(精)《中药化学》讲义：黄酮

（精）《中药化学》讲义：黄酮

第一节结构与分类

黄酮类化合物经典的概念主要是指基本母核为2-苯基色原酮的一系列化合物。现在，黄酮类化合物是泛指两个苯环(A与B环)通过三个碳原子相互联结而成的一系列化合物。其基本的碳架为C6-C3-C6。

一、苷元的结构与分类

根据中央三碳链的氧化程度、B-环连接位置(2或3位)以及三碳链是否成环等特点，可将中药中主要的黄酮类化合物分类。

B型题：

在黄酮类化合物中

A.三碳位的2,3位上有双键，而3位没有羟基

B.三碳链的2,3位上有双键，而3位有羟基

C.三碳链的2,3位上没有双键，而3位没有羟基

D.三碳链的2,3位上没有双键，而3位有羟基

E.三碳链的1,2位处开裂，2,3,4位构成了α、β不饱和酮的结构

1：查耳酮的变化

『正确答案』E

2：二氢黄酮醇的变化

『正确答案』D

3：黄酮醇的变化

『正确答案』B

4：二氢黄酮的变化

『正确答案』C

5：黄酮的变化

『正确答案』A

此外，尚有由两分子黄酮或两分子二氢黄酮，或一分子黄酮及一分子二氢黄酮按C-C或C-O-C键方式连接而成的双黄酮类化合物。另有少数黄酮类化合物结构很复杂，如水飞蓟素为黄酮木脂体类化合物，而榕碱及异榕碱则为生物碱型黄酮。

二、黄酮苷中糖的结构与分类

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。

除0-糖苷外，天然黄酮类化合物中还发现有C-苷，如葛根黄素、葛根黄素木糖苷，为中药葛根中扩张冠状动脉血管的有效成分。

第二节理化性质

一、性状

1.形态：多为结晶性固体，少数为无定形粉末(苷)。

2.旋光性：(有无手性碳原子)

黄酮苷类：多为左旋，由于结构中含有糖部分。

3.颜色：大多呈黄色。

①与分子中是否存在交叉共轭体系有关;

②与助色团(供电子-OH、-OCH3等)的种类、数目、取代位置有关，尤其7，4′-位颜色加深。

黄酮、黄酮醇及其苷类：多显灰黄～黄色。

查耳酮：黄～橙黄色。

二氢黄酮、二氢黄酮醇及黄烷醇：几乎为无色(交叉共轭体系中断)。

异黄酮：显微黄色(B环接在3位，缺少完整的交叉共轭体系)。

黄酮和黄酮醇分子中引入-OH和甲氧基等助色团后，因电子移位、重排而使化合物颜色加深，尤其是7位及4′位。

花色素的颜色可随pH不同而改变。

二、溶解性

一般游离苷元难溶或不溶于水，易溶于甲醇、乙醇、乙酸乙酯、乙醚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，因分子与分子间排列紧密，分子间作用力较大，故更难溶于水;而二氢黄酮及二氢黄酮醇等，因系非平面性分子，分子与分子间排列不紧密，分子间作用力较小，有利于水分子进入，故溶解度稍大。

至于花色苷元(花青素)类虽也为平面性结构，但因以离子形式存在，具有盐的通性，故亲水性较强，在水中的溶解度较大。

黄酮类苷元分子中引入羟基，将增加在水中的溶解度;而羟基经甲基化后，则增加在有机溶剂中的溶解度。

黄酮类化合物的羟基被糖苷化后，在水中溶解度则相应增大，而在有机溶剂中的溶解度则相应减小。黄酮苷一般易溶于水和甲醇、乙醇等极性有机溶剂中;但难溶或不溶于苯、氯仿等非极性有机溶剂中。一般情况下，苷的糖链越长，在水中的溶解度越大。

