第五章黄酮类化合物21

第五章黄酮类化合物概述分布很广：黄酮类化合物广泛分布于植物界，且生理活性各样，引起国内外的广泛重视，研究进展很快。仅截止1974年止，国内外已发表的黄酮类化合物共1674个（以天然黄酮类为主，少部分为合成品），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1980年，黄酮类化合物总数已达到2721个。为何称之为黄酮类？该类化合物有酮羰基，其母核上常有的羟基、甲氧基、烃氧基、异戊烯氧基等助色团的存在，使该类化合物多显黄色，故称之谓黄酮类。又由于分子中γ-吡酮环上的氧原子能与强酸成盐而表现为弱碱性，因此曾称为黄碱素类化合物。黄酮类化合物在植物中的作用：虽是植物的非营养成分，但其生物功能多种多样，如调节植物生长、保护植物免受紫外线的损伤、作为植物的抗毒素等。•黄酮类化合物在植物体内大部分与糖结合成苷类，也有以游离形式存在。芦丁(槐米——槐树花蕾)——存在于荞麦花中，治疗高血压，防止脑溢血。黄芩苷——抗菌、抗病毒、抗癌。能吸收紫外线，清除氧自由基，抑制黑色素的生成，是一种很好的功能性美容原料。黄芩苷OOOHO芸香糖OHHO芦丁一.基本结构和分类1952年前指母核为2-苯基色原酮的系列化合物；现泛指两个苯环（A、B环）通过中央三碳链联结而成的一系列化合物。色原酮2-苯基色原酮（黄酮）C6-C3-C6体系根据中央三碳链的氧化程度、B-环连接位置（2-或3-位）以及三碳链是否构成环状等特点，可将黄酮类化合物分类。OOOHOO三碳链部分结构名称黄酮类黄酮醇类二氢黄酮醇类(flavanonols)OOOOOH名称三碳链部分结构二氢黄酮类(flavanones)黄烷类OOHOHOOH名称三碳链部分结构黄烷-3,4-二醇类黄烷-3-醇类异黄酮类二氢异黄酮类OOOO名称三碳链部分结构查耳酮类(chalcones)二氢查耳酮类(dihydrochalcones)橙酮类（澳咔）(aurones)OHOOOCH名称三碳链部分结构OOH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。水飞蓟素OOOHOOOHOCH3CH2OHOHHO蓟：ji，草本植物，种类多，如大蓟，小蓟，水飞蓟，异水飞蓟，次水飞蓟等。天然黄酮类C-糖苷，如葛根黄素，葛根黄素木糖苷等，为中药葛根中的扩冠有效成分。葛根黄素木糖甙R＝xyloseR＝H葛根黄素OCH2ORHOHOOHHOOHOO二.黄酮苷的构成方式1.O-糖苷如前列举的芦丁、黄芩苷。橙皮苷：防治高血压、动脉硬化、脑溢血、视网膜出血、牙龈出血等。还能抑制导致皮肤变色的酪氨酸酶的作用制备脉通橙维Ｃ、及化妆品的原料。云香糖：α–L-鼠李糖（1→6）-D-葡萄糖云香糖是一类不通过O原子，而直接以C原子与苷元的C原子相连的苷类。如前列举的葛根苷；右图的牡荆素。牧荆苷（素）2.C-糖苷天然黄酮苷类化合物，因糖的种类、数量、连接位置及连接方式不同，而组成各种各样的黄酮苷类：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（glc1→2glc）、龙胆二糖(glc1→6glc)、芸香糖(rh1→6glc)、新橙皮糖（rh1→2glc）、刺槐二糖（rh1→6gal）等。3.构成黄酮苷的糖类叁糖类：龙胆三糖(glc1→6glc1→2fru)、槐三糖(glc1→2glc1→2glc)等。酰化糖类：2-乙酰基葡萄糖、4-咖啡酰基葡萄糖(caffeoylglucose)等。黄酮苷中糖的连接位置与苷元的结构类型有关。如黄酮醇类常形成3-，7-，3’-，4，-单糖苷，或3，7-，3，4’-及7，4’-双糖链苷等。