天然产物化学课件第一二章.ppt

天然产物化学 罗傲雪Luoxue100 第一章绪论 一 主要研究内容二 天然产物化学与药物开发 一主要研究内容 1 研究内容天然产物的提取 分离 结构 功能2 天然产物定义 从植物 动物 矿物 微生物 海洋生物等天然资源中开发出来的产物3 天然产物化学定义 以各类生物为研究对象 以有机化学为基础 以化学和物理方法为手段 研究天然产物的提取 分离 结构 功能 生物合成 化学合成与修饰及其用途的一门学科 是生物资源开发利用的基础研究 二天然产物化学与药物开发 1丰富的天然药物东汉时期神农本草经记载了365种天然药物明代李时珍本草纲目收载了1892种天然药物清代赵学敏本草纲目拾遗补充了1021种天然药物 2天然药物防病治病的物质基础天然药物的物质基础在于有效成分有效成分 具有生物活性 起治疗作用的 能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 的单体化合物如生物碱 单糖 低聚糖 多糖 蛋白质 黄酮 香豆素 强心苷 皂苷 蒽醌 挥发油等无效成分 与有效成分共存的其他成分如油脂 色素 树脂 树胶等有效部位 尚未提纯的单体化合物或含有有效成分的混合物 3天然产物化学的发展动向 1 研究方法和手段向高 新方向发展高效液相色谱 气相色谱等新技术的发展 使微量成分的提取分离成为可能核磁共振 红外光谱等新技术的发展 使化合物结构测定变得越来越容易 2 偏重资源开发的实用化对天然产物开发时更注重实用化 有目的的进行研究 3 基于生物技术的天然产物研究基于生物技术的天然化合物研究 能提供产生天然化合物更加成熟的方法和策略 第二章天然产物的提取分离和结构鉴定 提取 将有效成分从天然物质中提出的过程分离 将提取物中混合的性质相同或者不同的成分进一步分开的过程 本章内容一 提取方法二 分离纯化方法三 天然产物化学成分的预试验四 寻找天然药物有效成分的一般步骤 一 提取方法 一 溶剂提取法1 基本原理渗透 扩散作用动力 细胞内外的浓度差 2 影响提取效率的主要因素原料的粒度原料的粉碎粒度应根据选用的溶剂和药用部位来决定提取的温度一般以60度左右提取的次数和时间一般提取3次 每次1h3 溶剂的选择 1 溶剂对有效成分溶解度大 对其它成分的溶解度小 2 溶剂不能与药材的活性成分起不可逆的化学反应 3 溶剂还要易回收 安全 低毒 廉价 4 溶剂的分类 1 水强极性溶剂能溶解成分 氨基酸 蛋白质 糖 有机酸盐 生物碱盐 苷类 鞣质 无机盐等有时为了增加某些成分的溶解度 也常采用酸水或碱水作为提取溶剂优点 安全 廉价 易得缺点 易污染变质 不易保存过滤困难浓缩困难 2 亲水性溶剂能与水混溶的有机溶剂 极性较大 如乙醇 丙酮 甲醇能溶解成分 大部分亲水性成分 一些亲脂性成分优点 提取成分较多不易霉变 粘度小 易过滤沸点低 浓缩回收方便缺点 易燃 3 亲脂性溶剂与水不相混溶的有机溶剂 极性小 如石油醚 乙醚 氯仿等能溶解成分 亲脂性成分 如挥发油 油脂 游离生物碱等 优点 沸点低 易蒸馏浓缩缺点 提取时间长 对原料的干燥度要求较高 毒性大 易燃5 常用提取方法浸渍法优点 温度低 适用于提取遇热不稳定的成分缺点 提取时间长 效率不高 提取液易霉变 渗漉法不断加入溶剂 不断流出溶液优点 动态浸出 提取效率比浸渍法高缺点 溶剂用量大 提取时间长煎煮法优点 提取效率高 可提取多种成分缺点 杂质较多 易发生霉变 一些不耐热的挥发性成分易损失 药材易焦糊 中药煎煮机 不锈钢渗漉罐 回流提取法应用范围 当提取溶剂为有机溶剂 且需加热时优点 可以避免溶剂的挥发损失缺点 提取过程中需更换溶剂 回流提取器 普通回流 连续回流提取法仪器 索氏提取器优点 提取较完全 溶剂用量小 不需更换溶剂缺点 提取时间长 不宜提取热敏性成分 