2020高中化學(xué)競賽講義設(shè)計(jì)天然產(chǎn)物化學(xué) 第五章 苯丙素類

1、 2020高中化學(xué)競賽講義 天然產(chǎn)物化學(xué) 2020蘇州中學(xué)競賽講義 第五章 苯丙素類 述 概在苯核上有酚羥基或烷氧單位的天然成份，C-C是一類含有一個或幾個36 基取代。這類成份包括：苯丙烯、苯丙醇、苯丙酸及其縮酯、香豆素、木脂素、黃 酮和木質(zhì)素等。苯丙素類來源于醋酸或苯丙氨酸和酪氨酸，后者脫氨生成桂皮酸的衍生 物，多數(shù)天然芳香屬化合物由此生物合成途徑而來。葡萄糖代謝 COOH 莽草酸 OHOH OH桂皮酸途徑 COOH COOH NHNH2苯丙氨酸和酪氨酸OH2 CHO-glcCOOH 2COOH HOOHOHOH 對羥基桂皮酸苷對羥基桂皮酸咖啡酸 COOH苯丙烯COOHOOH glc OM

2、eHOHO鄰羥桂皮酸苷阿魏酸烯丙基 丙烯基 OHCH2 新木脂素類OHOO OHOMe傘形花內(nèi)酯松柏醇 倍半木脂素類木質(zhì)素香豆素類木脂素類 苯丙酸類 第一節(jié)其中，是酚羥基取代的芳香羧酸植物中廣泛分布酚酸類成分，其基本結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)的苯丙酸類。不少屬于具有C6-C3 常見的苯丙酸類如：R2R1 桂皮酸HHCOOH對羥基桂皮酸 HOHR1OHOH咖啡酸 R2阿魏酸OHOCH3 異阿魏酸OCHOH3 存在形式：苯丙酸常與不同的醇、氨基酸、糖、有機(jī)酸等結(jié)合成酯，多有）是咖啡酸與奎寧酸）（quinic acid綠原酸較強(qiáng)的生理活性。如：（chlorogenic acid 的酯具有抗菌、利膽作用。 OH OH

3、OHOH COOH COHOCOC HH 綠原酸 存在于很多中藥中茵陳、苧麻、金銀花等。 苯丙酸類大多具有一定的水溶性。 常與一些酚酸、鞣質(zhì)、黃酮苷等混在一起，分離有一定困難。 一般采用纖維素、硅膠、大孔樹脂或聚酰胺等反復(fù)層析。 ：鑒別反應(yīng)（利用Ar-OH的性質(zhì)）/MeOH 12tCl3 Pauly試劑：重氮化的磺胺酸的醋酸混合，噴霧后，亞硝酸鈉溶液與相同體積10%1%Gepfner試劑： 的荷性堿甲醇溶液處理。0.5mol/L在空氣中干燥，再用 Millon試劑：用氨水處理后呈藍(lán)色或這些化合物為無色或具有藍(lán)色熒光，在紫外線下， 綠色熒光。 ）香豆素（coumarin第二節(jié) 香豆素類化合物是一

4、類鄰羥桂皮酸的內(nèi)酯，具有芳甜香氣。分布：在高等植物中，蕓香科和傘形科中含的多，還有豆科、蘭科、木樨 科、茄科、菊科等，少數(shù)發(fā)現(xiàn)于動物和微生物中。 一、結(jié)構(gòu)類型 -吡喃酮。環(huán)上常有取代基。通常將香豆素分為四類：香豆素母核為苯駢 簡單香豆素類 指只有苯環(huán)上有取代基的香豆素。 544a36 7OO28a18 取代基：羥基、烷氧基、苯基、異戊烯基等。羥香豆素可C由于絕大多數(shù)香豆素在位都有含氧官能團(tuán)存在，因此，7-7 以認(rèn)為是香豆素類成份的母體。 以異戊烯基取代為例：（從生物合成途徑來看） - -OH -OOOOOOOHOOOOOOOO- 3 位6 位8 位7 位 C位電負(fù)性較高，易于烷基化。（其中CC

