黄酮类化合物

黄酮类化合物FLAVONOIDS第一节概述一、基本结构和分类（一）基本结构1952年以前，黄酮类化合物主要是指基本母核为2-苯基色原酮的一系列化合物。色原酮2-苯基色原酮（黄酮）OO5'4'3'2'1'8765432187654321OO6'现在的黄酮类化合物则泛指两个苯环（A与B环）通过中央三碳链相互连接而成的一类化合物。ACBC6-C3-C66'O5'4'3'2'1'87654321天然黄酮类化合物多以苷类形式存在。黄酮类化合物的苷元的结构类型根据三碳链氧化程度、B环（苯基）连接位置（2-位或3-位）以及三碳链是否构成环状分为下列类型：１．黄酮类（flavones）OOHOOHOHOHluteolin木犀草素（luteolin），存在于忍冬藤、菊花、浮萍中，具有抗菌作用。OOHOOHOHOHluteolin２．黄酮醇类（flavonols）槲皮素(quercetin)具有抗炎、止咳祛痰等作用。槲皮素片用于治疗支气管炎。此外还有降低血压、增强毛细血管抵抗力、减少毛细血管脆性、降血脂、扩张冠状动脉、增加冠脉血流量等作用。芦丁(rutin)是槲皮素的３－O芸香糖苷。用于治疗毛细管脆弱引起的出血病，并用作高血压的辅助治疗剂。RUTINOOOHHOOHOHOrutinoseOOOHHOOHOHOHQUERCETIN豆科植物槐米中含有芦丁和槲皮素。３．二氢黄酮类(flavanones)OOOHOCH3rutinoseO橙皮苷(hesperidin),具有Vp样作用4．二氢黄酮醇类(flavanonols)水飞蓟素是二氢黄酮醇与苯丙素衍生物缩合成的黄酮木脂素类成分。具有保肝作用，用于治疗急、慢性肝炎及肝硬化，代谢中毒性肝损伤。OOHOOHOHOOCH2OHOHOCH3水飞蓟素(SILYBIN)5．查尔酮类（chalcones）查尔酮为苯甲醛缩苯乙酮类化合物，其邻羟基衍生物可视为二氢黄酮的异构体，二者可相互转化。查耳酮6'5'4'3'2'1'654321O红花所含的色素红花苷是第一个发现的查耳酮类植物成分。红花在开花初期，花冠呈淡黄色；开花中期，花冠呈深黄色；开花后期或采收干燥过程中由于酶的作用，氧化成红色。SO2氧化酶异构化醌式红花苷(红色)红花苷(carthamone)(黄色)新红花苷(neo-carthamin)(无色)OHOOOOglcOHOHOHOHOOglcOHOOHOHOOglcOH6．异黄酮类(isoflavones)取代基7,4'-二OH4'-OH,7-glc7,4'-二OH,8-C-glc化合物名称大豆素大豆苷葛根素OOHOOH主要存在于豆科、鸢尾科等植物中。如葛根主要含有下列几种异黄酮类成分。葛根总黄酮具有扩冠、增加冠脉流量及降低心肌耗氧量等作用。大豆素具有类似罂粟碱的解痉作用。大豆苷、葛根素及大豆素均能缓解高血压患者的头痛等症状。豆科植物葛。7．二氢异黄酮类紫檀素OOOOCH3O8．双黄酮类由二分子黄酮衍生物聚合生成的二聚物，多分布于裸子植物中。银杏中含有多种双黄酮，如银杏素。GINKGETINOOOHCH3OOCH3OHHOOHOO二、黄酮类化合物的生物活性1.对心血管系统的作用•芦丁、橙皮苷等能降低血管脆性及异常通透性，可用作防治高血压及动脉硬化的辅助治疗剂。•扩冠作用：芦丁、槲皮素、葛根素、人工合成的力可定。•降血脂及胆固醇：木樨草素2.抗炎芦丁及其衍生物羟乙基芦丁、二氢槲皮素等具抗炎作用。3.抗菌及抗病毒作用如木樨草素、黄芩苷、黄芩素4.解痉作用异甘草素、大豆素：解除平滑肌痉挛；大豆苷、葛根素及葛根总黄酮可缓解高血压患者的头痛等症状；杜鹃素、川陈皮素、槲皮素、山奈酚、芫花素、羟基芫花素：止咳祛痰。5.雌性激素样作用大豆素(daidzein)等异黄酮具有雌性激素样作用，可能与它们与己烯雌酚结构类似。己烯雌酚HOOH大豆素(dadzein)OOHOOH6.清除人体自由基作用黄酮类化合物多具有酚羟基，易氧化成醌类而提供氢离子，故有显著的抗氧特点。