天然产物化学成分提取分离方法课件

天然产物化学成分提取分离方法天然产物化学成分的分离与纯化天然产物化学成分的结构定鉴与测定天然产物化学成分的提取8本章内容2-1

天然产物化学成分的提取概

述1、

天然产物化学成分的构成特点·同种植物含有多种结构类型的化学成分

总成分含量少、种类多

2、提取分离前的文献调研·

立题着眼点了解前人的研究工作·

原材料鉴定·

有效成分含量低2.1

天然产物化学成分的预试验与提取·

开发利用天然产物资源离不开对天然产物复杂化学成分的研究，提取分离是开展研究的初期。天然产物化学研究常从有效成分或生理活性成分的提取、分离工作开始。在进行提

取之前，应了解所用材料的基源(如动、

植物的学名)、产地、药用部位、采集时

间

等

。一、天然产物化学成分的预试验与系统提取(一)天然产物化学成分的预试验初步了解所含成分情况，然后再进行有计剥、有针对性的提取分离。

1.系统预试验——根据各成分极性的不同，选择不同极性的溶剂，将天然产物化学成分系统的分成几个不同的部分，然后再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成分类型。在实际工作中，根据水可提取极性成分石油醚可提取非极性成分，醇能提取大部分成分的特点，采用石油醚、水、95%乙醇三段法进行粗分，以提高工作效率。对于水提液，可用离子交换树脂将其分为喊性、酸性和中性三部分。生物碱：在酸性条件下与碘化铋钾显棕黄色或橘

红色沉淀。黄酮：黄酮类化合物的乙醇溶液中加入镁粉，滴入浓盐酸后振荡，泡沫显桃红色。皂苷、强心苷、甾体：其乙酐溶液与浓硫酸反应后显示各种颜色皂苷；水溶液振荡时能产生大量

泡沫。2.单项预试验——酚类：与三氯化铁反应显示各种颜色糖苷类：与斐林试剂反应有砖红色流淀生成。有机酸：与溴酚蓝反应显黄色。

氨基酸、多肽：与茚三酮反应显蓝紫色。蛋白质：双缩脲反应显紫红色。(二)天然产物化学成分的系统提取分离·1

.系统溶剂提取——选择几种不同极性的溶剂，由低极性到高极性进行分步提取，使

各成分依其在不同极性溶剂中的溶解度不

同而得以分别提取出来。·

常用的两种溶剂系统为：·(1)己烷—乙醚—甲醇—水·(2)己烷—二氯甲烷—甲醇—水2.单一溶剂提取——根据水可提取极料成分身油醚可提取非极性成分，醇能提取天都分成分

的特点，用一种溶剂将性质相近的组分集中在·3.混合溶剂提取——采用两种或两种以上混合溶剂进行提取，有时会提高提取效率。一起提取出来。二、天然产物化学成分的传缆提取方法·

溶剂法●

水蒸气蒸馏法·升华法·

压榨法

二、天然产物化学成分的传统提取市法(一)溶剂提取法·提取原理：根据天然产物化学成分与溶剂间

极性相

似相溶”的原理，依据各类成分溶解度的差异，选择对所提成分溶解度大、对杂质溶解度小的溶剂，依据“浓度差”原理，将所提成分从天然材料中溶解出来。提取依据：被提取化学成分的溶解性(极性)·提取的关键：提取溶剂的选择·

溶

剂的选择原则：①与所提成分不发生化学反应；②对所提成分溶解度大，对杂质溶解度小；

③价廉、易得、无毒、安全、易于回收等。●

影响溶剂提取的因素：1.化学成分的极性：被提取成分的极性是选择溶剂

的最重要依据(1)常见天然产物化学成分类型的极性：极性较大的：苷类、生物碱盐、糖类、蛋白质、氨基酸、鞣质、小分子有机酸、亲水性色素。极性小的：游离生物碱、苷元、挥发油、

树

脂

、脂肪、大分子有机酸、亲脂性色素。(2)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

。(3)化合物极性的判由

分子中官能团的种类、数目发排列方式等综合因素决定。分子较小，极性基团多的物质：亲水性较强——易溶于亲水性溶剂分子较大，极性基团少的物质：亲脂

性较强——易溶于亲脂性溶剂化学成分的极性：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；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。C被提取成分的极性2.提取溶剂的选择(1)溶剂的分类：强极性溶剂——水、酸水、碱水亲水性有机溶剂——甲醇、乙醇、丙酮(可与水任意混溶)

