天然药物化学上吴立军ppt课件.ppt

天然药物化学 1 参考教材 天然药物化学吴立军 人民卫生出版社 第五版 2 第一章总论第二章糖和苷第三章苯丙素类第四章醌类化合物第五章黄酮类化合物第六章萜类和挥发油第七章三萜及其苷类第八章甾体及其苷类第九章生物碱 3 研究天然产物化学成分的基本步骤 原材料 单体化合物 总提取物 不同部位 目的化合物 结构修饰人工合成 提取 初步分离 精细分离纯化 4 中草药中各类化学成分简介 一 有效成分1 碱性化合物 生物碱 小檗碱 5 2 酸性化合物 结构中含有酚羟基的化合物 黄酮 醌类 苯丙素 香豆素 木脂素 及其苷类结构中含有羧基的化合物 有机酸 葡萄糖醛酸3 两性化合物 结构中既有碱性基团也有酸性基团氨基酸 蛋白质4 中性化合物 分子结构中既无碱性基团也无酸性基团的化合物 如萜类和挥发油 甾体等 二 无效成分1 脂溶性蜡 高级不饱和脂肪酸 16 30碳 和高级一元醇结合的酯脂肪油 不饱和脂肪酸 链长短不一 与丙三醇形成的甘油酯 通常称为混合甘油酯 叶绿素及胡萝卜素2 水溶性多糖类 淀粉 纤维素 树胶 果胶 粘液质多元酚类化合物 鞣质 6 天然药物的定义 由动 植物 矿物和微生物原料发酵形成的药物 通俗地称之为中草药 是传统药 民间药 民族药的总称 天然药物包含了中药但并不等于是中药有效成分 活性成分 通常把具有一定生物活性 治疗作用 可以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 无效成分 杂质 与有效成分共存的其他成分 7 有效部位 尚未提纯 分离为单体化合物的有效成分混合体 天然药物中分离出有效成分 制剂如 颠茄 曼陀罗 莨菪碱 阿托品 穿心莲 穿心莲内酯天然药物中分离出有效部位 如 银杏叶的提取物 银杏黄酮地奥心血康 8种甾体皂苷 8 天然药物有效成分的特点 多样性可开发性相对性注意 因其特点 对有效成分和无效成分不能简单而机械地理解 9 天然药物化学成分的主要类型 1 一般成分 用于维持动植物生长的必需物质 如糖类 蛋白质 酯类 色素 油脂 无机盐等 这些成分大多数是天然药物中共有的 通常视为无效成分 2 特殊成分 动植物在生长过程中为了适应环境的变化而产生的特殊成分 如生物碱 苷类 萜类 甾体 挥发油 有机酸等 这些成分并不是所有的天然药物都有 存在于不同天然药物的不同部位 10 相对密度当以水作为参考密度时 即1g cm3作为参考密度 水4 时的密度 时 过去称为比重 specificgravity 相对密度一般是把水在4度的时候的密度当作1来使用 另一种物质的密度跟它相除得到的 相对密度只是没有单位而已 数值上与实际密度是相同的 11 目的与意义 一 探索天然药物防病治病的原理 有效成分 二 控制天然药物及其制剂的质量影响天然药物防病治病的主要因素 有效成分的含量 产地 采收季节 加工方法 贮存条件 三 改进剂型 提高临床疗效 四 促进天然药物的开发和应用 1 开辟和扩大天然药物资源 如黄连 小檗碱代用品 三颗针 小檗碱 2 降低毒性 提高疗效 3 提取制药原料和中间体 如薯蓣皂苷元为合成甾体激素和甾体避孕药的原料 4 进行结构改造和修饰 研制新药 12 提取分离流程图 天然药物粗粉提取分离纯化鉴定 提取 将有效成分从天然药物中提出的过程分离 将提取物中各种成分逐一分开的过程纯化 将有效成分与无效成分或杂质分开并除去的过程 13 基本知识 溶剂的极性 亲脂性有机溶剂 极性逐渐增大 亲水性有机溶剂 水 14 基本知识 溶剂的极性 两者能以任意比例混溶 亲水性有机溶剂 水 15 基本知识 溶剂的极性 亲脂性有机溶剂 两者分层 可进行萃取 水 16 基本知识 细胞内有效成分 溶剂渗入 有效成分从细胞内溶出 浓度由高到低 基本原理 提取前预处理粉碎脱脂根茎类苷类 17 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 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 石油醚 油脂 蜡 叶绿素 挥发油 游离甾体及三萜类化合物氯仿或醋酸乙酯 游离生物碱 有机酸及黄酮 香豆素的苷元丙酮或乙醇 甲醇 苷类 生物碱盐 鞣质等水 氨基酸 糖类 无机盐等 18 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 19 第一章总论 20 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 21 由于现代科学技术进步 特别是将波谱解析方法 NMR MS IR UV 用于推导化合物的结构 甚至用X 晶体衍射来确定化合物结构的发展 以及分离手段的进步 天然药化的发展速度大为加快 发现的新化合物数目大为增加 微量成分 水溶性成分的分离 提纯 稳定性差的活性物资的分离等也不再是难题了 天然药物化学本身也已不再是原先的分离提取 结构鉴定 而是逐步发展成生测指导下的分离提取 结构鉴定 