基于芦丁单体中黄酮的结构修饰及生物活性应用研究

赵丹丹 蔡庄红 曾繁强 贺李鑫

摘 要： 黄酮类化合物在自然界的植物中广泛存在，该类化合物种类繁多的同时药用价值也有很多，比如能降低血管的脆性、改善血管的通透性、降低血脂和胆固醇、用于防治老年高血压和脑溢血的向天果、槐米中的芦丁和陈皮中的陈皮苷等等。作为我国医药工业提取的主要原料之一的芦丁，其单体中黄酮类配合物有抑制血小板聚集、降压、降血脂等多种药理作用。通过概述黄酮类化合物的理化性质、提取与分离及显色反应等，期望获得生物利用度、降低细胞毒性并且可以作为临床药物的新型黄酮类衍生物。

关键词： 芦丁 新型衍生物 黄酮类化合物 结构修饰

中图分类号： R587文献标识码： A文章编号： 1679-3567（2024）04-0070-03

基金项目：2024年度河南省高等学校重点科研项目“基于芦丁单体中黄酮的结构修饰及生物活性应用研究”（项目编号：24B150018）；郑州市社科联2023课题“‘双碳背景下郑州推进工业企业绿色转型研究”（项目编号：ZSLX20230503）；河南应用技术职业学院2023年度校级课题“绿色技术创新驱动下有机污染物萃取装置的关键技术开发及应用研究”（项目编号：2023-KJ-58）。

Application Research on the Structural Modification and Bioactivity of Flavonoids in Rutin Monomer

ZHAO Dandan CAI Zhuanghong ZENG Fanqiang HE Lixin

Henan Technical Institute， Zhengzhou， Henan Province， 450042 China

Abstract： Flavonoid compounds are widely found in plants in nature. There are many kinds of the compound with many medicinal properties， such as reducing the fragility of blood vessels， improving the permeability of blood vessels and reducing blood lipids and cholesterol， as well as the fructus swietenia macrophylla， rutin in locust rice and hesperidin in dried tangerine peel for preventing and treating hypertension and cerebral hemorrhage in the elderly. Rutin is one of the main raw materials extracted by the pharmaceutical industry in China， and flavonoid complexes in its monomer have a variety of pharmacological effects such as inhibiting platelet aggregation， reducing blood pressure and reducing blood lipid. This paper summarizes the physicochemical properties， extraction， separation and color reaction of flavonoid compounds， hoping to obtain new flavonoid derivatives that can improve bioavailability， reduce cytotoxicity and be used as clinical drugs.

Key Words： Rutin； New derivatives； Flavonoids； Structural modification

黄酮类化合物在各个植物中都广泛存在，有文献记载大约有20%的药物中都含有黄酮类化合物[1]，由此可以看出黄酮类化合物资源之丰富，并且黄酮类化合物的种类也有很多，不同种类其性质也有所不同，除了其在镇静、抗突变、消炎、清热解毒、降压、抗菌等方面的作用外，黄酮类化合物在抗氧化、抗癌、抑制一些酶功能的表达等方面也具有显著的效果[2-3]。同时由于黄酮类化合物能增加冠脉流量，所以其在防治实验性心肌梗塞、急性心肌缺血、冠心病、心绞痛和高血压等方面也有广泛的应用。随着对黄酮类化合物的不断研究，其越来越多的作用被人们发现并应用，特别是在化妆品、医药、食品等领域，但是不少问题也随之而来，如结构不同的黄酮类化合物，表现出的性质也不同，有些黄酮类化合物的溶解性又比较差，因此对黄酮类化合物的研究很有必要。通过对其结构和性质的研究，有望改进其性质，从而更好地研发更多符合人们需求的药物[4]。

