天然药物化学课件(上)-吴立军.ppt

1、天然药物化学,参考教材：天然药物化学 吴立军，人民卫生出版社（第五版）,第一章 总论 第二章 糖和苷 第三章 苯丙素类 第四章 醌类化合物 第五章 黄酮类化合物 第六章 萜类和挥发油 第七章 三萜及其苷类 第八章 甾体及其苷类 第九章 生物碱,研究天然产物化学成分的基本步骤,原材料,单体化合物,总提取物,不同部位,目的化合物,结构修饰 人工合成,提取,初步分离,精细分离纯化,中草药中各类化学成分简介,一、有效成分 1. 碱性化合物： 生物碱,小檗碱,2.酸性化合物： 结构中含有酚羟基的化合物 黄酮、醌类、苯丙素（香豆素、木脂素）及其苷类 结构中含有羧基的化合物 有机酸、葡萄糖醛酸 3.两性化合

2、物： 结构中既有碱性基团也有酸性基团 氨基酸、蛋白质 4.中性化合物： 分子结构中既无碱性基团也无酸性 基团的化合物，如萜类和挥发油、 甾体等。 二、无效成分 1.脂溶性 蜡高级不饱和脂肪酸（1630碳）和 高级一元醇结合的酯 脂肪油不饱和脂肪酸（链长短不一）与丙三醇形成的甘油酯，通常称为混合甘油酯。 叶绿素及胡萝卜素 2.水溶性 多糖类淀粉、纤维素、树胶、果 胶、粘液质 多元酚类化合物鞣质,天然药物的定义： 由动、植物、矿物和微生物原料发酵形成的药物,通俗地称之为中草药，是传统药、民间药、民族药的总称。 天然药物包含了中药但并不等于是中药 有效成分(活性成分）：通常把具有一定生物活性、治疗作

3、用，可以用分子式和结构式表示，并具有一定物理常数（如熔点、沸点、旋光度、溶解度等）的单体化合物。 无效成分（杂质）：与有效成分共存的其他成分,有效部位： 尚未提纯，分离为单体化合物的有效成分混合体。,天然药物中分离出有效成分：制剂 如：颠茄、曼陀罗：莨菪碱（阿托品）； 穿心莲：穿心莲内酯 天然药物中分离出有效部位： 如：银杏叶的提取物银杏黄酮 地奥心血康8种甾体皂苷,天然药物有效成分的特点,多样性 可开发性 相对性 注意：因其特点，对有效成分和无效成分不能简单而机械地理解,天然药物化学成分的主要类型：,1.一般成分：用于维持动植物生长的必需物质（如糖类、蛋白质、酯类、色素、油脂、无机盐等），这

4、些成分大多数是天然药物中共有的，通常视为无效成分。 2.特殊成分：动植物在生长过程中为了适应环境的变化而产生的特殊成分（如生物碱、苷类、萜类、甾体、挥发油、有机酸等），这些成分并不是所有的天然药物都有，存在于不同天然药物的不同部位。,相对密度 当以水作为参考密度时，即1g/cm3作为参考密度(水4时的密度)时，过去称为比重(specific gravity)。相对密度一般是把水在4度的时候的密度当作1来使用，另一种物质的密度跟它相除得到的。 相对密度只是没有单位而已，数值上与实际密度是相同的。,目的与意义,（一）探索天然药物防病治病的原理:有效成分 （二）控制天然药物及其制剂的质量 影响天然药

5、物防病治病的主要因素： 有效成分的含量、 产地、采收季节、 加工方法、贮存条件 （三）改进剂型，提高临床疗效 （四）促进天然药物的开发和应用 (1)开辟和扩大天然药物资源：如黄连小檗碱 代用品：三颗针小檗碱 （2）降低毒性，提高疗效 （3）提取制药原料和中间体：如薯蓣皂苷元为合成甾体激素和甾体避孕药的原料 （4）进行结构改造和修饰，研制新药,提取分离流程图,天然药物粗粉 提取 分离 纯化 鉴定,提取：将有效成分从天然药物中提出的过程 分离：将提取物中各种成分逐一分开的过程 纯化：将有效成分与无效成分或杂质分开并除去的过程,基本知识,溶剂的极性,亲脂性有机溶剂,极 性 逐 渐 增 大,亲水性有机

6、溶剂,水,基本知识,溶剂的极性,两者能以任意比例混溶,亲水性有机溶剂,水,基本知识,溶剂的极性,亲脂性有机溶剂,两者分层，可进行萃取,水,基本知识,细胞内 有效成分,溶剂渗入,有效成分 从细胞内溶出,浓度由高到低,基本原理,提取前预处理 粉碎 脱脂 根茎类 苷类,溶剂提取是指溶剂进入生物体细胞，溶解或分散其有用物质而变成浸出物的全过程。 包括浸润、解吸和扩散三个阶段。 浸润：渗透阶段 溶剂通过细胞壁渗透到细胞中。 解吸：溶解阶段 细胞内容物与细胞组织之间有亲和 力，溶剂破除这种亲和力。 扩散：置换阶段 利用细胞内的渗透力产生的压差而抽提出来，用溶剂占领内容物的位置而将内容物置换出来。 石油醚油

7、脂、蜡、叶绿素、挥发油、游离甾体及三萜类化合物 氯仿或醋酸乙酯游离生物碱、有机酸及黄酮、香豆素的苷元 丙酮或乙醇、甲醇苷类、生物碱盐、鞣质等 水氨基酸、糖类、无机盐等,扩散过程表达式：,dt: 扩散时间,F：扩散面积，以粉碎度表示,浓度差,D： 扩散系数,ds: 在dt时间内的扩散量,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,第一章 总 论,由于现代科学技术进步，特别是将波谱解析方法（NMR、MS、IR、UV）用于推导化合物的结构，甚至用X晶体衍射来确定化合物结构的发展，以及分离手段的进步，天然药化的发展速度大为加快，发现的新化合物数目大为增加，微

