花青素

花青素代表花青素（一組植物色素）的著色部分。花青素在結構上由花青素、糖苷配基和糖苷結合糖組成。 天然形成的糖類產生了大約 250 種花青素。

花青素中的糖苷鍵可被酸催化裂解，釋放出花青素。 花青素是多羥基取代的2-苯基鉻基鎓鹽（flavylium鹽）；在自然界中，各種水溶性酸的羧酸鹽通常作為苯并吡喃鹽的抗衡離子，氯化物常用于實驗室制備。 過去，苦味酸鹽用于結晶。 到目前為止，這組植物色素中最重要的是花青素，其次是飛燕草素和天竺葵素。 它們的甲基醚類牡丹花素、牽牛花素和錦葵素也經常被發現。 Myrtillin 是飛燕草素的一種糖苷。

花青素的2位總是有一個對羥基苯基取代基（B環），3位有一個羥基。 最重要的天然花青素在 A 環的 5 位和 7 位被羥基取代。

除了花青素組外，還有一小組3-脫氧花青素（R = H）。 包括

• 芹菜素
• 曲西替尼（3-脫氧飛燕草）
• 木犀草素 和甲基醚薯蕷甲脒
  3-脫氧花青素在顏色和酸度方面表現得像花青素。

花青素對光、空氣和溫度敏感，在 pH 值低于 3 時，它們以黃素鹽的形式最為穩定。

花青素吸收450至650納米之間可見光范圍內的光，因此呈現紅色、紫色或藍色。 除了分子結構外，波長范圍還受溶液 pH 值的影響。 紅色在酸性環境中占主導地位，而在堿性環境中會發現藍色和紫色調。

顏色變化基于化學反應。

• 在 pH 值低于 3 時，它們呈紅色并以黃銨陽離子形式存在。
• 4 到 5 之間的 pH 值通過羥基化作用產生無色甲醇假堿基。
• 在 pH 值介于 5 和 7 之間時，它們以具有醌型結構的黃酮醇形式存在，呈紫色。
• 在 pH 值介于 7 和 8 之間時，該分子被去質子化為藍色的黃酮酸根陰離子。 此處的π電子在整個分子中離域的距離最長，因此可以用最低的光能激發。
• 8 及以上的 pH 值在 5 位沒有糖苷基團的情況下也會導致黃酮酸雙陰離子，但吡喃環的水解開環在堿性范圍內競爭。 該分子不可逆地轉化為黃色查爾酮陰離子。
• 與二羥基苯的pKa值相比，花青素的酸性要高出1000多倍。 Flavylium 鹽在水中的酸性是甲酸的 10 倍以上 (pKa 3.8)。

綜合而言，花青素通常不是直接產生的，而是通過類似的黃酮類化合物產生的。 黃酮氧化還原相當于花青素n，黃烷酮相當于3-脫氧花青素。 已知有許多方法可以將黃酮、黃烷酮和黃酮醇還原為相應的花青素 n 或 3-脫氧花青素。

花青素可通過 3,5-二甲氧基取代的水楊醛與 α-甲氧基苯乙酮的 Knoevenagel 縮合制備得到。 主要產物互變異構化為 α-黃烷醇，其在加入酸時分解出水并得到甲氧基取代的黃酮鹽（羅賓遜環化）。 可以用氫碘酸輕輕去除甲基醚基團。

使用經典的溫和還原方法，可以將黃酮具體還原為 3-脫氧花青素或將黃酮醇還原為花青素。 然而，通過劇烈的還原方法（水中的鈉汞齊），黃烷酮也可以轉化為紅色的黃酮鹽。