药分之第一章-总论本科教学使用.ppt

天 然 药 物 化 学,Chemistry of Natural Products,卫生部“十二五”规划教材,廖梅,嘉应医学院天然药化教研室,华中科技大学同济药学院研究生院毕业,电话：欢迎致电,天然药物化学(第6版)人民卫生出版社 吴立军主编,第一章 总 论,Generation,Chemistry of Natural Products,复习思考题,1、天然药物化学的定义、研究对象、任务及其在药学专业中的作用？2、何谓有效成分、有效部位和无效成分？他们与中药新药研究开发的关系如何？3、天然化合物生物合成的主要途径有哪些？与主要成分间相关性如何？,4、分离天然化合物的主要依据有哪些？5、不同的色谱法分离天然化合物的要素是什么？吸附薄层层析最佳条件的选择与哪些因素有关？如何调整？何谓边缘效应？如何规避？6、天然化合物结构鉴定的一般程序如何？“四大”波谱分别提供化合物分子的何种结构信息？,本 章 内 容,第一节 绪论,第二节 生物合成,第三节 提取分离方法,第四节 结构研究法,一、天然药物化学的内涵,（一）定义（二）主要内容（三）相关概念（四）相关的术语（五）相关课程（六）天然药物化学在药学专业中的作用与地位,二、天然药化的研究对象及其任务,（一）主要研究对象（二）主要研究任务,三、天然药化发展简史,（一）国际发展史（二）国内发展史,四、天然药化研究发展趋势,（一）化学结构研究的发展（二）研究领域的重大转变,（三）组织培养（四）注重结构改造和仿生合成,五、天然药物化学的学习方法,第一节 绪 论,（一）定义：天然药物化学的是运用现代科学理论与方法研究天然药物中化学成分的门学科。,天然药物：包括来自植物、动物、矿物、微生物以及海洋中的具有药效或生理活性的化学成分的总称。,一、天然药物化学的内涵,化学理论和方法 化学理论是基础,物理学方法 有机化合物波谱学,人 参,银 杏,五味子,山茱萸,雄黄（AsS,As2S2,As4S4）雌黄（As2S3）砒霜（As2O3）,朱 砂（HgS）,牛 黄,海螵蛸,（二）主要内容,主要化学 成分类型,主要研究二次代谢产物,结构特征,理化性质,提取分离,结构测定,生物合成,1.中草药成分化学（Chemistry of Constituents of Chinese Traditional and Herbal Drugs）,中 草 药,中 药（三级标准收载）草 药（地方、民间习用）,植物药 动物药 矿物药 海洋生物 微生物,天然 药物,（三）相关概念,植 物 化 学,与农、工、林、牧有关（国计民生）,与医药有关（生物活性成分）,一次代谢产物,二次代谢产物,中草药成分化学 天然药物化学 植物药品化学,植物生物化学,2.植物化学（Phytochemistry）,3.天然产物化学（Chemistry of Natural Products),4.天然有机化学(Chemistry of Natural Organic Compounds),小蘗碱（Berberine）,(四)相关的术语,1.有效成分（Active Constituents）,单体化合物：1）能用分子式和结构式表示,2）具有一定的理化常数,3）具有生物活性,盐酸吗啡,2.有效部位（Active Extracts）,指具有生物活性的药用部位，如：总生物碱、总皂苷或总黄酮等。,3.无效成分（Anactive Constituents）,与有效成分共存的其它成分,4.杂 质,*注释：辩证理解上述术语的相互关系。,（五）相关课程,天然药物化学是药学专业必修的一门专业课，需要多学科的系统知识。它设置在有机化学、分析化学、光谱解析等课程之后。与下列课程有关：,*据1981年统计，建国以来研制新药104种，其中来自植物、动物有效成分及改构共61种，占58.6%。