天然药物化学ppt课件.ppt

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1、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,天然药物化学,药物化学教研室 杨明利讲师,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,微生物药,所谓微生物次级代谢产物，是指在微生物生命活动过程中产生的极其微量的、对微生物本身的生命活动没有明显作用，而对其他生物体往往具有不同的生理活性作用的一类物质。人们主要利用不同来

2、源的细菌、放线菌和霉菌这些微生物，通过不同的分离培养技术，让其产生多种多样的次级代谢产物，然后再通过各种筛选技术和分析检测技术，寻找其中新的、具有各种生理活性的次级代谢产物一一微生物新药。 人们熟悉的抗生素就是具有抗感染、抗肿瘤作用的微生物次级代谢产物。1929年，英国细菌学家Fleming发现青霉素，随后由Florey和Chain将青霉素用于治疗并取得惊人的效果，这标志着抗生素时代的到来。,3.天然药物相关术语,天然药物 natural medicine中草药 chinese herbal 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

3、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. 天然药物研究趋势,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 2010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%,4. 天然药物研究现状,世界各地加强天

4、然药物研发的投入 1993-2000年，上市522种新药，44%天然来源 2001-2005，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,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 chemistry 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 Chemist

5、ry 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,天然药物化学研究对象的几个概念,有效成分： 能用分子式表示，有一定物理常数，化学上常为单体，临床上有效的成分。如：鸦片中吗啡：镇痛作用；可待因：止咳作用无效成分有效部位 active fraction 一种主要有效成分/

6、一组结构相近的有效成分有毒成分 toxic compound,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,例如：1.化学改性： 青蒿素 还原青蒿素 蒿甲醚 （水、油溶性均差） 双氢青蒿素 （油溶性） 还原反应 甲基化反应 青蒿琥珀酸单酯

7、2.生物合成： （水溶性） 喜树碱 （+）-10-羟基喜树碱 （单体成分） （衍生物）,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 1575， 明，李， 医学入门，没食子酸（五倍子酸） 抗菌, 抗病毒, 抗肿瘤 1711, 清，洪遵，集验方，樟脑 1769-1786，舍勒，酒石酸（食品中添加的抗氧化剂可使食物 具有酸味 ） 苯甲酸、乳酸、苹果酸、没食子酸,2.学科

8、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 1805， 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,尼古丁,烟碱又名尼古丁，是一种无色至淡黄色透明油状液体，是烟草中含氮生物碱的主要 成分，在烟叶中的含量为13%。它能迅速溶于水及酒精中，通过口、鼻、支气管黏膜，很容易被人体吸收。粘在皮肤表面的尼古丁，可“渗”入人体内。功用作用： 对心血管系统表现为心率加快、血压升高，也可表现为心率减慢、血压下降。尚可作用于呼吸、呕吐

9、等中枢。,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 生物碱氨基酸途径,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，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

10、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：1953，30MHZ的连续波核磁共振仪 70年代，脉冲傅立叶变换核磁共振仪 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

11、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( HTS) high throungput screening,3学科迅速发展时期（20世纪）,四、研究天然药物化学的意义和作用,1. 阐明天然药物的药效物质基础2. 建立和完善天然药物的质量评价标准3. 改进天然药物制剂剂型二次开发4. 创新药物研发原创性研发5. 扩大药源,1.阐明天然药物的药效物质基础,探索天然药物防治疾病

12、机理 麻黄 功效：发汗散寒、宣肺平喘、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.阐明天然药物的药效物质基础,阐明天然药物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：甘草(君）、干姜(臣）、（乌头）附子(使） 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.阐明天然药物的药效物质基础,阐明天然药物炮制原理

13、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 即：乌头碱蒸煮乌头原碱 黄芩冷浸淡黄芩（绿） 黄芩苷醌 变色 热煮煮黄芩（黄）,2. 建立和完善天然药物的质量评价标准,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,中药指纹图谱技术,中药指纹图谱是指中药经过适当的处理后，采用一定的分析手段，得到的能够表示该中药特性的共有峰图谱。 中药指纹图谱能基本反映中药

