天然药化课件

天然药物化学Medicinal

ChemistryofNaturalProducts主讲教师：梁菊Tel-Mail:liangju0103@163.com参考教材天然药物化学（第2版）宋晓凯化学工业出版社中药化学（第6版）肖崇厚上海科学技术出版社吴立军主编.《天然药物化学习题集》人民卫生出版社，第3版吴立军主编.《天然药物化学实验指导》人民卫生出版社，第3版

第一章总论第一节绪论第二节生物合成第三节提取分离方法第四节结构研究法化学成分结构特点理化性质提取分离方法结构鉴定方法生物合成途径第一节绪论（二）研究内容（三）主要研究对象

世界范围中

国河南

高等植物13~15万种，其中药用植物约14500种以上。

我国自然资源丰富，植物品种繁多，其中药用植物11118种，常用5000余种。

中药资源种类1,963种，是“四大怀药”（怀地黄、怀山药、怀牛膝、怀菊花）和金银花、桐桔梗等道地药材的生产基地，具有较大规模。1.植物药第一节绪论3.海洋生物

海洋占整个地球的表面积的71%，蕴藏着极其丰富的生物资源，是展现在人类面前的巨大天然库，现在已成为研究的热点。5种海洋药物获准上市（藻酸双酯、甘糖酯、河豚毒素、多烯康、烟酸甘露醇）。4.微生物5.动物（牛黄、鹿茸、麝香、蛇胆----）6.矿物药（石膏、滑石、雄黄、白矾、胆矾、黄降汞----）2.民族药

我国有56个兄弟民族，其中少数民族55个，民族药是中国传统医药学的重要组成部分。如：藏、蒙、维药、…….等约有3700余种。曾毓麟主编：

《中国民族药志》第一节绪论

2.有效部位（ActiveExtracts）

指与有效成分结构相似、理化性质相近的一类化合物的总称.如：总生物碱、总皂苷或总黄酮等。

3.无效成分（AnactiveConstituents）

与有效成分共存的其它天然药物成分

4.杂

质

**注释：辩证理解上述术语的相互关系。小蘗碱（Berberine）二、相关的术语1.有效成分（ActiveConstituents）

单体化合物：1）

能用分子式和结构式表示2）

具有一定的理化常数3）

具有生理活性4）代表该天然药物的临床疗效中药麻黄：有效成分-左旋麻黄素有效部位-总生物碱无效成份-挥发油杂质-淀粉、树脂、叶绿素第一节绪论四、天然药化研究发展趋势(一)化学结构研究

1.快速morphine发

现确定结构人工合成Reserpine提取分离:1804-1806提出结构:1925人工合成:19521952-1956第一节绪论(二)研究方向的重大转变病理模型动物模型细胞水平分子水平(四)注重结构改造和仿生合成1)解决植物活性成分含量偏少2)合理保护药用资源1.活性成分研究转向微量、水溶性、大分子成分2.由单纯化学转向生物活性成分研究3.由单味中药转向复方中药4.生物活性检测转向分子水平(三)组织培养第一节绪论六、学习《天然药物化学》方法（一）基本骨架类型及其结构特征

1.基本骨架2.主要活性化合物（二）各类成分的理化性质

1.共性1)鉴别反应(1)沉淀反应(2)显色反应2)溶解性3)酸碱性2.特性（三）各类成分的提取分离方法

1.利用溶解度不同2.利用酸碱性不同3.利用层析分离法(分配\吸附\排阻\离子交换)（四）各类成分的结构测定方法

1.各类成分的主要化学反应2.主要成分的波谱特征(紫外\红外\核磁\质谱)第一节绪论七、天然药化发展简史古代发达与文明的发祥地尼罗河底格里斯--幼发拉底河埃及希腊印度河黄河中国印度第一节绪论㈠国际发展史1.天然药物化学的建立与形成1769酒石酸(酒石)1775苯甲酸(安息香)1780乳酸(酸乳)

苹果酸(苹果)

没食子酸观点2:“植物中有机酸的研究促成有机化学及植物化学的形成”1773尿素舍勒(K.W.Sheller)柏格曼(Bargmann)1812瑞香苷1830苦杏仁苷观点1:“植物中只有酸性物质”卢勒(Rouelle)1776尿酸第一节绪论观点3.“生物碱的研究是天然药物化学发展的开端。”

1805吗啡(鸦片)斯托勒(Sertürner)1818士的宁碱1820咖啡因1820喹宁1828尼古丁1831阿托品1833乌头碱morphine第一节绪论

2.天然药物化学的兴衰

1）合成药物的工业化生产制约了天然药物化学研究

二十世纪：三十年代

磺胺药(1935)

四十年代

盘尼西林的使用

五十年代

形成了新药上市的黄金时代

2）药害震惊全球Thalidomide西德1956年出售镇静药“反应停”－肽胺哌啶酮到1962年就引起数千例畸胎。第一节绪论（二）国内发展史

1.古代“本草化学”的实践经验和发现阶段

1）冶金的实践

古代的“冶金术”、“炼丹术”、“点金术”创造了许多实验方法，开拓了化学研究途径。上古时代就有金、银、铜、铁、锡、铅、汞、硫、碳等元素的记载，而：宋应星著：《天工开物》记载有锌的冶炼和氧化锌的制备

明崇祯十年(1637年)