,可卡因(Cocaine),普鲁卡因(Procaine),（六）天然药物化学在药学专业中的作用与地位,1.寻找新药或活性先导化合物,3.植物化学分类学的研究,利用植物的亲缘相关性 改变传统的形态分类方法,4.发展和丰富天然有机化学理论,2.整理、发掘祖国医药学宝库,生物活性成分或指标性成分 防病治病原理的探索、新资源的开发和利用、合理采集、妥善贮藏、合理炮炙、剂型改进、真伪鉴别、质量控制,二、天然药化的研究对象及其任务,（一）主要研究对象,1.植物药,世界范围,中 国,高等植物1315万种，其中药用植物约14500种以上。活性筛选仅占5%，化学成分研究则更少。,我国自然资源丰富，植物品种繁多，其中种子植物就有25700余种，药用植物11800多种，常用5000余种。,3.海洋生物,海洋占整个地球的表面的71%，蕴藏着极其丰富的生物资源，是展现在人们面前的巨大天然库，现在已成为研究的热点。,4.微生物,（一）主要研究对象,2.民族药,我国有56个兄弟民族，其中少数民族55个，民族药是中国传统医药学的重要组成部分。如：藏、蒙、维药.等约有1500余种。,曾毓麟主编：中国民族药志,1.创新药物的研究（包括先导化合物的改构与全合成）,抗肿瘤药物 心脑血管药物 糖尿病药物,爱滋病药物 抗病毒药物 老年性疾病药物,免疫调节药物 计划生育药物 急性热病类药物,2.功能性食品用及相关产品,功能食品 天然色素 香料 美容化妆品,（二）主要研究任务,3.中药现代化的研究,1)中药资源的开发利用及其品质评价的研究（包括仿生合成）,2)复方中药活性物质及其作用机理的研究,3)中药材规范化种植（GAP）研究,4)中药标准提取物及质量标准的研究,三、天然药化发展简史,古代发达与文明的发祥地,尼罗河,Nile,底格里斯-幼发拉底河,埃及,希腊,印度河,Indus,Tigris-Euphrates,黄河,Yellow River,中国,印度,国际发展史,1.天然药物化学的建立与形成,1769 酒石酸(酒石)1975 苯甲酸(安息香)1778 乳酸(酸乳)1785 苹果酸(苹果),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”,1773 尿素(脲),席勒(K.W.Sheller),柏格曼(Bargmann),1822 瑞香苷 1830 苦杏仁苷,观点1:“植物中只有酸性物质”,卢勒(Rouelle),1776 尿酸(脲),国际发展史,1.天然药物化学的建立与形成,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。,国际发展史,3.天然药物化学的兴衰,1）合成药物的工业化生产制约了天然药物化学研究,二十世纪：三十年代 磺胺药(1935)、维生素问世,四十年代 盘尼西林的使用,五十年代 形成了新药上市的黄金时代,2）药害震惊全球,Thalidomide,西德1956年出售镇静药“反应停”肽胺哌啶酮 到1962年就引起数千例 畸胎。,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。,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。,李时珍(1518-1592)本草纲目,6Hg+2KH(SO4)2+6NaCl+2O2 K2SO4+3Na2SO4+3Hg2Cl2,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,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),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),在“射网”的制备下记载：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。