中药化学-第三单元--中药化学成分的提.ppt

期刊 中草药 中药材 中成药 中国中药杂志 中国药学杂志 药物分析杂志 药学学报 分析化学 化学学报 高等学校化学学报ACTACHIMICASINICACHEMICALJOURNALOFCHINESEUNIVERSITIES CHINESEPlantmedica Journalofnatureproduct PhytochemistryJournalofAsiannatureproductresearchTetrahedron TetrahedronLetterChemicalphamarcuticalBullC A 中药化学成分的提取 广义的中药提取也称为分离是指从中药材原料开始 经过一道或多道操作工序 最终得到所需要的药物或其半成品的全过程 包括从原料前处理 溶质分离 浓缩到得到某一物质的整个生产过程 可以分成很多个工序或单元操作过程 包括前处理 溶质分离 澄清 过滤 蒸发和干燥等 狭义的提取仅指溶质分离操作即从固体药材中分离出有效成分的操作过程 此前的过程为前处理 此后的过程为分离精制 1 1中药化学成分的类型1 1 1按照其药理作用和组成性质分类中药的化学成分复杂 从中药化学成分提取的角度 按照其药理作用和组成性质 概括起来中药材的成分可分为以下几种 有效成分 辅助成分 前体活性成分 无效成分 组织物质 有效成分即具有生物活性 发挥主要药效的物质 如生物碱 苷类 挥发油等 辅助成分本身没有特殊疗效 但能增强或缓和有效成分药效作用的物质 前体活性成分本身不具有生物活性 但是 它们受加工 炮制或制剂过程中一些条件的影响而产生的次生产物 或它们口服后经人体胃肠道内的消化液或细菌等的作用后产生的代谢产物 却具有防病治病的作用 无效成分指本身无效甚至有害的物质 往往会影响浸出效果 制剂稳定性 药效等 组织物质构成细胞的不溶物 如纤维质 栓皮等 有效成分 即具有生物活性 发挥主要药效的化合物 单体化学成分 如生物碱 苷类 挥发油等 有效部位 常将含有一种主要有效成分或一组结构相近的有效成分的提取分离部位称为有效部位 如人参总皂苷 苦参总生物碱 银杏叶总黄酮等 1 1 2按照化学成分分子量的大小 生物大分子化合物 分子量一般为1500 2000以上 如 多糖 多肽 蛋白质 酶等 小分子化合物 分子量一般为1500以下 如 生物碱 苷类 挥发油等 1 1 3按照化学成分在植物体内物质代谢类型 一次代谢产物 一次代谢产物是每种植物中普遍存在的维持有机体正常生存的必需物质 如叶绿素 糖类 蛋白质 脂类和核酸等 二次代谢产物 二次代谢是在特定的条件下 一些重要的一次代谢产物 如乙酰辅酶A 丙二酸单酰辅酶A 莽草酸及一些氨基酸等作为前体或原料 进一步经历不同的代谢过程 生成生物碱 黄酮 萜类 皂苷等 1 1 4按照化合物的化学类型 有机化合物 无机化合物 1 1 5按照化学成分的结构类型 1 糖类 2 氨基酸 蛋白质和酶 3 苷类 4 醌类化合物 5 苯丙素类化合物 6 黄酮类化合物 7 萜类和挥发油 8 三萜类化合物 9 甾体类化合物 10 生物碱 11 鞣质 12 有机酸 13 内酯类 14 树脂 15 油脂和蜡 16 植物色素 2 中药有效成分的提取方法中药有效成分的提取分离是研究中药化学成分的基础 提取分离方法应根据被提取成分的主要理化性质和考虑各种提取分离技术的原理和特点进行选择 使所需要的成分能充分地得到提取和分离 2 1提取方法类型2 1 1经典方法 1 溶剂提取法 2 水蒸气蒸馏法 3 升华法 4 压榨法2 1 2其他现代的提取方法 新兴的物理场强化技术 5 超临界流体萃取 6 超声提取法 7 微波提取 微波辅助提取法 8 连续动态逆流提取 9 