（农产品加工及贮藏工程专业论文）天然产物配位化学应用研究—葛根素配位色谱分离.pdf

天然产物配位讫学应孺研究 葛根索的酩位色谱分离 摘要 天然药戆中熬暴荧酮类键台物楚寿骥确药效爨其与金属褰予之瘸豹终臻 却研究甚少的类化合物。以葛根素作为异黄酮类化合物的代表，用电导法、 分竞光度法、p h 电彼法研究箍裰索与葛撮审含量鞍多的徽豢元素c u 、e a 、f e 、 z n 、a 1 、m g 涎水溶波中的配位作用，计算了金属愆舍物的稳定常数。推测了 葛根素铜配合物的结摘。在确认葛根索能与金属离子形成配合物的基础上，以 键离子为中心壤子，铡餐中一心离子含量舞7 豹配经色谱j 童，戳筑携、早簿撵 度洗脱，当氯仿：甲醇为1 0 ：1 时可以得到较纯的葛根素，相对于传统色谱柱纯 凄提毒1 0 ，溜寝率提高7 并置穗容量氇提高了琵倍。酝位色谱菠交了传统 柱的洗脱顺序，对目标物质的分辨率比传统色谱柱高。 关键词：葛藉稳定赢数配位酱氯金属爵 l l l s t u d y o na p p l i c a t i o no fn a t u r a lr e s o u r c e c o m p l e xc h e m i s t r y 。c o m p l e xs e p a r a t i o no f p u e r t i n a b s t r a c t i nn a t u r a ld r u g ，i s o f l a v o n ec o m p o u n d sh a v es p e c i f i cm e d i c a t i v ee f f e c t s t h e r e a c t i o nb e t w e e nm e t a li o i l sa n di s o f l a v o n eh a sn o tk n o w nt o om u c hn o w p u e r t i ni s r e p r e s e n t a t i v e o fi s o f l a v o n e c o m p o u n d s t os t u d yt h em u t u a lr e a c t i o nb e t w e e n p u e r t i na n dc u ，c a ，f e ，z n ，a i ，a n dm gw h i c he x i s ti np u e r a r i a ，m e t h o d so f c o n d u c t o m e t r i c t i t r a t i o n ，s p e c t r o p h o t o m e t r y a n dp h p o t e n t i o m e t r i c t i t r a t i o ni s u s e d c a l c u l a t ec o n s t a n ts t a b i l i t yo ft h ec o m p l e x s p e c t u l a t et h es t r u c t u r eo ft h e c o m p l e xp u e r t i n - c u ( o a c ) 2 b a s e do nt h ea b o v ec o n c l u s i o n s ，p r e p a r ec o m p l e x e d s i l i c a g e l w i t h c u ( o a c ) 2 7 c o n t e n t c o n t r a s te x p e r i m e n t i s d e s i g n e du s i n g c o m m o ns i l c ag e lc o l u m n t op u r i f yp u e r t i n ，a p p l yg r a d i e n te l u t i o n e l u e n t sa r e c h l o r o f o r ma n dm e t h a n 0 1 t h et w oe l u e n t sr a t i o c h a n g ef r o m4 0 ：1 t o10 ：1 p u r e p u e r t i ni so b t a i n e dw h e nt h er a t i oc h l o r o f o r ma n dm e t h a n o li s 1o ：1 c o m p a r e dw i t h t h ec o m m o ns i l c a g e l ，p u r i t y e n h a n c e d 1 0 ，r e c o v e r ye n c h a n c e d7 ，c o l u m n c a p a b i l i t ye n c h a n c e d2 0 0 ，p e a ks q u e n c ei sa l s oc h a n g e d c o m p l e xc o l u m n i sm o r e e f f i c i e n t k e yw o r d sa n dp h r a s e s ：p u e r t i n ；s t a b i l i t yc o n s t a n t ；c o m p l e xc h r o m a t o g r a p h y m e n t a li o n s ，独刽性声盟 、 t 攀天涔爨器黧燮黪学链漶变蕊零太巷喾辫辫警下渊季始壤突工搀致敬姆始矫 究成添t 据我鞭辩，际i 文书特掰赧鞋禄注和致谢瓣戆静矫，论文串幂雹裔其他 轰愚经鬟浚蠛蒺麓篷抟繇惩蔽蘩；遵琴承禽舞获褥金魏銎釜窭蒸戏装毽教 育机构的濑能戏诫肆弓简筏弼潞的村料匈我一同工作的闻忠对零研究所做的任何 嚣黻邃嚣窿蘧交串终? 