,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。,本草纲目拾遗(1765年),本草纲目(1518-1592),（二）国内发展史,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,（二）国内发展史,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。,（二）国内发展史,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。,（二）国内发展史,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。,四、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,四、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 离休气管 分子水平 酶水平 血清药理,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,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,(三)组织培养,五、学习天然药物化学方法,（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,理 论 和 实 践 并 重,特别注意,第二节 生物合成 Biosynthesis,生物合成假说 植物代谢及其代谢产物“植物亲缘相关性学说”与“植物化学分类学”生物合成途径 了解生物合成的意义,一、生物合成假说,生物合成假说的提出 1.植物化学家的强烈的科学愿望 2.由各同类化合物的积累而产生联想 3.某些成分已能初步解释,一、生物合成假说,二、植物代谢及其代谢产物,(一)一次代谢及其代谢产物 1.一次代谢 维持植物机体生命活动的代谢过程叫一次代谢。2.一次代谢产物(primary metabolites)糖类 蛋白质 脂质 核酸 3.一次代谢产物的作用 1）植物的营养物质 2）人类赖以生存的物质基础,植物一次代谢与生物合成过程,三羧酸循环（TCA）丁酮二酸-酮戊二酸 丁二酸,CO2 H2O,h/叶绿素,磷酸烯醇式丙酮酸,甲戊二羟酸,丙酮酸,乙酰辅酶A,丙二酸单酰辅酶A,赤藻糖4-磷酸,葡萄糖代谢,莽草酸,芳香族氨基酸,脂肪族氨基酸,嘌呤、嘧啶,脂肪酸类,-氨基乙酰丙酸,二、植物代谢及其代谢产物,(一)二次代谢及其代谢产物 1.二次代谢 以一次代谢产生的代谢产物为原料（或前体），经不同途径进一步合成的过程叫二次代谢。2.二次代谢产物(secondary metabolites)产生结构千变万化、千奇百怪、珣丽多姿的化学物质。3.