挥发油的提取方法有水蒸气蒸馏法溶剂提取法压榨法吸收法超.ppt

第十章 萜类和挥发油的提取分离技术,案例导入,中国科学家屠呦呦因开创性地从中草药中分离出青蒿素应用于疟疾治疗获得2015年的诺贝尔生理学或医学奖。中药青蒿的研究始于1971年，屠呦呦带领研究团队经过很多次失败后，1971年9月，重新设计了提取方法，改用低温提取，用乙醚回流或冷浸，而后用碱溶液除掉酸性部位的方法制备样品。1971年10月4日，青蒿乙醚中性提取物在鼠疟药效及猴疟实验评价均显示抑制率达到100。青蒿乙醚中性提取物抗疟药效的突破，是发现青蒿素的关键。青蒿素是一种倍半萜内酯，是继乙胺嘧啶、氯喹、伯氨喹之后最有效的抗疟特效药，尤其是对于脑型疟疾和抗氯喹疟疾，具有速效和低毒的特点，曾被世界卫生组织称做是“世界上唯一有效的疟疾治疗药物”。,1. 青蒿素属于何种类型化合物？ 2. 采用何种方法能够有效提取得到青蒿素？,第一节 萜类化合物,一、概述 萜类化合物： 是异戊二烯的聚合物及其含氧衍生物的总称，是一类骨架庞杂、种类繁多、具有广泛生物活性的重要的天然药物化学成分。,异戊二烯,萜类化合物种类很多，从化学结构上看，其开链萜烯的分子组成符合通式（C5H8）n，异戊二烯大多是头尾相连的顺序聚合，其骨架一般以5个碳为基本单位，少数也有例外。 从生源上看萜类化合物的的生物合成途径中最关键的前体物质是甲戊二羟酸（mevalonic acid）。,萜的概念,萜类化合物,根据分子结构中异戊二烯单位的数目进行分类，如单萜、 倍半萜、二萜、二倍半萜、三萜等。 根据各萜类分子结构中碳环的有无和数目的多少，进一步 分为链萜、单环萜、双环萜、三环萜、四环萜等，例如链 状二萜、单环二萜、双环二萜、三环二萜等。 萜类多数是含氧衍生物，所以萜类化合物又可分为醇、醛、 酮、羧酸、酯及苷等萜类。,萜的分类,萜类化合物,萜类化合物的分布与分类,萜类化合物,1、单萜 （1）链状单萜,二、萜类的结构类型,罗勒烯,月桂烯,香叶醇,橙花醇,萜类化合物,二、萜类的结构类型及代表性化合物,（2）单环单萜,对-薄荷烷型,环香叶烷型,酚酮型,萜类化合物,（2）单环单萜,二、萜类的结构类型及代表性化合物,柠檬烯,西红花醛,驱蛔素,l-薄荷醇,萜类化合物,萜类的结构类型及代表性化合物,（3）双环单萜,樟脑,d-龙脑,萜类化合物,萜类的结构类型及代表性化合物,（4）环烯醚萜,环烯醚萜苷,环烯醚萜多具有半缩醛及环戊烷环结构，由于半缩醛C1-OH性质活泼，易与糖结合成苷，故环烯醚萜类化合物主要以苷的形式存在，并可根据其环戊烷环是否开环，分为环烯醚萜苷和裂环烯醚萜苷。,萜类化合物,裂环烯醚萜苷,栀子苷（gardenoside）、京尼平苷（geniposide）是清热泻火中药山栀子的主要 成分，京尼平苷有泻下和利胆作用。梓醇（catalpol）是地黄中降血糖作用的主要有效成分，并有较好的利尿及抗肝炎病毒的作用。,萜类的结构类型及代表性化合物,栀子苷,京尼平苷,梓醇,萜类化合物,金合欢烯存在于枇杷叶、生姜等的挥发油中；金合欢醇在金合欢花油、橙花油、香茅中含量较多，为重要的高级香料原料。