我国明确记载锌的冶炼，其后经印度传至西欧。第一节绪论

黄降汞(HgO)、白降汞[Hg(NH2)Cl]软膏、甘汞等一直作为世界药物用到现在。

朱砂(HgS)至今仍是中国药典药材。李时珍(1518-1592)

《本草纲目》6Hg+2KH(SO4)2+6NaCl+2O2

K2SO4+3Na2SO4+3Hg2Cl2记载：轻粉由汞(Hg)、白砂[KH(SO4)2]、食盐(NaCl)配伍，经升华而得。这是一个伟

大的化学实践。2）

无机合成药物的实践

世界上最早的无机合成化学药物：

水银(Hg)、升丹(HgO)、朱砂(HgS)、轻粉(Hg2Cl2)第一节绪论硝石列为上品，硫磺列为中品药。《神农本草经》《本草纲目》

当时加火炼制而发现“烟火”和“炸药”，从而成为世界上制造弹药、爆破剂、火箭的先导。

其产生爆炸的原因是：

4）黑火药的配伍实践黑火药能治“疮癣杀虫、辟淫气湿变”。“黑火药”配方

主要组成为硝石(KNO3)、硫磺(S)、木炭(C)三者的粉末混合物。2KNO3

＋3C＋SN2

+3CO2

+K2S＋1694卡

第一节绪论商周(前256~前1766)酿酒业十分盛行5）酶解、酸解、碱解及氧化制品的实践《诗经》(前476～776年)记载有纤维(纸原料)、油脂、饴糖的文字记载有从马蓝、蓼蓝、菘蓝、木蓝植物，经酶、酸、碱水解下制备青黛的制备方法。《齐民要术》(五世纪)《圣惠方》(932~992年)用“百药煎”制革，它是由五倍子等粗末发酵制得的没食子酸。记载：“看药上长起长霜，药则已成矣”。长霜即没食子酸结晶，此是世界上最早制得的有机酸结晶，较之瑞典化学家舍勒的工作要早二百多年。《本草纲目》(1518-1592)

第一节绪论

我国外藉院士、英国学者李约瑟孜孜不倦研究

中国古代科技史五十余年，在其巨著《中国科学技术史》中写道：

“现代人之所以更为优秀，是因为他们发现了印刷术、黑火药、和磁罗盘，我们把它归功于中国人。要是没有这种贡献，就不可能有我们西方文明的整个发现历程。”

他指出“在欧洲十六世纪帕拉尔(Paracelsus,1493~1541)将水银、锑、铋等矿物作药物(原来公认草药)的时候，

存在着很大的争议，而中国在那时已使用矿物药有许多世纪。”

他还指出：“中国药物化学从11世纪到17世纪处于一个灿烂的时期。”

国外学者的评价：第一节绪论

2.近代天然药物化学的引进和创建阶段

1)二十年代

主要成就是麻黄碱的研究

同时还对闹羊花、莽草、延胡索等开展了一些研究工作。

2)三十年代

进行了中药延胡索、防己、贝母、陈皮、细辛、钩吻、洋金花、除虫菊、雷公藤、三七、广地龙、柴胡中成分的分离工作。

赵承嘏、黄呜龙等：延胡索—延胡索乙素(dl-Tetrahydropalmatine)庄长恭等：粉防己—防己诺林碱(Fangchinoline)、粉防己碱(Tetrandrine)延胡索乙素粉防己碱R=CH3防己诺林碱R=OH第一节绪论3)四十年代

主要研究了常山的抗疟有效成分，定出了常山生物碱的分子式、母核，并和国外学者共同研究取得一定成绩。另对羊角拗、远志、前胡、丹参、射干、使君子等也做了许多工作。这三、四十年中，我国科学家虽然在有效成分及药理方面做了一些艰苦的工作，但在化学成分结构的研究上却较少突破，新成分的发现也较少。第一节绪论4）特色天然化学药物

如青蒿素、三尖杉酯碱、山茛菪碱、天麻素、靛玉红、齐墩果酸、丁公藤碱II、高乌头碱、石杉碱甲、川芎嗪等。

5）改构药物

如抗痫灵、常咯啉、联苯双酯等。

6）合成药物

如黄连素、延胡索乙素、山茛菪碱、天麻素、咖啡因、靛玉红、川芎嗪、大蒜新素、罂粟碱等。第一节绪论天然药物化学家第一代（30-40年代）

赵承嘏

黄鸣龙

庄长恭

高怡生第二代（50-60年代）

朱子清

林启寿

邢其毅

梁晓天

黄

量

姜达衢

周维善

王宪楷

赵守训

第三代（70-80年代）

徐任生

姚新生

于德泉

周

俊

孙南君

陈耀祖

贾忠健

陈延庸

张如意

潘德济

陈英杰

闵知大

第四代（80-90年代）

陈仲良

孙汉董

吴厚民

王锋鹏……第一节绪论第二节生物合成

(Biosynthesis)植物代谢及其代谢产物生物合成假说

生物合成途径

了解生物合成的意义一、植物代谢及其代谢产物(一)一次代谢及其代谢产物

1.一次代谢

维持植物机体生命活动的代谢过程叫一次代谢。

2.一次代谢产物

(primarymetabolites)