8、量成分、水溶性成分的分离、提纯；稳定性差的活性物资的分离等也不再是难题了。天然药物化学本身也已不再是原先的分离提取、结构鉴定，而是逐步发展成生测指导下的分离提取、结构鉴定，及半合成修饰和全合成紧密结合的一门学科。,概 述,第一节 绪 论,一、天然药物及其相关术语 二、天然药物化学的定义、研究对象、研究内容 三、天然药物化学发展历史沿革和现状 四、天然药物化学在中药现代化中的作用,一、天然药物及其相关术语,1.天然药物的定义： 天然来源 2.天然药物的来源： 植物 动物 矿物 微生物 海洋天然药物,3.天然药物相关术语,天然药物 natural medicine 中草药 chinese herb

9、al medicine 本草纲目，1892种 / 本草纲目拾遗，1021种 目前我国药用植物总数，15000余种 中药 Traditional Chinese Medicine 草药 herbal drug 民族药 Ethnic Medicine 蒙药 Mongolia Medicine 藏药 Tibetan Medicine 苗药 Miao drug 生药 Crude drug,4. 天然药物研究现状,疾病谱、医疗模式、药物结构的改变 传染、感染性疾病 身心疾病、现代病 治疗 预防、保健、治疗、康复 化药 化药 天然药 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

10、元 天然药物销售额年增长幅度，欧共体，30% 美国， 20% 日本， 15%,4. 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？,二、天然药物化学的定义、研究对象、研究内容,1.定义及相关术语 2.研究对象 3.研究内容,1. 天然药物化学定义及相关术语：,天然药物化学 Chemistry of natural medicine Medicinal chemistr

11、y of natural products 运用现代科学理论与方法研究天然药物中化学成分（以生理活性成分或有效成分为主） 中药化学 Chemistry of TCM 植物化学 Phytochemistry 天然产物化学 Chemistry of natural products,2天然药物化学的研究对象,研究对象：化学成分 chemical constituents 特别是生理活性成分或有效成分 active compound 成分的复杂性： 不同药物所含成分类型不同 每种类型成分的数目相当多 同种药物所含成分结构、性质各异,2天然药物化学的研究对象,生理活性成分 active compoun

12、d / constituent 非生理活性成分 inactive compounds,有效成分 无效成分 有效部位 active fraction 一种主要有效成分/一组结构相近的有效成分 有毒成分 toxic compound,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、发展的 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

13、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,三、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 231341，晋，葛洪，抱卜子 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、乳酸、苹果酸、没食子酸,2.学科真正形成阶段（19世纪）,特点一：

14、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,2.学科真正形成阶段（19世纪）,特点二：结构鉴定以化学方法为主 氧化、还原等降解反应推导结构 碎片合成、全合成证明结构,2.学科真正形成阶段（19世纪）,特点三：生源合成途径、本质的揭示 生源前体的识别：萜类MVA 生物碱-Aa 生源合成本质的揭示：生物细胞内多步酶促反应 有机反应理论来解释机制 生物合成物质用于结构确定,3学科迅速发展时期（20世

15、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，Kuhn and Lederer，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，James and Martin，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，MALDI ESI-TOF，MALDI-TOF NMR：1953，30

16、MHZ的连续波核磁共振仪 70年代，脉冲傅立叶变换核磁共振仪 1D NMR2D NMR 3060100300MHz 400500600800900MHz UV，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）,特点四:生物活性测试普遍开展 单纯的化合物分离活性跟踪分离 小规模测试高通量筛选 H

17、TS high throungput screening,3学科迅速发展时期（20世纪）,四、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,四、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,1.阐明中药的药效物质基础,探索中药防治疾病机理 麻黄 功效：发汗散寒、宣肺平喘

18、、利水消肿 物质基础：麻黄碱肾上腺素样作用 收缩血管、兴奋中枢发汗 去甲麻黄碱松弛支气管平滑肌平喘 伪麻黄碱升压、利尿消肿,1.阐明中药的药效物质基础,促进中药药性理论研究的深入 性：热性、温热药去甲乌药碱 肾上腺素 儿茶酚胺类 味：辛味药（解表、理气）挥发油 归经： 同一归经药的相同、相似化学成分 有效成分的作用靶点：麻黄碱解痉肺经 伪麻黄碱利水膀胱经 有效成分体内代谢动力学： 川芎川芎嗪在肝脏、胆囊分布多归肝、胆经,1.阐明中药的药效物质基础,阐明中药复方配伍的科学内涵 单味药的有效成分研究 复方有效成分 各单味药有效成分的简单加和 协同、拮抗作用 物理、化学作用 改变溶出度 柴胡人参 人

19、参皂苷增加柴胡皂苷的溶出 甘草 甘遂 甘草皂苷增加甘遂甾萜类的溶出 发生化学反应 四逆汤：附子、干姜、甘草等 乌头碱与甘草皂苷形成不溶性沉淀减毒 黄连 吴茱萸 小檗碱与大分子酸性成分形成沉淀,1.阐明中药的药效物质基础,阐明中药炮制原理 炮制前后有效成分、有毒成分的变化阐明炮制原理 改进炮制工艺 制定炮制规范或标准 如：延胡索 醋炒 增加生物碱溶出增效 乌头类蒸煮水解双酯型生物碱减毒 黄芩冷浸淡黄芩（绿） 黄芩苷醌 变色 热煮煮黄芩（黄）,2. 建立和完善中药的质量评价标准,中药材、制剂中有效成分的质量临床疗效 建立科学、灵敏的质控标准 科学质控标准和药效的相关性 有效成分科学的质控指标 以有

