掌握天然药物化学成分的提取分离新疆医科大学

第四章天然药物化学药学导论木合布力博士新疆医科大学药学院4前言：天然药物研究现状第一节天然药物化学的定义及研究对象*第二节天然药物化学发展历史沿革和现状第三节天然药物化学研究的内容*第四节天然药物化学成分提取分离方法简介*第五节天然药物化学成分结构鉴定方法简介*主要内容教学大纲要求1．掌握天然药物化学的定义。2．熟悉天然药物化学的性质和任务。3.

掌握天然药物化学的研究内容。4．掌握天然药物化学成分的提取分离、结构鉴定方法。5．了解天然药物化学的发展。

天然药物研究现状国际市场对天然药物的需求日益增大

2000年全球植物药销售额，300亿美元天然药物销售额年增长幅度，欧共体，30%

美国，20%

日本，15%天然药物研究现状世界各地加强天然药物研发的投入

1983-1994年，上市522种新药，44%天然来源

1984-1995，FDA，31种抗癌新药，61%天然来源

93种抗感染新药，63%天然来源关于天然产物的学术交流日渐活跃

独特的、不可替代的作用内在本质、物质基础？第一节、天然药物化学的定义及研究对象1、天然药物化学NaturalMedicinalChemistry的定义：

运用现代科学理论与方法，研究天然药物中化学成分，在分子水平研究天然药物的药效物质基础及其防治疾病规律的一门综合性学科。包括：中药化学ChemistryofTCM植物化学Phytochemistry天然产物化学

Chemistryofnaturalproducts2．天然药物化学的研究对象

有效成分无效成分有效部位activefraction

一种主要有效成分/一组结构相近的有效成分有毒成分toxiccompound生理活性成分并不一定真正代表有效成分有效成分与无效成分的划分是相对的、发展中可转化A.不同类型成分，在不同天然药物中作用不同B.原来视为无效成分，可能成为有效成分C.过去视为有效成分，被修正、完善

麝香抗炎成分麝香酮————多肽丹参扩冠丹参醌————丹参酚酸D.加工、代谢等过程，可转化非活性成分为活性成分

正确理解成分的划分3.天然药物化学的研究内容结构特点√理化性质√提取分离方法√结构鉴定方法√生物合成结构修饰构效关系生物转化体内代谢过程等新药的创制天然药物化学研究天然药物化学成分的：第二节、天然药物化学发展历史沿革和现状大体分为以下3个阶段：1.原始和萌芽阶段（-18世纪末）2.学科真正形成阶段（-19世纪）3.学科迅速发展时期（20世纪-）

1.原始和萌芽阶段（-18世纪末）天然药物识别、使用经验——巫术、迷信色彩文明的进步——对疾病、天然药物的认识趋于客观

1575，明，李，《医学入门》，没食子酸

1711,清，洪遵，《集验方》，樟脑

1769-1786，舍勒，酒石酸、苯甲酸、苹果酸、没食子酸2.学科真正形成阶段（19世纪）特点一：以化学成分的发现和分离为主

1806，阿片——————吗啡（morphine）

1820，金鸡纳树皮———奎宁(quinine)1828,烟草——————烟碱（nicotine）

1885，麻黄——————麻黄碱（ephedrine）吐根碱、士的宁、小檗碱，阿托品、可卡因等3．学科迅速发展时期（20世纪）

特点一：色谱技术用于天然化合物的分离和纯化

1906，俄，Tsweet，碳酸钙为吸附剂，石油醚为洗脱剂，

1931，德，KuhnandLederer，氧化铝、碳酸钙为吸附剂，

1940，提出了液液色谱法，如逆流分配

1952，JamesandMartin，提出气液色谱理论

20世纪60年代，高效液相色谱出现天然化合物的分离向高效、快速、微量发展特点二:波谱技术用于天然化合物的结构鉴定

IR：

1944，Pekin-Elmer公司，第一台红外光谱仪

MS：20世纪，质谱仪

EI、CI，FD，FAB，ESI，MALDIESI-TOF，MALDI-TOF

NMR：1953，30MHZ的连续波核磁共振仪

70年代，脉冲傅立叶变换核磁共振仪

1DNMR——2DNMR30—60—100—300MHz400—500—600—800—900MHzUV，X-ray，ORD，CD等3．学科迅速发展时期（20世纪—）