鬟瓣豁嚣暌羚襄瑟港爨； 学缎淑嚣漤签多；辩 熬字丑蝴；o 鲫l 掣，问孝舄 学盏论文黻鬏攫溪授掇攀 零孥霞论文豫餐囊奎了瓣垒藤霆蹙：纛慕探密、祷藤攀辩论变褥裁定， 纛羧爨蘩势袁嚣浆窿甍瓤奠壤辍捻邀交镱文黎复鼯黪鬏磁擞，兔姆谂支拨焱舆秘 荫阏本入援稷制童壤，鑫幺娜戳将攀能论文躺套部斌鼯努内容编入霄茨数掭 鬻避稽鏊裳，莓辍最蘩影辩、凌笺舞黧餐菱爨譬菠嚣誊、茳藕攀整毳定。 ( 保密的学位谂文在解獬精适嗣零授权书) 攀饿论文 髅者签粥；，j 寄黔辫青 签攀塑翔t 如 冬 霆撂趱 攀檄论文摊者毕瓣艏去向； 玉器摹霞t、 导师签名， f 裂一 螯掌氆期鼬峨枣岁舆甜魁 邃诿； 致谢 本课题的研究和论文的完成得到了导师潘见教授的糟心指导。在硕研究 生兹三年学嚣疑阊，愚帮不佼教育我葬疲严谨、臻实静科研箨风，并量程生溪 上给予了无微不至的关心和照顾。磁此谨向恩师表示崇高的敬意和衷心的感谢! 褒谦瑟戮究麓褥，台瓣舞蜂垒糖王箨露疆责谯公鼋袁蒋蘩老灏、获嚣舞蔻 大学的胡道道教授柱论文设计方面给予了搬太的帮助；在光谱测定方面樽到了 合瑟工逄丈攀灏试中，粪委辉老帮、筵受华老爨翁诲鼙，毡馥鼓粪熬王佟卷度 和谦逊的作风让我深为钦佩；在液质检测方面得到了合肥拓峰生物工程祷限责 任公鲻镀塞瓣鬻恚麓丈力携髓，在媳致敦谶挚翁谢懑。 柱研究囊期间，师兄、师弟( 妹) 们谯各个方面给了我许多燕怀与帮助， 在毙裳示衰惑地惑瀣。 躐后，我簧感谢我的家人，他( 她) 们多年来的殷切希望和凭徽不至盼关 悔是我不断翦避韵动力。感瓣一切瓣经关心我、鼓励我的朋友们! v 1 1 天然产物中的配合物 第一章、前言 天然产物的应用、研究和开发一直伴随着人类文明的发展。在种类繁多的 天然产物中，天然药物由于人类对自身健康的关爱以及其巨大的市场和经济利 益而日益引人注目。1 9 世纪末，6 0 6 药品合成的成功，开拓了通过化学合成寻 找新药的道路。2 0 世纪二三十年代，磺胺药和青霉素的问世，使世界化学合成 药进入了黄金时代。自7 0 年代以来，从化学合成物中筛选发现新药的命中率明 显降低，创制成本越来越高，研制周期越来越长，加之化学合成药物的毒副作 用，使更多的新药研究部门又开始从天然产物中寻求新药。目前，由天然药物 制成的药品已占全球药品市场的3 0 ，国际植物药市场份额已达2 7 0 亿美元， 对中草药制剂的需求也在迅速增加。 自古以来，人类在与疾病作斗争过程中对天然药物的应用已积累了丰富的 经验。我国现已查明的药用植物已有1 1 1 4 6 种以上【1 。在天然药物中，中药又 由于其悠久的用药历史和完整的中医药理论而备受关注。药用植物中的有效成 分是保健、防病、治病的物质基础。如多糖类具有抗肿瘤( 香菇多糖) 、增强免 疫( 人参多糖) 等功用；黄酮类具有治疗心血管( 芦丁) 、抗肝脏病毒( 水飞蓟 素) 、抗炎( = 氢槲皮素) 、抗菌抗病毒( 黄芩苷) 等功能；皂苷类具有溶血、 降胆固醇、抗生育、抗菌( 如柴胡皂苷等) 等功效【2 j 。但这些有效成分并不完 全等同于药材本身的药理作用，许多中药复方的药性不等于各单味药药性之和。 人们寻找中药有效成分遇到了很大的困难。这对中药进入国际市场设置了障碍。 近年的研究表明，许多中药的水溶性成分具有明显的生理活性，且和药性一致 1 3 1 。这说明水溶性无机成分的作用应予以重视。 “人生于地，悬命于天，天地合气，命之日人”。素问宝命合形记 中 已阐述了人秉天地之气而生，生命是自然界发展到一定阶段的产物。e h a m i l t o n 研究小组在7 0 年代初曾发现，除人体原生质的主要成分碳、氢、氧、氮以及地 壳中的主要成分硅外，地壳中的大部分元素的丰度都在人体中相应地反映出来， 即两者的丰度曲线颇为吻合i4 1 。设想如果地质结构由于自然或人为的因素增加 或减少了某些化学元素的含量，则可通过食物链和周边环境到影响到人类。一 旦人体内的元素平衡被破坏，便会引起人体内元素分布结构的失调，并导致疾 病的发生，甚至死亡。 目前为止，一般认为人体和动植物体内存在的微量元素有1 4 1 8 种，参 与新陈代谢的全过程。它们是铁、锌、铜、锰、铬、钼、钴、硒、镍、钒、锡、 碘、锶、氟、硅等。它们在体内多以结合态存在，或与氨基酸、肽等配合，或 存在于蛋自质( 如含铁的血红蛋自和落铁蛋自；含锕的血浆锕蓝蛋内) 和酶内。 霸 l i l l 羲 捌懂 图1 1 人体血液和地壳中的各种元索丰度显示出明显的相关性 醚是生物体内微量元素重要的褥在作用方式，发挥者巨大的难物催化作用1 5 。 