亲脂性有机溶剂——乙醚、氯仿、苯、石油醚等(不与水混溶)(2)常用溶剂极性大小：水>甲醇>乙醇>丙酮>正丁醇>乙酸乙酯>乙醚>氯仿>苯>四氯化

碳>正己烷≈石油醚。①水可以溶解：氨基酸、糖类、无机盐等②亲水性有机溶剂(与水任意比例混溶》:甲醇、乙

醇

、丙酮等。可溶解苷类、生物碱、鞣质等.溶解范围较广.乙醇是提取天然产物化学成分最常用的溶剂。特点：介电常数较大，水溶性较大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。(3)

溶解规律：挥发油、油脂、叶绿素、树脂、内酯、某些生物碱及一些苷元。特点：沸点低，浓缩回收方便，但易燃、有毒、价贵、设备要求较高，穿透药材组织的能力较差，有局限性。③亲脂性有机溶剂(与水不能任意混浴口余解。3.溶剂提取顺序：极性递增的顺石油醚或汽油——油脂、蜡、叶绿素

挥发油、游离甾体及三萜类化合物

氯仿或乙酸乙酯——游离的生物碱、有机酸、

黄酮、香豆素等苷元甲醇、乙醇、丙酮——苷类、生物碱、鞣质水

——氨基酸、糖类、无机盐有些脂溶性成分溶解不完全；

有些苷类成分易酶解变质；水提液易发霉、变质；

水溶性杂质多；沸点高，浓缩困难适宜提取成分生物碱盐

苷类糅质糖类氨基酸

蛋白质提取方法浸渍法渗漉法常用提取溶剂的性能特点性能特点溶解范围广

穿透能力强

易得、安全提取溶剂强极性溶剂水煎煮法亲水性有机溶剂(和水可任意混溶)

性能特点溶解范围广(不同浓度乙醇)(稀醇)水溶性杂质溶出少

乙醇

可抑制酶的活性提取液不易发霉、变质

大部分可回收利用但有挥发性、易燃烧甲醇

溶解特点与乙醇相似，但有毒丙酮

溶解性能同乙醇，但沸点低、易挥发，作为提取溶剂不常用；但对色素溶解性能好，在分离、精制时常用。提取方法渗滤法浸渍法

回流法连续回流法溶解范围

除多糖

蛋白质外的大多数

化学成分均可乙醚bp.35℃,

极易燃氯仿bp.61℃、d1.480,

不易燃，毒性大，对生物碱溶解性好

苯

bp.80.1

℃,

毒性大石

油

醚

沸程30~60℃、60~90℃、90~120℃

脱脂、脱色常用

与甲醇、乙醇不能任意混溶易纯化

；挥发性大、易燃烧、有毒，价格昂贵，对提取设备要求高，

穿透力较弱，提取时间长，作为提取溶剂不常用。性能特点对化合物溶解

选择性较强，水溶性杂质少、游离生物碱

苷元某些苷类提取范围

市取方法回流法连续回流法亲脂性有机溶剂3.常用的溶剂提取方法(1)浸渍法：在常温或温热(60℃-

80℃)路件下，将天然材料粗粉以适当的溶剂(水或稀醇)浸泡。适用于遇热易破坏及含大量淀粉、黏液质、树胶、

果胶的天然材料的提取。(2)渗漉法：在渗漉筒中，以稀乙醇或酸水为溶剂，不断向天然材料中添加新鲜溶剂，使其渗过

原料。适用于遇热易破坏及含大量淀粉、黏液质、

树胶、果胶的天然材料的提取。但费时、费溶剂。(3)煎煮法：将天然材料粗粉用水加热煮佛

保持一定时间，天然成分即可浸出。煎煮法必

须以水为溶剂。此法提取效率高，但对具有挥发性及遇热易破坏的成分、对含大量淀粉、黏

液质成分的材料不宜使用。(4)回流提取法：以有机溶剂加热回流。适用于溶解度较小的化学成分的提取。对遇热易破坏

的成分有影响，且溶剂消耗量大，需回流设备及几次回流提取方可提取完全、操作麻烦。(5)连续回流提取法：以索氏提取器(亦称脂肪抽出器)用有机溶剂回流提取。克服了回流法溶剂消耗量大、需几次回流提取的缺

