《天然产物化学》PPT课件.ppt

1、第三章 天然产物化学,第一节 绪论,天然产物是指从动物、植物及微生物中分离出来的生物二次代谢产物。 天然产物化学是以各类生物为研究对象，以有机化学为基础，以化学和物理方法为手段，研究生物二次代谢产物的提取、分离、结构、功能、生物合成、化学合成和用途的一门科学。,一次代谢与二次代谢 一次代谢（primary metabolism)：指在植物、昆虫或微生物体内的生物细胞通过光合作用、碳水化合物代谢和柠檬酸代谢，生成生物体生存繁殖所必需的化合物，如糖类、氨基酸、脂肪酸、核酸及其聚合衍生物（多糖类、蛋白质、酯类、RNA、DNA），乙酰辅酶A等的代谢过程，这些化合物称为一次代谢产物。,二次代谢是以某些一

2、次代谢产物作为起始原料，通过一系列特殊生物化学反应生成表面上看起来似乎对生物本身无用的化合物，如萜类、甾体、生物碱、多酚类等。 二次代谢及其产物对于不同族、种的生物来说，常具有不同的特征，而且二次代谢产物的体内分布具有局限性，不像一次代谢产物那样分布广泛。,天然产物化学与药物开发 早在东汉时期，我们的祖先就汇编了第一本有关天然药物的著作神农本草经。 公元1596年，医药学家李时珍编著了本草纲目，它记载了1892种天然药物，其中57.8%来自植物，23.6%属于动物，14.5%则为矿物。,天然药物之所以能防病治病，其物质基础在于所含的有效成分。 天然药物往往含有结构、性质不同的多种成分，且有效成

3、分的含量一般较低。为了研究和开发天然药物，必须从复杂的中草药组成成分中提取、分离和鉴定出有活性的单体纯成分。,在天然产物中寻找有生理活性的化合物，从中筛选生理活性强、有典型结构的化合物作为模型，并依此模型通过结构改造合成出具有更好效果的药物或农药，这是医药研究和农药开发的常规思路之一。,商业上已取得成功的有： 以古柯碱为先导化合物的麻醉药普鲁卡因； 以水杨苷为先导化合物的解热镇痛药阿司匹林； 以青蒿素为先导化合物的抗疟疾药蒿甲醚等。,第二节 天然产物的提取分离和结构鉴定,天然产物化学成分的预试验 天然产物化学成分十分复杂，一般应先进行预试验以初步了解所含成分情况，然后再进行有计划有针对性的提取

4、和分离。,基本原理是根据各成分的极性的不同，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、薄板色谱，定性判断各部分中可能含有的化合物类型。,根据相似相溶的原理，极性大的成分在极性溶剂中溶解度大，极性小的成分则易溶于非极性溶剂。 选择适当的溶剂，极性由小到大，或由大到小，可顺次将极性比较相近的成分分开。常用溶剂的极性大小顺序：石油醚 环己烷 苯 氯仿（二氯甲烷） 乙醚 乙酸乙酯 正丁醇 丙醇、乙醇 甲醇 水 含盐水,溶剂和有效成分极性相似对照表,实际工作中，根据水可提取极性物质、石油醚可提取非极性物质，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。,采

5、用定性实验验证有无上述各类物质 生物碱：常用碘化铋钾（dragendorff试剂），它与生物碱试液显棕黄色或橘红色沉淀，反应在滤纸上试验更为敏感和清晰。 黄酮：将乙醇液加镁粉，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。,皂苷、强心苷、甾体：在乙酐溶液中与浓硫酸反应后显各种红紫色，皂苷水溶液振荡时能产生大量泡沫。 氨基酸和肽：与茚三酮反应显蓝紫色。 蛋白质：以双缩脲反应（NaOH + CuSO4)显紫红色。,有机酸：与溴酚蓝反应呈黄色。 酚类：与FeCl3显紫色、蓝色。 糖和苷：与斐林试剂作用有砖红色Cu2O沉淀。,提取天然产物常用的方法 1、溶剂法 固体混合物先进

6、行研细，加以适当溶剂，让其在常温或加热下浸泡，经振荡或搅拌，到一定时间后将浸出液滤出。,2、水蒸气蒸馏法 此法适用于能随水蒸气蒸馏而不被破坏的植物成分的提取，要求化合物与水不相混溶或仅微溶，且在约100时有一定的蒸气压，当水蒸气沸腾时，能将该物质随水蒸气一并带出。 适用于植物中的挥发油，某些小分子生物碱如麻黄碱、烟碱、槟榔碱等，以及某些小分子的酸性物质如丹皮酚等。,3、分馏法 利用化合物沸点不同进行分馏，然后精制纯化。 如分离石榴皮中的伪石榴皮碱、异石榴碱和甲基异石榴皮碱时可利用它们的沸点不同进行常压或减压分馏，然后精制纯化。,4、吸附法 吸附的目的，一种是吸附除去杂质，这常指鞣质色素；一种是