20、效成分、有效部位、大类成分、有毒成分为指标，多种分析手段 中药指纹图谱技术,3. 改进中药制剂剂型二次开发,改革的目标：三效、三小、三便 剂型选择 有效成分的溶解性、酸碱性、挥发性、稳定性等 水溶性好注射液 双黄连/参脉 口服液 生脉 颗粒剂 板蓝根 难溶于水片、胶囊、滴丸等 制剂工艺优化有效成分的理化性质 制剂稳定性有效成分的理化性质合适PH、适当包装,4创新药物研发原创性研发,创新药物研发的必要性 入世后化学药品受到专利保护，仿制须向创新转轨 新的药品注册法，单纯改变剂型已不能按新药申报 创新药物研究的关键切入点：先导化合物的发现 从天然药物中发现先导物、创制新药世界公认的有效途径 从中药

21、中发现先导物的优势 数千年临床实践疗效确切 丰富的资源结构、活性的多样性,5. 扩大药源,资源可持续可用：甘草、肉苁蓉 植物化学分类学原理： 亲缘关系近的植物含有相同或相似的化学成分 黄连素：黄连小檗科、防己科、芸香科植物,第二节 生物合成,一、一次代谢和二次代谢 二、生物合成假说的提出 三、主要的生物合成途径,一、一次代谢和二次代谢,一次代谢： 对维持植物生命活动不可缺少的过程 几乎所有绿色植物中都存在 糖代谢、脂肪代谢、蛋白质代谢、核酸代谢 一次代谢产物 Primary metabolits 对机体生命活动不可缺少的物质 糖、脂肪、蛋白质、核酸 乙酰辅酶A、丙二酸单酰辅酶A、莽草酸、氨基酸

22、,一、一次代谢和二次代谢,二次代谢：对维持植物生命活动来说不起重要作用 并非所有植物中都存在 二次代谢产物 Secondary metabolits 对机体生命活动并非不可缺少的物质 生物碱、黄酮、萜类、蒽醌、香豆素等,二、生物合成假说的提出,天然化合物之间的结构联系 天然化合物与一次代谢产物间的联系,二、生物合成假说的提出,二、生物合成假说的提出,三、主要的生物合成途径,1. 醋酸-丙二酸途径：脂肪酸、酚、蒽酮类 2. 甲戊二羟酸途径：萜、甾体类 3. 桂皮酸途径： 苯丙素、香豆素、木质素、木脂素、黄酮类 4. 氨基酸途径： 生物碱 5. 复合途径： 醋酸-丙二酸莽草酸径 醋酸-丙二酸甲戊二

23、羟酸途径 氨基酸甲戊二羟酸途径 氨基酸-醋酸-丙二酸途径 氨基酸莽草酸径,醋酸丙二酸途径 脂肪酸生物合成,醋酸丙二酸途径 酚类生物合成,醋酸丙二酸途径 蒽醌类生物合成,甲戊二羟酸途径,桂皮酸途径,氨 基 酸 途 径,第三节 提取分离方法,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）,天然产物化学成分的预试验与提取,（一）天然产物化学成分的预试验,基本原理：根据各成分极性的不同，先系统地分成几个不同部分，然后利用显色反应或沉淀反应，或结合纸色谱、薄层色谱，定性判断各部分中可能含有的化合物类型。,常用

24、溶剂极性次序：水 甲醇乙醇丙酮 亲水性有机溶剂 乙酸乙酯氯仿乙醚苯己烷（石油醚） 亲脂性有机溶剂,石油醚环己烷苯氯仿乙醚乙酸乙酯 正丁醇丙醇，乙醇甲醇水含盐水,适用于极性从小到大的预实验,采用石油醚、水、95%乙醇的三段法进行粗分，提高工作效率,实际工作中：采用石油醚（非极性物质）、水（极性物质）、95%乙醇（大部分成分）的三段法进行粗分，提高工作效率。,天然产物化学成分的预试验与提取,一般定性试验初步验证： 生物碱 碘化铋钾 棕黄色或橘红色沉淀 黄酮 将乙醇液加Mg粉，滴入浓盐酸后振荡在泡沫处呈桃 红色或与1% AlCl3乙醇溶液呈有色荧光。 氨基酸和肽 茚三酮 蓝紫色 有机酸 溴酚蓝 黄色

25、 酚类 FeCl3 紫色、蓝色 蛋白质 NaOH+CuSO4 紫红色络合物（以双缩脲反应） 糖和苷 与斐林试剂作用有砖红色Cu2O沉淀。,预试验方法要求简便、快速，并要有尽可能的正确性。 试管试验及滤纸片法。 层析方法（PC和TLC）：灵敏度高、成分之间互相干扰小。,预试验往往只能提供初步的线索,例： 生物碱 碘化铋钾试剂（Dragendorff试剂），对香豆素、萜类内酯也能反应。 另外，植物中的酸性成分往往与植物体内的K、Na、Ca、Mg结合成盐存在，因此不能由于水和酒精提取液不呈酸性而否定酸性成分的存在。,咖啡碱属于生物碱，但对碘化铋钾试剂却呈阴性反应。 有些预试验方法是该类化学成分需要先