5、、C從上生合成途徑來看，3386 位烷基化不屬于此類香豆素，而屬于第四類型） 如：OOMe OOMeO OOMeOOOMeO當(dāng)歸內(nèi)酯7-甲氧基香豆素歐芹酚7-甲醚(angelicone)( herniarin )(osthole) ) 呋喃香豆素類(furocoumarins) (線型和角型羥基）環(huán)合成呋喃或吡喃環(huán)，香豆素核上的異戊烯基常與鄰位酚羥基（7- 前者稱為呋喃香豆素。 呋喃香豆素類成份生物合成途徑： OOOH 傘形花內(nèi)酯 異戊烯基8位取代異戊烯基6位取代 環(huán) OOOH合 OOOH的 形 成 OH 過程 O OO OOO OH OOO 補(bǔ)骨脂內(nèi)酯 OOO線型：補(bǔ)骨脂內(nèi)酯型 白芷內(nèi)酯6,

6、7-呋喃駢香豆素型 角型：異補(bǔ)骨脂內(nèi)酯型 7,8-呋喃駢香豆素型 環(huán)合反應(yīng)的形成：體內(nèi)由酶主宰反應(yīng)。- ）呋喃環(huán)。OH堿性條件（體外實(shí)驗(yàn) + ）吡喃環(huán)。H 酸性條件（ ) 線型和角型(pyranocoumarins) (吡喃香豆素類吡喃環(huán)結(jié)二甲基-2,2-香豆素C-6或C-8異戊烯基與鄰酚羥基環(huán)合而成 構(gòu)，形成吡喃香豆素。這一類天然產(chǎn)物并不多見。 吡喃香豆素類成份的生物合成途徑： OOOH 傘形花內(nèi)酯 異戊烯基8位取代異戊烯基6位取代 環(huán) OOOH合 OOOH的 形成 OH過 程 OOO OOO 43 OH2OOO 1花椒內(nèi)酯 1OOO6,7-吡喃駢香豆素型線型： 243 邪蒿內(nèi)酯 7,8-吡

7、喃駢香豆素型角型： 5,6-其他吡喃香豆素型：少數(shù)為吡喃駢香豆素，如： OOOOOOOMeO 其他香豆素類C、-吡喃酮環(huán)上有取代基的香豆素類。還包括二聚體和三聚體。C指43 上常有取代基：苯基、羥基、異戊烯基等。OMe 如： MeOOOMeOOH OMeOOOOMeO OOMeO OMe黃檀內(nèi)酯rutaculin kotamin（二聚體） 二、香豆素理化性質(zhì) 性狀 結(jié)晶形固體，有一定熔點(diǎn)，大多具有香氣。游離狀態(tài) 分子量小的有揮發(fā)性，可隨水蒸汽蒸出，能升華。 紫外下顯藍(lán)色熒光。 成苷后大多香味、無揮發(fā)性、不能升華。 溶解度 ，不溶或難溶冷HO游離狀態(tài)能溶于沸HO22 CHCl和乙醚等溶劑。、 可

8、溶MeOH、EtOH 3 故可溶于堿水中。Ar-OH 因含 - 、EtOH等。OH、OHMeOH/HO、成苷能溶于22 難溶極性小的有機(jī)溶劑。 堿水解反應(yīng)（內(nèi)酯性質(zhì)）在稀堿液中漸漸水解不飽和內(nèi)酯性質(zhì)，吡喃酮環(huán)具有,-香豆素的其鹽的水生成順鄰羥桂皮酸的鹽，成黃色溶液，順鄰羥桂皮酸不易游離存在，-OHOHCOO -+COO-OOH長時間加熱-OO(不易游離存在）（安定狀態(tài)） 溶液一經(jīng)酸化即閉環(huán)恢復(fù)為內(nèi)酯。 光照射，順鄰羥桂皮酸可轉(zhuǎn)變?yōu)榘捕ǖ姆脆徚u桂長時間堿液中放置或UV 而可以獲得反鄰羥桂皮酸。皮酸，酸化后不再內(nèi)酯化 （順鄰羥桂皮酸的衍生物）欲獲得順鄰羥桂皮酸的途徑： 特殊結(jié)構(gòu)的香豆素：1.、環(huán)氧