糖类

蛋白质

脂质

核酸

3.一次代谢产物的作用1）植物的营养物质2）生命体赖以生存的物质基础植物一次代谢与生物合成过程三羧酸循环（TCA）丁酮二酸α-酮戊二酸丁二酸CO2H2Ohυ

/叶绿素磷酸烯醇式丙酮酸甲戊二羟酸丙酮酸乙酰辅酶A丙二酸单酰辅酶A赤藓糖4-磷酸葡萄糖代谢莽草酸苯丙素类芳香族氨基酸脂肪族氨基酸嘌呤、嘧啶脂肪酸类δ-氨基乙酰丙酸一、植物代谢及其代谢产物(二)二次代谢及其代谢产物

1.二次代谢

以一次代谢产生的代谢产物为原料（或前体），经不同途径进一步合成的过程叫二次代谢。

2.二次代谢产物

(secondarymetabolites)

产生结构千变万化、千奇百怪、绚丽多姿的化学物质。

3.二次代谢产物的作用

1）维持植物的特性与特征2）重要的药物资源植物二次代谢与生物合成过程三羧酸循环（TCA）丁酮二酸α-酮戊二酸丁二酸鞣酸类CO2H2Ohυ

/叶绿素磷酸烯醇式丙酮酸甲戊二羟酸丙酮酸乙酰辅酶A丙二酸单酰辅酶A赤藓糖4-磷酸葡萄糖代谢莽草酸苯丙素类芳香族氨基酸脂肪族氨基酸嘌呤、嘧啶脂肪酸类萜

类甾

醇胡萝卜素类生物碱类肽

类含氮化合物香豆素、木脂（质）素黄酮类δ-氨基乙酰丙酸核苷核苷酸类醌

类胆

碱卟啉类前列腺素类脂肪族及芳香族聚酮类二次代谢产物归类二次代谢产物苷类非糖类（苷元）+糖挥发油*脂肪族萜类芳香酚类酸性物质碱性物质中性物质脂肪族芳香族香豆素类木脂素类木质素类苯丙素类黄酮类醌类鞣质植物甾醇强心苷皂苷单萜倍半萜二萜二倍半萜三萜多萜甾族萜类生物碱N族油脂二、生物合成假说

生物合成假说的提出

1.由各类相同结构化合物的积累而产生联想2.植物化学家的强烈的科学愿望

3.某些成分已能初步解释二、生物合成假说异戊二烯法则甲戊二羟酸三、主要的生物合成途径(一）基本结构单位C6C2NC2NC4NC5N萜

类甾

醇生物碱类香豆素木质素木脂体脂肪族类苯酚、苯醌、蒽醌等聚酮类1.醋酸—丙二酸途径

(acetate-malonatepathway)

合成成分类别：脂肪酸类（二）主要的生物合成途径脂肪酸类生物合成途径（二）主要合成途径苯酚、苯醌、蒽酮和蒽醌类生物合成途径1.醋酸—丙二酸途径

(acetate-malonatepathway)

合成成分类别：酚类、蒽酮、蒽醌类化合物。（二）主要合成途径萜、甾族类生物合成途径2.甲戊二羟酸途径(mevalonicacidpathway)

合成成分类别：萜类、甾体类化合物真正的C5单位为焦磷酸二甲烯丙酯（DMAPP)及其异构体焦磷酸异戊烯酯(IPP)3.莽草酸途径

(cinnamicacid–shikimicacidpathway）

合成成分类别：苯丙酸、香豆素、木脂素和木质素类苯丙素类、香豆素类、木脂素和木质素类生物合成途径4.氨基酸途径

(aminoacidpathway）

合成成分类别：生物碱类生物碱类生物合成途径5.复合途径

合成成分类别：结构复杂的化合物醋酸-丙二酸―莽草酸途径醋酸-丙二酸―甲戊二羟酸途径氨基酸―甲戊二羟酸途径氨基酸―醋酸丙二酸途径氨基酸―莽草酸途径二氢黄酮类四、了解生物合成的意义(一)利用植物亲缘相关性1.推测天然化合物的结构2.定向寻找天然活性成分3.植物化学分类(二)组织培养1.工业生产有效成分2.生物调控，提高活性成分含量第三节提取分离方法一、概述(一)中草药化学成分的构成特点(二)提取分离前的文献调研二、中草药有效成分的提取

(一)常用提取方法(二)溶剂提取法三、中草药有效成分的分离与精制(一)根据物质溶解度差异进行分离

(二)根据物质分配系数差异进行分离(三)根据物质吸附能力差异进行分离

(四)根据物质分子大小差异进行分离(五)根据物质解离程度差异进行分离四、提取与分离中草药有效成分的注意点(一)光照的影响(二)酸碱的影响(三)温度的影响(四)溶剂的影响(五)层析的影响一、概述(一)中草药化学成分的构成特点

1.同种植物含有多种结构类型的化学成分苦参2.总成分含量少而种类多长春花黄酮类生物碱贝母生物碱萜

类甾醇类3.有效成分含量低总生物碱含量1/千分离生物碱单体68种长春碱

3/万长春新碱3/百万美登碱

2/千万一、概述(二)提取分离前的文献调研

1.立题着眼点

1)为什么要立题2)怎样做

2.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.原植物的鉴定

1)原植物的拉丁学名2)采集地点和时间3)药用部位4)民间药用情况二、中草药有效成分的提取(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(二)溶剂提取法溶