26、经过一步反应，生成的产物再与试剂显颜色反应。如：氰苷的预试验方法是利用氰苷遇酸水解生成HCN，再与苦味酸NaCO3溶液反应显红色。,由于植物内各种成分的含量很低，尤其是某些生理活性物质含量更低，运用一般的预试验方法是很难发现的。如：美登素（抗肿瘤药物） 新类型的化学成分靠目前的预试验方法无法检测。,1.系统分离 是选择一系列分离措施，将性质相近的组分集中在一起提取出来，并分别与临床、动物实验相配合，确定该部分是否有效，目的：对有效部分视具体情况再进行分离，找出关键成分，这是系统分离的目的。 2.系统分离包括粗分阶段和细分阶段： 粗分阶段又称作部位分离，大类物质的分离，如皂苷、蛋白质；细分阶段称

27、作组分分离。 系统分离亦利用溶剂极性的大小对植物成分进行分类提取。,天然产物化学成分的预试验与提取,（二）天然产物化学成分的系统分离,对于水提取液，采用离子交换树脂将其分为碱、酸和中性三部分：,第三节 提取分离方法,一、中草药有效成分的提取 二、中药有效成分的分离与精制,一、中草药有效成分的提取,水蒸汽蒸馏法：挥发性 升华法 ：升华性 溶剂提取法：最常用 依据：天然药物中各种化学成分在不同溶剂中溶解度不同 基本原理：渗透作用 溶剂提取法的关键是溶剂的选择（根据溶剂的极性、被提取成分的性质以及共存其他成分的性质）,1.选择溶剂考虑因素 2.常见溶剂的种类及其特点 3.常用溶剂提取方法 4.影响溶

28、剂提取效率的因素,溶剂提取法,比水重的有机溶剂：氯仿,与水分层的有机溶剂：环己烷 正丁醇,能与水分层的极性最大的有机溶剂：正丁醇,与水可以以任意比例混溶的有机溶剂：丙酮 甲醇,极性最大的有机溶剂：甲醇,极性最小的有机溶剂：石油醚,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,溶解范围最广的有机溶剂：乙醇,化学成分的极性：被提取成分的极性是选择提取溶剂最重要的依据。 影响化合物极性的因素： (1) 化合物分子母核大小（碳数多少）：分子大、碳数多，极性小；分子小、碳数少，极性大。 (2) 取代基极性大小：在化合物母核相同或相近情况下，化合物极性大小主要取决于取代基极性大小。 常见基团

29、极性大小顺序如下；酸酚醇胺醛酮酯醚烯烷。 举例：判断下列各组化合物极性大小。 A B C,常用溶剂可分为以下三类： 水：强极性溶剂 中草药中亲水性的成分，如无机盐、糖类、分子不太大的多糖类、鞣质、氨基酸、蛋白质、有机酸盐、生物碱盐及苷类等都能被水溶出。 为了增加某些成分的溶解度，也常采用酸水及碱水作为提取溶剂。酸水提取，可使生物碱与酸生成盐类而溶出，碱水提取可使有机酸、黄酮、蒽醌、内酯、香豆素以及酚类成分溶出。 优点：取之不尽、用之不竭；价廉易得；使用安全。 缺点：提取液中杂质较多（如无机盐、蛋白质、糖类和淀粉等）；水提液易变质、发霉、不易保存；沸点高，蒸发浓缩时间长；沸水提取时，淀粉被糊化，

30、增加过滤难度；皂苷及粘液质，减压浓缩时，产生大量气泡等。,亲水性有机溶剂：甲醇、乙醇、丙酮（与水任意比例混溶 ）：苷类、生物碱盐、鞣质等。 特点：对植物细胞穿透能力较强 对许多成分的溶解性能好，提取完全 毒性低，价格便宜，回收方便 比水用量少，提取时间短，水溶性杂质少 乙醇提取天然产物成分是目前最常用的方法。,根据被提取物质的性质，采用不同浓度的乙醇进行提取。如：95%乙醇适于提取生物碱、挥发油、树脂、叶绿素等；6070%乙醇适于提取黄酮苷、三萜皂苷、生物碱、蒽醌苷等成分。,可溶解挥发油、油脂、叶绿素、树脂、内酯、 某些生物碱及一些苷元。 特点：选择性强，沸点低，浓缩回收方便，易燃，有毒，价贵

31、，设备要求较高，穿透药材组织的能力较差，提取时间较长，有局限性。,亲脂性有机溶剂：如石油醚、苯、氯仿、乙醚、乙酸乙酯、二氯甲烷等（与水不能任意混溶）,溶剂提取法1.选择溶剂考虑因素：,溶剂尽可能多地溶出有效成分,杂质少溶或不溶 有效成分、杂质、溶剂的极性：相似相溶原理 溶剂的安全性、价廉易得、回收方便等,溶剂提取法2. 常见溶剂的种类及其特点,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

32、有机溶剂： 溶解范围最广的有机溶剂：,溶剂提取法 3.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,浸渍法： 浸渍法系将天然产物粉末或碎块装入适当的容器中，加入适宜的溶剂（如乙醇、稀醇或水），浸渍药材以溶出其中成分的方法。,渗漉法： 渗漉法是将天然产物粉末装在渗漉器中，不断添加新溶剂，使其渗透过药材，自上而下从渗漉器下部流出浸出液的一种浸出方法。,提取技术,浸渍法,提取技术,渗漉法,渗漉法,以稀乙醇或酸、水作溶剂

33、，先浸后渗，提取效率高于浸渍法。但溶剂用量大，对原料粒度要求高。,实验室简单渗漉装置,01 溶剂罐02 变频物料泵 03 快速渗漏机 04 流量计 05 渗滤液罐 06 可调试电加热水箱 07 热水泵 08 高效旋转薄膜蒸发器 09 浓缩液罐 10 冷凝器 11 冷却器 12 受却器 13 真空泵 14 控制柜,SLNS-快速渗漉提取浓缩机组工艺流程图,煎煮法： 煎煮法是我国最早使用的传统的浸出方法。所用容器一般为陶器、砂罐或铜制、搪瓷器皿，不宜用铁锅，以免药液变色。直火加热时最好时常搅拌，以免局部药材受热太高，容易焦糊。有蒸汽加热设备的药厂，多采用大反应锅、大铜锅、大木桶，或水泥砌的池子中通