,萜类的结构类型及代表性化合物,2、 倍半萜 （1）链状倍半萜,萜类化合物,（2）环状倍半萜,萜类的结构类型及代表性化合物,青蒿素（artemisinin）是从天然药物青蒿（黄花蒿，Artemisia annua）中分离得到的抗恶性疟疾的有效成分，是具有独特过氧结构的倍半萜内酯。从中筛选出抗疟效价高、低毒的双氢青蒿素，再进行甲基化，将它制成油溶性的蒿甲醚及水溶性的青蒿琥珀酸单酯，用于临床。,青蒿素,双氢青蒿素,萜类化合物,萜类的结构类型及代表性化合物,（3）薁类衍生物,愈创木薁,莪术醇,愈创木薁（guaiazulene）存在于桑科无花果根皮、兴安杜鹃的叶、母菊等挥发油中，具有抗炎和兴奋子宫的作用。莪术醇（curcumol）存在于莪术根茎的挥发油中，具有抗肿瘤活性。,萜类化合物,3、 二萜 （1）链状二萜 链状二萜类化合物在自然界存在较少，常见的只有广泛存在于叶绿素的植物醇，与叶绿素分子中的卟啉结合成酯的形式存在于植物中，可作为合成维生素E、K1的原料。,萜类的结构类型及代表性化合物,萜类化合物,（2）环状二萜,萜类的结构类型及代表性化合物,维生素A（vitamin A）主要存在于动物肝脏中，是保持正常夜间视力的必须物质,萜类化合物,穿心莲内酯（andrographolide）是爵床科植物穿心莲抗菌消炎的主要成分，临床用于治疗急性菌痢、胃肠炎、咽喉炎、感冒发热等，疗效确切，与亚硫酸钠在酸性条件下可制成穿心莲内酯磺酸钠，制备水溶性注射剂。,萜类的结构类型及代表性化合物,萜类化合物,紫杉醇（taxol）是红豆杉树皮中提取的具有八元碳环的二萜成分，用于卵巢癌、乳腺癌和肺癌治疗效果较好。,萜类的结构类型及代表性化合物,紫杉醇,萜类化合物,萜类的结构类型及代表性化合物,4、二倍半萜,二倍半萜（sesterterpenoids）是由5个异戊二烯单位构成，含有25个碳原子的一类化合物。与其它萜类相比，二倍半萜类化合物数量少，来自天然的二倍半萜主要分布在羊齿植物、植物病原菌、海洋生物海绵、地衣及昆虫分泌物中。其中海绵是二倍半萜的主要来源。,萜类化合物,萜类的结构类型及代表性化合物,5、三萜,三萜类（triterpenoids）是由6分子异戊二烯聚合而成，含30个碳原子的萜类化合物，主要为四环三萜和五环三萜。三萜类化合物在自然界分布广泛，是萜类化合物中最大的一类，多以游离状态或成苷、酯的形式存在。许多常用的天然药物中都含有三萜成分，如人参、甘草、三七、远志、麦冬、桔梗、柴胡、茯苓等。,萜类化合物,萜类的结构类型及代表性化合物,6. 四萜及多萜,四萜（tetraterpenoids）是由8个异戊二烯单位构成的链状脂溶性色素，广泛存在于植物界，主要以苷和酯的形式存在。最重要的是胡萝卜素类和类胡萝卜素类。多萜一般是指由8个或8个以上的异戊二烯单元头尾聚合而成的化合物。如弹性橡胶和杜仲胶。,萜类化合物,三、萜类的理化性质,1. 性状,低分子量的萜类化合物如单萜、倍半萜多为具有特殊香气的油状液体，具有挥发性，是挥发油的组成成分。分子量较大的萜类化合物为固体，多数可形成结晶，不具有挥发性。,2. 溶解性,萜类化合物多具亲脂性，难溶或不溶于水，易溶于有机溶剂，如乙醚、三氯甲烷、丙酮、甲醇、乙醇等。,萜类化合物,萜类的理化性质,3. 