1-2总论2009-山东大学天然药物化学

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) 确定实验方案,原植物的鉴定 1) 原植物的拉丁学名 2) 采集地点和时间 3) 药及部位 4) 民间药用情况,第三节 提取分离方法,一、 中草药有效成分的提取 二、 中药有效成分的分离与精制,一、天然药物化学成分的提取,(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,挥发性,升华性,最常用,（Extraction）,Extraction,1. Steam distillation(水蒸汽蒸馏),2. 升华法,（1）选择溶剂考虑因素 （2）常见溶剂的种类及其特点 （3）常用溶剂提取方法 （4）影响溶剂提取效率的因素,3. Solvent Extraction(溶剂提取法),溶剂提取法 （1）选择溶剂考虑因素：,溶剂尽可能多地溶出有效成分,杂质少溶或不溶 有效成分、杂质、溶剂的极性：相似相溶原理 溶剂的安全性、价廉易得、回收方便等,常用有机溶剂的种类及特点,介电常数：小 大 极性：小 大 亲脂性：大 小 亲水性：小 大,1. 比水重的有机溶剂：氯仿 2. 与水分层的有机溶剂：环己烷 正丁醇 3. 能与水分层的极性最大的有机溶剂：正丁醇 4. 与水可以以任意比例混溶的有机溶剂：丙酮 甲醇 5. 极性最大的有机溶剂：甲醇 6. 极性最小的有机溶剂：环己烷 7. 介电常数最小的有机溶剂：环己烷 8. 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 9. 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丙酮乙醇甲醇水,（2）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,(1) 选择溶剂注意点 对有效成分溶解度大,对杂质溶解度小 不与化学成分起化学变化 经济、易得、使用安全,(2) 常见溶剂提取工艺 浸渍法 渗滤法 煎煮法 热回流提取法,影响提取效率 的 因 素,原料粉碎度 提取时间 提取温度 设备条件,Solvent Extraction,回流提取,冷浸提取,渗滤提取,连续回流提取,水/稀醇，冷提,乙醇，冷提 提取效率高， 但溶剂用量大,煎煮法,水,有机溶剂 溶剂用量大,索氏提取器 有机溶剂，溶剂反复利用,溶剂提取法 (3)常用溶剂提取方法,溶剂提取法 (4) 影响溶剂提取效率的因素,溶剂 方法 粉碎度 温度 时间,Supercritical Fluid Extraction,超临界提取 This method of extraction has numerous advantages: No solvent residues. Selectivity - solvent power and selectivity is readily adjustable by small changes in process conditions, allowing more than one extract product. CO2 is acceptable as a food grade “solvent“. Low temperature processing means sensitive products do not deteriorate. Gentle extraction process. High quality separation that eliminates the need to remove solvent and other residues by further processing,(溶剂提取法),超声波提取技术,超声波提取设备,各种溶剂，可加热，但所需温度低,(溶剂提取法),分离依据：共存成分的性质差异 1. 