醌类化合物——中药化学(十二)
中药中含有的醌类化合物的主要结构类型有哪些？代表性的化合物是什么？
中药中含有的醌类化合物从结构上分主要有苯醌、萘醌、菲醌、蒽醌等四类。
一、苯醌类。可分为邻苯醌和对苯醌两大类，前者不稳定，天然存在者以后者为多见。软紫草中含有的arnebinol、arnebinone属于此类，具有抑制前列腺素PGE2生物合成的作用。
二、萘醌类。紫草及软紫草中的紫草素、异紫草素属于萘醌化合物，为紫草的有效成分，具有止血、抗炎、抗菌、抗病毒及抗癌作用。
三、菲醌类。丹参含有多种菲醌衍生物，其中丹参醌ⅡA、丹参ⅡB、隐丹参醌、丹参酸甲酯、羟基丹参醌ⅡA等为邻醌类衍生物，丹参新醌甲、丹参新醌乙、丹参新醌丙为对醌类化合物。丹参醌类结构上具有菲醌母核，但生源属于二萜类。
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丹参菲醌类成分的鉴别可用浓硫酸试剂。
四、蒽醌类。蒽醌类成分包括蒽酮及其不同还原程度的产物。按母核可分为
单蒽核类及双蒽核类，按氧化程度又可分为氧化蒽酚、蒽酮、蒽酚及蒽酮的二聚物。
(一)单蒽核类
1、蒽醌及其苷类。天然蒽醌以9，10-蒽醌最为常见，其C-9、C-10为最高氧化状态，较为稳定。①大黄素型。羟基分布于两侧的苯环上。多数化合物呈黄色。大黄中的大黄酸、大黄素、大黄酚、大黄素甲醚和芦荟大黄素属于此类。虎杖也含有此类成分。②茜草素型。羟基分布在一侧苯环上，颜色为橙黄至橙红色，种类较少，如茜草中的茜草素、羟基茜草素和伪羟基茜草素等。
2、氧化蒽酚类。蒽醌在碱性溶液中可被锌粉还原生成氧化蒽酚及其互变异构体蒽二酚，氧化蒽酚及蒽二酚均不稳定，氧化蒽酚易氧化成蒽酮或蒽酚，蒽二酚易氧化成蒽醌。
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3、蒽酚或蒽酮类。蒽醌在酸性溶液中被还原，则生成蒽酚及其互变异构体蒽酮。
4、C-糖基蒽类。
(二)双蒽核类
l、二蒽酮类衍生物。二蒽酮以苷的形式存在。若催化加氢还原则生成二分子蒽酮，用FeCl3氧化则生成二分子蒽醌。大黄、番泻叶中致泻的主要成分番泻苷A、B、C、D等皆为二蒽酮类衍生物。
二蒽酮类化合物C10-C10'键易于断裂，生成蒽酮类化合物。大黄中致泻的主要成分番泻苷A，就是因其在肠内转变为大黄酸蒽酮而发挥作用。
2、二蒽醌类。
3、去氢二蒽酮类。
醌类化合物有哪些主要物理性质？
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1、性状。醌类化合物如无酚羟基，则近乎无色。随着助色团酚羟基的引入而表现出一定的颜色。引入的助色团越多，颜色越深。天然醌类多为有色晶体。苯醌及萘醌多以游离状态存在，蒽醌往往结合成苷。
2、升华性。游离的醌类多具升华性，小分子的苯醌类及萘醌类具有挥发性，能随水蒸气蒸馏。
3、溶解性。游离醌类多溶于乙醇、乙醚、苯、氯仿等有机溶剂，微溶或不溶于水。而醌类成苷后，极性增大，易溶于甲醇、乙醇、热水，几乎不溶于苯、乙醚等非极性溶剂。
醌类化合物的酸性大小与结构有何关系？
醌类化合物多具有酚羟基，呈酸性，易溶于碱性溶剂。分子中酚羟基的数目及位置不同，酸性强弱也不一样。一般规律如下：