中药中的有机成分大多含有羟基、羧綦、氨慕、巯鏊、羰蓦、杂环氮等有氮、 氧、硫等配位原子的配位基团。因此，麸存于单味药或复方药中的有机成分和 馓量元素，无疑会有藕冱作焉稠辖互影响。孰配位纯学酶麓窿看，巾苹药串豹 微量元素更可能与有机物结合形成金属有机酉己合物，产生多元配位、多维配位、 麓台等稼矮。奁天然产物孛配合物是广泛存在静。 配位化学的基本原理和方法不仪在中药有效成分的认识和研究中具有重 蘩意义，嚣置崧孛茭貉瘸治病佟瘸过糕孛毽鸯重要意义。钛配疰琵擎戆褒焱寒 糟，生物体实际上是个多配体多金属共存的一个体系。生物体的新陈代谢必 蠢一系秘豹复豢豹配毯乎骛窝酝篷动力学蠲熬。我 】霉爨设怨植穆舞中魏鸯壤 成分、光机成分或它们的配合物进入人体后。不可避免地要与人体内的生物活 瞧成分，微量嚣素发生反应，其中包懿终源微量元素与体感簿极戚分作愿、连 源微量元素与外源有机成分作用以及肉源、外源配合物之间的相互作用。 敷滢来： 1 天然产物中的微星元素和有机成分大多是以鬣合物韵形式存在。 2 。天然药物中的鸯效成分可以是药物中的某种戴某几种有机物，也可以是 其中的微量元素，但更可能是它们形成的缔合钫或配合物。 3 。天然药物中的有机成分与微量元素可以产生协同或拮抗作用以通过增 2 强对靶细胞静造释性据商疗效藏减轻盒褥离予的毒程。 4 熬馒化学原理窍助于鹅帮天然药物在体走的作用过程。这对予姘究中药 单方及氯方酶配缀原理，了解萄物在a 律两羽代诺过释其有霞要意义。 1 2 天然产物琵搜豫学蓬蠹终臻巍袋装 天然产物既使化学研究，毽前主婴集中予薅个方藤： 1 。中药复方蕊理豹配经纯擎研究，馘期发现真爰的靶向翁裙豹糟效成分， 并鼠通过对有机成分结构的修馋而降低毒性或增强生理活性，提高药效。 2 裰禧天然产耪中的菜些露祝藏努能与装鉴垒弱离子形成配合麓翁特链， 制用配位色谱原娌进行商效成分的分离纯化，以获得新产品竣提高产品纯度和 褥率； 1 2 + 1 薄弱瓣窕孛篱天然产糖爱囊张学 孛药蠢羧袋分蔚嚣合溪袭垒蕊中辩存在；蠢太淄发嚣孛蕊臻簿时( 援扬黠 用于治疗袋节炎特别有效，经分析其成分含肖水杨酸铜配合物。日本学者三野 芳纪等妒l 麸药鬟穗秘曼薅罗砖申努囊镣鹫了耍耱禽锾、钙、镁窝锅的有撬大分 子化合物，初步证明金祸离子岛蛋白质结合一起，从而证明了植物体内确实存 在金震配套辏。 近犁研究袭鞠，许多中药的有机成分和金属离子结合后，活经会提高甚至 会产生一些毅鹣捧用。掰懿：芦丁镊聚会甥较芦t 具凑更强的阻掷癌细胞分裂 髓力；耐霉素( a d r i a m y c i n ) 的铁、桶配合翩较之酎褥素更翁子，j 、硒吸收，并 透入瘙缨腿【越。程挽菌搏题方箍，8 羧基喹啉翊铜、铁各自都无抗麓活性，它 们的配台物却娶糯萌显得抗菌诈用 。镁、锰硫酸盐，钙、镶氯诧街可往话环 豢对金糍萄球蕊、大肠杼菌的挽菌活性太增。房喻f l 。 龆的研究表明，黄芩赘捐 粼合魏较黉芩替暴有雯商稳蓿梅氧清豫往，可有簸阻瓣簇霾旗过羲貔，黄芩瞢 锌配合物有助予保护红纲胞的浆性，有效地阻l b 超氧阴离子自由基对细胞麒的 蔽环俸嗣。虿蔸商辊药耪鹣抗病毒箨鼹多是需器金霾嚣素弱酝会癸溺麓稚“。 在中莼的复方汤剂中，矿物药常与植物药配合使用，从现代科学的角度糟- 矿滋萤孛会舂掇多必需的秧量嚣素嚣辩蕴凌钵内逛畲肖一定爨鼗擞鬣元素e 嚣 此，药用矿物剽植物在沥剂中必然有微量元素溶出。有机成分( 生物配体) 和 擞餐元素发生菠瘴生或聚合甥或英毽澎式熬话含馥，藤这些橼台戆有耳憨寄更 好的药用价值。张德超缴现芍药甘草汤中芍药与甘草配伍，甘草地成分f m l 0 0 鸯镶瘙、解痉、蕊臻鼷觳喜牵裁辫滚分泌靛佟爨。芍药稳巷襄镇痿、辫痉、抗炎 作用，两者合用有明显的协同作用i 坨l 。栗炳辅等对麻杏石甘沥进行了较为深入 的研究。他发现麻杏石甘汤中的麻黄碱、甘草酸能与大多数金属离子形成二元 或三元配位物从而既减轻了游离金属离子对胃肠的刺激和对人体的毒性，又可 能持续地供应适当浓度的金属离子。并发现在肠液p h 条件下，铜( i i ) 、锌( 1 i ) 配合物种百分数较大。若其为有效配合物物种，则有利于它们的吸收p l 。 1 2 2 生化分离中的天然产物配位化学 于世林 1 3 】报道在硅胶基体上键合n ( c h 2 c o o h ) 2 基团后，可与c u ”、z n ”、 m g ”等金属离子螯合生成稳定的螯合物，此螯合物中的金属离子与生物分子产 生特效亲和作用，可用于核苷酸、酶、蛋白质的分离；何丽- - 1 1 4 】用硝酸银薄层 分离了橙皮油中的柠檬烯、甘油三酸酯以及甾类和三萜类：用硼酸枸橼酸溶液 与硅胶制板分离芦丁羟乙基衍生物；吕海涛等【l ”采用亚氨基二乙酸型螯合树脂 柱( m e t p a cc c 1 ) 和磺酸型阳离子交换柱( t m c 一1 ) ，浓缩富集待测金属离子， 同时除去样品基体中的阴离子、一价阳离子和碱土金属离子，针对不同的检测 目的，选择适当的配位剂将其它干扰离子除去，只留下待测金属离子，然后在 分析柱上分离；邸泽梅等 16 】用亚氨基二乙酸( i d a ) 在硅胶基质上键合，固定 c u 2 + 、n i 2 + 、c 0 2 + 、z n 2 + 的金属螫合吸附剂分离了来自牛血红细胞的超氧化 物歧化酶。