34、入蒸汽加热。还可将数个煎煮器通过管道互相连接，进行连续煎浸。,提取技术,煎煮法,煎煮中药小常识,铁、铜器的金属化学物质比较不稳定（注），在高温煎煮过程 中，一些如铜离子、铁离子等可能活跃出现，而连环的促进很多复杂的化学反应 。例如使用铁锅煎中药，很容易与大黄、何首乌、地榆、五倍子、白芍等药材所 含的鞣质、甘类等成份起化学反应，孪生一种不溶於水的鞣酸铁及其他有害 成份，使中药汤剂变黑变绿，药味又涩又腥。轻则改变药液性味，降低疗效；重 则使服用者发生反胃、恶心、呕吐等副作用。长期用铝锅煎药会影响脑神经 煎熬中药最好是沙锅，陶瓷瓦罐（铝制 品、搪瓷器也可用），忌用铁器。因为陶瓷化学性质稳定，在药物水

35、煎复杂的化学应中，不会“干扰”药物的合成与分解，导致影响药效。长期用铝锅煎药会影响脑神经 古代人根据临床经验，統一认为：凡煎药最忌铜铁器，宜用银器、瓦罐。現代知识也验证了上述理论是正确的。,回流提取法： 应用有机溶剂加热提取，需采用回流加热装置，以免溶剂挥发损失。小量操作时，可在圆底烧瓶上连接回流冷凝器。溶剂浸过药材表面约12cm。在水浴中加热回流，一般保持沸腾约1小时后放冷过滤，再在药渣中加溶剂，作第二、三次加热回流分别约半小时，或至基本提尽有效成分为止。此法提取效率较冷浸法高，大量生产中多采用连续提取法。,提取技术,回流提取法,冷却水：下进上出,溶剂蒸气：,连续回流提取法： 应用挥发性有机

36、溶剂提取天然产物有效成分，不论小型实验或大型生产，均以连续提取法为好，而且需用溶剂量较少，提取成分也较完全。实验室常用脂肪提取器或称索氏提取器。连续提取法，一般需数小时才能提取完全。提取成分受热时间较长，遇热不稳定易变化的成分不宜采用此法。,索式提取器连续回流提取,萃取瓶 （圆底烧瓶）,冷凝管,脂肪提取器,滤纸筒,虹吸管,蒸汽管,提取技术,连续回流提取法,提取技术,连续回流提取法,提取技术,连续回流提取法,提取技术,连续回流提取法,提取技术,连续回流提取法,提取技术,连续回流提取法,提取技术,连续回流提取法,提取技术,回流提取法与连续回流提取法的区别,.把滤纸做成与提取器大小相应的滤纸筒，然后

37、把需要提取的样品放入滤纸筒内，装入提取器。 注意: a.滤纸筒既要紧贴器壁，又要方便取放。（滤纸筒上可以套一圈棉线，方便提取完成后取出滤纸筒。） b.被提取物高度不能超过虹吸管，否则被提取物不能被溶剂充分浸泡，影响提取效果。被提取物亦不能漏出滤纸筒，以免堵塞虹吸管。如果试样较轻，可以用脱脂棉压住试样。 .在提取用的烧瓶中加入提取溶剂和沸石（没有沸石可以用玻璃珠或碎瓷片，目的就是防止暴沸）。 .连接好烧瓶、提取器、回流冷凝管，接通冷凝水,加热。沸腾后，溶剂的蒸气从烧瓶进到冷凝管中，冷凝后的溶剂回流到滤纸筒中，浸取样品。溶剂在提取器内到达一定的高度时，就携带所提取的物质一同从侧面的虹吸管流入烧瓶中

38、。溶剂就这样在仪器内循环流动，把所要提取的物质集中到下面的烧瓶内。 具体的回流时间是不一样的，有的是按文献要求提取一定时间，有的是提取至提取液无色，又比如用乙醚提取样品中的脂肪时是以抽提管中流出的乙醚挥发后不留下油迹为抽提终点。总之就是要提取完全为止。,操作步骤：,虹吸原理,原理概括：由于压强差在起作用。当弯管两侧中同一液面的压强不同时，管中的液体就会向着压强较小的一侧流动。,虹吸现象所需条件 利用虹吸原理必须满足三个条件： 1、管内先装满液体 2、管的最高点距上容器的水面高度不得高于大气压支持的水柱高度。 3、出水口比上容器的水面必须低。这样使得出水口液片受到向下的的压强（大气压加水的压强）

39、大于向上的大气压。保证水的流出。,在中国的应用,西南地区的少数民族用一根去节弯曲的长竹管饮酒，也是应用了虹吸的物理现象。宋朝曾公亮武经总要中，有用竹筒制作虹吸管把峻岭阻隔的泉水引下山的记载。在空瓶里烧纸，由于火把瓶里的一部分空气赶出瓶外，火熄灭后瓶里就形成负压，造成一定的真空，瓶外的空气压力就把瓶紧紧地压在人腹上。（拔火罐）,提取技术,超临界流体萃取SCFE,超临界流体萃取： 是以某一介质作为萃取剂，在其临界温度和临界压力之上的条件下，从液体或固体物料中萃取出待分离的组分的一种方法。 超临界流体： 由于接近液体的密度使之具有较高溶解度,由于接近气体的粘度, 使之具有良好的流动性能,扩散系数介于