加压逆流提取法 10 旋流提取法 11 液泛法 12 破碎提取 实验室 13 空气爆破法 14 酶解法 15 半仿生提取法 1 溶剂提取法溶剂提取法是实际工作中应用最普遍的方法 它是根据被提取成分的溶解性能 选用合适的溶剂和方法来提取 其作用原理 是溶剂穿透进入药材原料的细胞膜 溶解可溶性物质 形成细胞内外的浓度差 将其渗出细胞膜 达到提取目的 2 水蒸气蒸馏法水蒸气蒸馏法用于提取能随水蒸气蒸馏 而不被破坏的难溶于水的成分 这类成分有挥发性 在100 时有一定蒸气压 当水沸腾时 该类成分一并随水蒸气带出 再用油水分离器或有机溶剂萃取法 将这类成分自馏出液中分离 如中药中挥发油的提取常采用此法 3 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 中草药中有一些成分具有升华的性质 故可利用升华法直接自中草药中提取出来 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 例如七叶内酯及苯甲酸等 升华法虽然简单易行 但中草药炭化后 往往产生挥发性的焦油状物 粘附在升华物上 不易精制除去 其次 升华不完全 产率低 有时还伴随有分解现象 4 压榨法压榨提取是用机械加压方法使含液固体组织发生体积变化和组织碎裂 从而使所含液体和固体组织分离的方法 也称为榨取法 有些中药材的特殊性状 使其不适于浸取处理而更适于榨取处理 用压榨法提取水溶性物可得到较高的收率 如果用热浸加浓缩方法 则其提取物的药效会有明显下降 常见的药用蓖麻油 亚麻仁油 巴豆油等是以压榨法制取的 中药材中以水溶性酶 蛋白 氨基酸等为主要有效成分的药物都可以用这种方法制取 压榨法的优点 1 可最大程度地保持提取物的生物活性和汁液的风味 如一些含水率较高的根茎类和瓜果类新鲜中药材 生姜 山药 桑格 山核 沙棘和大蒜等 再如由中药陈皮 青皮和柑橘 橙 柚 柠檬等果实以压榨法制得的芳香油远较蒸馏法或浸出法的气味好 这是压榨法的独特优势2 对许多有效成分对热非常敏感的中药材 可使得到的产品成分不受破坏 压榨法的缺点 榨取芳香油和脂肪油类物质其收率不如浸出法高实际应用时 为了提高压榨法的操作效率 可以将压榨法与浸出法结合使用 5 超临界流体萃取 supercriticalfluidextraction SFE 是一种利用某物质在超临界区域形成的流体 对混合物中的化学成分进行萃取分离的新型技术 是一种集提取和分离于一体 又基本上不用有机溶剂的新技术 6 超声提取法超声波用于中药提取的基本原理是利用超声波的空化作用 破坏植物药材的细胞 使溶剂易于渗入细胞内 同时超声波的强烈振动能传递巨大能量给浸提的药材和溶剂 使它们做高速运动 加强了胞内物质的释放 扩散和溶解 加速了有效成分的浸出 大大提高了提取效率 优点 具有提取时间短 提取效率高 无需加热等优点适用范围 既适用于遇热不稳定的成分提取 亦适用于各种溶剂的提取 但此法对设备要求较高 目前尚为实验室小规模使用 大规模生产有待于解决设备问题 超声波是一种高频机械波 频率范围为15 60kHz 一般高于20kHz 超声波的主要特征为 a 波长短 近似作直线传播 在固体和液体内衰减比电磁波小 其传播特性和媒质的性质密切相关 b 能量集中 因而能形成高的温度 产生剧烈振动 引起激震波 液体中的空化作用等 结果产生机械 热 光 电 化学及生物等各种效应 超声波通常被用于过程强化和引发化学反应 由于超声场的瞬时空化可实现高温和局部的高压 近年来在中药提取及有机物降解等方面得到了一定的应用 7 微波提取 微波辅助提取法 原理 主要是利用微波其热效应来对物料中目标成分进行选择性提取的方法 特点 此法具有快速 高效 