9、等結(jié)構(gòu)者，可與水解位取代基的適當(dāng)位置上有如CC=O、C=C OOOOMeOOHOO 7-羥香豆素7-甲氧基香豆素一般香豆素 -7-OHC原因：7-OCH的供電子共軛效應(yīng)使羰基難以接受OH的親核反應(yīng)。3 在堿液中成鹽。 其他酯基的堿水解反應(yīng) 芳環(huán)芐基碳上的酯基極不穩(wěn)定，堿水解后易生成異構(gòu)化的醇。 如： O O OH O MeOOOH H ORCOO H- 異構(gòu)化的醇COOOOMeOMeO - OH O O OHOOMeO 芐基為順式結(jié)構(gòu)，堿水解引起，CC吡喃香豆素如許多天然的二元酯，43 -酯基可以保留。C，若在稀堿條件下C的異構(gòu)化43 如：凱爾內(nèi)酯（二元酯） OOO OH OH- OH 5%K

10、OH-1.OOO COO異構(gòu)化的醇酯基消除 OO4+2.HOCOR H31OOCOR2OCOR H 2-OH OOO OH OH 酸的反應(yīng)： 環(huán)合反應(yīng)：指異戊烯基雙鍵開裂并與鄰酚羥基環(huán)合。1由于穩(wěn)定性中間體可生成仲和叔陽碳離子，apigravin如：在甲酸處理下， 因素，而生成叔陽碳離子，產(chǎn)物為二氫吡喃香豆素。 + HCOOH OOOHOOOOOOHOMeOMeOMe apigravin二氫吡喃香豆素. . 形成環(huán)的大小決定于中間體陽碳離子的穩(wěn)定性： 陽碳離子仲 叔陽碳離子 不穩(wěn)定 伯陽碳離子穩(wěn)定 的處理下，中間體可生成仲和伯陽碳離子，由于穩(wěn)再如HBr在obliquetin 定性仲大小伯，因而

11、，生成產(chǎn)物為二氫呋喃香豆素。反應(yīng)如下： MeOMeOMeOHBr OOOOOOHHOOO+ 異戊烯基間的相互位置。應(yīng)用：環(huán)合試驗(yàn)可以決定酚羥基和 濃酸，否則會發(fā)生重排反應(yīng)。注意：不宜使用 2醚鍵開裂： +H含乙烯醚（即烯醇醚）香豆素香豆素 水解 如：東茛菪內(nèi)酯的烯醇醚 MeO+MeOMeO HH OOOOOOHOOO 酯菪內(nèi)東茛 3雙鍵加水反應(yīng)： 酸接觸下可使雙鍵加水。如：黃曲霉素 OMeOMe OO+H OOOOOOHH HHOO 黃曲霉素B2黃曲霉素B1OH 高毒性無毒性 ,CC雙鍵性質(zhì)和加成反應(yīng)43 共軛 共軛苯環(huán) 導(dǎo)致雙鍵性較弱，而不易加成。 羰基OO 在控制條件下氫化的先后次序?yàn)椋?

12、C4雙鍵吡喃環(huán)或呋喃環(huán)上的雙鍵 C3、 側(cè)鏈不飽和鍵 呈色反應(yīng) 異羥肟酸鐵反應(yīng)（識別內(nèi)酯的反應(yīng)）1.再與三氯化鐵作用即生成紅色的異羥肟酸酯與羥胺作用可生成異羥肟酸， 鐵。OO +N-OHHR-OH RORNHOHR2 （羥胺） FeCl 3O )+(3HClFeR-C-NH-O3 異羥肟酸鐵（紅色） OH H +N鹽酸羥胺HOH-O香豆素異羥肟酸開環(huán) + Fe縮合OFe 異羥肟酸鐵紅色 反應(yīng)和Emerson反應(yīng)：2.Gibb Gibb試劑：)溴苯醌氯亞胺(2,6-二氯 Emerson氨基安替匹林和鐵氰化鉀 反應(yīng)條件有游離酚羥基，且其對位無取代者呈陽性 Gibb 藍(lán)色 香豆素試劑與酚羥基對位活性