以单体克隆抗体为配基纯化r n a 聚合酶( r n ap o l y m e r a s e ) ，以复 制蛋白a ( r e p l i c a t i o np r o t e i n a ) 为配基纯化解螺旋酶( h e l i e a s e ) 、以延伸因子 t u ( e l o n g a t i o nf a c t o rt u ) 为配基纯化转移r n a 等m 】：对天然配基的功能表位进 行人工模拟的配基有染料1 8 、氨基酸类似物【19 1 、多氟吡啶【2 0 1 、金属离子螫合 剂1 2 1 及巯基化合物【2 2 j 等。 总体看来，上述研究大多集中于生化领域，在植物药有机成分的分离纯化 方面应用较少。作为一个新的科学领域，它还尚未形成完整的理论体系，广泛 应用尚须天然产物配位化学理论的完善和实验技术的突破。 1 3 葛根素的分离纯化方法 葛根是一种常用中药。葛根成分复杂，其中含有各类化合物5 0 余种。其 主要成分是以葛根素、大豆苷、大豆苷元为代表的异黄酮类化合物。另外还有 三萜类、香豆素类、有机酸类、氨基酸类、f e 、c u 、m n 、z n 、c a 、m g 等微量 元素 2 3 】 2 4 h 2 5 1 。 近代药理研究证明，葛根中所含有效成分葛根总黄酮( 以葛根素为代表) 具有降低心肌耗氧量，增加冠脉、脑血管血流量。明显缓解心绞痛，抗心律失 常等作用，故可制成治疗心脑血管系统疾病的药品1 2 6 ，目前市售的此类药品有 愈风宁心片、脑得生片、葛根素葡萄糖注射液等2 7 】【2 8 1 。由于葛根异黄酮类具有 4 抗氧化、增强机体免疫力及可抑制人类皮肤黑色素的发生与形成等作用，因此 葛根提取物可作为功能性化妆品添加剂直接加入各种基质的抗衰老及祛斑美白 化妆品中，如葛根祛皱营养霜和葛根祛斑美白霜，是备受推崇的绿色植物化妆 品 2 9 1 3 0 l 。 葛根素提取方法很多，但主要可归结为溶剂法( 包括水提法、醇提法、正 丁醇法) 、铅盐法、柱层析法( 大孔吸附树脂、硅胶、聚酰胺等) 以及这些方法 的综合工艺p 1 1 3 2 】【3 3 f 3 4 l 。这些方法各有其优点也各有其缺点。水提法、铅盐沉 淀法、醇提法主要用于葛根浸膏的制各。大孔吸附树脂、硅胶、氧化铝等柱层 析法多应用于葛根素的纯化工艺。大孔吸附树脂对葛根素的选择性较差，造成 结晶工序纯化较困难。由于国产的聚酰胺树脂的前期处理较困难，需花费较多 的时间，因此不适宜工业化生产。目前，还没有人尝试应用配位色谱的方法对 葛根素进行纯化研究。 1 4 课题的来源、研究内容和意义 黄酮类物质是广泛存在于自然界的一大类天然化台物，其数量列天然酚性 化合物之首。虽然关于黄酮与金属离子的配位作用研究有一些报道，但欠系统 深入；异黄酮化合物与金属离子的配位作用研究更寥若晨星。因此，本文拟选 葛根素为异黄酮类化合物的代表，根据天然产物配位化学原理，探讨葛根素的 配位色谱分离原理及技术。 本课题来源于合肥工业大学农产品生物化工教育部重点实验室承担的国 家自然科学基金重点项目天然产物有效成分精制与纯化新技术、新方法。本 研究系该项目的预研课题。 本课题拟研究以下内容： 1 葛根素与金属离子形成配合物的可能性。依配位化学的研究方法，测定 葛根素与金属离子形成的配合物的稳定常数。了解葛根素系配合物的稳定性随 温度、p h 的变化情况。 2 根据葛根素配位特性，利用配位色谱分离葛根素。借助配合物的高选择 性、高稳定性，实现高效分离。 课题研究的意义在于： 1 以葛根素为代表，通过研究其配位特性进而了解异黄酮类化合物与金 属离子的相互作用。揭示葛根素与金属离子的配位特性，推进葛根素药物动力 学和葛根复方药理的探索。 2 鉴于配位色谱的选择专一性和高分离效率，若葛根素配位分离纯化成 功，可为其他含量更低，组分更复杂的天然产物分离提供有益的经验。并将推 动其在工业制各分离中的广泛应用。 3 对丰富天然产物配位化学理论，完善配位分离技术，探明天然药物作 爝钒理，烬拆复方配伍，纯纯鸯效成分或有效邦位，生产疗效确切、安全、低 繇、可控的天然药物等部有着踅要的濑义。 2 1 辩盈纯学理论 2 1 1 配位的概念 第二章、理论分析 配合物指韵是一粪由中心离子( 或驻子) 帮糯往体缀成酌一类幸 二会物。中心 离子( 或原子) 的配位体w 以是觅机分子、离子和有机化合物等，因此这一概念 疑有较大麓广泛往。中一0 离子与配住豁结台簌，二者豹毪震帮会发垒镶丈黪变 化，这是引起人们重视的主要原因，也是配俄色谱理论的基础。对多姐分进行 鬣位色谱对，霾定程与天然缍分形藏熬谴匏，瑟导致添本羧矮接近豹各缝分产 擞( 扩大) 了差异，保留行为相应改变，从而实现性质相近组分的高效分离。 严糖定义聚会兹是跑较困难兹，爱今也没毒公试豹、绞一豹表述。较容器 接受的解释是：配合物是由中心离子( 或原子) 和配位体( 阴离子或分子) 以配 缎德戆形式结会瑟成黪复杂寓予( 或分子) ，遥常称速秘复杂离子为浆位单元。 含有配也单元的化合物称为配食物 35 1 。 2 1 2 配位你的组成与结构 1 、配位体的组成 以f a g ( n h 3 ) 2 】c l 为例，配位体的基本组成如下图所示： 潞i ( 粥离子) 厂外界离予 厂1w a g c i + 2 n h 。