植物源农药的提取分离及结构鉴定修改版

植物源农药的提取分离及结构鉴定,张龙来Email：7982233302014.10.20,一、基本概念1、提取：利用适当的溶剂或方法，将所要成分尽可能从原料中完全提出的过程。2、分离：将提取物中所含的各种成分一一分开，并将得到的单体加以精制的过程。,第一节 植物源农药的提取,水 亲水性有机溶剂 亲脂性有机溶剂,二、提取方法,超临界流体萃取法（SFE）,水蒸气蒸馏法,溶剂提取法,升华法,压榨法,溶剂,（一）溶剂提取法 根据天然成分的溶解性不同，选用对所需成分溶解度大而对其他成分溶解度小的溶剂，将所需成分从生物材料中溶解出来的一种提取方法。,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。,1、溶剂提取法的原理,选择溶剂依据相似相溶原理。,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。,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,2、选择溶剂的要点 * 对所要成分溶解度大 * 沸点适中容易回收 * 低毒安全 * 廉价 天然产物成分中，萜、甾等大环、稠环化合物极性小，易溶于氯仿、乙醚等；糖、苷等易溶于水、乙醇等极性溶剂中；酸碱性成分因存在状态不同溶解性不同。 最常用的溶剂为乙醇。,3、溶剂的分类 * 强极性溶剂：水 * 亲水性有机溶剂： 能与水任意混溶（甲醇、乙醇、丙酮） * 亲脂性有机溶剂： 不与水任意混溶，可分层（正丁醇、乙醚、乙酸乙酯、氯仿、二氯甲烷、环己烷、石油醚） 常用溶剂的极性大小顺序： 石油醚四氯化碳苯氯仿乙醚乙酸乙酯正丁醇丙酮乙醇（甲醇）Kb,K=CU/CL,CU、CL为被分离物质在上相和下相中浓度,1、萃取法,利用混和物中各成分在两种互不相溶的溶剂中分配系数不同而达到分离的方法。,根据值的大小可决定分离采用的方法,100, 简单的一次萃取，可基本分离。10，数次乃至10余次萃取，CCD法2，100次以上萃取，DCCC法，HSCCC法1，不能分离,可以根据PC法计算值，选择理想的分离条件。,2.沉淀分离法,根据溶解度的不同，控制溶液条件使溶液中的化合物或离子分离的方法统称为沉淀分离法。方法的主要依据是溶度积原理。,根据沉淀剂的不同，沉淀分离也可以分成用无机沉淀剂的分离法、用有机沉淀剂的分离法和共沉淀分离富集法。沉淀分离法和共沉淀分离法的区别主要是：沉淀分离法主要使用于常量组分的分离（毫克 量级以上）；而共沉淀分离法主要使用于痕量组分的分离（小于1mg/mL）。常用的沉淀分离方法及试剂1 、无机沉淀剂 氢氧化物、硫化物、其它沉淀剂。2、有机沉淀剂 草酸、铜试剂、铜铁试。,3.结晶和重结晶,在化学里面，热的饱和溶液冷却后，溶质以晶体的形式析出，这一过程叫结晶。重结晶是将晶体溶于溶剂或熔融以后，又重新从溶液或熔体中结晶的过程。重结晶可以使不纯净的物质获得纯化，或使混合在一起的盐类彼此分离。,重结晶提纯法的一般过程1、溶剂选择2、固体物质的溶解3、杂质的除去4、晶体的析出5、晶体的收集和洗涤6、晶体的干燥,4.膜分离,利用膜的选择性分离实现料液的不同组分的分离、纯化、浓缩的过程称作膜分离,液膜分离过程分为乳化液膜和固定液膜的分离过程；合成膜的分离过程包括微过滤、超过滤、反渗透、气体渗透分离、渗透蒸发、渗析及电渗析等过程。,二：柱色谱1.吸附柱色谱,吸附分类,物理吸附：无选择性吸附，吸附-解吸附发生迅速，吸附剂如硅胶、氧化铝、活性炭等；化学吸附：不可逆吸附，如碱性氧化铝对酚酸性成分的吸附；酸性硅胶对生物碱的吸附等；半化学吸附：聚酰胺对酚酸类、醌类的氢键吸附。,吸附原理：相似相吸,影响吸附过程的三要素：吸附剂（固定相）溶质（被分离物质）溶剂（洗脱剂、展开剂、流动相）,2、硅胶、氧化铝,极性吸附剂：载样量大，吸附力强硅胶：有中性、酸性之分，适用于各类成分分离。氧化铝：有中性、酸性、碱性之分，不适合于分离酸性成分，多用于分离生物碱。,被分离物质吸附力与结构的关系,被分离物质极性大，吸附力强，难洗脱，Rf值小。