另外，糖的结合位置不同，对苷的水溶性也有一定影响。

三、酸碱性

(一)酸性

多数黄酮类化合物因分子中具有酚羟基，故显酸性，可溶于碱性水溶液、吡啶、甲酰胺及二甲基甲酰胺等有机溶剂中。

由于酚羟基数目及位置不同，酸性强弱也不同。以黄酮为例，其酚羟基酸性强弱顺序依次为：

7,4′-二羟基>7或4′-羟基>一般酚羟基>5-羟基

A型题：

在下列黄酮类化合物中，酸性最强的是

A.5-羟基黄酮

B.4′-羟基黄酮

C.3-羟基黄酮

D.4′-羟基二氢黄酮

E.3′-羟基黄酮

『正确答案』B

(二)碱性

γ-吡喃酮环上的醚氧原子，因有未共用的电子对，故表现有微弱的碱性，可与强无机酸，如浓硫酸、浓盐酸等生成盐，但生成的盐极不稳定，遇水即可分解。

黄酮类化合物溶于浓硫酸中生成的盐，常常表现出特殊的颜色，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荆生成沉淀。

四、显色反应

黄酮类化合物的显色反应多与分子中的酚羟基及γ-吡喃酮环有关。

(一)还原试验

1.盐酸-镁粉(或锌粉)反应

它是鉴定黄酮类化合物最常用的显色反应。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，呈现的颜色亦即随之加深。但查耳酮、橙酮、儿茶素类则无该显色反应。异黄酮类化合物除少数例外，也不显色。

2.四氢硼钠(钾)反应

在黄酮类化合物中，NaBH4对二氢黄酮类化合物专属性较高，可与二氢黄酮类化合物反应产生红至紫色。其他黄酮类化合物均不显色，可与之区别。

(二)金属盐类试剂的络合反应

黄酮类化合物分子中常含有下列结构单元：三羟基四羰基，四羰基五羟基，邻二酚羟基，故常可与铝盐、铅盐、锆盐、镁盐等试剂反应，生成有色络合物。

1.铝盐

常用试剂为1%三氯化铝或硝酸铝溶液。生成的络合物多为黄色(λmax=415nm)，并有荧光，可用于定性及定量分析。

2.锆盐

多用2%二氯氧化锆甲醇溶液。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络合物。但两种锆络合物对酸的稳定性不同。3-羟基，4-酮基络合物的稳定性比5-羟基，4-酮基络合物的稳定性强(但二氢黄酮醇除外)。故当反应液中加入枸橼酸后，5-羟基黄酮的黄色溶液显著褪色，而3-羟基黄酮溶液仍呈鲜黄色(锆-枸橼酸反应)。

3.镁盐

常用乙酸镁甲醇溶液为显色剂，本反应可在纸上进行。二氢黄酮、二氢黄酮醇类可显天蓝色荧光，若具有C3-OH，色泽更为明显。而黄酮、黄酮醇及异黄酮类等则显黄至橙黄乃至褐色。

4.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。

5.三氯化铁

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，才呈现明显的颜色。

(三)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，但在枸橼酸-丙酮存在的条件下，则只显黄色而无荧光。

(四)碱性试剂显色反应

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，据此可与其他黄酮类区别。

3.黄酮类化合物的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，出现黄色→深红色→绿棕色沉淀。

第三节提取与分离

一、提取

黄酮苷类以及极性稍大的苷元(如羟基黄酮、双黄酮、橙酮、查耳酮等)，一般可用丙酮、乙酸乙酯、乙醇、水或某些极性较大的混合溶剂进行提取。其中用得最多的是甲醇-水(1：1)或甲醇。一些多糖苷类则可以用沸水提取。在提取花青素类化合物时，可加入少量酸(如0.1%盐酸)。但提取一般黄酮苷类成分时，则应当慎用，以免发

生酸水解反应。为了避免在提取过程中黄酮苷类发生水解，也可按常规提取苷的方法事先破坏酶的活性。大多数黄酮苷元宜用极性较小的溶剂，如用氯仿、乙醚、乙酸乙酯等提取，而对多甲氧基黄酮的游离苷元，甚至可用苯进行提取。

