天然药物化学：总论（2）-天然药物化学研究方法

1、天然药物化学的一般研究方法 （总论）1 第一节 天然化合物及生物合成简介 一、 天然化合物结构类型简介 1 糖类：单糖、低聚糖、多糖。 单糖是糖的基本单位；易溶于水,难溶于无水乙醇 低聚糖是由2-9个单糖脱水缩合而成,易溶于水,难溶于乙醇 多糖是由10个以上至上千个单糖脱水缩合而成,难溶于水或成胶体(失去单糖的性质) 2 苷类：为一类经水解后可产生糖和非糖两部分的化合物。非糖部分叫苷元。 苷具亲水性，苷元具亲脂性。 23 醌类化合物 游离醌类多易溶于乙醇、乙醚等有机溶剂,微溶或难溶于水,成苷后极性增大。 4 苯丙素类化合物 符合C6-C3结构的化合物。1)香豆素 游离:溶于沸水、甲醇、乙醇、乙

2、醚等。 结合:溶于水、甲醇、乙醇。2)木脂素 亲脂性,难溶于水。35 黄酮类化合物 游离:易溶于甲醇、乙醇、乙酸乙酯、乙醚等有机溶剂及稀 碱液中 结合:易溶于水、甲醇、乙醇、吡啶等极性溶剂中6 萜类和挥发油 萜类:符合(C5H8)n 通式的衍生物 挥发油：为一类可随水蒸气蒸馏出来的与水不相混溶的油 状液体的总称。具有香味或特殊气味的中药往往 都含有挥发油。 挥发油具亲脂性。单萜和倍半萜是挥发油的重要组成部分 黄酮ABCOO1234567812345647 生物碱 为一类存在于生物体内分子中含有氮原子的有机化合物的总称；一般具有碱性，可与酸成盐。 游离生物碱具亲脂性；生物碱盐具亲水性。8 甾体类

3、化合物 一类具有环戊烷骈多氢菲甾核结构的化合物 游离:亲脂性,难溶于水 结合:易溶于热水和稀醇,难溶于石油醚、苯、乙醚等亲脂 性溶剂 甾体皂苷的水溶液多具发泡性、溶血性及鱼毒性59 三萜类化合物 三萜皂苷在含水丁醇或戊醇中的溶解度较大,也具发泡性、溶血性及鱼毒性 10 鞣质 又称单宁或鞣酸，为一类分子较大、结构复杂的多元酚类化合物的总称。可与蛋白质结合成难溶于水的鞣酸蛋白。 鞣质为亲水性物质,可溶于乙醚和乙醇的混合溶剂。 鞣质水溶液能和重金属盐、蛋白质及多种生物碱形成沉淀6 二 天然化合物的主要生物合成途径 （一） 乙酸-丙二酸（AA-MA）途径 以乙酰辅酶A为起始物质，丙二酸单酰辅酶A起延伸

4、碳链的作用。通过这一途径能生成脂肪酸类、酚类、醌类等化合物。 1 酚和醌类这类物质的生物合成过程中只发生缩合反应。乙酰辅酶A直线聚合后再进行环合生成各种酚类化合物。 CH3-CO-S-CoA + 3 乙酰辅酶A 丙二酸单酰辅酶A CH3-CO-CH2-CO-CH2-CO-CH2-CO-Enz 上述多酮环合则生成各种醌类化合物或聚酮类化合物。7（二） 甲戊二羟酸（MVA）途径 起始物质为MVA，在ATP作用下，按如下路线合成：甲戊二羟酸（MVA）焦磷酸二甲烯丙酯 焦磷酸异戊烯酯 甲戊二羟酸5焦磷酸 萜类、甾类化合物均由这一途径生成。8 (三)莽草酸途径 具有C6-C3及C6-C1基本结构的化合物

