营销班-天然药物化学第一章课件

1、 天然药物化学(Medicinal Chemistry of Natural Products) 课程简介1.计划学时:182.使用教材:卫生部规划教材(第6版) 人民卫生出版社 吴立军主编3.主讲教师:王莉宁 个人情况简介姓 名: 王莉宁工作部门：中药学院药物化学教研室(5楼)研究方向: 药用植物有效成分研究电话: 02259596221(办) e-mail: 2479570761 第一节 绪 论一天然药物化学的性质： 是运用现代科学理论与方法研究天然药物中化学成分的一门学科。化学理论和方法 化学理论是基础 物理学方法 色谱学、波谱学是工具二、天然药物化学的研究内容： 各类天然药物的化学成分

2、(主要是生理活性成分或药效成分)的结构特征、理化性质、提取分离方法、主要类型化学成分结构测定以及生物合成途径等。主要化学成分类型结构特征理化性质提取分离结构测定生物合成2.有效成分（Active Constituents): 即单体化合物,具以下特点: (1).能用分子式和结构式表示; (2).具有一定的理化常数; (3).具有一定的生理活性.3.有效部位（Active Extracts） 1) 指具有生物活性的有效部位， 如：总生物碱、总皂苷或总黄酮等； 2) 指某一极性部位。4.无效成分（ Anactive Constituents ）： 与有效成分共存的无生理活性的其它成分; 有效成分与

3、无效成分的概念是相对的.5.杂质 *注释：辩证理解上述术语的相互关系。植物体内的物质代谢与生物合成过程三羧酸循环（TCA）丁酮二酸-酮戊二酸丁二酸鞣酸类CO2 H2Oh / 叶绿素磷酸烯醇式丙酮酸甲戊二羟酸丙酮酸乙酰辅酶A丙二酸单酰辅酶A赤藻糖4-磷酸葡萄糖代谢莽草酸苯丙素类芳香族氨基酸脂肪族氨基酸嘌呤、嘧啶脂肪酸类萜 类甾 醇胡萝卜素类-氨基乙酰丙酸核苷核苷酸类醌 类胆 碱卟啉类前列腺素类脂肪族及芳香族聚酮类生物碱类肽 类含氮化合物香豆素、木脂（质）素黄酮类 第三节 提取分离方法 一、天然药物资源中化学成分的主要类型 1、脂类 （1）油脂：甘油脂肪酸酯等; （2）蜡：为脂肪酸和脂肪醇生成的酯

4、类。 （3）甾醇类：-谷甾醇、-菠甾醇等 （4）磷脂 2、色素（1）分为脂溶性色素和水溶性色素两类。（2）常见脂溶性色素如叶绿素(卟啉类化合物)和叶黄素、胡萝卜素（四萜）等。 3、萜类（1）有单萜、多萜之分。（2）挥发油：主要为单萜和倍半萜类成分。 (1) 可水解鞣质; (2) 缩合鞣质（多聚体） (3) 鞣质的性质： a. 多为黄色至褐色的无定形粉末； b.易溶于水、乙醇、丙酮及乙酸乙酯； c.可水解鞣质与三氯化铁试剂显蓝至蓝黑色， 缩合鞣质显绿至黑绿色； d.鞣质与蛋白质结合形成不溶于水的沉淀. 7、糖8、氨基酸、蛋白质和酶 9、有机酸10、无机成分二、天然药物有效成分的提取 目的物为已知

5、成分或已知化学结构类型者; 目的物为未知有效成分或有效部位. 应用范围窄是该法缺点。 操作方法：常压升华；减压升华2.水蒸汽蒸馏法：原理：利用某些挥发性成分 能随水蒸气蒸发的性质。 适用范围：能随水蒸气蒸发而且化学结构遇热稳定、不易被破坏的挥发油、小分子生物碱或酚类化合物。 优点：对于具有挥发性，而且化学结构遇热稳定、不易被破坏的化合物，该方法特异性高，所得化学成分较纯。3.溶剂提取法 原理：利用天然药物的化学成分在特定溶剂中能够溶解的性质。天然药物多数情况下采用溶剂提取法。（二）溶剂提取法1、溶剂选择的依据 “相似者相溶”原则；2、常用溶剂（按亲水性增加排列如下）： 环己烷石油醚苯乙醚氯仿乙