点，提取效率高，节省溶剂。缺点是提取时间较长，受热破坏成分不能用此法。浸渍法渗漉法煎煮法回流提取法连续回流提取法(索氏提取法)冷提法：热提法：—

——

—常用溶剂提取方法各类溶剂提取法的优缺点及应用范围·

提取方法

优点

缺点·

浸渍法：简单、安全

提取液体积大、含大量多糖及遇热·渗漉法：提取效率高·煎煮法：提取效率高·

回流法：提取效率高连续回流法：提取效率高易发霉、杂质多费溶剂、费时间热敏性成分及含多糖的材料不适用

热敏性成分易破坏溶剂消耗量大热敏性成分易破坏易破坏的成分以水、醇为溶剂的成分的提取以水为溶剂的成分的提取溶解度较小的成分溶解度极小的成分(二)水蒸气蒸馏法：适用于挥发性成分(主要是挥发油)的提取。将原材料粗粉或碎片浸泡润湿后，通人水蒸气蒸馏(也可在多功能提取器中边煎煮边蒸馏)原材料中挥发性成分随水蒸气蒸馏带出，经冷凝后分层收集。○

该法适用于具有一定挥发性，能随水蒸气蒸馏而不被破坏、难溶或不溶于水的化学成分的提取分离，例

如挥发油、某些小分子生物碱(如麻黄碱、烟碱、槟榔

碱)、某些小分子的酚性物质如牡丹酚等酚类、少数挥

发性蒽醌苷元、香豆素苷元等，可采用水蒸气蒸馏法提取

。分的提取。天然产物化学成分有少量具有升华性如茶碱、咖啡因、游离羟基蒽醌类成分、一些

小分子香豆素类成分等。这些固体成分在受热

低于其熔点的温度下，不经液态而直接成为气

态，经冷却后又成为固态，从而与天然材料组

织分离。(三)升华法：适用于易升华天然化学成(四)压榨法：将新鲜原料直接压榨。适

用于存在于植物的汁液中，含量较高的天然化学成分的提取。天然产物多为细胞内物质，在提取时往

往需要将植物细胞破碎，现有的机械破碎法

难以将细胞有效破碎，化学破碎法又容易造

成被提取物的结构、性质等发生变化而失去

活性，因而难以取得理想的效果。为了提高

天然产物的提取率，目前人们又提出了一些

新的方法以强化溶剂提取。这种流体可以是单一的，也可以是复合的，添加适当的夹带剂(如甲醇、乙醇等)可以大大增加其溶解性

和选择性。超临界流体(supercriticalfluid,SCF):处于临界温度(Tc)、

临界压力

(Pc)

以上、介于气体与液体之间的流体。二

、天然产物化学成分的现代提取方法(强化溶剂提取法)(一)超临界流体萃取(supercritical

fluidtraetionSCFE

或STE)

:以超临界流体作为提取溶剂的一种提取新技术。SCF

特点：具有液体和气体的双重特性，数密度与液体近似，对很多物质有很强的

溶解能力；黏度与气体近似，扩散系数是液体的100倍(不及气体)。常用的SCF

有：二氧化碳、氨、乙烯、丙烷、丙烯、水等。目前SCFE

技术中使用最普遍的溶剂是CO₂。·CO₂作为SFE

提取技术的溶剂优点：·

1

.

临界温度(Tc=31.4)接近室温，对邦敏性成分稳定。·2.

临界压力(Pc=7.37

MPa)不太高，容易操作.·3.其密度对温度和压力变化十分敏感，且与溶解能

力在一定范围内成比例，可通过控制温度和压力改

变物质的溶解能力。·4.无毒、不易燃烧、化学惰性。·5

.价格便宜，纯度高，容易获得，且对环境无污染·

S

FE

的基本原理：在超临界状态下将SCr

与待分离物质接触，利用SCF

的溶解性能与其密度的天系以及压力和温度对SCF

溶解能力的影响，用程序升压

升温可使其有选择性的依次把极性大小、沸点高低、分子量大小不同的成分进行分步萃取，然后再借助程序减压、升温的方法使SCF

变成普通气体，被萃取物则自动完全或基本析出，从而达到提取分离的目的.·

SFE

技术的特点：优

点

：·

1.

萃取和分离合二为一，操作简单、方便。·2.萃取效率高，过程易于控制。·3.萃取过程几乎不用有机溶剂，萃取物中无溶剂残留，对环境无污染。

·4.

