第四章天然药物化学2011课件.ppt

Medicinal Chemistry of Natural Products,第四章 天然药物化学,天然药物化学（The Medicinal Chemistry of Natural Products）植物化学 （Phytochemistry）中药化学（The Chemistry of Traditional Chinese Medicine）中草药成分化学（The Chemistry of Traditional Chinese and Herbal Drugs）,概念天然药物的定义： 由动、植物、矿物和微生物原料发酵形成的药物通俗地称之为中草药，是传统药、民间药、民族药的总称。,第一节 绪论,天然药物化学的定义： 运用现代科学理论与方法研究天然药物中化学成分的一门学科。,研究内容：各类天然药物的化学成分结构特征、理化性质、提取分离方法、结构测定以及生物合成途径。根据已阐明结构的成分，按植物亲缘关系在植物界中探询同类成分，以扩大植物的药用资源，发掘新的有效成分；研究有效成分在植物体中随生长季节、时间的变化情况，以便掌握中草药品质的规律。化学成分在体外及生物体内的代谢和动力学研究，以及构效关系、化学分类学等内容。,天然药物之所以能够治病，其物质基础在于所含有的化学成分。一种天然药物中往往含有结构和性质完全不同的多种成分 。有效成分或生理活性成分与无效成分的概念不能简单、机械地加以理解。,天然产物是人类赖以生存的条件，对人类友好，是朴素药物的来源；其次，天然产物具有生物多样性(biodiversity，biological diversity)，为药物筛选提供了天然的样品库；再次，天然产物具有化学多样性(chemodiversity)。几世纪以来用于人体治疗的传统天然药物，可以认为在开始生物活性筛选之前就已经成功地完成了针对各种治疗目的的临床试验, 国际发展史,1. 天然药物化学的建立与形成,观点1: “植物中只有酸性物质”观点2: “植物中有机酸的研究促成有机化学 及植物化学的形成”观点3. “生物碱的研究是天然,药物化学发展的开端。”,1803 1806 吗啡(鸦片),德罗逊 (Derosen) 斯托勒 (Sertrner),1818 士的宁碱 1820 咖啡因 1820 喹宁 1828 尼古丁 1831 阿托品 1833 乌头碱,morphine, 国际发展史,2. 天然有机合成化学的建立与发展,1）“生命力”学说的提出,瑞典化学家贝泽留斯(Berzelius)认为：“有机化合物的变化只能受生命力所支配”。,2）有机化合物的合成,1828年德国化学家弗列德里奇.奥勒(Friedrich woler)在实验室用无机化合物合成了脲,2KOCN + (NH4)2SO4 K2SO4 + 2NH4OCN NH4OCN H2NCONH2,氰酸钾,硫酸铵,氰酸铵,德国化学家科尔贝(Kolbe)又合成了醋酸。,由此促进了有机合成化学的发展。,美登木碱 (Maytansine),利血平 (Reserpine),紫杉醇 (Taxol),长春碱 (Vinblastine) 长春新碱 (Vincristine),3）大规模寻找天然活性物质,（二）国内发展史,1. 古代“本草化学”的实践经验和发现阶段,1）冶金的实践,古代的“冶金术”、“炼丹术”、“点金术”创造了许多实验方法，开拓了化学研究途径。,上古时代就有金、银、铜、铁、锡、铅、汞、硫、碳等元素的记载，如：,宋应星著： 天工开物 记载有锌的冶炼和氧化 锌(亚铅华)的制备。 明崇祯十年 (1637年),我国明确记载锌的冶,炼，其后经印度传至西欧。,2） 炼丹与无机合成药物的实践 世界上最早的无机合成化学药物： 水银 (Hg)、升丹(HgO)、朱砂(HgS)、轻粉(Hg2Cl2) 记载：轻粉由汞 (Hg)、白砂 KH(SO4)2、食盐 (NaCl)配伍，经升华而 得。这是一个伟大的化 学实践。 黄降汞(HgO)、白降汞HG(NH2)Cl软膏、甘汞等一直作为世界药物用到现在。 朱砂(HgS)至今仍是中国药典药材。