6、酸乙酯 正丁醇丙酮乙醇甲醇水。 极性最大的有机溶剂：甲醇 极性最小的有机溶剂：环己烷 溶解范围最广的有机溶剂：乙醇选择的溶剂 被提取成分 石油醚脱脂（脂类、色素、萜类等） 苯、乙醚、氯仿、乙酸乙酯甾类、萜和挥发油、生物碱、各种苷元 正丁醇苷 乙醇、甲醇 蛋白、多糖以外的各类成分 水 苷、生物碱盐、鞣质、氨基酸、蛋白、糖 重点 溶剂选择与被提取成分对照表 3、溶剂选择的原则目标成分易溶，杂质成分难溶；惰性，不与目标成分反应，即使发生反应也应该属于可逆性的；经济、安全、后续操作容易进行。4、根据提取溶剂的种类不同，可以将溶剂提取法分为四种（1）水提取法 适用范围：适用于水溶性成分。如：苷类、生物碱

7、盐、有机酸盐、糖、蛋白质、氨基酸、鞣质等化学成分的提取。 优点：经济、安全、无毒。 缺点：(1)含杂质多，不易纯化； (2)体积大，沸点高，不好浓缩； (3)容易发霉；难过滤； (4)加热时易糊化等。 （3）亲脂性有机溶剂提取法 常用有机溶剂：正丁醇、乙酸乙酯、氯仿、 乙醚、苯以及石油醚等 适用范围：有机溶剂种类不同，提取成分不同。通常规律如下： 正丁醇 苷类； 乙酸乙酯 黄酮类； 氯仿 生物碱类及苷元类； 乙醚、苯游离的黄酮、香豆素、 蒽醌、甾类、萜类等苷元以及挥发油等； 石油醚 挥发油、脂类、色素、树脂 优点：选择性强，可除去水溶性杂质。 缺点： 价格昂贵；多数易燃，特别是乙醚； 有些毒性

8、大，如苯和氯仿(现多为甲苯,CH2Cl2代替)；不适于大规模生产。 实际操作过程: 控制体系的压力和温度萃取出所需要的物质，然后通过降压或升温的方法，降低超临界流体的密度，使萃取物得到分离。 常用作超临界流体的物质：二氧化碳等 适用范围：挥发油及脂溶性成分 缺 点： 所需仪器设备价格昂贵 二氧化碳作为超临界流体具有下列优点： 1）临界温度为31.2（近于室温）； 2）临界压力在73个大气压，易于操作； 3）安全、不燃烧、化学上安定； 4）可防止被萃取物的氧化； 5）无毒； 6）价廉易得。 超临界流体萃取技术的优点： 1）操作范围广，便于调节；2）选择性好； 3）萃取、分离一步完成；4）溶剂回收

9、简便，且可循环使用； 5）萃取效率高，速度快；6）低温操作，特别适合于热敏性组分； 7）可以调节萃取物的粒度；8）无有机溶剂残留。5、天然药物的预处理 如无特殊规定，药材须干燥并适当粉碎，以利增大与溶剂的接触面积，提高萃取效率。6、根据操作方法不同将溶剂法分为：（1）煎煮法： 适用范围：以水为溶剂的体系（2）浸渍法(浸泡法) 适用范围：以水、醇或稀醇为溶剂的体系（3）渗漉法 适用范围：一般是以水、醇或稀醇为溶剂时采用此法，使用其他有机溶剂时也可采用。（4）连续回流提取法（索氏提取） 适用范围：以醇或其他有机溶剂的体系.（5）超声法 适用范围：适用于任何溶剂提取体系。 小结提取方法溶剂提取法水蒸

10、气蒸馏法升华法溶剂操作方法水：极性最强亲水性有机溶剂：甲醇、乙醇、丙酮亲脂性有机溶剂：石油醚，苯，乙醚，氯仿，乙酸乙酯煎煮法浸渍法渗漉法回流提取法连续回流提取法超声提取法二、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 1、溶剂分离法 采用三、四种不同极性的溶剂，由低级性到高级性分步进行分离。 正己烷乙醚甲醇水 正己烷二氯甲烷甲醇水 一般极性顺序（低到高）： 石油醚CS2CCl4HCCl2CH2Cl苯CH2Cl2CHCl3乙醚

11、乙酸乙酯丙酮乙醇甲醇乙腈水吡啶乙酸 1) 影响分离的因素 分离因子，分配系数K =Ka/Kb， KaKb K=CU/CL CU、CL为被分离物质在上相和下相中浓度 2、两相溶剂萃取法 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。 纸色谱（PC），也叫纸分配色谱（PPC，Paper Partition Chromatography） (为纸色谱定数) Rfa、Rf

12、b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 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 3

13、) 几种逆流分配方法 逆流分溶法液滴逆流色谱高速逆流色谱 逆流分溶法（CCD法） 多次连续液-液萃取分离过程特点：条件温和，样品易回收，适用于中等极性、不稳定物质的分离。 实验室萃取设备： 1、分液漏斗 2、克雷格逆流分布仪。 克雷格逆流分布仪 把一系列的分液漏斗有效地排成链，重复进行系列的步骤：振摇（混合）、静置、分离，多次重复，以提高分离的塔板数。 液滴逆流色谱（DCCC） 液液分配色谱，流动相呈液滴形式垂直上升或下降，通过固定相，实现物质的逆流色谱分配。特点：不易乳化，样品可定量回收，分离效果好，特别适合于分离皂苷等水溶性成分。缺点：样品处理量小。 液滴逆流色谱 高速逆流色谱（HSCCC