7、吸附所需物质。常用的吸附剂有氧化铝、氧化镁，酸性白土（钙基膨润土）和活性炭等。,5、沉淀法 利用某些植物成分与某些试剂产生沉淀的性质而得以分离或除去“杂质”的方法即为沉淀法。 对所需的成分来说，这种沉淀反应是可逆性的，最常用的是铅盐法，脱铅的方法通常用硫化氢气体，使沉淀分解并转化为硫化铅沉淀而除去。,6、盐析法 盐析法通常往植物水提取液中加入易溶性无机盐至一定浓度或达到饱和状态，使某些成分在水中的溶解度降低，沉淀析出或被有机溶剂提取，常用的化合物：氯化钠、氯化铵、硫酸铵、硫酸钠、硫酸镁等。,7、透析法 透析法是利用小分子物质在溶液中可通过半透膜，而大分子物质不能通过半透膜的性质而达到分离的方法

8、，常用于纯化皂苷、蛋白质、多肽和多糖等化合物。用透析法可以除去其中的无机盐、单糖、双糖等。,8、升华法 固体物质加热时，直接变成气态，遇冷凝结成原来的固体，此现象称为升华，植物中凡具有升华性质的化合物，均可用此法进行纯化，例如樟木中的樟脑，茶叶中的咖啡碱以及存在于植物中的苯甲酸等。,9 超临界流体萃取技术（SCF extration),超临界流体: 是超过临界温度和临界压力的非凝缩性的 高密度流体，它的性质介于液体和气体之 间，兼具两者的优点，具有优异的溶解性质。,在100多年前，J.B.Hannay就发现无机盐在高压乙醇或乙醚中溶解度异常增加的现象。 20世纪60年代已有人从各方面研究这一特

9、殊的现象。发现超临界流体对有机化合物溶解度增加，且增加的幅度是非常惊人的，能增加几个甚至达到 10个数量级。,1978年德国建成利用超临界萃取技术从咖啡豆脱咖啡因的工业装置。生产出能保持咖啡原有色、香、味的脱咖啡因咖啡，这是其他分离技术都无法达到的效果； 紧接着几年中，采用CO2流体从啤酒花萃取酒花的大规模工业化装置也先后在德国、美国等地投产。,20世纪80年代以来，国际上投入大量人力、物力进行研究。研究范围涉及：食品、香料、医药和化工等领域（均具有较好的环境益），并取得一系列进展。,原理： CO2在超临界状态下对有机物有特殊增加的溶解度； 低于超临界状态下对有机物基本不溶解； 用超临界萃取方

10、法提取天然产物时，一般用CO2作萃取剂。这是因为CO2是惰性的气体，安全无毒，无污染，制取费用低。用其作萃取溶剂，操作条件较温和（Tc=31.06,Pc=73.8大气压），制取的产品纯度高。,超临界CO2萃取工艺过程,萃取釜,解析釜,CO2气体经热交换器冷凝成液体，用加压泵把压力提升到工艺过程所需的压力（应高于CO2的临界压力），同时调节温度，使其成为超临界CO2流体。(CO2流体作为溶剂从萃取釜底部进入) 与被萃取物料充分接触，选择性溶解出所需的化学成分；,含溶解萃取物的高压CO2流体经节流阀降压到低于CO2临界压力以下，进入分离（又称解析釜）。 由于CO2溶解度急剧下降而析出溶质，自动分离

11、成溶质和CO2气体二部分。 前者为过程产品，定期从分离釜底部放出，后者为循环CO2气体，经热交换器冷凝成CO2液体再循环使用。,超临界CO2萃取的技术特点： 广泛的适应性 由于超临界流体溶解度增高的现象普遍存在，该技术可作为一种通用、有效的分离技术。 萃取效率高 超临界流体具气体和液体特性，既有液体的溶解能力，又有气体良好的流动和传递性能。 易于调节 在超过临界点附近，压力和温度的微小变化，可显著改变流体溶解能力，从而易于控制分离过程。,流程简单 超临界萃取只由萃取器和分离器二部分组成，不需要溶剂回收设备，与传统分离工艺相比不但流程简化，而且节省能耗。 室温下完成 特别适用于热敏性天然物提取。

12、 高压下操作 设备及工艺技术要求高，投资较大。,天然产物化学成分的结构鉴定 已知化合物鉴定的一般程序： 测定样品的熔点，与已知品的文献值对照，比较是否一致或接近。 测样品与标准品的混熔点，所测熔点值不下降。 将样品与标准品共薄层色谱或纸色谱，比较其Rf值是否一致。 测样品的红外光谱图，与标准品的红外光谱或标准谱图进行比较，是否完全一致。,未知化合物的结构测定方法： 测定样品的物理常数，如熔点或沸点，比旋度或折光率等，查有关文献手册，初步判断样品是已知物还是未知物，若是已知物，则按已知物的程序鉴定；若是未知物，则应进行以下程序的结构测定。 进行检识反应，确定样品是哪个类型的化合物，如生物碱、黄酮

13、、强心苷等。,分子式的测定：通过元素分析和分子量的测定，计算其分子式。现在一般用高分辨MS法测定分子式。 结构分析：测定样品的紫外光谱（UV）、红外光谱（IR）、质谱（MS）和核磁共振谱（NMR）。,紫外光谱用于判断分子结构中是否存在共轭体系； 红外光谱用于确定分子结构中的官能团； 质谱可根据分子离子峰确定分子量，高分辨质谱可计算分子式，还可根据碎片离子峰解析分子结构； 核磁共振谱分1H-NMR和13C-NMR，从图谱解析中可以得知共振原子的相对数目及其化学环境，因而可推导化合物的基本骨架。 综合分析以上四谱数据，可推导一般化合物的结构。,结构验证：化学结构确定后，还应注意将所测得的四谱特别是

