第二章中药化学成分的一般研究方法.ppt
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1、中药化学成分的一般研究方法,第二章,一、重点内容: 1,中药化学成分的类型,理化性质 2,中药化学成分提取、分离的常用方法 二、难点内容: 1,影响化合物极性大小的因素 2,溶剂提取法的应用及注意事项 3,结晶法操作及注意事项 4,单体纯度的初步判断方法,第一节 中药化学成分及生物合成简介,中药化学成分类型简介(定义、溶解性),分类,糖类,苷类,醌类,苯丙素类,黄酮类,萜类和挥发油,生物碱,甾体类,三萜类,鞣质,(一)糖类 单 糖:味甜,易溶于水,不溶于有机溶剂。 低聚糖:29个单糖聚合,易溶于水,难溶 或不溶于有机溶剂。 多 糖:10个以上单糖聚成,多不溶于水, 不溶于亲脂性有机溶液。,Ha
2、worth式,优势构象式,Fischer投影式,(二)苷类 定义:糖或糖的衍生物与非糖物质(苷元或配基)通过糖的端基碳原子连结而成的化合物。 苷元:难溶于水,易溶于亲脂性有机溶剂。 苷:能溶于水和极性有机溶剂,难溶于亲脂 性有机溶剂。,芦丁,(三)醌类化合物 定义:分子中具有醌式结构的化合物 游离醌类:溶于苯、氯仿等亲脂性有机溶剂 具有酚羟基,显酸性,可溶于碱水溶液 形成苷:极性增大溶于热水、甲醇、乙醇等,(四)苯丙素类化合物 定义:分子中以苯丙基(C6-C3)为基本骨架单 位构成的化合物。 游离香豆素:溶于沸水、甲醇、乙醚等 香豆素 具內酯结构,溶于稀碱,加酸环合 香豆素苷:溶于水、醇等大极
3、性有机溶剂,游离:难溶于水,易溶亲脂性有机溶剂 木脂素 木脂素苷:水溶性增大,二氢愈创木酸(木脂素),(五)黄酮类化合物 定义:泛指具两个苯环通过中间三碳链互相联 结而成的一类化合物(C6-C3-C6) 游离黄酮:溶于甲、乙醇、乙醚等有机溶剂 具有酚羟基,显酸性,溶于碱性溶液 黄酮苷类:溶于水等极性大的溶液,(六)萜类和挥发油 萜:由甲戊二羟酸衍生,基本母核分子式符合 (C5H8)n 通式的衍生物。 游离萜类:溶于亲脂性有机试剂,不溶于水。 萜苷类:具一定亲水性,溶于热水、甲醇等极 性溶剂。 单萜、倍半萜可随水蒸气蒸馏,具有内酯结构的可溶于稀碱溶液,加酸又析出。,甲戊二羟酸(MVA),栀子苷,
4、青蒿素,穿心莲内酯,挥发油:又称精油,是一类可随水蒸气蒸馏,与水不相混溶的油状液体物质。 成分:萜类(单萜、倍半萜),芳香族化合物 以及它们的含氧衍生物。 性质:透明油状液体,具芳香味,常温下挥发。 不溶于水,溶于亲脂性有机溶剂。,(七)生物碱 定义:存在于生物体内的含氮有机化合物,具有碱的通性,可与酸成盐。 游离生物碱:难溶于水,易溶于亲脂性有机溶剂 尤其在氯仿中溶解度大 生物碱盐类:易溶于水和乙醇,难溶于有机溶剂,(八)甾体类化合物 定义:含环戊烷骈多氢菲甾核的化合物。 甾体皂苷元:不溶于水,溶于亲脂性有机溶剂 甾体皂苷:溶于水等大极性溶剂,不溶于 亲脂性有机溶剂 皂苷水溶液具有发泡性、溶
5、血性、鱼毒性,(九)三萜类化合物 定义:骨架由30个碳原子组成的萜类化合物。 三萜皂苷元:不溶于水,溶于亲脂性溶剂。 苷水溶液多具有发泡性、溶血性、鱼毒性 含水正丁醇对皂苷溶解度大 三萜皂苷:可溶于水,不溶于极性小溶剂。 皂,(十)鞣质 定义:鞣质又称单宁或鞣酸,是一类复杂的多元酚类化合物的总称,可与蛋白质结合形成致密、柔韧、不易腐败又难以透水的化合物 溶解性:可溶于水、乙醇等极性大的溶剂,不溶于亲脂性有机溶剂。 沉淀性:与重金属盐、蛋白质、生物碱沉淀试剂生成沉淀。,小结:即溶于水又溶于醇的化学成分?,成分类型 水 醇类 亲脂性有机溶剂 游离生物碱 + + 生物碱盐 + + 苷类 + + 苷元