,6Hg + 2KH(SO4)2 + 6NaCl + 2O2 K2SO4 + 3Na2SO4 +3Hg2Cl2,李时珍 (1518-1592) 本草纲目,3） 炼丹术与升华药物的实践发现,炼丹术发展了升华法，如樟脑的精制：,李时珍 (1518-1592) 本草纲目,洪遵 (1176年) 经验方,才提出樟脑纯品。,详细记载樟脑有关提炼和升华,精制的操作。,“樟脑”始见于经验方，由马可波罗带到西方。,明弘治 (1505年) 本草品汇精要,有樟脑记载。,欧洲18世纪 下半叶,4）汞齐法技术的实践 汞齐法曾用为冶金术。 “银”在名医别录中被列为中品，用作镇惊剂。 “银膏”是“用白锡和银铂及水合成之，凝硬如 “银”，用于 “补牙齿缺落”。至今仍沿用于补牙。 记载着唐本草的制银屑法： “银铂以水银消之为泥，合硝石及 盐为粉，烧出水银，淘去盐石， 为粉及细”。,李时珍 (1518-1592) 本草纲目,硝石列为上品，硫磺列为中品药。,神农本草经,本草纲目,当时加火炼制而发现“烟火”和“炸药”，从而成为世界上制造弹药、爆破剂、火箭的先导。,其产生爆炸的原因是：,5）黑火药的配伍实践,黑火药能治“疮癣杀虫、辟淫气湿变”。,“黑火药”配方,主要组成为硝石(KNO3)、硫磺(S)、,木炭(C)三者的粉末混合物。,2KNO3 3CS N2 + 3CO2 + K2S 1694卡,商周(前256 前1766),酿酒业十分成盛行,6）酶解、酸解、碱解及氧化制品的实践,诗经(前476776年),记载有纤维(纸原料)、油脂、饴糖的文字,记载有从马蓝、蓼蓝、菘蓝、木蓝植物，,经酶、酸、碱水解下制备青黛的制备方法。,齐民要术(五世纪),圣惠方(932992年),用“百药煎”制革，它是由五倍子等粗末经曲,发酵制得的没食子酸。,记载：“看药上长起长霜，药则已成矣”。长,霜即没食子酸结晶，此是世界上最早制得的,有机酸结晶，较之瑞典化学家席勒的工作要,早二百多年。,发酵法制备没食子酸。近代可用各种没食子,酸鞣质资源生产没食子酸。,本草纲目(1518-1592),改正日本药局方注释(第六版)(1953年),7) 提取分离纯化方法制取纯成分的实践 除上述樟脑的提取和升华精制 外,有关烧酒、葡萄酒的蒸馏、 药酒的浸提，丹参用羊脂浸提。 关于“秋石”的制备中有煎熬、 溶解、过滤、浓缩、结晶等操 作。 “射罔膏”即乌头碱的制法：取新鲜草乌汁，经沉淀，过滤，清液置碗中日晒蒸发，至瓶口现“黑砂点子”；再放炉内低温蒸发，直到下层为稠膏，上层现白如砂糖状的结晶。此种“砂糖样”物质，上箭最快，到身数步即死”。 这种极毒的砂糖样结晶即乌头碱，在欧洲1833年提出，1860年才制得结晶。,本草纲目拾遗 (1765年),本草纲目 (1518-1592),国外学者的评价： 我国外藉院士、英国学者李约瑟孜孜不倦研究 中国古代科技史五十余年，在其巨著中国科学技术史中写道： “现代人之所以更为优秀，是因为他们发现了印刷术、黑火药、和磁罗盘，我们把它归功于中国人。要是没有这种贡献，就不可能有我们西方文明的整个发现历程。” 他指出“在欧洲十六世纪帕拉尔(Paracelsus, 14931541) 将水银、锑、铋等矿物作药物 (原来公认草药) 的时候， 存在着很大的争议，而中国在那时已使用矿物药有许多世纪。” 他还指出：“ 中国药物化学从11世纪到17世纪处于一个灿烂的时期。”,2. 近代天然药物化学的引进和创建阶段,1) 二十年代 主要成就是麻黄碱的研究,同时还对闹羊花、莽草、延胡索等开展了一些研究工作。,2) 三十年代 进行了中药延胡索、防己、贝母、陈皮、细辛、钩吻、洋金花、,除虫菊、雷公藤、三七、广地龙、柴胡中成分的分离工作。,赵承嘏、黄呜龙等：延胡索延胡索乙素(dl-Tetrahydropalmatine),庄长恭等：粉防己防己诺林碱(Fangchinoline)；粉防己碱(Tetrandrine),延胡索乙素,粉防己碱 R=CH3 防己诺林碱 R=OH,2. 近代天然药物化学的引进和创建阶段 3) 四十年代 主要研究了常山的抗疟有效成分，定出了常山生物碱的分子式、母核，并和国外学者共同研究取得一定成绩。另对羊角拗、远志、前胡、丹参、射干、使君子等也做了许多工作。 