另外还有降血脂、血糖，抗动脉粥样硬化及抗癌抗突变等作用。7.抗肿瘤作用抗癌新药Flavopiridol的发现与研制Flavopiridol是一种源于植物（CDYSOXYLUMBINECTARIFERUM）的黄酮类化合物。目前正被用于十几项一期和二期的癌症临床试验。最近，不同的研究者证实其对艾滋病也有异于其他药物的疗效。它的早期发现得益于工业界对自然产物的研究兴趣。在从树皮中提取出纯化合物后，前HOECHST公司又进行了结构与人工合成的研究。由此建立了一系列同型物，包括Flavopiridol的专利。在NIH大规模抗癌物筛选中，Flavopiridol脱颖而出，成为一种新的低毒性的研究药物。它的治癌机理被认为是作用于激酶，从而阻断细胞循环。这一解释间接地为CDK2-Flavopiridol的复合晶体结构所证实。跨学科外向的合作以及现代技术的应用是加速Flavopiridol和其他后续药物的研究与开发所不可缺少的。第二节黄酮类化合物的理化性质及颜色反应一、性状1.多为结晶性固体，少为（如黄酮苷类）无定形粉末。2.旋光性：游离苷元中，除二氢黄酮、二氢黄酮醇、黄烷、黄烷醇及双黄酮有旋光外，其余无旋光性。苷类由于结构中引入糖的分子，均有旋光性，且多为左旋。3.颜色：与①分子中是否存在交叉共轭体系②助色团的数目及③取代基的位置有关。色原酮部分原本无色，但在2位引入苯环后，即形成交叉共轭体系，且通过电子的转移，重排，使共轭链延长，而表现出颜色。OOOOOO黄酮、黄酮醇及苷类灰黄-黄色查耳酮黄-橙黄色二氢黄酮、二氢黄酮醇无色异黄酮微黄色其中，黄酮、黄酮醇及苷类、查耳酮等因分子中存在交叉共轭体系，在7,4’位引入-OH,OCH3等供电子基团则促进电子移位、重排，使化合物颜色加深。花色苷及其苷元的颜色随pH的不同而改变：呈现红（pH7），紫（pH8.5）、兰（pH8.5）二、溶解度1.游离苷元难溶或不溶于水，易溶于MeOH,EtOH,EtOAc,Et2O黄酮、黄酮醇及查耳酮是平面型分子，分子堆砌紧密，分子间引力较大，更难溶于水。二氢黄酮、二氢黄酮醇是非平面型分子，分子排列不紧密，分子间引力降低，对水的溶解度较大。花色苷元（花青素）类虽系平面型分子，但因以离子形式存在，具有盐的通性，故亲水性较强，水溶度较大。花青素二氢黄酮X-或OH-OORHOH黄酮苷元引入羟基越多，水溶性越强，羟基甲基化后，则增加在有机溶剂中的溶解度。如一般黄酮类化合物不溶于石油醚中，可与脂溶性杂质分开，但川陈皮素（5,6,7,8,3’,4’-六甲氧基黄酮）却可溶于石油醚。2.黄酮类化合物的羟基苷化后，水溶性相应增大，而在有机溶剂中的溶解度相应减小。黄酮苷一般易溶于H2O,MeOH,EtOH等，难溶或不溶于苯，氯仿等。三、酸碱性1.酸性黄酮类化合物多具有酚羟基而呈酸性，可溶于碱性水液，吡啶，甲酰胺及二甲基甲酰胺。酸性强弱顺序：7,4’-二羟基7,或4’羟基一般酚羟基5-羟基此性质可用于提取、分离及鉴定工作。2.碱性-吡喃酮上的1-位氧原子上有未共用电子对，表性微弱的碱性，可与强无机酸如浓硫酸，盐酸生成yang盐，但极不稳定，加水即可分解。黄酮类化合物溶于浓硫酸中生成的yang盐常表性特殊的颜色，可用于鉴别。H2OHClClOOHOO四、显色反应(一)还原反应1.盐酸-镁粉（盐酸-锌粉）反应黄酮、黄酮醇及二氢黄酮、二氢黄酮醇类在盐酸-镁粉作用下，易被氢化还原，迅速生成红-紫红（个别有绿-兰色）。将样品溶于甲醇或乙醇，加少量镁粉振摇，滴加几滴浓盐酸，1-2分钟内（必要时微热）即可出现颜色。多显橙红-紫红色，少数兰-紫色，B环有-OH或OCH3取代时，颜色随之加深，查耳酮、橙酮、儿茶素类则不反应。2.四氢硼钠反应与二氢黄酮类化合物产生红-紫色。取样品10mg溶于甲醇，加NaBH410mg，再滴加1%浓盐酸或浓硫酸，呈红-紫色。（二）金属盐类试剂的络合反应黄酮类化合物分子结构中多有3-OH,4=O;5-OH,4=O;邻二酚羟基，常可与铝盐、铅盐、锆盐、镁盐等试剂生成有色络合物。