高度选择性 对环境无危害等特点 微波是频率在0 3 300GHz之间 波长在30cm和1mm之间的电磁波 微波技术是20世纪50年代发展起来的一门新技术 把微波作为一种能源用于加热 干燥 治疗 杀虫 灭菌等 已有30年的历史 近年来 微波技术在中药提取上得到了应用 正在成为一种新型 高效的提取方法 我国目前用于工业加热的微波频率为915MHz和2450MHz 使用中 可根据加热材料的形状 大小 含水量来选择 8 连续动态逆流提取是物料和溶剂在提取过程中同时作连续的逆流运动 物料在运动过程中不断改变与溶剂的接触情况 有效地改善了提取状态 可大大提高提取效率 提取一般采用连续接触式操作方式 在提取过程中 原材料和溶剂作连续逆流流动或移动 并在传输机构的作用下得到充分混合接触 完成提取 提取结束后 料渣和提取液连续分离 分别排出 从而实现连续提取 国外目前已开发出了用于饮料 医药及食品生产的连续提取装置 图为丹麦尼鲁公司的连续的逆流提取器示意 优点 1 提取装置具有结构紧凑 占地面积小 操作方便及自动化程度高 2 可有效地缩短提取时间3 溶媒用量少 4 提取效率高 可显著地提高生产效率 5 改善工作条件 6 提高设备利用率 9 旋流提取法采用搅拌机搅拌 一定的搅拌速度 水提温度 提取时间的提取方法 如提取侧金盏花 对提取液中黄酮类化合物 皂苷 有机酸等进行分析测定 结果表明旋流法的提取效率高 10 液泛法液泛法的基本原理是充分利用加热溶剂时所产生的蒸气 增加液相的湍动程度 提高溶质的扩散速率 同时 因为不断有新鲜溶剂 冷凝液 加入 使溶质与溶剂间保持较高的浓度梯度 明显提高了相间的传质推动力 使提取率得到提高 马建军等应用液泛法从麻黄中提取麻黄碱 并与传统的回流提取法 索氏提取法进行比较 结果液泛法的得率最高 为97 8 且提取时间短 溶剂用量少 11 破碎提取 实验室 破碎提取法是通过对原料在适当溶媒中充分破碎而达到加快提取的目的 这种提取的装置主要由高速电机 破碎刀 容器 主柱和调速器等组成 破碎提取每次通常只需1 2min 提取后原料被破碎成浆状 破碎提取法提取速度快 完全 无需加热 因此可节约溶媒和能源 袁珂等对车前草用五种不同的提取方法进行了提取实验 通过对五种提取方法所得到的提取物收率及提取物中乌苏酸的含量进行测定比较 发现破碎提取为最佳提取方法 同时采用正交试验优选出了破碎提取的最佳工艺条件 破碎提取法虽然具有操作简单 可避免高温加热 提取时间短的特点 但提取物的收率与其他方法相比并无显著的优势 目前的研究还主要为实验室的小型实验研究 进一步的应用还需大量的工作 12 空气爆破法空气爆破法的应用原理与蒸汽爆破法相似 是利用中药材组织中的空气受压缩后而突然减压时释放出的强大力量冲破植物细胞壁 撕裂植物组织 使药材结构疏松 利于溶剂渗入药材内部 大幅度增加接触面积 同时利于溶剂在药材颗粒内部运动和输送 空气爆破法已在造纸工业的制浆工艺得到应用 也适用于植物的根 茎 皮 叶等多纤维药材 但不宜用于短纤维和含大量淀粉的药材 否则爆破后的药渣太烂给后工序带来麻烦 该法在其他药材 其他浸提工艺上的应用较少 13 酶解法中药制剂中的杂质大多为淀粉 果胶 蛋白质等 可选择相应的酶予以分解除去 针对根中脂溶性 难溶于水或不溶于水的成分含量多的特点 通过加入淀粉部分水解产物及葡萄糖苷酶或转化糖苷酶 使脂溶性 难溶于水或不溶于水的有效成转移到水溶性糖苷中 通过酶反应较温和地将植物组织分解 可较大幅度地提高效率 14 半仿生提取法即从生物药剂学的角度 将整体药物研究法与分子药物研究法相结合 模拟口服给药后经胃肠道转运的环境 为经消化道给药的中药制剂设计的一种新的提取工艺 即将药粉以一定pH的碱水提取 