5、由这一途径衍化生成。如苯丙素类、木脂素类、香豆素类等。 此途径由莽草酸通过苯丙氨酸，生成桂皮酸，再由桂皮酸生成各种苯丙素类化合物。现也被称为桂皮酸途径 。 以香豆素生合成简图示意本途径如下：莽草酸 苯丙氨酸 桂皮酸 香豆素9 (四) 氨基酸途径 大多数生物碱类成分由此途径生成。 氨基酸脱羧成为胺类, 再经过一系列化学反应(甲基化、氧化、还原、重排等) 生成各种生物碱。 (五)复合途径 许多二级代谢产物由上述生物合成的复合途径生成,即分子中各个部分由不同的生物合成途径产生。 如查耳酮类、二氢黄酮类化合物的A环和B环分别由乙酸-丙二酸途径和莽草酸途径生成，再在各种酶作用下生成黄酮。 一些萜类生物碱

6、分别来自甲戊二羟酸途径及莽草酸途径或乙酸-丙二酸途径。 10第二节 天然化合物的提取方法 重点：溶剂提取法的原理 化学成分的极性 常用溶剂极性大小顺序及提取溶剂的选择 常见的提取方法及应用范围。 常用三种方法：溶剂提取法、水蒸气蒸馏法、升华法 新方法还有超临界提取法。 11提取：指用选择的溶剂或适当的方法，将所要的成分溶解出 来并同中药组织脱离的过程。一 溶剂提取法（一） 提取原理： “极性相似相溶” 依据各类成分溶解度的差异，选择对所提成分溶解度大、对杂质溶解度小的溶剂，依据“浓度差”原理，将所提成分从药材中溶解出来的方法。 被提取成分的极性是选择提取溶剂最重要的依据。12（二） 提取溶剂及

7、溶剂的选择 1. 常用提取溶剂的分类与极性 1）分类：水类；亲水性有机溶剂；亲脂性有机溶剂。 2）极性大小： 水(H2O)甲醇(MeOH)乙醇(EtOH)丙酮（Me2CO） 正丁醇(n-BuOH)乙酸乙酯(EtOAc) 乙醚(Et2O)氯仿(CHCl3 )苯（C6H6)四氯化碳(CCl4) 石油醚(Pet.et) 环己烷 。极性：大 小 亲脂性：小 大 亲水性：大小13比水重的有机溶剂：氯仿与水分层的有机溶剂（亲脂性）：环己烷正丁醇与水可以以任意比例混溶的有机溶剂（亲水性）：丙酮甲醇极性最大的有机溶剂：甲醇常用来从水中萃取苷类、水溶性生物碱类成分的有机溶剂： 正丁醇水类还包括酸水、碱水；有机溶

8、剂间除甲醇和石油醚不互溶外，其它均互溶。 14 2. 提取溶剂的选择 1）提取溶剂的选择原则 （1）要对所提取成分溶解度大；对杂质溶解度小。 （2）要与所提取成分不起意外的化学变化。 （3）要廉价、易得、安全。 其中（1）是最主要的。 2）提取溶剂的选择 （1）水：为极性最大的溶剂，也最常用。可溶解苷类、生物碱盐、糖类、蛋白质、氨基酸、鞣质、小分子有机酸、有机酸盐、亲水性色素、无机盐。其中蛋白质不溶于热水。 缺点：易酶解苷类成分，且易霉坏变质。某些含果胶、粘液质类成分的中草药，其水提取液常常很难过滤。沸水提取时，中草药中的淀粉可被糊化，而增加过滤的困难。故含淀粉量多的中草药，不宜磨成细粉后加水

9、煎煮。15（2）亲水性的有机溶剂 以乙醇最常用。乙醇的溶解性能比较好。亲水性的成分除蛋白质、粘液质、果胶、淀粉和部分多糖等外，大多能在乙醇中溶解。 优点：应用范围广，易过滤，不霉变，易浓缩回收。 缺点：价高、不安全，需回流设备。（3）亲脂性的有机溶剂 这些溶剂的选择性能强，用于亲脂性成分的提取，如游离生物碱、苷元、挥发油等。 优点：提取专属性强，易回收浓缩。 缺点：价高、易燃、有毒，穿透性差；对设备要求高。16（三）提取方法 1 浸渍法：也叫冷浸法。 溶剂:多为水类或稀醇。 适于:成分遇热易破坏或含多糖较多的中药的提取。 缺点:浸出效果较差，水提取液易发霉，提取液体积大，浸 出时间长。 2 渗