这三、四十年中，我国科学家虽然在有效成分及药理方面做了一些艰苦的工作，但在化学成分结构的研究上却较少突破，新成分的发现也较少。,3. 现代天然药物化学的建立和发展阶段 五十年代以后 1）利用丰富药源生产药物 麻黄素、芦丁、洋地黄毒苷、咖啡因、黄连素、粉防己碱、加兰他敏、山道年等。 2）减少进口、自给自足药物 地高辛、西地兰、麦角新碱、秋水仙碱、阿托品、东茛菪碱、长春碱、长春新碱、薯蓣皂苷元等。 3）民间草药发掘药物 颅痛定、岩白菜素、天花粉素、川楝素、黄藤素、鹤草酚、焊菜素、亮菌甲素、棉酚、羟基喜树碱等。,3. 现代天然药物化学的建立和发展阶段 4）特色天然化学药物 如青蒿素、三尖杉酯碱、山茛菪碱、天麻素、靛玉红、齐墩果酸、丁公藤碱II、高乌头碱、石杉碱甲、川芎嗪等。 5）改构药物 如抗痫灵、常咯啉、联苯双酯等。 6）合成药物 如黄连素、延胡索乙素、山茛菪碱、天麻素、咖啡因、靛玉红、川芎嗪、大蒜新素、罂粟碱等。,二、天然药化研究发展趋势,(一) 化学结构研究,1. 快速,morphine,发 现,确 定 结 构,人工合成证实,Reserpine,提取分离: 1803-1806,提出结构: 1925,合成证实: 1952,1952-1956,2. 微量,生物碱 (Alkaloids),1803-1952 950 950,1952-1962 1107 2057,1962-1972 3443 5500,1972-1987 4500 10000,莲心碱 (Liensinine),(一) 化学结构研究,3. 准确,经典化学方法,现代波谱方法,50年代 I R 60年代 1H-NMR 70年代 13C-NMR 80年代 2D-NMR MS X-ray,二、天然药化研究发展趋势,(二) 研究的重大转变,病理模型 动物模型 离体器官 分子水平 酶 水 平 血清药理,粗总皂苷: 天 然 4.1 % 组织培养 21 %,薯蓣皂苷元: 天 然 1. 5 % 组织培养 2. 5 %,(四) 注重结构改造和仿生合成,1) 解决植物活性成分含量偏少 2) 合理保护药用资源,1. 活性成分研究转向微量、水溶性、大分子成分 2. 由单纯化学转向生物活性成分研究 3. 由单味中药转向复方中药 4. 生物活性检测转向分子水平,(三) 组织培养,（一）基本骨架类型及其结构特征 1. 基本骨架 2. 主要活性化合物 （二）各类成分的理化性质 1. 共性 1) 鉴别反应 (1) 沉淀反应 (2) 显色反应 2) 溶解性 3) 酸碱性 2. 特性 （三）各类成分的提取分离方法 1. 利用不同溶解度 2. 利用不同酸碱性 3. 利用层析分离法 （四）各类成分的结构测定方法 1. 各类成分的主要化学反应 2. 主要成分的波谱特征,三、学习天然药物化学方法,理 论 和 实 践 并 重,特别注意,性质：是应用现代科学理论与方法研究天然药物中化学成分的一门学科；在分子水平上研究天然药物的药效物质基础及其防治疾病规律的一门综合性学科任务：研究中药的有效成分研究其化学成分的类型、理化性质研究主要类型的化学成分的结构鉴定新药的创制研究天然药物中药效物质的生源途径,第二节 天然药物化学的性质与任务,天然药物化学研究依其目的不同可分为,以阐明药用生物有效成分，获得具有新结构的化合物或具有生物活性的单体为目的，进行提取分离条件、结构鉴定、一般活性研究以解决自然资源有限的活性化合物或其前体的来源为目的，进行半合成及生物转化研究以获得高效低毒的创新药为目的，以天然活性化合物为先导物，合成一系列结构类似物进行构效关系研究。由此可见，天然药物研究已经从最初对天然来源活性化合物被动全盘地接受到积极主动地改进，研究在不断深入,第三节 天然药物化学在祖国医药学中的应用,探讨祖国医学的治病机理 中医中药是不可分的,医者不识药不可为医；药离医理，必失其宗。 西医: 降酶, 抗体转阴等 中医治疗肝炎，改善肝功能异常，是根据患者的不同病机，通过清热解毒，或柔肝益肾，或健脾调中等几种不同的方药都可以达到有效治疗的目的。,新型剂型可提高临床疗效 剂型改革与原有疗效的统一性安全、高效、长效（三效） 剂量小、毒性小、副作用小（三小） 服用方便、携带方便、加工方便、贮运方便、保管方便（五便）,“芦荟胶囊”实际是出自“更衣丸”； 北京同仁堂的“胃气止痛丸”是“良附丸”原方 河南宛西制药股份有限公司以“太圣”为商标的“金匮肾气丸”（浓缩丸）系列产品。