提取分离鉴定方法课件.ppt

,第三节 提取分离(extraction and isolation),从有效成分的提取、分离工作开始 已知成分：一般先查阅有关资料,搜集比较该种或该类成分的各种提取方案,尤其是工业生产方法,再根据具体条件加以选用。未知有效成分：根据预先确定的目标,在适当的活性测试体系指导下,进行提取、分离并以相应的动物模型筛选、临床验证、反复实践,才能达到目的。,溶剂法 水蒸气蒸馏法 升华法,提取前药材的处理：1 新鲜药材:应在采集后数小时内投入乙醇中。否则，迅速干燥（低温、通风），防止霉变、酶解。2干燥药料:须经适当粉碎,。3在进行提取之前,应对所用材料的基源、产地、药用部位、采集时间与方法等进行考查。确定药材来源的真实性，每次实验之前要将原料药材留样。,一、提取方法,（一）溶剂提取法 选择适当溶剂将中药中的化学成分从药材中提取出来。（1）对已知物的提取：根据“相似相溶”原则选择溶剂。（2）对未知物的提取：可将固体药材按极性递增方式,用不同溶剂,依次进行提取.得到的各个馏分经活性测试确定有效部位后再做进一步分离。另外,也可将药材直接用乙醇、含水乙醇或含水丙酮提取,提取液浓缩成干膏,拌以硅藻土等辅料,减压干燥成粉后,再用上述不同溶剂进行分步处理。,1、溶剂的选择方法,2、提取方法,1.浸渍法（1）常用溶剂 水、乙醇。（2）仪器装置 有盖的容器。（3）操作过程 将药材粗粉置容器中加入适量的溶剂常温或加热（4080）浸泡（注：浸泡时应将容器盖严，并经常搅拌或振摇），一般浸泡35日或按规定时间倾取上清液过滤提取液。药材可重复浸泡23次。（4）提取范围 适宜含淀粉、树胶等成分较多的药材以及含挥发性成分、遇热不稳定易分解或被破坏成分的提取。（5）提取优缺点 操作简便，但提取时间长、溶剂用量大，提取效率不高。水为溶剂易发霉、变质，必要时需加适量的防腐剂。,2渗漉法（1）常用溶剂 水、乙醇。（2）仪器装置 渗漉装置。（3）操作过程 将药材粉末装于渗漉筒内上端不断添加新溶剂，使其渗过药粉（溶出可溶性成分）提取液。（4）提取范围 适宜对热不稳 定且易分解的成分的提取。（5）提取优缺点 由于有较大的浓度差，提取效率较高。但溶剂用量大，操作较繁。,3煎煮法（1）常用溶剂 水。（2）仪器装置 砂锅、铝锅等。,（3）操作过程 将药材饮片或粗粉加适量水 直火加热煮沸1h左右 过滤提取液。（4）提取范围 对含挥发性及遇热不稳定的成分的药材不宜用本法。，（5）提取优缺点 本法简便易行，提取效率比冷浸法高。但水溶性杂质多，水煎液易发霉,4.回流提取法（1）常用溶剂 有机溶剂。（2）仪器装置 回流加热装置。（3）操作过程 将药材粗粉装于圆底烧瓶中加入适量溶剂水浴中加热回流提取lh过滤（残渣重复提取两次，合并提取液）提取液。（4）提取范围 不适用于对热不稳定及易分解的成分。（5）提取优缺点 提取效率比冷浸法高。但装置较复杂。,5.连续回流提取法（1）常用溶剂 有机溶剂。（2）仪器装置 连续回流提取装置（3）操作过程 将药材装于滤纸袋，放入提取器内连接装置水浴加热回流提取适当时间提取液。（4）提取范围 不适于对热不稳定成分的提取。（5）提取优缺点 溶剂用量少，提取效率高。但装置设备要求高。,6.超临界流体萃取法 超临界流体萃取（supercritical fluid extraction SFE）是一种利用某物质在超临界区域形成的流体，对中药中有效成分进行萃取分离的新型技术，集提取和分离于一体。,基本原理:根据超临界流体（SF）对溶质有很强的溶解能力，且在温度和压力变化时，流体的密度、黏度和扩散系数随之变化，溶质的亲和力也随之变化，从而使不同性质的溶质被分段萃取出来，达到萃取、分离的目的。