及半合成修饰和全合成紧密结合的一门学科 概述 22 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 23 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 24 3 天然药物相关术语 天然药物naturalmedicine中草药chineseherbalmedicine 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余种中药TraditionalChineseMedicine草药herbaldrug民族药EthnicMedicine蒙药MongoliaMedicine藏药TibetanMedicine苗药Miaodrug生药Crudedrug 25 4 天然药物研究现状 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2000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 26 4 天然药物研究现状 世界各地加强天然药物研发的投入1983 1994年 上市522种新药 44 天然来源1984 1995 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 内在本质 物质基础 27 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 28 1 天然药物化学定义及相关术语 天然药物化学ChemistryofnaturalmedicineMedicinalchemistryofnaturalproducts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ChemistryofTCM植物化学Phytochemistry天然产物化学Chemistryofnaturalproducts 29 2 天然药物化学的研究对象 研究对象 化学成分chemicalconstituents特别是生理活性成分或有效成分activecompound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 30 2 天然药物化学的研究对象 生理活性成分activecompound constituent非生理活性成分inactivecompounds 有效成分无效成分有效部位activefraction一种主要有效成分 一组结构相近的有效成分有毒成分toxiccompound 31 生理活性成分并不一定真正代表有效成分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 32 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 33 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 34 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231 341 晋 葛洪 抱卜子 1575 明 李 医学入门 没食子酸1711 清 洪遵 集验方 樟脑1769 1786 舍勒 酒石酸 苯甲酸 乳酸 苹果酸 没食子酸 35 2 学科真正形成阶段 19世纪 特点一 以化学成分的发现和分离为主1806 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 36 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 37 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 Aa生源合成本质的揭示 生物细胞内多步酶促反应有机反应理论来解释机制生物合成物质用于结构确定 38 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 KuhnandLederer 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 JamesandMartin 提出气液色谱理论20世纪60年代 高效液相色谱出现 天然化合物的分离向高效 快速 微量发展 39 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 MALDIESI TOF MALDI TOFNMR 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1DNMR 2DNMR30 60 100 300MHz400 500 600 800 900MHzUV X ray ORD CD等 3 学科迅速发展时期 