对得到的粗提取物可进行精制处理，常用的方法有：

(一)溶剂萃取法

根据黄酮类化合物极性的大小分别萃取。一般的黄酮苷元可以选择氯仿或者乙醚进行萃取，单糖苷可以选择乙酸乙酯进行萃取，多糖苷可以选择水饱和的正丁醇来萃取。

(二)碱提取酸沉淀法

碱提取酸沉淀法对有酸性的游离的黄酮苷元都是合适的，因为游离的黄酮苷元具有亲脂性，由于有酚羟基显酸性，因此可以溶解在碱水中，当用碱水提取后，再加入酸，能够恢复为原来的游离的状态，具有亲脂性，在酸水中不溶解而形成沉淀。

黄酮苷类虽有一定极性，可溶于水，但却难溶于酸性水，易溶于碱性水，故可用碱性水提取，再将碱水提取液调成酸性，黄酮苷类即可沉淀析出。此法简便易行，如芦丁、橙皮苷、黄芩苷的提取都采用了这个方法。

在用碱酸法进行提取纯化时，应当注意所用碱液浓度不宜过高，以免在强碱性下，尤其加热时破坏黄酮母核。在加酸酸化时，酸性也不宜过强，以免生成盐，导致析出的黄酮类化合物又重新溶解，降低产品收率。当药材中含有大量果胶、黏液等水溶性杂质时(如花、果类药材)，宜用石灰乳或石灰水代替其他碱性水溶液进行提取，以使上述含羧基的杂质生成钙盐沉淀，不被溶出。这将有利于黄酮类化合物的纯化处理。

(三)炭粉吸附法

主要适于黄酮苷类的精制，大部分黄酮苷类可用7%酚-水洗下。洗脱液经减压蒸发浓缩后，再用乙醚振摇除去残留的酚，余下水层减压浓缩即得较纯的黄酮苷类成分。

二、分离

(一)柱色谱法

分离黄酮类化合物常用的吸附剂或载体有硅胶、聚酰胺、葡聚糖凝胶及纤维素粉等。

1.硅胶柱色谱

此法应用范围最广，按照黄酮类化合物极性的大小先后洗脱，达到分离的目的。主要适于分离异黄酮、二氢黄酮、二氢黄酮醇及高度甲基化(或乙醚化)的黄酮及黄酮醇类。

2.聚酰胺柱色谱

对分离黄酮类化合物来说，聚酰胺是较为理想的吸附剂。其吸附强度主要取决于黄酮类化合物分子中羟基的数目与位置及溶剂与黄酮类化合物或与聚酰胺之间形成氢键缔合能力的大小。聚酰胺柱色谱可用于分离各种类型的黄酮类化合物，包括苷及苷元、查耳酮与二氢黄酮等。黄酮类化合物从聚酰胺柱上洗脱时有下述规律：

(1)苷元相同，洗脱先后顺序一般是：叁糖苷，双糖苷，单糖苷，苷元。

(2)母核上增加羟基，洗脱速度即相应减慢。

(3)不同类型黄酮化合物，先后流出顺序一般是：异黄酮，二氢黄酮醇，黄酮，黄酮醇。

(4)分子中芳香核、共轭双键多者易被吸附，故查耳酮往往比相应的二氢黄酮难于洗脱。

3.葡聚糖凝胶(Sephadex gel)柱色谱

对于黄酮类化合物的分离，主要用两种型号的凝胶：Sephadex-G 型及Sephadex-LH20型。用葡聚糖凝胶分离黄酮类化合物的机理是：分离游离黄酮时，主要靠吸附作用。凝胶对黄酮类化合物的吸附程度取决于游离酚羟基的数目，数目越多，越难洗脱。但分离黄酮苷