= a g 鼙瓣。；：3 c 1 中心离子 配往髂 配憧数 其中 a g ( n h 3 ) 2 + 即为阳离子型配位单元，a g + 为中心离子，配合物的 申，玉一般聱是繁歪龟戆躲裹子，特裂怒过渡金属离予最受卷鼹。n 鹣是配像髂， 其中n 原予直接与中心离子a g + 配合，又叫配位原予。配使原予必须含有孤对 瞧予，熬囊孛一离予掇供共雳电子对，如n 蹶予中就毒一对孤对电子。二滋之 间的作用力是配位键，它们构成了配合物的内配位层( 也明内界) ，在结构式中 一般放程方括号内。内界中配证体的总数日q 配位数。c l 称为外配位艨( 也明辨 界) 。 a g ( n h 3 ) 2 c l 就是一种配台物。 2 、配使俸韵空闯结构与异梅现象 ( 1 ) 配合单元的窳问结构 当聚位蒋焱中心离子弱围酝位对，为了藏小配氆俸( 梵葵是萌离子鬣位搭) 之间的静电排斥作用( 或成键电子对之间的斥力) ，以达到能量上的稳定状态， 鬣往落簧互稳签墓运鬻，因瑟在中心离子躅黧采取露髂务农麓装态，器舍零元 的空间结构测定证实了这种设想。例如，配位数为2 时，采用直线型：为3 时， 袋薅乎繇三袁彤；为4 瓣，采教遥瑟髂或平甏歪方形 戈6 黠，经嚣采取歪， 酾体等空间结构。 另羚，不仪聚餐数不同时，配合攀元的空阕结拣不固，蠢时即使配谴数据 同，空间结构也有可能不同，这是由于中心离子和配位体的种类以段相互作用 的不同号l 起的。恻如z n c l 4 2 为四面体，恧p t c l 4 2 则为平面暇方形。 ( 2 ) 配合物的异构现象 化学式相同两结构不同的化台物其性质必然不同，有桃化学称遮神现象为 嗣分异构现象。这些纯舍物称为嗣分辩构谇。配合物的同分箨构现缘，大部分 是由于立体结构不同或内界组成和配娩体的遂接方式不同引起的。配位体在中 ，珏离子蠲围西摊捌方式不丽蔼产生翡辩构王显象日q 立体舅褐现承，主装包捂攒反 辩构和旋光异构。 宙魏霹觅，肉赛串粥往藩静释粪凌定了立体薯梅薅豹数瓣，荠萎释类越多， 形成的立体异构体的数日越多。配合物研究初期曾利用是否生成异构体和异构 侮静数霾，燕鞭聚霞擎嚣静咒秘结鞠。徨囊蠢主要莛逶遘x 射线慧射、紫羚光 谱及红外光谱警综合研究其结构。 一般瑟言，蛋白震、多糖麓太努予天然蠢援芘会镑多剡翔生纯疆究莲骑， 天然药物的研究对象多数情况下是小分子( 通常分子慝小于1 0 0 0 ) 的天然有机 纯合甥。大量实验数撵液裴，小分子天然毒搬键合镌形成懿配合镄豹配整数一 般是2 ，配位数为2 的配合物不会因配位而产生顺反异构和旋光异构现象。故 小分子必然寿壤忧合携形成的怒台甥斡构型劳不是影晦分离躬主要缀素。褥小 分子天然有机他合物与中，1 1 , 离子结合的选择性、作用力的方式和大小是影响分 寒的重黉因素。 配饭伴中多数是向中心离予( 或原子) 掇供孤嘏予对，但有些辩位体缀然 没有孤对电子，却能提供n 键上的电子，人们首先从小分子溶剂的实验中发现 遗一现象，如五烯 八面体四面体。 鞋上为晶体场理论豹主要内容，窀懿菝心是鬣像落静静瞧场与串。0 离予箨 用引起d 轨道的分裂；d 电子进入低熊轨道时产生稳定化能。这一联论较价键 疆论裴定量蘧麓释菜登酝蓥爱褫瑷象驿”。 2 2 聚位解离平骜 配位反应体系达到平衡状态，称为配位解离平街。 c u “+ 4 n h 3 营 c u ( n h 3 ) t p 由化学平销原理可得到 磊筹舞= 掰 ( 2 _ 1 ) ( c ( c u 2 + ) i c 9 ) c ( n h 3 ) ，) 4 4 多；称戈c u ( n h ，) 。l “熬搽灌黎鬃稳定豢鼗或掭准慧稳定零数妇b _ l l i 每 c o n s t a n t s ) ( 肼在右下角的数字表示此配离子中的配体数) 。8 越大，表示形 成配离予戆强两越大，筵配会凌越稳定。有懿也霉以曩l 罗8 的秘鼗寒表示： 8 1 称为积隳不稳定常数域解离常敫。矿越大，8 越小。 ( 2 2 ) 在掰稳定鬻数凌较配离予静稳定毪薅，嚣有嗣狩类墅酝离子才麓壹接琵 鞍，如 c u x l 2 的稳定常数大于【c ”y 2 的稳定常数，故稳定性 c 谰2 c u r l 舢。 舅一类平鬣鬻数嚣9 ，称为逐缀稳定常数( s t e p w i s es t a b i l i t yc o n s t a n t s ) 。稠 如 a g + + n h 3 【么g ( a 秘3 ) 】+ r 一一 ! f l 丛曼( ! 型3 2 】：2 1 1 ： c ( a g + ) ，e ) c ( n h 3 ) c 。 a g ( n h ，) r + 吗舒( a g ( n h 3 ) 2 r 鬈s ： ! 堡盘! 型娃! 笙 f ，一， 2 、2 c ( a g ( n h 3 ) 】+ ) ，c 8 c ( n h 3 ) c 8 ) 。 逐缎稳定嚣数芷8 的倒数就是逐级不稳定鬻数置。，或称邂级解鬻常数。各 逐缀稳定常数酌乘积，邵为该配离予的积稳定常数矿。酃 置? = 群，尼。0 n ：0 = 雳，世。0 a ：o 群= 群 ( 2 4 ) 2 。3 聚位毙及稳定豢数妁测定方法 根据广义酸、碱定义，配念物中接受电予的是酸，给电予的配体是碱，配 台反应广义上蓍就是酸碱反应。