萃取流体可循环使用，节约能耗。·

5.SCF

的极性可以改变。一定温度下只要改变压

力或加入适当的夹带剂即可提取不同极性的物

质，大大拓宽了SFE技术的应用范围。缺点：处理样品量受限(<10g);

萃取极性物质需加入极性溶剂以及在高压下操作，设备投资较高.与常规提取法相比，SFE

提取法具有提取效率高，无溶剂残留，活性成分和热不稳定成分不易被分解破坏

等优点，通过控制温度和压力以及调节改性剂的种类和用量，还可以实现选择性萃取和分离纯佬。尽管超临界

流体萃取技术是一种较新提取方法，但设备比较复杂，

成本比较高，且难于萃取强极性和大分子质量物质，在

我国的应用尚未普及。(二)超声波强化辅助提取法

提取原理·超声波提取就是利用其具有的机械效应、空化效应、热效应

及次级效应，通过增大介质分子的运动速度、穿透力以提取

天然产物化学成分的方法。·

(

1)机械效应：超声波在介质中的传播可以使介质质点在其传

播空间内产生振动，从而强化介质的扩散、传质，这就是超

声波的机械效应。(2)空化效应：超声波可使介质内的微气泡产生振动，当声压

达到一定值时，气泡由于定向扩散而变大，形成共振腔，然

后突然闭合。这就是超声波的空化效应。·

(3)热效应：超声波在介质的传播过程中，其声能不断的被介质质点吸收，介质将吸收的能量全部或部分转化为热能。·

(

4)次级效应：扩散、乳化、击碎、化学效应等。(1)超声波提取是一物理过程，对天然产物的生

物活性无破坏，适宜于热敏性成分的提取。(2)超声波提取过程不需加热，提取时间短，节

省能源。(3)超声波提取过程溶剂耗量少，提取效率高。缺

点

：提取工艺参数复杂。如超声波的频率、强度

和时间；溶剂的选择、温度的选择等；提取瓶壁

的厚薄、放置位置；被超声植物的颗粒大小等。提取特点优

点

：(三)微波辅助提取(micr

owave-assisted

extraction,MAE)法·

微波提取原理：微波辐射导致植物细胞内的极性物质，尤其是水分子吸收微波能，产生大量的热量，使细胞内温度迅速上升，液态水汽化产生的压力将细胞

膜和细胞壁冲破，形成微小的空洞；进一步加热，导

致细胞内部和细胞壁水分减少，细胞收缩，表面出现

裂纹。空洞和裂纹的存在使细胞外溶剂容易进入细胞

内，溶解并释放出细胞内的物质。从而使得被萃取物质从基体或体系中分离，进入到介电常数较小、微波

吸收能力相对较差的萃取剂中，达到提取的目的。微波提取法是利用微波能来破坏植物细胞的细胞壁和细胞膜，从而达到提取细胞内有效成分的目拳这一点上它与超声波所起的作用是一样的。同时，微波还能快速加热整个提取体系，使提取时间大大

缩短。因此在天然产物的提取中，它比超声波更具有优势。但是，由于微波的能量很大，在破坏细胞

壁的过程中，是否破坏其中的分子结构，还未得到

证

实

。微波提取的特点优

点

：(1)微波加热的热效率较高，升温快速而均匀，鼻著

缩短了提取时间，提高了提取效率。(2)选择性高，溶剂耗量少，适宜于热敏性成分的提

取。(3)重现性好，适用范围广。(4)设备简单、投资少，操作简单、方便。缺点：(1)被萃取的成分必须是微波自热物质，有一定的极性.(2)所选溶剂必须是对微波透明或半透明的，即溶剂的

介电常数要小(8~28)(四)酶法提取和仿生提取技术·

1.酶法提取：·

原理

：通过酶反应温和地将植物组织分解；加速有效成分的

释放提取。选用相应的酶可促进某些极性低的脂溶成分转化

成糖苷类易溶于水的成分而有利于提取。也可将影响提取液体澄清度的杂质如淀粉、蛋白质、果胶等分解去除。酶法提取的影响因素(1)材料预处理为利于酶解，需对天然材料进行预处理。

如用球磨机作预处理，粉碎颗粒越细，越易悬浮在酶解液中，

增加有效面积而易被酶水解，加快水解速度。(2)pH、

温度及酶解作用时间所使用的酶的种类不同，酶解时最适的pH及最适温度会有所不同，应根据实验来确定

最佳值。(五)植物细胞膜真空破碎法：用溶剂将原料浸泡膨胀后再减压，由于细胞膜内外的压力差使得细胞膜涨裂，细胞内的物质释放出来的过程。2—2

天然产物化学成分的分离与纯化天然产物化学成分的初步分离(粗分离)天然产物化学成分的精制与纯化·

系统溶剂分离法·

两相溶剂萃取法·

沉淀法·

吸附法透析法(膜分离法)·

结晶法·

层析法(色谱法)2.2.