二次代谢产物的作用 1）维持植物的特性与特征 2）重要的药物资源,植物二次代谢与生物合成过程,三羧酸循环（TCA）丁酮二酸-酮戊二酸 丁二酸,鞣酸类,CO2 H2O,h/叶绿素,磷酸烯醇式丙酮酸,甲戊二羟酸,丙酮酸,乙酰辅酶A,丙二酸单酰辅酶A,赤藻糖4-磷酸,葡萄糖代谢,莽草酸,苯丙素类,芳香族氨基酸,脂肪族氨基酸,嘌呤、嘧啶,脂肪酸类,萜 类,甾 醇,胡萝卜素类,生物碱类,肽 类,含氮化合物,香豆素、木 脂（质）素,黄酮类,-氨基乙酰丙酸,核苷,核苷酸类,醌 类,胆 碱,卟啉类,前列腺素类,脂肪族及芳香族聚酮类,二次代谢产物归类,二次代谢 产 物,苷 类 非苷类（苷元）+糖 挥发油,*脂肪族 萜 类 芳香酚类,酸性物质 碱性物质 中性物质,脂肪族 芳香族,香豆素类 木脂素类 木质素类,苯丙素类 黄 酮 类 醌 类 鞣 质,植物甾醇 强心苷 皂 苷,单 萜 倍 半 萜 二 萜 二倍半萜 三 萜 多 萜,甾 体萜 类,生物碱N 族,油 脂,三、“植物亲缘相关性学说”与“植物化学分类学”,1.“植物亲缘相关性学说”,“植物在漫长的演化过程中，形成了或远或近的亲缘关系。亲缘相近的种不但外形相似，生理生化特性也相似，因而所含的化学成分往往也比较相似。”,肖培根教授和他的博士生,同科同属植物往往含有骨架相同或结构类似的化学成分。,C-non-D-homo-steroid,湖北贝母 梭砂贝母,Hupehenine,百合科,贝母属,2.植物化学分类学 按照化学成分的类别(骨架类别)进行分类。是原来按照形态特征分类的另一种分类方法。,1.醋酸丙二酸途径(acetate-malonate pathway)合成成分类别：脂肪酸类、酚类、蒽酮、蒽醌类化合物。以C2单元为主。,（二）主要的生物合成途径,（二）主要合成途径,2.甲戊二羟酸途径(mevalonic acid pathway)合成成分类别：萜 类、甾体类化合物,3.桂皮酸 莽草酸途径(cinnamic acid shikimic acid pathway）合成成分类别：香豆素类、木脂素和木质素类、黄酮类,4.氨基酸途径(amino acid pathway）合成成分类别：生物碱类。,五、了解生物合成的意义,(一)利用植物亲缘相关性 1.推测天然化合物的结构 2.定向寻找天然活性成分 3.植物化学分类(二)组织培养 1.工业生产有效成分 2.生物调控，提高活性成分含量,第三节 提取分离方法,一、概述(一)中草药化学成分的构成特点(二)提取分离前的文献调研 二、中草药有效成分的提取(一)常用提取方法(二)溶剂提取法 三、中草药有效成分的分离与精制(一)根据物质溶解度差别进行分离(二)根据物质分配系数差异进行分离(三)根据物质吸附能力差异进行分离(四)根据物质分子大小差异进行分离(五)根据物质解离程度差异进行分离 四、提取与分离中草药有效成分的注意点(一)光照的影响(二)酸碱的影响(三)温度的影响(四)溶剂的影响(五)层析的影响,一、概 述,(一)中草药化学成分的构成特点 1.同种植物含有多种结构类型的化学成分,苦参,2.总成分含量少而种类多,长春花,黄酮类 生物碱,贝母,生物碱 萜 类 甾醇类,3.有效成分含量低,总生物碱含量 1/千 分离生物碱单体 68种,长春碱 3/万,长春新碱 3/百万,美登碱 2/千万,(二)提取分离前的文献调研 1.立题着眼点 1)为什么要立题 2)怎样做 2.了解前人的研究工作 1)做过研究没有?2)研究的深度和广度 3.原植物的鉴定 1)原植物的拉丁学名 2)采集地点和时间 3)药用部位 4)民间药用情况,概 念,基本知识,提取指将中药材中的有效成分提出的过程。,分离指将提取物中相近或不同的成分分开的过程。精制是指将有效成分与无效成分或杂质分开并将其除去的过程,二、中草药有效成分的提取,(一)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,最常用,溶剂提取法是在渗透、扩散作用下，溶剂渗入药材组织细胞内部，溶解可溶性物质，造成细胞内外溶质的浓度差，从而带动溶质作不断往返的运动，直至细胞内外溶液中被溶解的化学成分的浓度达到平衡，提出所需化学成分。