13、氫綜合 Emerson 紅色 Gibb反應(yīng)：BrBrpH 910- +HHOOClNONO BrBr Br -NOO Br 藍(lán)色縮合物 生成一個新的酚羥基，位有無取代基，C6香豆素的可借水解內(nèi)酯開環(huán)后，-OH6- COOOHOO 反應(yīng)來加以區(qū)別?；駿mersonGibb再利用 三、香豆素的分離方法 （一）提取藥材 不同濃度EtOH 醇提液 加水回收溶劑 水溶液 有機(jī)溶劑萃取 石油醚 乙醚乙酸乙酯苯 香豆素在乙醚中溶解度較好，但同時溶出脂溶性雜質(zhì)亦較多。 （二）分離 提取后可直接利用化合物的溶解性質(zhì)進(jìn)行分離 如：香豆素在石油醚中溶解度不大，濃縮時即可析出結(jié)晶。 1.酸堿分離法 內(nèi)酯遇堿能皂化，加

14、酸能恢復(fù)的性質(zhì)。依據(jù) 乙醚萃取液 NaHCO/ HO萃取23 EtOONaHCO/ H223 NaOH / HO萃取酸性成分稀2 OEt（中性成分）NaOH / HO22 OEt揮干酚性成分 2加ONaOH / H 2進(jìn)行水解 堿液 加提出不水解的成分OEt2 堿液OEt2+加加HOEt萃取中和2OHOEt22香豆素類內(nèi)酯成分 2.層析方法 硅膠、中性氧化鋁 吸附劑 已烷和乙醚、已烷和乙酸乙酯等 洗脫劑 可觀察熒光 色 顯 四、香豆素波譜學(xué)特征 （一）紫外光譜 下顯藍(lán)色熒光。UV 熒光增強(qiáng)位導(dǎo)入-OH C 7 熒光減弱-OH醚化后 母核上無含氧官能團(tuán)取代時： 274 nm苯環(huán) ?吡喃酮環(huán) 31

15、1 nm 有含氧取代時：最大吸收向紅位移。 （二）紅外光譜-1 伸縮振動 C-H 3025 3175 cm -1 伸縮振動 C=O1700 1750 cm -1 芳環(huán)吸收1500 1600 cm -1 個較強(qiáng)峰 出現(xiàn)131600 1650 cm 1H-NMR （三） 環(huán)上質(zhì)子由于受內(nèi)酯羰基吸電子共軛效應(yīng)，因此使： +在較高場C8-H、C3、C6- +C7-H、C4C5在較低場OO- 位未取代時：C3、C4當(dāng)HHC-H d, J= 9.5 Hz6.1 6.43,43-HC d, J= 9.5 Hz7.5 8.34OO3,4 C4位取代時：當(dāng)C3或 (R)H(H) R C3或C4-H1H, S 峰

16、信號 OO 當(dāng)C7-OR氧代時：導(dǎo)致向高場位移約C3-H受屏蔽， 由于7-OR氧代后向苯環(huán)供電而引起 0.17ppm。 = 9.5 Hz d, JC - H 6.23HH 3,43HH - HC= 9.5 Hz d, J 7.64+-4 3,4+OORO H = 9 Hz d, J - HC7.383,452H, m峰 - HC - HC6.87 86 C7二氧代時：當(dāng)C5、 HORd, J = 2 Hz - HC1 6 （間位偶合）H- HCd, J = 2 Hz8 OORO- HC尖峰 6 區(qū)別H- HC與C4-H有遠(yuǎn)程偶合 8 0.6 1 HzJ 約為 氧代，當(dāng)C7-ORC6烷基取代時：

