沈阳药科大学天然药物化学课件——第一章 总论

第四节 提取分离方法
③高速逆流色谱（HSCCC） 通过特定的高速行星式旋转所产生的离心力
场作用，使无载体支持的固定相稳定地保留在蛇 形管内，并使流动相单向、低速通过固定相，实 现连续逆流萃取分离物质的目的。
•微波提取技术的原理就是利用不同组分吸收微波能力 的差异，使基体物质的某些区域或提取体系中的某些 组分被选择性加热，从而使得被提取物质从基体或体 系中分离，进入到介电常数较小、微波吸收能力相对 较差的提取剂中，并达到较高的产率。
微波提取法的特点和装置
• 优点具有穿透力强、 选择性高、加热效率 高、试剂用量少等显 著特点，而且其操作 简便、快速、节能、 高效。
谱的特征及解析方法，质谱的类型及应用特点。 • 旋光光谱（ORD）在有机化合物结构测定中的应用。
基本要求
• 掌握 13C-NMR谱特征及其解析方法，常用的提取 、分离方法。
• 熟悉 天然药物化学的研究范围，课程的学习重点 ；各类化合物的生物合成途径。
• 了解 ORD谱的应用范围及八区律使用方法。
本章内容
二 天然化合物的主要生物合成途径
1.醋酸-丙二酸途径AA－MA途径） 合成脂肪酸类、酚类、蒽醌类
2.甲戊二羟酸途径（途径） 主要生成萜类、甾体类化合物
3.莽草酸途径和桂皮酸途径 形成具C6-C3骨架的化合物，如香豆素、木脂素、 黄酮等。
4.氨基酸途径（Amino Acid Pathway）合成生物碱 5.复合途径 (1)醋酸-丙二酸-莽草酸途径 (2) 醋酸-丙二酸-甲戊二羟酸途径 (3) 氨基酸-甲戊二羟酸途径 (4) 氨基酸-醋酸-丙二酸途径 (5) 氨基酸--莽草酸途径 三、生物合成的意义：
本章内容
• 第一节 概述 • 第二节 各类成分简介 • 第三节 生物合成 • 第四节 提取分离方法 • 第五节 结构研究方法
一 基本概念
• 一次代谢产物：糖、蛋白质、脂质、核酸等对植物 机体生命活动来说不可缺少的物质。
• 二次代谢产物：生物碱、萜、香豆素、黄酮、醌类 等对维持植物生命活动不起重要作用，且并非在 所有植物中都能产生。由一次代谢产物产生，常为 有效成分。
PbAc2，形成沉淀。
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
2.1 影响分离的因素
①分离因子β，分配系数K
β= KA/ KB
KA>KB,
K=CU/CL
（CU, CL被分离物质在上相和下相中浓度）
根据β值的大小可决定分离采用的方法:
β≥100，简单的一次萃取，可基本分离.
100>β≥10，10-12次萃取，CCD法。
第四节 提取分离方法
工业生产用的渗漉装置
第四节 提取分离方法
2) 热提：煎煮法（Decoction） 回流（Refluxing） 连续回流（Continuous Refluxing）
冷凝
回流提取 法装置
滤纸套筒 虹吸管
样品 蒸汽上升管
索氏提取器
第四节 提取分离方法
2.水蒸气蒸馏法（watersteam distillation ）
β≤2，100次以上萃取，DCCC法。
第四节 提取分离方法
• 或用PC法求β值，选择理想分离条件。 • 纸色谱（PC）也叫纸分配色谱（PPC，
Paper Partition Chromatography）。
1
KA
r
=
=
KB
1
r
Rfa 1-Rfa
Rfb 1-Rfb
Rfa (1-Rfb) =
Rfb (1-Rfa)
1. 生物碱类（Alkaloids)：含N原子，多呈碱性。 2.糖和苷(Saccharides and Glycosides):
糖：单糖，低聚糖，多糖（淀粉、纤维素、甲壳素、 果胶、树胶、粘液质）
苷：糖+苷元： 黄酮
酸性 香豆素
蒽醌
三萜皂苷 皂苷
甾体皂苷
强心苷 3.挥发油
OH
CH2
C H
CH2
OH
提取具有挥发性，能
冷凝
随水蒸气蒸馏而不被破坏
的成分，如挥发油。
挥发油测定
药材+水
第四节 提取分离方法
3.升华法（ sublimation ） 用于具有升华性的成分提取，如某些小分子香