剂沸点介电常数(20oC)溶解度溶剂/水%水/溶剂%石

油

醚环

己

烷30-12080.71.892.02苯乙

醚氯

仿醋酸乙酯正

丁

醇803561771182.294.475.206.0217.8

0.1756.040.8156.077.45

0.0631.4650.0722.9820.5丙

酮乙

醇甲

醇水56786510020.724.332.680.4任意混合石油醚<环己烷<苯<乙醚<氯仿<乙酸乙酯<正丁醇<丙酮<乙醇<甲醇<水1.常用溶剂的性质2.天然药物各类成分的极性与提取溶剂的关系

植物成分极性强弱植物成分结构类型适于提取溶剂亲脂性强叶绿素、脂肪油、挥发油石油醚亲脂性较强游离生物碱、苷元、甾类、萜类、某些有机酸乙醚、氯仿中等极性中偏小某些苷类(如强心苷等)氯仿-乙醚(2:1)中

等某些苷类(如黄酮苷类)乙酸乙酯中偏大某些苷类(如蒽醌苷、皂苷等)正丁醇亲水性较强极性大的苷、糖类、氨基酸等丙酮、乙醇、甲醇亲水性强蛋白质、粘液汁、糖类、氨基酸、无机盐、苷类水

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．介电常数最小的有机溶剂：石油醚

7．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

8．溶解范围最广的有机溶剂：乙醇

3.常用溶剂的特点总结

溶剂提取法4.选择溶剂注意点1)对有效成分溶解度大，对杂质溶解度小2)不与化学成分起化学变化3)经济、易得、使用安全5.常见溶剂提取工艺

1)浸渍法2)渗滤法3)煎煮法4)热回流提取法5)连续回流提取法（索氏提取器）影响提取效率的

因

素

1)原料粉碎度2)提取时间3)提取温度4)设备条件索氏提取器是由提取瓶、提取管、冷凝器三部分组成的，提取管两侧分别有回流管和导气管，各部分连接处要严密不能漏气。提取时，将待测样品包在脱脂滤纸包内，放入提取管内。提取瓶内加入溶剂，加热提取瓶，溶剂气化，由导气管上升进入冷凝器，凝成液体滴入提取管内，浸提样品中的待提取物质。待提取管内溶剂液面达到一定高度，溶有粗提物的溶剂经回流管流入提取瓶。流入提取瓶内的溶剂继续被加热气化、上升、冷凝，滴入提取管内，如此循环往复，直到抽提完全为止。

水蒸气蒸馏法混合物的沸点比任意组分的低；适用于具有挥发性的、能随水蒸气蒸馏而不被破坏，且难溶于水的成分

升华法

固体物质在受热后不经过熔融直接转化为蒸气，蒸气遇冷又凝结成固体的现象。如樟木中的樟脑、茶叶中的咖啡因等。

超临界流体萃取技术(SFE)

物质处于其临界温度（Tc）和临界压力（Pc）以上状态时，成为单一相态，此相态称为超临界流体（Supercriticalfluid,SF)。利用处于状态的流体具有特异增加的溶解能力而发展出来的化工分离新技术。(三)其他提取方法超临界流体萃取技术在超临界状态下，将超临界流体与待分离的物质接触，使其有选择性地把极性大小、沸点高低和分子量大小的成分依次萃取出来。当然，对应各压力范围所得到的萃取物不可能是单一的，但可以控制条件得到最佳比例的混合成分，然后借助减压、升温的方法使超临界流体变成普通气体，被萃取物质则完全或基本析出，从而达到分离提纯的目的，所以超临界流体萃取过程是由萃取和分离组合而成的。----快速、高效、简便、无污染；萃取温度低、溶解性质可控、可联用；对水溶性物质的溶解能力差；适用于生物碱、挥发油、有机酸、萜类的提取。

超声波提取利用超声波在提取溶媒中产生的‘空化效应’和机械作用，一方面可有效地破碎药材的细胞壁，使有效成分呈游离状态并溶入提取溶媒中，另一方面可加速提取溶媒的分子运动，使得提取溶媒和药材中的有效成分快速接触，相互溶合、混合。以其提取温度低、提取率高、提取时间短的独特优势被具有创新意识者应用于中药材和各种动、植物有效含量的提取，是替代传统剪切工艺方法实现高效、节能、环保式提取的现代高新技术手段。三、中草药有效成分的分离与精制(一)根据物质溶解度差别进行分离

1.原理:相似者相溶2.方法:

