天然藥物化學教案-木脂素

木脂素（lignans）木脂素（lignan）是一類由苯丙素類氧化聚合而成的天然產(chǎn)物，通常指其二聚物。多數(shù)呈游離狀態(tài)，少數(shù)與糖結(jié)合成苷而存在于植物的木部和樹脂中，故而得名。木脂素類分布較廣，目前已有200多種化合物，近年來還發(fā)現(xiàn)有三聚物和四聚物。有關(guān)木脂素的研究近10年來引起廣泛的注意，這是由于木脂素類具有多種生物活性，如抗癌、抗病毒、抑制生物體內(nèi)的酶活力、保肝、降低應激反應和對中樞神經(jīng)系統(tǒng)的作用等等。1940年前發(fā)現(xiàn)的，其碳架都是由側(cè)鏈b-碳原子（8-8’）連接而成的，如教材P1211型和2型。之后陸續(xù)發(fā)現(xiàn)許多其它位置連接的類型，如4～15型。故木脂素的定義已不限于b-碳原子相連接的了。其中還包括由O原子連接的如10型和15型。1、木脂素的結(jié)構(gòu)類型組成木脂素的單體有四種：（1）桂皮酸(cinnamicacid)，偶有桂皮醛；（2）桂皮醇(cinnamylalcohol)；（3)丙烯苯(propenylbenzene)；（4）烯丙苯(allylbenzene)。木脂素可分為二類：1.木脂素2.新木脂素由于新型結(jié)構(gòu)的木脂素相繼被發(fā)現(xiàn)，因而又將木脂素分為木脂素類（lignans）和新木脂素（neolignans）。按照傳統(tǒng)的分類定義，凡是由C6-C3單元側(cè)鏈上b-碳原子相互連接生成的木脂素稱為木脂素類，而由其它位置連接生成的木脂素稱為新木脂素類。近年的分類定義是將由γ-碳原子氧化型苯丙素生成的木脂素稱為木脂素類（由桂皮酸或桂皮醛、桂皮醇二種單體組成）；而由γ-碳原子非氧化型苯丙素生成的木脂素稱為新木脂素類（由丙烯苯、烯丙苯二種單體組成）。前一類由酸和/或醇組成的衍生物廣泛存在于植物中。后一類由丙烯基和/或烯丙基苯組成的衍生物只存在于少數(shù)科屬。如樟科、木蘭科、蒺藜科等。說明二類木脂素有獨立的生物合成過程。由前二種單體組成，γ-碳原子氧化型的，稱木脂素(lignan)。由后二種單體組成，γ-碳原子未氧化型的，稱新木脂素(neolignan)。極少數(shù)木脂素可能由兩種類型單體混合組成，如：木脂素的一些新類型：苯丙素低聚體——三聚體、四聚體等；三聚體稱為倍半木脂素（sesquilignan）四聚體稱為二木脂素（dilignan）雜木脂素（hybridlignan）——由一分子苯丙素與黃酮、香豆素或萜類等結(jié)合而成，根據(jù)結(jié)合分子的不同而命名，如黃酮木脂素（flavonolignan）、香豆素木脂素（coumarinilignan）等。去甲木脂素(norlignan)——這類木脂素的基本母核只有16~17個碳原子。比一般的木脂素少1~2個碳。木脂素的碳架已如教材P121所列。兩個苯環(huán)上常有含氧取代基，氧代情況可以歸納為十一類：1.對羥苯基（4-hydroxy-benzyl-）2.對甲氧基苯基（anisyl-）3.3,4-二羥苯基（catechyl-）4.3,4-亞甲二氧基苯基（piperonyl-）5.3-甲氧基-4-羥基苯基（guaiacyl-）6.3,4-二甲氧基苯基（veratryl-）7.2,4-二羥苯基（resorcinyl-）8.4-羥-2-甲氧基苯基（2-O-methyl-resorcinyl-)9.3,4,5-三甲氧基苯基（Tri-O-methyl-pyrogally-）10.3-甲氧基-4,5-亞甲二氧基苯基(4,5,O,O-methylenylpyrogallyl-)11.4-羥-3，5-二甲氧基苯基（sinapyl-或syringyl-）木脂素的命名：1.大多采用俗名2.系統(tǒng)命名一、結(jié)構(gòu)類型（一）二芳基丁烷類（dibenzylbutanes）（二）二芳基丁內(nèi)酯類（dibenzyltyrolactones）（三）芳基萘類（arylnaphthalenes）（四）四氫呋喃類（tetrahydrofurans）（五）雙四氫呋喃類（furofurans）（六）聯(lián)苯環(huán)辛烯類（dibenzocyclooctenes）（七）苯駢呋喃類（benzofurans）（八）雙環(huán)辛烷類（bicyclo[3,2,1]octanes）（九）苯駢二氧六環(huán)類（十）螺二烯酮類（spirodienones）（十一）聯(lián)苯類（biphenylenes）（十二）倍半木脂素（sesquilignans）和二木脂素（dilignans）木脂素由苯丙素雙分子縮合而成各種碳骨架后，側(cè)鏈γ-碳原子上的含氧官能團，如OH,C=O,COOH等，相互脫水縮合，又出現(xiàn)四氫呋喃，半縮醛，內(nèi)酯等環(huán)狀結(jié)構(gòu)，使得木脂素的結(jié)構(gòu)類型更加多樣。常見有下列類型：（一）二芳基丁烷類是其它類型木脂素的生源前體。（二）二芳基丁內(nèi)酯類這是木脂素側(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。（三）芳基萘類有芳基萘、芳基二氫萘和芳基四氫萘（aryltetralins）三種結(jié)構(gòu)。鬼臼毒素(podophyllotoxin)是芳基四氫萘內(nèi)酯類木脂素很重要的代表物，其內(nèi)酯環(huán)為反式，遇堿易異構(gòu)化成順式為苦鬼臼脂素。（四）四氫呋喃類因氧原子連接位置的不同，可形成7-O-7’、7-O-9’和9-O-9’三種四氫呋喃結(jié)構(gòu)。（五）雙四氫呋喃類由兩個取代四氫呋喃單元形成四氫呋喃駢四氫呋喃結(jié)構(gòu)。（六）聯(lián)苯環(huán)辛烯類