豆素，蒽醌，樟脑等。
蒸发皿上盖上一张刺有小孔的 圆滤纸，在上面罩上干燥的玻 璃漏斗(漏斗颈部塞少许脱脂棉 以减少咖啡因蒸气逸出)
小试实验装置图
• 20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
第四节 提取分离方法
5.超声提取法（ultrasonic wave extraction)
第一节 绪论
• 二. 相关学科 • 1. 药物化学（Medicinal Chemistry）：合
成药物、构效关系 • 2. 植物化学（Phytochemistry） • 3. 中药化学（Chemistry of TCM） • 三.天然药物 • 植物、动物、矿物、微生物等来源的药物。
《神农本草经》列为上品，主 补五脏，安精神，定魂魄，止 惊悸，明目，开心益智，久服 有轻身延年之功效。
•超声波提取技术：是利用超声波产生的强烈的空 化效应、机械振动、高的加速度、乳化、扩散、 击碎和搅拌作用，增大物质分子运动频率和速度， 增加溶剂穿透力，从而加速药物有效成分进入溶 剂，促进提取的进行。
超声提取法的特点和装置
为物理过程，无 化学反应，生物活性 不减。高能量的超声 波产生的强大压力造 成植物细胞壁及生物 体破裂，导致胞内物 质的释放、扩散及溶 解。
第一节 绪论
五. 学习天然药化的目的和意义：
1. 探索中药防病治病的机理； 2. 改进剂型、提高疗效； 3. 提高中药及制剂的质量； 4. 提供中药炮制现代科学依据； 5. 开辟药源、开发新药。
第一节 绪论
六.天然药物化学研究方法
1. 文献整理和研究对象调研 a．原植物：科，属，种，学名，来源，产地 b．文献：近源植物具有相似的成分。
雄黄，为硫化物类 矿物雄黄族雄黄，主含 二硫化二砷。归肝，大 肠经。有毒。解毒杀虫， 燥湿祛痰，截疟。用于 虫积腹痛，惊痫，疟疾， 痈肿，疔疮，疥癣，蛇 虫咬伤。常用量0.15～ 0.3克，入丸散用。外 用适量，研末撒或调敷 患处。
第一节 绪论
四 基本概念
1. 有效成分: 天然药物中具有一定的生物活性、 能起到防治疾病作用的单体化合物。 2.有效部位：为具有一定生物活性的多种单体 化合物的混合物。如人参总皂苷、银杏总黄酮 、灵芝多糖等。
实验室用小型超声仪
工 业 生 产 用 超 声 仪
第四节 提取分离方法
6.微波提取法（microwave extraction）
•微波：指频率在300 MHz 和300 kMHz 之间的电磁波。 介质在微波场中分子会发生极化，将其在电磁场中所 吸收的能量转化为热能。介质中不同组分的介电常数、 比热、含水量不同，吸收微波能的程度不同，由此产 生的热量和传递给周围环境的热量也不相同
多次连续液-液萃取分离过程。 特点：条件温和，样品易回收，适用于中等极性、 不稳定物质的分离。
第四节 提取分离方法
②液滴逆流色谱(DCCC): 一种液-液分配色谱，流动相呈液滴形式
垂直上升或下降，通过固定相的液柱，实现 物质的逆流色谱分离。 特点：不易乳化，样品可定量回收，分离效 果好，特别适合于分离皂苷等水溶性成分。 缺点：样品处理量小。
扩散性能 常用的临界流体有CO2、N2O、 乙烷、丙烷等。 如从烟草中提取尼古丁，从咖啡中提取咖啡因。
超临界萃取实验装置与实验方法
实验装置－小试实验装置 超临界CO2萃取实验装置示意图
减压阀
原 料
玻 璃 珠
脱 萃取柱 脂
棉
CO2 钢 瓶
冷温槽
PBaidu Nhomakorabea
高压泵
恒
温
箱
接 收 流量计 CO
瓶
2
组分
控温面板
OCH3 OH
4.有机酸：含COOH,多以盐的形式存在。 5.树脂：为组成复杂的混合物，多与挥发油、树胶、
有机酸共存。如：安息香、乳香等。 6.其它成分：
(1)氨基酸、蛋白质。 (2)鞣质：多元酚类化合物。 (3)色素类：叶绿素、胡萝卜素等。 (4)脂类:油脂（甘油与高级脂肪酸脱水形成
的酯）、蜡（高级醇与高级脂肪酸脱水 形成的酯）。 (5)无机成分
（ 纸色谱定数）