14、核磁共振谱的数据进行验证，检查推导出的结构是否与波谱数据相符合。,第三节 生物碱,指天然产的一类含氮的有机化合物； 多数具有碱性且能和酸结合生成盐； 大部分为杂环化合物且氮原子在杂环内； 多数有较强的生理活性。,分布 存在于一百多个科中如：豆科、茄科、防己科、罂粟科、毛茛(gen)科等植物中。,概述,1.游离碱：碱性极弱。 2.成 盐： 有机酸有：柠檬酸、酒石酸等；特殊的酸类：乌头酸、绿原酸等；无机酸：硫酸、盐酸等。 3.苷 类：以苷的形式存在于植物中； 4.酯 类：多种吲哚类生物碱分子中的羧基，常以甲酯形式存在。 5.N-氧化物：植物体中的氮氧化物约一百余种。,存在形式,命名规则 1. 类型

15、的命名 基核的化学结构，如吡啶、喹啉、萜类等； 以来源植物命名，如石蒜科生物碱等。 2.单体成分的命名 以植物来源的属、种的名称命名；如 一叶萩碱 也有以生理活性或药效命名，如：吗啡(使睡眠) 以人名命名的；如：pelletierine,分类方法 1.按植物来源分类； 如：石蒜生物碱，长春花生物碱； 2.按化学结构分类； 如：异喹啉生物碱、甾体生物碱； 3.按生源结合化学分类； 如：来源于鸟氨酸的吡咯生物碱。,一种典型的生物碱 -辣椒碱(Capsaicin),概述 辣椒属于茄科植物，在我国种植面广，山东、四川、云南、湖南等地均盛产尖头红辣椒。 目前我国对辣椒的利用仅仅限于调味料、少量外用药（风

16、湿膏药，解痉镇痛酊）。,辣椒含辣椒碱、辣椒红素、辣椒玉红素、-红萝卜素、碳水化合物、大量维生素C以及钙和磷等。 其中辣椒红素和辣椒玉红素是辣椒红色素的主要成分，是高品质的天然色素，广泛应用于食品、药品、化妆品等行业，以取代化学合成的色素，国际市场非常走俏。,辣椒碱是一种极度辛辣的香草酰氨类生物碱, 它是辣椒辛辣味和具有药物功能的主要来源。,辣椒碱的物理性质：辣椒碱为白色片状晶体，熔点6566，易溶于甲醇、乙醇、丙酮、氯仿、苯及乙醚中，也可以溶于碱性水溶液，在乙醇和苯中的溶解度最大，在高温下产生刺激性气体。,辣椒碱的制取方法 将干辣椒分首先经过乙醇萃取、浓缩；再将浓缩液经过碱处理；乙醚萃取、分离

17、；石油醚萃取，最后再经过有机溶剂纯化，即可得到纯的辣椒碱产品。,提取流程： 1、将干红辣椒投入到萃取罐中，乙醇为50%80%，最好以70%的食用乙醇为萃取剂，搅拌使之充分混匀，在3070下萃取浸泡5小时左右。经压滤得到溶有辣椒碱的萃取液,2、将萃取液进行蒸发浓缩，控制蒸发温度为7885，并用冷凝器回收乙醇，将多的浓缩液移入碱浓缩灌，加入315%的氢氧化钠溶液至完全溶解，静置，分出碱液相，用酸液调节PH=710，完成第二次分相。,3、将碱液移入萃取器内，以乙醚为萃取剂进行萃取，静置，分出乙醚相，完成第三次分相。 4、将乙醚相蒸发并回首乙醚，所得浓缩液转入萃取器内，以石油醚为萃取剂进行萃取，静置分

18、出石油醚相，完成第四次分相。,5、将石油醚相蒸发浓缩，并回收石油醚。 6、最后将浓缩液用乙醚、乙醇、石油醚或正丁烷进行重结晶，而得辣椒碱晶体。,辣椒碱的其他提取方法 1、离子交换法 将辣素溶于氢氧化钠溶液中，以正己烷萃取、浓缩和结晶，得粗品辣椒碱类化合物， 再将粗品辣椒碱类化合物溶于氢氧化钠溶液中， 经离子交换提纯，乙醇、 乙酸乙酯脱洗，浓缩和结晶可得到纯度大于98.5%的高纯辣椒碱类。,2、经生物细胞培养制取 从天然辣椒上采取细胞， 将其包埋固定，悬浮在5L 含水的培养液中。32 天后得到辣椒碱含量达1.14310-5g/L。如果培养时间长，含量会更大。 将辣椒种子经无菌处理，放入有湿润滤纸