,（一）溶剂提取法,基本知识,基本原理,溶剂提取法原理示意图,基本原则：相似相溶原则,非常重要,（二）溶剂的选择,极性物质易溶于极性溶剂中非极性物质易溶于非极性溶剂中,（三）常用溶剂的性质,补,亲脂性强弱：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,补,溶剂的种类,按极性大小顺序，可将溶剂分为极性溶剂、半极性溶剂、非极性溶剂三类。,基本知识,极性溶剂的代表水,特点：极性大，穿透力强，安全、经济、易得溶解范围：糖、蛋白质、氨基酸、鞣质、有机酸盐、生物碱盐、大多数苷类、无机盐等,代表：甲醇、乙醇、丙酮特点：溶解性能好，提取范围广溶解范围：黄酮苷、蒽醌、香豆素，生物碱等大多数有机化合物。,半极性溶剂,代表：石油醚、苯、乙醚、氯仿、醋酸乙酯特点：极性小，穿透力弱溶解范围：挥发油、油脂、叶绿素、苷元,非极性溶剂,（三）天然药物各类成分的极性与提取溶剂的关系,补,（四）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,提 取 技 术,浸 渍 法,渗 漉 法,煎 煮 法,回流提取法,连续回流提取法,水蒸气蒸馏法,升 华 法,超声波提取法,超临界流体萃取技术,提取技术,一、浸渍法,是将药材用适当的溶剂在常温或温热的条件下浸泡一定时间，浸出有效成分的一种方法。此法适用于有效成分遇热易破坏及含淀粉、果胶、粘液质、树胶等多糖物质较多的药材。,此法适用于有效成分遇热易破坏及含淀粉、果胶、粘液质、树胶等多糖物质较多的药材。,提取技术,二、渗漉法,是将药材粗粉置渗漉装置中，连续添加溶剂使渗过药粉，自上而下流动，浸出有效成分的一种动态浸提方法。,工业渗漉装置,实验室渗漉装置,本法在常温下进行。溶剂多为水，酸水，碱水及不同浓度的乙醇等。适用于提取遇热易破坏的成分。因能保持良好的浓度差，故提取效率高于浸渍法。,提取技术,三、煎煮法,是将药材加水加热煮沸，滤过去渣后取煎煮液的一种传统提取方法。,工业煎煮,适用于有效成分能溶于水且不易被水、热破坏的天然药物的提取。,提取技术,四、回流提取法,使用低沸点有机溶剂如乙醇、氯仿等加热提取天然药物中有效成分时，为减少溶剂的挥发损失，保持溶剂与药材持久的接触，通过加热浸出液，使溶剂受热蒸发，经冷凝后变为液体流回浸出器，如此反复至浸出完全的一种热提取方法。,回流提取装置,适用于脂溶性较强的天然化学成分的提取,工业密闭回流,旋转蒸发仪减压回收装置,提取技术,五、连续回流提取法,是在回流提取法的基础上改进的，能用少量溶剂进行连续循环回流提取，充分将有效成分浸出完全的方法。,提取技术,五、连续回流提取法,提取技术,浸渍法 不加热而浸出效率高渗漉法 以水为溶剂加热提取煎煮法 有机溶剂用量少而提出效率高 回流提取法 提取受热易破坏的成分最简便的方法连续回流提取法 用有机溶剂自天然药物中提取脂溶性成分水蒸气蒸馏法 提取有升华性的成分升华法 提取能随水蒸气蒸馏且不溶于水的成分,【课堂活动】,用连线将各种提取方法与其特点和应用连接起来,当选择溶剂为不同浓度的乙醇时，可选择哪些提取方法？,课堂互动,提取技术,小檗碱微溶于水，能溶于热水及乙醇。其盐酸盐难溶于水，易溶于热水；而硫酸盐易溶于水。利用此性质，可选择水温浸或渗漉法提取。渗漉法操作如下：取三棵针的根粉碎后用1%硫酸浸泡渗漉，渗漉液用盐酸酸化至pH 3，加食盐饱和后，小檗碱盐酸盐结晶即析出。,【实例分析】,1三棵针中的小檗碱可用什么方法提取？,为物理过程，无化学反应，生物活性不减。大能量的超声波产生的极大压力造成植物物细胞壁及整个生物体破裂，胞内物质的释放、扩散及溶解。,实验室用小型超声仪,五、超声提取法,提取技术,超声波以其提取温度低、提取率高、提取时间短的独特优势应用于中药材和各种动、植物有效成分的提取，是替代传统剪切工艺方法实现高效、节能、环保式提取的现代高新技术手段。