,质量指标: 国家药品标准,部颁标准 ,省、自治区、直辖市药品标准 2002年12月1日起，中成药地方标准已结束历史使命。现有5000余个地方标准中成药品种被清理转正。国家药品监督管理局药品注册司建立了国家中成药标准数据库，2002年完成全部中成药的国家药品标准数据库的建库工作。地方标准中不再包括中成药。企业药品标准，是企业药品生产的质量标准，仅供企业内部使用。,中药材的产地、采收、加工等会直接影响中成药的质量，所以实施GAP是GMP管理的前提.,中药材生产质量管理规范（GAP）是国家对药材生产的基地选定、品种、栽培技术、采收加工、质量标准等作出的规定。 内容：规范药材各生产环节乃至全过程，控制影响药材质量的各种因素，使中药材生产达到“真实、优质、稳定、可控”的目的。中药材生产全过程，以植物药为例，从种子经过不同阶段的生长发育到形成商品药材为止，一般不包括饮片炮制。,为中药的炮制提供科学依据 中药炮制是中药用于临床的必要过程,是祖国医药学的传统工艺。由于中药的化学组分比较复杂,大多数有效成分还不明确, 如何从科学的角度合理解释中药炮制的机理,却是一个随着现代药理的研究和发展而不断探索的过程。,中药炮制的必要性:,马钱子不宜生用; 生、熟大黄不宜混用; 附片必须经过炮制,使其中的生物碱含量达标后方可应用; 何首乌生用通便,熟用则滋补安神; 黄芩必须经炮制破坏了其中的酶以后,才有利保存,扩大药用资源 中药资源的可持续利用是中医药发展的基础。中药资源的可持续利用和发展，必须遵从中药资源的自然属性。中药资源的自然属性包括资源的有限性与可再生性，生存环境的互补性，物种分布的地域性，药用价值的潜在性,红豆杉原材料紧缺：一般的红豆杉紫杉醇提取量还不到0.01%0.03%,也就是说生产一公斤的紫杉醇需要30000公斤以上的红豆杉枝条！,背景资料,(1)化学合成途径： 从红豆杉针叶中提取10一去乙酰浆果赤霉素，经四步反应合成紫杉醇的研究已取得重大进展，但目前仍不具备应用价值。 (2)微生物生产： 从短叶红豆杉韧皮部分离到一种寄生真菌(TaxomycesaIldleaIlae)，可以在特定的培养基中产生紫杉醇，但由于产量极低(2450ngL)，通过改变培养条件和应用重组DNA技术，可望提高紫杉醇的产量。,(3)生物技术途径： 红豆杉离体培养研究始于20世纪50年代初。1991年由美国的PhytonCatalytic公司申请并被批准第一个有关组织培养生产紫杉醇的专利。,第四节 天然药物化学的内容,天然药物的药效物质基础天然药物中常见的化学成分类型常用天然药物化学成分的提取分离方法常用天然药物化学成分结构研究方法,一、天然药物的药效物质基础,十九世纪初，从鸦片中分离出具有镇痛止咳等药效作用的物质吗啡，我国上世纪三十年代对麻黄、延胡索等进行了化学研究，分离出麻黄碱(ephedrine)和延胡索乙素(tetrahydropalmatine)等药效物质。七十年代后，我国中药与天然药物的药效物质研究得到较快发展，开始了从传统药中寻找抗疟药效物质、防治支气管炎药效物质和计划生育药效物质等工作，,我国药学工作者从中药和天然药物中研究开发出单体化合物的新药已有32个，如利血平、强心灵、去甲乌药碱、葛根黄酮、丹参酮A、延胡索乙素、川芎嗪、三尖杉酯碱、靛玉红、喜树碱、秋水仙碱、斑蝥素、紫杉醇、汉防己甲素、一叶秋碱、山莨菪碱、棉酚、青蒿素等。,至今已经有1141个中药新药通过注册，其中一类新药占11.5%，二类占6.5%，三类占40%，四类占40%，五类占2%，其中大多是中药复方新药，如双黄连粉针，元胡止痛颗粒、六味地黄口服液、金芪降糖片、复方丹参颗粒、地奥心血康、片仔癀、复方丹参滴丸等。,承认传统药物的化学组成是其生物活性的物质基础，用现代科学技术来研究天然药物的组成与其药效之间的精确关系，是中药现代化的可由之路。 建立“定量组效关系”概念，将这一思想方法应用到多组分药物的研究之中，具有广阔前景，可能解决许多悬而未决的问题。