Rfa，Rfb为A，B两物质在PC上Rf值
第四节 提取分离方法
2.1 影响分离的因素
② 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 + H2O
A- + H3+O
[A-] [ H3+O] Ka = [HA]
pka = pH- log [A-] / [HA]
常用提取溶剂
水
大小
甲醇、乙醇、丙酮、正丁醇
极
亲水性有机溶剂
性 乙酸乙酯、氯仿、乙醚、苯、石油醚
小
亲脂性有机溶剂
第四节 提取分离方法
1)冷提：适用于受热不稳定的成分。 浸渍 (Maceration) 渗漉（Percolation） 优点：适用于热敏物 质，操作简单 缺点：提取效率低， 溶剂用量大
渗漉法装置图
2. 成分分离 系统分离法，活性跟踪法，目标化合物分离法
3. 成分鉴定 理化性质，色谱方法，波谱方法
4. 结构改造——发现和创制新药
本章内容
• 第一节 概述 • 第二节 各类天然药物化学成分简介 • 第三节 生物合成 • 第四节 提取分离方法 • 第五节 结构研究方法
第二节 各类成分简介
一. 化学成分分类
• 缺点：工业化设备少、 成分变化导致生物活 性变化。
工业生产用微波提取罐
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：合适的溶剂；浓度；温度 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
白果是银杏的俗称，被 称作为是植物中的活化石。 白果含白果醇、白果酸，具 有杀菌功能，有化痰、止咳、 补肺、通经、止浊、利尿等 疗效。
穿山甲为鲮鲤科 动物鲮鲤的鳞片，处 方名有炮山甲、醋山 甲、炮甲珠或炒甲片 等。其味咸，性微寒， 入肝、胃二经。《本 草纲目》中记载穿山 甲“除痰疟寒热，风 痹强直疼痛，通经络， 下乳汁，消痈肿，排 脓血，通窍杀虫。”
• 第一节 概述 • 第二节 各类成分简介 • 第三节 生物合成 • 第四节 提取分离方法 • 第五节 结构研究方法
第一节 绪论
一．天然药物化学的概念：
1. 天然药物化学：是运用现代科学理论与方法研究 天然药物中化学成分及其应用的一门学科。
2. 研究内容： 主要指天然药物的化学成分（多为 有效成分）的结构特点、理化性质、提取分离方 法、结构鉴定及生合成途径。
天然药物化学 （第四版）
第一章 总论
（Generation）
基本内容
• 天然药物化学的概念、研究范围、研究目的与任务。 • 有效成分与无效成分的概念。 • 各类天然药物化学成分简介。 • 一次代谢与二次代谢的概念，主要的生物合成途径。 • 1H-NMR、 13C-NMR的基本概念及常见的13C-NMR
升华法制备咖啡因装置图
第四节 提取分离方法
4.超临界流体提取法（supercritical fluid extraction SFE)
利用溶剂在超临界条件下特殊的流体性能对样品进 行提取，为20世纪80年代迅速发展起来的一种提取方 法。20世纪90年代用于天然药化的研究。 超临界流体的密度与液体很接近，而它又具有气体
对天然化合物结构分类，结构推测；植物化学分类 学；仿生合成及组织培养等有指导意义。
本章内容
• 第一节 概述 • 第二节 各类成分简介 • 第三节 生物合成 • 第四节 提取分离方法 • 第五节 结构研究方法
第四节 提取分离方法
一、提取法：
1.溶剂提取法（solvent extraction） 原理：相似相溶 理想溶剂（ideal solvents ）： （1）对有效成分溶解度大； （2）对无效成分溶解度小； （3）与有效成分不起化学反应； （4）安全，成本低，易得。
pH= pKa + log [A-] / [HA]
HA达到99%解离时，pH= pKa + 2 HA达到99%游离时，pH= pKa - 2
第四节 提取分离方法
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 ①逆流分溶法(CCD)：