,临界温度（T c）:压缩能使气体变为液体时的温度称为T c。临界压力（Pc）:在临界温度下，气体能被液化的最低压力。超临界流体:当气体的温度高于临界温度、压力低于临界压力时，物质处于气体和液体之间，这个范围之内的流体称为超临界流体（）。,SF的特点：密度大，黏度小，扩散系数大。因溶质的溶解性能与溶剂的密度、扩散系数成正比，与黏度成反比。因此，SF对很多物质有很强的溶解能力，同时SF的高流动性和扩散能力，有助于所溶 解的各成分之间的分离，并能加速溶解平 衡，萃取效率高。,超临界流体萃取法的应用,20世纪50年代起进入实验阶段；如从石油中脱沥青等。70年代以来，大量专利涌现；咖啡豆中脱咖啡因、烟草中脱尼古丁等。70年代末，食品工业中的应用日益广泛：从啤酒花中提取酒花精已形成了生产规模。80年代以来，广泛地用于香精和香辛料成分的提取。从菊花、梅花、栀子花、米兰花、玫瑰花中提取天然花香剂；从胡椒、肉桂、芫荽、月桂、薄荷等中提取香辛料，对绿茶和红茶进行全成分提取等,从药用植物中提取有效成分，是近几年才开始的。如原联邦德国学者利用SFE技术从植物原料中提取大麻醇、香豆素和咖啡因，日本学者宫地洋等从药用植物蛇床子、茵陈蒿、桑白皮、甘草根和紫草中萃取有效成分。,超临界流体（SF）物质：二氧化碳 由于二氧化碳具有无毒、不易燃易爆、安全、价廉、有较低的临界压力（Pc7.37mPa）和临 界温度（Tc31.4）、对大部分物质不起反 应，可循环使用等优点，故最常用于植物有效成 分的提取。,夹带剂：在萃取物和超临界流体组成的二元系中加入第三组分，可使原来成分的溶解度得以改善。CO2-SF通常脂溶性成分可在低压条件下萃取，如挥发油、烃、酯、内酯、醚、环氧化合物等；若成分的极性基团增多则要在较高的压力下才能被萃取；而高分子物（如蜡、蛋白质、树胶等）则很难萃取。超临界萃取中加入夹带剂可加大溶解度。例如，在2104kPa和70条件下，棕榈酸在CO2-SF中的溶解度是0.25（质量分数）；在同样条件下，于体系中加入10乙醇，棕榈酸的溶解度可 提高到5.0以上。,一般来说，具有很好溶解性能的溶剂，也往往是很好的夹带剂，例如，甲醇、乙醇、丙酮等。通常夹带剂的用量不超过15。,超临界流体萃取的主要设备是萃取器和分离器：,7.超声波提取法 溶剂超声波 用超声波作用于溶剂可产生空化现象（瞬间具有几千个大气压的压力，局部温度可达千度），使植物细胞壁及整个生物体瞬间破裂，溶剂能迅速渗透进去，溶解出化学成分，因而成为一种快速、高效、节能的新型提取方法。目前，在实验室中有逐渐取代传统提取方法的趋势。,1.药材的粉碎度 粉碎是为了增大与溶剂的接触面积，提高提取效率。但具体提取时粉碎的程度要根据药材质地、提取方法及提取溶剂来决定。质地坚硬的药材应粉碎较细，而质地轻薄的药材可用粗粉或不用粉碎。含大量黏液质的药材如果粉碎过细，则提出的杂质量增加。以水为溶剂进行提取时药材易膨胀，可用粗粉；以乙醇为溶剂可粉碎较细。用渗漉法提取时，药粉不可过细，否则，会导致渗漉困难。,3、注意事项,2.提取时间 提取需要一定的时间，但当药材组织内外溶液浓度达到平衡后，成分就不再溶出。此时再增加提取时间也无益。3.提取温度 通常升高温度有利于提取。但提取温度升高，杂质的溶出率也相应增大。同时也易导致对热不稳定成分及挥发性成分的损失。,（二）升华法：香豆素、少数生物碱、少数木质素、游离醌类具有升华性，可用于此法提取、精制。（三）水蒸汽蒸馏法：水蒸气通入含有挥发性成分的药材中，使药材中挥发性成分随水蒸气蒸馏出来的提取方法。适用范围：适用于能随水蒸气蒸馏而不被破坏并难溶于水的成分的提取。常用于挥发油的提取，挥发性生物碱如麻黄碱和槟榔碱亦可用此法提取。