微波辅助提取优点 提取速度快缺点 要求药材含有一定的水分 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 微波辅助提取 超声波辅助提取原理 利用超声波破坏细胞膜优点 提取时间短 收率高 避免高温对有效成分的破坏缺点 超声波提取对容器壁的厚薄 放置位置要求较高酶法辅助提取原理 利用酶破坏植物的细胞壁 使有效成分溶出可用的酶包括 纤维素酶 果胶酶 蛋白酶 超声波萃取 二 水蒸气蒸馏法 适用范围 能随水蒸气蒸馏而不被破坏 难溶或不溶于水的成分共水蒸馏法原理 将药材粗粉加入蒸馏器中 加水浸泡 直火煮沸 使提取物与水蒸气一起蒸出优点 操作简单缺点 可能使某些成分发生分解 使药材焦化 影响提取物的质量通入水蒸气蒸馏法原理 将水蒸气通入待提取的药材中 使提取物和水蒸气一起蒸出优点 避免直火高温而影响提取物的质量缺点 操作较为麻烦 三 升华法适用范围 具有升华性质的化合物例子 从樟木中提取樟脑从茶叶中提取咖啡碱缺点 常伴有分解现象 产率低 由于温度过高会导致中草药炭化附着在升华物上 不易除去 本章内容一 提取方法二 分离纯化方法三 天然产物化学成分的预试验四 寻找天然药物有效成分的一般步骤 二 分离纯化方法 一 沉淀法原理 使某类成分产生沉淀而与其它成分分离的方法 或使杂质产生沉淀析出 以除去杂质注意 对所需成分这种沉淀反应是可逆的1 乙醇沉淀法原理 在提取液中加入一定量的乙醇 则难溶于乙醇的多糖类成分 淀粉 树胶 黏液质 果胶 菊糖 和蛋白质成分从溶液中析出沉淀例如 石斛多糖的分离 2 酸碱沉淀法原理 某些成分溶于碱液 不溶于酸液 或某些成分溶于酸液 不溶于碱液例如 生物碱 黄酮的提取3 铅盐沉淀法原理 醋酸铅与某些成分生成难溶的铅盐或络合物适用范围 中性醋酸铅 酸性化合物 有机酸 氨基酸 蛋白质 黏液质 鞣质 树脂 酸性皂苷 部分黄酮苷等碱式醋酸铅 范围广 包括上述物质及部分苷类 生物碱等碱性成分脱铅处理 通硫化氢气体 使铅转化为不溶性硫化铅 二 盐析法原理 在提取液中加入易溶性无机盐至一定浓度或达到饱和状态 使某些成分在水中溶解度降低 沉淀析出而与水溶性较大的成分相分离常用无机盐有 氯化钠 氯化铵 硫酸铵 硫酸钠 硫酸镁适用范围 生物碱 苷类例如 三七皂苷的提取 硫酸镁 三 透析法原理 小分子物质在溶液中可通过半透膜 而大分子物质不能通过半透膜适用范围 多糖 多肽 蛋白质 皂苷常用的透析膜 动物膜 如猪 牛的膀胱 火棉胶膜 蛋白质胶膜 玻璃纸膜等 四 结晶法原理 利用混合物中各成分在溶剂中的溶解度不同来达到分离结晶溶剂选择的原则 1 不与有效成分发生化学反应2 对欲结晶成分的溶解度随温度的不同而有明显差别3 对欲去除的杂质冷热时溶解度均大或均小方法 1 加温溶解 降温析出2 挥干溶剂 结晶析出3 外加晶体 诱导结晶4 摩擦容器壁 诱导结晶 五 色谱法原理 利用混合物中各成分的物理化学性质差异 使各成分得到分离1 色谱法在天然产物研究中的用途分离混合物 分离理化性质相似的成分精制化合物 收集去除杂质的纯品鉴定化合物 相同的化合物在薄层色谱中具有相同的Rf值 在液相或气相色谱中具有相同的保留时间 2 纸色谱法和薄层色谱法纸色谱法是以纸作为载体薄层色谱以玻璃板 塑料或铝基片作为载体 3 柱色谱法材料 层析柱 填料 洗脱剂原理 各组分受固定相作用所产生的阻力和受流动相所产生的推动力不同 从而产生差速迁移而达到分离操作方法 1 称量及预处理2 制成匀浆3 装柱4 上样5 过柱6 收集7 检测 分类 吸附色谱 凝胶色谱 离子交换色谱 分配色谱1 吸附色谱原理 用吸附剂作为固定相 利用被分离组分对吸附剂表面吸附能力的差异和在流动相中溶解度的差异来进行分离吸附剂 硅胶 氧化铝 聚酰胺 活性炭 2 凝胶色谱原理 分子筛效应凝胶色谱的应用 