,工业生产用大型超声仪,工业生产用超声仪,既适用于遇热不稳定成分的提取，也适用于各种溶剂的提取。,提取技术,六、超临界流体萃取技术,超临界流体萃取（Supercritical Fluid Extraction，SFE）超临界流体萃取技术是七十年代末才兴起的一种新型生物分离精制技术.近年来发展迅速，被广泛应用于化学、石油、食品、医药、保健品等领域。利用某物质在超临界区域所形成的流体，对天然药物中有效成分进行萃取分离，集提取和分离于一体的新型技术。,超临界流体是指当某物质处于其临界温度（Tc）和临界压力（Pc）以上时，形成一种既非液体又非气体的特殊相态。具有与气体的粘度，又具有液体近的密度，扩散力和渗透能均大大强于液体。对许多物质有很强的溶解能力。,常用的有二氧化碳、氧化亚氮、乙烷、乙烯和甲苯，其中多选用CO2（临界温度接近室温，且无色、无毒、无味、不易然、化学惰性、价廉、易制成高纯度气体）。,控温面板,高压泵,超临界CO2萃取实验装置示意图,原料,超临界萃取实验装置与实验方法,小试实验装置图,实验装置小试实验装置,上世纪50年代初进入试验阶段，如从石油中脱沥青70、80年代，SFE越来越多的用于食品、香料的提取90年代，开始从植物药中提取成分，如蛇床子、茵陈蒿、桑白皮中提取成分。,中小型SFE装置图,七.微波提取法（microwave extraction）,具有穿透力强、选择性高、加热效率高等显著特点，而且其操作简便、快速、节能、高效。缺点：工业化设备少、成分变化、生物活性变化。,工业生产用微波提取罐,二、天然药物化学成分的分离,分 离 技 术,两相溶剂萃取法,沉 淀 法,结晶与重结晶法,透 析 法,分 馏 法,第四节 提取分离方法,二、分离方法,1.根据溶解度差别进行分离 1.1 结晶法（纯化时常用）条件：浓度；合适的溶剂；1.2 沉淀法：a 溶剂沉淀法：改变极性，如水提醇沉法b 酸碱沉淀法：改变pH，处理酸、碱、两性成分；c 沉淀试剂：如铅盐沉淀法，酸性、酚性成分加中性PbAc2，形成沉淀。,分离技术,难溶于水的游离生物碱遇酸生成生物碱盐而溶于水，再加碱碱化，又能重新游离使水溶性降低而形成沉淀析出；酸容碱沉法 一些具有酚羟基而又难溶于水的黄酮类化合物，加碱水液可成盐溶解，经酸化后又可游离析出沉淀，借以提纯，去除杂质。碱容酸沉法,【相关链接】,1酸碱沉淀法在天然药物化学成分分离中的应用。,分离技术,如果在含糖或蛋白质的水提液中分次加入乙醇，使含醇量逐步达到80以上，则难溶于乙醇的成分如蛋白质、淀粉、树胶、粘液质等被逐级沉淀析出,水提醇沉法,分离技术,操作步骤,中性醋酸铅能与具有羧基、邻二酚羟基的酸性或酚性物质生成不溶性铅盐，常用于沉淀天然药物成分中的有机酸、蛋白质、氨基酸、粘液质、鞣质、树脂、酸性皂苷、部分黄酮苷、蒽醌苷、香豆素苷和某些色素等等。,3铅盐沉淀法,分离技术,是往提取液中加入一种与其互不相溶的溶剂配成两相溶剂系统，利用混合物中各种成分分配系数的差异而将所需成分萃取出来的分离方法。,2.根据物质在两相溶剂中的分配比不同进行分离,2.1 影响分离的因素分离因子，分配系数K=KA/KB KAKB,K=CU/CL（CU,CL被分离物质在上相和下相中浓度）根据值的大小可决定分离采用的方法:100，简单的一次萃取，可基本分离.10010，10-12次萃取，CCD法。2，100次以上萃取，DCCC法。,第四节 提取分离方法,2.根据物质在两相溶剂中的分配比不同进行分离,重点,2.1 影响分离的因素 pH值 对于酸性、碱性、两性化合物，pH值可改变它们的存在状态（游离型和解离型），分配比受pH值的影响，因为,HA达到99%解离时，pH=pKa+2HA达到99%游离时，pH=pKa-2,第四节 提取分离方法,第四节 提取分离方法（Methods of Extraction and Isolation）,2.2 酸碱性成分的分离pH-梯度萃取法 按酸碱性强弱不同分离酸性、碱性、中性物质，改变pH值使酸碱成分呈不同状态。