原理：成分的蒸气压水的蒸气压大气压 混合物的沸点降低 仪器装置：,注意事项：操作时水蒸气发生器内的水量不得超过其容积的23，安全玻璃管应插到发生器的底部以调节内压。蒸馏器内的药材要先加水湿润，通蒸气的导管应插入蒸馏器内的药材底部。蒸馏结束后，首先应打开水蒸气发生器与蒸馏器之间三通下口的螺旋夹，放入空气后，再停止加热。,(四)、微波辅助提取法(五)、加压逆流提取法(六)、酶解法(七)、旋流提取法(八)、半仿生提取法(九)、中药动态逆流提取法 中药化学适用技术,二、分离与精制方法,(一)根据物质溶解度差别进行分离 物质分离的许多操作往往在溶液中进行。实践中可以采用下列方法：l利用温度不同引起溶解度的改变以分离物质,如常见的结晶及重结晶等操作。2在溶液中加入另一种溶剂以改变混合溶剂的极性,使一部分物质沉淀析出,从而实现分离。常见水醇法或醇水法、醇乙醚法、醇丙酮法等。,多糖、蛋白质等水溶性杂质(水/醇法);树脂、叶绿素等水不溶性杂质(醇/水法),3酸性、碱性或两性化合物：可通过加入酸、碱以调节溶液的pH,改变分子的存在状态(游离型或解离型),从而改变溶解度而实现分离。例如,一些生物碱类在用酸性水从药材中提出后,加碱调至碱性，可从水中沉淀析出(酸/碱法)。4酸性或碱性化合物还可通过加入某种沉淀试剂使之生成水不溶性的盐类等沉淀析出。水溶性生物碱雷氏铵盐 沉淀,（二）根据物质在两相溶剂中的分配比不同进行分离条件：2种互不相溶的溶剂构成1个溶剂系统1.影响分离的因素1）分离因子：两种物质分离的难易程度,K=Cu/Cl Cu:被分离物在上相中的浓度(upper phase)Cl:被分离物在下相中的浓度(lower phase),=KA/KB KAKB KA:被分离物质A的K值 KB:被分离物质B的K值 100 一次萃取可基本分离 10100 10-12次萃取可基本分离 2 100次以上萃取可基本分离,纸色谱(paper partition chromatography)是一种分配色谱(相当于多次萃取），可借助纸色谱求值，并选择理想的分离条件。K=CO/Cw1/rRf/(1-Rf)r:纸色谱定数 CO:在有机相中的浓度 Cw:在水相中的浓度=KA/KB=,1/rRfa/(1-Rfa),1/rRfb/(1-Rfb),Rfa/(1-Rfa),Rfb/(1-Rfb),=,Rfa(1-Rfb),Rfb(1-Rfa),=,将纸色谱的Rf值代入即可求出，进行多次纸色谱就可找出最佳分离条件,2）pH值,对酸性，碱性，两性化合物，分配比受pH的影响（pH值可改变它们的状态：游离型和解离型),以酸性物质HA为例,HA+H2O A-+H3O+,Ka=A-H3+O/HA,取负对数 pka=pH-lgA-/HA移项 pH=pka+lgA-/HA,当99为解离型时:lgA-/HA lg(100/1)=2 pH=pKa+2,当99为游离型时:lgA-/HA lg(1/100)=-2 pH=pKa2酚类 pka一般9.2-10.8 pH12 解离型羧酸类pKa 一般为5 pH7 解离型 碱性化合物:pH=pka+lgB/BH+pHpKa两个单位主要为游离型 pHpKa两个单位主要为解离型,pH梯度萃取法分离流程,2.分离方法 逆流分溶法(counter current distribution，CCD)液滴逆流色谱(droplet counter current chromatography，DCCC)高速逆流色谱(high speed counter current chromatography，HSCCC)分离条件温和，无死吸附，样品易回收，分离效果较好。,CCD法操作条件温和、样品容易回收,适于中等极性、不稳定物质的分离。