(1)带有羧基的蒽醌类衍生物酸性强于不带羧基者，一般蒽核上羧基的酸性与芳香酸相同，能溶于NaHCO3水溶液。
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(2)如羟基位于苯醌或萘醌的醌核上，属插烯酸结构，酸性与羧基类似。
(3)由于α-羟基蒽醌中的OH与C＝O 形成分子内氢键，β-羟基蒽醌的酸性强于α-羟基蒽醌衍生物。α-羟基蒽醌的酸性较弱，不溶于碳酸氢钠及碳酸钠溶液。
(4)羟基数目越多，酸性越强。随着羟基数目的增加，无论α位或β位，其酸性都有一定程度的增强。
蒽醌类衍生物酸性强弱的排列顺序为：含COOH>含二个以上β-OH>含一个β-OH>含二个以上α-OH>含一个α-OH。据此可采用pH梯度萃取法分离蒽醌类化合物：用碱性不同的水溶液(5%碳酸氢钠溶液、5%碳酸钠溶液、1%氢氧化钠溶液、5%氢氧化钠溶液)依次提取，其结果为酸性较强的化合物(带COOH或二个β-OH)被碳酸氢钠提出；酸性较弱的化合物(带一个β-OH)被碳酸钠提出；酸性更弱的化合物(带二个或多个α-OH)只能被1%氢氧化钠提出；酸性最弱的化合物(带一个α-OH)则只能溶于5%氢氧化钠。
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醌类化合物有哪些重要显色反应？
(1)Feigl的反应
醌类衍生物在碱性条件下加热与醛类、邻二硝基苯反应，生成紫色化合物。
(2)无色亚甲蓝显色试验
无色亚甲蓝乙醇溶液专用于鉴别苯醌及萘醌。样品在白色背景下呈现出蓝色斑点，可与蒽醌类区别。
(3)Borntrager反应
在碱性溶液中，羟基蒽醌类化合物显红色至紫红色。蒽酚、蒽酮、二蒽酮类化合物需氧化形成蒽醌后才能呈色。
(4)Kesting-Craven反应
, 百拇医药 当苯醌及萘醌类化合物的醌环上有末被取代的位置时，在碱性条件下与含活性次甲基试剂，呈蓝绿色或蓝紫色，可用以与苯醌及萘醌类化合物区别。
(5)与金属离子的反应 蒽醌类化合物如具有α-酚羟基或邻二酚羟基，则可与Pb2+、Mg2+等金属离子形成络合物。其中与Mg2+形成的络合物具有一定的颜色，可用于鉴别。如果核上只有一个α-OH或一个β-OH或二个OH不在同环上，显橙黄色至橙色；如已有一个α-OH，并另有一个OH在邻位显蓝色至蓝紫色，若在间位则显橙红色至红色，在对位则显紫红色至紫色。
如何从中药中提取分离蒽醌类化合物？
1、提取。一般选用甲醇、乙醇作为提取溶剂。
2、分离。
①蒽醌苷类和游离蒽醌衍生物的分离：蒽醌苷类与游离蒽醌衍生物的溶解性不一样，后者易溶于有机溶剂如氯仿，前者易溶于水。
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②游离蒽醌衍生物的分离：一般采用溶剂分步结晶法、梯度pH
萃取法和色谱法。梯度pH
萃取法是最常用的手段。另外柱色谱也是常用手段，常用的吸附剂有硅胶、磷酸氢钙、聚酰胺，一般不用氧化铝，以免发生不可逆的化学吸附。
从中药大黄中提取分离游离蒽醌衍生物时，可采用以下方法：大黄用乙醇回流提取—乙醇提取物用乙醚溶解—乙醚溶液依次用5%碳酸氢钠、5%碳酸钠和5%氢氧化钠萃取—碱水液分别酸化，过滤，依次得到大黄酸、大黄素以及大黄素甲醚、大黄酚、芦荟大黄素三者的混合物—后三者混合物用热异戊二醇溶解分离出芦荟大黄素—大黄素甲醚、大黄酚的分离采用聚酰胺柱色谱，先洗脱得到大黄酚，后洗脱得到大黄素甲醚。