脱盐 用于分离提纯 测定高分子物质的分子量 高分子溶液的浓缩 3 离子交换色谱原理 利用某种离子交换剂在一定条件下与不同离子的亲和力不同 可使柱与不同离子的结合强弱产生显著差异 从而使不同离子的移动速度不同离子交换剂指含有解离性离子交换基团的高分子物质离子交换剂性质 稳定 不溶 多孔 可进行离子交换 树脂基体 离子交换过程示意 应用 超纯水系统 分类 按离子交换剂的基质性质 可分为离子交换树脂 离子交换纤维素 离子交换凝胶按每种交换剂所含功能基团的性质 可分为阳离子型和阴离子型交换的离子带正电荷 则发生阳离子交换 交换的离子带负电荷 则发生阴离子交换 4 分配色谱固定相 固定于多孔物质上的液膜支持物 固定液膜的多孔物质流动相 所用洗脱剂原理 不同组分在流动相与固定相之间的分配系数不同 故在层析过程中迁移的速度也各不相同 而彼此分开分类 液液分配层析 以液体作为流动相 气液分配层析 以气体作为流动相 常用载体 硅胶 硅藻土 纤维素粉 例如 高效液相色谱特点 高压 高效 高速 高灵敏度 进样口 检测器 色谱图 色谱柱 溶剂 泵 混合器 高效液相结构示意 高效液相工作示意 高效液相工作示意 高效液相工作示意 高效液相工作示意 高效液相工作示意 高效液相工作示意 高效液相工作示意 高效液相工作示意 高效液相工作示意 高效液相工作示意 高效液相工作示意 高效液相工作示意 高效液相工作示意 高效液相工作示意 高效液相工作示意 高效液相工作示意 本章内容一 提取方法二 分离纯化方法三 天然产物化学成分的预试验四 寻找天然药物有效成分的一般步骤 三 天然产物化学成分的预试验对一种未知的天然药物 要了解其中所含的成分需通过预试验来判断分类 单项预试验 系统预试验单项预试验 根据工作需要有重点的检查药材中的某一类成分系统预试验 对某种药材中所含的各类化学成分进行全面检查 系统了解该药材中所含化学成分的类型预试验的原理 根据各成分的极性不同 选择不同极性的溶剂进行提取 将药材中所含成分按极性不同分成几个部分 然后利用各种化学反应定性判断各部分中可能含有的化合物的类型 预试验的步骤 第一 制备供试液 第二 各类成分的检查 本章内容一 提取方法二 分离纯化方法三 天然产物化学成分的预试验四 寻找天然药物有效成分的一般步骤 四 寻找天然药物有效成分的一般步骤 一 提取与分离五部位法 用95 和60 两种浓度的乙醇分别提取 合并两次的提取液 浓缩 依次用石油醚 氯仿 或乙醚 乙酸乙酯 正丁醇 水进行处理 得到极性不同的五部分 二 有效部位的确定 例如 寻找仙鹤草驱绦虫的有效成位的步骤 三 组分分离与单体分离采用色谱法 结晶法 萃取法等方法分离有效部位 直到得到单一的组分 四 有效成分结构鉴定第一 纯度检查1 外形观察 晶形2 物理常数测定 熔点 沸点 旋光度等3 色谱检验 呈现一个尖锐的单峰 第二 分子式的测定1 元素分析2 检测分子量3 计算出化合物的分子式第三 结构式的测定综合运用紫外吸收光谱 红外吸收光谱 核磁共振谱 质谱等分析方法 结构鉴定方法1 紫外光谱 UV 原理 具有发色团和助色团的结构都可以产生紫外吸收 而且不同类型结构的紫外吸收光谱有一定的规律性应用 利用紫外吸收光谱 可以判断不饱和化合物的结构类型注意 紫外光谱相同 结构未必相同 2 红外光谱 IR 原理 当用红外光照射物质时 该物质的分子就会吸收一定波长的红外光的光能 并转化为分子的振动能量和转动能量 以波长或波数为横坐标 以百分透过率或吸收率为纵坐标 记录其吸收曲线 即得到该物质的红外吸收光谱 优点 取样量小 专属性强应用 化学键 官能团的分析 图谱中的每个吸收峰都对应着分子中不同的化学键或基团红外光谱分区 特征吸收峰区 指纹区 3 质谱 MS 原理 有机化合物在高真空及较高温条件下受热气化 气化后的分子在电子流轰