6、 + + 挥发油 + + 单糖、低聚糖 + 多糖 鞣质 + + 单糖:无水醇难溶;多糖:60%以上醇难溶。,溶于水和醇的成分:苷类、生物碱盐、鞣质,酸性成分 黄酮、蒽醌、香豆素、有机酸、鞣质,中性成分 强心苷、皂苷、甾体,碱性成分 生物碱,两性成分 两性生物碱、氨基酸、蛋白质,极性分类,按溶解性分类,脂溶性成分:苷元、生物碱 水溶性成分:苷、生物碱盐、鞣质,练习:区分下列结构类型,二、各类中药化学成分主要生成途径(了解),1、一次代谢产物:也叫营养成分。指在植物中普遍存在的维持有机体正常生存的必需物质。,如叶绿素、蛋白质、核酸等,2、二次代谢产物:也叫次生成分。指在特定条件下,以一次代谢产物作
7、为原料或前体,又进一步经历不同的代谢过程所生成的物质。,如生物碱、黄酮、皂苷等,主要研究对象,主要合成途径 生成的化合物类型 乙酸丙二酸途径 脂肪酸类、酚类、醌类 甲戊二羟酸途径 萜类、甾类 莽草酸途径 苯丙素、香豆素、木脂素 氨基酸途径 生物碱类 复合途径 黄酮类,主要的生物合成途径,第二节 中药有效成分的 提取分离方法,基本概念 1,提取:利用适当的溶剂和方法,将所要的成分尽可能从原料中完全提出的过程。 2,分离:将提取物中所含的各种成分一一分开,并将得到的单体加以精制的过程。,一、,一、中药有效成分的提取方法,中药所含有的化学成分较为复杂。要想研究其中的某些成分,必须将它们从中药中提取出
8、来。 在进行提取之前,应对所用提取原料的基源、产地、药用部位、采集时间与方法等进行考查,并系统查阅文献,以充分利用前人的经验。 中药材料在提取前应进行适当的预处理。为了提高提取效率,可将药材原料进行粉碎,粒度一般以能通过二号筛为宜。,为什么要提取?提取的前期准备!,提取方法,提取方法的不同,(一)溶剂提取法(最普遍方法) 1、原理: 选择溶剂依据相似相溶原则。 根据中药中各种成分的溶解性不同,选用对所需成分溶解度大而对其他成分溶解度小的溶剂,将所需成分从药材组织中溶解出来的一种提取方法。,1、水 2、肥皂 3、汽油,2,影响化合物极性大小的因素? A,化合物分子的母核大小(碳的数目) 分子量大
9、,碳数多 极性小 分子量小,碳数少 极性大 B,取代基极性的大小 当化合物母核相同或相近时,含极性大的基团的化合物极性大;含基团较多的化合物极性大,酸酚醇胺醛酮酯醚烯烷,思考题,试排列下列化合物的极性大小,A B C D E F,中药化学成分不但数量繁多,而且结构千差万别。所以极性问题很复杂。但依据以上两点,一般可以判定。需要大家判断的大多数是母核相同或相近的化合物,此时主要依据取代基极性大小。,CCl4 C6H6 CH2Cl2 CHCl3 Et2O EtOAc n-BuOH 石油醚四氯化碳苯二氯甲烷氯仿乙醚乙酸乙酯正丁醇丙酮乙醇甲醇水 Me2CO EtOH MeOH,3、溶剂分类,水和亲水性
10、有机溶剂互溶 水和亲脂性有机溶剂不互溶 有机溶剂除甲醇不溶于石油醚外均互溶,练习题 1、从中药中依次提取不同极性成分应采取的溶剂顺序是( ) A.水 乙酸乙酯 乙醇 乙醚 石油醚 B.石油醚 乙醚 乙酸乙酯 乙醇 水 C.石油醚 水 乙醇 乙酸乙酯 乙醚 D.水 乙醇 石油醚 乙酸乙酯 乙醚 E.石油醚 乙醇 乙酸乙酯 乙醚 水 2、下列溶剂那个极性最低( ) A、EtOAc B、 EtOH C、n-BuOH D、 Et2O E、Me2CO,B,D,4、选择溶剂的要点: 溶剂提取法的关键是选择合适的溶剂 * 对所要成分溶解度大 * 沸点适中容易回收 * 低毒安全,最常用的溶剂为甲、乙醇。甲醇提
11、取效果好于乙醇,但毒性大,一般只用于实验室研究。,5 常用提取溶剂性能特点,亲水性有机溶剂(和水可任意混溶),还有 甲醇溶解性强于乙醇,但毒性较大,多用在实验室研究。 丙酮溶解性能同乙醇,但沸点低、易挥发,作为提取溶剂不常 用;在分离、精制时常用于脱色,脱水剂。,有机溶剂具有脂溶性,因此除经呼吸道和消化道进入机体内外,尚可经完整的皮肤迅速吸收: 神经毒性:以脂肪烃(正己烷)、芳香烃(苯)、氯化烃(二氯甲烷)等脂溶性较强溶剂为多见 血液毒性:以芳香烃,特别是苯最常见 肝肾毒性:多见于氯代烃类有机溶剂,如氯仿、四氯化碳 皮肤粘膜刺激:多数有机溶剂均有程度不等的皮肤粘膜刺激作用,但以酮和酯类为主,P