14、全貌，使其质控指标由原有的对单一成分含量的测定上升为对整个中药内在品质的检测，实现了对中药内在质量的综合评价和整体物质的全面控制，使中药质量达到稳定可控，确保中医临床疗效的稳定.,板蓝根指纹图谱,3. 改进天然药物制剂剂型二次开发,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,中药注射剂,黑龙江完达山制药厂生产的刺五加注射液致3人死亡，山西太行药业股份有限公司生产的茵栀黄注射液又使1名出生9天的新生

15、儿夭折。在2008年10月，接连出现的不良反应事件把中药注射剂推到了风口浪尖。这一系列事件再次引发了人们对中药安全性的关注，中药注射剂到底安全不安全？出现中药注射剂不良反应的原因到底是什么？中药制剂应当如何开发和监管？让我们一同来关注。,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,植物化学分类学原理： 亲缘关系近的植物含有

16、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,紫杉醇,紫杉醇是红豆杉属植物中的一种复杂的次生代谢产物, 也是目前所了解的惟一一种可以促进微管聚合和稳定已聚合微管的药物。同位素示踪表明, 紫杉醇只结合到聚合的微管上, 不与未聚合的微管蛋白二聚体反应。细胞接触紫杉醇后会在细胞内积累大量的微管，这些微管的积累干扰了细胞的各种功能,特别是使细胞分裂停止于有丝分裂期，阻断了细胞的正常分裂。 通过-临床研究，紫杉醇主要适用于卵巢癌和乳腺癌，对肺癌、大肠癌、黑色素瘤、头颈部癌、淋巴瘤、脑瘤也都有一定疗效。,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,

17、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,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,各类天药物化学成

18、分结构特征,生物碱：,黄酮：,醌类：,香豆素：,强心苷：,皂苷：,萜类：,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,

19、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）,第三节 提取分离方法,一、中草药有效成分的提取(极性、相似相溶）二、中药有效成分的分离与精制,一、中草药有效成分的提取,溶剂提取法：最常用水蒸汽蒸馏法：挥发性升华法 ：升华性,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.影响溶剂提取效率的因素,（一）溶剂提取法,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

20、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 超临界流体萃取（SFE),渗漉罐(北京科友佳生物技术有限公司),放大图,超临界

21、提取法（SFE） 超临界状态 是指当一种物质处于临界温度和临界压力以上的状态下，形成既非液体又非气体的单一状态，称为“SF”。此时其流体密度近似液体、黏度近似气体，其扩散力比液体大增，介电常数也随压力增加而增加。其浸透性优于液体，因而比液体有更佳的溶解力，有利于溶质的萃取，特别是性质不稳定、易热分解的物质的提取。,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。,3.常见

22、的SF：有二氧化碳、一氧化亚氮、六氟化硫、乙烷、庚烷、氨、二氯二氟甲烷等。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。,溶剂提取法 4.影响溶剂提取效率的因素,方法粉碎度温度溶剂时间,（二）水蒸汽蒸馏法,原理：根据道尔顿分压定律即： P=PA+PBP总蒸气压；PAA物分压；PBB物分压当 P =大气压时则沸腾总混合液体B.P 混合物中沸点最低物质例： 沸点 混合后沸点 水 100 760mmHg 69.25 226mmHg 苯 80.1 760

23、mmHg 534mmHg注：混合物的沸点比任一单一液体的沸点低；,水蒸汽蒸馏法,适用范围：具有挥发性，能随水蒸气蒸馏而不被破坏，难溶或不溶于水，且在100有一定的蒸汽压。,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,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、重结晶,结晶(Crystallization),概念 溶液中的溶质在一定条件下，因分子有规则的排列而结合成晶体，晶体的化学成分均一，具

24、有各种对称的晶体，其特征为离子和分子在空间晶格的结点上呈规则的排列,固体有结晶和无定形两种状态结晶：析出速度慢，溶质分子有足够时间进行排列，粒子排列有规则无定形固体：析出速度快，粒子排列无规则-沉淀,只有同类分子或离子才能排列成晶体，因此结晶过程有良好的选择性。 通过结晶，溶液中大部分的杂质会留在母液中，再通过过滤、洗涤，可以得到纯度较高的晶体。 结晶过程具有成本低、设备简单、操作方便，广泛应用于氨基酸、有机酸、抗生素、维生素、核酸等产品的精制。,结晶的特点和作用,AFM下的抗生素晶体,AFM下的抗生素晶体层,原子力显微镜（Atomic Force Microscope）,结晶的条件,晶体在溶