D-glucose（D-Glc）葡萄糖D-galactose（D-Gal）半乳糖D-mannose（D-Man）甘露糖L-rhamnose（L-Rha）鼠李糖L-arabinose（L-Ara）阿拉伯糖D-xylose（D-Xyl）木糖D-GalD-ManL-RhaL-AraD-Xyl⑴单糖类⑵双糖类云香糖：α-L-Rha-（1→6）-D-Glc新橙皮糖：α-L-Rha-（1→2）-D-Glc龙胆双糖：β-D-Glc-（1→6）-D-Glc乳糖β-D-Gal-（1→4）-D-Glc麦芽糖α-L-Gal-（1→4）-D-Glc麦芽糖乳糖⑶三糖类槐三糖β-D-Glc-(1→2)-β-D-Glc-(1→2)-D-Glc龙胆三糖（下图）β-D-Glc-(1→6)-β-D-Glc-(1→2)-D-fru⑷酰化糖类2-乙酰基葡萄糖4-咖啡酰基葡萄糖4-咖啡酰基葡萄糖5，7，4，-三羟基黄酮-3-O-（4，-咖啡酰基）葡萄糖苷山奈素︸三.生物活性（应用）1.药品中的应用心血管系统应用：芦丁，橙皮苷，香叶木苷等具有维生素P样作用，能降低血管脆性及异常的通透性（防治高血压、动脉硬化）；葛根素，槲皮素，立可定等具有扩冠作用（治疗冠心病）；槲皮素可防止血栓形成。抗菌抗病毒作用：黄芩苷，黄芩素，木犀草素等有抗菌作用；槲皮素，山奈酚等具有抗病毒作用。抗肿瘤活性：槲皮素，黄芩苷，金丝桃、映山红中的金丝桃苷等各通过不同机制可抑制肿瘤的生长。抗炎、镇痛作用：金丝桃苷有全身或局部点镇痛作用，其机制不同于吗啡和阿司匹林，是一新型镇痛药。儿茶素（黄烷醇类）抗肝脏病毒芦丁存在于荞麦花中，治疗高血压，防止脑溢血。槲皮素hu，落叶乔木或灌木，果实球形，可供药用，叶可喂柞蚕，树皮可提取栲胶。对血小板聚集及血栓形成有抑制作用是活血化瘀类中药的成分之一。扩冠，治疗冠心病。立可定人工合成的扩冠药2.保健抗氧化多数黄酮类化合物都有较强的抗氧化自由基的作用。如葛根素在0.2mg∕L时能清除多个体系产生的O2-、-OH和H2O2。例：杨梅黄素，洋槐黄素，葛根苷，橙皮苷等。A，B环的多个酚羟基、C2，C3之间的双键均使其具有抗氧化性，可清除羟自由基；酮基和3，5位羟基联合作用可螯合金属离子，削弱微量金属的助氧化作用，黄酮作为一级抗氧化剂具有显著的抗氧化性能。自由基与衰老衰老的自由基学说由英国学者哈曼（Harman）于1956年率先提出。该学说认为：在正常的生物代谢过程中，细胞不断产生自由基，但它们可被细胞内的防御系统迅速地清除，因而不会对细胞造成大的损害。但是，许多因素如电离辐射、氧化性环境、污染等常会诱导异常自由基的产生和蓄积，而大量自由基的堆积，将对许多生物大分子与细胞产生随机损伤，从而引致细胞凋亡。自由基使人体衰老机制举例：⑴.形成脂褐素自由基作用于脂质发生过氧化反应，氧化终产物丙二醛等会引起蛋白质、核酸等生命大分子的交联聚合，其聚合物是脂褐素。脂褐素的生成是衰老的基本。由于该交联聚合物不溶于水故不易被排除，会在细胞内大量堆积，脂褐素在皮肤细胞的堆积，即形成老年斑。它在脑细胞中的堆积，会出现记忆力减退或智力障碍，甚至出现老年痴呆症。脂质的过氧化导致眼球晶体状体出现老年性视力障碍（如眼花、白内障等）。⑵.破坏蛋白质结构自由基对人体的另一危害是使胶原蛋白变性和交联，使皮肤因弹性与柔软性的丧失而出现皱纹。出现衰老特征。自由基对人体衰老的影响是一个逐步损害的过程。人在青壮年时由于体内有较强的抗氧化能力，因而，自由基对人体器官的损害并不太显著。但是，随着年龄的增长，抵抗力的下降，又由于疾病及环境等多方面因素的影响，导致自由基对人体器官的损害加剧。衰老过程显现出来。杨梅黄素属黄酮醇类，有Vc作用洋槐黄素金橘皮中含量最高，抗氧化性高3.天然色素高粱色素：从高粱壳中提制的食用天然色素，红褐色。主要成分是黄酮类、黄酮醇类。可可色素：由可可豆的外皮制取。为巧克力色素，用于食品作色。黄烷醇类。