14、） 通过特定的高速行星式旋转所产生的离心力场作用，使无载体支持的液体固定相稳定地保留在蛇形管内，并使流动相单向、低速通过固定相，实现连续逆流萃取分离物质的目的。 用于各种物质的分离，包括蛋白质、酶、三萜、生物碱、皂苷等。 4) 液-液分配柱色谱 正向色谱 固定相极性大，如水、缓冲液等；流动相极性小，如氯仿、乙酸乙酯等载体：硅胶（含水一般大于17%），硅藻土、纤维素等。分离极性较大或水溶性成分，如苷类、糖、生物碱等。洗脱顺序：极性小的物质先被洗脱出来。 4) 液-液分配柱色谱 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-

15、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。 反相色谱： 固定相的表面修饰 三、根据物质的吸附性差别进行分离-吸附色谱法 1、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

16、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。 2、硅胶、氧化铝 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 2、硅胶、氧化铝 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； 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。 名称RR黄夹苷ACHO(D-glc)2黄夹苷BCH3(D-glc)2黄

17、夹次苷ACHOH黄夹次苷BCH3H黄夹次苷CCH2OHH黄夹次苷DCOOHH单乙酰黄夹次苷BCH3H单乙酰黄夹次苷B R = COCH3 , 其它R = H 答案：1：极性大极性小，黄夹苷A 黄夹苷B 黄夹次苷D 黄夹次苷C 黄夹次苷A 黄夹次苷B 单乙酰黄夹次苷B2：从硅胶柱上被洗脱下来的顺序：极性小的先被洗出，极性大的后被洗出。 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

18、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。 4、聚酰胺 吸附能力与化合物结构的关系 a.形成氢键的基团数目越多，吸附力越强； 4、聚酰胺 b.形成分子内氢键者，吸附力减弱； c.分子中芳香化程度高，则吸附性增强；反之，则减弱； 4、聚酰胺溶剂洗脱能力强弱 尿素水溶液 二甲基甲酰胺 甲酰胺 NaOH水溶液 丙酮 甲醇 水 聚酰胺色谱的应用 4、聚酰胺 聚酰胺对一般酚类、黄酮类化合物的吸附是可逆的（鞣质例外），分离效果好，吸附容量大，特别适合于该类物质的制备

19、与分离。 也可用于生物碱、萜类、甾体、糖类、氨基酸等其它极性与非极性化合物的分离； 聚酰胺对鞣质的吸附特别强，近乎不可逆，特别适合于植物粗提物的脱鞣处理。 二、沉淀法 在提取液中加入某些溶剂使产生沉淀，以获得有效成分或除去杂质的方法 。1、乙醇沉淀法 2、酸碱沉淀法3、铅盐沉淀法 浓提取液中的有效成分在乙醇中不溶或溶解度小。 如：淀粉、树胶、蛋白质、某些多糖。 1、乙醇沉淀法特别适合于多糖的分离多糖。 如：内酯类化合物不溶于水，但遇碱开环生成羧酸盐而溶于水，酸化又析出。 2、酸碱沉淀法 利用某些成分在酸（或碱）中溶解，又在碱（或酸）中沉淀的性质达到分离的方法。 蛔蒿中提取驱蛔有效成分山道年 蛔

20、蒿粉末用石灰乳调匀，加热水提取，山道年成为山道年酸钙被水提出，水提取液过滤浓缩后，加酸酸化，山道年沉淀析出，滤集，用乙酸重结晶可得纯品。 生物碱不溶于水，遇酸生成盐而溶于水，碱化又重新生成游离生物碱。 生物碱沉淀剂可形成不溶性复盐而析出。如雷氏铵盐NH4Cr(NH3)2(SCN)4 陈皮甙，黄芩甙等均可用酸碱沉淀法制备。R=葡萄糖醛酸 3、铅盐沉淀法 中性Pb(Ac)2或Pb(OH)Ac在水或稀醇中，能与多种成分生成难溶的铅盐或络盐沉淀，利用此性质使有效成分与杂质分离。 中性醋酸铅可沉淀：有机酸、蛋白质、氨基酸、鞣质、树脂、酸性皂甙等。 碱性醋酸铅可沉淀除上述外，另加醇性羟基、酮基、醛基、中性