显然，酸碱越容易进行反应，生成酌配合物藏 越稳定。显然由于酸碱的受授电子能力不同，配合物的稳定性有很大差别。配 馥眈帮稳定常数灏定不仅可篮铰我稻畿魄较鬣合妨稳定往静簸象覆藏篌我稻对 葛根素柱植物体内以及人体内的存在状态有所了解。 嚣 ；蓉配合貉配蕴毙鞠稳定常数静测定圭簧有鼙下方法：耄往滴畿法；巍发 法；相平衡法；电导法；喇曼光谱；质子核磁菇振吸收；量热法等。根据可能 澎残熬麓攘素赘台耱懿程度缓及实验条件，联霉丈量实验鼓突验方法静麓鬟牲 等因素综合考虑，本文拟通过电导法得到关于葛根素与哪些满子能形成配台物 戳及配攮鞋毂糠瘩诀识，若葛摄素能帮中，0 离予形成骞色配会凌刘耀努毙炎度 法测定配位比和稳定常数较为简便。最后用目前较为常用的p h 电饿滴定法加 以验证+ 2 3 1 电导法 在a r r h e n i u s 发现电离现象之后不久，o s t w a r d 首次用其测定了电离常数， 上世纪三十年代中期以前，电导法是最常用的电离常数测定方法。 电导法( c o n d u c t i m e t r i cd e t e r m i n a t i o nm e t h o d ) 是指根据电解质传导电流的 能力与其性质和浓度有关的原理，由测量溶液的电导以求出待测物的含量，按 测定方法可分为：直接电导和电导滴定两类方法。直接电导法简称电导法，它 是通过测量溶液的电导值，并根据溶液的电导与溶液中待测离子的浓度之间的 定量关系来确定待测离子的含量。 2 3 2 分光光度法( 等摩尔连续变化法) 1 ) 单曲线法：仅适用于金属离子与显色剂生成一种配合物的情况。在复杂 的情况下，只能得到近似结果。当配合物的解离度很小时，则无法计算k 值。 所以本实验选取双曲线法。 2 ) 双曲线法：不仅适用于解离度较大的配合物，对于解离度较小的稳定配 合物，也能得到准确的结果。由于它较单曲线法准确，故应用较广。 假设某一配位反应：m m e + n r 甘坛，r ， 如m = n = 1 ，则：m e + r m e r 肛器( 2 - - 5 ) m e l r】 设a 为金属离子的原始浓度；b 为显色剂的原始浓度：x 为平衡时配合 物的浓度，则： 【m e = d x ； r = 6 一z ， 故： 置：兰一 ( 2 6 ) ( 一x ) ( 6 一功 根据等摩尔连续变化法( m e t h o do fc o n t i n u o u sv a r i a t i o n s ) 的原理绘制两系 列总摩尔数不同的曲线。在吸光度a 处，作平行于横坐标的直线，分别交两曲 线于e 、f 点。根据e 、f 对应的【m e 】、【r 】，进行计算。如图2 - 1 ： 对第一条曲线，a a l ，b = b l ；对第二条曲线，a = a 2 ，b = b 2 。 因两条曲线表示的是同一配合物，故两条曲线的k 值相等，即： = ( d l x ) ( 岛一x ) ( a 2 一x ) ( 屯一z ) 工= ! ! 刍二1 2 垒2 ( a 】+ b 1 ) 一( 口2 + b 2 ) ( 2 7 ) ( 2 8 ) 024681 0 图2 1 双曲线法测定配合物的k 值 其中a l 、b l 为曲线i 的e 点处，m e 和r 的原始浓度；a 2 、b 2 为曲线】i 的f 点处m e 和r 的原始浓度。因a 1 、b 1 、a 2 、b 2 都是己知的，故x 可按( 2 8 ) 求得。将x 值代入( 2 - - 7 ) 式，即可求得配合物的kn 值或k n 值【3 8 1 。 2 3 3p h 电位滴定法 上世纪四十年代由b j e r r a t a 首先提出来测定配合物的简单p h 滴定法 ( p h - p o t e n t i o m e t r i ct i t r a t i o nm e t h o d ) 。该经典方法的提出开创了配合物稳定常数 定量研究的新纪元。p h 电位法测定配离子的稳定常数是至今应用最广的方法， 结果也比较准确，p h 法适用于弱酸根离子或弱碱分子( 在酸介质中) 作为配体 的配位反应。其基本原理是：p h 较低时，配体l 首先结合的是溶液中的质子 而不是金属离子，当金属离子结合弱酸根或有机弱碱而形成配合物时，析出一 定量的氢离子，从而改变溶液中的p h 值。在金属离子存在下，对配体进行滴 定，比对纯配体进行滴定所测得的p h 要低。从p h 值的变化可以算出游离配体 的浓度 l 】及生成函数亓，从而进行稳定常数的计算。因此，凡是金属离子与配位 体在水溶液中形成配合物时，伴随有氢离子放出的体系，都可毗用p h 法进行 研究【 】。例如： m “+ h 2 l 曹m l + 2 h + 式中也上代表二元弱酸配体。上述反应实质上是+ 与矿对弱酸根离子【 】 的竞争过程，因此只有当弱酸配体的电离常数大于m l 的不稳定常数时，以上 配位反应才能发生。 1 6 在实验过程中往往需要滴加碱，以促使配位反应不断向右进行： m 2 + + 日2 + 2 k o h 铮m l + 2 k + + 2 h 2 0 随着碱的不断加入，体系的p h 值也将逐步升高，所以整个实验操作实际 上是进行p h 滴定。 