1 黄酮类化合物概述

黄酮类化合物泛指通过中央三碳原子，将两个具有酚羟基的苯环相互连结而成的一系列化合物[5]。黄酮类化合物的作用也很多，如抗氧化、抗炎、抗致癌、调节关键细胞酶功能等等，这也使其被认为是各种营养保健品、药物和化妆品中不可或缺的成分。黄酮类化合物未来发展涉及的领域也很广，如黄酮类化合物的分离、表征以及分子对接和生物信息学知识等[6]。本文通过芦丁单体提取黄酮，进而对芦丁单体中黄酮的结构进行修饰以及生物活性进行研究。

2 芦丁概述

芦丁是一种天然的黄酮衍生物，又名芸香苷、维生素P，其在荞麦、槐米、水果（如葡萄、苹果等）、蔬菜（如胡萝卜等）和饮料（如茶、酒等）以及一些药用植物中广泛存在，其化学名称为5，7，3′，4′-四羟基-3-芸香糖黄酮[7]，其常为黄色或黄绿色粉末或极细针晶，提取方法有很多，如碱溶酸沉法、热水提取法等。芦丁单体中黄酮类配合物有降压、降血脂、抑制血小板聚集等多种药理作用，但是因为其水溶性差和生物利用度低，所以在临床上的应用会受到一定限制。很多人通过对羟基进行修饰使其生成醚和酯等方式来提高其溶解度、生物利用性和生物活性。

3 黄酮类化合物的理化性质

3.1 黄酮类化合物的性状

黄酮类化合物主要是结晶或粉末状，由于受到发色团共轭系统、助色团和离子化的影响进而使其展现出不同的颜色，如由于发色团共轭系统的影响，交叉共轭系统完整的黄酮（醇）、查尔酮会颜色更深，而交叉共轭系统不完整的异黄酮颜色就比较淡，交叉共轭系统中断二氢黄酮（醇）、黄烷醇等则显示出无色；对于助色团只有黄酮（醇）7、4′位引入助色团才会颜色加深，其他则影响不大；离子化影响主要表现在颜色会随pH不同而改变，像花色素（苷）。

3.2 黄酮类化合物的溶解性

黄酮类化合物一般难溶于水而易溶于有机溶剂。不同种类的黄酮类化合物其在水中溶解度也有差异，平面性强的分子和非平面性分子在水中溶解度会有所不同，像黄酮、黄酮醇等平面性强的分子会比二氢黄酮以及二氢黄酮醇等非平面性分子更难溶于水，这主要是平面性强的分子会因为其分子排列更紧密，进而使分子间作用力更大，从而更难溶于水。物质存在的方式也会对黄酮类化合物在水中溶解度有影响：如果羟基被甲基化后，其脂溶性就会增加，水溶性则会越低；反之如果羟基越多，其水溶性就会越大，脂溶性则会越低。

3.3 黄酮类化合物的酸碱性

黄酮类化合物大多都具有酚羟基，这也是其显酸性的主要原因，根据其酚羟基中氢离子电离强度不同，其酸性强度也不同，而利用其酸性的不同来进行提取、分离及鉴定工作。黄酮类化合物呈现碱性主要是因为其化合物中γ-吡喃酮上的1位氧原子有未共用的电子对，可以吸收溶液中的氢离子，进而呈现碱性。

3.4 黄酮类化合物的显色反应

3.4.1 还原反应

黄酮类化合物的还原反应有很多。其中最常用来鉴定黄酮类化合物的颜色反应是盐酸-镁粉（或锌粉）反应，其显色会随着黄酮类化合物的种类不同而不同，如对于二氢黄酮、黄酮、黄酮醇、二氢黄酮醇和苷类化合物显色多为橙红到紫红和少部分的蓝色或绿色，且颜色会随B环上的OCH3或-OH增多而加深，而异黄酮类基本不显色等等。钠汞齐还原反应中不同的黄酮类化合物其产物颜色也不同，如黄酮、异黄酮等会显红色，黄酮醇类会显黄色到淡红色等[8]。