样品极性过大或过小,或分配系数受浓度或温度影响过大时则不易采用此法分离。易于乳化的溶剂萃取系统也不宜采用。,CCD法：,逆流分溶仪：,液滴逆流色谱(DCCC)：,该装置中分离管虽系玻璃材料,但因为整组固定.不易破损。且分配用的两相溶剂不必振荡,故不易乳化或产生泡沫,特别适于皂苷类的分离。,高速逆流色谱(HSCCC)：,DCCC和HSCCC广泛用于皂苷、生物碱、酸性化合物、蛋白质、糖类的分离精制。,3.液液分配柱色谱 将两相溶剂中的一相涂覆在硅胶等多孔载体上,作为固定相,填充在色谱管中,然后加入与固定相不相混溶的另一相溶剂(流动相)冲洗色谱柱.这种方法称之为液-液分配柱色谱法 载体：硅胶(含水17%)、硅藻土、纤维素粉等 正相色谱：固定相极性大于流动相 固定相：水，缓冲液；流动相：氯仿、乙酸乙酯等有机溶剂(预先与固定相互相饱和)。分离水溶性或极性较大的成分（生物 碱、苷类、糖类、有机酸等）极性小的成分先出柱(TLC时Rf值大),反相色谱：(reverse phase partition chromatography 固定相极性小于流动相 固定相：石蜡油 流动相：水或甲醇等强极性溶剂 分离脂溶性化合物（高级脂肪酸、油脂、游离甾体等）。极性大的成分先出柱,反相硅胶柱色谱的填料系将普通硅胶进行化学修饰,键合上长度不同的烃基(R)、形成亲油表面而成。,固定相：Rp-2，Rp-8，Rp-18亲脂性：Rp-18Rp-8Rp-2 常用溶剂：甲醇-水，乙腈-水,加压液相柱色谱：提高分离速度、缩短分离时间,须施加压力。依所用压力大小不同,可以分为：快速色谱(flash chromatography,约2个气压)低压液相色谱(LPLC,20气压),各种加压液相柱色谱的大体分离规模,在色谱柱出口处配以高灵敏度的检测器,以及自动描记、分部收集的装置,并用计算机进行色谱条件的设定及数据处理。,中低压液相色谱装置及E.Merck公司生产的配套用Lobar柱因分离规模较大(可达克数量级)、分离效果较好(有时不亚于HPLC所得结果)、分离速度较快(填充剂颗粒较大,约4060pm)、分离条件又可由相应的TLC结果直接选用,加之价格比较便宜、操作简便,很受欢迎。,常用Lobar柱的型号及可能分离规模,(三)根据物质的吸附性差别进行分离 根据吸附性质可将其分为三类:物理吸附(physical adsorption)硅胶，氧化铝，聚酰胺(用有机溶剂洗脱)，活性碳 化学吸附(chemical adsorption)碱性氧化铝对酚酸类，硅胶对生物碱类等 半化学吸附(semi-chemical adsorption)聚酰胺(用含水性溶剂洗脱),1.硅胶，氧化铝，聚酰胺(有机溶剂洗脱),硅胶 使用面宽，对碱性弱的生物碱也可用。氧化铝 酸性，中性，碱性。载样量大，吸附力强，多用于生物碱的分离。聚酰胺 当用有机溶剂洗脱时，适合于大多数化合物的分离。1）吸附力与吸附剂，洗脱剂，被分离物质的关系,吸附剂 含水量 吸附力 洗脱易 Rf值 洗脱剂 极 性 洗脱力 洗脱易 Rf值 分离物 极 性 吸附力 洗脱难 Rf值,2)极性及其强弱判断 洗脱剂极性顺序：水甲醇乙醇丙酮正丁醇乙酸乙酯氯仿 乙醚苯四氯化碳石油醚己烷 分离物质极性顺序：COOHArOHROHRNH2,RNHR,RNRR”RCONRR”RCHORCORRCOORRORRH,对于骨架相同的化合物，根据所含取代基的极性判断分子的极性强弱。骨架相同，取代基数目和种类不同，如果数目相差不大，含有极性最大的化合物的极性最强。,极性,骨架不同，取代基数目相差较大时，要具体情况具体分析。,CHO,CH2OH,OH,OH,OH,HO,CH3(CH2)14COOH,极性,1,2,3,5,7,4,6,2.