1 苯丙烯类化合物的共同结构基础

1.1 C6–C3骨架是其归属于苯丙素的结构基础

        简单苯丙素通常以一个芳香六碳环和一个三碳侧链组成的 C6–C3单元为基本结构。植物中这类结构主要来源于苯丙烷代谢途径，与苯丙酸、苯丙醛和苯丙醇等具有共同的生源基础。[1]

如果用 Ar 表示取代芳香环，苯丙烯类的三碳侧链可以概括为：

Ar–C7–C8–C9

本文所讨论的典型天然苯丙烯，其侧链主要表现为以下两种形式：

①烯丙基型（allyl type）：Ar–CH₂–CH=CH₂

②丙烯基型（propenyl type）：Ar–CH=CH–CH₃

这两种结构具有相同的三个侧链碳原子，但双键所在位置不同。[2-3]

1.2 苯丙烯并不等同于萜类挥发性成分

        苯丙烯类中的许多成员存在于植物挥发油中，并具有较明显的香气，容易与单萜、倍半萜等挥发性成分混淆。

        两者的生源和碳骨架并不相同。萜类以异戊二烯单元为基本生源结构；苯丙烯属于苯丙素体系，以芳香环连接三碳侧链的 C6–C3结构为基本特征。

2 双键位置是理解苯丙烯结构差异的第一关键因素

        苯丙烯类内部最重要的结构变化之一发生在三碳侧链。下图1中，烯丙基型苯丙烯的双键位于C8=C9，而丙烯基型（iso型）苯丙烯的双键位于C7=C8。双键位置改变后，侧链与芳香环的共轭关系随之改变。同时，芳环羟基、甲氧基及亚甲二氧基等取代又进一步扩大了苯丙烯的结构多样性。[4]

图1：苯丙烯类化合物的侧链结构差异及丁香酚生物合成关系

        A，烯丙基型与iso型苯丙烯的基本结构及芳环取代形式；B，由L-苯丙氨酸经松柏醇和松柏醇乙酸酯形成丁香酚的简化生物合成过程。原图转自 Louie GV, Baiga TJ, Bowman ME, et al. PLoS ONE, 2007, Figure 1 [4]

2.1 烯丙基型：双键与芳香环之间隔着一个亚甲基

烯丙基型侧链可以表示为：

Ar–CH₂–CH=CH₂

按照苯丙素侧链的 C7、C8、C9编号，双键位于 C8=C9。

其中与芳香环直接连接的 C7 是 sp³ 杂化的 —CH₂—，因此芳香环和 C=C 双键之间被一个亚甲基隔开，二者不能形成连续的 π 共轭体系。

典型成员包括：

· 丁香酚（eugenol）

· 草蒿脑，又称甲基胡椒酚（estragole）

· 甲基丁香酚（methyleugenol）

· 黄樟素（safrole）

· 肉豆蔻醚（myristicin）

2.2 丙烯基型：双键直接与芳香环相连

丙烯基型侧链为：

Ar–CH=CH–CH₃

双键位于 C7=C8。

与烯丙基型不同，C7本身参与双键，并直接连接芳香环，因此形成：芳香环–C=C，连续 π 体系。

典型成员包括：

· 异丁香酚（isoeugenol）

· 茴香脑（anethole，天然来源中常见反式茴香脑）

异丁香酚是丁香酚的侧链双键位置异构体；其结构中的烯丙基被丙-1-烯基取代。反式茴香脑则具有对甲氧基苯环与丙-1-烯基直接相连的结构。[3,9]

2.3 两组代表性异构体揭示了双键位置的意义

        丁香酚和异丁香酚具有相同的分子式 C₁₀H₁₂O₂；草蒿脑和茴香脑也都具有分子式 C₁₀H₁₂O[9]。这些化合物之间的区别在于同一条三碳侧链中的C=C双键移动了一个位置。这一变化虽然很小，却同时改变了共轭关系、几何异构可能性和部分反应行为。