配合物稳定常数的计算： i 配体质子化常数的计算： 应用p h 电位法测定配合物的稳定常数时，需要知道有关配位体的逐级电 离常数( 或加质子常数) 。由以上对葛根素结构的分析可知葛根素是二元弱酸， 以h 2 l 表示。对于配体l 2 - 来说，加质子常数定义为： k h - l = k h 2 = 匮】 萨w 诃 旧：川 面下网 ( 2 9 ) ( 2 一1 0 ) 式中k 川，k z ：是指葛根素的第一级质子化常数和第二级质子化常数。 以标准n a o h 溶液滴定葛根素溶液可求得葛根素的加质子常数3 9 1 4 0 l k n 1 = k 2 =黜绷 ( 2 1 1 ) i i 生成函数行 a 生成函数的定义： 生成函数的定义是： i ：竺二幽( 2 1 2 ) c 0 ( 为简便起见，配体和金属离子的电荷都省略) 阱咤滞( 2 - - 1 3 ) v 一每摩尔葛根素所含可解离的氢离子摩尔数，y = 2 m 一对应每摩尔葛根素所加入标准碱的摩尔数 01 ，1 32 一为葛根素累积加质子常数，bl = k i ，02 = k i k 2 若考虑酸效应，则上：= 三- a l ( 。l ( 2 1 4 ) a l ( u = l + 旧h + 旧】2 0 ： ( 2 1 5 ) 此时，生成常数二= 删 由上式可知二仅是游离配体止】的函数。 由生成函数半值法可知对于有两步配位反应的体系可得： 1 9 k 1 2 p 旺 ：1 9 k 2 。p 旺i 。； ( 2 一1 6 ) ( 2 1 7 ) k l ，k 2 分别为配合物的一级、二级稳定常数。( 上述公式的推导过程略) 因此一在获得了p h 滴定曲线后，在求得了各不同p h 值时的各组【l 】及n 后， 即可画出金属离子一葛根素的配位体系的生成曲线( ”一p l 1 图) 。应用公式 2 - 1 7 可以求得配合物的稳定常数。 离子介质的选择： 为恒定滴定过程中体系的离子强度，须选择适当地盐作为支持电解质。一 般盐的选择应遵循以下几个原则： 1 该盐在水中应有足够的溶解度 2 盐的阴离子与待研究体系中的阳离子基本上不发生配位反应 3 水在该盐中的溶度积应已知 n a c l 0 4 溶液是最常用的支持电解质，这是由于c 1 0 4 与过渡金属阳离子几 乎不发生配位作用。然而以n a c l 0 4 作为支持电解质也有其缺点：常用参比电 极甘汞电极内充液为k c l ，因此不能进参比电极直接插入滴定池中，否则k c i o 。 沉淀在甘汞电极头上造成数值大小不确定的液接电位。 k n 0 3 也是一种常用的支持电解质。浓度以0 1 5 m o l l 为宜。因为在配体和 金属离子存在下，这一浓度接近生理浓度o 1 6 m o l l 。这一介质的好处在于可直 接以甘汞电极作为参比电极，不需要作特殊的改进。氯离子通过盐桥的迁移极 少。 考虑以上各种因素，本实验以o 1 5 m o l l k n 0 3 作为恒离子强度的支持电解 质为宜。 支持酸的选择： 由于葛根素属于弱酸，为了能在较宽的p h 范围内研究葛根素与金属离子 的配位作用，因此我们考虑加入支持酸以有利于研究的开展。 目前常用的支持酸有：h c l 和h c l 0 4 。 从葛根素的结构可以看出：葛根素有两个酚羟基容易被氧化。考虑到高 氯酸的较强氧化性，虽然支持酸的浓度较低，但仍然有可能引入实验误差，因 此在本配位体系中不适宜用高氯酸作为支持酸。本文拟用盐酸为支持酸。 另外，在设计实验时，通常要安排两份不同配比( 金属离子与配体之比) 的滴定实验，因为仅一种配比不足以说明己排除竞争平衡的影响。如果两种配 比实验所得结果相差甚远，则应安排重复实验以验证技术的可靠性。 2 4 配位色谱原理 与一般色谱过程一样，配位色谱是也是样品在固定相和流动相之间进行的 一种连续多次的变换过程，所不同的是，通常使用的色谱是靠样品在两相间分 配系数、亲和力、吸附能力、离子交换能力或分子大小不同引起的保留值的差 异而使不同组分得到分离，因此这些不同组分在色谱过程中分离状况首先取决 于各组分在两相同的分配系数、吸附能力、亲合力等是否有差异，这是热力学 平衡问题，是分离的首要条件。在配位色谱中，样品要实现良好的分离，取决 于样品中各组分与空间臂分子络合形成配合物的能力，以及所形成配合物的稳 定性。另外，不同组分在配位色谱柱内运动时，色带随柱长展宽，但展宽的程 度与样品组分在两相中的扩散系数、固定相填料的颗粒大小、填充情况和流动 相流速等有关，配位色谱的最终分离效率是配位色谱的热力学和动力学两方面 的综合效应。 配位色谱对各种极性和非极性溶剂都有良好的化学稳定性和热稳定性，且 色谱柱的选择性高、分离效果好、使用寿命长。对天然产物中的各种含n 、0 、 s 的化合物都能分离。 配位色谱的具体技术是：首先选择一个适当的基质，一般是选择常用的层 析填料如硅胶、氧化铝等，然后在基质上连接若干个空间臂，并通过偶联作用 把配基连接到这些空间臂上。配基再与多个中心离子或原子配位。这样，在基 质、空间臂、配基、中心离子之间由于相互协同作用而形成了多个活性中心和 一定的空间位阻。目标物质与活性中心高选择性结合后，即可达到精制纯化效 果。 