化学反应,加成反应 含有双键和醛、酮等羰基的萜类化合物，可与卤素、卤化氢、亚硝酸氯、亚硫酸氢钠和吉拉德试剂等发生加成反应，其产物往往为结晶。 氧化反应 不同的氧化剂在不同的条件下，能将萜类化合物中的不同基团氧化，生成各种氧化产物。 脱氢反应 脱氢反应通常在惰性气体的保护下，用铂黑或钯做催化剂，在200300将萜类成分与硫或硒共热而实现萜类成分的环状结构脱氢。,萜类化合物,第二节 挥发油 volatile oils,一、 概述,含义 挥发油（volatile oils）又称精油或芳香油，是指植物中一类具有芳香气味能随水蒸气蒸馏，与水不相混溶的油状液体的总称。,挥发油,挥发油的分布 挥发油广泛分布于植物界，在我国野生与栽培的芳香植物大约有56科136属约300种。如菊科（苍术、白术、佩兰等）、芸香科（橙皮、降香、柠檬等）、伞形科（川芎、小茴香、当归、柴胡等）、唇形科（薄荷、藿香、香藿、紫苏、荆芥等）、樟科（樟木、肉桂等）、木兰科（厚朴、八角茴香、辛夷等）、姜科（姜、姜黄、莪术、山柰等）等。,一、 概述,挥发油,存在部位 挥发油存在于植物的腺毛、油室、油管、分泌组织或树脂道中。 大多数呈油滴状存在，有些与粘液质、树脂相伴，少数以苷的形式存在，如：冬绿苷。 含量：一般在1%以下，也有少数含油量在10%以上，如丁香含丁香油高达14%21%。,一、 概述,挥发油,生物活性 祛风解表活性：如薄荷油中的薄荷醇、薄荷酮等成分 止咳平喘活性：如牡荆、满山红、小叶枇杷挥发油等 抗癌活性：如莪术挥发油 降血压活性： 如檀香、松节挥发油 活血镇静活性： 如当归、川芎挥发油 行气开胃活性 ： 如砂仁、豆蔻、小茴香挥发油等,一、概述,挥发油,挥发油所含有的化学成分比较多，是一种混合物， 其组成主要包括下面几类： 1. 萜类化合物 挥发油中的萜类成分，主要是单萜、倍半萜及其含氧衍生物，而含氧衍生物多具有较强的生物活性或芳香气味，前面讨论的单萜及倍半萜类化合物，除它们的苷、内酯衍生物等外，几乎在挥发油中均有存在。,二、挥发油的组成与分类,挥发油,2. 芳香族化合物 为一些小分子的芳香族成分，大多是具有C6-C3骨架的苯丙烷类衍生物，如桂皮油中的桂皮醛、丁香油中的丁香酚、茴香油中的茴香脑等。,挥发油的化学组成与分类,丁香酚,茴香脑,桂皮醛,挥发油,3. 脂肪族化合物 在挥发油中也存在某些小分子脂肪族化合物，如正癸烷，癸酰乙醛（鱼腥草素）等。 4. 其他类化合物 鱼腥草素 除以上三类化合物外，还有一些能通过水蒸气蒸馏得到的挥发油样物质，如大蒜油、芥子油、挥发杏仁油等，也将其称之为“挥发油”。,挥发油的化学组成及分类,挥发油,三、挥发油的理化性质,1. 状态： 大多为无色或微黄色透明油状液体，少数呈特别的颜色，如麝香草油显红色，苦艾油显蓝绿色等。 脑： 挥发油中含量高的成分，在低温条件下，能以 固体状态析 出，这种析出物称 “脑”，如薄荷脑、樟脑、龙脑等。 脱脑油： 滤除析出物后的挥发油称“脱脑油”或“素油”，如薄 荷油脱脑后的油称薄荷素油，其中薄荷醇含量仍有50 左右。,挥发油,挥发油的理化性质,2. 挥发性：挥发油在常温下滴在纸上可自行挥发而不留 下任何油迹，此点与脂肪油有着明显差异。 