提取用水的最佳pH和其他工艺参数的选择 可用一种或几种有效成分结合主要药理作用指标 采用比例分割法来优选 如以芍药苷 甘草次酸为指标 比较芍药苷止痛颗粒牛仿生提取法和传统水煎煮法的提取率 结果半仿生提取法优于传统水煎煮法 2 2溶剂提取法溶剂提取法是实际工作中应用最普遍的方法 它是根据被提取成分的溶解性能 选用合适的溶剂和方法来提取 其作用原理 是溶剂穿透药材原料的细胞膜 溶解可溶性物质 形成细胞内外的浓度差 将其渗出细胞膜 达到提取目的 常用于中药成分提取的溶剂按极性由弱到强的顺序如下 石油醚 四氯化碳 苯 二氯甲烷 氯仿 乙醚 乙酸乙酯 正丁醇 丙酮 甲醇 乙醇 水石油醚 低沸点 高沸点 二硫化碳 四氯化碳 三氯乙烷 苯 二氯甲烷 氯仿 乙醚 乙酸乙酯 正丁醇 丙酮 乙醇 甲醇 乙腈 水 吡啶 乙酸 选择溶媒的标准 要根据相似相溶的原则 溶剂应能最大限度地溶解和浸出有效成分 而对共存杂质 无效成分和有害物质 的溶解度最小 溶剂不与有效成分和辅助成分发生化学反应 也不影响其药效及制剂稳定性 溶剂比热容小 溶剂的沸点应适中易回收 低毒安全 价廉易得 但完全符合上述要求的溶剂很少 实际多采用混合溶媒 或在浸提溶媒中加入适宜的浸提辅助剂保证提取效果 常用的中药溶媒有水 乙醇 乙醚 丙酮 氯仿 植物油等 1 水水是一种价廉 易得 使用安全的强极性溶剂 极性大 溶解范围广 对中药的细胞有较强的穿透能力 中药中的多种成分 都能被水浸出 其缺点是选择性差 容易浸出大量无效成分 给制剂带来困难 浸出液难于过滤 制剂色泽不佳 易于霉变 不易储存等 而且也能引起一些有效成分 如某些苷类 的水解或某些化学变化 2 乙醇 甲醇乙醇 甲醇是最常用的溶剂 因为它能与水按任意比例混合 又能和大多数亲脂性有机溶剂混合 渗入药材细胞能力较强 能溶解大多数中药成分 虽然 甲醇比乙醇有更好的提取效果 但因其毒性较乙醇大 故多数情况下仅在实验室研究中应用 而乙醇更适于工业化生产 乙醇溶解性能介于极性与非极性溶剂之间 乙醇能与水以任意比例混合 醇浓度愈高 极性越弱 各种药材的化学成分在乙醇中的溶解度随乙醇的浓度而变化 故经常利用其不同浓度间选择性地浸出有效成分 乙醇含量在90 以上时 用来浸取挥发油 有机酸 树脂 叶绿素等 乙醇含量在50 70 时 适于浸提生物碱 苷类等 乙醇含量50 适于浸取苦味质 蒽醌类化合物 乙醇浓度在40 以上时 能延缓许多药物的水解 增加制剂的稳定性 乙醇含量达20 以上具有防腐作用 作为溶媒 乙醇的缺点在于价格较贵 具挥发性 易燃性 生产中应注意安全防护 3 乙醚乙醚是非极性的有机溶剂 微溶于水 1 12 可与乙醇及其他有机溶剂任意混合 其溶解选择性较强 能够溶解树脂 游离生物碱 脂肪 挥发油 某些苷类 大部分溶解于水中的有效成分在乙醚中均不溶解 极易燃烧 价格昂贵 通常用于浸取后的提纯精制 4 氯仿氯仿也是非极性溶剂 在水中微溶 与乙醇 乙醚都能任意混溶 能溶解生物碱 甙类 挥发油 树脂等 不能溶解蛋白质 鞣质等极性物质 氯仿有防腐作用 一般常用其饱和水溶液作浸取溶剂 提纯精制浸取液中的生物碱 甙类有效成分 有强烈的药理作用 故在浸出液中应尽量除去 5 甘油与丙二醇甘油能与乙醇或水相混溶 不能与氯仿 乙醚及脂肪油相混溶 溶解范围虽然不及水和乙醇 但仍为良好溶剂 可溶解碱 大多数的盐类 鞣质等成分 也能溶解树胶 可溶性碳水化合物 淀粉等无效物质 甘油黏度大 很少直接用于浸提药材 将甘油加于最初的少量溶剂中 水或醇 可增加鞣质的浸出稳定性 丙二醇的性质与甘油相似 但黏度稍小 能与水 乙醇混溶 并可溶解于乙醚或丙酮 氯仿中 刺激性与毒性甚小 是优于甘油的常用溶剂 能溶解多种有机药物 如性激素 维生素A或D 