③蒽醌苷类的分离：常用载体有聚酰胺、硅胶及葡聚糖凝胶。
蒽醌类化合物的紫外光谱、红外光谱和质谱有何特征？
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1、紫外光谱。蒽醌母核可划分成具有苯甲酰基结构的部分和具有醌样结构的部分。苯甲酰基结构部分给出第II和IV峰，醌样结构部分给出第III和V峰。5个吸收谱带范围大致如下：230nm左右(第Ⅰ峰)、240～260nm(第Ⅱ峰)、262～295nm(第Ⅲ峰)、305～389nm(第Ⅳ峰)、400nm以上(第Ⅴ峰)。
①第Ⅰ峰：羟基蒽醌母核上羟基数目越多，吸收峰波长越长。第Ⅰ峰的波长与羟基所在的位置是α、β无关，吸收强度主要取决于α羟基的数目。
②第Ⅲ峰：为醌样结构所引起，β-酚羟基取代，吸收峰红移，吸收强度增加。若吸收强度lgε值大于4.l，提示蒽醌母核上具有β-酚羟基，否则β-酚羟基不存在。
③第Ⅳ峰：如蒽醌母核α位有供电子基，峰位红移，强度降低；如取代基处于β位，则吸收峰强度增大。
④第V峰：主要受α-酚羟基数目的影响，数目越多，红移越多。
2、红外光谱。1，8-二羟基蒽醌和1-羟基蒽醌具有2个羰基峰，其中1，8-二羟基蒽醌的2个羰基峰相差大于40cm-1，1-羟基蒽醌的2个羰基峰相差小于40cm-1。其他类型的羟基蒽醌均为1个羰基峰。
3、质谱。蒽醌类衍生物的质谱特征是分子离子峰为基峰，游离醌依次脱去两分子CO，得到M-CO及M-2CO的强峰以及它们的双电荷峰。( 北京中医药大学中药学院刘 斌), http://www.100md.com
中药中含有的醌类化合物从结构上分主要有苯醌、萘醌、菲醌、蒽醌等四类。
一、苯醌类。可分为邻苯醌和对苯醌两大类，前者不稳定，天然存在者以后者为多见。软紫草中含有的arnebinol、arnebinone属于此类，具有抑制前列腺素PGE2生物合成的作用。
二、萘醌类。紫草及软紫草中的紫草素、异紫草素属于萘醌化合物，为紫草的有效成分，具有止血、抗炎、抗菌、抗病毒及抗癌作用。
三、菲醌类。丹参含有多种菲醌衍生物，其中丹参醌ⅡA、丹参ⅡB、隐丹参醌、丹参酸甲酯、羟基丹参醌ⅡA等为邻醌类衍生物，丹参新醌甲、丹参新醌乙、丹参新醌丙为对醌类化合物。丹参醌类结构上具有菲醌母核，但生源属于二萜类。
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丹参菲醌类成分的鉴别可用浓硫酸试剂。
四、蒽醌类。蒽醌类成分包括蒽酮及其不同还原程度的产物。按母核可分为
单蒽核类及双蒽核类，按氧化程度又可分为氧化蒽酚、蒽酮、蒽酚及蒽酮的二聚物。
(一)单蒽核类
1、蒽醌及其苷类。天然蒽醌以9，10-蒽醌最为常见，其C-9、C-10为最高氧化状态，较为稳定。①大黄素型。羟基分布于两侧的苯环上。多数化合物呈黄色。大黄中的大黄酸、大黄素、大黄酚、大黄素甲醚和芦荟大黄素属于此类。虎杖也含有此类成分。②茜草素型。羟基分布在一侧苯环上，颜色为橙黄至橙红色，种类较少，如茜草中的茜草素、羟基茜草素和伪羟基茜草素等。
2、氧化蒽酚类。蒽醌在碱性溶液中可被锌粉还原生成氧化蒽酚及其互变异构体蒽二酚，氧化蒽酚及蒽二酚均不稳定，氧化蒽酚易氧化成蒽酮或蒽酚，蒽二酚易氧化成蒽醌。