20世纪 40 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 41 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HTShighthroungputscreening 3 学科迅速发展时期 20世纪 42 四 天然药物化学在中药现代化中的作用 中药发展的机遇天然药物在健康保障体系中的作用中药确切的疗效相对丰富的资源传统中药的诸多弊端药效物质基础不明质量难于控制 药效难于保证剂型落后 必须走中药国际化之路 43 四 天然药物化学在中药现代化中的作用 1 阐明中药的药效物质基础 中药现代化系统工程的前提2 建立和完善中药的质量评价标准 二次开发3 改进中药制剂剂型 二次开发4 创新药物研发 原创性研发5 扩大药源 44 1 阐明中药的药效物质基础 探索中药防治疾病机理麻黄功效 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 45 1 阐明中药的药效物质基础 促进中药药性理论研究的深入性 热性 温热药 去甲乌药碱肾上腺素儿茶酚胺类味 辛味药 解表 理气 挥发油归经 同一归经药的相同 相似化学成分有效成分的作用靶点 麻黄碱 解痉 肺经伪麻黄碱 利水 膀胱经有效成分体内代谢动力学 川芎 川芎嗪在肝脏 胆囊分布多 归肝 胆经 46 1 阐明中药的药效物质基础 阐明中药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 附子 干姜 甘草等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 47 1 阐明中药的药效物质基础 阐明中药炮制原理炮制前后有效成分 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 减毒黄芩 冷浸 淡黄芩 绿 黄芩苷醌变色 热煮 煮黄芩 黄 48 2 建立和完善中药的质量评价标准 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 49 3 改进中药制剂剂型 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 50 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 51 5 扩大药源 资源可持续可用 甘草 肉苁蓉植物化学分类学原理 亲缘关系近的植物含有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 52 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 53 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Primarymetabolits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 54 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Secondarymetabolits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 55 56 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 57 二 生物合成假说的提出 58 二 生物合成假说的提出 59 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 60 醋酸丙二酸途径 脂肪酸生物合成 61 醋酸丙二酸途径 酚类生物合成 62 醋酸丙二酸途径 蒽醌类生物合成 63 甲戊二羟酸途径 64 桂皮酸途径 65 氨基酸途径 66 第三节提取分离方法 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 67 天然产物化学成分的预试验与提取 一 天然产物化学成分的预试验 基本原理 根据各成分极性的不同 先系统地分成几个不同部分 然后利用显色反应或沉淀反应 或结合纸色谱 薄层色谱 定性判断各部分中可能含有的化合物类型 常用溶剂极性次序 水 甲醇 乙醇 丙酮 亲水性有机溶剂乙酸乙酯 氯仿 乙醚 苯 己烷 石油醚 亲脂性有机溶剂 68 石油醚 环己烷 苯 氯仿 乙醚 乙酸乙酯 正丁醇 丙醇 乙醇 甲醇 水 含盐水 适用于极性从小到大的预实验 采用石油醚 水 95 乙醇的三段法进行粗分 提高工作效率 69 实际工作中 采用石油醚 非极性物质 水 极性物质 95 乙醇 大部分成分 的三段法进行粗分 提高工作效率 天然产物化学成分的预试验与提取 一般定性试验初步验证 生物碱碘化铋钾棕黄色或橘红色沉淀黄酮将乙醇液加Mg粉 