活性碳 活性碳为一种非极性吸附剂，常用于黄酮苷的纯化、杂质的除去(脱色)、污水处理及从水中富集化学成分等。吸附力与结构的关系：分子量大分子量小 芳香族脂肪族-OH,-COOH,-NH2 多少 吸附力与洗脱剂的关系：吡啶15%酚/醇7%酚/水醇含水醇水甲醇提取液 活性碳,搅拌,静置,上清液无黄酮反应为止,活性碳,7%酚水,15%酚醇,洗脱液,乙醚,乙醚(残余酚),黄酮苷(用吡啶可将苷元洗脱下来),一叶萩水提取液 调 pH8.5 活性碳,活性碳,操作同上,苯回流,一叶萩碱,3.大孔吸附树脂,大孔吸附树脂的吸附原理:吸附性分子筛原理吸附性是由于范德华引力或产生氢键的结果。分子筛性是由于其本身多孔性结构的性质所决定。极性和非极性两类,影响吸附的因素：非极性树脂易吸附非极性化合物 极性树脂易吸附极性化合物 分子量小，极性小的化合物易被非极性树脂吸附 洗脱剂对样品的溶解度越大，洗脱力越强,大孔吸附树脂的应用:大孔吸附树脂现在已被广泛应用于天然化合物的分离和富集工作中。如:苷与糖类的分离,生 物碱的精制等。在多糖、黄酮、三萜类化 合物的分离方面有很好的应用实例。,4.聚酰胺吸附色谱,聚酰胺的性质及吸附原理:属于氢键吸附。,影响吸附强弱的因素：形成氢键的基团数目越多,吸附能力越强,成键位置对吸附力也有影响。易形成分子内氢键者,其在聚酰胺上的吸附即相应减弱。如:,分子中芳香化程度高者,则吸附性增强;反之,则减弱。如:,溶剂在聚酰胺柱上的洗脱能力：由弱至强 水甲醇丙酮氢氧化钠水溶液甲酰胺二甲基甲酰胺尿素水溶液,聚酰胺色谱的应用:聚酰胺对一般酚类、黄酮类化合物的吸附是可逆的(鞣质例外),分离效果好,加以吸附容量又大,故聚酰胺色谱特别适合于该类化合物的制备分离。对生物碱、萜类、甾体、糖类、氨基酸等其它极性与非极性化合物的分离也有着广泛的用途。另外因为对鞣质的吸附特强,近乎不可逆,故用于植物粗提取物的脱鞣处理特别适宜。,吸附色谱的操作方式：柱色谱和薄层色谱、静态吸附,柱色谱的操作过程：样品处理：溶液；吸附拌样 装色谱柱：湿法；干法 上样：洗脱：用预先选择出的洗脱剂洗脱。一般均采用极性梯度洗脱。检查、收集、合并各流份，回收溶剂，静置，析晶，过滤，得到单体的纯品。其中，洗脱剂的选择和流出液的检查 都使用TLC法。,(四)根据物质分子大小差别进行分离 天然有机化合物分子大小各异,分子量从几十到几百万,故也可据此进行分离。常用有透析法、凝胶过滤法、超滤法、超速离心法等。,1.凝胶过滤法 可用于分离分子量1000以下的化合物。,1).凝胶过滤法分离物质的原理 凝胶过滤法(gel filtration)也叫凝胶渗透色谱(gel permeation chromatography)、分子筛过滤(molecular sieve filtration)、排阻色谱(exclusion chromatography)。利用分子筛分离物质的一种方法。,2).凝胶的种类与性质 商品凝胶的种类很多,常用的有葡聚糖凝胶(Sephadex G)以及羟丙基葡聚糖凝胶(Sephadex LH-20)。,:OHOCH2CH2CH2OH,Sephadex G,Sephadex LH-20,Sephadex LH-20不仅可在水中应用,也可在极性有机溶剂或它们与水组成的混合溶剂中膨润使用。Sephadex LH-20除保留有Sephadex G-25原有的分子筛特性,可按分子量大小分离物质外,在由极性与非极性溶剂组成的混合溶剂中常常起到反相分配色谱的效果,适用于不同类型有机物的 分离,在天然药物分离中得到了越来越广泛 的应用。,Sephadex G型只适于在水中应用,不同规格适合分离不同分子量的物质。,2.膜分离技术1）分离原理 以膜为分离的介质，根据膜上孔径的大小，使某些分子量的化学成分可以通过膜，而与其它成分分离开。