40、气液之间,使之对待萃取的物料组织有良好的渗透性,这些特征大大提高了溶质进入超临界流体的传质速率。,超临界流体萃取的特点,萃取过程在较低温度范围内进行,特别适用于具有热敏性或易氧化的成分。萃取介质通常选用二氧化碳,二氧化碳化学性质稳定,无腐蚀性、无毒性、不易燃、不易爆,萃取后容易从分离成分中脱除,不会造成污染,适用于食品和医药行业。,工艺条件容易控制,通过对温度和压力进行调节, 可以实现选择性萃取和分离。,萃取产物的理化性质保持良好,产品质量好,且无溶剂残留问题,萃取介质循环利用,无环境污染问题。,超临界流体萃取需要冷媒和高压支持且生产量较小,操作成本大。,超临界流体萃取的应用,由于超临界流体萃

41、取技术上有许多不可替代的优点,近年来获得高度的重视和广泛的应用, 例如中药有效成分的提取；菌体生成物的分离；香精香料色素的提取；动植物脂肪、脂溶性成分、植物碱、甾醇类物质等成分的提取；有机溶剂以及有害有毒物质的脱除等。,提取技术,超临界流体萃取（SFE）,最常用的是二氧化碳超临界萃取法，环保、成本低、提取分离一步完成。分子的极性、沸点和分子量的大小与其在二氧化碳超临界流体中的溶解性密切相关。,超临界流体萃取法,超临界二氧化碳流体(SFE-CO2)临界点(31.1)相当接近室温,利用超临界条件下流体的特殊性能对样品进行提取，是20世纪80年代迅速发展起来的一种提取方法。,超临界流体不但具有与液体

42、接近的密度，有很强的穿透性，接近或超过溶剂的提取效率；而且具有与气体相近的扩散的性能，提取效率越高。,常用的超临界流体有CO2、乙烷、丙烷等。,与普通有机溶剂提取法相比，超临界CO2萃取技术具有无毒、常温、不易燃、无污染等特点，可确保原有的色、香、味不因受热破坏；更为可贵的是在萃取过程中可同时对萃取物进行分离纯化。该技术适宜于萃取高价值的油脂（包括天然功能性油脂）、精油、内酯等极性较低的天然产物有效成分。,超临界CO2提取的特点。,CO2,钢瓶,冷温槽,高压泵,恒 温 箱,控温面板,接受瓶,流量计,CO2,原料,玻璃珠,脱脂棉,萃取柱,超临界CO2 萃取实验装置示意图,液体CO2由高压泵加压到

43、萃取工艺要求的压力并传送到换热器，将CO2流体加温到萃取工艺所需温度后进入萃取器，在此完成萃取过程。负载溶质的CO2流体在分离器中改变温度压力，溶解度降低使萃取物得以分离。分离萃取物后的CO2流体再经换热器液化后回到储罐中循环使用。 20世纪50年代初进入试验阶段，如从石油中脱沥青。 70、80年代SFE用于食品香料的提取。 90年代从植物药中提取目标成分，如从蛇床子、桑白皮、茵陈蒿中提取活性成分。,超临界CO2提取操作流程,超声波强化提取技术,原理：利用超声波的空化作用加速植物有效成分的浸出提取。 优点：提取时间短，收率高，避免高温对有效成分的破坏 缺点：对容器壁的薄厚，放置位置要求较高,提

44、取技术,超声波提取法,优点：提取时间短，提取效率高，无需加热 缺点：提取规模小，杂质含量高,超声波、微波促提技术的应用，可以加快提取速度，提高提取效率。,目前实验室广泛使用的超声波萃取仪是将超声波换能器产生的超声波通过介质（通常是水）传递并作用于样品，这是一种间接的作用方式，声振强度较低，必须通过增加超声波发生器功率（3300W）来提高萃取效率。但较大的超声波功率，又会发出令人感觉不适的噪音。,超声波促提原理：,为物理过程，无化学反应，不改变生物活性，高能量的超声波产生的强大压力，可造成植物细胞壁及生物体破裂，导致胞内物质释放、扩散、溶解。,实验室用小型超声仪,工业生产用超声仪,微波萃取技术,

45、微波促提原理：微波辅助技术是利用样品中目标物分子在微波电磁场的作用下，从原来的热运动状态转为跟随微波交变电磁场而快速排列取向，将微波能量转化为样品内的能量，从而加速目标物从固相进入溶剂相的过程。 原理：在微波场中，利用吸收微波能力的差异，被提取物质的某些区域或萃取体系中某些成分选择性加热分离 优点：提取速度快 缺点：要求药材含一定的水分，微波对某些化合物有一定降解作用，只适宜对热稳定的产物,具有穿透力强，加热效率高，操作简便、快速、节能、高效等特点。 缺点：化学成分的结构易发生变化，继而导致生物活性的改变。,微波提取尤其要注意能量的控制，被提取物质的稳定性。,工业生产用微波提取罐,酶法萃取技术

46、,原理：利用酶破坏植物的细胞壁，使有效成分溶出 是一种最大限度从植物体内提取有效成分的方法之一 中药提取中多用纤维素酶,溶剂提取法 4.影响溶剂提取效率的因素,溶剂 方法 粉碎度:材料细，面积大，扩散快，效果好。但是太细，吸附作用大，易糊化，扩散慢，同时植物细胞也会遭受破坏，大量蛋白质、淀粉被提出，产生沉淀或胶束状，影响提取。 花、叶可适当粗些，皮、茎、根宜细些。 温度:一般使用常温，在不破坏有效成分的条件下加热不要超过80C。 温度低提取时的杂质少，温度高时提取效率高；但含淀粉、粘液质较多的材料，水提时避免热提。 时间:以提完为准，是否完全可以提取也做定性实验，或薄层层析检测，或以液体颜色判