滴入浓盐酸后振荡在泡沫处呈桃红色或与1 AlCl3乙醇溶液呈有色荧光 氨基酸和肽茚三酮蓝紫色有机酸溴酚蓝黄色酚类FeCl3紫色 蓝色蛋白质NaOH CuSO4紫红色络合物 以双缩脲反应 糖和苷与斐林试剂作用有砖红色Cu2O沉淀 70 71 预试验方法要求简便 快速 并要有尽可能的正确性 试管试验及滤纸片法 层析方法 PC和TLC 灵敏度高 成分之间互相干扰小 72 预试验往往只能提供初步的线索 例 生物碱碘化铋钾试剂 Dragendorff试剂 对香豆素 萜类内酯也能反应 另外 植物中的酸性成分往往与植物体内的K Na Ca Mg结合成盐存在 因此不能由于水和酒精提取液不呈酸性而否定酸性成分的存在 73 咖啡碱属于生物碱 但对碘化铋钾试剂却呈阴性反应 有些预试验方法是该类化学成分需要先经过一步反应 生成的产物再与试剂显颜色反应 如 氰苷的预试验方法是利用氰苷遇酸水解生成HCN 再与苦味酸NaCO3溶液反应显红色 74 75 由于植物内各种成分的含量很低 尤其是某些生理活性物质含量更低 运用一般的预试验方法是很难发现的 如 美登素 抗肿瘤药物 新类型的化学成分靠目前的预试验方法无法检测 76 1 系统分离是选择一系列分离措施 将性质相近的组分集中在一起提取出来 并分别与临床 动物实验相配合 确定该部分是否有效 目的 对有效部分视具体情况再进行分离 找出关键成分 这是系统分离的目的 2 系统分离包括粗分阶段和细分阶段 粗分阶段又称作部位分离 大类物质的分离 如皂苷 蛋白质 细分阶段称作组分分离 系统分离亦利用溶剂极性的大小对植物成分进行分类提取 天然产物化学成分的预试验与提取 二 天然产物化学成分的系统分离 77 78 对于水提取液 采用离子交换树脂将其分为碱 酸和中性三部分 79 80 第三节提取分离方法 一 中草药有效成分的提取二 中药有效成分的分离与精制 81 一 中草药有效成分的提取 水蒸汽蒸馏法 挥发性升华法 升华性溶剂提取法 最常用依据 天然药物中各种化学成分在不同溶剂中溶解度不同基本原理 渗透作用溶剂提取法的关键是溶剂的选择 根据溶剂的极性 被提取成分的性质以及共存其他成分的性质 82 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 溶剂提取法 83 比水重的有机溶剂 氯仿 与水分层的有机溶剂 环己烷 正丁醇 能与水分层的极性最大的有机溶剂 正丁醇 与水可以以任意比例混溶的有机溶剂 丙酮 甲醇 极性最大的有机溶剂 甲醇 极性最小的有机溶剂 石油醚 常用来从水中萃取苷类 水溶性生物碱类成分的有机溶剂 正丁醇 溶解范围最广的有机溶剂 乙醇 84 化学成分的极性 被提取成分的极性是选择提取溶剂最重要的依据 影响化合物极性的因素 1 化合物分子母核大小 碳数多少 分子大 碳数多 极性小 分子小 碳数少 极性大 2 取代基极性大小 在化合物母核相同或相近情况下 化合物极性大小主要取决于取代基极性大小 常见基团极性大小顺序如下 酸 酚 醇 胺 醛 酮 酯 醚 烯 烷 举例 判断下列各组化合物极性大小 ABC 85 常用溶剂可分为以下三类 水 强极性溶剂中草药中亲水性的成分 如无机盐 糖类 分子不太大的多糖类 鞣质 氨基酸 蛋白质 有机酸盐 生物碱盐及苷类等都能被水溶出 为了增加某些成分的溶解度 也常采用酸水及碱水作为提取溶剂 酸水提取 可使生物碱与酸生成盐类而溶出 碱水提取可使有机酸 黄酮 蒽醌 内酯 香豆素以及酚类成分溶出 优点 取之不尽 用之不竭 价廉易得 使用安全 缺点 提取液中杂质较多 如无机盐 蛋白质 糖类和淀粉等 水提液易变质 发霉 不易保存 沸点高 蒸发浓缩时间长 沸水提取时 淀粉被糊化 增加过滤难度 皂苷及粘液质 减压浓缩时 产生大量气泡等 86 亲水性有机溶剂 甲醇 乙醇 丙酮 与水任意比例混溶 苷类 生物碱盐 鞣质等 特点 对植物细胞穿透能力较强对许多成分的溶解性能好 提取完全毒性低 价格便宜 回收方便比水用量少 提取时间短 水溶性杂质少乙醇提取天然产物成分是目前最常用的方法 根据被提取物质的性质 采用不同浓度的乙醇进行提取 如 95 乙醇适于提取生物碱 挥发油 树脂 叶绿素等 60 70 乙醇适于提取黄酮苷 三萜皂苷 生物碱 蒽醌苷等成分 87 可溶解挥发油 油脂 叶绿素 树脂 内酯 某些生物碱及一些苷元 特点 选择性强 沸点低 浓缩回收方便 易燃 有毒 价贵 设备要求较高 穿透药材组织的能力较差 提取时间较长 有局限性 亲脂性有机溶剂 如石油醚 苯 氯仿 乙醚 乙酸乙酯 二氯甲烷等 与水不能任意混溶 88 89 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 90 溶剂提取法 2 常见溶剂的种类及其特点 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 91 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 92 浸渍法 