,这一概念和方法将会在复方药物作用机理解释、有效部位研究、单体药物筛选等方面发挥巨大的作用。 可以解释“辨证论治，随症加减”； 可以解释“炮炙”和“七情”的物质基础； 可以解释“无明显药效的化合物定量配合而成一种有效药物”，并且用于发现此类难以用常规方法发现的药物。,例1、四逆汤由附子、干姜、甘草等三味中药组成，其煎液的毒性比单煎附子的煎液毒性要小得多，半数致死量约为单煎附子的5倍，表明干姜和甘草与附子配伍，可降低附子的毒性。研究发现，附子和甘草合煎与附子单煎相比，毒性成分乌头碱的溶出率降低了22%。,中药药效物质基础,例2、麻黄汤由中药麻黄、桂枝、杏仁、甘草等组成，麻黄平喘的主要药效物质是麻黄碱，桂枝的镇痛解热成分是桂皮醛，杏仁的镇咳成分是苦杏仁甙。研究表明，复方中的苦杏仁甙分解成的苯甲醛，与桂皮醛一起同麻黄碱产生化学反应，生成了新的化学成分，该化学成分在热水中分解后，分别发挥麻黄碱、桂皮醛、苦杏仁甙的药效作用。,二. 天然药物中的主要有效成分,三、中草药有效成分的提取,常用提取方法 溶剂法、蒸馏法、升华法、压榨法,压榨法,溶剂法,蒸馏法,原理：与水蒸气产生共沸点 范围：挥发油,升华法,原理：相似者相溶 范围：所有化学成分,原理：遇热挥发，遇冷凝固 范围：游离蒽醌,原理：机械挤压 范围：新鲜药材、种籽植物油,溶剂提取法： （一） 提取原理： 根据中药化学成分与溶剂间“极性相似相溶”的原理，依据各类成分溶解度的差异，选择对所提成分溶解度大、对杂质溶解度小的溶剂，依据“浓度差”原理，将所提成分从药材中溶解出来的方法。,（二）化学成分的极性：被提取成分的极性是选择提取溶剂最重要的依据。 1 影响化合物极性的因素： (1) 化合物分子母核大小（碳数多少）：分子大、碳数多，极性小；分子小、碳数少，极性大。 (2) 取代基极性大小：在化合物母核相同或相近情况下，化合物极性大小主要取决于取代基极性大小。 常见基团极性大小顺序如下；酸酚醇胺醛酮酯醚烯烷。 举例：判断下列各组化合物极性大小。 A B C,2.常见中药化学成分类型的极性： 极性较大的：苷类、生物碱盐、糖类、蛋白质、氨基酸、鞣质、小分子有机酸、亲水性色素。 极性小的：游离生物碱、苷元、挥发油、树脂、脂肪、大分子有机酸、亲脂性色素。,（三） 提取溶剂及溶剂的选择： 1. 常用提取溶剂的分类与极性： 1）分类：通常分三类： 水类；亲水性有机溶剂；亲脂性有机溶剂。 2）极性大小：水(H2O)甲醇(MeOH)乙醇(EtOH)丙酮（Me2CO）正丁醇(n-BuOH)乙酸乙酯(EtOAc)乙醚(Et2O)氯仿(CHCl3 ) 苯（C6H6)四氯化碳(CCl4)正己烷石油醚(Pet.et)。,水类还包括酸水、碱水； 亲水性有机溶剂包括甲醇、乙醇、丙酮； 亲脂性有机溶剂为正丁醇后所有的。 三类溶剂间互溶情况： 水和亲水性有机溶剂可互溶，水和亲脂性有机溶剂间不互溶，有机溶剂间除甲醇和石油醚不互溶外，其它均互溶。 3）溶剂极性大小的实质：介电常数不同，介电常数大的溶剂极性大，介电常数小的溶剂极性小。如，己烷为1.9，氯仿为5.2，水为80。,溶剂提取法,石油醚环己烷苯氯仿乙醚乙酸乙酯正丁醇丙酮乙醇甲醇水,常用溶剂的性质,比水重的有机溶剂：氯仿与水分层的有机溶剂：环己烷正丁醇能与水分层的极性最大的有机溶剂：正丁醇与水可以以任意比例混溶的有机溶剂：丙酮甲醇极性最大的有机溶剂：甲醇极性最小的有机溶剂：环己烷介电常数最小的有机溶剂：石油醚常用来从水中萃取苷类、水溶性生物碱类成分的有机溶剂：正丁醇溶解范围最广的有机溶剂：乙醇,石油醚环己烷苯氯仿乙醚乙酸乙酯正丁醇丙酮乙醇甲醇水,2. 提取溶剂的选择： 1）提取溶剂的选择原则：（1）要对所提取成分溶解度大；对杂质溶解度小（2）要与所提取成分不起意外的化学变化。（3）要廉价、易得、安全。 2）提取溶剂的选择： （1）水：为极性最大的溶剂，也最常用。可溶解苷类、生物碱盐、糖类、蛋白质、氨基酸、鞣质、小分子有机酸、有机酸盐、亲水性色素、无机盐。其中蛋白质不溶于热水。,缺点：用水提取易酶解苷类成分，易霉坏变质。某些含果胶、粘液质类成分的中草药，其水提取液常常很难过滤。沸水提取时，中草药中的淀粉可被糊化，而增加过滤的困难。故含淀粉量多的中草药，不宜磨成细粉后加水煎煮。