19、的赞氏培养皿中，经7天培养发芽，取1g 芽细胞再进行培养，辣椒碱含量会增加很多。 如在黑暗中培养含量会更大。,3、超临界流体萃取 以超临界二氧化碳为溶剂，以乙醇为夹带剂，温度固定在50，用压力变化法，从辣椒中直接分离得80%纯度的辣椒碱，效果远远好于其他方法。利用超临界二氧化碳萃取和溶剂萃取相结合的方法也得到纯度很高的辣椒碱。,4、化学合成方法 由于天然辣椒中辣椒碱类似物质很多，要想得到纯度较高的辣椒碱很困难，于是有人用三苯基磷和6-溴己酸为起始原料，经过四步反应，合成出与提取法制取的非常相近的辣椒碱， 总收率在26.6%。,辣椒碱的应用 辣椒碱是从红辣椒中提取出来的一种高附加值新产品，具有极

20、高的药用价值和经济价值， 被广泛应用于医药、 轻化和食品工业。,低浓度的辣椒碱可用于生产辣椒精、辣素等产品，作为添加剂广泛应用于食品工业，高浓度的辣椒碱被应用于医药工业，具有镇痛、止痒、消炎、杀菌以及治疗肠胃疾病和血癌的作用。,市场前景：辣椒碱具有极高的药用和经济价值，随着全球医药和食品工业的发展，国内、国际市场对辣椒碱的需求呈逐年上升趋势，市场供不应求，价格逐年上涨，国外高纯度辣椒碱，每公斤售价高达5万美元。全球辣椒碱年产量只有1900吨，国际市场年需6000余吨，市场缺口非常大，使之称为近年来研究的热点。,1、食品领域的应用 在人们日常生活中，辣椒类化合物作为食品调味料，具有健胃、刺激胃液

21、分泌、 促进食欲、改善消化之功效， 是一种理想的辣味调味剂，还可用于各种需加辣的油脂食品、 日用调味品、辣味酱品和米制烘烤食品等的制作中。 辣椒碱作为食品加工过程中的添加剂，有利于辣度的控制和辣椒碱的充分吸收利用。,2、在医药保健行业的应用 辣椒系列产品在医药保健方面的应用正在逐渐被人们所认识。 高浓度的辣椒碱被用于医药工业上“ 具有镇痛、消炎、杀菌、 治疗肠胃病和白血病等疾病的作用。 用辣椒碱做成软膏对慢性风湿性关节炎， 带状疱疹，跌打损伤等神经痛有显著疗效对牛皮癣，秃发均有良好的治疗作用。,辣椒碱能促进脂肪代谢，具有减肥和疏通血脉等功效，与吗啡合用可延长镇痛时间，减少成瘾性。 用辣椒碱制成

22、的戒毒针剂，是一种广谱高效的戒毒药品。 另外“ 美国专家研究认为” 辣椒碱具有抑制胰腺癌细胞的作用。,3、在饲料工业方面的应用 在饲料工业中大多使用人工合成添加剂，多数对兽禽机体有毒副作用， 对环境产生污染，对人类健康具有危害，而辣椒素产品饲料，能促进动物的胃液分泌、增强食欲、 促进血液循环、 提高机体的抗病能力、 还有驱虫，发汗等功效，可用于动物的腹泻和炎症等疾病的防治， 因此各种具有辣椒风味的特色饲料将大有市场。,4、在生化农药方面的应用 在有害生物防治中，以辣椒碱为单剂或复配制剂制成的生物农药或复配杀虫剂可有效驱逐蚜虫、蜘蛛和跳蚤等。在菜青虫和菜蚜虫发生期。,我国厦门南草坪生物工程有限公

23、司运用生物技术从辣椒干果中萃取提炼，研制出含有辣椒碱的生物农药，辣椒碱- 烟碱微乳剂，应用这种乳剂进行田间试验， 结果表明，它对菜青虫和菜蚜虫均有良好的防治效果。 应用9%辣椒碱(烟碱微乳剂750900 g/hm-2 喷雾防治) 防效率可达90%以上 对菜青虫持效期在7 d 以上 对菜蚜虫14 d 以上 是防治菜青虫和菜蚜虫可供选择的理想药剂。,5、在其他领域的应用 军事上，辣椒碱类化合物是制造催泪弹、催泪枪和防卫武器的主要原料。 另外，以辣椒碱类化合物为原料制成的特殊涂料， 可用于轮船外壳， 以阻止海藻和海洋生物的附着， 这种涂料也可用于树木、 金属、塑料管等的表面涂层。 在电线中加入辣椒碱

24、类化合物，还可以驱避老鼠对电缆的危害.,第四节 黄酮类化合物,1、名称由来：此类化合物多为黄色，且具有酮式羰基，故称黄酮类化合物。 2、存在形式：黄酮类化合物广泛存在于植物中，不少的常用中药中主要含有此类成分。大多与糖结合成苷，称为黄酮苷类；有的以游离形式存在，即未与糖结合，称为游离黄酮或黄酮苷元，同一植物中可能同时存在游离黄酮及其苷。,3、生物活性： 1. 对心血管系统的作用 2. 抗菌及抗病毒作用 3. 雌性激素样作用 4. 镇疼作用 5. 镇咳祛痰作用 总之，黄酮类化合物具有多方面的生物活性，在天然药物化学中具有很重要的地位。,结构与分类 定义：凡两个苯环（A环、B环）通过三碳链相互联结