25、液中形成的过程称为结晶。结晶应具备的条件： 物质具有固态的属性 必须是饱和溶液 物质的溶解度会随着温度的变化而变化,结晶的方法,结晶的方法一般有2种： 一种是蒸发溶剂法，它适用于温度对溶解度影响不大的物质。沿海地区“晒盐”就是利用的这种方法。 另一种是冷却热饱和溶液法。此法适用于温度升高，溶解度也增加的物质。如北方地区的盐湖，夏天温度高，湖面上无晶体出现；每到冬季，气温降低，石碱(Na2CO310H2O)、芒硝(Na2SO410H2O)等物质就从盐湖里析出来。（较常用，制备过程）,结晶溶剂的选择,1. 选择的溶剂应不与结晶物质发生化学反应。2. 选择的溶剂对结晶物质在热时应具有较大的溶解度，而

26、在较低温度时溶解能力大大减小。 3. 选择的溶剂对结晶物质中可能存在的杂质或是溶解度甚大，或是溶解度甚小，4. 选择的溶剂沸点不宜太高，（以免该溶剂在结晶和重结晶时附着在晶体表面不容易除尽）,结晶纯度的判断,1. 观察晶形，色泽。2. 测物理常数：熔点、溶距等。3. 色谱检测：TLC或HPLC注意：需用三种以上展开系统展开，若均为单一斑点才能判断为单一化合物,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/

27、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（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

28、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,分配比K K=CU / CL 分离因子 =KA / KB （KA KB） 100 1次萃取，基本分离10100 1012次 2 100次以上 1 无法分离,（1）简单液液萃取法（2）逆流分溶法 （ CCD， countercurrent distribut

29、ion）（3）液滴逆流色谱 （DCCC，droplet countercurrent chromarography） （4）高速逆流色谱 (HSCCC，high speed countercurrent chromarography）,2. 根据物质在两相溶剂中的分配比不同进行分离,50 A有机溶剂/水B有机溶剂/酸、碱水 PH 物质存在状态溶解性KCPH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,2. 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,例：HA1、HA2、B，且HA1 HA2，如何分离?,PH 12 B A-

30、 3 BH+ HA,乳化现象,由于表面活性剂的作用,使本来不能混合到一起的两种液体能够混到一起的现象称为乳化现象,具有乳化作用的表面活性剂称为乳化剂.乳化机理:加入表面活性剂后,由于表面活性剂的两亲性质,使之易于在油水界面上吸附并富集,降低了界面张力,改变了界面状态,从而使本来不能混合在一起的油和水两种液体能够混合到一起,其中一相液体离散为许多微粒分散于另一相液体中,成为乳状液.,消除乳化现象的方法,关键：萃取的时候不能剧烈摇晃 方法：(一)长时间静置 将乳浊液放置过夜，一般可分离成澄清的两层。(二)水平旋转摇动分液漏斗 当两液层由于乳化而形成界面不清时，可将分渡漏斗在水平方向上缓慢地旋转摇动

31、，这样可以消除界面处的“泡沫”。促进分层。(三)用滤纸过滤 对于由于有树脂状、粘液状悬浮物存在而引起的乳化现象，可将分液漏斗中的物料，用质地密致的滤纸，进行减压过滤。过滤后物料则容易分层和分离。(四)加乙醚 比重接近l的溶剂，在萃取或洗涤过程中，容易与水相乳化，这时可加入少量的乙醚，将有机相稀释，使之比重减小，容易分层。,(五)补加水或溶剂，再水平摇动 向乳化混合物中缓慢地补加水或溶剂，再进行水平旋转摇动，则容易分成两相。至于补加水，还是补加溶剂更有效，可将乳化混合物取出少量，在试管中预先进行试探。(六)加乙醇 对于有乙醚或氯仿形成的乳化液，可加入510滴乙醇，再缓缓摇动，则可促使乳化液分层。

