黄酮类药物的结构、种类及性质简介

2023-06-24 理论教育版权反馈

【摘要】：黄酮苷中糖连接位置与苷元的结构类型有关。图1-12-1黄酮类化合物分子结构（一）黄酮苷元的结构和分类黄酮类化合物分为以下七大类。

黄酮类化合物经典的定义主要是指基本母核为2-苯基色原酮的一系列化合物。现代的定义是泛指两个苯环通过三个碳原子相互连接而成的一系列化合物。如图1-12-1所示。

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图1-12-1　黄酮类化合物分子结构

（一）黄酮苷元的结构和分类

黄酮类化合物分为以下七大类。

1.黄酮和黄酮醇

这里指的是狭义的黄酮，即2-苯基色原酮（2-苯基苯并γ-吡喃酮）类，此类化合物数量最多，尤其是黄酮醇。例如：芫花中的芹菜素、金银花中的木樨草素属于黄酮类；银杏中的山柰素和槲皮素属于黄酮醇类。

2.二氢黄酮和二氢黄酮醇

与黄酮和黄酮醇相比，二氢黄酮和二氢黄酮醇结构中C环C（2）=C（3）双键被饱和，它们在植物体内常与相应的黄酮和黄酮醇共存。例如：甘草中的甘草素、橙皮中的橙皮苷均属于二氢黄酮类；满山红中的二氢槲皮素、桑枝中的二氢桑色素均属于二氢黄酮醇类。

3.异黄酮和二氢异黄酮

异黄酮类为具有3-苯基色原酮基本骨架的化合物，与黄酮相比，其B环位置连接不同。例如，葛根中的葛根素、大豆苷及大豆素均为异黄酮。二氢异黄酮类可看作异黄酮类C（2）=C（3）双键被还原成单键的一类化合物。例如，中药广豆根中的紫檀素就属于二氢异黄酮的衍生物。

4.查耳酮和二氢查耳酮类

查耳酮的主要结构特点是C环未成环，另外定位也与其他黄酮不同。它可以看作二氢黄酮在碱性条件下C环开环的产物，两者互为同分异构体，常在植物体内共存。同时两者的转变伴随着颜色的变化。二氢查耳酮在植物界分布极少。

5.橙酮类

橙酮类可看作黄酮的C环分出一个碳原子变成五元环，其余部位不变，但C原子定位也有所不同。橙酮是黄酮的同分异构体，属于苯并呋喃的衍生物，又名噢哢。例如，黄花波斯菊花中含有的硫黄菊素就属于此类。

6.花色素和黄烷醇类

花色素类是一类以离子形式存在的色原烯的衍生物。花色素广泛存在于植物的花、果、叶、茎等部位，是形成植物蓝、红、紫色的色素。由于花色素多以苷的形式存在，故又称花色苷。例如，矢车菊素、飞燕草素、天竺葵素等属于此类。黄烷醇类是由二氢黄酮醇类还原而来，是脱去C（4）位羰基氧原子后的二氢黄酮醇类。

黄烷-3-醇在植物界中分布很广，如（+）-儿茶素和（-）-表儿茶素，故又称为儿茶素类。儿茶素为中药儿茶的有效成分，具有一定的抗癌活性。

7.其他黄酮类

此类化合物大多不符合C6-C3-C6的基本骨架，但因具有苯并γ-吡喃酮结构，通常也将其归为黄酮类化合物，如双黄酮类、高异黄酮类。

（二）黄酮苷的糖的结构分类

天然黄酮类化合物多以苷类形式存在，并且由于糖的种类、数量、连接位置及连接方式不同，可以组成各种各样的黄酮苷类。组成黄酮苷的糖主要有以下几类。

（1）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。

（2）双糖类：槐糖（glc1-2glc）、龙胆二糖（glc1-6glc）、答香糖（rha1-6glc）、新橙皮糖（rha1-6glc）、刺槐二糖（rha1-6gal）等。