配位色谱主要有以下几方面的独特功能： 1 含有能提供孤对电子的官能团的有机化合物都可以将孤对电子授予与载体 结合的空间臂提供的中心离子上，形成配合物，从而与其它不能提供孤对 电子官能团的有机化合物分离；对于多种能提供孤对电子的有机化合物， 由于所形成配合物的稳定性不同，也可以达到相互分离的效果。 2 样品中的有机化合物与中心离子形成配合物后，能够增强化合物的稳定性， 避开光、热及溶剂等的不良影响。 3 上样量较普通吸附色谱或分配色谱要高，因此能明显提高工业上的生产效 率；另外，使用配位色谱进行分离时，可以很方便地更换洗脱液，即在洗 脱过程中能够始终保持较佳的分离效率和缩短洗脱时间。 1 9 2 5 葛根素的结构及配位中心离子的选择 2 5 1 葛根中主要成分及其配位能力分析 葛根中三种主要的异黄酮一一葛根素、大豆苷、大豆苷元的结构图见图2 2 。 o 葛根素：r 1 = 葡萄糖基r 。= r 产h 大豆苷：r 2 葡萄糖基r 。= r 。= h 大豆苷元：r = r 2 - r 。= h 图2 2 葛根中主要成分结构图 由结构图分析可以看出：在这三种 物质中大豆苷元的极性最弱，葛根 素和大豆甙相比：葛根素多一个酚 羟基，从空间结构看，葛根素的偶 o r ，极距更大，极性最强。从葡萄糖连 接的位置可以看出：葛根素是碳苷 而大豆苷是氧苷。因此，大豆苷的 葡萄糖部分在酸性较强，温度较高 的情况下容易断裂，相对而言葛根 素要稳定的多。 从葛根素的结构来看，由于a 环、b 环都有酚羟基，呈酸性。因 此，4 位羰基和7 位，4 位酚羟基为配位基团。在配基的配位原子的附近，如 果存在着体积较大的基团时，会阻碍和金属离子的配位，从而降低了配合物的 稳定性的现象，叫空间位阻。由于葛根素属于异黄酮，其b 环受吡喃环羰基的 立体阻碍，使b 环和a 环、c 环平面有一个夹角。因此，4 位羰基和7 位为配 位基团的可能性较大。由此分析，葛根素应该属于软碱的范畴，即容易给出电 子的配体都是软碱，它们的配位原子电负性低，变形性太，易于氧化，容易同 软酸结合成稳定的配合物。 从结构上来看，大豆苷和大豆苷元的7 位氧连接的是葡萄糖基团而葛根素 的7 位为羟基，因此，葛根素中这三种主要组份都存在与金属离子形成配合物 的能力，但相对来说，葛根素的配位能力要强一些。由此分析，由于它们能与 固定相上的金属离子形成配合物，因此它们在色谱柱中的保留时间相应延长。 但由于它们的配位能力不同，因此它们与固定相之间的吸附能力也不同，在柱 中的保留时间也相应不同，以此为依据，进行配位色谱实验设计。 2 5 2 中心离子的选择 地球及地球上的万物都是琏i 化学元素组成的。无论是入体还是槭物，秘其 生命过稷中都与地球生物圈进幸亍着以化学元素为基础的物质交换。豳此，人体 及植物酌元素组成与地球表层的元素缎成相儆，在量驹方面识有一寇的相关往。 搬目前的资料证明，人体几乎含有周期表中自然界存在的所有元素，在地嵬表 麒中存簌静9 0 多种元桊扎手垒麓在入辛搴内我戮。葛校中也含有将近= 十年孛元素 一j 。对葛根素配合物的稳定性丽言，中心离子起着至关重要的作用。 | 羞 f c l b r l a t 鹫2 。3 中，厶离子莲周期表孛鹃整置 中心离子按电子层结构分为如下的三类： ( 2 e 。或8 e 。) 乡 鼷阳离予这类期离子粒伶层缭梅，滁l i + ，b e 2 + ，b ”三喾 为l s 2 外，其余企是n s 2 n p 6 ( n 为2 6 ) 的稀有气体型，它们属于硬酸其与硬碱翁于 酝位，缝合力圭要炎静魄弓 力。其离子式中= z r 越大，生成的配合物越稳定，k 稳也越大。从周期表中所处的位鬣来说，这类离子为ia ( m + ) ，i i a ( m 2 + ) ，i i i b ( m 3 + ) ， i v b ( m 4 + ) ( 也包撼b 3 + ，a 1 3 + ，s i 4 + 等) s e + 型离子。la 与i la 离子银难形成配合物， 也是因为离子势较小的缘故。 ( 1 b e 。或1 8 + 2 e 。) 阳离子1 8 e 。或1 8 + 2 e 。型阳离子的价电予层结梅依 次为( 小1 ) s 2 ( 小1 ) p 6 ( n 1 ) d 辑，( n 一1 ) s 2 ( n 1 ) p 5 ( n 1 ) d 。n s 2 ( n = 4 5 ，6 ) 1 8 e 壅者如 i b ( c u + ，a r ，a u + ) ，i ib ( z n ”，c d 2 + ，h 9 2 + ) 离子，除z n 2 + 外，全是软酸。因其 对核电荷鹃屏蔽作矮皖8 e 墅小，d 电予数己满，强纯力和交形佳璃太子8 e 墅 的类阳离子。1 8 + 2 e 埋! 离子均划入交界酸。 ( 9 一1 7 e ) 鬻离子扶电子瀑结 每说，它们介子8 e ( 硬酸) 帮1 8 e 一 ( 软酸) 之间，应该属于交界酸。它们是d 1 - - d 9 型的过渡金属离子。如其电荷 越毒，d 逛子数越乡，粼交形愈夺( 鼗鞔遂重爨形残装徐键豹霉麓毪夺) ，愈接 兹同周期中左侧8 e 型的硬酸；而屯荷越低，d 屯子数越多，则变形愈大，愈接 近阍周期中右侧的1 8 e 烈的软黢。因此，常见的+ 2 ，十3 氧化悉的