红花黄色素：从菊科植物红花中提取，用于食品、药品片剂的糖衣及化妆品的着色，是世界卫生组织允许鼓励使用的天然食用色素之一。黄色部分红色部分深红色部分4.天然甜味剂甘草酮甜度是蔗糖的200倍。甘草为豆科植物，以根及根茎入药。春、秋二季采挖，除去须根，晒干。即是药又是甜味剂。甜味为糖精的7～10倍，是一种低热值甜味剂，可用于糕点和饮料。从柑橘皮中提取。用橙皮苷酶发酵，除去橙皮糖基上的鼠李糖基，在碱性条件下加氢，生成葡萄糖橙皮素二氢查耳酮，再用转移酶除去葡萄糖基，而接上新橙皮糖基即可而得。新橙皮苷二氢查尔酮四.黄酮类化合物的性质1.一般性质性状：多为结晶固体，少为无定形粉末。旋光性：二氢黄酮、二氢黄酮醇、黄烷及黄烷醇有手性碳，具旋光性，其余黄酮类无旋光性。黄酮苷类结构中糖的旋光性，使相应分子有旋光性，多为左旋。颜色：黄酮、黄酮醇极其苷类多为灰黄至黄色；查尔酮为黄至橙黄色；双氢黄酮、双氢黄酮醇无交叉共轭体系不显色，但在紫外灯下有特征颜色或荧光。OOOOOO+__+黄酮类化合物的显色体系溶解度：含糖苷因多羟基易溶于水；无糖的游离黄酮难溶于水；黄酮醇水溶性增大，但羟基被甲基化则脂溶性增大。平面型分子的水溶性小于非平面型分子的水溶性。三糖苷双糖苷单糖苷苷元3-O-糖苷7-O-糖苷（平面性分子）花色素(平面性分子,离子型)非平面性分子平面性分子花色素苷元＞二氢黄酮（醇）＞异黄酮＞黄酮（醇）、查耳酮）黄酮类化合物溶解性（极性）规律:由于吡喃酮环已被氢化成为类似于半椅式结构，破坏了分子的平面性，分子与分子间排列不紧密，分子间引力下降，二氢黄酮的溶解度稍大；花色苷元以离子形式存在，具有盐的通用性，水溶度较大；原因：羰基的吸电子效应，使处于对位上7，4，-OH在P-π共轭效应的影响下，酸性较强；其他位置上的羟基其次；C3、C5位上羟基因能与C4位羰基形成分子内氢键，故酸性最弱。酸碱性：酸性：分子中多有酚羟基，显酸性，可溶于碱性溶液中。此性质可用于提取、分离及鉴定工作。不同黄酮的酸性：7,4-二OH液7-或4-OH一般OH5-OH碱性：分子中-吡喃酮环上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，生成（金羊）盐，生成的盐表现出特殊颜色可鉴别黄酮类化合物。2.显色反应与分子中酚羟基及γ-吡喃酮环有关，用于定性研究。类别反应条件黄酮黄酮醇二氢黄酮二氢黄酮醇HCl+Mg黄红红紫红红，紫蓝NaBH4红紫硼酸-柠檬酸绿黄绿黄三氯化铝黄黄绿蓝绿NaOH水液黄深黄黄橙(冷)深红紫(热)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，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。二氢黄酮类易在碱性下开环，显橙至黄色OH-H+橙皮素橙皮查尔酮4）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。由于黄酮类化合物在人体内不能直接合成，只能从食物中获得，所以从植物体中分离纯度高、活性强的黄酮类化合物具有重要意义。从过程来看，可分为两个阶段。第一阶段提取：第二阶段是分离：五黄酮类化合物的提取与分离1.提取⑴溶剂萃取法利用黄酮类化合物与混入的杂质极性不同，选用溶剂进行萃取达到精制纯化目的。例如：植物叶子的醇浸液，用石油醚处理，可除去叶绿素、胡萝卜素等脂溶性色素；又例：某些提取物的水溶液经浓缩后则可加入多倍量浓醇，可沉淀并除去蛋白质、多糖类等水溶性杂质；⑵碱提取酸沉淀法黄酮苷类易溶于碱性水，故可用碱性水提取，再于碱水提取液中加入酸，黄酮苷类即可沉淀析出。此法简便易行，如芦丁、橙皮苷、黄芩苷的提取都应用了这个方法。以从槐米中提取芦丁为例说明该法的操作过程：芦丁：5，7，3，，4，-四羟基黄酮醇-3-O云香糖苷槐米