,（2）亲水性的有机溶剂： 以乙醇最常用。乙醇的溶解性能比较好。亲水性的成分除蛋白质、粘液质、果胶、淀粉和部分多糖等外，大多能在乙醇中溶解。 优点：应用范围广，易过滤，不霉变，易浓缩回收。 缺点：价高、不安全，需回流设备。,（3）亲脂性的有机溶剂： 选择性能强，用于亲脂性成分的提取，如游 离生物碱、苷元、挥发油等。 优点：提取专属性强，易回收浓缩。 缺点：价高、易燃、有毒，穿透性差；对设 备要求高。,（四）提取方法： 1 浸渍法：也叫冷浸法。将药材粗粉以适当溶剂在常温下浸泡。多以水类或稀醇为溶剂。适于成分遇热易破坏或含多糖较多的中药的提取。缺点为浸出效果较差，水提取液易发霉，提取液体积大，浸出时间长。 2 渗泸法：将中药粗粉装于渗泸筒中，不断添加溶剂渗过药粉，从渗泸筒下端不断流出渗泸液。各类溶剂均可。此法由于溶液浓度差大，浸出效果好，且不破坏成分。但缺点为溶液体积大，时间长。 3 煎煮法：为中药水提取最常用的方法。将中药粗粉用水加热煮沸，保持一定时间，成分即可浸出。煎煮法必须以水为溶剂。此法提取效率高，但遇热破坏成分要注意。且含多糖多的成分过滤困难。,4 回流法：用于以有机溶剂加热提取成分。优点为提取效率高，但受热易破坏成分不宜用此法。缺点为溶剂消耗量大，需回流设备，需几次提取方可提取完全。 5 连续回流法：以索氏提取器（亦称脂肪抽出器）回流提取。克服了回流法溶剂需要量大、需几次提取的缺点。缺点为提取时间长，受热破坏成分不能用此法。,（五）影响提取效率的因素： 1 药材粉碎度：药粉越细、表面积越大，提取效率越高。但太细，药粉对成分的吸附也越强。因此水提取宜用粗粉；用有机溶剂可细些,以20目为好。 2 提取温度：一般热提效率高，但要考虑有些成分温度高易破坏，应选择适宜温度。 3 提取时间：一般提取时间长提出量大。但被提成分在细胞内外溶解一旦平衡，时间长即无意义。一般热水提以0.5-1hr为宜，乙醇提1hr为宜。,天然药物各类成分的极性与提取溶剂的关系,溶剂提取法,溶剂提取法小结,选择溶剂注意点 1) 对有效成分溶解度大,对杂质溶解度小 2) 不与化学成分起化学变化 3) 经济、易得、使用安全,常见溶剂提取工艺 1) 浸渍法 2) 渗滤法 3) 煎煮法 4) 热回流提取法,影响提取效率 的 因 素,1) 原料粉碎度 2) 提取时间 3) 提取温度 4) 设备条件,一) 两相溶剂萃取法 1 原理：利用混合物中各单体组分在两相溶剂中的分配系数（K）不同而达到分离的方法。 溶剂分配法的两相往往是互相饱和的水相与有机相。混合物中各成分在两相中分配系数相差越大，则分离效果越高。,四、中草药有效成分的分离与精制,2 方法： 1）简单萃取法： 仪器: 分液漏斗或下口瓶。一般在水和亲脂性有机溶剂中进行，根据情况，也可用酸水或碱水。中药中成分比较复杂，一般一次萃取分离不出来纯品，需要再配合其他方法。 由于成分的复杂性及相互作用，萃取中易发生乳化。破坏乳化的方法有：（1）加热敷；（2）将乳化层抽滤；（3）长时间放置（24小时以上）。,2）pH度萃取法： 分离酸性或碱性成分的常用方法。 以pH成梯度的酸水溶液依次萃取以亲脂性有机溶剂溶解的碱性成梯度的混合生物碱，或者以pH成梯度的碱水溶液依次萃取以亲脂性有机溶剂溶解的酸性成梯度的混合酚、酸类成分，使后者分离的方法。,3） 连续萃取法： 采用连续萃取器萃取。利用两溶液比重不同自然分层和分散相液滴穿过连续相溶剂时发生传质。此法可克服用分液漏斗多次萃取操作的麻烦。 4）液滴逆流分配法（DCCC法）： 利用流动相形成液滴，通过作为固定相的液柱而达到分离纯化的目的。,多级逆流萃取,溶剂萃取法,二 )沉淀法 于中药提取液中加入某些试剂或溶剂，使某些成分沉淀而使所要成分与杂质分离的方法。依据加入试剂或溶剂不同，分为下述四个方法。 1 水醇沉淀法： 1）水提取醇沉淀法，于水提浓缩液中加入乙醇使含醇量达60%以上，可使多糖、蛋白质沉淀。 2）醇提取水沉淀法，于醇提取浓缩液中加入10倍量以上水，可沉淀亲脂性成分。,2 铅盐沉淀法： 中性醋酸铅:沉淀具有邻二酚羟基和羧基成分 碱式醋酸铅:沉淀范围较广，可沉淀含酚羟基和羧基及中性皂苷等。