25、而成的一类成分称为黄酮类化合物。大多具有6C-3C-6C的基本骨架，且常有羟基、甲氧基、甲基、异戊烯基等取代基。,一、黄酮苷元的结构和分类,根据B环连接位置（2位或3位）、C环氧化程度、C环是否成环等将黄酮类化合物分为以下七大类。 1 黄酮和黄酮醇 2 二氢黄酮和二氢黄酮醇 3 异黄酮和二氢异黄酮 4 查耳酮和二氢查耳酮类 5 橙酮类 6 花色素和黄烷醇类 7 其他黄酮类,R=H 黄酮 R=OH 黄酮醇 这里指的是狭义的黄酮，即2苯基色原酮（2-苯基苯并吡喃酮）类，此类化合物数量最多，尤其是黄酮醇。如芫花中的芹菜素、金银花中的木犀草素属于黄酮类；银杏中的山奈素和槲皮素属于黄酮醇类。,芹菜素 木

26、犀草素 山奈素 槲皮素,R=H 二氢黄酮 R=OH 二氢黄酮醇 与黄酮和黄酮醇相比，其结构中C环C2-C3位双键被饱和，他们在植物体内常与相应的黄酮和黄酮醇共存。如甘草中的甘草素、橙皮中的橙皮苷均属于二氢黄酮类；满山红中的二氢槲皮素、桑枝中的二氢桑色素均属于二氢黄酮醇类。,甘草素 橙皮苷 二氢槲皮素 二氢桑色素,异黄酮类为具有3苯基色原酮基本骨架 的化合物，与黄酮相比其B环位置连接不同。 如葛根中的葛根素、大豆苷及大豆素均为异 黄酮。 大豆素 R1=R2=R3=H 大豆苷 R1=R3=H R2=glc 葛根素 R2=R3=H R1=glc,二氢异黄酮类可看作是异黄酮类C2和C3 双键被还原成单

27、键的一类化合物。如中药广 豆根中的紫檀素就属于二氢异黄酮的衍生物。,紫檀素,查耳酮的主要结构特点是C环未成环，另 外定位也与其他黄酮不同。其可以看作是二 氢黄酮在碱性条件下C环开环的产物，两者互 为同分异构体，常在植物体内共存。同时两 者的转变伴随着颜色的变化。（举例） 二氢黄酮 2-羟基查耳酮,中药红花中的红花苷为查耳酮类。红花在开花 初期时，花中主要成分为无色的新红花苷（二氢黄 酮类）及微量红花苷，故花冠是淡黄色；开花中期 花中主要成分为黄色的红花苷，故花冠为深黄色； 开花后期则变成红色的醌式红花苷，故花冠为红色。,橙酮结构特点：可看作是黄酮的C环分出一个碳原子变成五元环，其余部位不变，但

28、C原子定位也有所不同。是黄酮的同分异构体，属于苯并呋喃的衍生物，又名噢哢。如黄花波斯菊花中含有的硫磺菊素就属于此类。 橙酮基本结构 硫磺菊素,花色素类是一类以离子形式存在的色原烯的衍 生物。广泛存在于植物的花、果、叶、茎等部位， 是形成植物蓝、红、紫色的色素。由于花色素多以 苷的形式存在，故又称花色苷。如矢车菊素、飞燕 草素、天竺葵素等属于此类。 飞燕草素R1=R2=OH 矢车菊素R1=OH R2=H 天竺葵素R1=R2=H,黄烷醇类生源上是由二氢黄酮醇类还原而来，可看成是脱去C4位羰基氧原子后的二氢黄酮醇类化合物。 黄烷-3-醇在植物界分布很广， 如儿茶素和表儿茶素。 故又称为儿茶素类。 儿

29、茶素为中药儿茶的有效成分，具有一定的抗癌活性。 （+）儿茶素 （-）表儿茶素,此类化合物大多不符合C6-C3-C6的基本骨架，但因具有苯并-吡喃酮结构，我们也将其归为黄酮类化合物。 银杏素 凯林 麦冬高异黄酮A 红镰酶素,类别 特点或组间区别 组内区别 黄酮和黄酮醇 2-苯基色原酮 3-OH （C2-C3双键） 二氢黄酮和 2-苯基色原酮 3-OH 二氢黄酮醇 （C2-C3单键） 异黄酮和二氢异黄酮 3-苯基色原酮 C2-C3双键和单键 查耳酮和二氢查耳酮 C环开环 3碳链为双键和单键 橙酮 C环为五元环 花色素和黄烷醇 无4位羰基 离子和分子 其他类 均有色原酮结构,总结：各类黄酮类化合物的

30、特点和区别,大豆异黄酮(Soybean isoflavones),概述 大豆含蛋白质达40左右，含油脂20，因而它既是粮食作物，又是油料作物，同时也是重要的副食品原料。 大豆几乎遍及全国，而以东北松辽平原和华北黄淮平原最为集中。1990年其产量约占全国总产量的41.6。这里的大豆品质优良，商品率高，是我国最大的商品大豆生产基地。,大豆含有较丰富的蛋白质、脂肪和碳水化合物,以及胡萝卜素、维生素B1 、B2 、烟酸等,并含有大豆异黄酮、大豆甙、大豆低聚糖、大豆磷脂等,大豆异黄酮( soybean isoflavones) 是大豆在生长过程中形成的次级代谢产物,是大豆中一类重要的非营养成分。大豆异黄