时，则分子筛的性质起主导作用。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。

(二)pH梯度萃取法

pH梯度萃取法适合于酸性强弱不同的黄酮苷元的分离。根据黄酮类苷元酚羟基数目及位置不同其酸性强弱也不同的性质，可以将混合物溶于有机溶剂(如乙醚)后，依次用5%NaHCO3、5%Na2CO3、0.2%NaOH 及4%NaOH溶液萃取，来达到分离的目的。一般规律大致如下：7,4′-二羟基酸性最强，可以溶于5%NaHCO3，其次是含有7或4′-羟基可以溶于5%Na2CO3，然后是含有一般酚羟基可以溶于0.2%NaOH 溶液中，最后是含有5-羟基只能溶解在4%NaOH溶液中。

(三) 根据分子中某些特定官能团进行分离

在黄酮类成分的混合物中，具有邻二酚羟基的成分与无此结构的成分，性质不同，可以进行分离。

1.铅盐沉淀法

有邻二酚羟基的成分可被乙酸铅沉淀，不具有邻二酚羟基的成分可被碱式乙酸铅沉淀，据此可将两类成分分离。

2.硼酸络合法

具有邻二酚羟基的黄酮可与硼酸络合，生成物易溶于水，借此也可与不具上述结构的黄酮类化合物相互分离。

第四节鉴别与结构测定

一、色谱法在黄酮类化合物鉴别中的应用

1.纸色谱(PC)

适用于分离各种天然黄酮类化合物及其苷类的混合物。混合物的鉴定常采用双向色谱法。以黄酮苷类为例来说，一般第一向展开采用某种醇性溶剂，如n-BuOH-HAc-H2O(4：1：5上层，BAW)，主要是根据分配作用原理进行分离。第二向展开溶剂则用水或水溶液，如2%～6%HAc。主要是根据吸附作用原理进行分离。

黄酮类化合物的苷元中，平面性较强的分子如黄酮、黄酮醇、查耳酮等，用含水类溶剂如3%～5%HAc展开时，几乎停留在原点不动(Rf<0.02);而非平面性分子如二氢黄酮、二氢黄酮醇、二氢查耳酮等，因亲水性较强，故Rf值较大(0.10～0.30)。

黄酮类化合物分子中羟基苷化后，极性即随之增大，故在醇性展开剂中Rf值相应降低，同一类型苷元，Rf值依次为：苷元>单糖苷>双糖苷。但在用水或2%～8%HOAc，3%NaCl水溶液或1%HCl展开时，则上列顺序将会颠倒，苷元几乎停留在原点不动，苷类的Rf值可在0.5以上，糖链越长，则Rf值越大。

2.硅胶薄层色谱

用于分离与鉴定弱极性的黄酮类化合物较好。分离黄酮苷元常用的展开剂是甲苯-甲酸甲酯-甲酸(5：4：1)，并可以根据待分离成分极性的大小适当地调整甲苯与甲酸的比例。

3.聚酰胺薄层色谱

适用范围较广，特别适合于分离含游离酚羟基的黄酮及其苷类。由于聚酰胺对黄酮类化合物吸附能力较强，因而需要用可以破坏其氢键缔合的溶剂作为展开剂。在大多数展开剂中含有醇、酸或水。

二、紫外及可见光谱在黄酮类化合物鉴别中的应用

1.测定样品在甲醇溶液中的UV光谱。

2.测定样品在甲醇溶液中加入各种诊断试剂后得到的UV及可见光谱。常用的诊断试剂有甲醇钠(NaOMe)、乙酸钠(NaOAc)、乙酸钠-硼酸(NaOAc-H3B03)、三氯化铝(AlCl3)及三氯化铝-盐酸(AlCl3-HCl)等。