（3）三糖类：龙胆三糖（glc1-6glc1-2fru）、槐三糖（glc1-2glc1-2glc）等。

（4）酰化糖类：2-乙酰葡萄糖、咖啡酰基葡萄糖等。

黄酮苷中糖连接位置与苷元的结构类型有关。例如，黄酮醇类常形成3-、5-、3'-、4'-单糖苷或3，7-、3，4'-、7，4'-双糖链苷等。除O-苷外，在天然黄酮类化合物中还发现C-苷，如葛根黄素、葛根黄素单糖苷，为中药葛根中的扩张冠状动脉血管的有效成分。

（三）黄酮类化合物的理化性质

1.性状

黄酮类化合物多为晶体，少数（如黄酮苷类）为无定形粉末。游离的各种苷元母核中，除二氢黄酮、二氢黄酮醇、黄烷及黄烷醇有旋光性外，其余无光学活性。苷类由于在结构中引入糖的分子，故均有旋光性，且多为左旋。黄酮类化合物的颜色与分子中是否存在交叉共轭体系及助色团（—OH、—OCH3等）的种类、数目以及取代位置有关。花色素及其苷元的颜色随pH不同而改变，一般显红（pH＜7）、紫（pH=8.5）、蓝（pH＞8.5）等颜色。

2.溶解性

黄酮类化合物的溶解度因结构及存在状态（苷和苷元、单糖苷、双糖苷或三糖苷）不同而有很大差异。一般游离苷元难溶或不溶于水，易溶于甲醇、乙醇、乙酸乙酯、乙醇等有机溶剂及稀碱水溶液中。其中黄酮、黄酮醇、查耳酮等平面性强的分子难溶于水，而二氢黄酮及二氢黄酮醇等溶解度稍大。花色苷元（花青素）类以离子形式存在，具有盐的通性，故亲水性较强，水中溶解度较大。

3.酸性与碱性

（1）酸性　黄酮类化合物因分子中多具有酚羟基，故显酸性，可溶于碱性水溶液、吡啶、甲酰胺及二甲基甲酰胺中。由于酚羟基数目及位置不同，酸性强弱也不同。以黄酮为例，其酚羟基酸性顺序为

7，4'-二羟基＞7-或4'-羟基＞一般酚羟基＞5-羟基

例如C（7）—OH因为处于C=O的对位，在p-共轭效应的影响下，酸性较强，可溶于碳酸钠溶液中，此性质可用于提取、分离及鉴定工作。

（2）碱性　7-吡喃环上的1位氧原子，因有未共用电子对，故表现出微弱碱性，可与强无机酸（如浓硫酸、盐酸等）生成盐，但生成的 pagenumber_ebook=263,pagenumber_book=250 盐极不稳定，加水后即可分解。黄酮类化合物溶于浓硫酸中生成的盐常常呈现出特殊的颜色，可用于鉴别。某些甲氧基黄酮溶于浓盐酸中显深黄色，且可与生物碱沉淀试剂生成沉淀。

4.显色反应

黄酮类化合物的颜色反应多与分子中的酚羟基及γ-吡喃酮环有关。

（1）还原试验。

①盐酸-镁粉（或锌粉）反应　这是鉴定黄酮类化合物最常用的颜色反应。方法是将样品溶于1.0 mL甲醇或乙醇中，加入少许镁粉（或锌粉）振摇，滴加几滴浓盐酸，1～2 min内（必要时微热）即可显色。多数黄酮、黄酮醇、二氢黄酮及二氢黄酮醇类化合物显橙红至紫红色，少数显紫至蓝色。当B环上有—OH或—OCH3取代时，呈现的颜色随之加深。但查耳酮、橙酮、儿茶素类则无此显色反应。须预先做空白对照试验，在供试液中仅加入浓盐酸进行观察。在用植物粗提取液进行预试时，为了避免提取液本身颜色的干扰，可注意观察加入浓盐酸后升起的泡沫颜色。如泡沫为红色，即示阳性。

