黄酮类化合物

黄酮类化合物

一概述

黄酮类化合物（flavonoids）是一类存在于自然界的重要有机化合物。黄酮类化合物不同的颜色为天然色素家族添加了更多的色彩。这类化合物多存在与高等植物及蕨类植物中。苔藓类植物中部分存在黄酮类化合物，而藻类，微生物（如细菌）及其他海洋生物中没有发现黄酮类化合物的存在。

黄酮类化合物在植物体中通常与糖结合成苷类，小部分以游离态（苷元）的形式存在。绝大多数植物体内都含有黄酮类化合物，它在植物的生长、发育、开花、结果以及抗菌防病等方起着重要的作用。它是很多中药的活性成分，具有抗氧化、抗菌消炎、抗病毒、抗癌等生物活性。

1.1黄酮类化合物的基本结构

以前黄酮类化合物主要是指基本母核为2-苯基色原酮（flavone见图1）结构类的化合物。现在泛指两个具有酚羟基的苯环（A-与B-环）通过中央三碳基团相互连接而成的一系列化合物。

图1

它们分子中有一个酮式羰基，第一位上的氧原子具碱性，能与强酸成盐，其羟基衍生物多具黄色，故又称黄碱素或黄酮。黄酮类化合物结构中常见的取代基团有酚羟基、甲氧基、甲基、异戊烯基等。

1.2黄酮类化合物的生物合成

黄酮的基本骨架是由三个丙二酰辅酶A和一个桂皮酰辅酶A生物合成而产生。经同位素标记，大体合成过程如下图5所示：

上述标记实验同时证明了间苯三酚不是黄酮类化合物的生物合成前体，而桂皮酸和对羟基桂皮酸是黄酮类化合物B环更适合的生物合成前体。

1.3黄酮类化合物的分类（见图2）：

根据中央三碳链的氧化程度、B-环连接位置（2-或3-）以及三碳链是否构成环状等特点，

可将主要的天然黄酮类化合物分类。

图2 黄酮类化合物的分类

1.3.1黄酮类及黄酮醇类

黄酮及黄酮醇类是数量最多、分布最广的黄酮类化合物。木犀草素是最常见的黄酮类化合物，在植物界分布较广，具有抗菌作用。清热解毒中药黄芩含有较多的黄酮类化合物，主要成分为黄芩苷和次黄芩苷等。槲皮素及及其苷类则是植物界分布最广、最常见的黄酮化合物。

1.3.2二氢黄酮类及二氢黄酮醇类

二氢黄酮和二氢黄酮醇类是黄酮和黄酮醇的2,3-双键饱和结构，绝大部分天然来源的二氢黄酮是2S构型，二氢黄酮醇是2R,3R构型。二氢黄酮和二氢黄酮醇在被子植物中的蔷薇科、芸香科、豆科、杜鹃花科、菊科、姜科等分布较多。

1.3.3异黄酮类

异黄酮类主要分布于被子植物的豆科、桑科等。中药葛根中所含的大豆素、大豆苷、葛根素等均为异黄酮类化合物。

此外，还有由两分子的黄酮或两分子的二氢黄酮，或一分子黄酮及一分子二氢黄酮按C-C键或C-O-C键方式连接而成的双黄酮类化合物。另外，还有少数黄酮类化合物结构复杂，如水飞蓟素为黄酮木脂体类化合物（有些书也把它归为二氢黄酮醇类），而榕碱及异榕碱则为黄酮生物碱（图3）

。

图3

1.3黄酮类化合物黄酮苷的糖类

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。

组成黄酮苷的糖类主要有：

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，龙胆二糖，芸香糖，新橙皮糖，刺槐二糖等。

三糖类：槐三糖等。

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。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。

除O-糖苷外，天然黄酮类化合物中还发现有C-键苷，如上文提到的葛根黄素，葛根黄连素木糖苷，为中药葛根中的扩张冠状动脉血管的有效成分。

二理化性质

2.1性状

黄酮类化合物多为结晶性固体，少数为无定型粉末。

苷类由于结构中引入糖的分子，固均有旋光性，且多为左旋。

黄酮类化合物的颜色与分子中存在的交叉共轭体系及助色团（-OH、-CH3）等的类型、数目及取代位置有关。一般来说，黄酮、黄酮醇及其苷类多呈灰黄至黄色，查尔酮为黄色至橙黄色，而二氢黄酮、二氢黄酮醇、异黄酮类等因不存在共轭体系或共轭很少，故不显色。花色素及其苷元的颜色，因pH的不同而变，一般呈红（pH<7）、紫（7<8.5）、蓝（PH>8.5）等颜色。2．2溶解性

