武汉大学天然产物的提取详解演示文稿

1、武汉大学天然产物的提取详解演示文稿1第一页，共四十一页。（优选）武汉大学天然产物的提取2第二页，共四十一页。 研究的意义和必要性金鸡纳(Cinchona)是茜草科属木本植物的总称，因其用于疟疾治疗而受到重视。金鸡纳中含有30多种生物碱，多为奎宁及其奎宁类衍生物。奎宁用于治疗和预防各种疟疾。也有兴奋子宫，抑制心肌和解热镇痛作用。由于提取单一，并且容易种植得到广泛得重视。是治疗疟疾的主要药物之一。 3第三页，共四十一页。奎宁在药物方面的副作用，使得它在药物方面发展受到挫折。近年来，人们在尝试着用奎宁及其类衍生物作为分子印记，制备其它化合物，并且在这方面有很大的潜力。 4第四页，共四十一页。奎宁的历

2、史（一）奎宁是从金鸡纳树皮中提取出来的一种生物碱，曾是治疗疟疾的主要药物。它的发现还有一段曲折的故事呢。很久以前，秘鲁流行疟疾，很多人因此丧生，但有一个印第安人部落却很少患疟疾，偶尔有人患了疟疾，他们也能很快治愈。原来，他们习惯用一种树叶浸水代茶饮。一旦有人患了疟疾，他们用那种树的皮研末冲服，就能很快治愈。因此，他们把那种树奉为“生命之树”，并对外严守机密。首领规定，谁向外泄露了这个秘密，就要杀头。奎宁是如何发现的 刘国应 家庭医生报 2005 8 5第五页，共四十一页。17 世纪，秘鲁总督、西班牙人康托伯爵的夫人安娜染上了疟疾，生命垂危。安娜的女仆人祖玛正来自那个印第安部落。眼看着自己的女主

3、人将被疟疾夺去生命，祖玛心里非常难过。于是，她偷偷地把那种树皮粉掺到安娜的食物中。不巧的是，她刚用了几次，就被伯爵发现了。伯爵以为祖玛要毒死他的妻子，决定烧死她。可怜的祖玛有口难言，只好等待死亡的降临。就在这危急的关头，安娜的病却痊愈了，祖玛因此而得救。打那以后，西班牙人才知道那种树皮能够治疗疟疾。因为安娜的全名叫安娜*金鸡纳，故植物学家就将那种植物取名为“金鸡纳”树。6第六页，共四十一页。奎宁的历史（二）18 世纪初，瑞典科学家来到秘鲁，把金鸡纳种子带回本国种植，并从树皮中提取出一种抗疟疾的有效成分奎宁（“奎宁”是秘鲁语树皮的音译）。300 年来，奎宁在全球究竟挽救了多少病人的生命现已无法计

4、算。直到现在，它仍应用于临床。奎宁是一种抗疟药,能抑制或杀灭良性疟(间日疟、三日疟)及恶性疟原虫的红内期,能控制疟疾症状,有解热、子宫收缩作用。奎宁是如何发现的 刘国应 家庭医生报 2005 87第七页，共四十一页。金鸡纳树来自百度图吧及/ias/database/Cinchonapubescens.html8第八页，共四十一页。奎宁的结构化学名：6-甲氧基-a-(5-乙烯基-2-奎宁环基)-4-喹啉甲醇；英文名：6-Methoxy-a-(5-vinyl-2-quiniclidinyl)-4-quinoline methanol. 9第九页，共四十一页。奎宁的种植源产地：南美洲现主要产地：印尼

5、、印度、我国台湾、海南岛和云南等地也有出产。坦桑尼亚、赫勒那、法属波利尼西亚、加拉帕格斯群岛、夏威夷该植物可以提炼抗疟疾药物奎宁，通过风传播种子，生长在海拔300-3000米的范围内。生长迅速，能快速占领没有树木的土地。草丛和灌木的生物多样性迅速衰减，只有少数植物能在奎宁树下生长。 /ias/database/Cinchonapubescens.html10第十页，共四十一页。金鸡纳树品种(1)黄金鸡纳(C.calisaya Wedd.) 原产秘鲁南部和波利维亚海拔1,050-1,500米的原始森林。可产厚而白的黄金鸡纳树皮或秘鲁树皮。第二次世界大战时收集的野生种可产奎宁3.3%-5.3%，可

6、结晶的植物碱总量占4.5-6.2%，最好的达7.14 %.(2)莱氏金鸡纳(C.Ledgeriana Mo-ens ex. Trenlen) 可能是高产的黄金鸡纳树的变种，也有人认为是黄金鸡纳、红金鸡纳的杂交种，栽植最普遍。可产奎宁14-16 %(3)红金鸡纳(C. succirubra Pav.ex. Klotzscli.) 树皮奎宁含量较低，属于最易栽植和抗性最强的一种，在印尼用作砧木。故一般选取莱式金鸡纳树作为原料。 国外金鸡纳的生产概况 魏美庆李元氏编译11第十一页，共四十一页。奎宁的性质又名金鸡纳霜，鸡纳碱。白色颗粒状或微晶性粉末，微风化性。无臭，味微苦。熔点173177。微溶于水和