,官能团极性大小排列顺序：-COOH Ar-OH R-OH R-NH2、RNHR、RNRR RCONRR RCHO RCOR RCOOR ROR RH,溶剂（洗脱剂）的极性与洗脱力的关系洗脱剂极性越大，洗脱力越强；,大黄酸,大黄素,大黄酚,酸性最强,酸性其次,酸性最弱,溶于NaHCO3,溶于Na2CO3,溶于NaOH,例：从黄花夹竹桃果仁中分离到七种强心苷成分，根据极性大小推测从硅胶柱上的洗脱顺序。,单乙酰黄夹次苷B R = COCH3 , 其它R = H,3、 活性炭-非极性吸附剂,吸附力与结构的关系,分子量大者 分子量小者芳香族 脂肪族，活性炭和芳香族均有平面型分子的缘故。含OH、COOH、NH2多者 少者,3、活性炭-非极性吸附剂,溶剂的洗脱力,吡啶 15%酚/醇 7%酚/H2O 醇 含水醇 H2O,黄酮、生物碱的富集，糖的分离，脱色等。,应用,4、聚酰胺（Polyamide）,由己酰胺聚合成的一类高分子化合物。,分离原理：主要通过酰胺与酚、酸、醌等化合物形成氢键，吸附能力取决于氢键的强弱。,2.分配柱色谱,液-液柱色谱法，其固定相和流动相均为液体，液态固定相又称固定液，被涂渍在惰性材料载体上构成固定相。分配柱色谱法的优点是：稳定性高，重现性好，适用样品的类型广等。,固定相极性小于流动相，如HPLC反相色谱柱、反相薄层色谱板。固定相：硅胶的硅醇基与烷基结合，如RP-2、RP-8、RP-18，亲脂性：RP-18 RP-8 RP-2流动相（洗脱剂）：MeOH-H2O；CH3CN-H2O洗脱顺序：分离极性大的成分，极性大者先被洗脱出来。,固定相的表面修饰,3.离子交换色谱,离子交换色谱中的固定相是一些带电荷的基团， 这些带电基团通过静电相互作用与带相反电荷的离子结合。如果流动相中存在其他带相反电荷的离子，按照质量作用定律，这些离子将与结合在固定相上的反离子进行交换。固定相基团带正电荷的时候，其可交换离子为阴离子，这种离子交换剂为阴离子交换剂；固定相的带电基团带负电荷，可用来与流动相交换的离子就是阳离子，这种离子交换剂叫做阳离子交换剂。,阴离子交换柱的功能团主要是NH2，及NH3 ：阳离子交换剂的功能团主要是SO3H及COOH。其中-NH3 离子交换柱及-SO3H离子交换剂属于强离子交换剂，它们在很广泛的pH范围内都有离子交换能力；-NH2及-COOH 离子交换柱属于弱离子交换剂，只有在一定的pH值范围内，才能有离子交换能力。离子交换色谱主要用于可电离化合物的分离，例如，氨基酸自动分析仪中的色谱柱，多肽的分离、蛋白质的分离，核苷酸、核苷和各种碱基的分离等。,4、凝胶层析（Gel Penetration Chromatography, GPC）, 葡聚糖凝胶,交联葡聚糖是由一定平均分子量的葡聚糖和交联剂（一般为环氧氯丙烷）以醚桥的形式互相交联形成的三维空间网状结构高分子材料，是水不溶性的白色球状颗粒，酸性环境能水解，碱中稳定。,在样品通过一定孔径的凝胶固定相时，由于流经路径的不同，使不同相对分子量的组分得以分离的方法。,表面有孔隙，其大小决定于聚糖与交联剂的配比及反应条件。,商品型号即按凝胶的交联度大小分类，并以吸水量来表示，英文字母G代表葡聚糖凝胶，后面的数字表示每克凝胶吸水量，再乘以10的值，G-25的吸水量为每克2.5ml。,交联度大网状结构越紧密孔隙越小吸水膨胀越少。,凝胶的型号与使用范围,层析原理,绝大部分在水溶液中进行，凝胶颗粒在适当溶剂中浸泡，待充分膨胀后装入层析柱，加样后用同一溶液洗脱。在洗脱过程中，较小的分子渗入凝胶，较大的分子随溶液流动，分子量小的物质（阻滞作用大）可通过凝胶网孔进入粒子内部，然后扩散出来，故流程长，移动速度慢，后流出色谱柱，分子量大的物质沉凝胶粒子间孔隙，随洗脱液移动，流程短，移动速度快，先流出色谱柱。,不同的化合物由于其大小差异，在流经GPC柱时，不同分子量的化合物流经体积不同（大分子不能或难以进入凝胶网格结构的内部，直接从凝胶颗粒之间穿过，保留时间短；而小分子恰恰相反，保留时间较长）而得以分离 。,常用术语Vt 床体积，凝胶装柱以后，柱床所占的体积。Vo外水体积，柱床内存在于凝胶外面的水相体积。Vi内水体积，凝胶颗粒内部所含的水相体积。Vg凝胶本身体积。相互关系：Vt= Vo+ Vi+ VgVe洗脱体积，自样品加入时算起，至流出组分最大浓度出现时，所流出的体积 。,同一类型化合物，洗脱特征与组分分子量有关。 