特点三：研究深度、广度、速度发生了革命性的变化

深度、广度：机体内源活性物质

微量、水溶性、不稳定、大分子速度：吗啡————1804-1925

利血平———1952-1956

生物碱----------1952前100年，95个

1952-1962，1107个

1962-1972，3443个

3．学科迅速发展时期（20世纪）

4、天然药物化学在中药现代化中的作用

中药发展的机遇天然药物在健康保障体系中的作用中药确切的疗效相对丰富的资源传统中药的诸多弊端药效物质基础不明质量难于控制——药效难于保证剂型落后必须走中药国际化之路4、天然药物化学在中药现代化中的作用

1.阐明中药的药效物质基础

——中药现代化系统工程的前提2.建立和完善中药的质量评价标准—二次开发3.改进中药制剂剂型——二次开发4.创新药物研发——原创性研发5.扩大药源第三节天然药物化学研究的内容1、天然药物药效的物质基础2、天然药物的化学成分类型3、常用天然药物化学成分的提取分离方法4、常用天然药物化学结构研究方法第四节天然药物化学成分提取分离方法简介提取前的准备提取前的准备

系统的文献调研原材料的处理保留凭证标本提取分离一般原则已知物或已知结构类型——文献方法，工业方法未知物——活性跟踪（定向分离）活性跟踪（一）、天然药物化学成分的提取水蒸汽蒸馏法：挥发性升华法：升华性

溶剂提取法：最常用提取设备：浓缩设备：旋转蒸发仪1.常用提取溶剂及其特点环己烷，石油醚，苯，氯仿，乙醚，乙酸乙酯，正丁醇，丙酮，乙醇，甲醇，水极性：亲脂性：亲水性：比水重的有机溶剂：与水可以以任意比例混溶的有机溶剂：与水分层的有机溶剂：能与水分层的极性最大的有机溶剂：常用来从水中萃取苷类、水溶性生物碱类成分的有机溶剂：溶解范围最广的有机溶剂：2.常用溶剂提取方法浸渍法：水/稀醇，冷提渗漉法：乙醇，冷提提取效率高，但溶剂用量大超声提取：各种溶剂，可加热，但所需温度低煎煮法：水回流提取：有机溶剂溶剂用量大连续回流提取：有机溶剂，索氏提取器溶剂反复利用

3.分离与精制分离依据：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（1）简单液液萃取法（2）逆流分溶法（CCD，countercurrentdistribution）（3）纸色谱（PC，paperchromatography）（4）液液分配柱色谱（5）液滴逆流色谱（DCCC，dropletcountercurrentchromarography）

（6)高速逆流色谱

(HSCCC，highspeedcountercurrentchromarography）根据物质在两相溶剂中的分配比不同进行分离β

50A．有机溶剂/水B．有机溶剂/酸、碱水

PH——物质存在状态——溶解性——KC．PH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）简单液液萃取法上层下层例：HA1、HA2、B，且HA1

HA2，如何分离?PH≥12BA-

≤3BH+HA

根据物质在两相溶剂中的分配比不同进行分离

——（3）纸色谱（paperchromatography,PC）滤纸湿重/干重=2时β=Rfa(1-Rfb)/Rfb(1-Rfa)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

定义

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）大孔吸附柱色谱根据物质分子大小差异进行分离透析法超滤法超速离心凝胶滤过法gelfiltration：凝胶渗透色谱gelpermeationchromtography

分子筛滤过molecularsievefiltration4．根据物质分子大小差异进行分离

——凝胶滤过法gelfiltration：

凝胶三维网状结构的分子筛作用按分子量由大到小的顺序分离原理4．根据物质分子大小差异进行分离

——凝胶滤过法gelfiltration：

葡聚糖凝胶SephadexG：

葡聚糖+交联剂（环氧氯丙烷）分子筛水中应用分离水溶性成份商品型号按交联度分类，以10倍吸水量（ml/g）表示羟丙基葡聚糖凝胶SephadexLH-20:

SephadexG-25羟丙基化所得分子筛和反相色谱相结合水、甲醇、乙醇、丙酮、乙酸乙酯、氯仿中使用水溶性、脂溶性成分都可分凝胶的种类、性质及应用5．根据物质离解程度不同分离进行分离