31、酮是多酚类的混合物,目前发现大豆中异黄酮共有12 种,分为游离型甙元和结合型糖甙。,甙元约占总量的2 % 3 % ，包括染料木，大豆甙元和黄豆黄素。糖甙约占总量的97 %98 % ，主要以丙二酰染料木甙，丙二酰大豆甙、染料木甙和大豆甙形式存在。,大豆异黄酮在通常情况下为固体、熔点大部分在100以上、其在常温时性质稳定、呈黄白色的粉末状、无毒、稍有轻微的苦涩味，在醇类、酯类和酮类溶剂中有一定溶解度，它不溶于水，也难溶于石油醚、正己烷等。,现代药理研究表明，大豆异黄酮（）及其单体具有较强的抗氧化和抗真菌活性，具有防治心血管疾病，预防癌症，治疗骨质疏松症和缓解妇女更年期综合症等多种功效,大豆异黄酮提

32、取方法 1、溶剂萃取法 大豆异黄酮的浸提原料可以是大豆，但大豆中含有油脂，浸提前需对大豆进行脱脂处理，因此，选用脱脂豆粕作为原料更为简便、有效。,甲醇和乙醇是有机溶剂提取大豆异黄酮的最有效的提取溶剂，虽然甲醇比乙醇提取效果更好，但甲醇有毒，不利环境和人体健康，因此，60%80%乙醇作为提取溶剂，应是大豆异黄酮首先选择的有机提取溶剂；,另外，热水，酸性和碱性水溶液也都是大豆异黄酮有效的提取溶剂，但水溶液提取的唯一不足是较多的糖类和蛋白质会进入提取液，给以后的分离带来一定难度。,传统萃取方法制备大豆异黄酮，虽然可操作性很强，但存在的问题也很多，如实验步骤较为繁琐、提取率低、产物纯度也较低。因此，需

33、要对传统方法加以改进，或寻找新的提取方法。,2、水解法提取 采用水解法，将结合型ISO水解为游离型ISO，这样既有利于分离纯化，也有利于ISO的检测。 文献以脱脂大豆粕为原料，采用酸水解后用无水乙醚萃取的方法提取游离型ISO成分。实验结果表明，酸水解ISO的提取率和产品纯度均高于常规有机溶剂萃取法。,国外文献利用曲霉中产生的水解酶将大豆粉中的结合型ISO水解为游离型ISO，再用乙酸乙酯萃取后，气相色质联用仪定量分析。,3、微波萃取 微波萃取（ME）技术是根据物质在微波场中吸收能力的差异，使基体物质的某些区域被选择性加热，从而使被萃取物从基体体系中分离，进入微波吸收能力相对差的萃取剂中，达到提取

34、的目的。 文献结果表明，微波萃取与传统萃取技术相比所需时间短，提取物的纯度也有提高。,4、超声提取 超声提取（SE）技术的原理是根据超声具有空化、粉碎、搅拌等特殊作用，对植物药材细胞有破坏作用，使其有效成分快速溶于溶剂之中，以利于提取。,文献中利用超声法提取ISO，并与传统加热回流的方法进行了比较。结果表明，超声提取30分钟所得ISO的提取率，比加热回流120分钟的提取率还高46%。这说明超声提取法具有省时、节能、提取效率高的特点。,5、超临界流体萃取 超临界CO2技术提取分离方法具有萃取速度快、效率高等特点，并且产品中没有有机溶剂残留，是一种环保安全的新技术。超临界CO2技术可以得到高纯度的

35、目标产物，且操作更为简单。但设备投资大，运行成本高，给应用带来了一定困难。,大豆异黄酮功能特性 1、大豆异黄酮抗癌的作用 主要有以下几个方面：类似于女性雌激素作用以及抗雌激素的作用。能抑制与癌相关酶的活性作用，特别是酪氨酸激酶。在癌细胞增殖的阶段具有抑制血管增生的作用。,可以消除活性氧，从而具有抗氧化作用。调节细胞周期。染料木素具有抑制一些与DNA 切断有关酶活性的作用。,2、对心血管疾病的防治作用 Sirtori等通过流行病学调查发现，长期摄食大豆制品能延缓动脉粥样硬化的发生，能有效预防心血管疾病。,其作用机理主要有： 大豆异黄酮可使LDL受体上调，增加LDL受体活性，加速胆固醇清除，抗血栓

36、的形成。染料木素通过抑制酪氨酸激酶阻断血小板源性生长因子生成，从而抑制凝血酶诱导的血小板激活和凝聚。通过抑制作用，减少了全身与动脉粥样硬化有关的血栓的形成。,3、抗氧化作用 大豆异黄酮具有较强的抗氧化作用。大豆异黄酮可使血液和组织中的抗氧化酶活性增强、脂质过氧化物水平下降。,其作用机理可能是由于大豆异黄酮抑制脂质过氧化、抑制活性氧（ROS）的生成、对促癌剂TPA 和PMA 诱导肿瘤细胞产生的过氧化氢有明显的抑制效应，还能抑制由Fentoa 反应或紫外线照射引起的DNA 氧化产生8 - O H A G ，防止D N A 分子发生突变。,4、影响骨代谢和预防骨质疏松症 Arjmandi 研究发现，