7、甘油，易溶于乙醇，氯仿，溶于稀酸、稀氨水中。为金鸡纳树皮中存在的主要生物碱。可由其树皮中提取或者以间羟基苯甲醛与2-氨基乙醛为原料制得。奎宁为二元碱，其中奎核碱上的氮原子的碱性较强(pka=8.8)，而奎啉环的氮原子碱性较弱(pka=4.2)。临床上使用的盐有两种，即硫酸盐和二盐酸盐，硫酸盐难溶于水，多制成片剂。二盐酸盐水溶性大，可制成注射剂。药物化学 尤启冬、彭司勋 化学工业出版社 12第十二页，共四十一页。奎宁的药效奎宁是喹啉类衍生物，能与疟原虫的DNA结合，形成复合物，抑制DNA的复制和 RNA的转录，从而抑制原虫的蛋白合成，作用较氯奎为弱。另外，奎宁能降低疟原虫氧耗量，抑制疟原虫内的磷

8、酸化酶而干扰其糖代谢。奎宁也引起疟色素凝集，但发展缓慢，很少形成大团块，并常伴随着细胞死亡。在血液中，一定浓度的奎宁可导致被寄生红细胞早熟破裂，从而阻止裂殖体成熟。不能根治良性疟，长疗程可根治恶性疾，但对恶性疟的配子体亦无直接作用，故不能中断传播。奎宁对心脏有抑制作用，延长不应期，减慢传导，并减弱其收缩力。13第十三页，共四十一页。药动学口服后吸收迅速而完全。蛋白结合率约 70。吸收后分布于全身组织，以肝脏浓度最高，肺、肾、脾次之，骨骼肌和神经组织中最少。一次服药后 l3小时血药浓度达到峰值，T1/2为 8.5小时。奎宁于肝中被氧化分解，迅速失效，其代谢物及少量原形药(约 10)均经肾排出，服

9、药后 15分钟即出现于尿中，24小时后几乎全部排出，故奎宁无蓄积性。 14第十四页，共四十一页。奎宁的现状及发展趋势副作用当每日用量超过1g可出现金鸡纳反应：为恶心、呕吐、头痛、耳鸣、视力及听力减退。亦可引起皮疹、哮喘、血管神经性水肿、瘙痒等过敏性反应。 Background In children with falciparummalaria, quinine administered rectally may be easier to use and less painful than intramuscular or intravenous administration. However

10、, it may be less effective. COCHRANE DATABASE OF SYSTEMATIC REVIEWS (1): Art. No. CD004009.pub2 200515第十五页，共四十一页。We detected no difference in the effect on parasites and clinical illness for intrarectal quinine, but most trials were small. Pain may be less with intrarectal quinine. Further larger tr

11、ials, in patients with severe malaria and in adults, are required before the intrarectal route can be recommended由于青蒿素需求存在刚性，在世界卫生组织的大力推动下，奎宁可能在2008年将全部停用 。要使奎宁更有竞争力度，必须使它在副作用方面得到改善。也可以奎宁和其他药物（如四环素）的复方的结合，其效果对恶性疟原虫十分有效。16第十六页，共四十一页。主要成分奎宁的主要成分就是左边所示6-甲氧基-a-(5-乙烯基-2-奎宁环基)-4-喹啉甲醇；17第十七页，共四十一页。生物碱的提取方法

12、* 由于各种生物碱的结构不同，性质各异，提取分离方法也不尽相同，主要是根据生物碱的溶解度而定。生物碱大都能溶于氯仿、甲醇、乙醇等有机溶剂，除季铵碱和一些分子量较低或含极性基团较多的生物碱外，一般均不溶或难溶于水，而生物碱与酸结合成盐时则易溶于水和醇。基于这种特性，可用不同的溶剂将生物碱从中药中提出，常用的提取溶剂有下列3种：18第十八页，共四十一页。（1） 非极性溶剂：样品先用10%氢氧化铵溶液湿润，使中草药中与酸结合成盐的生物碱呈游离状态，然后用氯仿或乙醚等提取，一些与酸结合比较稳定的生物碱盐类和鞣酸盐或碱性较强的生物碱盐等，氢氧化铵不能将其完全分解，可用碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钙或氧化镁，