47、断。 根据检测结果确定是否需要延长提取时间。,水蒸气蒸馏法,水蒸气蒸馏法，适用于能随水蒸气蒸馏而不被破坏的天然产物成分的提取。此类成分的沸点多在100以上，与水不相混溶或仅微溶，且在约100时存一定的蒸气压。当与水在一起加热时，其蒸气压和水的蒸气压总和为一个大气压时，液体就开始沸腾，水蒸气将挥发性物质一并带出 大蒜素、丹皮酚、麻黄碱,水蒸汽蒸馏法 原理：道尔顿分压定律 当天然药物化学成分蒸气压（Pa）+ 水的蒸气压（Pb）=一个大气压时，化合物开始沸腾并被蒸馏出来 适用于具有挥发性、能随水蒸汽蒸 馏而不被破坏、难溶或不溶于水的成分的提取，如挥发油、小分子的香豆素类、小分子的醌类、小分子生物碱、

48、酚类成分。,提取技术,水蒸气蒸馏法 适用范围：水蒸气蒸馏是分离和纯化与水不相混溶的挥发性有机物常用的方法,提取技术,水蒸气蒸馏法,A 水蒸汽发生器 B 金属制水蒸汽发生器 C 安全管 D 蒸馏瓶 E 直形冷凝管 F 接收瓶 G 三通管 H 尾接管,提取技术,水蒸气蒸馏法,A 酒精喷灯加热 B 电炉加热 C 压力指示计 D 保温 E 冷凝水下进上出 F 分层 G 后关先开，防止倒吸,提取技术,水蒸气蒸馏法 基本原理：Dalton分压定律 当水与不混溶的物质共存时，整个体系的总蒸气压应为两组分蒸气压之和,当 p = p大气时，混合物开始沸腾，此时的温度为混合物的沸点,提取技术,水蒸气蒸馏法 适用范

49、围： 挥发性（100左右，蒸气压不小于1.33kPa） 不溶或难溶于水 与水不反应,提取技术,水蒸气蒸馏法,水蒸气蒸馏装置,常用的水蒸气蒸馏装置，包括水蒸气发生器、蒸馏、冷凝和接受器四个部分。,磨口玻璃装置,在实验上较为方便，常用于微量实验。操作时将盛有被蒸馏物的烧瓶中加入适量蒸馏水，加热至沸以便产生蒸气，水蒸气与被蒸馏物一起蒸出。对于挥发性液体和数量较少的物料，此法非常适用。,水蒸气蒸馏的方法分为直接法和间接法两种。,直接法,常量实验中经常使用的方法，其操作相对比较复杂，需要安装水蒸气发生器。 图中A是水蒸气发生器，一般使用厚壁玻璃瓶，也可使用金属制成的水蒸气发生器，安全玻璃管B几乎插到发生

50、器A的底部。当容器内气压太大时，水可沿着玻璃管上升，以调节内压。,间接法,蒸馏部分可用三口烧瓶，瓶内液体不宜超过其容积的1/3。蒸气导入管E的末端正对瓶底中央并伸到接近瓶底23 mm处。馏液通过接液管进入接收器，接收器外围可用冷水浴冷却。,水蒸气发生器与盛物的圆底烧瓶之间应装上一个T形管C。在T形管下端连一个带螺旋夹的胶管或两通活塞D，以便及时除去冷凝下来的水滴，应尽量缩短水蒸气发生器与圆底烧瓶之间距离，以减少水气的冷凝。,进行水蒸气蒸馏时，先将被蒸溶液置于三颈瓶中，加热水蒸气发生器A，直至接近沸腾后再关闭两通活塞，使水蒸气均匀地进入圆底烧瓶。 为了使蒸气不致在D中冷凝而积聚过多，必要时可在F

51、下置一石棉网，用小火加热。必须控制加热速度，使蒸气能全部在冷凝管中冷凝下来。,如果随水蒸气挥发的物质具有较高的熔点，在冷凝后易析出固体，则应调小冷凝水的流速，使它冷凝后仍然保持液态。假如已有固体析出，并且接近阻塞时，可暂时停止冷凝水或将冷凝水暂时放去，以使物质熔融后随水流入接收器中。当冷凝管夹套中要重新通入冷却水时，要小心而缓慢，以免冷凝管因骤冷而破裂。万一冷凝管已被阻塞，应立即停止蒸馏，并设法疏通（可用玻棒将阻塞的晶体捅出或用电吹风的热风吹化结晶，也可在冷凝管夹套中灌以热水使之熔化后流出来）。,在蒸馏需要中断或蒸馏完毕后，一定要先打开螺旋夹使通大气，然后方可停止加热，否则蒸馏瓶中的液体将会倒

52、吸到A中。在蒸馏过程中，如发现安全管B中的水位迅速上升，则表示系统中发生了堵塞。此时应立即打开活塞，然后移去热源。待排除了堵塞后再继续进行水蒸气蒸馏。,分 馏 法,利用沸点不同进行分馏，再精制纯化 如：在分离毒芹总碱中的毒芹碱和羟基毒芹碱时，利用沸点不同进行常压或减压分馏,吸附法,吸附目的： 1.吸附除去杂质，常指鞣质色素 2.吸附所需物质 常常用氧化铝、酸性白土、活性炭,沉 淀 法,利用某些试剂产生沉淀的性质而得到分离或除去“杂质”。,盐析法:加易溶无机盐至一定浓度或饱和，降低成分溶解度，常用氯化钠、氯化铵、硫酸铵、硫酸钠、硫酸镁 透析法：小分子可通过半透膜，大分子不能通过，常用于纯化皂苷、