浸渍法系将天然产物粉末或碎块装入适当的容器中 加入适宜的溶剂 如乙醇 稀醇或水 浸渍药材以溶出其中成分的方法 渗漉法 渗漉法是将天然产物粉末装在渗漉器中 不断添加新溶剂 使其渗透过药材 自上而下从渗漉器下部流出浸出液的一种浸出方法 93 提取技术 浸渍法 94 提取技术 渗漉法 95 渗漉法 以稀乙醇或酸 水作溶剂 先浸后渗 提取效率高于浸渍法 但溶剂用量大 对原料粒度要求高 实验室简单渗漉装置 96 01溶剂罐02变频物料泵03快速渗漏机04流量计05渗滤液罐06可调试电加热水箱07热水泵08高效旋转薄膜蒸发器09浓缩液罐10冷凝器11冷却器12受却器13真空泵14控制柜 SLNS 快速渗漉提取浓缩机组工艺流程图 97 煎煮法 煎煮法是我国最早使用的传统的浸出方法 所用容器一般为陶器 砂罐或铜制 搪瓷器皿 不宜用铁锅 以免药液变色 直火加热时最好时常搅拌 以免局部药材受热太高 容易焦糊 有蒸汽加热设备的药厂 多采用大反应锅 大铜锅 大木桶 或水泥砌的池子中通入蒸汽加热 还可将数个煎煮器通过管道互相连接 进行连续煎浸 98 提取技术 煎煮法 99 煎煮中药小常识 铁 铜器的金属化学物质比较不稳定 注 在高温煎煮过程中 一些如铜离子 铁离子等可能活跃出现 而连环的促进很多复杂的化学反应 例如使用铁锅煎中药 很容易与大黄 何首乌 地榆 五倍子 白芍等药材所含的鞣质 甘类等成份起化学反应 孪生一种不溶於水的 鞣酸铁 及其他有害成份 使中药汤剂变黑变绿 药味又涩又腥 轻则改变药液性味 降低疗效 重则使服用者发生反胃 恶心 呕吐等副作用 长期用铝锅煎药会影响脑神经煎熬中药最好是沙锅 陶瓷瓦罐 铝制品 搪瓷器也可用 忌用铁器 因为陶瓷化学性质稳定 在药物水煎复杂的化学应中 不会 干扰 药物的合成与分解 导致影响药效 长期用铝锅煎药会影响脑神经古代人根据临床经验 統一认为 凡煎药最忌铜铁器 宜用银器 瓦罐 現代知识也验证了上述理论是正确的 100 回流提取法 应用有机溶剂加热提取 需采用回流加热装置 以免溶剂挥发损失 小量操作时 可在圆底烧瓶上连接回流冷凝器 溶剂浸过药材表面约1 2cm 在水浴中加热回流 一般保持沸腾约1小时后放冷过滤 再在药渣中加溶剂 作第二 三次加热回流分别约半小时 或至基本提尽有效成分为止 此法提取效率较冷浸法高 大量生产中多采用连续提取法 101 提取技术 回流提取法 冷却水 下进上出 溶剂蒸气 102 103 连续回流提取法 应用挥发性有机溶剂提取天然产物有效成分 不论小型实验或大型生产 均以连续提取法为好 而且需用溶剂量较少 提取成分也较完全 实验室常用脂肪提取器或称索氏提取器 连续提取法 一般需数小时才能提取完全 提取成分受热时间较长 遇热不稳定易变化的成分不宜采用此法 104 105 索式提取器连续回流提取 萃取瓶 圆底烧瓶 冷凝管 脂肪提取器 滤纸筒 虹吸管 蒸汽管 106 提取技术 连续回流提取法 107 提取技术 连续回流提取法 108 提取技术 连续回流提取法 109 提取技术 连续回流提取法 110 提取技术 连续回流提取法 111 提取技术 连续回流提取法 112 提取技术 连续回流提取法 113 提取技术 回流提取法与连续回流提取法的区别 114 把滤纸做成与提取器大小相应的滤纸筒 然后把需要提取的样品放入滤纸筒内 装入提取器 注意 a 滤纸筒既要紧贴器壁 又要方便取放 滤纸筒上可以套一圈棉线 方便提取完成后取出滤纸筒 b 被提取物高度不能超过虹吸管 否则被提取物不能被溶剂充分浸泡 影响提取效果 被提取物亦不能漏出滤纸筒 以免堵塞虹吸管 如果试样较轻 可以用脱脂棉压住试样 在提取用的烧瓶中加入提取溶剂和沸石 没有沸石可以用玻璃珠或碎瓷片 目的就是防止暴沸 连接好烧瓶 提取器 回流冷凝管 接通冷凝水 加热 沸腾后 溶剂的蒸气从烧瓶进到冷凝管中 冷凝后的溶剂回流到滤纸筒中 浸取样品 溶剂在提取器内到达一定的高度时 就携带所提取的物质一同从侧面的虹吸管流入烧瓶中 溶剂就这样在仪器内循环流动 把所要提取的物质集中到下面的烧瓶内 具体的回流时间是不一样的 有的是按文献要求提取一定时间 有的是提取至提取液无色 又比如用乙醚提取样品中的脂肪时是以抽提管中流出的乙醚挥发后不留下油迹为抽提终点 总之就是要提取完全为止 操作步骤 115 虹吸原理 原理概括 由于压强差在起作用 当弯管两侧中同一液面的压强不同时 管中的液体就会向着压强较小的一侧流动 虹吸现象所需条件利用虹吸原理必须满足三个条件 1 管内先装满液体2 管的最高点距上容器的水面高度不得高于大气压支持的水柱高度 3 出水口比上容器的水面必须低 这样使得出水口液片受到向下的的压强 大气压加水的压强 大于向上的大气压 保证水的流出 116 在中国的应用 西南地区的少数民族用一根去节弯曲的长竹管饮酒 也是应用了虹吸的物理现象 宋朝曾公亮 武经总要 中 有用竹筒制作虹吸管把峻岭阻隔的泉水引下山的记载 在空瓶里烧纸 由于火把瓶里的一部分空气赶出瓶外 火熄灭后瓶里就形成负压 造成一定的真空 瓶外的空气压力就把瓶紧紧地压在人腹上 