21、皂甙、异黄酮、糖类。 将铅盐悬浮于新溶剂中，通入H2S，使其分解为PbS，得有效成分。 也可用H2SO4、Na2SO4、H3PO4、Na3PO4脱铅。脱铅 三、盐析法 在有效成分提取液中，加入无机盐使溶解至一定浓度或达饱和状态，可使某些成分在水中的溶解度降低，析出沉淀与水溶性大的杂质分离。常用盐：NaCl、Na2SO4、MgSO4、(NH4)2SO4例：三七水提取液中，加MgSO4到饱和状态， 三七皂甙即可沉淀析出。 三颗针中提取黄连素，加NaCl饱和，小薜碱粗品析出。 四、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、

22、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。 五、结晶、重结晶和分步结晶 关键：合适的溶剂六、层析法 1、柱层析2、薄层层析3、纸层析4、凝胶层析（又称凝胶过滤、分子筛过滤、阻滞扩散层析、排阻层析等） 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

23、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。 型号吸水量（ml/g）床体积（ml/g）分离范围最小溶胀时间肽与蛋白质多糖室温沸水G-101.023小于700小于70031G-151.52.53.5小于1500小于150031G-252.54610005000100500062G-505.091115003

24、万5001万62G-757.5121530007万10005万243G-100101520400015万100010万485G-150152030500040万100015万725G-200203040500080万100020万725凝胶的型号与使用范围 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四节 结构研究法结构研究的特点：难于合成品 结构研究的总原则: 尽可能不消耗或少消耗试样 波谱综合分析 与文献数据比较 必要时辅以化学手段第四节 结构研究法一、纯度的测定二、结构研究的主要程序三、结构研究中采用的主要方法一、纯度的测定纯度检查法：均一的晶形敏锐的熔点、

25、沸点、折光率、比旋度TLC、PC、GC、HPLC二、结构研究的主要程序三、结构研究中采用的主要方法1. 确定分子式，计算不饱和度2. 质谱 （MS，mass spectrum）3. 红外光谱（IR，infrared spectra）4. 紫外-可见吸收光谱（UV-vis) (ultraviolet-visible spectra）5. 核磁共振（NMR，nuclear magnetic resonance）6. 其他： x-单晶衍射法 旋光光谱（ORD） 园二色谱（CD） 三、结构研究中采用的主要方法 1. 确定分子式，计算不饱和度分子式的确定元素定量分析结合分子量测定同位素丰度比法高分辨质谱

26、（HR-MS，high resolution mass spectrum ） 不饱和度的计算u=/2/21 ：一价原子数 如H、X ：三价原子数，如N、P ：四价原子数，如C三、结构研究中采用的主要方法 2. 质谱 （MS，mass spectrum）作用：确定分子量、分子式提供部分结构信息 丢失碎片的大小 如15、17 碎片的m/z及裂解方式三、结构研究中采用的主要方法 2. 质谱 （MS，mass spectrum）常用质谱技术及特点电子轰击质谱（EI-MS，electron impact ionization）场解析质谱（FD-MS，field desorption ionization

27、） 快速原子轰击质谱（FAB-MS，fast atom bombardment）电喷雾质谱（ESI-MS，electrospray ionization） 基质辅助激光解析质谱（MALDI-MS） matrix-assisted laser desorption ionization 常用质谱技术及特点电子轰击质谱（EI-MS） （electron impact ionization）样品需加热气化，离化，得到M+难气化、易热解的成份测不到M+ 如糖、苷、氨基酸、肽、蛋白、核酸、抗生素常用质谱技术及特点场解析质谱（FD-MS） field desorption ionization试样稀液涂于

28、钨丝上作阳极，对面加阴极，通高压，使电离难气化、易热解的成份，可得到 分子离子相关峰：MH+、MNa+、MK+ 逐个脱去糖基的碎片峰：MH-162+、MH-162-146+苷元的碎片离子相对少常用质谱技术及特点快速原子轰击质谱（FAB-MS） fast atom bombardment离子枪发射高能离子与另一中性粒子碰撞，交换电荷， 形成高速中性粒子，与样品碰撞，使其电离难气化、易热解的成份，可得到 分子离子相关峰：MH+、MNa+、MK+ 逐个脱去糖基的碎片峰：MH-162+、MH-162-146+ 可得到苷元的碎片常用质谱技术及特点电喷雾质谱（ESI-MS） electrospray ionization 强静电场使试样电离，难气化、易热解、大分子、小分子，均可得到 分子离子相关峰：MH+、MNa+、MK+ 常用质谱技术及特点基质辅助激光解析质谱（MALDI-MS） matrix-assisted laser desorption ionization 用于研究结构复杂，不易气化的大分子物质的分子量 如多糖、蛋白、核酸等 三、结构研究中采用的主要方法 3. 红外光谱（IR，infrared spectra）原理： 化学键的振动在红外光区（4000625cm-