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黄酮类化合物的研究进展

摘 要： 黄酮类化合物广泛存在自然界中，是一类重要的天然有机化合物。并且广泛存在于植物界中，其存在形式既有与糖结合的，也有游离的。黄酮化合物生物活性多种多样，引起了国内外的广泛重视，研究进展较快，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，更为重要的是，它有很多药理活性，如心血管系统活性、抗菌及抗病毒活性、抗肿瘤活性、抗氧化自由基活性、抗炎、镇痛活性、保肝活性等。
关键词： 黄酮化合物，天然产物，提取方法
一.黄酮化合物的来源
黄酮类化合物类型多样，天然黄酮类化合物是植物体多酚类的内信号分子及中间体或代谢物，包括黄酮（flavone）、异黄酮（isoflavone）黄酮醇（flavonol）异黄酮醇（isoflavonon）、黄烷酮（flavanoe）、异黄烷酮（isoflavanone）、查耳酮（chalcone）等，最集中分布于被子植物中。如黄酮类以唇形科、爵麻科、苦苣苔科、玄参科、菊科等植物中存在较多；黄酮醇类较广泛分布于双子叶植物；二氢黄酮类特别在蔷薇科、芸香科、豆科、杜鹃花科、菊科、姜科中分布较多；二氢黄酮醇类较普遍地存在于豆科植物中；异黄酮类以豆科蝶形花亚科和鸢尾科植物中存在较多。
黄酮类化合物具有能够改变机体对变能反应原、病毒及致癌物反应的能力，并保护机体组织不受氧化性侵袭的伤害，因此具有"天然生物反应调节剂"的美称。黄酮类化合物一般存在于蔬菜和水果的可食性果肉中。当把它们从中分离出来后，其味道有些发苦，如桔子、柠檬、葡萄和柚等这些柑桔类植物是黄酮类化合物特别丰富的来源。许多植物如樱桃、葡萄、蔷薇果、青椒、花茎甘蓝、洋葱和番茄等，以及许多草药如越桔、银杏、乳蓟等都含有高质量的黄酮类化合物。此外，多种植物的叶、干和根部也发现了一些黄酮类化合物，如山茶花报春黄甙（干燥后用来生产绿茶和黑茶）的叶子，松树皮和成熟和葡萄籽是各种黄酮类化合物的最好来源。
二.黄酮化合物的结构类型和分类
（一）结构类型
黄酮类化合物 (flavonoids) 是一类存在于自然界的、具有 2- 苯基色原酮 (flavone) 结构的化合物。它们分子中有一个酮式羰基，第一位上的氧原子具碱性，能与强酸形成 钅羊 盐，其羟基衍生物多具黄色，故又称黄碱素或黄酮。由黄酮类化合物与糖结合的苷叫做黄酮苷 (flavonoid glycosides) 。目前黄酮类化合物已远远超出这个范围，即凡具有 C 6 -C 3 -C 6 基本骨架的一类化合物被广义的称为黄酮类化合物。分子结构中常有 -OH 与 -OCH 3 等取代基。

色原酮      2- 苯基色原酮       C 6 -C 3 -C 6
根据基本结构，黄酮类化合物主要分为黄酮、黄酮醇、二氢黄酮、二氢黄酮醇、异黄酮、二氢异黄酮、查耳酮、橙酮、花色素、黄烷及双黄酮类化合物。

黄酮(flavone) 黄酮醇(flavonol) 二氢黄酮

查耳酮 (chalcone) 异黄酮 (isoflavone) 花色素 (anthocyanidins)