拔火罐 117 提取技术 118 119 超临界流体萃取SCFE 超临界流体萃取 是以某一介质作为萃取剂 在其临界温度和临界压力之上的条件下 从液体或固体物料中萃取出待分离的组分的一种方法 超临界流体 由于接近液体的密度使之具有较高溶解度 由于接近气体的粘度 使之具有良好的流动性能 扩散系数介于气液之间 使之对待萃取的物料组织有良好的渗透性 这些特征大大提高了溶质进入超临界流体的传质速率 120 超临界流体萃取的特点 萃取过程在较低温度范围内进行 特别适用于具有热敏性或易氧化的成分 萃取介质通常选用二氧化碳 二氧化碳化学性质稳定 无腐蚀性 无毒性 不易燃 不易爆 萃取后容易从分离成分中脱除 不会造成污染 适用于食品和医药行业 工艺条件容易控制 通过对温度和压力进行调节 可以实现选择性萃取和分离 萃取产物的理化性质保持良好 产品质量好 且无溶剂残留问题 萃取介质循环利用 无环境污染问题 超临界流体萃取需要冷媒和高压支持且生产量较小 操作成本大 121 超临界流体萃取的应用 由于超临界流体萃取技术上有许多不可替代的优点 近年来获得高度的重视和广泛的应用 例如中药有效成分的提取 菌体生成物的分离 香精香料色素的提取 动植物脂肪 脂溶性成分 植物碱 甾醇类物质等成分的提取 有机溶剂以及有害有毒物质的脱除等 122 提取技术 超临界流体萃取 SFE 123 最常用的是二氧化碳超临界萃取法 环保 成本低 提取分离一步完成 分子的极性 沸点和分子量的大小与其在二氧化碳超临界流体中的溶解性密切相关 超临界流体萃取法 超临界二氧化碳流体 SFE CO2 临界点 31 1 相当接近室温 124 利用超临界条件下流体的特殊性能对样品进行提取 是20世纪80年代迅速发展起来的一种提取方法 超临界流体不但具有与液体接近的密度 有很强的穿透性 接近或超过溶剂的提取效率 而且具有与气体相近的扩散的性能 提取效率越高 常用的超临界流体有CO2 乙烷 丙烷等 125 与普通有机溶剂提取法相比 超临界CO2萃取技术具有无毒 常温 不易燃 无污染等特点 可确保原有的色 香 味不因受热破坏 更为可贵的是在萃取过程中可同时对萃取物进行分离纯化 该技术适宜于萃取高价值的油脂 包括天然功能性油脂 精油 内酯等极性较低的天然产物有效成分 超临界CO2提取的特点 126 CO2 钢瓶 冷温槽 高压泵 恒温箱 控温面板 接受瓶 流量计 CO2 原料 玻璃珠 脱脂棉 萃取柱 超临界CO2萃取实验装置示意图 127 液体CO2由高压泵加压到萃取工艺要求的压力并传送到换热器 将CO2流体加温到萃取工艺所需温度后进入萃取器 在此完成萃取过程 负载溶质的CO2流体在分离器中改变温度压力 溶解度降低使萃取物得以分离 分离萃取物后的CO2流体再经换热器液化后回到储罐中循环使用 20世纪50年代初进入试验阶段 如从石油中脱沥青 70 80年代SFE用于食品香料的提取 90年代从植物药中提取目标成分 如从蛇床子 桑白皮 茵陈蒿中提取活性成分 超临界CO2提取操作流程 128 超声波强化提取技术 原理 利用超声波的空化作用加速植物有效成分的浸出提取 优点 提取时间短 收率高 避免高温对有效成分的破坏缺点 对容器壁的薄厚 放置位置要求较高 129 提取技术 超声波提取法 优点 提取时间短 提取效率高 无需加热缺点 提取规模小 杂质含量高 130 超声波 微波促提技术的应用 可以加快提取速度 提高提取效率 目前实验室广泛使用的超声波萃取仪是将超声波换能器产生的超声波通过介质 通常是水 传递并作用于样品 这是一种间接的作用方式 声振强度较低 必须通过增加超声波发生器功率 3300W 来提高萃取效率 但较大的超声波功率 又会发出令人感觉不适的噪音 超声波促提原理 131 为物理过程 无化学反应 不改变生物活性 高能量的超声波产生的强大压力 可造成植物细胞壁及生物体破裂 导致胞内物质释放 扩散 溶解 实验室用小型超声仪 工业生产用超声仪 132 微波萃取技术 微波促提原理 微波辅助技术是利用样品中目标物分子在微波电磁场的作用下 从原来的热运动状态转为跟随微波交变电磁场而快速排列取向 将微波能量转化为样品内的能量 从而加速目标物从固相进入溶剂相的过程 原理 在微波场中 利用吸收微波能力的差异 被提取物质的某些区域或萃取体系中某些成分选择性加热 分离优点 提取速度快缺点 要求药材含一定的水分 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 133 具有穿透力强 加热效率高 操作简便 快速 节能 高效等特点 缺点 化学成分的结构易发生变化 继而导致生物活性的改变 微波提取尤其要注意能量的控制 被提取物质的稳定性 工业生产用微波提取罐 134 酶法萃取技术 原理 利用酶破坏植物的细胞壁 使有效成分溶出是一种最大限度从植物体内提取有效成分的方法之一中药提取中多用纤维素酶 135 溶剂提取法 4 影响溶剂提取效率的因素 溶剂方法粉碎度 材料细 面积大 扩散快 效果好 但是太细 吸附作用大 易糊化 扩散慢 同时植物细胞也会遭受破坏 