,2.3 逆流分溶法、液滴逆流色谱、高速逆流色谱,2.4 液-液分配柱色谱正相色谱：固定相极性大，如水、缓冲液等；流动相极性小，如氯仿、乙酸乙酯等。载体：硅胶（含水可达17%），硅藻土，纤维素等。分离极性大或水溶性成分，如苷类、糖、生物碱等。洗脱顺序：极性小的物质先被洗脱出来。,第四节 提取分离方法（Methods of Extraction and Isolation）,2.4 液-液分配柱色谱反相色谱：固定相极性小于流动相。如HPLC反相柱，反相板。固定相：硅胶硅醇基结合烷基，如RP-2，RP-8，RP-18。亲脂性：RP-18 RP-8 RP-2。流动相(洗脱剂)：MeOH-H2O，CH3CN-H2O 洗脱顺序：分离脂溶性的成分，极性大者先洗脱下来。,第四节 提取分离方法（Methods of Extraction and Isolation）,3.1 吸附分类：物理吸附：无选择性的吸附，吸附解析发生迅速。吸附剂如硅胶、氧化铝、活性炭等；化学吸附：不可逆性。如碱性氧化铝对酚酸性成分的吸附，硅胶对生物碱的吸附等。半化学吸附：聚酰胺对酚酸类、醌类的氢键吸附。,第四节 提取分离方法,3.根据物质的吸附性差别进行分离吸附色谱法,重点,吸附原理：相似相吸影响吸附过程的三要素：吸附剂（固定相），溶质（被分离物质），溶剂（洗脱剂，展开剂，流动相）,第四节 提取分离方法,3.2 硅胶、氧化铝：极性吸附剂：载样量大，吸附力强 硅胶：应用最广，适用于各类成分分离 氧化铝：有中性、酸性、碱性氧化铝。碱性氧化铝不适合于分离酸性成分，多用于分离生物碱。,第四节 提取分离方法,3.2 硅胶、氧化铝：被分离物质吸附力与结构的关系 被分离物质极性大，吸附力强，Rf值小，洗脱难，后被洗脱下来。官能团极性大小排列顺序：-COOH Ar-OH R-OH R-NH2,RNHR,RNR R R-CO-NRR RCHO RCOR RCOOR ROR RH,第四节 提取分离方法,3.2 硅胶、氧化铝：溶剂(洗脱剂)的极性与洗脱力的关系洗脱剂极性越大,洗脱力越强.,第四节 提取分离方法,练习:从黄花夹竹桃果仁中分离到七种强心苷成分,比较极性大小和硅胶柱上洗脱顺序.,单乙酰黄夹次苷B R”=COCH3,其它R”=H,第四节 提取分离方法,第四节 提取分离方法,答案：,1.极性大 小：黄夹苷A黄夹苷B 次苷D次苷C次苷A次苷B 单乙酰B2.硅胶柱上的出柱顺序：后 先,练习:某植物中分得3个黄酮化合物，结构如下,比较它们的极性大小及在硅胶TLC上的Rf值大小顺序.,A:R1=R2=HB:R1=H,R2=RhamC:R1=Glc,R2=Rham,极性大小:SiO2-TLC Rf:,第四节 提取分离方法,极性大小:C B ASiO2-TLC Rf:A B CPolyamide TLC,Rf:C B A,第四节 提取分离方法,答案：,3.4 聚酰胺(Polyamide)是由己酰胺聚合成的一类高分子化合物。,第四节 提取分离方法,分离原理：主要通过酰胺键与酚羟基、酸、醌等形成氢键，产生吸附作用。吸附力取决于形成氢键缔合的能力。,第四节 提取分离方法,溶剂的洗脱能力 水 含水醇醇 丙酮NaOH/H2O甲酰胺二甲基甲酰胺尿素/H2O,3.5 大孔吸附树脂(macro-reticular resin)组成:苯乙烯，二乙烯苯和致孔剂分离原理:吸附(范德华力和氢键)和分子筛作用(多孔性结构),第四节 提取分离方法,3.5 大孔吸附树脂 洗脱剂:H2O 及不同比例的含水醇。