3. 气味：大多具有香气或其他特异气味，有辛辣 烧灼的 感觉。挥发油的气味是其品质优劣的重要标志。 4. 颜色：多数挥发油为无色或淡黄色的透明油状液体，有 些挥发油因含奥类化合物或色素而有颜色，如： 洋甘菊油呈蓝色。,挥发油,4. 溶解性： 难溶于水而易溶于亲脂性有机溶剂，在高浓 度乙醇中全溶，在低浓度乙醇中只能溶解部分。 5. 稳定性： 挥发油经常与空气、光线接触会逐渐氧化变质（树脂化），使挥发油比重增加，粘度增大， 颜色变深，因此挥发油应装入棕色瓶内低温保存。,挥发油的理化性质,挥发油,6. 挥发油的物理常数 挥发油是混合物，无确定的物理常数，但挥发油中各组成成分基本稳定，因此其物理常数有一定的范围。折光率、比旋度、相对密度等物理常数是检查挥发油的重要依据。 挥发油的折光率一般在1.431.61之间；比旋光度在+97+117范围内；相对密度在0.8501.065之间；挥发油沸点一般在70300之间。,挥发油的理化性质,挥发油,挥发油的理化性质,化学常数,酸值 挥发油中游离羧酸和酚类成分含量的指标。以中和1g挥 发油中游离酸性成分所消耗氢氧化钾的毫克数表示。,酯值 挥发油中酯类成分含量的指标。以水解1g挥发油中 所含酯所需要氢氧化钾的毫克数表示。,皂化值 挥发油中所含游离羧酸和酚类成分和结合态酯总量的 指标。以中和并皂化1g挥发油中含有的游离酸性成分与 酯类所需氢氧化钾的毫克数表示。实际上皂化值是酸值 和酯值的总和。,挥发油,稳定性 挥发油长时间与空气、光线接触，会逐渐氧化变质，导致密度增大，颜色加深，失去原有香气，并形成树脂样物质，不能再随水蒸气蒸馏，故挥发油应贮存于棕色瓶内并在阴凉低温处保存。,挥发油的理化性质,挥发油,四、 挥发油的提取与分离,（一）提取 【提取方法】 挥发油的提取方法有水蒸气蒸馏法、溶剂提取法、压榨法、吸收法、超临界流体萃取法及微波萃取法等，其中以水蒸气蒸馏法最为常用。,挥发油,挥发油的提取,1. 水蒸气蒸馏法 利用挥发油的挥发性和与水不相混溶的性质进行提取。在加热过程中，当挥发油和水两者蒸气压之和与大气压相等时，挥发油即可随水蒸气蒸馏出来。 水蒸气蒸馏法：将水蒸气通入待提取的药材中，使挥发油和水蒸气一起蒸出。 可避免过热或焦化，但设备稍复杂。 共水蒸馏法：将粉碎好的药材放入蒸馏器中，加水浸泡，直火煮沸，使挥发油 与水蒸气一起蒸出。方法简单，但受热温度高，有可能会使挥发油 温度升高，影响产品质量；,挥发油,2. 溶剂提取法 使用有机溶剂如乙醚、石油醚对含挥发油的药材进行回流提取或冷浸，提取液经蒸馏或减压蒸馏除去溶剂，即得含有挥发油的浸膏。此法提取得到的挥发油含杂质较多，原料中的其他脂溶性成分如树脂、油脂、蜡等也同时被提取出来。,挥发油的提取,挥发油,3. 压榨法 适用于挥发油含量较高的新鲜植物药材，如柠檬、橘、橙、柚子等的果皮经直接压榨，榨出液离心分层，即得挥发油粗品。 优点是在常温下进行，所得挥发油保持原有的新鲜香味，但不足之处是产品不纯，含有水分、黏液质、色素、细胞组织等杂质，且挥发油并不能完全压榨出来，提取不完全。通常将压榨后的药材再进行水蒸气蒸馏，使挥发油提取完全。,挥发油的提取,挥发油,挥发油的提取,4. 