13、甚至氢氧化钠碱化，这个方法的缺点是不能提出水溶性生物碱。 （2） 极性溶剂：极性较大的生物碱可用中性甲醇、乙醇、酸性甲醇、乙醇、酸水（常用0.1%1%盐酸、硫酸、乙酸、酒石酸等）以及缓冲液等进行提取，该方法较简便，但提出的杂质较多，需进一步净化。 19第十九页，共四十一页。 （3） 混合溶剂：用不同极性的溶剂按不同比例混合，可以较好地进行提取，如麦角用氯仿：甲醇：氢氧化铵（90:9:1），百部、粉防已用乙醚氯仿：乙醇：10%氢氧化铵溶液（25:8:25:1）等水溶性生物碱还可采用与生物碱沉淀试剂如雷氏盐（硫氰化铬铵）、磷钨酸等生成不溶的复盐而从水溶液中析出。生物碱与雷氏盐生成的沉淀可溶于丙酮，

14、再通过阳离子交换树脂，用氢氧化铵洗脱即得游离的生物碱，生物碱与磷钨酸生成的沉淀可与固体碳酸钾研磨使干燥，再用无水乙醇热提。20第二十页，共四十一页。实际上，每种分析法的建立都要对上述三类溶剂作比较，以优选出最佳提取溶剂。 生物碱的提取方法，常用的有冷浸、渗漉、超声波、索氏提取、热回流提取，由于中药分析所涉及到的大部分内容是有机化合物微量分析，故需要的样品量很少，因此，实际上是少量样品与大量提取溶剂，加上样品又经粉碎过筛，常常冷浸提取液中被测组分浓度与提取液中粉碎的样品内所含被测组分相当，即能提取完全。为了使提取更完全，也常常对上述方法进行组合如冷浸-渗漉，冷浸-超声波，冷浸-索氏提取，冷浸-热

15、回流提取，因冷浸、冷浸-超声波提取操作简便，故使用较多，必要时，要对上述方法作比较，以优选出最佳提取方法。*植物化学 高锦明 科学出版社 200321第二十一页，共四十一页。工艺详尽流程*（一）22第二十二页，共四十一页。工艺详尽流程*（二）*天然产物 化学工业出版社 2000年23第二十三页，共四十一页。主要成分的提取之传统方法*1.金鸡纳粉的处理 用锤磨机磨碎树皮，将所得的金鸡纳粉和石灰及碱放入拌合机处理24小时后，这种混合物就可以提炼生物碱。2.生物碱得提炼 把混合物、重油和水放入倾斜的蒸煮锅中煮沸、搅拌，而后将重油滗析（通过把固体物质挡住从而将液体倒掉,这种从液体中分离固体的方法称为滗

16、析.）出来，趁热过滤，任其冷却以使生物碱水化物沉积。回收得重油可以下次使用。生物碱水化物经稀硫酸溶解而变成酸式硫酸奎宁。把这种混合物煮沸，用蒸汽射流搅拌，经澄清和滗析后，再用虹吸管将酸式硫酸奎宁溶液吸出，并过滤。这样提炼一次需要三天。 *国外金鸡纳的生产概况 魏美庆李元氏编译24第二十四页，共四十一页。3.中和和沉淀 已知热的硫酸奎宁经涡轮式搅拌机搅拌，用氢氧化钠溶液中和而成粗碱性硫酸奎宁，然后加动物炭黑脱色。这种粗碱性硫酸奎宁热溶液，经毛织物滤袋，装入容器冷却、沉淀，然后脱水、净化和干燥。25第二十五页，共四十一页。主要成分提取之超声波提取奎宁 超声波是一种高频机械波。在有机物降解和天然物的

17、有效成分提取等方面已有一定应用。超声波提取速度快，已被许多中药分析过程选为供试样品处理的手段。不过，超声作用的时间和强度需要一系列实验来确定。 金鸡纳树皮粉、碱液为溶剂、甲苯等混合，在26kHz，20W/cm2超声波下进行反应15min-30min，关于准确数据还要实验待定该方法现在还是有些不是很成熟！所以该方面的论文暂时还很少！26第二十六页，共四十一页。相似方法（一）*金鸡纳树皮粉，加碱液碱化后，加甲苯提取完后，甲苯液浓缩，用硫酸液萃取后，调PH至六点五，硫酸奎宁沉出来了，过滤得到硫酸奎宁粗品。重结晶得到硫酸奎宁精品。 但滤液里还含有其它三个重要生物碱，辛可宁，奎尼丁，辛可尼丁。27第二十

18、七页，共四十一页。相似方法（二）*取干燥的金鸡钠树皮粉碎，用消石和烧碱水溶液湿润，然后用乙醇浸泡提取。乙醇提取液加硫酸调pH至6-6.5，减压蒸发浓缩，同时回收乙醇。浓缩液经硫酸；烧碱处理，活性炭脱色，结晶得到粗品，再经精制而得成品。对干燥金鸡纳树皮计，总收率为2%。*化工辞典 第四版 王箴 主编 化学工业出版社28第二十八页，共四十一页。分离方法*（一）层析条件：层析柱Bondapak C18，30cm*4mm,流动相甲醇-水-醋酸(25:75:1)分离辛可宁和辛可宁定时则用(20:8:1)。压力3000psi（磅/平方英寸 ），流速1.5ml/分，紫外检测器254nm。*金鸡纳生物碱药物的