12、S:有机溶剂毒性,第一类指已知可以致癌并被强烈怀疑对人和环境有害溶剂应避免使用这类溶剂。如在生产不可避免使用了这类溶剂,残留量必须控制在规定的范围内 苯(2ppm)、四氯化碳(4ppm) 第二类是指无基因毒性但有动物致癌性的溶剂 氯仿(60ppm)正己烷(290ppm)乙腈(410ppm)二氯甲烷600ppm)甲苯(890ppm)二甲苯(2170ppm)甲醇(3000ppm)环己烷(3880ppm) 第三类是指对人体低毒的溶剂 甲酸、乙酸、乙醚、丙酮、苯甲醚、丙醇、丁醇、戊醇、乙酸丁酯、二甲亚砜、乙酸乙酯、甲酸乙酯、乙酸甲酯,毒性试剂分类,6、提取方法 浸渍法 渗漉法 溶剂提取的方法 煎煮法
13、回流提取法 连续回流提取法,(1)浸渍法: 以水或稀醇反复浸泡提取 特点:适于遇热易破坏或挥发性成分及含淀粉粘液质较多的中药。 缺点:提取时间长,效率低,水提液易发霉,提取体积大,不适合贵重药材及高浓度的提取。,(2)渗漉法: 将中药粗粉装于渗漉筒中,先浸后渗,不断添加溶剂渗过药粉,从渗漉筒下端不断流出渗漉液。各类溶剂均可(常用水或稀醇)。 特点:提取效率高于浸渍法,不破坏成分。 缺点:溶液体积大(药材10倍体积),时间长。,(3)煎煮法:为中药水提取最常用的方法。必须以水为溶剂。 特点:简便,可提取药材中大多数成分。 缺点:对含挥发性和加热易破坏成分不适用,不适用含多糖类成分多的中药。,(4
14、)回流提取:有机溶剂 优点:效率较高(较浸渍、渗漉法) 缺点:不适用遇热易破坏成分,溶剂消耗大, 操作较繁琐 7,(5)连续回流提取:用索氏提取器以有机溶剂提取。 优点:提取效率高,节省溶剂,操作简单。 缺点:加热时间长,不适用遇热易破坏成分,1.冷凝管 2.蒸气上升管 3.虹吸管 4.滤纸袋 5.溶剂 6.加热,小结溶剂提取法,6,影响溶剂提取法的因素 最主要的是合适的溶剂和方法,此外还有:,(二)水蒸气蒸馏法 适于具有挥发性,能随水蒸气蒸馏而不被破坏,难溶或不溶于水的有效成分提取。 主要用于挥发油、某些挥发性小分子生物碱、 酚类、 醌类、香豆素等具有挥发性成分的的提取。,(三)超临界流体萃
15、取法(SFE) 是集提取和分离于一体,又基本上不 用有机溶剂的新技术。 超临界流体(SF) :指处于临界温度(Tc)和临界压力(Pc)以上,介于气体和液体之间的、以流动形式存在的物质。 特点:SF其密度接近于液体,而粘度又接近于气体,扩散系数虽比气体小,但是比液体要大100倍。,物质的溶解过程包括分子间相互作用和扩散作用。所以物质溶解度与溶剂密度、扩散系数成正比而与粘度成反比,因此超临界流体对许多物质有很强的溶解能力。,常用的介质: 最常用 CO2 CO2超临界流体特点: 临界温度低(Tc=31.4),临界压力适中(Pc=7.37Mpa),易操作,价廉,性质惰性,无毒 对比:水Tc=374.2
16、,Pc=22Mpa,CO2超临界流体的溶解能力规律: 对亲脂性、低沸点成分溶解能力强,如挥发油。 极性基团(如-OH、-COOH)越多,越难提取。 分子量越大,越难提取。,缺点 对极性大的化合物提取效果较差,优点: 1)可在低温下提取,对“热敏性”成分尤其适用 2)无溶剂残留,对作为制剂的中药提取物的提取是一大优势。 3) 提取与蒸馏合为一体,无需回收溶剂。 4) 具选择性分离。,改进:添加夹带剂,常用甲醇、丙酮等极性大的溶剂,加入量不超过15%,CO2超临界流体提取法,特点 超临界流体密度液体 超临界流体粘度气体,优点 1、萃取能力强,大大提高效率 2、温度低,热敏性、易氧化分解 的物质不易
17、破坏 3、时间短,24小时可完成 4、提取物无溶剂残留物 5、提取物质量稳定,标准易控制,(四)其他方法: 升华法:具有升华性的成分 压榨法:新鲜原料中含量高的成分 超声提取法:利用超声波的空化作用 微波萃取等:利用微波选择性加热性质 半仿生提取法:模拟体内代谢过程提取,二、中药有效成分的 分离精制方法,(一)溶剂法 1、酸碱溶剂法 原理:利用混合物中各组分酸碱性不同进行分离 酸溶:生物碱类成分可与无机酸成盐而溶于水 碱溶:具有羧基,酚羟基等与碱成盐溶于水 强酸性NaHCO3,中等酸性Na2CO3,弱酸性NaOH 内酯或内酰胺结构:可被皂化而溶于热碱水 注意:酸碱的强度、加热温度、与被分离成分