如沉淀为杂质，则可弃去；如沉淀为所要成分，则可将沉淀悬浮于水或稀醇中，通H2S气体或加入稀H2SO4、Na2SO4等脱铅，成分即可分离。,3 酸碱沉淀法： 1）酸提取碱沉淀：生物碱的提取分离。 2）碱提取酸沉淀：酚、酸类成分和内酯类成分的提取、分离。 4 专属试剂沉淀法 如雷氏铵盐能与水溶性生物碱类生成沉淀，可用于分离水溶性生物碱与其它生物碱；胆甾醇能和甾体皂苷沉淀，可使其与三萜皂苷分离；明胶能沉淀鞣质，可用于分离或除去鞣质等。,三 )盐析法 于中药水提取液中加入某些无机盐至一定浓度或达到饱和状态，可使某些成分由于溶解度降低而沉淀析出。常用的无机盐有NaCl、Na2SO4等。 四) 结晶法 1 关于结晶和重结晶概念： 结晶是指由非结晶状态到形成结晶的操作过程。重结晶指由纯度低结晶处理成纯度高结晶的操作过程。二者从操作角度差别是起始物不同。,2 结晶和重结晶操作： 提取或分离物 溶于选择的溶剂，加热成饱和溶液，过滤 溶液 放置（冷藏）析晶，过滤 粗结晶 重复上述操作（重结晶） 结晶,五 ) 膜分离法 反渗透、超滤、微滤、电渗析为四大已开发应用的膜分离技术。其中反渗透、超滤、微滤相当于过滤技术。溶剂、小分子能透过膜，而大分子被膜截留。不同膜过滤被截留的分子大小有区别。如运用超滤，选用适当规格的膜可实现对中药提取液中多糖类、多肽类、蛋白质类的截留分离。 透析法也属于膜分离法。,六) 柱色谱法 1 吸附柱色谱 是利用吸附剂对被分离化合物分子的吸附能力的差异，而实现分离的一类色谱。 1）硅胶、氧化铝柱色谱：最常用的吸附剂。 硅胶是一种中等极性的酸性吸附剂，适用于中性或酸性成分的层析。 氧化铝有弱碱性，主要用于碱性或中性亲脂性成分的分离，如生物碱、甾、萜类等成分；对于生物碱类的分离颇为理想。但是碱性氧化铝不宜用于醛、酮、酸、内酯等类型的化合物分离。 吸附柱色谱行为与化合物的极性有关.,2）聚酰胺柱色谱： 其与化合物间主要为氢键吸附。主要用于酚类、醌类如黄酮类、蒽醌类及鞣质类等成分的分离。 聚酰胺对一般化合物的吸附的规律： 化合物中能形成氢键的基团 （酚羟基、羧基、羰基）多，吸附强； 能形成氢键的基团数目相同，处于对位和间 位的吸附力强于邻位的。 芳香环和双键多，吸附力强。,3）大孔吸附树脂 （1） 结构与组成：大孔吸附树脂的结构中包含了许多微观小球组成的网状孔穴结构。 （2） 特性： 理化性质稳定，不容于酸、碱及有机溶剂。 对有机物选择性较好。 吸附速度快。 再生处理方便。 （3）吸附原理： 吸附性：大孔吸附树脂本身具有吸附性，是由范德华力或氢键吸附的结果。 筛性原理：是由大孔吸附树脂本身的多孔性所决定的。,（3）影响大孔吸附树脂分离效果的因素： 化合物分子极性大小 分子体积大小 （4）洗脱剂：对非极性大孔树脂，洗脱剂极性越小，洗脱能力越强，对中极性大孔树脂及极性较大化合物，则极性较大溶剂洗脱力强。 4）活性炭：是一种非极性吸附剂，对非极性物质吸附强。活性炭主要用于分离水溶性成分，如氨基酸、糖类及某些甙。活性炭的吸附作用，在水中最强，在有机溶剂中则较低弱。故水的洗脱能力最弱，而有机溶剂则较强。,2 分配柱色谱： 利用被分离成分在固定相和流动相之间的分配系数的不同而达到分离的方法。按照固定相与流动相的极性差别，分配色谱法有正相与反相色谱法之分。 3 凝胶过滤色谱 凝胶过滤色谱原理主要是分子筛（或反筛子）作用、根据凝胶的孔径和被分离化合物分子的大小而达到分离目的。,4 离子交换色谱 离子交换反应的原理是树脂与被交换成分间同种电荷离子的等当量替代作用。以离子交换树脂为固定相，水或酸水、碱水为流动相，在流动相中的离子性物质与树脂进行交换而被吸附，再用适合溶剂将被交换成分从树脂上洗脱下来即可。,纯度的确定 （1）首先观察外形、颜色是否单一纯正，晶形是否一致。 （2）色谱分析：薄层色谱结果为单一斑点，应注意点样量不可太小，展开剂不可只选一种。有时可用气相色谱和高效液相色谱法，结果为单一色谱峰。 （3）熔点测定：熔点距一般应小于2。物理常数的测定物理常数固体样品包括熔点、比旋度等；液体样品包括沸点、折光率、比旋度等。,第五节 天然药物化学成分结构鉴定方法,分子式测定采用高分辨质谱法得到分子离子峰，可直接得出分子式。