——离子交换法

离子交换树脂为固定相，水，含水溶剂装柱含水流动相通过树脂可交换离子与树脂上的交换基团交换，吸附到树脂上中性及无交换离子的成分流出将吸附到柱上的成分洗脱下来离子交换原理5．根据物质离解程度不同分离进行分离

——离子交换法

球形颗粒，不溶于水，可在水中溶胀离子交换树脂的性质离子交换树脂的结构母核离子交换基团5．根据物质离解程度不同分离进行分离

——离子交换法

离子交换树脂的种类阳离子交换树脂：强酸性（-SO3-H+）弱酸性（-COO-H+）阴离子交换树脂：强碱性（-N+（CH3）3Cl-）弱碱性（-NH2，-NH-，-N=）水提液中酸性、碱性、两性化合物的分离

ⅠⅡ碱性Ⅰ＜Ⅱ＜

Ⅲ

Ⅲ

ⅡⅠ碱性不同的生物碱的分离第五节天然药物化学成分结构鉴定方法简介结构研究的特点：

结构研究的总原则:

尽可能不消耗或少消耗试样波谱综合分析与文献数据比较必要时辅以化学手段

结构鉴定程序一般为：确定纯度测定物理常数确定分子量、分子式波谱分析确定结构式

（一）、纯度的测定纯度检查法：

-均一的晶形

-敏锐的熔点、沸点、折光率、比旋度

-TLC、GC、HPLC（二）、结构研究的主要程序（三）、结构研究中采用的主要方法1.确定分子式，计算不饱和度2.质谱（MS，massspectrum）3.红外光谱（IR，infraredspectra）4.紫外-可见吸收光谱（UV-vis)(ultraviolet-visiblespectra）5.核磁共振（NMR，nuclearmagneticresonance）6.其他：

x-单晶衍射法

旋光光谱（ORD）

园二色谱（CD）（三）、结构研究中采用的主要方法

——1.确定分子式，计算不饱和度分子式的确定元素定量分析结合分子量测定同位素丰度比法高分辨质谱（HR-MS，highresolutionmassspectrum

）

不饱和度的计算u=Ⅳ－Ⅰ/2＋Ⅲ/2＋1Ⅰ：一价原子数如H、XⅢ：三价原子数，如N、PⅣ：四价原子数，如C（三）、结构研究中采用的主要方法

2.质谱（MS，massspectrum）作用：确定分子量、分子式提供部分结构信息

——丢失碎片的大小如15、17——碎片的m/z及裂解方式（三）、结构研究中采用的主要方法

2.质谱（MS，massspectrum）常用质谱技术及特点

电子轰击质谱（EI-MS，electronimpactionization）场解析质谱（FD-MS，fielddesorptionionization）快速原子轰击质谱（FAB-MS，fastatombombardment）电喷雾质谱（ESI-MS，electrosprayionization）基质辅助激光解析质谱（MALDI-MS）

matrix-assistedlaserdesorptionionization

（三）、结构研究中采用的主要方法

——3.红外光谱（IR，infraredspectra）原理：化学键的振动在红外光区（4000～625cm-1）引起的吸收谱图作用：特征频率区（functionalgroupregion）

4000～1500cm-1————确定官能团类型指纹区（fingerprintregion）

1500～600cm-1————构象、构型、取代模式等（三）、结构研究中采用的主要方法

——4.紫外-可见吸收光谱（UV-vis)

(ultraviolet-visiblespectra）原理电子由基态跃迁至激发态（

、n

）在紫外可见光区（200～700nm）引起的吸收谱图作用对含有共轭双键、α,β-不饱和羰基、芳香化合物的结构鉴定有重要价值特定的吸收谱特征——骨架类型的判断如：黄酮、香豆素、蒽醌加诊断试剂前后谱图的规律性变化——取代图式的推断如：黄酮、香豆素（三）、结构研究中采用的主要方法

——5.核磁共振（NMR）

（nuclearmagneticresonance）原理：

1H、13C等具有磁矩的原子在外加磁场中受电磁波照射，吸收一定能量电磁波，产生能级变化，引起核磁共振氢核磁共振（1H-NMR）碳核磁共振谱（13C-NMR）二维核磁共振谱（2D-NMR）氢核磁共振（1H-NMR）应用：提供H