37、大豆异黄酮含量低的大豆蛋白对去势大鼠骨密度无影响，而异黄酮含量高的大豆蛋白对去势大鼠骨密度有影响，由此推断出大豆异黄酮是大豆发挥骨质疏松作用的有效成分，大豆异黄酮有类似雌激素的作用。,5、抗菌消炎作用 Naim（1974）的实验结果表明，大豆异黄酮的浓度为0.05时即具有显著的抗真菌活性。谢明杰等人的实验也证明，大豆异黄酮对细菌（如腊杆芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌、藤黄微球菌、枯草芽孢杆菌、单增李斯特菌和短小芽孢杆菌等），以及部分真菌具有较强的抑制作用。,第五节 多糖类化合物,一、概述,糖类又称碳水化合物（carbohydrates），是植物光合作用的初生产物，是一类丰富的天然产物，如：蔗糖、粮食

38、(淀粉)、棉布的棉纤维等。 糖类、核酸、蛋白质、脂质 生命活动所必需的四大类化合物。 化学结构：多羟基内半缩醛(酮)及其缩聚物。根据其分子水解反应的情况，可以分为单糖、低聚糖和多糖。,一、概述,单糖：不能水解的最简单的多羟基内半缩醛(酮)。 如葡萄糖等。 低聚糖：水解后生成 2 10个单糖分子的糖。 如：蔗糖（葡萄糖-果糖） 麦芽糖（葡萄糖葡萄糖） 多糖：水解后能生成多个单分子的，称为多糖。 如：淀粉、纤维素等,二、结构类型,糖的表示式 单糖是多羟基醛或酮。从三碳糖至八碳糖天然界都有存在。以Fischer式表示如下：,CH2OH,二、结构类型,单糖在水溶液中形成半缩醛环状结构，即成呋喃糖和吡喃

39、糖。 具有六元环结构的糖吡喃糖（pyranose） 具有五元环结构的糖呋喃糖（furanose） 糖处游离状态时用Fischer式表示 苷化后成环用Haworth式表示,三、糖苷分类,糖匀体 均由糖组成的物质。如单糖、低聚糖、多糖等。 1常见单糖,三、糖苷分类,三、糖苷分类,2氨基糖 是指单糖的伯或仲醇基置换成氨基的糖类。,三、糖苷分类,3糖醇 单糖的醛或酮基还原成羟基后所得的多元醇。 4去氧糖 单糖分子的一个或二个羟基为氢原子代替的糖。,三、糖苷分类,5糖醛酸 单糖分子中伯醇基氧化成羧基的化合物。,三、糖苷分类,糖杂体 糖与非糖组成的化合物苷 苷的分类： 1按苷原子不同分类 氧苷 如：红景天

40、苷,三、糖苷分类,氮苷：如腺苷 。 硫苷：如萝卜苷。 碳苷：如牡荆素。,三、糖苷分类,2按苷元不同分类 如：黄酮苷、蒽醌、香豆素、强心苷、皂苷等 3按苷键不同分类 醇苷：是通过醇羟基与糖端基羟基脱水而成的苷。如红景天苷。 酚苷：是通过酚羟基而成的苷。如天麻苷。 酯苷：苷元以-COOH和糖的端基碳相连接的是酯苷。如山慈菇苷A。 氰苷：是指一类羟腈的苷。如野樱苷。,三、糖苷分类,三、糖苷分类,4按端基碳构型分 苷，多为L型； 苷，多为D型。 5按连接单糖个数分 1个糖单糖苷 2个糖双糖苷 3个糖叁糖苷,三、糖苷分类,6按糖链个数分 1个位置成苷单糖链 2个位置成苷双糖链 7按生物体内存在分 原级苷

41、在植物体内原存在的苷； 次级苷原级苷水解掉一个糖或结构发生 改变。,四、糖和苷的物理性质,溶解性 糖小分子极性大，水溶性好 聚合度增高 水溶性下降。 多糖难溶于冷水，或溶于热水成胶体溶液。 单糖极性 双糖极性 （与羟基和碳的分担比有关，即按-OH/C的分担情况而定） 苷亲水性（与连接糖的数目、位置有关） 苷元亲脂性,四、糖和苷的物理性质,味觉 单糖低聚糖甜味。 多糖无甜味 （随着糖的聚合度增高，则甜味减小） 苷类苦、甜等 （人参皂苷）（甜菊苷）,七、糖的提取分离 提取,提取 主要为溶剂法水、稀醇（单糖、低聚糖、多糖） 糖类的提取可根据它们对乙醇和水的溶解度不同，而采用冷热水、冷热稀醇等条件。

42、苷类分子的极性随着糖基的增多而增大。可根据其极性大小，来选择相适应的溶剂。 破坏或抑制植物体内酶的方法： 采集新鲜材料迅速加热干燥冷冻保存等,七、糖的提取分离 分离,分离 1活性炭柱色谱 2纤维素色谱 3离子交换柱色谱 4凝胶柱色谱 5季铵氢氧化物沉淀法 6分级沉淀或分级溶解法 7蛋白质除去法,七、糖的提取分离 分离,1活性炭柱色谱 概述 用途分离水溶性物质较好 如：氨基酸、糖类及某些苷类。 特点：（对于活性炭柱色谱） 上样量大，分离效果较好，适合大量制备； 来源容易，价格廉； 缺点：无测定其吸附力级别的理想方法。,七、糖的提取分离 分离,分类： 粉末状活性炭颗粒细，总表面积大，吸附力及吸附量