1天然产物化学成分的粗分离一

、系统溶剂分离法

将提取得到的总提取物，用三、四种不同极性的溶剂，由极性低到极性高分步依次进行提取，使总提取

物中的各种成分依其在不同极性溶剂中溶解度的差异而

分离，这样便将总提取物组分成若干个部分。

常用的溶剂系统如石油醚、乙醚、氯仿、醋酸乙酯、乙醇、水等。使用该法时，如有化学成分性质不稳定，

则需尽量避免或减少如过高温度、受热时间长、强酸强碱等猛烈理化因素的影响，以防止有效成分的分解、

异构化等变化。二、根据物质在两相溶剂中的分配比不同进行分离——萃取法1.常见的萃取方法：简单萃取法

连续逆流萃取法：用于乳化严重的液-液萃取反流分容法：分离性质非常相似的组分

液滴逆流分布法高速逆流分布法2.萃取原理：利用混合物中各组分在两种互不相溶的溶剂中分配系数不同而达到分离自的的方去。分配系数K:K=CA/CA'CA

——

组

分A

在萃取剂中的浓度CA'——组分A

在原样品溶液中的浓度分配系数K也可近似的看作组分在萃取剂和原样品溶液中的溶解度之比分离因子(β):AB

两溶质在同一溶剂系统中的分配系数之比。即β=KA/KB(KA>KB)β≥100

:一次简单萃取即可实现基本分离100>β>50):2~3次简单萃取即可实现基本分离B<50

多次简单萃取难以达到分离目的·3.常用的萃取溶剂：石油醚、二氯甲烷、氯仿四氯化碳、苯、乙醚及正于醇。·

(1)萃取亲脂性物质时，多用亲脂性有机溶剂如

苯、乙醚等；·

(2)萃取水溶液中较易溶于水物质，多用氯仿、乙醚、乙酸乙酯、二氯甲烷等有机溶剂；

·

(

3)萃取偏于亲水性的物质，多用弱亲脂性溶剂

如乙酸乙酯、丁醇、水饱和的正丁醇等。·

常

用的混合溶剂：

乙醚-苯、氯仿-乙酸乙酯(或

四氢呋喃)等。●

注：当从水相中萃取有机物时，向水溶液中加入

无机盐能显著提高萃取效率。(1)pH梯度萃取法：逐渐改变溶液的p

值人改

变物质的存在状态而使各组分在有机溶剂中

的分配比不同而得以分离的方法。(2)反应溶剂萃取法：加入化学试剂与某一组分发生化学反应从而改变其在溶剂中的分配

比而得以分离的方法。(3)

双水相萃取法：用于生物大分子如酶、核酸

人体激素、β-干扰素的分离等其它萃取方法(三)沉淀法：根据各组分在溶剂中的溶解度差异进行分离的方法·

1

、溶

剂

沉

淀

法

：利用溶液中加入男一种溶剂使极性改变，某些成分溶解度改变而析出沉淀。主要方法有：水提醇沉法(水/醇)、

醇提水沉法(醇/水)醇提/醚(丙酮)沉法、

酸提/碱沉法碱提/酸沉法某些酸、碱或两性化合物可采用加入酸、碱调节

溶液的pH值，分子的状态(游离型或解离型)变化，使

其溶解度改变。2.专属沉淀试剂沉淀法：某些酸、碱性化合物还可以通过加人沉淀试剂生成水不溶性盐类沉淀析出。·

钙、钡、铅盐沉淀法；

①生物碱的酸性液+加入生物碱沉淀试剂—

→

生物碱难溶性复盐↓②鞣质+明胶、蛋白质溶液—→复合物生物碱试剂沉淀法；·

雷氏银盐、雷氏铵盐沉淀法例

如

：3、反应溶剂沉淀法(均相溶剂沉淀法：在提取液中加入某种化学试剂，通途化学反应均匀产生出沉淀剂使被提取物质沉淀析出的方例如利用某种试剂的水解使溶液pH

值发生变化法。如：三七的水提液中加硫酸镁→三七皂甙乙↓三颗针中提取小檗碱→氯化钠或硫酸铵盐析。·

常用的无机盐有：

NaCI

、NH₄CI

、MgSO4、(NH₄)₂SO₄

等水提液中，加入无机盐至饱和，有效成分沉淀析出，其它水溶性杂质溶于水留在4

.

盐析法：母液中

。(四)根据物质吸附性差异进行吸附的目的：一是吸附除去杂质(常指鞣质、色素等);一是吸附所需物质，然后再用适当的方法进行解吸。(四)根据物质