10、漉法 各类溶剂均可。 此法由于溶液浓度差大，浸出效果好，且不破坏成分。 缺点为溶液体积大，时间长。 17 3 煎煮法：为中药水提取最常用的方法。 溶剂:水 优点:提取效率高 缺点:遇热破坏成分要注意。且含多糖多的成分过滤困难。 4 回流法 溶剂:有机溶剂加热提取。 优点:提取效率高。 缺点:受热易破坏成分不宜用,溶剂消耗量大，需回流设备，需几次提取方可提取完全。5 连续回流法 以索氏提取器回流提取。克服了回流法溶剂需要量大、需几次提取的缺点。缺点为提取时间长，受热破坏成分不能用此法。 18 二 水蒸气蒸馏法 适于具有挥发性、可随水蒸气蒸馏不被破坏，与水不反应、且与水分层的成分的提取。 中药中主

11、要用于挥发油、某些挥发性生物碱、少数挥发性蒽醌苷元、香豆素苷元的提取。 三 升华法 中药成分有少量具有升华性，如游离羟基蒽醌类成分，一些小分子香豆素类，有机酸类成分等。 19 四 超临界流体萃取法（SFE） 1 特点：与经典溶剂提取法比较，不用有机溶剂，而是选用 一种称为超临界流体（SF）的物质替代有机溶剂提取。 2 优点： 1）可在低温下提取，“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。203 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

12、的物质。4 常见的SF 其中最常用的为二氧化碳。 二氧化碳的特点：临界温度接近室温（Tc=31.3），临界压力也较低（Pc=7.37Mpa），无色、无毒、无味，不易燃，化学惰性，廉价，易制成高纯度气体。故在SFE中最常用。21 第三节：有效成分的分离与精制方法 有效成分的一般分离方法有： 溶剂法 沉淀 结晶 柱色谱 膜分离等方法 22一 两相溶剂萃取法 1 原理：利用混合物中各单体组分在两相溶剂中的分配系数（K）和分离因子（）不同而达到分离的方法。 分配系数 K=Cu/Cl Cu: 被分离物质在上相中的浓度(upper phase) Cl:被分离物质在下相中的浓度(lower phase) K

13、越大，则被分离物质在上相中居多，反之亦然23 =KA/KB KAKB KA: 分离物质A的K值 KB: 分离物质B的K值 100 一次萃取可基本分离 10100 10-12次萃取可基本分离 Rp-8Rp-2 流动相：甲醇-水，乙腈-水 极性大的成分先出来 键合相的作用并非只是分配，也有一定的吸附作用 高效液相色谱（HPLC）最常用的即是反相填料。 主要用于分离非极性及中等极性的各类分子型化合物。苷类成分特别适合用反相色谱法分离。38第四节 结构研究方法结晶纯度的判定结晶形态和色泽：单体化合物的结晶具有结晶形状均一和色 泽均匀的特点。熔点和熔距：单一化合物具有一定的熔点和较小的熔距，结 晶前后的

14、熔点应一致，熔距很窄，在12的 范围内。但要注意双熔点，如汉防己乙素、芫 花素及一些与糖结合的苷类化合物。色谱法：单一化合物在薄层色谱或纸色谱层析中经三种不同 的溶剂系统展开，均为一个斑点者。39结构研究中采用的主要方法 四大光谱: 紫外可见 红外 质谱 核磁共振（氢谱、碳谱）*40核磁氢谱1、化学位移：不同类型氢核所处化学环境不同，共振峰将分 别出现在磁场的不同区域。将待测氢核共振峰 位置与某基准物氢核共振峰所在位置进行比 较，求其相对距离，称之为化学位移。2、峰强 峰面积(阶梯式积分曲线高度)氢核数目3、峰数 1 磁不等同的氢核间发生自旋偶合而产生裂分（n+1） 2 偶合：偕偶、邻偶、远程偶合（W）； 偶合常数: J为一个定值 3 峰数表示：s、d、t、q、m、br.s41NOE（核的overhauser效应） 两个（组）不同类型质子位于相近的