32、但此时应注意，萃取剂中混入乙醇，由于分配系数减小，有时会带来不利的影响。(七)离心分离将乳化混合物移入离心分离机中，进行高速离心分离。（八）用电吹风加热乳化层（九）加盐：可提高水相得密度与极性,2. 根据物质在两相溶剂中的分配比不同进行分离（2）逆流分溶法,50工作原理：多次、连续的液液萃取craig逆流分溶仪萃取单元及工作过程优点：避免手工操作缺点：溶剂用量大 机械操作导致破损、漏液 乳化,2. 根据物质在两相溶剂中的分配比不同进行分离（3）液滴逆流色谱 DCCC droplet countercurrent chromarography,流动相液滴垂直上下，经过固定相液,2. 根据物质在两

33、相溶剂中的分配比不同进行分离（4）高速逆流色谱 HSCCC high speed countercurrent chromarography,3. 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,3. 根据物质吸附性差异进行分离（1）吸附的类型,物理吸附： 分子间力，无选择性，可逆。 硅胶、氧化铝、活性炭化学吸附：化学键，选择性较强，常不可逆。 硅胶生物碱 碱性氧化铝黄酮、蒽醌等半化学吸附：氢键，选择性较弱，多可逆 聚酰胺,3. 根据物质吸

34、附性差异进行分离（2）物理吸附的基本规律,极性相似者易于吸附,3. 根据物质吸附性差异进行分离（3）极性及强弱判断,一般物质：官能团的种类、数目、位置、碳链长短 R-COOHAr-OHR-OHR-NH-R-CO-NH- R-CHOR-CO-RR-COO-RR-O-RR-XR-H溶剂：介电常数，极性 环己烷（1.88） 苯（2.29） 无水乙醚（4.47） 氯仿（5.20） 乙酸乙酯（6.11） 乙醇（26.0） 甲醇（31.2） 水（81.0）,3. 根据物质吸附性差异进行分离（4）吸附剂的种类,硅胶-硅胶是一种极性的酸性吸附剂，适用于中性或酸性亲脂性成分的层析。 （活化)氧化铝-氧化铝有弱碱

35、性，主要用于碱性或中性亲脂性成分的分离，如生物碱、甾、萜类等成分活性炭-是一种非极性吸附剂，对非极性物质吸附强。活性炭主要用于分离水溶性成分，如氨基酸、糖类及某些甙聚酰胺、大孔吸附树脂（详见下一节）。,3. 根据物质吸附性差异进行分离（5）聚酰胺柱色谱(半化学吸附）,高分子聚合物不溶于常见有机溶剂对碱稳定对酸特别是无机酸稳定性差 可溶于浓盐酸、冰乙酸、甲酸中,3. 根据物质吸附性差异进行分离（5）聚酰胺柱色谱,分子间氢键半化学吸附,3. 根据物质吸附性差异进行分离（6）聚酰胺柱色谱,化合物在含水溶剂中大致有以下规律：形成氢键的基团数目：越多，越强。形成氢键的基团所处的位置： 处于易形成分子内氢

36、键者，减弱。分子中芳香化程度：高，增强。,影响吸附力的因素,3. 根据物质吸附性差异进行分离（6）聚酰胺柱色谱,各种溶剂在聚酰胺柱上的洗脱能力水 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,化合物在不同溶剂中的吸附力，随溶剂极性增强而增强水中最强常以水装柱、样品以水溶解上样含水醇中次之醇中最弱常以浓度渐高的含水醇梯度洗脱 EtOH-H2O最常用,弱,强,3. 根据物质吸附性差异进行分离（6）聚酰胺柱色谱 （可再生）,醌类、黄酮类等酚性的制备和分离。脱鞣处理生物碱、萜类、甾类、糖类、氨基酸等极性与非极性化合物的分离也有用途,没食子酸,3. 根据物质吸附性差异进行分离（7）大孔吸

37、附树脂,高分子聚合物白色球形颗粒多孔网状结构不溶于酸、碱、有机溶剂,吸附原理：分子间力 氢键 分子筛,3. 根据物质吸附性差异进行分离（7）大孔吸附树脂,树脂的性质：非极性树脂 易吸附非极性化合物 极性树脂 易吸附极性化合物溶剂的性质：物质在溶剂中的溶解度大，树脂对此物质的吸附力就小被分离成分的性质：酸性化合物易于在酸性条件下吸附，碱性化合物易于在碱性条件下吸附，,3. 根据物质吸附性差异进行分离（7）大孔吸附树脂,水、甲醇、乙醇、丙酮、乙酸乙酯等。最常用：乙醇水,广泛应用于化合物的分离与富集工作中 如：（皂）苷类、糖类的分离 生物碱的精制 多糖、黄酮、三萜类化合物的分离。,3. 根据物质吸附

