醌类化合物是指分子内具有不饱和环二酮结构(醌式结构)或容易转变成这样结构的天然有机化合物。天然醌类化合物主要分为苯醌、萘醌、菲醌和蒽醌四种类型。
醌类化合物是自然界中类别较大的天然活性成分之一，广泛分布于动植物和矿物中,以蒽醌类居多,萘醌和苯醌类次之,大多具有重要的生物活性。在生物体内以电子传递方式发挥着重要作用的泛醌类、具有凝血作用的维生素K、抗癌作用的mitomycin和泻下作用的番泻苷等作为药品使用。
一、苯醌类
苯醌类化合物存在于27科高等植物中,在低等植物棕色海藻中也发现苯醌类化合物。天然苯醌类化合物多为黄色或橙色的结晶体,如2,6-二甲氧基对苯醌,为黄色结晶,存在于中药凤眼草的果实中,具有较强的抗菌作用。
从白花酸藤果的果实及矩叶酸藤果果实中分离得到的驱绦虫有效成分信筒子醌(embelin)为橙红色的板状结晶,是带有高级烃基侧链的对苯醌衍生物。
能参与生物体内的氧化还原过程的泛醌类是生物氧化反应的一类辅酶,称为辅酶Q类，其中辅酶Q10,已用于治疗心脏病、高血压及癌症。
从紫穗槐属植物紫穗槐根中分离得到化合物amorphaquinone,为非晶型橙色固体,是一种类
黄酮型苯醌,这类化合物在蝶形花科植物中含有较多。
二、萘醌类
萘醌大致分布在20科的高等植物中,含量较高的科为紫草科、柿科、蓝雪科、紫葳科等,在低等植物地衣类、藻类中也有分布。许多萘醌类化合物具有显著的生物活性,如胡桃醌具有抗菌、抗癌及中枢神经镇静作用;蓝雪醌有抗菌、止咳及祛痰作用;红根草邻醌有较明显的抗菌活性,且对P388白血病细胞有细胞毒性。
从中药紫草及软紫草中分离得到的一系列紫草素及异紫草素类衍生物具有止血、抗炎、抗菌、抗病毒及抗癌作用,为中药紫草中的主要有效成分。维生素K类化合物,如维生素K1及K2也属于萘醌类化合物,具有促进血液凝固作用,可用于新生儿出血、肝硬化及闭塞性黄疸出血等症。
从鼠李科植物翼核果根中分离鉴定的翼核果素也属于萘醌类化合物。
三、菲醌类
天然菲醌类衍生物包括邻菲醌及对菲醌两种类型,含菲醌类的植物分布在唇形科、兰科、豆科、番荔枝科、使君子科、蓼科、杉科等高等植物中,在地衣中也有分离得到。例如从著名中药丹参根中提取得到的多种菲醌衍生物，均属于邻菲醌类和对菲醌类化合物。
丹参醌类成分具有抗菌及扩张冠状动脉的作用,由丹参醌llA制得的丹参醌llA磺酸钠注射液可增加冠脉流量,临床上治疗冠心病、心肌梗死有效。
丹参醌类成分虽然在结构上为菲醌类,但从其他共存的同系物结构来看,在生物合成上属于二萜类,故也可把丹参醌看成是二萜萘醌的脱氢衍生物,归属到萘醌类中。
与丹参同属不同种的植物新疆鼠尾草根(亦称新疆丹参)中提取得到的菲醌衍生物属于对菲醌类化合物-,具有抗心肌缺血、抑制血小板聚集的作用。
dioscoreanone属于对菲醌类化合物,具有选择性细胞毒活性。
四、蒽醌类
蒽醌类成分包括蒽醌衍生物及其不同程度的还原产物,如氧化蒽酚、蒽酚、蒽酮及蒽酮的二聚体等。蒽醌类化合物大致分布在30余科的高等植物中,含量较多的有蓼科、鼠李科、茜草科、豆科、百合科、玄参科等,在地衣类和真菌中也有发现。
(一)蒽醌衍生物
天然存在的蒽醌类成分在蒽醌母核上常被羟基、羟甲基、甲氧基和羧基取代。以游离形式及与糖结合成苷两种形式存在于植物体内。
根据羟基在蒽醌母核上的分布情况,可将羟基蒽醌衍生物分为两类。
1、大黄素型羟基分布在两侧的苯环上,多数化合物呈黄色。例如常用中药大黄中的主要蒽醌成分多属于这个类型。
大黄中的羟基蒽醌衍生物多与葡萄糖结合成苷类,一般有单糖苷和双糖苷两种。从中药巴戟天中分离得到的1,6-羟基-2,4-二甲氧基蒽醌和1,6-二羟基-2-甲氧基蒽醌及从虎刺中分离得到的1,5-二羟基-2-甲氧基蒽醌和1,3,5-三羟基-2-羧乙基蒽醌也属于大黄素型。