1)结晶和重结晶法

利用温度差异对样品溶解度的不同达到分离2)混合溶剂法H2O-EtOH、EtOH–H2O、EtOH-Et2O

粗组份

少量易溶样品溶剂样品溶液

滴加难溶样品溶剂放置结晶

3)pH调整法4)沉淀法样品

酸水液无机酸盐H2OH2S有机酸盐重金属硫化物有机酸有机溶剂萃取有机溶剂萃取生物碱(二)根据物质分配系数的不同进行分离

1）原理:利用物质在两种互不相溶的溶剂中的分配系数的不同达到分离

2)分离因子（

b值）与分离难易的关系K=CU/CLb=KA/KBK值与萃取次数成反比，即K值越大，萃取次数越少，反之越多b值越大，越易分离（≥100，一次即可）

b1时，无法分离（两者性质相似）1)分配系数（K值）与萃取次数的关系萃取：物质在两种互不相溶的混合溶剂中重新分配的过程1．两相溶剂萃取法

B.Ka

与

pKa

表示酸碱性化合物酸碱性强弱，而

pH值变化则可改变化合物的存在状态。(二)根据物质分配系数的不同进行分离3)酸碱度（pH值）对分配比的影响A.游离型与解离型物质

因素KapKapH<3pH>12亲脂溶剂亲水溶剂酸性物质越大越小游离型解离型游离型化合物分配比大解离型化合物分配比大碱性物质越小越大解离型游离型

①简单萃取：利用分液漏斗进行两相溶剂萃取。

②

逆流分溶法（CCD）：是一种连续的两相溶剂萃取法。又称逆流分配法、逆流分布法或反流分布法，其装置可具有一根、数根或更多根的萃取管。利用不同物质在两个互不相溶的溶剂中溶解度不同的原理使混合物分离的方法。对于分离具有非常相似性质的混合物效果较好。

一般β>50时，简单萃取即可分离，β<50时，则宜采用逆流分溶法。

(二)根据物质分配系数的不同进行分离

2）各种萃取方法原理：与液—液萃取法基本相同（分配原理）支持剂：纤维素（滤纸）

固定相：水

流动相：水饱和的有机溶剂

Rf值：化合物极性越小，Rf值越大；反之，化合物极性越大，Rf值小应用：用作微量分析，特别适合于亲水性较强的成分（如氨基酸），其层析效果往往比吸附薄层色谱效果好，但纸层析一般需要较长的时间

(二)根据物质分配系数的不同进行分离2．纸色谱法（PPC,PaperPartitionChromatography

）

比移值（Rf）=原点到层析斑点中心的距离/原点到溶剂前沿的距离

原理：与液—液萃取法基本相同（分配原理）。支持剂：硅胶、硅藻土、纤维素粉等固定相：水、缓冲溶液

流动相：固定相饱和的氯仿、乙酸乙酯、丁醇等弱极性有机溶剂洗脱顺序：化合物极性越小，越先出柱；反之，化合物极性越大，越后出柱。应用：通常用于分离水溶性或极性较大的成分，如生物碱、苷类、糖类、有机酸等化合物。

反相分配色谱：

固定相：石蜡油、硅胶化学键合固定相（RP-18\RP-8\RP-2）流动相：固定相饱和的水或甲醇等强极性有机溶剂洗脱顺序：化合物极性越大，越先出柱；反之，化合物极性越小，越后出柱。应用：适合于分离脂溶性化合物，如高级脂肪酸、油脂、游离甾体等。

(二)根据物质分配系数的不同进行分离3．液—液分配柱色谱

液—液分配色谱法也可在硅胶薄层色谱上进行。

载体：球型硅胶微粒（直径小、机械强度大、比表面积大）

固定相：RP-2、RP-8或RP-18

流动相：水-甲醇或水-乙腈

洗脱顺序：化合物极性越大，越先出柱；反之，化合物极性越小，越后出柱。

分为：快速柱色谱（约2.02×105Pa），低压柱色谱（<5.05×105Pa），中压柱色谱（5.05-20.2×105Pa），分析用HPLC、制备用HPLC（>20.2×105Pa）。

4．加压液相柱色谱(二)根据物质分配系数的不同进行分离(三)根据物质吸附能力差异进行分离

1.吸附层析的种类

2.物理吸附1）基本规律：“相似者易于吸附”2）基本特点：无选择性、可逆吸附、快速

3）基本原理：吸附与解吸附的往复循环4）

三要素—

吸附剂

、溶质(被分离物)、溶剂

5）极性强弱的判断(与功能基的种类、数目多少和排列方式有关)(1)亲水性基团与极性成正比，亲脂性基团与极性成反比；(2)游离型化合物极性弱、具亲脂性，解离型化合物极性强、具亲水性；6）溶剂的极性—依据介电常数来决定物

理

吸

附化

学

吸

附半化学吸附

固—液吸附

吸附再吸附解吸再解吸直至分离

3.化学吸附

1）基本特点：有选择性、不可逆吸附

2）基本原理：产生化学反应(1)酸性物质与Al2O3发生化学反应(2)碱性物质与硅胶发生化学反应(3)Al2O3容易发生结构的异构化3）应尽量避免

4.半化学吸附

1）基本特点：介于物理吸附和化学吸附之间

2）基本原理：以氢键的形式产生吸附(三)根据物质吸附能力差异进行分离1)硅胶显微酸性，适于分离酸性和中性化合物，分离生物碱时需在流动相中加入适量的有机碱；2)氧化铝呈碱性，适于分离生物碱等碱性成分，不宜用于分离有机酸、酚类等酸性成分。3)均为极性吸附剂，故有以下特点：

①被分离物质极性越强，吸附力越强。强极性溶质将优先被吸附。

②溶剂极性越弱，则吸附剂对溶质的吸附能力越强。随溶剂极性的增强，则吸附剂对溶质的吸附力将减弱。

③当加入极性较强的溶剂后，先前被硅胶或氧化铝所吸附的溶质可被置换而洗脱出来。

6.常用的非极性吸附剂：活性炭1)对非极性物质具有较强的亲和力，在水中对溶质表现出强的吸附能力。2)从活性炭上洗脱被吸附的物质时，溶剂的极性越小，洗脱能力越强。

(三)根据物质吸附能力差异进行分离5.常用的极性吸附剂：硅胶、氧化铝(三)根据物质吸附能力差异进行分离

聚酰胺吸附色谱法聚酰胺吸附色谱原理（1）原理：氢键吸附

一般认为系通过分子中的酰胺羰基与酚类、黄酮类化合物的酚羟基，或酰胺键上的游离胺基与醌类、脂肪酸上的羰基形成氢键缔合而产生吸附。吸附强弱取决于各种化合物与之形成氢键缔合的能力。（2）吸附能力的强弱