大多数生物碱和局部麻醉药等 丙二醇与水等比例混合液能阻止药物的水解 因而增加了某些药物的化学稳定性 除此之外 尚有丙酮 石油醚也可作为辅助溶媒使用 常用于药材的脱水或脱脂 都具有较强挥发性和易燃性 且有一定的毒性 故应从最后制剂中除去 2 浸提辅助剂为提高浸提效能 增加浸提成分的溶解度 增加制剂的稳定性 以及去除或减少某些杂质 特于浸提溶剂中加入浸提辅助剂 常用的浸提辅助剂有酸 碱 甘油及表面活性剂等 1 酸浸提溶剂中加酸的主要目的 一是促进生物碱的浸出 提高部分生物碱的稳定性 二是使有机酸游离 便于用有机溶剂浸提 除去酸不溶性杂质等 常用的酸有硫酸 盐酸 醋酸 酒石酸 枸橼酸等 通常使用10 以下的稀酸操作 在于维持需要的pH值 否则会导致成分的破坏或水解 为发挥加酸的最好效能 较好地控制其用量 往往将酸一次加于最初的少量浸出溶剂中 当酸化溶剂用完后 继续使用单纯的溶剂 完成浸提操作 例如 在最初部分溶剂中加入0 1 枸橼酸所制得的黄连流浸膏中 小檗碱含量 稳定性优于单用水浸提者 动物生化制剂浸提时 pH值的影响更为显著 2 碱碱的应用不如酸普遍 加碱的目的是增加皂苷 有机酸 黄酮 蒽醌和某些酚性成分的溶解度和稳定性 在含生物碱的浸取液中加碱可以使生物碱游离 便于后续的萃取 例如在浸提甘草时加入少许氨水 能使甘草酸形成可溶性铵盐 保证甘草酸的完全浸出 再如浸提远志时 若在水中加入少量氨水 可以防止远志酸性皂甙水解 产生沉淀 但碱性水溶液亦能溶解树脂酸 某些蛋白质 使杂质增加 加碱操作与加酸相同 常用的碱为氢氧化铵 氨水 因为它是弱碱 对成分的破坏较弱 易于控制其用量 且加热后即可除去 不产生残留 有时也选用碳酸钙 氢氧化钙 碳酸钠等 碳酸钙为不溶性的碱剂 能除去很多杂质 如鞣质 有机酸 树脂 色素等 使用比较安全 在浸提生物碱或皂甙时常用 氢氧化钙与碳酸钙作用相似 只是微溶于水 而且碱性稍强 碳酸钠有较强的碱性 只限用于某些稳定的有效成分的浸提 3 表面活性剂适宜的表面活性剂能润湿增溶 降低药材与溶剂间的界面张力 使润湿角变小 促进溶媒对药材的润湿渗透 表面活性剂有非离子型 阳离子型 阴离子型几种 选用原则视药材与溶媒而定 非离子型表面活性剂 与药物有效成分不起化学反应 且毒性较小 阳离子型表面活性剂的盐酸盐等有助于生物碱的浸出 阴离子型表面活性剂对生物碱有沉淀作用 故不适于生物碱的浸取 对表面活性剂的研究与使用是现阶段中药现代化的重要内容之一 能比较明显地提高浸出效果 但也使浸出液中杂质增加 总体上还是新兴技术 对浸取的影响有待于进一步地研究 2 2 1提取操作方法用溶剂提取中药有效成分 常选用如下方法 1 煎煮法 2 浸渍法 3 渗漉法 4 回流提取法 5 连续回流提取法 1 煎煮法 将中药粗粉加水加热煮沸提取 此法简便 药中大部分成分可被不同程度地提取出来 2 2 1 1煎煮法操作 1 常用溶剂水 2 仪器装置砂锅 不锈钢锅 玻璃器皿等 3 操作过程将药材饮片或粗粉加适量水 直火加热煮沸1h左右 过滤 提取液 4 提取范围对含挥发性及遇热不稳定的成分的药材不宜用本法 5 提取优缺点优点 1 本法简便易行2 溶剂无毒3 成本低4 提取效率比冷浸法高 缺点 1 水溶性杂质多2 水煎液易发霉 3 对含挥发性成分及加热易破坏的成分不宜使用 4 多糖类成分含量较高的中药用水煎煮后药液黏度较大 过滤困难 2 浸渍法 将中药粗粉装在适当容器中 加入溶剂浸渍药材一定时间 反复数次 合并浸渍 减压浓缩即可 2 2 1 2浸渍法操作 1 常用溶剂水 乙醇 2 仪器装置有盖的容器 3 操作过程将药材粗粉置容器中一 加入适量的溶剂一 常温或加热 40 80 浸泡 注 浸泡时应将容器盖严 并经常搅拌或振摇 一般浸泡3 5日