53、蛋白质、多肽和多糖等化合物。,透析法,利用小分子物质在溶液中可通过半透膜，大分子则不能通过半透膜的性质进行分离的方法。,如分离纯化皂甙、蛋白质、多肽、多糖等大分子时，用此法可除无机盐、单、双糖等小分子杂质 。,透析膜的膜孔有大有小，视具体情况而选择，常用透析膜：动物性膜、火棉胶膜、硫酸纸膜、玻璃纸膜等。,升 华 法,固体物质受热直接气化，遇冷后又凝固为固体化合物，称为升华。天然产物中有一些成分具有升华的性质，故可利用升华法直接自天然产物中提取出来。 例如樟木中升华的樟脑（camphor），在本草纲目中已有详细的记载，为世界上最早应用升华法制取药材有效成分的记述。 茶叶中的咖啡碱在178以上就能

54、升华而不被分解。游离羟基蒽醌类成分，一些香豆素类，有机酸类成分，有些也具有升华的性质。,升华法,将固体物质受热气化，遇冷又凝结为固体的方法。,樟木中的樟脑，茶叶中的咖啡因的提取。,2-莰酮,咖啡因,1、将茶叶与95%乙醇回流2h； 2、滤出茶叶，浓缩提取液至适当体积； 3、浓缩液与生石灰粉混合，搅成浆状，用蒸发皿在蒸汽浴上蒸干，除去水份； 4、在蒸发皿上盖一张刺孔向上的滤纸，再在滤纸上罩一个大小适合且颈部塞有棉花的漏斗； 5、用酒精灯隔石棉网加热，适当控制温度，白色咖啡因在滤纸上结晶。,实验室提取咖啡因步骤：,升 华,提取技术,升华法 基本原理： 适用范围： 具升华性的小分子有机物的提取,提取

55、技术,升华法,提取技术,升华法,提取技术,升华法,提取技术,升华法,提取技术,升华法,提取技术,升华法,提取技术,升华法,提取技术,升华法,提取技术,升华法,二、中药有效成分的分离与精制,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. 根据物质的溶解度差异进行分离,调节温度 改变混合溶剂的极性 调节PH 加入某种沉淀试剂,1.结晶及重结晶法：利用温度变化引起溶解度的改变使物质得以分离。 2.溶剂分离法： a.通过加入另一种溶剂以改变溶剂的极性，使一部分物质沉淀析出，从而实现分离。如：水提醇沉法 b.酸性、碱性或两性化合物

56、，通过加入酸或碱来调节溶剂的PH值，改变分子的存在状态（游离型或离解型），从而改变溶解度而实现分离。 3.沉淀法：酸性或碱性化合物通过加入某种沉淀试剂使之生成水不溶性的盐类等沉淀析出而实现分离。如生物碱加入有机酸可生成不溶于水的有机酸盐沉淀，酸性化合物可加入钙盐、铅盐、钡盐等生成不溶性的沉淀。 如： 生物碱的酸性液 + 加入生物碱沉淀试剂 生物碱难溶性复盐 鞣质 + 明胶、蛋白质溶液 复合物 （2）乙醇沉淀法（80%的乙醇可以使蛋白质、淀粉、树胶、粘液质等沉淀析出） （3）其他沉淀方法,1. 根据物质的溶解度差异进行分离,根据物质的溶解度差异进行分离（1）调节温度,温度不同溶解度改变 结晶、重

57、结晶,加另一种极性相差较大的溶剂混合溶剂极性改变部分物质沉淀析出 A 水/醇法：除去水提液中的水溶性杂质 B 醇/水法：除去醇提液中的脂溶性杂质 C 醇/醚法（醇/丙酮法）：纯化皂苷,根据物质的溶解度差异进行分离（2）改变混合溶剂极性,A 水/醇法除去水提液中的水溶性杂质,B 醇/水法：除去醇提液中的脂溶性杂质,C 醇/醚法（醇/丙酮法）：纯化皂苷,酸、碱、两性成分 调节PH改变的分子存在状态改变溶解度,根据物质的溶解度差异进行分离（3）调节PH,解离型/离子态,H+,BH+,B,OH-,H+,A-,HA,OH-,脂溶性,水溶性,酸、碱、两性成分 调节PH改变分子存在状态改变溶解度 A酸/碱法

58、（酸提取碱沉淀法）： 生物碱的提取、纯化 B碱/酸法（碱提取酸沉淀法）： 黄酮、蒽醌等酚性成分的提取、纯化 C. 调节PH至等电点，沉淀蛋白,根据物质的溶解度差异进行分离（3）调节PH,A酸/碱法（酸提取碱沉淀法） 生物碱的提取、纯化,B碱/酸法（碱提取酸沉淀法） 黄酮、蒽醌等酚性成分的提取、纯化,酸、碱成分加入某种沉淀试剂水不溶性盐 A酸性成分 Pb2+、Ba2+ 、Ca2+ 水悬浮，通H2S 母液（） B. 碱性化合物 苦味酸/苦酮酸，磷钼酸/磷钨酸/镭氏盐 强H+ ，Et2O萃取 H2O层（）,1.根据物质的溶解度差异进行分离（4）加沉淀剂,2. 根据物质在两相溶剂中的分配比不同进行分离,液-液萃取与分配系数K值 分配比K K=CU / CL CU-溶质在上相溶剂中的浓度 CL-溶质在下相溶剂中的浓度 分离难易与分离因子 分离因子 =KA / KB