3 为什么双键移动一个位置会产生重要的结构差异

3.1 第一项变化：芳香环与双键的共轭关系发生改变

        烯丙基型中，sp³杂化的C7使芳香环与C8=C9双键之间的π体系中断；丙烯基型中，C7=C8双键直接与芳香环相连，形成连续共轭体系。由此增加的电子离域会进一步影响分子的光谱和光化学行为。

        例如，反式茴香脑具有明显的紫外吸收，在异辛烷中约258 nm处存在吸收最大值；异丁香酚和丁香酚在紫外照射下也表现出不同的光化学行为[5,9]。具体吸收波长还受到酚羟基、甲氧基等芳环取代基及溶剂条件影响。

3.2 第二项变化：丙烯基型可以形成E/Z几何异构体

烯丙基型结构末端为：

—CH=CH₂

双键末端碳连接两个氢，不具备形成 E/Z 几何异构所需的取代条件。

而丙烯基型：

Ar–CH=CH–CH₃

双键两个碳原子分别连接不同取代基，可以形成 E型和Z型几何异构体。

异丁香酚存在顺、反异构形式；茴香脑也存在相应的几何异构体。紫外光化学研究已证实异丁香酚可以发生 E↔Z 光致异构化。[5]

3.3 双键位置在植物体内也具有明确的酶学基础

        研究显示，丁香酚合酶（eugenol synthase，EGS）能够作用于松柏醇酯类前体形成具有烯丙基侧链的丁香酚；与此相关的异丁香酚合成酶能够形成丙烯基型产物。茴香中的研究还鉴定出了反式茴香醇/异丁香酚合酶以及对 C7=C8丙烯基侧链具有明显底物选择性的 O-甲基转移酶。[3-4]

这说明 C8=C9 与 C7=C8 的差异也是植物苯丙烯生物合成分流的实际结果。

4 芳香环取代是决定苯丙烯性质的第二个结构变量

相同的烯丙基或丙烯基侧链，可以与不同取代的芳香环组合。常见取代基主要包括：

· 酚羟基（—OH）

· 甲氧基（—OCH₃）

· 亚甲二氧基（—O—CH₂—O—）

因此，苯丙烯的结构应同时从两个方向观察：侧链看双键位置，芳香环看含氧取代形式。

4.1 代表性苯丙烯的结构对比

5 从结构理解苯丙烯类的主要理化性质

5.1 多数兼具芳香性、亲脂性和一定挥发性

        典型苯丙烯分子量较小，通常只有一个芳香环和一条短的不饱和三碳侧链，含氧官能团数量有限。许多成员因此具有较明显的疏水性，并能够作为植物挥发性香气成分存在。

        丁香酚、草蒿脑、茴香脑、甲基丁香酚和黄樟素等均可存在于植物挥发油中。[2,6]

        它们在水中的溶解度通常有限，而在乙醇、醚类及其他有机介质中的溶解性较好。例如草蒿脑在水中难溶而可溶于醇；反式茴香脑在水中仅微溶，可与氯仿、醚等有机溶剂相容。[9]

        丁香酚和草蒿脑在常温下通常为液体，而反式茴香脑的熔点接近室温，在较低室温下可以呈结晶状态。[9]