這類木脂素的結(jié)構(gòu)中既有聯(lián)苯的結(jié)構(gòu)，又具有聯(lián)苯與側(cè)鏈環(huán)合成的八元環(huán)狀結(jié)構(gòu)，由于其組成單體苯丙素的側(cè)鏈γ-碳原子是未氧化型的，也有將其視為新木脂素的。（七）苯駢呋喃類包括苯駢呋喃及其二氫、四氫和六氫衍生物。（八）雙環(huán)辛烷類（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)。（十）螺二烯酮類（十一）聯(lián)苯類兩分子苯丙素的兩個苯環(huán)3-3’直接相連。（十二）倍半木脂素和二木脂素分別由3分子和4分子苯丙素聚合而成。二、木脂素的理化性質(zhì)性狀：多數(shù)常見的木脂素化合物是無色結(jié)晶（新木脂素不易結(jié)晶），一般沒有揮發(fā)性，不能隨水蒸氣蒸餾，只有少數(shù)木脂素在常壓下能因加熱而升華，如去甲二氫愈創(chuàng)木酸。木脂素多數(shù)呈游離型，游離的木脂素偏親脂性，一般難溶于水，易溶于苯、乙醚、氯仿及乙醇等有機溶劑，具有酚羥基的木脂素類還可溶于堿性水溶液中。木脂素與糖結(jié)合成苷時則親水性增加，對水的溶解性也增大，并易被酶或酸水解。形態(tài)：多呈無色晶形，新木脂素不易結(jié)晶溶解性：游離——親脂性，難溶水，溶苯、氯仿等成苷——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：大多有光學活性，遇酸易異構(gòu)化。如：芝麻脂素為雙四氫呋喃類木脂素，2個四氫呋喃環(huán)順式駢環(huán)，有2個手性碳，故有4個異構(gòu)體。d-芝麻脂素（d-sesamin）——系從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。即細辛脂素。l-表芝麻脂素——從細辛根中得到，左旋體；l-芝麻脂素——由上者在鹽酸乙醇液中加熱部分轉(zhuǎn)化獲得。這是由于呋喃環(huán)上的氧原子與芐基相連，易于開環(huán)，重復閉環(huán)時發(fā)生構(gòu)型變化。礦酸不僅能使木脂素構(gòu)型發(fā)生變化，改變旋光性質(zhì)，影響其生物活性，而且還能引起某些木脂素發(fā)生碳架重排。光照也能使木脂素起氧化環(huán)合等反應而發(fā)生碳架變化。所以，從化學結(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，但有一些非特征性的試劑可用于薄層色譜顯色，如：5%磷鉬酸乙醇液、30%硫酸乙醇液等。——通用顯色劑各類木脂素可顯示不同顏色。功能團反應：木脂素分子常有醇羥基、酚羥基、甲氧基、亞甲二氧基、羧基及內(nèi)酯等基團，因而也具有這些功能團的性質(zhì)和反應，如三氯化鐵試劑或重氮化試劑可用于酚羥基的檢查，Labat試劑或Ecgrine試劑（變色酸濃硫酸試劑）用于亞甲二氧基的檢出等等。鬼臼毒素類屬芳基四氫萘內(nèi)酯，具有四氫萘環(huán)和反式內(nèi)酯環(huán)結(jié)構(gòu)，3，4順式和2，3反式是其具有抗癌活性的必要結(jié)構(gòu)要求，遇堿異構(gòu)化變?yōu)轫樖絻?nèi)酯則失去抗癌活性。三、木脂素的提取分離