18、接触的时间等。,2、溶剂分配法(萃取法) 原理:利用混合物中各成分在互不相溶的两 相溶剂中分配系数(溶解度)不同而达到分离。 极性较大成分:正丁醇-水 溶剂选择 中等极性成分:乙酸乙酯-水 低极性成分:氯仿(乙醚)-水,(1)简单萃取法 实验室用分液漏斗或下口瓶。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。,PS:系统溶剂萃取法 常用来中药化学 成分的初分,将总提物 分散于水中,依次用石 油醚(或环己烷)、氯 仿(或乙醚)、乙酸乙 酯、正丁醇萃取,分别 减压回收溶剂得到相应 极性的成分。,极性 成分类型 适宜溶
19、剂 强亲脂性 挥发油、脂肪油、苷元 石油醚 脂溶性色素、甾醇 环己烷 亲脂性 苷元、生物碱、树脂 乙醚 有机酸 氯仿 小 强心苷 氯仿 中极性 中 黄酮苷 乙酸乙酯 大 皂苷、蒽醌苷 正丁醇 亲水性 极性很大的苷、多糖 丙酮 氨基酸、某些生物碱盐 甲醇、乙醇 强亲水性 蛋白质、粘液质、氨基酸 水 果胶、糖类、无机盐,溶剂分配法中溶剂系统的选择: 1,两相溶剂不相混溶(一般一相为水,另一相为有机溶液) 2,混合物中各单一成分在溶剂系统中的分配系数(K)差别越大越好,1、从中药水提液萃取亲脂性成分宜选用溶剂是( ) A、乙醚 B、乙醇 C、甲醇 D、正丁醇 E、丙酮 2、溶剂法分离中药水提液中成分
20、不宜选用溶剂为( ) A、乙醚 B、丙酮 C、正丁醇 D、氯仿 E、乙酸乙酯,A,B,乳化:溶剂萃取过程中,水相和有机相经混合后生成一种稳定的乳状液,产生不易分层的现象。乳化现象常使分离效率降低,严重时会使萃取过程无法进行。,消除乳化现象: (1)搅拌乳化层(2)加无机盐 (3)加热或冷却(4)抽滤乳化层 (5)分出乳化层,加新溶剂萃取 (6)超声乳化层(7)离心乳化层 (8)长时间放置(9)连续液-液萃取或液滴逆流萃取 (CCD) (DCCC),小常识乳化,(2)pH梯度萃取法:是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
21、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(CCD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。,(3)CCD(10 50 ),(countercurrent distribution,简称CCD) 原理:多次、连续的液液萃取分离过程。,(4)液滴逆流分配法(DCCC法) 是在CCD法基础上创建的色谱装置,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。,二、沉淀法 沉淀法是在中药提取液中加入某些试剂,与其中一些成分生成沉淀,或加入某些试剂后可降低一些成分在溶液中
22、的溶解度而自溶液中析出的一种方法 如果所需要分离获得的成分生成沉淀,则沉淀反应必须是可逆的;如果是不需要的成分,则将生成的沉淀除去,可以是不可逆的沉淀反应。,1、专属试剂沉淀法: 某些试剂能选择性地沉淀某类成分,称为专属试剂沉淀法。 雷氏铵盐沉淀季铵碱: 分离水溶性生物碱 胆甾醇沉淀甾体皂苷: 分离甾体皂苷 明胶沉淀鞣质: 分离或除去鞣质,2、盐析法 在混合物的水溶液中,加入无机盐至一定浓度或饱和,使某些成分溶解度降低而析出,或用有机溶剂萃取出来。 常用NaCl,其它还有MgSO4、(NH4)2SO4等,黄柏丝 5倍量0.2%硫酸浸泡24小时 浸泡液 虹吸上清液下层纱布过滤 滤渣 滤液 5倍量
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- 第二 中药 化学成分 一般 研究 方法
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