通常化合物在水溶剂中大致有以下规律：

①形成氢键的基团数目越多，则能力越强。

②成键位置对吸附能力也有影响。易形成分子内氢键者，其在聚酰胺上的吸附响应减弱。

③分子中芳香化程度高，则吸附性增强；反之，则减弱。一般情况下，各种溶剂在聚酰胺柱上的洗脱能力由弱致强的大致顺序如下：

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

其中，最常应用的洗脱系统是：乙醇—水

（3）应用：

①特别适合于酚类、黄酮类化合物的制备和分离。

②脱鞣质处理

③对生物碱、萜类、甾类、糖类、氨基酸等其他极性与非极性化合物的分离也有着广泛的用途。

(四)根据物质分子大小差异进行分离1.凝胶过滤法：（1）原理：分子筛原理。即利用凝胶的三维网状结构的分子筛的过滤作用将化合物按分子量大小不同进行分离。

（2）出柱顺序：按分子由大到小顺序先后流出并得到分离。

（3）常用的溶剂：

①碱性水溶液（0.1mol/LNH4OH）含盐水溶液（0.5mol/LNaCl等）

②醇及含水醇，如甲醇、甲醇—水

③其他溶剂：如含水丙酮，甲醇-氯仿

（4）凝胶的种类与性质：种类很多，常用的有以下两种：

①Sephadex-G：只适用于水中应用，且不同规格适合分离不同分子量的物质。

②SephadexLH-20：为SephadexG-25经羟丙基化后得到的产物，具有以下两个特点：具有分子筛特性，可按分子量大小分离物质；在由极性与非极性溶剂组成的混合溶剂中常常起到反相分配色谱的作用，适合于不同类型有机物的分离。应用最广。

（1）概念：是以选择性透过膜为分离介质，当膜两侧存在某种推动力（如压力差、浓度差、电位差）时，原料侧组分选择性地透过膜，以达到分离、提纯的目的。（2）按分离功能分为：微滤（≥0.1µm）、超滤（10-100nm）、纳滤（1-10nm）、反渗透（≤1nm）等。

2．膜分离技术：

微滤：主要除去颗粒物和细菌等超滤：蛋白质、病毒、细菌、胶体等被滤过纳滤：分离除去分子量为300-1000的小分子反渗透：只能通过溶剂分子，截留无机盐、金属离子和低分子量的分子(五)根据物质解离程度差异进行分离

基本原理

利用酸、碱化合物在解离状态时与阴、阳离子树脂产生离子交换的原理达到分离的方法。

三要素

固定相(离子交换树脂)、溶质(被分离物)、洗脱剂

分离物质范围

酸、碱类化合物、两性物质原理：利用液体分子受热会从页面逸出，而不同种类分子逸出后平均自由程不同这一性质来实现的。轻分子平均自由程大，重分子平均自由程小。(六)分子蒸馏技术操作温度低（远低于沸点）蒸馏压强低：内部压强小受热时间短：可使液面达到薄膜状，10几秒即完成加热过程分离程度高特点：从天然鱼肝油里浓缩VA、混合油脂的分离色谱法（层析法）小结分配色谱吸附色谱排阻色谱离子交换色谱

原

理分配系数差异极性差异分子大小差异解离度差异要素溶

质溶解度极性分子量酸碱性溶

剂固定相/流动相(互不相溶的液体;恒定不变)依溶质和吸附剂极性而变;可变,由小到大恒定(洗脱剂)恒定(氨基酸pH可变)(流动/交换)载

体√√吸附剂√(有吸附活性)*化学吸附固定相√

(阴、阳树脂)相关因素K值、b因子pH值极性（活性）氢键（聚酰胺）交联度（分子大小）交联度（交换当量）应

用CC、TLC、PC、HPLCCC、TLCHPLCCCCC四、提取与分离中草药有效成分的注意点(一)光照的影响1.酸的影响四、提取与分离中草药有效成分的注意点(二)酸碱的影响2.碱的影响(三)温度的影响

高温、高热会引起化合物的氧化、聚合、树脂化等结构变化，颜色加深。四、提取与分离中草药有效成分的注意点(四)溶剂的影响(五)层析的影响

注意在Al2O3柱层析时可能引起被分离物的结构异构化、分子重排等变化，得到的是次生产物，而不是原生产物。如：四、提取与分离中草药有效成分的注意点第四节天然产物结构研究法一、化学结构研究的目的与意义

为药效学和毒理学研究作铺垫为人工合成、结构改造打基础为新药研究开发服务二、结构研究步骤与方法

(一)查阅文献根据溶解性、色谱行为、灼烧实验、化学定性反应等初步判断是哪类物质

(二)化合物纯度的测定

1.外观：晶型与色泽2.Mp(纯化合物，熔程很短，1～2度。混合物熔点下降，熔程变长)3.TLC(三种展开系统，只出现一个斑点，且无拖尾现象，为纯物质)4.HPLC(三)分子量的测定