38、性差异进行分离（7）吸附色谱的两种操作方式,柱色谱,薄层色谱,色谱分离过程实验,色谱柱,色谱,混合物,固定相,流动相,（5）吸附柱色谱法用于物质的分离,硅胶吸附柱色谱,氧化铝吸附柱色谱,A吸附剂：3060倍，有时100200倍 B装柱： 径高比（d/h）1:151:20 干法装柱/湿法装柱 C上样： 干法上样/湿法上样 D洗脱： 等度/梯度（洗脱剂极性递增） G洗脱系统的选择： TLC Rf=0.20.3,液-固吸附色谱的一般操作程序三步骤：装柱、加样、洗脱,薄层色谱（TLC）,Rf=原点到色斑中心的距离/原点到溶剂前沿的距离,托尾、边缘效应,薄层色谱原理2,固定相涂覆于硅胶等多孔载体上，装柱

39、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 注：固定相、流动相、支持剂,2. 根据物质在两相溶剂中的分配比不同进行分（4）液液分配柱色谱,分配色谱的历史,1938年，阿切尔约翰波特马丁和理查德劳伦斯米林顿辛格准备利用氨基酸在水和有机溶剂中的溶解度差异分离不同种类的氨基酸，马丁早期曾经设计了逆流萃取系统以分离维生素，马丁和辛格准备用两种逆向流动的溶剂分离氨基酸，但是没有获得成功。后来他们将水吸附在固相的硅胶上，以氯仿冲洗，成功地分离了氨基酸，这就是现在常用的分配色谱。在获得成功之后，马丁和辛格的方法被广泛应用于各种有机物的分离。,分配色谱分类,依据：根据固定相

40、和流动相极性的差别，又可分 为正相分配色谱和反相分配色谱。 当固定相的极性大于流动相的极性时，可称为正相分配色谱或简称正相色谱（Normal Phase Chromatography）； 若固定相的极性小于流动相的极性时，可称为反相分配色谱或简称反相色谱(Reversed Phase Chromatography)。,分配色谱的适用范围,正相色谱（Normal Phase Chromatography） 适合分离极性较大的成分，如：生物碱、糖类、苷类、有机酸等。反相色谱(Reversed Phase Chromatography) 适合分离极性较小的成分，如：油脂、高级脂肪酸、游离甾体等。注：

41、正反相色谱支持剂的形成（硅胶）,纸色谱 -分配色谱,定义：系以滤纸为载体，以纸上所含水分或其他物质为固定相，用展开剂进行展开的分配色谱。 分类：同一般分配色谱常用展开系统为： 水饱和正丁醇：醋酸：水（BAW）,纸层析原理,4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 gel filtration： 凝胶渗透色谱 gel permeation chromtography 分子筛滤过 molecular sieve filtration,4根据物质分子大小差异进行分离凝胶滤过法 gel filtration：,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,基本原理： 按

42、分子大小分离。小分子可以扩散到凝胶空隙，由其中通过，出峰最慢；中等分子只能通过部分凝胶空隙，中速通过；而大分子被排斥在外，出峰最快；溶剂分子小，故在最后出峰。,4根据物质分子大小差异进行分离凝胶滤过法 gel filtration：,葡聚糖凝胶Sephadex G：羟丙基葡聚糖凝胶Sephadex LH-20: Sephadex G-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

43、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碱用碱洗、酸用酸洗,原理的公式表达,RSO3-AlkH+ + NH4+OH- RSO3- NH4+ + Alk+ H2O,阳离子交换柱工作原理： Alk + H+/H2O AlkH+,AlkH+ + RSO3- H+ RSO3-AlkH+ + H+,5根据物质离解程度不同进行分离 离子交换法,球形颗粒，不溶于水，可在水中溶胀,母核离子交换基团,5根据物质离解程度不同进行分离 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-）