二氢异黄酮 橙酮 (aurones) 黄烷 (flavanes)
黄酮类化合物除少数游离外，大多与糖结合成苷。糖基多连在C8或C6位置上，连接的糖有单糖（葡萄糖、半乳糖、鼠李糖等），双糖（槐糖、龙胆二糖、芸香糖等）、叁糖（龙胆三糖、槐三糖等）与酰化糖（2-乙酰葡萄糖、吗啡酰葡萄糖等）。
（二）理化性质
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。
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。有些黄酮类化合物在紫外光（254nm或365nm）下呈不同颜色的荧光，氨蒸汽或碳酸钠溶液处理后荧光更为明显。多数黄酮类化合物可与铝盐、镁盐、铅盐或锆盐生成有色的络合物。
（三）反应
1.盐酸-镁粉还原反应
取药材粉末少许与试管中，用乙醇或甲醇数毫升温浸提取，取提取液加镁粉少许振摇，滴加几滴浓盐酸，1-2min内即出现颜色。多少黄酮醇、二氢黄酮及二氢黄酮醇类显红-紫红色，黄酮类显橙色，异黄酮及查尔酮类无变化。
其他还原反应还有：盐酸-锌粉反应，黄酮、黄酮醇类常不显色，只有二氢黄酮醇类可被锌粉还原呈深红色；钠-汞齐反应，黄酮类成分可产生黄、橙、红等色；四氢硼钠（钾）反应，仅二氢黄酮醇类可被四氢硼钠还原呈红色，其他黄酮类不反应。
2.金属盐类试剂络合反应
黄酮类成分和铝盐、镁盐、铅盐、锆盐等试剂反应，生成有色的络合物，可供某些类型黄酮的鉴别。产生络合作用的条件是黄酮类成分必须具备下列条件之一，如5-羟基、3-羟基或邻二羟基。根据有色络合物的最大吸收波长，可进行定量测定。常用的试剂有三氯化铝、醋酸铅、醋酸镁与二氯氧化锆等试剂。
（四）黄酮化合物的提取分离
黄酮类化合物的提取分离方法主要有:有机溶剂提取法、热水提取(仅限于提取苷类)、碱性稀醇或碱性水提取、系统溶剂提取、超滤法、超声波提取法、微波提取法和高速逆流色谱技术提取法(HSCCC)等。
1.柱色谱法
（1）硅胶柱层析法
由于黄酮类化合物与硅胶有很强的吸附能力，难洗脱，而且与硅胶中很多金属离子络合而不能被洗脱，所以应预先用浓盐酸处理硅胶除去金属离子，以免干扰分离效果。硅胶柱层析主要用于分离极性较低的黄酮类化合物如异黄酮、黄烷类、二氢黄酮（醇）和高度甲基化或乙酰化的黄酮和黄酮醇，硅胶在降活后也可用于分离极性较大的黄酮类化合物。
（2）聚酰胺柱层析法
聚酰胺是较为理想的吸附剂，适于在制备分离工艺中应用。其吸附强度主要取决于黄酮类化合物分子中羟基的数目、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。但洗脱速度慢，死吸附较大，损失较高。
（3）葡聚糖凝胶柱层析法
黄酮类化合物的分离，主要使用两种型号的葡聚糖凝胶：Sephadex G型和Sephadex LH-20型。其原理主要是吸附作用。凝胶对黄酮类化合物的吸附程度取决于游离羟基的数目，但分离黄酮苷时，分子筛的性质起主导作用。在洗脱时，黄酮苷类大体上是按相对分子质量由大到小的顺序流出柱体，分子量越大，连的糖基越多，越易洗脱。
（4）环糊精键合凝胶柱层析法。
β环糊精是一种同时具有多羟基外周和疏水空腔的圆筒形分子，这样的结构赋予其既能和目标产物发生氢键作用，又能与其产生疏水作用的能力，同时，黄酮类化合物的结构一般包括疏水性的母核和其他亲水性的侧链基团（如糖苷和羟基等）。因此，黄酮类化合物能够与环糊精配基同时发生氢键作用和疏水作用，从而为色谱分离过程提供保留力。