1.经典方法（冰点下降法和沸点升高法）

2.现代方法—HR-MS

(四)分子式的测定

1.元素分析法2.质谱法—HR-MS

同位素丰度法3.H、C-NMR法

(五)不饱度的计算

Ω=Ⅳ-I/2+Ⅲ/2+1

(六)分子结构骨架的测定

1.专属性反应2.植物亲缘相关性3.光谱特征

4.部分合成5.化学降解

(七)功能团的判断

1.化学法2.光谱法

(八)光谱分析

三、结构研究四大谱基础知识紫外-可见光谱红外光谱核磁共振谱（氢谱和碳谱）质谱

紫外-可见光谱(一)基本原理分子中价电子吸收紫外光或可见光（200-700nm）发生跃迁而产生（∏-∏*、n-∏*

）(二)基本术语（1）发色团：一般为带∏电子的基团，如C=C、C≡C、苯环、C=O、N=N、NO2等不饱和基团（2）助色团：本身不产生紫外可见吸收，但可以使发色团的吸收带向长波移动，多为带孤对电子的原子或原子团，如：-OH、-OR、-NHR、-SR、-Cl等（3）红移、蓝移：引入发色团、助色团或溶剂效应（4）增色或减色效应：摩尔吸光系数ε增大或减小的现象

(三)提供的基本信息（λmax、εmax)（1）200-400nm无吸收，则无共轭双键系统（2）270-350nm有一弱的吸收峰，且在200nm以上无其他吸收，为含有孤对电子的非共轭发色团，如C=O、C=C-O或C=C-N等（3）200-300有强吸收，为α、β不饱和羰基化合物或共轭二烯烃（4）200-250nm有强吸收，250-290nm有中等强度吸收，说明有苯环存在。（5）紫外区有很多吸收峰，可见区甚至也有吸收峰，则可能含有长链共轭体系或稠环芳烃发色团。如有颜色，则只少含有4-5个相互共轭的发色团。(四)解析程序

由光谱图找出自大吸收峰对应的λmax、εmax推断吸收峰属何种吸收峰及可能的化合物骨架信息与同类已知化合物的光谱图进行比较与标准品进行比较、对照或查找紫外标准图谱核对（OrganicElectronicSpectralData、TheSadtlerSpectra)(五)解析实例

P54图1-34:λmax=235.5nm，为α、β不饱和羰基化合物

红外光谱

(一)基本原理分子吸收红外光（0.8-1000μm）发生振动-转动能级的跃迁而产生

(二)基本术语

分子的振动可分为两大类：伸缩振动，以ν表示；弯曲振动，以δ表示；对称伸缩(以νs表示)和不对称伸缩(以νas表示)面内弯曲振动(以δip表示)和面外弯曲振动(以δo.o.p表示)能量高低顺序：νs>νas>

δip>

δo.o.p

理论上，每个振动自由度(基本振动数)在红外光谱区均产生一个吸收峰带。但是实际上，峰数往往少于基本振动数目。（三）重要区段特征谱带区

有机化合物的分子中一些主要官能团的特征吸收多发生在红外区域的4000-1330cm-1。该区域吸收峰比较稀疏，容易辨认，故通常把该区域叫特征谱带区。该区相应的吸收峰称做特征吸收或特征峰。指纹区

红外吸收光谱上1330-400cm-1的低频区，通常称为指纹区。该区域中出现的谱带主要是c-x[x＝C，N，O)单键的伸缩振动以及各种弯曲振动。由于这些单键的键强差别不大，原子质量又相似，所以峰带出现的区域也相近，互相间影响较大，加以各种弯曲振动能级差小，所以这一区域谱带特别密集，犹如入的指纹，故称指纹区。各个化合物在结构上的微小差异在指纹区都会得到反映。因此，在核对和确认有机化合物时用处很大。一个基团常有数种振动形式，每种红外活性的振动通常都相应产生一个吸收峰。习惯上把这些相互依存而又相互可以佐证的吸收峰叫相关峰。

如甲基(CH3)相关峰有：νCH(as)～2960cm-1，

νCH(s)～2870cm-1，δCH

(as)～1470cm-1，

δCH

(s)～1380cm-1及δCH

(面外)～720cm-1。

在确定有机化合物中是否存在某种宫能团时，当然首先应当注意有无特征峰，但是相关峰的存在常常也是一个有力的辅证。

因存在3300cm-1(ν-C≡C-H)故排除了结构(A)和(C)。又因缺少ν

C=O(1900—1650cm-1)故进一步排除(A)和(C)。在光谱中，于2200cm-1处出现的弱峰系νC≡C引起，因此只可能是结构(B)。解析实例核磁共振氢谱(一)基本原理

分子吸收电磁波（106-109μm），引起磁性原子核在外磁场中发生磁能级的共振跃迁，从而产生吸收信号(二)基本术语（1）化学位移：表示不同化学环境质子的共振峰出现的位置与原点的相对距离，用δ表示

核所处的化学环境的电子密度越高，产生的屏蔽效应越大，使其共振所需的磁场强度也越大，δ移向高场（数值变小）（2）自旋偶合和裂分：相邻氢核自旋之间的相互干扰引起谱线增多的现象，遵循n+1规律