44、 弱碱性（-NH2，-NH-，-N=）,5根据物质离解程度不同分离进行分离 离子交换法,不同电荷离子的分离 如水提液中酸性、碱性、两性化合物的分离相同电荷但解离程度不同离子的分离 如碱性不同的生物碱的分离,水提液中酸性、碱性、两性化合物的分离, ,碱性 ,碱性不同的生物碱的分离,常见提取方法汇总,常见柱色谱分离方法汇总,第四节 结构研究法,结构研究的特点：难于合成品 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,第四节 结构研究法,一、纯度的测定二、结构研究的主要程序三、结构研究中采用的主要方法,一、纯度的测定,纯度检查法：均一的晶形敏锐的熔点

45、、沸点、折光率、比旋度TLC、PC、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，mass spectrum）3. 红外光谱（IR，infrared spectra）4. 紫外-可见吸收光谱（UV-vis) (ultraviolet-visible spectra）5. 核磁共振（NMR，nuclear magnetic resonance）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,不饱和度的计算u=/2/21 ：一价原子数 如H、X

46、 ：三价原子数，如N、P ：四价原子数，如C,三、结构研究中采用的主要方法 2. 质谱 （MS，mass spectrum）,原理：有机分子中的孤对电子或成键电子，在高真空条件下受到高能电子束的轰击，失去一个电子，电离成一个带正电荷的分子离子。,分子离子和碎片离子经电场加速获得一定动能，然后以一定动能飞向磁场。进入磁场后，其飞行路线由直线变为弧线，粒子的荷质比不同，弧线的曲率半径就不同，这样，不同的离子便分离开来。,质谱表达方式,三、结构研究中采用的主要方法 2. 质谱 （MS，mass spectrum）,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

47、裂解方式,三、结构研究中采用的主要方法 2. 质谱 （MS，mass spectrum）,常用质谱技术及特点电子轰击质谱（EI-MS）场解析质谱（FD-MS） 快速原子轰击质谱（FAB-MS）电喷雾质谱（ESI-MS）,常用质谱技术及特点电子轰击质谱（EI-MS）,样品需加热气化，离化，得到M+难气化、易热解的成份测不到M+ 如糖、苷、氨基酸、肽、蛋白、核酸、抗生素,常用质谱技术及特点场解析质谱（FD-MS）,试样稀液涂于钨丝上作阳极，对面加阴极，通高压，使电离难气化、易热解的成份，可得到 分子离子相关峰：MH+、MNa+、MK+ 逐个脱去糖基的碎片峰：MH-162+、MH-162-146+苷

48、元的碎片离子相对少,常用质谱技术及特点快速原子轰击质谱（FAB-MS）,离子枪发射高能离子与另一中性粒子碰撞，交换电荷， 形成高速中性粒子，与样品碰撞，使其电离难气化、易热解的成份，可得到 分子离子相关峰：MH+、MNa+、MK+ 逐个脱去糖基的碎片峰：MH-162+、MH-162-146+ 可得到苷元的碎片,常用质谱技术及特点电喷雾质谱（ESI-MS）,强静电场使试样电离，难气化、易热解、大分子、小分子，均可得到 分子离子相关峰：MH+、MNa+、MK+,光的概述,光的基本性质,三、结构研究中采用的主要方法 3. 红外光谱（IR，infrared spectra）,原理：化学键的振动在红外光

49、区（4000625cm-1）引起的吸收谱图。作用： 特征频率区（functional group region） 40001500 cm-1确定官能团类型 指纹区（fingerprint region） 1500600 cm-1构象、构型、取代模式等,化学键振动的类型,纵坐标表示分子对某波长的红外光吸收的强度 横坐标指出了吸收峰出现的位置。（m或 cm-1） 注意：由于吸收强度通常是用T%来表示，所以吸收愈强，曲线愈向下，IR谱图上的那些“谷”，实际上是“吸收峰”， 又称吸收带。,IR的表达方式,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-

50、visible spectra）,原理 电子由基态跃迁至激发态（、n） 在紫外可见光区（200700nm）引起的吸收谱图 常见电子有三种：、n 注意：分子轨道理论：一个成键轨道必定有一个相应的反键轨道。通常外层电子均处于分子轨道的基态，即成键轨道或非键轨道上（了解）,当外层电子吸收紫外或可见辐射后，就从基态向激发态(反键轨道)跃迁。 主要有四种跃迁，所需能量大小顺序为：n n ,作用对含有共轭双键、,-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,UV的表达方式,UV相关概念一：生