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3、蒽酚或蒽酮类。蒽醌在酸性溶液中被还原，则生成蒽酚及其互变异构体蒽酮。
4、C-糖基蒽类。
(二)双蒽核类
l、二蒽酮类衍生物。二蒽酮以苷的形式存在。若催化加氢还原则生成二分子蒽酮，用FeCl3氧化则生成二分子蒽醌。大黄、番泻叶中致泻的主要成分番泻苷A、B、C、D等皆为二蒽酮类衍生物。
二蒽酮类化合物C10-C10'键易于断裂，生成蒽酮类化合物。大黄中致泻的主要成分番泻苷A，就是因其在肠内转变为大黄酸蒽酮而发挥作用。
2、二蒽醌类。
3、去氢二蒽酮类。
醌类化合物有哪些主要物理性质？
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1、性状。醌类化合物如无酚羟基，则近乎无色。随着助色团酚羟基的引入而表现出一定的颜色。引入的助色团越多，颜色越深。天然醌类多为有色晶体。苯醌及萘醌多以游离状态存在，蒽醌往往结合成苷。
2、升华性。游离的醌类多具升华性，小分子的苯醌类及萘醌类具有挥发性，能随水蒸气蒸馏。
3、溶解性。游离醌类多溶于乙醇、乙醚、苯、氯仿等有机溶剂，微溶或不溶于水。而醌类成苷后，极性增大，易溶于甲醇、乙醇、热水，几乎不溶于苯、乙醚等非极性溶剂。
醌类化合物的酸性大小与结构有何关系？
醌类化合物多具有酚羟基，呈酸性，易溶于碱性溶剂。分子中酚羟基的数目及位置不同，酸性强弱也不一样。一般规律如下：
(1)带有羧基的蒽醌类衍生物酸性强于不带羧基者，一般蒽核上羧基的酸性与芳香酸相同，能溶于NaHCO3水溶液。
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(2)如羟基位于苯醌或萘醌的醌核上，属插烯酸结构，酸性与羧基类似。
(3)由于α-羟基蒽醌中的OH与C＝O 形成分子内氢键，β-羟基蒽醌的酸性强于α-羟基蒽醌衍生物。α-羟基蒽醌的酸性较弱，不溶于碳酸氢钠及碳酸钠溶液。
(4)羟基数目越多，酸性越强。随着羟基数目的增加，无论α位或β位，其酸性都有一定程度的增强。
蒽醌类衍生物酸性强弱的排列顺序为：含COOH>含二个以上β-OH>含一个β-OH>含二个以上α-OH>含一个α-OH。据此可采用pH梯度萃取法分离蒽醌类化合物：用碱性不同的水溶液(5%碳酸氢钠溶液、5%碳酸钠溶液、1%氢氧化钠溶液、5%氢氧化钠溶液)依次提取，其结果为酸性较强的化合物(带COOH或二个β-OH)被碳酸氢钠提出；酸性较弱的化合物(带一个β-OH)被碳酸钠提出；酸性更弱的化合物(带二个或多个α-OH)只能被1%氢氧化钠提出；酸性最弱的化合物(带一个α-OH)则只能溶于5%氢氧化钠。
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醌类化合物有哪些重要显色反应？
(1)Feigl的反应
醌类衍生物在碱性条件下加热与醛类、邻二硝基苯反应，生成紫色化合物。
(2)无色亚甲蓝显色试验
无色亚甲蓝乙醇溶液专用于鉴别苯醌及萘醌。样品在白色背景下呈现出蓝色斑点，可与蒽醌类区别。
(3)Borntrager反应
在碱性溶液中，羟基蒽醌类化合物显红色至紫红色。蒽酚、蒽酮、二蒽酮类化合物需氧化形成蒽醌后才能呈色。