（3）偶合常数：两个裂分峰之间的距离，用J表示，与外加磁场强度无关，与两核之间键的数目有关，也与影响它们之间电子云分布的因素有关，与分子结构有着密切关系，是解谱的重要依据。（4）饱和：如果低能态的核吸收电磁波能量向高能态跃迁的过程连续下去，那么这极微量过剩的低能态氢核就会逐渐减少，吸收信号的强度也随之减弱，最后低能态与高能态的核数趋于相等，使吸收信号完全消失，这种现象为“饱和”现象。

（5）NOE效应：当分子内有在空间位置上互相靠近的两个质子Ha和Hb时，如果用双共振法照射Hb，使干扰场的强度增加到刚使被干扰的谱线达到饱和，则另一个靠近的质子Ha的共振信号就会增加，这种现象称NOE。产生这一现象的原因是由于二个质子空间位置很靠近，相互弛豫较强，当Hb受到照射达饱和时，它要把能量转移给Ha，于是Ha吸收的能量增多，共振信号增大。这一效应的大小与质子之间距离的六次方成反比。当质子间距离超过0.3nm时，就看不到这一现象。

用NOE可以判断分子的空间结构，通俗的说就是如果照射一个氢而另一个氢有NOE效应，则说明这两个氢在空间上距离很近，这对判断分子的空间结构很有帮助。

何谓自旋偶合?何谓自旋分裂?它们在NMR分析中有何重要作用?答：在同一分子中，核自旋与核自旋间相互作用的现象叫做“自旋-自旋偶合”。由自旋-自旋偶合产生谱线分裂的现象叫“自旋-自旋分裂”。自旋裂分现象，对氢核来说一般有n+1规律，即有n个相邻氢，就出现n+1个分裂峰。通过自旋分裂的规律可以确定相邻碳原子上氢的个数，例如，乙基CH3CH2的NMR谱图上，高场CH3的峰由于受到相邻CH2的偶合作用，其峰分裂为3个小峰，相对应的，低场CH2的峰由于受到相邻CH3的偶合作用，其峰分裂为4个小峰，由此可以确定乙基的存在。化学位移与分子基团的关系

各类基团的氢核由于化学环境不同，其化学位移不相同，同类基团的化学位移在一定范围内出现。如：

脂肪链质子-CH-,邻近只有碳原子时，在0~1.8，邻近有O，N，卤素等原子时，在1.5~5；乙炔型质子在1.8~3.0；乙烯型质子在4.5~7.5；芳香质子在6.0~9.5；醛基质子在9~10；羟基质子：醇在1.5~5.5，酚在4.0~7.7，羧酸在10.5~13.5；氨基质子：脂肪胺在0.3~2.2，芳香胺在2.6~5.0，酰胺在5.0~8.5；巯基质子：硫醇在1.2~1.6，硫酚在4.6左右。甲醇的核磁共振氢谱解析实例1CH3-CH2-O-CH2-CH3解析实例2一未知液,分子式C6H10O2,IR上1715cm-1有强吸收,NMR(CCl4中)测定数据如下,试推测其结构。

峰位重峰数积分曲线高氢核比例氢核数

2.1单峰9格36

2.6单峰6格24

解：因IR有C=0吸收（1715cm-1),结合化学位移、氢原子数、分子式，应为：2.1（6H)为两个-CO-CH3基2.6(4H)为-CO-CH2-CH2-CO-因只有两个氧原子，所以为CH3-CO-CH2--CH2-CO-CH3经核对有关数据并与标准图比较，完全相符。核磁共振碳谱

由于碳原子构成了有机化合物分子的基本骨架，因此，13C-NMR波谱提供的分子结构相关的信息比1H-NMR波谱更多、更重要、更直接。自然界存在的碳同位素中，12C虽然丰度比最大，但因I=0，没有磁性而无法测定，13C虽有磁性，但因观测灵敏度只有1H的1/64，且丰度比甚小，仅1.1%；故总的信号灵敏度仅约为1H的1/6000，致使13C-NMR长期不能投入实际应用。近年来由于PFT核磁共振装置的出现及计算机的引入，13C-NMR波谱法才得到真正的应用。13C—NMR信号的自旋偶合

13C—13C：由于13C的自然丰度只有1.1%，两个13C相互连接的几率为1/104，所以通常观察不到13C—13C的自旋偶合作用；

13C—1H：最重要最常见，以JCH表示其一键偶合常数,JCH的范围是120～320Hz，其数值大小随碳杂化轨道的s成分增加而增大。

由于13C—1H自旋偶合而使碳峰分裂，其分裂峰的数目仍符合n+1规则。

常见13C-NMR谱的类型及其特征（1）噪音去偶谱(protonnoisedecouplingspectrum)

又称全氢去偶(protoncompletedecoupling,COM)或宽带去偶(broadbanddecoupling,BBD)。采用脉冲系列,在读取13C的FID信号期间,用覆盖所有1H核共振频率的宽频电磁波照射1H核,以消除所有1H核对13C核偶合影响。在噪音去偶谱中，所有的13C核均表现为单峰，因此无法区分碳的类型，但可判断碳核的化学位移。

13C-NMR(COM)谱上信号强度与碳的数目不完全呈定量关系(NOE效应)（2）选择氢核去偶谱(selectiveprotondecouplingspectrum,