3.如样品为苷类，则可先进行水解，或甲基化后再水解，并测定苷元或其衍生物的UV光谱。各种诊断试剂的详细配制方法及测定程序可参看有关文献。

(一)黄酮类化合物在甲醇溶液中的UV光谱特征

黄酮、黄酮醇等多数黄酮类化合物，因分子中存在如下所示的桂皮酰基及苯甲酰基组成的交叉共轭体系，故其甲醇溶液在200～400nm

的区域内存在两个主要的紫外吸收带，称为峰带Ⅰ(300～400nm)及峰带Ⅱ(220～280nm)。

1.黄酮及黄酮醇类

两者UV光谱谱形相似，但带Ⅰ位置不同，可据此进行分类：黄酮带Ⅰ<350nm，黄酮醇带Ⅰ>350nm。

2.查耳酮及橙酮类

共同特征是带Ⅰ很强，为主峰;而带Ⅱ则较弱，为次强峰。

3.异黄酮、二氢黄酮及二氢黄酮醇

这三类化合物中，除有由A环苯甲酰系统引起的带Ⅱ吸收(主峰)外，因B环不与吡喃酮环上的羰基共轭(或共轭很弱)，故带Ⅰ很弱，常在主峰的长波方向处有一肩峰。

根据主峰的位置，可以区别异黄酮与二氢黄酮及二氢黄酮醇类。前者在245～270nm，后两者在270～295nm。

(二)加入诊断试剂后引起的位移及其在结构测定中的意义

1.加入诊断试剂后黄酮及黄酮醇类化合物的紫外光谱几种主要的诊断试剂引起的位移及其结构特征归属见表6-9。

表6-9加入诊断试剂的黄酮及黄酮醇类化合物UV图谱及结构特征的归属

(一)A环质子

1.5,7-二羟基黄酮类化合物

其中，H-6及H-8将分别作为二重峰(J=2.5Hz)，出现在δ5.70～6.90区域内，且H-6信号总是比H-8信号位于较高的磁场区。当7-OH 成苷时，则H-6及H-8信号均向低磁场方向位移。

2.7-羟基黄酮类化合物

A环上有H-5、H-6、H-8三个芳香质子。

H-5因有C-4位羰基强烈的负屏蔽效应的影响，以及H-6的邻偶作用，将作为一个二重峰(J=Ca. 9.0Hz)出现在δ8.0左右，位于比其他芳香质子较低的磁场。H-6因有H-5邻偶(J=Ca. 9.0Hz)及H-8间偶(J=2.5Hz)的作用，将表现为一个双二重峰。H-8因有H-6的间位偶合作用，故显现为一个裂距较小的二重峰(J=2.5Hz)。

(二)B环质子

1.4′-氧取化黄酮类化合物

B环质子分为H-3′，H-5′和H-2′，H-6′两组，各以相当于2个氢的双峰信号((J=8.5Hz)出现在δ6.5～7.9区域。H-3′，H-5′的化学位移总是比H-2′，H-6′的化学位移值小。

2.3′，4′-二氧取代黄酮类化合物

H-5′为d峰(J=8.5Hz)，出现在δ6.70～7.10处。H-2′(d，J=2.5Hz)和H-6′(dd，J=8.5、2.5Hz)，出现在δ7.20～7.90范围。

3.3′，4′，5′-三氧取代黄酮类化合物

H-2′及H-6′将作为相当于两上质子的一个单峰，出现在δ

6.50～

7.50范围内。

(三)C环质子

1.黄酮醇类

因为C环上没有质子，因此没有特征峰。

2.黄酮类

该类化合物的H-3常常作为一个尖锐的单峰信号出现在δ6.30左右。

3.异黄酮类

异黄酮上的H-2，因正好位于羰基的β位，且通过碳与氧相接，故将作为一个单峰出现在比一般芳香质子较低的磁场区(δ7.60～7.80)。

4.二氢黄酮及二氢黄酮醇

(1)二氢黄酮

H-2与两个磁不等同的H-3偶合，故作为一个双二重峰出现，中心位于δ5.20处。两个H-3，因有相互偕偶及H-2的邻偶，将分别作为一个双二重峰出现，中心位于δ2.80处，但两组峰常有相互重叠现象。

(2)二氢黄酮醇