溶解度差异 2. 分配比不同 3. 吸附性差异 4分子大小差异 5离解程度不同,二、天然药物化学成分的分离,1. 根据物质的溶解度差异进行分离,调节温度 改变混合溶剂的极性 调节PH 加入某种沉淀试剂,根据物质的溶解度差异进行分离 （1）调节温度,温度不同溶解度改变 结晶、重结晶,加另一种极性相差较大的溶剂混合溶剂极性改变部分物质沉淀析出 A 水/醇法：除去水提液中的水溶性杂质 B 醇/水法：除去醇提液中的脂溶性杂质 C 醇/醚法（醇/丙酮法）：纯化皂苷,根据物质的溶解度差异进行分离 （2）改变混合溶剂极性,A 水/醇法除去水提液中的水溶性杂质,B 醇/水法：除去醇提液中的脂溶性杂质,C 醇/醚法（醇/丙酮法）：纯化皂苷,酸、碱、两性成分 调节pH改变的分子存在状态改变溶解度,根据物质的溶解度差异进行分离 (3)调节PH,解离型/离子态,H+,BH+,B,OH-,H+,A-,HA,OH-,脂溶性,水溶性,酸、碱、两性成分 调节PH改变分子存在状态改变溶解度 A酸/碱法（酸提取碱沉淀法）： 生物碱的提取、纯化 B碱/酸法（碱提取酸沉淀法）： 黄酮、蒽醌等酚性成分的提取、纯化 C. 调节PH至等电点，沉淀蛋白,根据物质的溶解度差异进行分离 (3)调节PH,A酸/碱法（酸提取碱沉淀法） 生物碱的提取、纯化,B碱/酸法（碱提取酸沉淀法） 黄酮、蒽醌等酚性成分的提取、纯化,酸、碱成分加入某种沉淀试剂水不溶性盐 A酸性成分 Pb2+、Ba2+ 、Ca2+ 水悬浮，通H2S 母液（） B. 碱性化合物 苦味酸/苦酮酸，磷钼酸/磷钨酸/镭氏盐 强H+ ，Et2O萃取 H2O层（）,1.根据物质的溶解度差异进行分离 （4）加沉淀剂,2. 根据物质在两相溶剂中的分配比不同进行分离,分配比K K=CU / CL 分离因子 =KA / KB （KA KB） 100 1次萃取，基本分离 10100 1012次 2 100次以上 1 无法分离,（1）简单液液萃取法 （2）逆流分溶法（ CCD， countercurrent distribution） （3）纸色谱（PC，paper chromatography） （4）液液分配柱色谱 （5）液滴逆流色谱 （DCCC，droplet countercurrent chromarography） （6) 高速逆流色谱 (HSCCC，high speed countercurrent chromarography）,2. 根据物质在两相溶剂中的分配比不同进行分离,50 A有机溶剂/水 B有机溶剂/酸、碱水 PH 物质存在状态溶解性K CPH梯度萃取 梯度调节PH，每次改变一种成分的存在状态，依次分离 缺点：手工操作繁琐、溶剂用量大、易乳化,2. 根据物质在两相溶剂中的分配比不同进行分离 （1）简单液液萃取法,例：HA1、HA2、B，且酸性HA1 HA2，如何分离?,PH 12 B A- 3 BH+ HA,工作原理：多次、连续的液液萃取,2. 根据物质在两相溶剂中的分配比不同进行分离 （2）逆流分溶法（CCD）,(50),craig逆流分溶仪萃取单元及工作过程,优点：避免手工操作 缺点：溶剂用量大, 机械操作导致破损、漏 液乳化。,2. 根据物质在两相溶剂中的分配比不同进行分离 （3）纸色谱（paper chromatography, PC）,利用PC选择设计液液萃取分离物质的最佳方案,Rfa(1-Rfb),Rfb(1-Rfa),式中，Rfa Rfb,一般50，简单萃取即可解决问题； 但50时，宜采用逆流分溶法,=,固定相：水 流动相：水饱和的有机溶剂,极性？ Rf值？,固定相涂覆于硅胶等多孔载体上，装柱 流动相通过色谱柱进行洗脱 物质在两相溶剂中作逆流分布 分配比不同，被洗脱速度不同,2. 根据物质在两相溶剂中的分配比不同进行分离 （4）液液分配柱色谱,正相色谱与反相色谱,2. 根据物质在两相溶剂中的分配比不同进行分离 （4）液液分配柱色谱,化学修饰,RP-2,RP-8,RP-18,亲油性表面,亲油性表面,三者亲脂性强弱顺序如下：RP-18 RP-8 RP-2。,2. 根据物质在两相溶剂中的分配比不同进行分离 (4)液液分配柱色谱,特点 加压流动相，流速快 载体颗粒小，机械强度大， 比表面极大 耐压柱材 自动检测、收集、分部,2. 根据物质在两相溶剂中的分配比不同进行分离 （4）液液分配柱色谱,加压液相色谱种类： 快速色谱 Flash chromatography 2.02105Pa 低压液相色谱 LPLC, 5.05105Pa 中压液相色谱 MPLC, 5.0520.2105Pa 高压液相色谱 HPLC, 20.2105Pa (High performance liquid chromatography) 优点：克服了简单萃取及CCD溶剂容量大、易乳化的缺点 缺点：载体可能造成化学吸附，如硅胶,2. 根据物质在两相溶剂中的分配比不同进行分离 （5）液滴逆流色谱 DCCC droplet countercurrent chromarography,流动相液滴垂直上下，经过固定相液,DCCC,2. 根据物质在两相溶剂中的分配比不同进行分离 （6）高速逆流色谱 HSCCC high speed countercurrent chromarography,行星式旋转产生的离心力场 固定性保留在蛇形管内 流动相单向、低速经过固定相,3. 根据物质吸附性差异进行分离,（1）吸附的类型 （2）物理吸附的基本规律 （3）极性及强弱判断 （4）简单吸附法用于物质的浓缩与精制 （5）吸附柱色谱法用于物质的分离 （6）聚酰胺柱色谱 （7）大孔吸附柱色谱,物理吸附： 范德华力,半化学吸附：氢键,吸附：范德华力或氢键 分子筛原理,3. 根据物质吸附性差异进行分离 （1）吸附的类型,物理吸附： 分子间力，无选择性，可逆。 硅胶、氧化铝、活性炭 化学吸附：化学键，选择性较强，常不可逆。 硅胶生物碱？ 碱性氧化铝黄酮、蒽醌等 半化学吸附：氢键，选择性较弱，多可逆 聚酰胺,3. 根据物质吸附性差异进行分离 （2）物理吸附的基本规律,极性相似者易于吸附,3. 根据物质吸附性差异进行分离 （3）极性及强弱判断,物质极性：官能团的种类、数目、位置、碳链长短 R-COOHAr-OHR-OHR-NH-R-CO-NH- R-CHOR-CO-RR-COO-RR-O-RR-XR-H 溶剂极性：介电常数，极性,环己烷 （1.88） 苯 （2.29） 无水乙醚（4.47） 氯仿 （5.20）,乙酸乙酯 （6.11） 乙醇 （26.0） 甲醇 （31.2） 水 （81.0）,吸附剂吸附性能,洗脱剂洗脱性能 （极性）,被分离物质极性,强,弱,弱,弱,强,强,硅胶：小极性、中等极性 活性炭：大极性苷类,2. 常用吸附剂,(1) 硅胶 性质: 多孔性,组成SiO2,有硅醇基,显弱酸性，与水可逆结合;105 加热失水，活化；500加热则脱水缩合。 吸附性能：对极性物质有吸附作用，吸附能力的大小与含水量有关，高于12的水，无吸附作用，仅作为分配层析的载体。 硅胶吸附规律：含水量越少，吸附能力强；含水量越大，吸附能力差。极性大的溶剂洗脱能力大，极性小的溶剂洗脱能力差。,层析操作：TLC，CC 硅胶再生：乙醇或甲醇洗脱，烘干活化。必要时可以用酸处理。