Ve=K1-K2logM 说明不同组分流经凝胶柱时，按分子量大小顺序流出，分子量大的，洗脱体积小，最先流出，当条件固定时，Ve重现性很好。,按此特性可测大分子物质的分子量。,用已知分子量的物质分别相继上柱（5mg），流出液按每管24ml收集，通过硫酸蒽酮显色，再经紫外检测，分别求得洗脱体积Ve。再用蓝色葡聚糖测出柱床的外水体积Vo，按Ve /Vo与分子量对数关系作图，得标准曲线，最后将待测物质分子量用少水溶解上柱，在同样条件下测定Ve，根据Ve/Vo，查标准曲线，测得物质分子量。,局限性： 1、要有标准样。 2、不同的待测物质要有不同的标准样。,操作技术：,溶胀：不同凝胶溶胀时间不一样，G-100室温下最小水化时间72h，除微颗粒。目的：充分吸水，各孔隙舒张，以利于物质分子通过。,装柱：柱内加少量洗脱液，排除底部气泡，然后将凝胶浆倒入，让其自然沉降，打开出口，柱床表面不再下沉即紧密。装好的柱应不含气泡，柱床表面平坦。,平衡：用3倍床体积洗脱液让柱平衡流动2-3天，至流速恒定。,加样：平衡后，床表面应有12cm的洗脱液，用吸管沿柱壁加入，打开出口，当上面液体刚好全部渗入柱内时，滴加洗脱液，注意不能振动床表面。,上样品要体积小，浓度大，这样峰形好。,洗脱：一般用水和电解质溶液，如酸、碱、盐的溶液及缓冲溶液。加入5cm以上洗脱液时，可接高位瓶中的洗脱液， 洗脱分阶段洗脱和梯度洗脱,收集：分部收集器收集。,检出：蛋白质、核苷酸、多肽用紫外光谱仪在280nm、260nm、230nm测吸光度值，以样品体积（或管数）为横座标，吸光度为纵座标，画出洗脱曲线。,5、大孔树脂柱色谱,大孔吸附树脂的吸附实质为一种物体高度分散或表面分子受作用力不均等而产生的表面吸附现象，这种吸附性能是由于范德华引力或生成氢键的结果。同时由于大孔吸附树脂的多孔结构使其对分子大小不同的物质具有筛选作用。通过上述这种吸附和筛选原理，有机化合物根据吸附力的不同及分子量的大小，在大孔吸附树脂上经一定溶剂洗脱而达到分离、纯化、除杂、浓缩等不同目的。 吸附树脂的表面发生吸附作用后，会使树脂表面上溶质的浓度高于溶剂内溶质的浓度，其结果引起体系内放热和自由能的下降。,大孔吸附树脂按其极性大小和所选用的单体分子结构不同，可分为非极性、中极性和极性三类。 （1）非极性大孔吸附树脂非极性大孔吸附树脂是由偶极矩很小的单体聚合制得的不带任何功能基，孔表的疏水性较强，可通过与小分子内的疏水部分的作用吸附溶液中的有机物，最适于极性溶剂中吸附非极性物质，也称为芳香族吸附剂，例如苯乙烯、二乙烯苯聚合物。,（2）中等极性大孔吸附树脂中等极性大孔吸附树脂是含酯基的吸附树脂，且多功能团的甲基丙烯酸酯作为交联剂。其表面兼有疏水和亲水两部分。既可极性溶剂中吸附非极性物质，又可由非极性溶剂中吸附极性物质，也称为脂肪族吸附剂，例如聚丙烯酸酯型聚合物。（3）极性大孔吸附树脂极性大孔吸附树脂是指含酰胺基、氰基、酚羟基等含氮、氧、硫极性功能基的吸附树脂，它们通过静电相互作用吸附极性物质，如丙烯酰胺。,6.亲和色谱,亲和色谱也称为亲和层析，是一种利用固定相的结合特性来分离分子的色谱方法。亲和色谱在凝胶过滤色谱柱上连接与待分离的物质有一定结合能力的分子，并且它们的结合是可逆的，在改变流动相条件时二者还能相互分离。亲和色谱可以用来从混合物中纯化或浓缩某一分子，也可以用来去处或减少混合物中某一分子的含量。,纸色谱（PC），也叫纸分配色谱（PPC，Paper Partition Chromatography）,(为纸色谱定数),Rfa、Rfb为A、B两物质在PC上的Rf值,pH值,对于酸性、碱性和两性化合物，pH值可以改变它们的存在状态（游离型、解离型），分配比受pH的影响。,HA + H2O = A- + H3O+,pKa= pH - logA-/HApH = pKa + logA-/HAHA达到99%解离时，pH = pKa + 2HA达到99%游离时，pH = pKa - 2,2) 酸碱性成分的分离-pH梯度萃取法,按酸碱性强弱的不同分离酸性、碱性、中性物质，改变pH值使酸碱成分呈不同状态。,如中药大黄中的大黄酸、大黄素和大黄酚的分离,1、气相色谱 2、液相色谱 3、制备色谱,八、仪器,气相色谱仪的原理和结构,第三节 天然产物的鉴定,鉴定天然产物所需做的工作1、元素分析 由哪些元素组成，各占