3.4.2 络合反应

络合反应主要包括AlCl3、锆盐-杞橼酸和FeCl3这三种反应。AlCI3反应可用于定量或定性分析，在紫外灯下多数黄酮类化合物会显黄色荧光但7，4′-二羟基和4′-羟基黄酮醇会显天蓝色荧光，这常被用来鉴别7，4′-二羟基和4′-羟基黄酮醇。锆盐-杞橼酸反应常用来鉴别黄酮类化合物中是否有3-OH，在加入锆盐生成黄色络合物后再加入杞橼酸，如果黄色不褪去就有3-OH，反之则无[9]。FeCl3反应则是用来判断黄酮类化合物是否含有酚羟基，而且会根据酚羟基数目位置不同呈现紫、绿、蓝等颜色。

3.4.3 碱性试剂显色反应

在碱液中不同种类的黄酮化合物会显示出不同的颜色，黄酮类在氢氧化钠水溶液中会产生黄到橙色。二氢黄酮类会在碱性条件下开环，所以二氢黄酮在冷碱液中会呈现黄色到橙色，热碱液中则呈深红或紫红色。查耳酮、橙酮在碱液中会显红或紫红色。黄酮醇类由于通空气3-OH被氧化，所以会在碱液中会先呈黄色后转为棕色。

4 黄酮类化合物的提取与分离

4.1 黄酮类化合物的提取

4.1.1 乙醇或甲醇提取法

在乙醇或甲醇提取法中，不同浓度的乙醇或甲醇提取的物质也不同。如对于游离黄酮一般用高浓度的醇（如90%～95%）提取，而对于黄酮苷类一般用60%左右浓度的醇提取[10]。

4.1.2 热水提取法

热水提取法是利用所提取物质溶于热水后，遇乙醇等溶剂能沉淀，进而得到所需物质的方法。对于黄酮类化合物其一般仅限于提取黄酮苷类，所以当提取的原料中含有较高的黄酮苷类物质时可以采用这种方法。这种方法需要考虑的因素有很多，如加入的水量以及其温度、时间等。但这种方法的工艺具有成本低、基本不会对环境造成污染的优势，比较适合大规模工业化生产，但是其提取出的产品杂质较多。

4.1.3 超临界萃取技术

作为近10年才发展起来的一种新型技术超临界流体萃取法，其工作原理主要是在低温、高压等条件下利用超临界流体的特性得到所需的组分，然后通过改变其温度、压力等条件使所需成分和萃取剂分离，进而得到产品的方法[11]。超临界萃取由于其效率高、没有有机溶剂残留、溶剂不易造成污染等特征，成为了一种较广泛使用的药物提取、分离手段。

4.1.4 碱提酸沉法

黄酮类化合物本身显弱酸性，这也是碱提酸沉法的前提，碱提酸沉法是将酚羟基黄酮经过碱性水或碱性稀醇（如50%的乙醇）浸出后酸化沉淀析出，或利用有机溶剂萃取。常用的碱性水溶液为饱和石灰水、5%碳酸钠或稀氢氧化钠溶液等。

4.2 黄酮类化合物的分离

由于黄酮类化合物的种类多种多样，每个种类的性质也会有所不同，所以其分离的原料也会有所差异，例如：根据其极性的不同，利用其分配原理或者吸附能力的差异来分离；或者根据其酸性强弱，利用pH梯度来进行沉淀分离；亦或者根据其某些特殊的结构，利用其不同的金属盐络合能力来分离等等[12]。

5 结语

目前，虽然发现了黄酮类化合物的多种作用，但是对其的研究仍然有不足之处。黄酮类化合物现在被发现的种类多达8 000多种，而且随着对其的深入研究，越来越多的黄酮类化合物将被发现，对于如何将这些化合物分类继而进一步应用于生产中也是任重道远的任务。虽然对其完全了解还有很长一段路程，但是由于其本身具有的抗氧化、抗炎以及抗肿瘤等生理功效，还是使黄酮类化合物成为科研工作者在食品、保健品以及药品等领域的研究热点，应用前景依然十分广泛。

参考文献

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