2．薄层色谱法（TLC）
薄层色谱是一种快速、简便、高效、经济、应用广泛的色谱分析方法。薄层色谱的特点是可以同时分离多个样品，分析成本低，对样品预处理要求低，对固定相、展开剂的选择自由度大，适用于含有不易从分离介质脱附或含有悬浮微粒或需要后衍生化处理的样品分析。
3．高效液相色谱法（HPLC）
HPLC正相系统的固定相有硅胶柱和氨基柱，反相系统的固定相有C18柱、C8柱、苯基柱、氨基柱及C2柱等。流动相一般用甲醇-水或乙腈-水系统，并加入少量的酸（乙酸、磷酸、甲酸及磷酸二氢钾）来改善分离效果，防止拖尾。虽然HPLC较纸色谱、柱色谱、薄层色谱的分离效果更理想，但考虑到其分离成本较高，更多的是用于黄酮类化合物的定性检测、定量分析或少量样品的制备等。
4．高速逆流色谱分离法（HSCCC）
高速逆流色谱分离法是一种新的分离技术。其具有两大突出特点：（1）线圈中固定相不需要载体，因而清除了气液色谱中由于使用载体而带来的吸附现象；（2）特别运用于制备性分离，每次进样体积较大，进样量也较多。
5．大孔吸附树脂分离法
大孔吸附树脂具有吸附快、吸附容量大、吸附选择性好、解吸条件温和、洗脱率高、物化稳定性高、不受无机物存在的影响、再生简单、使用周期长、易于构成闭路循环、节省费用等优点，适宜工业化生产。该法是以大孔吸附树脂为吸附剂和分子筛的柱色谱分离形式，在确定分离条件时，首先根据被分离化合物分子体积的大小选用适当的树脂孔径，其次要根据分子中是否含有酚羟基、羧基或碱性氮原子来确定树脂的型号和分离条件。常用的洗脱剂有水、甲醇、乙醇、丙酮、乙酸乙酯等。
6．超临界CO2萃取法
超临界CO2萃取是一项萃取新技术，具有工艺简单、提取效率高、无有机溶剂残留、操作条件温和、活性成分及热不稳定成分不容易被破坏等优点[23]。应用此技术时应对原料粒度、萃取压力、温度、CO2流量、萃取时间等因素进行分析，当仅用超临界CO2萃取无法实现良好分离时，可以采用在超临界CO2中添加溶胀剂，以缩短萃取时间、降低萃取压力或者提高萃取率。
7．膜分离法
主要有超滤、微滤、纳滤和反渗透等，在常温下操作，能耗低，可在原生物体系环境下实现物质分离，无相变，能高效浓缩富积产物，有效去除杂质。超滤法（UF）是膜分离法的代表，通过控制超滤膜孔径大小，能有效除去提取液中大分子物质，故选用适宜孔径的超滤膜是提高产品收率和质量的关键。
三．黄酮化合物结构鉴定
1.色谱法鉴别法（1）纸色谱
适用于分离各种天然黄酮类化合物及其苷类混合物。混合物的鉴定常采用双向色谱法。（2）.硅胶薄层色谱：用于分离和鉴定弱极性黄酮类化合物。分离黄酮苷元常用的展开剂是甲苯—甲酸乙酯—甲酸（5:4:1）。（3）.聚酰胺薄层色谱：特别适合于分离含游离酚羟基的黄酮及其苷类。展开剂中多含有醇、酸和水。
2.紫外—可见吸收光谱法
紫外—可见吸收光谱法是在黄酮类化合物的结构分析上最有用的技术。不同类型的黄酮类化合物及相应的氧化型的紫外可见的吸收光谱差别较大。可以在黄酮类化合物的提取液中加入由特定物质组成的位移试剂,在紫外分析仪上扫描,根据最大吸收峰的位移量可以初步确定黄酮类化合物的种类。常见的位移试剂有MgOH、NaOMg、ALCL3、ALCL3/HCL、NaOAc、NaOAc/H3BO3。红外光谱在黄酮类化合物的结构鉴定中也有应用,但其必须与紫外光谱或其它颜色反应相结合。