大量蛋白质 淀粉被提出 产生沉淀或胶束状 影响提取 花 叶可适当粗些 皮 茎 根宜细些 温度 一般使用常温 在不破坏有效成分的条件下加热不要超过80 C 温度低提取时的杂质少 温度高时提取效率高 但含淀粉 粘液质较多的材料 水提时避免热提 时间 以提完为准 是否完全可以提取也做定性实验 或薄层层析检测 或以液体颜色判断 根据检测结果确定是否需要延长提取时间 136 水蒸气蒸馏法 水蒸气蒸馏法 适用于能随水蒸气蒸馏而不被破坏的天然产物成分的提取 此类成分的沸点多在100 以上 与水不相混溶或仅微溶 且在约100 时存一定的蒸气压 当与水在一起加热时 其蒸气压和水的蒸气压总和为一个大气压时 液体就开始沸腾 水蒸气将挥发性物质一并带出大蒜素 丹皮酚 麻黄碱 137 水蒸汽蒸馏法原理 道尔顿分压定律当天然药物化学成分蒸气压 Pa 水的蒸气压 Pb 一个大气压时 化合物开始沸腾并被蒸馏出来适用于具有挥发性 能随水蒸汽蒸馏而不被破坏 难溶或不溶于水的成分的提取 如挥发油 小分子的香豆素类 小分子的醌类 小分子生物碱 酚类成分 138 提取技术 水蒸气蒸馏法适用范围 水蒸气蒸馏是分离和纯化与水不相混溶的挥发性有机物常用的方法 139 提取技术 水蒸气蒸馏法 A水蒸汽发生器B金属制水蒸汽发生器C安全管D蒸馏瓶E直形冷凝管F接收瓶G三通管H尾接管 140 提取技术 水蒸气蒸馏法 A酒精喷灯加热B电炉加热C压力指示计D保温E冷凝水下进上出F分层G后关先开 防止倒吸 141 提取技术 水蒸气蒸馏法基本原理 Dalton分压定律当水与不混溶的物质共存时 整个体系的总蒸气压应为两组分蒸气压之和 当p p大气时 混合物开始沸腾 此时的温度为混合物的沸点 142 提取技术 水蒸气蒸馏法适用范围 挥发性 100 左右 蒸气压不小于1 33kPa 不溶或难溶于水与水不反应 143 提取技术 水蒸气蒸馏法 144 水蒸气蒸馏装置 常用的水蒸气蒸馏装置 包括水蒸气发生器 蒸馏 冷凝和接受器四个部分 145 磨口玻璃装置 146 在实验上较为方便 常用于微量实验 操作时将盛有被蒸馏物的烧瓶中加入适量蒸馏水 加热至沸以便产生蒸气 水蒸气与被蒸馏物一起蒸出 对于挥发性液体和数量较少的物料 此法非常适用 水蒸气蒸馏的方法分为直接法和间接法两种 直接法 147 常量实验中经常使用的方法 其操作相对比较复杂 需要安装水蒸气发生器 图中A是水蒸气发生器 一般使用厚壁玻璃瓶 也可使用金属制成的水蒸气发生器 安全玻璃管B几乎插到发生器A的底部 当容器内气压太大时 水可沿着玻璃管上升 以调节内压 间接法 148 蒸馏部分可用三口烧瓶 瓶内液体不宜超过其容积的1 3 蒸气导入管E的末端正对瓶底中央并伸到接近瓶底2 3mm处 馏液通过接液管进入接收器 接收器外围可用冷水浴冷却 149 水蒸气发生器与盛物的圆底烧瓶之间应装上一个T形管C 在T形管下端连一个带螺旋夹的胶管或两通活塞D 以便及时除去冷凝下来的水滴 应尽量缩短水蒸气发生器与圆底烧瓶之间距离 以减少水气的冷凝 150 进行水蒸气蒸馏时 先将被蒸溶液置于三颈瓶中 加热水蒸气发生器A 直至接近沸腾后再关闭两通活塞 使水蒸气均匀地进入圆底烧瓶 为了使蒸气不致在D中冷凝而积聚过多 必要时可在F下置一石棉网 用小火加热 必须控制加热速度 使蒸气能全部在冷凝管中冷凝下来 151 如果随水蒸气挥发的物质具有较高的熔点 在冷凝后易析出固体 则应调小冷凝水的流速 使它冷凝后仍然保持液态 假如已有固体析出 并且接近阻塞时 可暂时停止冷凝水或将冷凝水暂时放去 以使物质熔融后随水流入接收器中 当冷凝管夹套中要重新通入冷却水时 要小心而缓慢 以免冷凝管因骤冷而破裂 万一冷凝管已被阻塞 应立即停止蒸馏 并设法疏通 可用玻棒将阻塞的晶体捅出或用电吹风的热风吹化结晶 也可在冷凝管夹套中灌以热水使之熔化后流出来 152 在蒸馏需要中断或蒸馏完毕后 一定要先打开螺旋夹使通大气 然后方可停止加热 否则蒸馏瓶中的液体将会倒吸到A中 在蒸馏过程中 如发现安全管B中的水位迅速上升 则表示系统中发生了堵塞 此时应立即打开活塞 然后移去热源 待排除了堵塞后再继续进行水蒸气蒸馏 153 分馏法 利用沸点不同进行分馏 再精制纯化如 在分离毒芹总碱中的毒芹碱和羟基毒芹碱时 利用沸点不同进行常压或减压分馏 154 吸附法 吸附目的 1 吸附除去杂质 常指鞣质色素2 吸附所需物质常常用氧化铝 酸性白土 活性炭 155 沉淀法 利用某些试剂产生沉淀的性质而得到分离或除去 杂质 156 盐析法 加易溶无机盐至一定浓度或饱和 降低成分溶解度 常用氯化钠 氯化铵 硫酸铵 硫酸钠 硫酸镁透析法 小分子可通过半透膜 大分子不能通过 常用于纯化皂苷 蛋白质 多肽和多糖等化合物 157 透析法 利用小分子物质在溶液中可通过半透膜 大分子则不能通过半透膜的性质进行分离的方法 如分离纯化皂甙 蛋白质 多肽 多糖等大分子时 用此法可除无机盐 单 双糖等小分子杂质 透析膜的膜孔有大有小 视具体情况而选择 常用透析膜 动物性膜 火棉胶膜 硫酸纸膜 玻璃纸膜等 