5.2 芳环上的游离酚羟基显著改变极性和酸碱性质

        丁香酚和异丁香酚含有游离酚羟基，能够作为氢键供体，也表现出酚类的弱酸性。

        丁香酚的 pKa 报道约为10.2。[9] 这意味着在通常的中性水溶液中仍以非离子形式为主，而在足够强的碱性条件下可以形成酚盐。

相比之下，草蒿脑、茴香脑和甲基丁香酚没有游离酚羟基，不能发生相同的酚羟基电离。

5.3 双键和酚羟基共同影响氧化稳定性

        苯丙烯分子具有 C=C 双键，而丁香酚、异丁香酚等还含有电子较丰富的酚结构，因此在光、空气和氧化条件下可能发生氧化、异构化或进一步的结构转化。

        异丁香酚在持续光照和空气暴露条件下可发生氧化降解并形成氧化二聚产物；丁香酚在储存过程中也可能逐渐发生颜色变化[9,11]。

        因此，苯丙烯标准品及含量较高的挥发油在分析过程中通常需要关注避光、密闭及减少长期空气暴露。这不仅关系到样品保存，也会影响色谱定量结果的可靠性。

6 苯丙烯类化合物的常见检识方法

实际检识应遵循如下顺序：

初步分离 → 根据挥发性选择色谱方法 → 与对照品比较 → 必要时进行光谱确证

6.1 薄层色谱：适合快速比较，但不能单独确证结构

薄层色谱（thin-layer chromatography，TLC）可用于苯丙烯类的初步定性。

在适宜展开体系中，可比较供试品和标准品的：

①比移值（Rf）；

②紫外观察特征；

③显色后的斑点位置和颜色。

丁香酚已经有采用 TLC 进行识别的研究报道。[8]

对于丁香酚、异丁香酚等含游离酚羟基的成员，可利用酚羟基相关显色反应辅助判断。

茴香醛-硫酸、香草醛-硫酸等广谱显色体系可以使多类挥发性天然产物显色，但其结果并不具有苯丙烯专属性。

6.2 GC和GC-MS是游离苯丙烯分析的核心方法

由于许多苯丙烯分子量较小、热稳定性尚可并具有一定挥发性，气相色谱（gas chromatography，GC）非常适合进行分离。

与质谱联用，则形成：气相色谱-质谱联用（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）

其优势可以同时得到：

1. 色谱保留信息；

2. 电子轰击质谱碎片信息。

已有研究利用 GC-MS 同时分离和测定茴香脑、草蒿脑、丁香酚、甲基丁香酚、黄樟素和肉豆蔻醚等多种苯丙烯。[6]

6.3 位置异构体的确认需要“保留信息＋质谱＋对照品”

        GC-MS虽然十分适合苯丙烯，却需要特别注意丁香酚/异丁香酚、草蒿脑/茴香脑这一类异构体。相同分子式意味着它们具有相同分子质量；结构相近又可能使部分质谱碎片具有相似性。

较可靠的判断通常需要结合：

①标准品保留时间；

②保留指数；

③完整电子轰击质谱碎片；

④已验证的标准质谱库；

⑤必要时使用不同固定相或进一步光谱分析。

对于异丁香酚等存在E/Z异构的化合物，还应验证所用色谱条件能否分离几何异构体；仅测定“异丁香酚总量”不能说明样品中的E/Z组成。

6.4 HPLC适合作为GC之外的重要补充

高效液相色谱（high-performance liquid chromatography，HPLC）是针对不同样品状态的另一种选择。

例如以下情况，均可考虑液相色谱：

①样品基质不适合直接进行气相分析；

②需要同时分析游离苯丙烯及其低挥发或不挥发的结合态前体；

③目标物或其衍生物适合采用紫外、荧光或质谱检测；

④需要在液相条件下进行特定异构体或复杂组分的分离；

已有研究采用 HPLC 对丁香酚进行定性和定量，也建立了用于丁香酚和甲基丁香酚等成分的HPLC-荧光分析方法。[8,10]

6.5 NMR适合解决“究竟是哪种双键结构”的确证问题

核磁共振波谱（nuclear magnetic resonance，NMR）对于区分烯丙基型和丙烯基型具有重要价值。

烯丙基型：Ar–CH₂–CH=CH₂，在¹H NMR中会出现：

①与芳香环相连的苄位 —CH₂— 信号；

②一个烯键 —CH= 信号；

③末端 =CH₂ 的两个质子信号。

而丙烯基型：Ar–CH=CH–CH₃，则表现为：

①两个烯键氢；

②与烯键连接的甲基信号；

③不再具有烯丙基型的苄位 Ar–CH₂—。

        即使丁香酚和异丁香酚具有相同分子式，其¹H NMR侧链信号也能够提供明确的结构差别。2024年的研究已经应用¹H NMR定量分析异丁香酚，并同时观察到丁香酚、甲基丁香酚、草蒿脑和黄樟素等苯丙素的特征信号，说明NMR不仅适用于纯化合物确证，也可用于复杂香辛料和挥发油样品的分析。[7]