但注意：不能用碱处理 硅胶衍生物：不同类型的键合硅胶。,(2) 氧化铝,性质：由Al(OH)3在高温下煅烧而成，具有弱碱性，吸附性能强。 吸附性能的大小与含水量有关，根据不同的吸附强度，可将其分为IVI级。 适用的物质：生物碱，但不适于分离蒽醌、黄酮等酸性成分。 吸附规律：类似硅胶,(3) 活性碳,性质：分为植物碳、动物碳和矿物碳三种。目前用的活性碳为木屑和氯化锌在700800条件下碳化、活化,除杂质后使用。由粉末和颗粒两种。 吸附规律：水中吸附能力最强，在有机溶剂中弱，可以用有机溶剂洗脱。 操作：使用活性碳前一般在120 条件活化45小时，并用稀酸、碱反复处理，有时可以与适量的硅藻土混合使用。,3. 根据物质吸附性差异进行分离 (4)应用：简单吸附法用于物质的浓缩与精制,活性炭吸附法 吸附规律：水中吸附能力最强，在有机溶剂中弱，可以用有机溶剂洗脱。 应用：结晶、重结晶中脱色、脱臭 从大量稀水液中浓缩微量物质一叶秋碱的浓缩、精制。 苷类化合物的纯化与分离,3. 根据物质吸附性差异进行分离 （4）应用：吸附柱色谱法用于物质的分离,硅胶吸附柱色谱,氧化铝吸附柱色谱,A吸附剂：3060倍，有时100200倍 B装柱： 径高比（d/h）1:151:20 干法装柱/湿法装柱 C上样： 干法上样/湿法上样 D洗脱： 等度/梯度（洗脱剂极性递增） E托尾：化学吸附,硅胶碱性成分 洗脱剂加氨/吡啶/二乙胺 氧化铝酸性成分 洗脱剂中加入乙酸 F洗脱系统的选择： TLC Rf=0.20.3,TLC,1,5 10,3. 根据物质吸附性差异进行分离 （6）聚酰胺柱色谱,高分子聚合物 不溶于常见有机溶剂 对碱稳定 对酸特别是无机酸稳定性差 可溶于浓盐酸、冰乙酸、甲酸中,3. 根据物质吸附性差异进行分离 （6）聚酰胺柱色谱,分子间氢键半化学吸附,3. 根据物质吸附性差异进行分离 （6）聚酰胺柱色谱,影响吸附力的因素,化合物在含水溶剂中 大致有以下规律：,形成氢键的基团数目 越多，吸附能力越强。,形成氢键的基团易形成分子内氢键者，吸附能力减弱。,分子中芳香化程度越高， 吸附力增强。,3. 根据物质吸附性差异进行分离 （6）聚酰胺柱色谱,各种溶剂在聚酰胺柱上的洗脱能力 水 甲醇 乙醇 氢氧化钠水溶液 甲酰胺 二甲基甲酰胺 尿素水溶液,化合物在不同溶剂中的吸附力： 水中最强常以水装柱、样品以水溶解上样 含水醇中次之 醇中最弱常以浓度渐高的含水醇梯度洗脱 EtOH-H2O最常用 操作：上样条件：水中；洗脱条件：含水醇,弱,强,3. 根据物质吸附性差异进行分离 （6）聚酰胺柱色谱,醌类、黄酮类等酚性的制备和分离。 脱鞣处理,3.根据物质吸附性差异进行分离 （7）大孔吸附树脂,高分子聚合物 白色球形颗粒 多孔网状结构 不溶于酸、碱、有机溶剂,吸附原理：分子间力，氢键 分子筛性原理,Amberlite XAD-2（非极性）,Amberlite XAD-7（中极性）,3. 根据物质吸附性差异进行分离 （7）大孔吸附树脂,树脂的性质：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 溶剂的性质： 物质在溶剂中的溶解度大，树脂对此物质的吸附力就小,3. 根据物质吸附性差异进行分离 （7）大孔吸附树脂,水、甲醇、乙醇、丙酮、乙酸乙酯等。 最常用：乙醇水,广泛应用于化合物的分离与富集工作中 如：苷类、糖类的分离 生物碱的精制 多糖、黄酮、三萜类化合物的分离。,4根据物质分子大小差异进行分离,透析法 超滤法 超速离心,（1）凝胶滤过法,（2）膜过滤技术,凝胶滤过法 gel filtration： 凝胶渗透色谱 gel permeation chromtography 分子筛滤过 molecula