超临界流体萃取法 此法与其它挥发油的提取方法比较，具有防止氧化、热解、无残留溶剂、提取效率高、所得挥发油品质高、芳香纯正等优点。如紫苏中特有的香味成分紫苏醛，紫丁香花中的独特香味成分，均不稳定，易受热分解，采用二氧化碳超临界流体提取所得芳香挥发油气味与原料相同，明显优于其他方法。,挥发油,挥发油的提取,5. 吸收法,油脂一般具有吸收挥发油的性质，往往利用此性质提取贵重的挥发油，如玫瑰油、茉莉花油等。此法在室温下使用特制的脂肪（无臭豚脂3份与牛脂2份的混合物）吸收挥发油，所得挥发油保持原有芳香气味，纯度高，但耗时长，操作麻烦。,6. 微波萃取法,近年发展的从天然产物中提取香料的一种新技术。微波萃取法是以微波辐射作为热原进行提取，具有设备简单、提取效率高和提取时间短等优点，有利于热敏性成分提取。但该技术也存在不足之处，如提取成品的组成不稳定，同时挥发性成分随萃取时间延长而逐步散失。,挥发油,（二）挥发油的分离,1、冷冻结晶法 将挥发油置于020下放置，使含量高的成分析出结晶（脑），即可将脑与挥发油中的其他成分分离，得到结晶，再经重结晶可得纯品。 优点：操作简便。 缺点：分离不完全。,挥发油,挥发油的分离,2. 分馏法 挥发油的组成成分由于类别不同，它们的沸点也有差别，故可采用减压分馏法初步分离。所得的每一馏分再进一步精馏或结合冷冻、重结晶、色谱等方法，可得到单一成分。,挥发油,挥发油的分离,沸点高低与分子量、双键数目及位置、含氧功能基极性有关： （1）倍半萜 含氧单萜 单萜烯烃 半萜 （2）单萜中：三烯 二烯 一烯 （3）含氧功能基极性：醚酮醛醇羧酸 酯比相应的醇沸点高,挥发油,1. 低沸点馏程（35 -70）的馏分，为单萜烯类。 2. 中沸点馏程（70-100 ）的馏分：单萜烯含氧衍生物。 3. 高沸点馏程（100-140 ）为倍半萜及其含氧衍生物。,挥发油的分离,挥发油,3. 化学法 根据挥发油各组成成分结构或官能团的不同，选择合适的化学方法进行处理，使各成分达到分离的目的。,挥发油的分离,挥发油,挥发油,挥发油的分离,（1） 碱性成分的分离,挥发油,酸水层,溶于乙醚，1硫酸或盐酸萃取,碱化，用乙醚萃取,乙醚层,除去乙醚,碱性成分,乙醚层（1）,挥发油,挥发油的分离,（2） 酸性及酚性成分的分离,乙醚层（1）,碱水层,5的碳酸氢钠萃取,酸化，用乙醚萃取,乙醚层,除去乙醚,酸性成分,乙醚层,2的氢氧化钠萃取,碱水层,酸化，用乙醚萃取,乙醚层,除去乙醚,酚类或其他弱酸性成分,乙醚层（2）,挥发油,挥发油的分离,（3） 醛酮成分的分离 常用亚硫酸氢钠或吉拉德（Girard）试剂，使亲脂性的羰基化合物（醛、酮成分）转变为亲水性的加成物而分离。 亚硫酸氢钠只能与醛类和部分酮类成分形成加成物； 吉拉德试剂则对所有含羰基化合物都适用。,挥发油,挥发油的分离,（3） 醛酮成分的分离,乙醚层（2）,加30%40%NaHSO3或Girard试剂 低温短时间振摇萃取,沉淀或水层,乙醚层（3）,加酸或碱分解加成物，乙醚萃取,乙醚层,除去乙醚,羰基化合物,水层,挥发油,挥发油的分离,挥发油,挥发油的分离,挥发油,挥发油的分离,挥发油,挥发油的分离,（4）醇类成分的分离,乙醚层