中药化学丨黄酮(理化性质)
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性状
1.形态
黄酮类化合物多为结晶性固体,少数(如黄酮苷类)为无定形粉末。
(可用结晶或重结晶法进行分离)
2.旋光性
游离的苷元中,除二氢黄酮、二氢黄酮醇、黄烷及黄烷醇有旋光性外,其余均无光学活性。
黄酮苷类由于在结构中引入糖分子,故均有旋光性,且多为左旋。
3.颜色
黄酮类化合物大多呈黄色,所呈颜色主要与分子中是否存在交叉共轭体系有关,助色团(-OH、-0CH3等)的种类、数目以及取代位置对颜色也有一定影响。
黄酮、黄酮醇及其苷类多显灰黄~黄色 查耳酮为黄~橙黄色二氢黄酮、二氢黄酮醇及黄烷醇几乎无色异黄酮显微黄色。
在黄酮、黄酮醇分子中,尤其在7位或4′位引入-OH及-OCH3等供电子基团后,产生p-π共轭,促进电子移位、重排,使共轭系统延长,化合物颜色加深。但-OH、-0CH3引入分子结构中其他位置,则对颜色影响较小。
花色素的颜色可随pH不同而改变,一般pH<7时显红色,pH为8.5时显紫色,pH>8.5时显蓝色。
溶解性
黄酮类化合物的溶解度因结构类型及存在状态不同而有很大差异。
1.游离黄酮类化合物
一般难溶或不溶于水。
易溶于甲醇、乙醇、乙酸乙酯、氯仿、乙醚等有机溶剂及稀碱水溶液中。
花色素﹥二氢黄酮﹥异黄酮﹥黄酮(醇)﹥查耳酮
(原因:黄酮、黄酮醇、查耳酮等平面性强的分子,分子间排列紧密,相互用力较大,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,分子间排列不紧密,相互作用力较小,有利于水分子进入,溶解度稍大;花色苷元(花青素)类以离子形式存在,故水溶度较大。)
黄酮类化合物如分子中引入的羟基增多,则水溶性增大,脂溶性降低;而羟基被甲基化后,则脂溶性增加。
2.黄酮苷类
一般易溶于水、甲醇、乙醇等强极性溶剂。
难溶或不溶于苯、氯仿、乙醚等亲脂性有机溶剂。
苷分子中糖基的数目多少和结合的位置,对溶解度亦有一定影响。
酸碱性
(一)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。
酸性由强至弱的顺序:
7,4′-二OH>7-或4′-0H>一般酚羟基>3或5-OH
NaHCO3Na2CO30.2%NaOH 4%NaOH
7-和4′-位酚羟基,受p-π共轭效应影响,酸性较强;3或5-位酚羟基,可与4-位的羰基形成分子内氢键,故酸性最弱。
此性质可用于提取、分离及鉴别工作。
(二)碱性
黄酮类化合物分子中γ-吡喃酮环上的1-位氧原子,因有未共用电子对,故表现出微弱的碱性,可与强无机酸,如浓硫酸、盐酸等生成盐,该盐极不稳定,加水后即分解。
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,可用于黄酮类化合物结构类型的初步鉴别。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。
显色反应
黄酮类化合物的颜色反应主要是利用分子中的基本母核及其所含的酚羟基的性质。
(一)还原反应
1. 盐酸-镁粉反应 (最常用的反应)
方法:将样品溶于1.0ml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分钟内(必要时微热)即可显色。
(+)黄酮(醇)、二氢黄酮(醇) 红~紫色
(助色团—OH,—OCH3可使颜色加深)
(-)查耳酮、橙酮、儿茶素、多数异黄酮
注意:排除假阳性,应先加盐酸不显色,再加镁粉。
2.四氢硼钠(钾)反应 (二氢黄酮类专属显色反应)
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分钟后,加浓盐酸或浓硫酸数滴,生成紫至紫红色。
(+)二氢黄酮 类 紫~紫红色
(-)其他黄酮类
另外,近来报道二氢黄酮可与磷钼酸试剂反应而呈棕褐色,也可作为二氢黄酮类化合物的特征鉴别反应。
(二)金属盐类试剂的络合反应
黄酮类化合物分子中若具有3-羟基、4-羰基或5-羟基、4-羰基或邻二酚羟基等结构,则可以与许多金属盐类试剂如铝盐、锆盐、锶盐等反应,生成有色的络合物或有色沉淀,有的还产生荧光。
1.铝盐
样品 + 1%AlCl3(三氯化铝)
黄色(紫外灯入max=41 5 nm下呈亮黄色荧光)
(4′-羟基黄酮醇或7,4′-二羟基黄酮醇显天蓝色荧光)
2.铅盐
样品+ 1%乙酸铅(碱式乙酸铅水溶液)
黄至红色沉淀
(乙酸铅需有可络合结构才可沉淀,而碱式乙酸铅可与一般酚类化合物沉淀,据此不仅可用于鉴定,也可用于提取及分离工作。)
3.三氯化铁
样品+ 三氯化铁紫、绿、蓝色
4.锆盐
利用此反应鉴别黄酮类化合物分子中3-或5-OH的存在与否:
5.镁盐
6.氯化锶(SrCl2)
样品 + 氨性氯化锶
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。
(三)硼酸显色反应
5-羟基黄酮、2′-羟基查耳酮类+ 硼酸(无机酸或有机酸存在条件下) 亮黄色
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,显橙色至黄色。
(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,出现黄色一深红色_绿棕色沉淀。
重要考点
1.颜色与结构的关系;
2.溶解性与结构的关系(记住溶解度顺序);
3.酸性与结构的关系(记住酸性顺序);
4.显色反应:
(1)还原反应(盐酸-镁粉、四氢硼钠的显色适用范围);
(2)金属络合反应(适用结构、所用试剂,特别是锆盐的显色判定);
(3)硼酸与碱性试剂(了解适用对象及颜色变化现象);
(4)碱性试剂反应。
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