158 159 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 天然产物中有一些成分具有升华的性质 故可利用升华法直接自天然产物中提取出来 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 160 升华法 将固体物质受热气化 遇冷又凝结为固体的方法 樟木中的樟脑 茶叶中的咖啡因的提取 2 莰酮 咖啡因 161 1 将茶叶与95 乙醇回流2h 2 滤出茶叶 浓缩提取液至适当体积 3 浓缩液与生石灰粉混合 搅成浆状 用蒸发皿在蒸汽浴上蒸干 除去水份 4 在蒸发皿上盖一张刺孔向上的滤纸 再在滤纸上罩一个大小适合且颈部塞有棉花的漏斗 5 用酒精灯隔石棉网加热 适当控制温度 白色咖啡因在滤纸上结晶 实验室提取咖啡因步骤 162 163 升华 164 提取技术 升华法基本原理 适用范围 具升华性的小分子有机物的提取 165 提取技术 升华法 166 提取技术 升华法 167 提取技术 升华法 168 提取技术 升华法 169 提取技术 升华法 170 提取技术 升华法 171 提取技术 升华法 172 提取技术 升华法 173 提取技术 升华法 174 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 175 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 176 1 结晶及重结晶法 利用温度变化引起溶解度的改变使物质得以分离 2 溶剂分离法 a 通过加入另一种溶剂以改变溶剂的极性 使一部分物质沉淀析出 从而实现分离 如 水提醇沉法b 酸性 碱性或两性化合物 通过加入酸或碱来调节溶剂的PH值 改变分子的存在状态 游离型或离解型 从而改变溶解度而实现分离 3 沉淀法 酸性或碱性化合物通过加入某种沉淀试剂使之生成水不溶性的盐类等沉淀析出而实现分离 如生物碱加入有机酸可生成不溶于水的有机酸盐沉淀 酸性化合物可加入钙盐 铅盐 钡盐等生成不溶性的沉淀 如 生物碱的酸性液 加入生物碱沉淀试剂生物碱难溶性复盐 鞣质 明胶 蛋白质溶液复合物 2 乙醇沉淀法 80 的乙醇可以使蛋白质 淀粉 树胶 粘液质等沉淀析出 3 其他沉淀方法 1 根据物质的溶解度差异进行分离 177 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 178 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 179 A 水 醇法 除去水提液中的水溶性杂质 180 B 醇 水法 除去醇提液中的脂溶性杂质 181 C 醇 醚法 醇 丙酮法 纯化皂苷 182 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 183 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 184 A 酸 碱法 酸提取碱沉淀法 生物碱的提取 纯化 185 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 186 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 187 2 根据物质在两相溶剂中的分配比不同进行分离 液 液萃取与分配系数K值分配比KK CU CLCU 溶质在上相溶剂中的浓度CL 溶质在下相溶剂中的浓度分离难易与分离因子 分离因子 KA KB KA KB 1001次萃取 基本分离10 10010 12次 2100次以上 1无法分离 188 分配比与PH值一般pH12 则酸性物质呈离解状态 A 碱性物质则呈非离解状态 B 存在 据此 可采用图2 5所示在不同pH的缓冲溶液与有机溶剂中进行分配的方法 使酸性 碱性 中性及两性物质得以分离 189 1 简单液液萃取法 2 逆流分溶法 CCD countercurrentdistribution 3 纸色谱 PC paperchromatography 4 液液分配柱色谱 5 液滴逆流色谱 DCCC dropletcountercurrentchromarography 6 高速逆流色谱 HSCCC highspeedcountercurrentchromarography 气 液分配柱色谱法 GLC 液 液分配柱色谱法 LLC 2 根据物质在两相溶剂中的分配比不同进行分离 190 50A 有机溶剂 水B 有机溶剂 酸 碱水PH 物质存在状态 溶解性 KC PH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 191 例 HA1 HA2 B 且HA1 HA2 如何分离 PH 12BA 3BH HA 192 萃取操作中的注意事项 1 破坏乳化方法 较长时间放置 加入少量电解质 如氯化钠 2 溶