7 不同检识方法分别解决什么问题

        苯丙烯的可靠鉴定应同时回答三个问题：侧链双键位于C7=C8还是C8=C9、丙烯基侧链属于E构型还是Z构型，以及芳环含氧取代的种类和位置。GC–MS适合筛查和定量，位置或几何异构体的最终确认仍应结合对照品保留信息及NMR等结构证据。

8 苯丙烯类化合物侧链双键位置、芳环含氧取代与几何构型相关代表产品

表1 酚羟基、单甲氧基及二甲氧基苯丙烯

表2 三甲氧基苯丙烯

表3 甲氧基-亚甲二氧基取代烯丙基苯

注：以上为阿拉丁代表性科研相关产品，具体用途应结合产品规格、批次COA及目标反应或评价体系确定。更多产品规格、级别和COA信息可用“品名/CAS/货号”在阿拉丁官网检索。

参考文献

[1] Zhu Z, Chen R, Zhang L. Simple phenylpropanoids: recent advances in biological activities, biosynthetic pathways, and microbial production. Natural Product Reports, 2024, 41(1): 6-24. doi:10.1039/D3NP00012E.

[2] Atkinson RG. Phenylpropenes: occurrence, distribution, and biosynthesis in fruit. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2018, 66(10): 2259-2272. doi:10.1021/acs.jafc.6b04696.

[3] Koeduka T, Baiga TJ, Noel JP, Pichersky E. Biosynthesis of t-anethole in anise: characterization of t-anol/isoeugenol synthase and an O-methyltransferase specific for a C7-C8 propenyl side chain. Plant Physiology, 2009, 149(1): 384-394. doi:10.1104/pp.108.128066.

[4] Louie GV, Baiga TJ, Bowman ME, et al. Structure and reaction mechanism of basil eugenol synthase. PLoS ONE, 2007, 2(10): e993. doi:10.1371/journal.pone.0000993.

[5] Krupa J, Olbert-Majkut A, Reva I, Fausto R, Wierzejewska M. Ultraviolet-tunable laser induced phototransformations of matrix isolated isoeugenol and eugenol. The Journal of Physical Chemistry B, 2012, 116(36): 11148-11158. doi:10.1021/jp306339g.

[6] Tsai CJ, Li JH, Feng CH. Dual dispersive liquid-liquid microextraction for determination of phenylpropenes in oils by gas chromatography-mass spectrometry. Journal of Chromatography A, 2015, 1410: 60-67. doi:10.1016/j.chroma.2015.07.095.

[7] Fabry P, Weber S, Teipel J, Richling E, Walch SG, Lachenmeier DW. Quantitative NMR spectrometry of phenylpropanoids, including isoeugenol in herbs, spices, and essential oils. Foods, 2024, 13(5): 720. doi:10.3390/foods13050720.

[8] Shormanov VK, Sukhomlinova EA. Isolation of eugenol from biological material. Sudebno-Meditsinskaia Ekspertiza, 2008, 51(3): 17-21.

[9] National Center for Biotechnology Information. PubChem Compound Summary: Eugenol (CID 3314), Isoeugenol (CID 853433), Estragole (CID 8815), Anethole (CID 637563), Methyleugenol (CID 7127), Safrole (CID 5144). U.S. National Library of Medicine.

[10] Takada M, Sakamoto M, Yamada H, et al. HPLC fluorescence method for eugenols in basil products derivatized with DIBI. Chemical and Pharmaceutical Bulletin, 2022, 70(1): 37-42. doi:10.1248/cpb.c21-00575.

[11] Ahn J, Avonto C, Pandey P, et al. Chemistry of Isoeugenol and Its Oxidation Products: Mechanism and Kinetics of Isoeugenol as a Skin Sensitizer. Chemical Research in Toxicology. 2023;36(5):747–756. doi:10.1021/acs.chemrestox.2c00407.

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