17、或C8 HHd, J = 9 HzC-H 7.3 5 C-Hd, J = 9 Hz 6.8 OORO6 R1 HsR-HC 7.25 1有遠(yuǎn)程偶合s-HC 6.7OROO8 H 1) H-NMR(CDClxanthogalol的例：3 d, 6.21 J= 10.0 H-354d, 7.61 J= 10.0 H-4HH 3d, 7.23 J= 8.8 H-56HHd, 6.77 J= 8.8 H-6 t, 3.91 J= 5.1 H-3OOO dd, 2.96 J= 5.1; 17.9 H-4HMedd, 3.15 J= 5.1; 17.9 H-442H MeHs, 1.36 Me-2 OH3

18、 s, 1.41 Me-2s, 2.18 -OH 13C-NMR （四） 香豆素母核上九個碳原子的化學(xué)位移值： -OR取代時： 當(dāng) 143.6128.1118.8 連接的碳 +30 ppm 116.4124.4 鄰位碳 -13 ppm 131.8 對位碳 -8 ppm OO153.9160.4116.4 （五）質(zhì)譜 香豆素類化合物質(zhì)譜有如下特點(diǎn)： 1.有強(qiáng)的分子離子峰； 2.基峰是失去CO的苯駢呋喃離子； O.+ 主要裂解途徑是：首先失去CO。3.五、香豆素的生物活性 1.低濃度可刺激植物發(fā)芽和生長作用；高濃度則抑制 2.光敏作用可引起皮膚色素沉著；補(bǔ)骨脂內(nèi)酯可治白斑病 3.抗菌、抗病毒作用蛇

19、床子、毛當(dāng)歸根中的奧斯腦（Osthole）：抑制 乙肝表面抗原； 茵陳蒿中的濱蒿內(nèi)酯，具有松弛平滑肌等作用；4.平滑肌松弛作用 抗凝血作用5. 有些香豆素對肝有一定的毒性。肝毒性6. 第三節(jié) 木脂素 木脂素（lignans）：一類由苯丙素氧化聚合而成的天然產(chǎn)物。 通常指其二聚物，少數(shù)為三聚物和四聚物。 98989898 722771271 1133362 4466436555 45 早期木脂素的定義： 8-8）連結(jié)而成的化合物木脂素。兩分子苯丙素以側(cè)鏈中?碳原子（ 新木脂素。）非?碳原子相連（如3-3、8-3 88 33 木脂素的一些新類型： 三聚體、四聚體等； 苯丙素低聚體 倍半木脂素 三聚

20、體稱為（sesquilignan） dilignan）（ 四聚體稱為二木脂素 由一分子苯丙素與黃酮、香豆素等結(jié)合而成； 雜木脂素 flavonolignan根據(jù)結(jié)合分子的不同而命名，如黃酮木脂素（） 個碳原1617 去甲木脂素(norlignan)這類木脂素的基本母核只有 子。比一般的木脂素少12個碳。 組成木脂素的單位有四種：COOH CHO cinnamic acid）桂皮酸（ 1. cinnamaldehyde偶為桂皮醛（）OH cinnamyl alcohol）桂皮醇（ 2. ） 3.丙烯苯（propenyl benzene 4.烯丙苯（allyl benzene） 木脂素的命名： 2

21、.系統(tǒng)命名 1.大多采用俗名 9OH9O 8H8 木脂素氧代二甲氧基二羥基-8-8,9-O-9-(8R,8R)-4,4-9-3,3-3 OMe4OH43雙分子連接的橋頭碳編號名稱含氧官能團(tuán)位置C8構(gòu)型 OHOMe 羅漢松脂素 一、結(jié)構(gòu)類型 常見類型如下： （一）二芳基丁烷類（dibenzylbutanes） OHCHMeO2 OHCHMeO2 OMeOMe 葉下珠脂素 phyllanthin ）（二）二芳基丁內(nèi)酯類（dibenzyltyrolactones這是木脂素側(cè)鏈形成內(nèi)酯結(jié)構(gòu)的基本類型，還包括單去氫和雙去氫化合 物。它們是生物體內(nèi)芳基萘內(nèi)酯類木脂素的合成前體。 OOO OOO OO扁柏脂