盐酸-镁粉反应的机理过去解释为生成了花色苷元，现在认为是生成了正碳离子的缘故。

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反应呈红至紫色。其他黄酮类化合物均不显色，可与之区别。方法是在试管中加入0.1 mL含有样品的乙醇液，再加等量2%NaBH4的甲醇液，1 min后，加浓盐酸或浓硫酸数滴，呈红至紫色。

另外，二氢黄酮可与磷钼酸试剂反应呈现棕褐色，也可作为二氢黄酮类化合物的特征鉴别反应。

（2）金属盐类试剂的配位反应。

黄酮类化合物常可与铝盐、铅盐、锆盐、镁盐等试剂反应，生成有色配合物。

①铝盐　常用试剂为1%三氯化铝或硝酸铝溶液。生成的配合物多为黄色，并有荧光，可用于定性及定量分析。

②铅盐　常用2%乙酸铅及碱式乙酸铅水溶液，可生成黄至红色沉淀。

③锆盐　多用2%二氯氧锆甲醇溶液，黄酮类化合物分子中有游离的3-或5-羟基存在时，均可与该试剂反应生成黄色的锆配合物。但两种锆配合物对酸的稳定性不同。3-羟基，4-酮基配合物的稳定性比5-羟基，4-酮基配合物的稳定性强（仅二氢黄酮醇除外），故当反应液中接着加入柠檬酸后，5-羟基黄酮的黄色溶液显著退色，而3-羟基黄酮溶液仍呈鲜黄色（锆-柠檬酸反应）。

④镁盐　常用乙酸镁甲醇溶液为显色剂，本反应可在纸上进行。试验时在纸上滴加一滴供试液，喷以乙酸镁的甲醇溶液，加热干燥，在紫外光灯下观察。二氢黄酮、二氢黄酮醇类可显天蓝色荧光，若具有C（3）—OH，色泽更为明显。而黄酮、黄酮醇及异黄酮类等则显黄、橙黄至褐色。

⑤氯化锶（SrCl2）　在氨性甲醇溶液中，氯化锶可与分子中具有邻二酚羟基结构的黄酮类化合物生成绿色至棕色乃至黑色沉淀。

⑥三氯化铁　三氯化铁水溶液或醇溶液为常用的酚类显色剂。多数黄酮类化合物因分子中含有酚羟基，故可产生阳性反应，但一般仅在含有氢键缔合的酚羟基时，才呈现明显反应。

（3）硼酸显色反应。

当黄酮类化合物分子中有下列结构时，在无机酸或有机酸存在的条件下，可与硼酸反应，生成亮黄色。显然，5-羟基黄酮及2-羟基查耳酮类结构可以满足上述要求，故可与其他类型区别。一般在草酸存在下显黄色并具有绿色荧光，但在柠檬酸丙酮存在的条件下，则只显黄色而无荧光。

（4）碱性试剂显色反应。

在日光及紫外光下，通过纸斑反应，观察样品用碱性试剂处理后的颜色变化情况，对于鉴别黄酮类化合物有一定意义。其中，用氨蒸气处理后呈现的颜色置于空气中随即退去，但经碳酸钠溶液处理而呈现的颜色置于空气中不退去。

此外，利用碱性试剂的反应还可帮助鉴别分子中某些结构特征。例如：①二氢黄酮类易在碱液中开环，转变成相应的异构体——查耳酮类化合物，显橙至黄色；②黄酮醇类在碱液中先呈黄色，通入空气后变为棕色，因此可与其他黄酮类相区别；③黄酮类化合物当分子中有邻二酚羟基取代或3，4'-二羟基取代时，在碱液中不稳定，易被氧化，生成黄色、深红色至绿棕色沉淀。

黄酮类药物的结构、种类及性质简介

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