(4)Kesting-Craven反应
, 百拇医药 当苯醌及萘醌类化合物的醌环上有末被取代的位置时，在碱性条件下与含活性次甲基试剂，呈蓝绿色或蓝紫色，可用以与苯醌及萘醌类化合物区别。
(5)与金属离子的反应 蒽醌类化合物如具有α-酚羟基或邻二酚羟基，则可与Pb2+、Mg2+等金属离子形成络合物。其中与Mg2+形成的络合物具有一定的颜色，可用于鉴别。如果核上只有一个α-OH或一个β-OH或二个OH不在同环上，显橙黄色至橙色；如已有一个α-OH，并另有一个OH在邻位显蓝色至蓝紫色，若在间位则显橙红色至红色，在对位则显紫红色至紫色。
如何从中药中提取分离蒽醌类化合物？
1、提取。一般选用甲醇、乙醇作为提取溶剂。
2、分离。
①蒽醌苷类和游离蒽醌衍生物的分离：蒽醌苷类与游离蒽醌衍生物的溶解性不一样，后者易溶于有机溶剂如氯仿，前者易溶于水。
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②游离蒽醌衍生物的分离：一般采用溶剂分步结晶法、梯度pH
萃取法和色谱法。梯度pH
萃取法是最常用的手段。另外柱色谱也是常用手段，常用的吸附剂有硅胶、磷酸氢钙、聚酰胺，一般不用氧化铝，以免发生不可逆的化学吸附。
从中药大黄中提取分离游离蒽醌衍生物时，可采用以下方法：大黄用乙醇回流提取—乙醇提取物用乙醚溶解—乙醚溶液依次用5%碳酸氢钠、5%碳酸钠和5%氢氧化钠萃取—碱水液分别酸化，过滤，依次得到大黄酸、大黄素以及大黄素甲醚、大黄酚、芦荟大黄素三者的混合物—后三者混合物用热异戊二醇溶解分离出芦荟大黄素—大黄素甲醚、大黄酚的分离采用聚酰胺柱色谱，先洗脱得到大黄酚，后洗脱得到大黄素甲醚。
③蒽醌苷类的分离：常用载体有聚酰胺、硅胶及葡聚糖凝胶。
蒽醌类化合物的紫外光谱、红外光谱和质谱有何特征？
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1、紫外光谱。蒽醌母核可划分成具有苯甲酰基结构的部分和具有醌样结构的部分。苯甲酰基结构部分给出第II和IV峰，醌样结构部分给出第III和V峰。5个吸收谱带范围大致如下：230nm左右(第Ⅰ峰)、240～260nm(第Ⅱ峰)、262～295nm(第Ⅲ峰)、305～389nm(第Ⅳ峰)、400nm以上(第Ⅴ峰)。
①第Ⅰ峰：羟基蒽醌母核上羟基数目越多，吸收峰波长越长。第Ⅰ峰的波长与羟基所在的位置是α、β无关，吸收强度主要取决于α羟基的数目。
②第Ⅲ峰：为醌样结构所引起，β-酚羟基取代，吸收峰红移，吸收强度增加。若吸收强度lgε值大于4.l，提示蒽醌母核上具有β-酚羟基，否则β-酚羟基不存在。
③第Ⅳ峰：如蒽醌母核α位有供电子基，峰位红移，强度降低；如取代基处于β位，则吸收峰强度增大。
④第V峰：主要受α-酚羟基数目的影响，数目越多，红移越多。
2、红外光谱。1，8-二羟基蒽醌和1-羟基蒽醌具有2个羰基峰，其中1，8-二羟基蒽醌的2个羰基峰相差大于40cm-1，1-羟基蒽醌的2个羰基峰相差小于40cm-1。其他类型的羟基蒽醌均为1个羰基峰。
3、质谱。蒽醌类衍生物的质谱特征是分子离子峰为基峰，游离醌依次脱去两分子CO，得到M-CO及M-2CO的强峰以及它们的双电荷峰。( 北京中医药大学中药学院刘 斌), http://www.100md.com