19、反相高效液相层析法 Johoston MA J Chromatogr 1980,189(2);24129第二十九页，共四十一页。测定方法：精密称取硫酸奎尼丁20片的重量，研成细粉，再称取大约相当于50mg硫酸奎尼定的细粉于100ml量瓶中，加一定量甲醇-水-硫酸（80：20：1），摇荡15分钟后，稀释至刻度。吸取此液10ml于50ml量筒中，加内标液（100mg茶碱溶于100ml流动相混合液中）5ml，然后用上述溶剂稀释至刻度，取此溶液进行高效液相层析，由内标法求的含量 *金鸡纳生物碱药物的反相高效液相层析法 Johoston MA J Chromatogr 1980,189(2);24130

20、第三十页，共四十一页。上述文章的实验一般需要三十分钟，本来这篇文章附录金鸡纳生物碱的分离层析图谱，但由于文献是1981年的，查了很多资料都没有找到。Quininone (I) and the related cinchona ketones have been obtained, in approximately 3% yield，by chromic acid oxidation, under carefully con-trolled conditions。JOURNAL OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY31第三十一页，共四十一页。分离方法（二）MIP-HP

21、LC（高效液相色谱）固定相的应用Malsui：金鸡钠碱作印迹分子。2-（三氟甲烷）丙烯酸为单体，分离出金鸡尼丁、金鸡宁、奎宁、奎尼丁。有关这方面的研究文献报道不是很详细，仅在有的文献中稍微提及，但这也会给我们在以后研究奎宁的分离提供很好的依据，而且发展前途良好！32第三十二页，共四十一页。分析方法*钒酸铵的浓硫酸溶液Mandeline缓冲液奎宁显示橙色*植物化学 高锦明 科学出版社 2003年关于分析方法，我觉得其实应该有更好的分析方法，这里只呈现一条分析检测得方法。下面是一外文关于奎宁的分析33第三十三页，共四十一页。测定The composition of a mixture of qui

22、nine (or quinidine) andcinchonine (or cinchonidine) can be determined accurately fromthe optical density at 316 and 348 nm of a solution of the mixturein 0.1 n hydrochloric acid. A mixture of all four alkaloids behaves spectrophotometrically as a simple two-component mixtureand the quinine plus quin

23、idine and the cinchonine plus cinchonidine content of the mixture can be determined in the same way. The spectrophotometric method is also applicable to theanalysis of mixtures containing the so-called amorphous cinchona alkaloids. A simple, rapid method for the determination of the total alkaloids

24、in cinchona bark, based on this fact, may be used to determine the total alkaloid content and the amount of quinine-type alkaloids in the bark. The latter value should be a reasonably reliable estimate of the quinine content.34第三十四页，共四十一页。结果35第三十五页，共四十一页。市场调研（一）由于奎宁在副作用方面一直是令医学界头痛得问题，它的副作用在生活中越来越多，使

25、得人们开始寻找可代替的药物.要使奎宁的市场占有率得到提高，必须改进药物主要作用点，即可以采用配合使用药物（奎宁和四环素的复方的结合）。而且可以在催化等方面或者其他方面加强奎宁的应用率。36第三十六页，共四十一页。市场调研（二）青蒿素的出现* 奎宁的化学结构复杂，欲以人工方式合成的作法似乎不切实际。但是，多种简单的抗疟药在二次世界大战期间已开始生产，而寻找新抗疟剂的工作也不断地进行。其中较具代表性的化合物是氯喹、扑疟喹啉、甲氟喹啉，它们都有喹啉环，但此单元结构并非呈现药性所必须。氯喹曾被广泛使用，只是对它有抗药性的疟原虫已相当多。甲氟喹的优点是效期长，在血浆中的半衰期有 16 天，病人每周服一粒药丸即可。而恶性疟疾原虫最难对付，好在青蒿中发现的青蒿素可扑灭它，加上效果佳又无毒，已被视为抗疟新武器。 *青蒿素提取技术研究进展 李子颖 李士雨 齐向娟 中药研究与信息 2002 4（2）37第三十七页，共四十一页。经济技术分析 有关经济技术分析数据还不是很详细。由于奎宁药效的副作用的出现，使得更多的业内人士开始寻求新的可以代替奎宁的药物（青蒿素等），在这方面使得奎宁作为抗疟药物的使用得到限制。但根据有关文献奎宁作为分子印记*、催化剂载体*