2、茜草素型羟基分布在一侧的苯环上,化合物颜色较深,多为橙黄色至橙红色。例如中药茜草中的茜草素等化合物即属此型。
茜草中除含有游离蒽醌苷元外,还含有木糖和葡萄糖的蒽醌苷类化合物,已分离得到的有单糖苷和双糖苷。
（二）蒽酚(或蒽酮)衍生物
蒽醌在酸性条件下被还原,生成蒽酚及其互变异构体蒽酮。
蒽酚(或蒽酮)的羟基衍生物一般存在于新鲜植物中,该类成分可以慢慢被氧化成蒽醌类成分。如在新鲜大黄中含有的蒽酚类成分,经过贮存两年以上就再也检查不出这些蒽酚类成分。
蒽酚类衍生物也以游离苷元和结合成苷两种形式存在。meso-位上的羟基与糖结合的苷,其性质比较稳定,只有经过水解除去糖以后才易被氧化。
羟基蒽酚类对真菌有较强的杀灭作用,是治疗皮肤病有效的外用药,如柯桠素(chrysarobin)治疗疥癣等症,效果较好。
(三)二蒽酮类衍生物
二蒽酮类成分可以看成是两分子的蒽酮相互结合而成的化合物。例如大黄及番泻叶中致泻的主要有效成分番泻苷A、B、C、D等皆为二蒽酮衍生物。
蒽酮类化合物的C10-C10’键与通常C-C键不同,易于断裂,生成稳定的蒽酮类化合物。如大黄及番泻叶中含有的番泻苷A的致泻作用是因其在肠内变为大黄酸蒽酮所致。
蒽酮衍生物除C10一C10’的结合方式外,尚有其他形式。如金丝桃素为萘骈二蒽酮衍生物,存在于金丝桃属某些植物中,具有抑制中枢神经及抗病毒的作用。
此外,除了以上所述的四种主要的醌类化合物结构之外,还发现一些特殊结构类型。从Newbouldialaevis的根中分离得到的newbouldiaquinoneA是萘醌与蔥醌的二聚体,具有抗恶性疟原虫作用,对念珠菌属Candidagabrata和肠杆菌属Enterobacteraerogenes也具有抑制作用。蒽醌苷类衍生物在植物体內除了与糖结合成氧苷形式存在外,还存在以碳苷形式结合的成分,即糖的端基碳与蒽环上的碳直接通过C-C键相连。例如芦荟致泻的主要有效成分芦荟苷就属碳苷类化合物。
醌类化合物的生物活性
一、泻下作用
以中药大黄为例,致泻作用是蒽醌类化合物主要的生物活性,泻下作用差别较大,其作用强度与结构有下列关系:蒽醌苷的致泻作用强于苷元,苷元蒽酚的作用强于相应蒽醌类;若蒽醌类的酚羟基被酯化,则泻下作用消失。分子中含羧基的蒽苷,其致泻作用强于相应的不含羧基的蒽苷。含羧基的蒽苷中,二蒽酮的活性强于蒽醌苷。经过对大黄中各种蒽醌泻下活性的比较,发现其主要活性成分为具有二蒽酮类结构的番泻苷类成分,其他蒽醌类成分如芦荟大黄素、大黄酸以及它们的8-葡萄糖苷活性较低,而大黄酚、大黄素甲醚
及大黄素则无效。另外,文献报道番泻苷类成分经回肠、盲肠和结肠中的细菌转化为大黄酸蒽酮,番泻苷类的泻下作用是通过其代谢产物大黄酸蒽酮而起作用。
二、抗菌作用
蒽醌类化合物大多具有一定的抗菌活性,苷元的活性一般比苷类强。如大黄酸、大黄素、芦荟大黄素等对多种细菌具有抗菌作用。
三、抗肿瘤作用
某些蒽醌类化合物具有明显的抗肿瘤作用。如大黄提取物大黄酸对小鼠黑色素瘤、艾氏腹水癌有明显的抑制作用,大黄素对大鼠乳癌有明显的抑制作用;大黄素对多种癌细胞具有抑制增殖作用,它可以通过Bu25TK细胞凝聚、膜联蛋白黏合及DNA断裂而抑制宫颈癌细胞的DNA合成并诱导凋亡,其途径是Caspase介导的线粒体途径,表现在Caspase3、Caspase9的激活和多糖酶的断裂。
四、其他作用
此外,蒽醌类化合物还具有较广泛的其他方面的生物活性。对异常高的免疫反应有强烈的抑制作用。某些蒽醌类成分还具有抗真菌、抗骨质疏松、利尿等作用。