > 醋酐 > 酯 > 冰醋酸 CH3COCl (CH3CO)2O CH3COOR CH3COOH (3)催化剂的催化能力—— 吡啶 > 浓硫酸 例：曲菌素的乙酰化反应 （二）波谱学方法 1.紫外光谱（UV） （1）苯醌类的紫外吸收特征 （2）萘醌类的紫外吸收特征 主要有四个吸收峰： 引入助色团（如-OH，-OMe）使相应吸收峰——红移 醌环上引入助色团——影响257nm——红移（不影响苯环引起的吸收） 苯环上引入(-OH——影响335nm——红移到427nm （3）蒽醌类的紫外吸收特征 蒽醌有四个吸收峰： 羟基蒽醌类有五个主要吸收带（比母核多230nm强吸收峰） 第 Ⅰ 峰—— 230 nm左右 第 Ⅱ 峰—— 240 ~ 260 nm （苯样结构引起） 第 Ⅲ 峰—— 262 ~ 295 nm （醌样结构引起） 第 Ⅳ 峰—— 305 ~ 389 nm （苯样结构引起） 第 Ⅴ 峰—— > 400 nm （醌样结构中 >C=O引起） -OH取代将影响相应的吸收带向红位移 吸收带的具体峰位与吸收强度与母核上取代基的性质、数量及排列方式有关。（详见教材） 2.醌类化合物的红外光谱（IR） 羟基蒽醌类化合物的红外区域有： VC=O 1675 ~ 1653 cm-1 （伸缩振动） V-OH 3600 ~ 3130 cm-1 （伸缩振动） V芳环 1600 ~ 1480 cm-1 （骨架振动） 母核上无取代—— 两个>C=O只给出一个吸收峰：1675cm-1 芳环上引入一个(-OH时，给出两个>C=O吸收峰： 1675 ~ 1647 （游离>C=O） 1637 ~ 1608 （缔合>C=O） 3.醌类化合物的核磁共振光谱（NMR） 1H-NMR (1)醌环上的质子（苯醌和萘醌） 当醌环上有一个供电取代基时，将使醌环上其它质子移向高场。位移幅度大小如下顺序： (2)芳环质子 具有芳氢的只有萘醌（最多4个）及蒽醌（最多8个）。可分为α-H及β-H组。 当有取代基时，峰的数目及峰位都将改变。 13C-NMR 13C-NMR已经广泛用于醌类化合物的结构研究，并通过测定大量数据，已经累积了一些经验规律。 （1）1,4-萘醌类 ①醌环上取代基的影响； 如：C3-OH或-OR（烷氧基）取代——引起C3向低场移约20ppm； C2向高场移约30ppm。 ②苯环上取代基的影响； （2）9,10-蒽醌类 一侧苯环上有取代，另一侧苯环无取代时，无取代苯环各碳移位值变化较小，即取代基的跨环影响不大。 4.醌类化合物的质谱（MS） 主要特征如下： （1）分子离子峰通常为基峰； （2）失去1~2分子CO； （3）特征碎片峰：(m/z) P-苯醌——82、80、54、52 1,4-萘醌——104、76、50 9,10-蒽醌——180、152、90、76 五、生物活性 （一）泻下作用 如：大黄中主要泻下成分为——二蒽酮类成分 （二）抗菌作用 大黄酸、大黄素、芦荟大黄素等具有此作用 （三）其它作用 抑制大鼠乳癌及艾氏腹水癌有明显作用 对cAMP磷酸二酯酶有显著的抑制作用 在历史上，醌类化合物曾在染料工业中占有重要地位，最知名的蒽醌染料是茜素，是一种早为古埃及人和古波斯人所知道的天然染料。它存在于亚洲的茜草根中。 早在700年时茜草在欧洲已成为商品，并且在欧洲移植，于1868年年产量已增至约7万吨。虽然茜素在1826年才第一次被分离出来，但所有早期测定其结构的尝试均告失败。1868年格雷柏和利伯曼最终确定了茜素的结构，并合成了它。合成的茜素不久把天然茜素驱逐出市场，结果对西欧的农业经济造成相当的影响。由于合成染料代替了天然染料后，人们对醌类化合物的兴趣逐渐减少，甚至不予理会。直至有人发现了醌类化合物的生理作用，才再度引起人们对这类化合物的研究。