22、素hinokinin （三）芳基萘類（arylnaphthalenes） aryltetralins）三種結(jié)構(gòu)。有芳基萘、芳基二氫萘和芳基四氫萘（ OO OO 奧托肉豆蔻脂素 otobain ）（四）四氫呋喃類（tetrahydrofurans三種四氫7-O-7因氧原子連接位置的不同，可形成、7-O-9和9-O-9 呋喃結(jié)構(gòu)。 OOO 9-O-9 7-O-97-O-7O ）（五）雙四氫呋喃類（furofuransOO由二個取代四氫呋喃單元形成四氫呋喃駢O 四氫呋喃結(jié)構(gòu)。O(+)-細(xì)辛脂素 （六）聯(lián)苯環(huán)辛烯類（dibenzocyclooctenes）OMe MeO MeO MeOMeOOMe五味

23、子甲素 （七）苯駢呋喃類（benzofurans） 包括苯駢呋喃及其二氫、四氫和六氫衍生物。 MeO OO MeO OMe海風(fēng)藤酮 kadsurenone MeO OO ）（八）雙環(huán)辛烷類（bicyclo3,2,1octanesMeOOOMe macrophyllin （九）苯駢二氧六環(huán)類 兩分子苯丙素通過氧橋連接，形成二氧六環(huán)結(jié)構(gòu)。OH O OH HOCHOOO2 貓眼草素Omaoyancaosu MeO ）（十）螺二烯酮類（spirodienoneOO O呋胡椒脂酮 ）biphenylenes（十一）聯(lián)苯類（futoenone OHOH厚樸酚 O）和二木（十二）倍半木脂素（sesquili

24、gnansO ）脂素（dilignansOHOMe 分子苯丙素聚合而成。分別由3分子和4OHMeO OOMe 二、理化性質(zhì)拉帕酚AOHlappaol A 形態(tài)：多呈無色晶形，新木脂素不易結(jié)晶 親脂性，難溶水，溶苯、氯仿等溶解性：游離 成苷水溶性增大 揮發(fā)性：多數(shù)不揮發(fā)，少數(shù)有升華性質(zhì) 旋光性：大多有光學(xué)活性，遇酸易異構(gòu)化。 如：個手性22個四氫呋喃環(huán)順式駢環(huán)，有芝麻脂素為雙四氫呋喃類木脂素， 4個異構(gòu)體。碳，故有 ）系從d-芝麻脂素（d-sesamin麻油的非皂化物中獲得，右旋體； d-表芝麻脂素（d-episesamin）上者在鹽酸乙醇液中加熱轉(zhuǎn)化而來。 即細(xì)辛脂素。 細(xì)辛根中得到，左旋體；

25、表芝麻脂素從l- 芝麻脂素由上者在鹽酸乙醇液中加熱部分轉(zhuǎn)化獲得。l- OO O OHCl HH HHOOO OOO d-表芝麻脂素d-芝麻脂素 O O OOOO HCl HHHHOOOOOOl-芝麻脂素l-表芝麻脂素 發(fā)生構(gòu)型這是由于呋喃環(huán)上的氧原子與芐基相連，易于開環(huán)，重復(fù)閉環(huán)時 變化。 而改變旋光性質(zhì)，影響其生物活性，礦酸不僅能使木脂素構(gòu)型發(fā)生變化， 發(fā)生碳架重排。且還能引起某些木脂素 光照也能使木脂素起氧化環(huán)合等反應(yīng)而發(fā)生碳架變化。 所以，從化學(xué)結(jié)構(gòu)類型來看，木脂素并非一類成分，因此，它們沒有共同 的特征反應(yīng)，但有一些非特征性的試劑可用于薄層層析顯色，如： 硫酸乙醇液等。通用顯色劑5%磷鉬酸乙醇液、30% 三、提取分離 提?。郝确碌冗M(jìn)行萃乙醚、多用乙醇或丙酮等提取后，再用極性較小的溶劑如： 取。 分離： 色譜法、溶劑萃取法、分級沉淀法、重結(jié)