3.核磁共振谱
该法是测量原子核对射频辐射（约4—800MHz）的吸收，只有在高磁场中才能产生。共振现象是在1946年被美国布洛赫和珀塞尔两位物理学家分别同时发现的。1956年Varian公司制造出第一台核磁共振仪器，随后有关核磁共振的研究发展迅速，逐步应用到有机化学无机化学及生物化学等领域中。
4质谱（MS）
气体分子或固体液体的蒸汽受到一定能量的电子流轰击或强电场作用，丢失价电子生成离子；同时，化学键也发生某些有规律裂解，生成各种碎片离子，这些带正电荷的离子在电场和磁场的作用下，按荷质比（即质量与电荷比值）的大小分开，排列成谱，记录下来，即为质谱。质谱法的主要应用是鉴定复杂分子并确定元素的同位素质量及分布等。质谱是纯物质鉴定的最有利工具之一，其中包括相对分子量测定，化学式鉴定及结构鉴定等。
5.单晶X-射线衍射法
目前单晶X-射线衍射可以得到数千个独立衍射和可观察数据点，从而可获取化合物分子中各种原子的坐标，得到化合物中各原子空间的相对位置，最终为确定分子结构提供直观可靠的立体图。
四．药理学功能与发展前景
1．抗氧化作用
黄酮类物质的优秀的抗氧化能力可使其代替合成抗氧化剂，用于油脂的抗氧化中。如研究表明橙皮甙在猪油中具有明显的抗氧化作用，而且与抗坏血酸、柠檬酸或某些氨基酸有明显的协同抗氧化作用。例如栎皮酮广泛存在于水果和蔬菜中,具有消除自由基,猝灭单线态氧和抗氧化的活性。黄芩黄酮可能通过有的清除亚硝酸钠间接产生的活性氧来防止白内障的发生,并使亚硝酸钠对晶体状抗氧化酶表达的影响得以消除。黄蜀葵花总黄酮对离休大鼠缺血再灌损伤的心肌具有保护作用, 此作用可能与抑制心肌脂质过氧化、 增强抗氧化能力及舒张冠脉等作用。
2.在药学领域的研究
黄酮类物质诸多的药理功能促进了植物黄酮类保健药物的开发，并且已经取得了令人瞩目的成绩。大豆异黄酮又名"植物雌激素"，能有效预防乳癌、骨质疏松症和症更年期综合征等一系列与激素有关的疾病，近几年来成为国外开发的一类重要黄酮类保健药物。黄酮类物质白藜芦醇可有效预防中风与冠心病，从葡萄皮和葡萄籽中提取所得的"白藜芦醇"现已成为国际市场上的畅销天然药物。还有利用低档绿茶为原料提取的茶多酶加工而成的胶囊剂，在世界市场上的年销售额早已超过1亿美元。而从法国滨海松树皮中提取的一类植物黄酮--松树黄酮，其产品在国际市场上的年销售额也有数千万美元。此外，销售额达十亿美元以上的抗癌药物"紫杉醇"也是一种多酚结构的天然黄酮类化合物。
虽然迄今为止真正开发上市的黄酮类保健药物并不多，但是其保健效果和市场销量已经预示了其强大的市场潜力，而且已发现的植物黄酮至少有几千种，可以相信，今后将会有更多的黄酮类物质陆续被开发成为新型保健产品和药品，其市场前景无限广阔。黄酮类化合物也有作为保健品，降血脂、抗菌、诱导肿瘤细胞凋亡等作用。近年来科研工作者分离、提取了大量新的黄酮类化合物，掀起了黄酮类化合物的研究热潮，但对其吸收、代谢机制，具有生理功能的活性基团及其稳定性等方面仍缺乏全面的认识，因此应加强此方面的工作，弄清其生理功能，从而进行有效地分离和提取，相信随着研究的不断深入，黄酮类化合物的分离技术必将进一步得到完善。

参考文献

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