如无高分辨质谱则可先测出分子量（一般用质谱），再进行元素分析测出所含元素及百分含量，求出实验式，最后计算出分子式，实验值与理论值应非常接近。化合物功能团和分子骨架的推定采用的方法有计算不饱和度、化学反应、IR光谱、UV光谱、NMR谱、MS数据，综合分析，有时与已知物进行比较，以确定被测样品的基本骨架与功能团（取代基）。,化学结构的确定通过综合分析所有波谱数据，必要时要作一些特殊的测试，如NMR中的一些新方法，甚至作射线衍射等测试，确定化学结构式。如果有可能，进行人工合成，将从中药中提取分离所得样品与人工合成品进行全面比较来证明结构式的正确性。,紫外光谱电子跃迁类型 ： n*跃迁 *跃迁饱和化合物无紫外吸收电子跃迁类型与分子结构及存在基团有密切联系根据分子结构推测可能产生的电子跃迁类型；根据吸收谱带波长和电子跃迁类型推测分子中可能存在的基团（分子结构鉴定）,是电子能级跃迁的反映，是价电子在不同能级间的跃迁所致;它主要提供分子内共轭系统的信息:分子的共轭程度越大, max越大;从UV谱带位置及数值可以识别化合物类型.,UV主要反映共轭体系和芳香族化合物的结构特征。往往两个化合物分子中相同的共轭结构，而分子的其它部分截然不同，却可以得到十分相似的紫外谱图。例如，雄甾-4-烯-3-酮(a)和4-甲基-3-戊烯-2-酮(b)的紫外光谱。,红外光谱(Infrared Spectrum )红外光谱：红外线可引起分子振动能级和转动能级 的跃迁, 所以又称振-转光谱。红外光的三个区域：1）近红外区：125004000cm-1(0.82.5m)，主要用于研究分子中的O-H、N-H、C-H键的振动倍频与组频。2）中红外区：4000400cm-1(2.525m)，主要用于研究大部分有机化合物的振动基频。伴随转动光谱3）远红外区： 40025cm-1(251000m)，主要用于研究分子的转动光谱以及重原子成键的振动等。,特征谱带区、指纹区及相关峰的概念特征谱带区：红外区域的40001333cm-1（2.57.5m）指纹区：1333 400 cm-1 （7.515 m ），谱带主要是C-X(X=C, N, O)单键的伸缩振动以及各种弯曲振动。相关峰：一个基团常有数种振动形式，每种红外活性的振动通常都相应产生一个吸收峰。习惯上把这些相互依存而又相互可以佐证的吸收峰叫相关峰。如甲基（-CH3）相关峰有：C-H(as)2960cm-1, C-H(s)2870cm-1, C-H(as)1470cm-1, C-H(s)1380cm-1及 C-H(面外)720cm-1 。,各种基团在红外光谱的特定区域(40001333cm-1)会出现对应的吸收带，其位置大致固定中红外区(4000400cm-1)分成两部分: 官能团区(37001333cm-1) 指纹区(1333650cm-1),官能团的特征吸收大多出现在官能团区。 而有关的分子精细结构特征，如取代类型、几何异 构、同分异构在指纹区可以观察到。,红外吸收过程UV分子外层价电子能级的跃迁（电子光谱）IR分子振动和转动能级的跃迁 （振转光谱）红外光谱的作用可以确定化合物的类别（芳香类）确定官能团： 例：CO，CC，CC推测分子结构（简单化合物）定量分析,红外光谱的表示方法,T 曲线 前疏后密,T曲线 前密后疏,IR UV起源 分子振动能级伴随转动能级跃迁 分子外层价电子能级跃迁适用 所有红外吸收的有机化合物 具n-*跃迁有机化合物 具-*跃迁有机化合物 特征性 特征性强 简单、特征性不强用途 鉴定化合物类别 定量 鉴定官能团 推测有机化合物共轭骨架 推测结构,IR与UV的区别,红外光谱在有机化合物结构分析中的应用鉴定是否为某已知化合物1，对照品与标准品在同一条件下测得的红外光谱。完全一致则判定可能为同一种化合物。2，无标准品，但有标准图谱时，则可按名称、分子式索引查找核对，但必须注意测定仪器与测定条件是否一致。,思考题1.试将下列常用溶剂按照极性从大到小的顺序排列。 石油醚、丙酮、水、甲醇、乙酸乙酯、氯仿、乙醇、乙醚2.溶剂提取法为天然药物化学成分的常用提取方法，简述其理论根据?3.天然药物化学成分的结构鉴定主要有哪几种方法？各有什么特点？,