第三节黄酮类化合物的提取分离一、提取黄酮类化合物在花、液、果等组织中，多以苷的形式存在；在木部坚硬组织中，多以游离苷元形式存在；根据化合物极性不同，溶解性不同，采用不同溶剂提取。1.苷元多用CHCl3、Et2O、EtOAc等极性较小溶剂提取；对于多OCH3化的成分，用苯、石油醚提取；对于极性大的成分，如查耳酮、橙酮、双黄酮、羟基黄酮等，用EtOAc、EtOH、Me2CO、MeOH：H2O(1：1)等溶剂提取。2.苷类水或热水提取（多糖苷在热水中溶解度较大，在冷水中溶解度较小）；也可用EtOH、MeOH、EtOAc提取。3.含羟基的苷或苷元，可用碱水提取。二、粗提物的精制处理1．溶剂萃取法去杂•石油醚：除去叶绿素、胡罗卜素等脂溶性色素•水溶醇沉：除去蛋白质、多糖、大分子水溶性物质2．碱提酸沉法•适用于含酚羟基的化合物，如槐米中芦丁的提取。•注意事项：①酸碱度不宜过大②邻二酚羟基的保护：碱性条件下，邻二酚羟基易被氧化，加硼砂保护。③石灰乳的加入可除去果胶、粘液等水溶性酸性杂质。3．活性炭吸附法•适用于苷类的精制工作。•植物的甲醇提取液加活性炭至吸附完全，过滤得吸附苷的活性炭粉末。•依次用沸甲醇、沸水、7%酚/水、15%酚/醇洗脱，分步收集、检查、合并。•大部分苷类可用7%酚/水洗下，经减压浓缩至小体积，乙醚除酚，余下水层经减压浓缩得较纯黄酮苷。4．离子交换法•用阳离子交换树脂从水提液中吸附黄酮类化合物，与不被吸附的杂质分离，再用甲醇将黄酮类化合物洗脱。•RSO3-H+ArOH（黄酮）无法交换，故实际上树脂仅起到吸附作用。三、分离1.极性大小不同，利用吸附或分配原理进行分离常用吸附剂有聚酰胺、硅胶、纤维素粉。１）聚酰胺层析：主要有聚己内酰胺型(Perlon)、六次甲基二胺已二酸盐(Nylon)型、聚乙烯吡咯烷酮(Polyclar)型三种。其原理是酰胺羰基与黄酮酚羟基形成氢键缔合而吸附，吸附能力与酚羟基多少、位置及氢键缔合力大小有关。２）硅胶层析①对酚羟基多的黄酮类，如多羟基黄酮及其苷类，硅胶减活性使用。②对酚羟基少的黄酮类，如甲基化、乙酰化黄酮及二氢黄酮、异黄酮，则无须减活性。2.利用分子大小不同，用葡聚糖凝胶分子筛分离主要用两种型号的凝胶Sephadex-G型和Sephadex-LH20型分离游离黄酮主要是吸附作用，极性小大洗脱。分离黄酮苷类，主要是分子筛作用，分子大小洗脱。常用洗脱剂：①碱性水溶液，含盐水溶液②醇及含水醇③含水丙酮，甲醇－氯仿３．利用酸性强弱，采用pH梯度萃取法混合物溶于有机溶剂，依次用５％NaHCO3、５％Na2CO3、0.2%NaOH、4%NaOH萃取，相应的黄酮类化合物洗脱顺序：7,4’－二羟基7或4’羟基一般酚羟基５－羟基黄酮４．根据分子中某些特定官能团进行分离•醋酸铅沉淀法。•硼酸络合法：根据具有邻二酚羟基的黄酮与硼酸络合，生成物易溶于水的性质与其它类型黄酮分离。通常在不与水混溶的有机溶剂如乙醚中，用硼酸液萃取，水相即为邻二酚羟基类黄酮。第四节黄酮类化合物的检识与结构测定目前主要采用的方法有：①与标准品或与文献对照PPC或TLC得到的Rf②分析对比样品在甲醇溶液中及加入酸、碱或金属盐类试剂后得到的UV光谱③1H-NMR④13C-NMR⑤MS一、层析在黄酮类鉴定中的作用1.纸层析(PPC)苷类成分可采用双向展开，第一向展开采用醇性溶剂（正丁醇：醋酸：水4：1：5）；第二向展开用水性溶剂，如氯仿：醋酸：水（3：6：1）苷元则多采用醇性溶剂。花色苷及其苷元，可用含盐酸或醋酸的溶剂。2.薄层层析(TLC)１）硅胶薄层用于弱极性黄酮较好。常用甲苯：甲酸甲酯：甲酸（5：4：1）；苯：甲醇（95：5）或苯：甲醇：冰醋酸（35：5：5）等。２）聚酰胺层析适用范围广，可分离含游离酚羟基或其苷类。常用展开系统：乙醇：水（3：2）；丙酮：水（1：1）等。显色剂：紫外光；2%三氯化铝甲醇液；1%FeCl3/1%K3Fe