洗脱分离:H2O 洗:糖,水溶性色素 30%EtOH/H2O:极性大的成分 50-75%EtOH:皂苷类 95%EtOH:极性小成分 应用:除多糖,水溶性色素,富集苷类成分,第四节 提取分离方法,4.根据物质离解程度不同进行分离离子交换法 固定相：离子交换树脂（聚苯乙烯高分子化合物，引 入交换基团）分类：阳离子交换树脂：强酸型 RSO3-H+弱酸型 RCOO-H+阴离子交换树脂：强碱型 RN+(CH3)3Cl-弱碱型 RNH2,RNHR,RNRR”,第四节 提取分离方法,4.1交换原理:阳离子交换树脂：,阴离子交换树脂：,4.2应用：主要用于生物碱和有机酸的分离。,第四节 提取分离方法,4.根据物质离解程度不同进行分离离子交换法,离子交换软化水处理设备,透析法:半透膜,分子筛滤过作用 超滤法:分子大小不同,扩散速度不同 超速离心法:溶质在超速离心作用下具有不同的 沉降性或浮游性 凝胶滤过法:分子筛的作用(凝胶渗透色谱,分子 筛滤过,排阻色谱),被分离物质按分子 由大到小的顺序流出色谱柱.,5.根据物质分子大小差别进行分离凝胶滤过法,第四节 提取分离方法,5.1 主要的几种方法,凝胶色谱分离原理,5.2凝胶种类:葡聚糖凝胶(Sephadex G):只适于在水中应用,分离多糖、蛋白质等.羟丙基葡聚糖凝胶(Sephadex LH-10)：适用于各类化合物的分离，除具有分子筛的特性外，还起到反相分配色谱的效果。常用溶剂有甲醇、氯仿-甲醇等。,第四节 提取分离方法,5.根据物质分子大小差别进行分离凝胶滤过法,凝胶色谱仪,凝胶色谱柱,分配层析小结,四、提取与分离中草药有效成分的注意点,(一)光照的影响,1.酸的影响 1),四、提取与分离中草药有效成分的注意点,(二)酸碱的影响,2),2.碱的影响,(三)温度的影响 高温、高热会引起化合物的氧化、聚合、树脂化等结构变化，颜色加深。,四、提取与分离中草药有效成分的注意点,(四)溶剂的影响,(五)层析的影响 注意在 Al2O3 柱层析时可能引起被分离物的结构异构化、分子重排等变化，得到的是次生产物，而不是原生产物。如：,四、提取与分离中草药有效成分的注意点,第四节 天然产物结构研究法,一、化学结构研究的目的与意义 二、结构研究步骤与方法(一)查阅文献(二)化合物纯度的测定 1.外观：晶型与色泽 2.Mp 3.TLC(三)物理常数测定 固体 液体(四)分子量的测定 1.经典方法 2.现代方法 HR-MS,第四节 天然产物结构研究法,二、结构研究步骤与方法(五)分子式的测定 1.元素分析法 2.质谱法 HR-MS 同位素丰度法 3.H、C-NMR法(六)不饱度的计算=-I/2+/2+1(七)分子结构骨架的测定 1.专属性反应 2.植物亲缘相关性 3.光谱特征 4.部分合成 5.化学降解(八)功能团的判断 1.化学法 2.光谱法(九)光谱分析,第四节 天然产物结构研究法,三、结构研究实例 今由某药材中分离得到一种成分，并测得下列数据：1.无色针晶，mp 154156，a 59(EtOH)2.易溶于MeOH,EtOH,H2O，难溶于CHCl3,Et2O 3.Molish反应（+），FeCl3反应（）4.IR(cm-1):32503500,1610,1590,1575,1075,1045,1020,1010,860,830。5.MS(m/z):286(M+),163,145,127,124(100%);其乙酰物 m/z 496（M+）6.苦杏仁酶水解后得一个溶于乙醚的针晶及D-葡萄糖 7.酶水解后所得针晶测得下列数据：1）mp 112115 2）元素分析 C 67.4%H 6.50%3）Gibbs 反应(）4）FeCl3 反应（+）5）MS(m/z