（1）提取

木脂素多呈游離型，在植物體內(nèi)常與大量樹脂狀物共存，本身在處理過程中也易樹脂化。游離木脂素易溶于氯仿、乙醚，在石油醚、苯中溶解度較小。

（2）分離

吸附層析：硅膠吸附，石油醚-乙酸乙酯，石油醚-乙醚，苯-乙酸乙酯，氯仿-甲醇梯度洗脫。

分配層析：紙層析

水飽和的硅藻土，乙酸乙酯-水分配

四、木脂素的結(jié)構(gòu)鑒定（一）化學反應1.水解反應2.氧化反應（1）臭氧化（2）費米鹽氧化（3）高錳酸鉀氧化（4）脫亞甲基反應（二）波譜分析1.紫外光譜2.紅外光譜3.核磁共振譜4.旋光色譜和圓二色譜（一）化學反應可根據(jù)化合物的結(jié)構(gòu)特征，選擇有反應特征的化學反應進行結(jié)構(gòu)鑒定。1.水解反應適用于成酯和成苷的木脂素。控制水解條件，可進行選擇性水解。如：2．氧化反應控制氧化反應條件，可以得到對鑒定結(jié)構(gòu)有價值的化合物。主要反應如下：（1）臭氧化如：對五味子甲素的臭氧化反應：（2）費米鹽氧化費米鹽（亞硝基亞硫酸鉀）能將對位有氫原子的酚羥基氧化成對醌，以確證酚羥基的位置。如：（3）高錳酸鉀氧化可將聯(lián)苯環(huán)辛烯類木脂素的母核氧化生成聯(lián)苯二酸。如：五味子醇甲（4）脫亞甲基反應具有亞甲二氧基結(jié)構(gòu)的木脂素類，當與間苯三酚、硫酸和醋酸共同加熱時，可脫去亞甲基而生成2個羥基。如：（二）波譜分析1.紫外光譜多數(shù)木脂素的兩個取代芳環(huán)是兩個孤立的發(fā)色團，其紫外吸收峰位置相似，吸收強度也具有加和性。此外，立體構(gòu)型對紫外光譜一般無影響，但在某些類型的木脂素中，紫外光譜亦可提供重要的結(jié)構(gòu)信息。2.紅外光譜木脂素結(jié)構(gòu)