2）分离的类型 微滤膜：0.110 超滤膜：10100nm，分子量几千至数十万 纳滤膜：110nm，分子量3001000 反渗透：从水中除去无机盐等3）用途 制备中药液体制剂,(五)根据物质解离程度不同进行分离,主要是用离子交换树脂进行分离,根据离子交换基团不同又可将其分为阳树脂和阴树脂强酸性阳树脂 SO3H弱酸性阳树脂 COOH强碱性阴树脂 N+(CH3)3Cl-弱碱性阴树脂 NH2,NHR,-NRR,R-SO3-H+BH+,RSO3BH+,RSO3-H+B,OH-,R-N+(CH3)3Cl-+RCOO-,R-N+(CH3)3-OOCR,R-N+(CH3)3Cl+RCOOH,HCl,离子交换树脂法的应用(1)用于不同电荷离子的分离:天然药物水提取物中的酸性、碱性及两性化合物可如下进行有效的分离,这在分离、追踪活性部位时很有用处.,(2)用于相同电荷离子的分离:下列化合物均为生物碱，但碱性强弱不同(),可用离子交换树脂分离。,将三者混合物的水溶液通过NH4+型弱酸性树脂。先用水洗下(),继续用NH4Cl溶液洗下(),最后用Na2CO3溶液洗下()。,第三节 提取分离,一、提取方法,1.浸渍法 2渗漉法溶剂法 3煎煮法 4.回流提取法 5.连续回流提取 6.超声波提取 7.超临界流体萃取法,二、分离与精制方法,(一)根据物质在两相溶剂中的分配比不同进行分离,CCD,DCCC,HSCCC,液液分配柱色谱:,正相色谱,反相色谱,加压液相柱色谱:,水蒸气蒸馏法,升华法,快速、低压、中压、高压,小结,(二)根据物质的吸附性差别进行分离,硅胶，氧化铝,活性碳,大孔吸附树脂,聚酰胺,操作方式,柱色谱TLC,静态吸附柱色谱,(三)根据物质解离程度不同进行分离,离子交换树脂:不同电荷离子的分离;相同电荷离子的分离,(四)根据物质溶解度差别进行分离,温度不同,混合溶剂的极性,沉淀试剂,调节溶液的pH,改变分子的存在状态,(五)根据物质分子大小差别进行分离,凝胶过滤法：,Sephadex G型只适于在水中应用,Sephadex LH-20不仅可在水中应用,也可在极性有机溶剂或它们与水组成的混合溶剂 中膨润使用。,第四节 结构研究法一、化合物的纯度测定物理法：熔点、熔距、晶形等色谱方法：TLC、PC 用三种展开剂均为单一斑点 GC或HPLC,二、结构研究的主要程序文献检索初步推测化合物类型测定分子式、计算不饱和度确定分子中的官能团、结构片断、基本骨架推断并确定分子的平面结构推断并确定分子的立体结构,三、结构研究中采用的主要方法（一）确定分子式、计算不饱和度元素定量分析,配合分子量测定MS同位素峰丰度比法、高分辨质谱（HRMS）,(二)质谱 确定分子量、分子式；推定或复合结构。电子轰击质谱（EI-MS）、化学电离质谱（CI-MS）、场致电离质谱（FI-MS）、场解析 电离质谱（FD-MS）、快速原子轰击电离质谱（FAB-MS）、电喷雾电离质谱（SEI-MS）。,（三）红外光谱 测定官能团（四）紫外可见吸收光谱 测定共轭体系,（五）核磁共振波谱 1.氢核磁共振：3个物理量：化学位移、偶合常数、峰面积 可用于测定质子周围的化学环境，核间关系及质子的类型。同核去偶、NOE效应、加D2O、位移试剂 等技术,2.碳核磁共振：FT-NMR C-H之间的偶合：CH3:q CH2:t CH:d C:s图谱类型及用途：COM、BBD、噪音去偶：单峰/C，判断化学位移 SPD、LSPD：确定偶合和远程偶合关系 DEPT：判断C的类型 2D-NMR：1H-1HCOSY、HMQC、HMBC,（六）旋光光谱ORD 确定分子的立体结构。,（七）X-射线晶体衍射法 确定分子的立体结构。,