黄酮苷元一般难溶或不溶于水，易溶于甲醇、乙醇、乙酸乙酯、乙醚等有机溶剂，易溶于稀碱液。黄酮类化合物的羟基糖苷化后，水溶性相应加大，而在有机溶剂中的溶解度相应减少。

黄酮苷一般易溶于水、甲醇、乙醇、乙酸乙酯、吡啶等溶剂，难溶于乙醚、三氯甲烷、苯等有机溶剂。黄酮类化合物因分子中多有酚羟基而呈酸性，故可溶于碱性水溶液、吡啶、甲酰胺及二甲基甲酰胺中。

2.3酸性与碱性

黄酮类化合物因分子中多具有酚羟基，固显酸性。以黄酮为例，7,4’-二OH>7或4’-OH>一般酚OH>5-OH>3-OH。此性质可用于提取、分离及鉴定工作。

有微弱的碱性。溶于浓盐酸中生成的盐，常常表现出特殊的颜色，可用于鉴别。

2.4显色反应

2.4.1还原反应

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-紫色反应。其他黄酮类化合物均不显色。方法是在试管中加入0.1ml含有试样的乙醇液，再加等量2% NaBH4甲醇液，一分钟后加浓盐酸或浓硫酸数滴，生成紫色-紫红色。还有报道二氢黄酮可与磷钼酸试剂反应呈现棕褐色。

另外还有盐酸-镁粉（或锌粉）反应

2.4.2金属盐类试剂的络合反应

酸铅、醋酸镁与二氯氧化锆等试剂。

其他化学鉴定的方法还有硼酸显色反应以及碱性试剂显色反应

2.5.重排

黄酮类6-，8-糖苷在常规酸水解条件下不能被水解，但是可以发生互变，成为6-，8-糖苷的混合物。所以在解决该类苷的结构时尽量不用酸水解法，而常常通过一维核磁共振和二维核磁共振技术来确定其结构。

三黄酮类化合物的提取与分离

黄酮类化合物在花、叶、果实等组织中，一般多以苷的形势存在，而在木部坚硬组织中，则多以游离苷元形式存在。黄酮苷类以及记性稍大的苷元一般可用丙酮、醋酸乙酯、乙醇、水或某些极性较大的混合溶剂进行提取，多用甲醇-水（1:1）。一些多糖苷类而用沸水提取。大多数

黄酮苷元宜用极性较小的溶剂，如氯仿、乙醚等提取。

对得到的粗提取物可进行精制处理，常用方法有

3.1提取

溶剂萃取法、碱提取酸沉淀法、炭粉吸附法。

溶剂萃取法：利用黄酮类化合物与混入的杂质极性不同，选用不同的溶剂进行萃取可以精制纯化。比如植物叶子的醇浸液，可以用石油醚处理除去叶绿素

3.2分离

较常用的分离方法有：柱色谱法（包括硅胶柱色谱、聚酰胺柱色谱、葡聚糖凝胶柱色谱）、梯度PH萃取法。

其中柱色谱中的硅胶柱色谱分析法最为常用，主要适于分离异黄酮、二氢黄酮、二氢黄酮醇、以及高度甲基化（或乙酰化）的黄酮及黄酮醇类。但供试硅胶中混存的微量金属离子，应预先用浓盐酸处理除去，以免干扰分离效果。

葡聚糖凝胶分离（例子中引用了Sephadex LH-20型号的凝胶）主要是利用吸附的作用。凝胶对黄酮类化合物的吸附程度主要取决于游离的酚羟基数目。在洗脱时，黄酮苷类大体上是按分子量由大到小的顺序流出柱体的。

【例】银杏叶中化合物的提取与分离

银杏叶为银杏科植物银杏Ginkgo biloba L.的干燥叶。具有敛肺、平喘、活血化瘀、止痛之功效，用于肺虚咳喘、冠心病、心绞痛、高脂血症等疾病。银杏叶主要含有黄酮类和二萜内酯类化学成分。黄酮类成分：异鼠李素、银杏双黄酮、异银杏双黄酮、7-去甲基银杏双黄酮、金松双黄酮等。

1：槲皮素，2：山奈酚，3：异鼠李素，4：银杏双黄酮，5：异银杏双黄酮，6：7-去甲基银杏双黄酮，7：金松双黄酮

（1）

本次分离提取方法主要用到了溶液萃取法、硅胶柱色谱法以及葡聚糖凝胶柱色谱。（2）

由以上两部分的分离与提取用到了：溶剂萃取法、硅胶柱色谱法、葡聚糖凝胶柱色谱等。

四黄酮类化合物的结构鉴定。

黄酮类化合物的鉴定现在多用波普学的综合解析，包括色谱法、紫外及可见光谱、氢核磁共振、碳核磁共振、质谱。

[例]银杏叶中槲皮素的鉴定

银杏叶金松双黄酮的鉴定：

柱层析分离得到金松双黄酮粗品，以丙酮重结晶得黄色棱片状结晶，熔点292-293℃。此结晶之乙醇溶液与HCl-Mg呈极淡橙黄色；与NaOH 水溶液呈亮黄色；与NH3呈黄色，在紫外光下为棕紫色；与AlCl3甲醇液呈黄色，在紫外光下游黄绿色荧光；与FeCl3乙醇液呈污绿色；与ZroCl2甲醇液呈黄色，加入柠檬酸甲醇液后显著褪色。

注：相关文献《庐山银杏叶中双黄酮的分离和鉴定》中第二部分也有相关鉴定方法，主要是化学方法和波普法。此文是对金松双黄酮、异银杏双黄酮的鉴定。

五黄酮类化合物的生理活性：

5.1对心血管系统的作用

许多治疗冠心病有效的中草药或活血化瘀类中药中均含有黄酮类化合物。芦丁、槲皮素、葛根素、人工合成的立可定等均有明显的扩冠作用，并以用于临床。近年来在欧美天然制剂销售前几位的银杏提取物，具有预防冠心病和降低血脂的作用，其主要成分为银杏黄酮和银杏内酯。另据报道，槲皮素等黄酮类化合物对由ADP、胶原或凝血酶引起的血小板聚集及血栓形成也有抑制作用。这表明可能与一些含有黄酮类成分的活血化瘀类中草药的作用机制存在某种程度的内在联系。

5.2保护肝脏作用

来源于水飞蓟种子的水飞蓟素，异水飞蓟素及次水飞蓟素等黄酮类物质均有很强的保护肝作用，临床上用以治疗急、慢性肝炎，肝硬化及多种中毒性肝损伤等疾病均取得了较好的效果。

5.3抗炎作用

黄酮类化合物的抗炎作用可能与前列腺素（PEG）生物合成过程中的脂氧合酶受到的抑制有关。如芦丁及其衍生物羟乙基芦丁、二氢槲皮素以及橙皮苷-甲基查耳酮等对角叉菜胶、5-HT 及PEG诱发的大鼠足爪水肿、甲醛引发的关节炎等有明显的抑制作用。

5.4雌性激素样作用

异黄酮类化合物有雌性激素样作用，如染料木素、金雀花异黄素、大豆素等，这可能是由于他们与己烯雌酚结构相似的缘故。

5.5抗菌及抗病毒作用

黄酮类化合物还具有一定程度的抗菌作用。如，槲皮素、山奈酚、二氢槲皮素、木犀草素等。

5.6泻下作用

如中药营实中的营实苷A有致泻作用。

5.7解痉作用

葛根黄酮类成分（如大豆素、葛根素等）可以缓解高血压患者的头痛等症状。

此外，有些黄酮类化合物具有止咳、祛痰和平喘的作用，其平喘作用与分子中的α，β—不饱和酮结构有关。据报道，有些黄酮类化合物对环核苷酸磷酸二酯酶具有一定程度的选择性抑制作用，且多数黄酮苷元的抑制作用比黄酮苷强。

参考文献：

1.银杏黄酮类成分的研究唐于平，楼凤昌，王景华等中国中药杂志，2001,36（4）：231-233;

2.银杏叶黄酮类成分的研究唐于平，王颖，楼凤昌等药学学报，2000,35（5）：363-366；

3．天然药物化学（第五版）吴立军人民卫生出版社2010,7：169-214

4.庐山银杏叶中双黄酮的分离和鉴定江西医学院学报