43、大。 颗粒状活性炭颗粒较上者大，吸附力及吸附量也较上者次之。 锦纶-活性炭以锦纶为粘合剂，将粉末状活性炭制成颗粒，吸附力最弱。,活性炭对物质的吸附规律 对分子量大的化合物吸附力大于分子量小的化合物，即：多糖 单糖 活性炭在水溶液中的吸附力最强，在有机溶剂中吸附力较弱。洗脱顺序： H2O、10%、20%、30%、50%、70%乙醇液 无机盐 二糖 三糖 多糖 单糖等,七、糖的提取分离 分离,2纤维素色谱 原理与PC相同，属分配层析。 溶剂系统：水、丙酮、水饱和的正丁醇等。 用水溶性的溶剂如HAc：H2O进行展开时，其原理属吸附层析。,七、糖的提取分离 分离,3离子交换柱色谱 除水提液中的酸、碱性

44、成分和无机离子； 制成硼酸络合物强碱性阴离子交换树脂（不同浓度硼酸盐液洗脱）,七、糖的提取分离 分离,4凝胶柱色谱 常用商品名称及型号： 葡聚糖凝胶（商品名：Sephadex G） G-10、G-15、G-200等 10表示吸水量乘以10，即10ml/g的吸水量 琼脂糖凝胶（Sepharose，Bio-Gel A） 聚丙烯酰胺凝胶（Bio-Gel P） 羟丙酰基交联葡聚糖凝胶（Sephadex LH-20） （亲脂性，可在有机溶剂中进行分离的分子筛）,七、糖的提取分离 分离,操作过程： 除LH-20外，均在H2O中进行。 将凝胶在适当的溶液中浸泡（多为洗脱剂）； 待充分膨胀后装入层析柱； 用洗

45、脱液洗脱； 收集、回收溶液，干燥。,七、糖的提取分离 分离,洗脱溶剂的选择： 分离中性物质水及电解质溶液 （酸、碱、盐溶液及缓冲液） 阻滞较大的组分水+有机溶液 （水-甲醇、水-乙醇、水-丙酮等） LH-20可用有机溶液进行溶胀（如：CHCl3、丁醇、二氧六环等） (适用：有机物质的分离，如：脂类、固醇类等),七、糖的提取分离 分离,5季铵氢氧化物沉淀法 季铵氢氧化物是一类乳化剂。,七、糖的提取分离 分离,6分级沉淀或分级溶解法 在糖的水溶液中，逐步加入乙醇，即逐渐增大EtOH浓度，可得到各部分的沉淀物。 为使多糖稳定，多糖通常在pH=7时进行 酸性多糖在pH=24时进行 处理酸性多糖时，为防

46、酸水解苷键，操作宜迅速。,七、糖的提取分离 分离,7蛋白质除去法 用分级沉淀法得到的多糖，常夹杂有较多的蛋白质，为除之，通常选择能使蛋白质沉淀而使多糖不沉淀的试剂来处理，如：酚、三氯乙酸、鞣酸等。 注意：处理时间要短，温度要低。 （避免多糖降解） 三氟三氯乙烷法和Sevag法（用氯仿：戊醇或丁醇4：1混合）在避免降解上有较好效果。,八、糖的鉴定和糖链结构的测定,糖的鉴定 1纸层析 展开系统：常用水饱和的有机溶剂展开。 如：正丁醇：醋酸：水（4：1：5上层）BAW 水饱和苯酚等溶剂系统。 显色剂：邻苯二甲酸苯胺、硝酸银试剂(使还原糖显棕黑色)、三苯四氮唑盐试剂（单糖和还原性低聚糖呈红色）、3,5

47、-二羟基甲苯盐酸试剂（酮糖呈红色） 等。,八、糖的鉴定和糖链结构的测定,2薄层层析 可用（硼酸液 + 无机盐）+ 硅胶 制板 吸附剂：硅胶 （用0.03M硼酸液或无机盐的水液代水制板） 常用的无机盐：0.3M磷酸氢二钠或磷酸二氢钠 0.02M乙酸钠 0.02M硼酸盐缓冲液 0.1M亚硫酸氢钠/H2O,八、糖的鉴定和糖链结构的测定,硼酸与无机盐制板的特点： 增加糖在固定相中的溶解度，使硅胶薄层吸附能力下降，利于斑点集中，又可增加样品的承载量。 显色剂：除纸层析应用的以外，还用如： H2SO4/H2O或乙醇液 茴香醛-硫酸试剂 苯胺-二苯胺磷酸试剂 等,八、糖的鉴定和糖链结构的测定,3气相层析 将

48、糖制备成三甲基硅醚（增加其挥发性） 将醛糖用NaBH4还原成多元醇（避免形成端基异构体）制成乙酰化物或三氟乙酰化物。 4液相色谱 填充材料化学修饰的硅胶 优：不必制备成衍生物。 适合分析对热不稳定、不挥发的低聚糖和多糖。分析单糖和低聚糖，其灵敏度不及气相层析。,八、糖的鉴定和糖链结构的测定,5离子交换层析 糖的硼酸络合物可进行离子交换层析 优：不必制成衍生物，而直接用水溶液进行分离（与气相比较） 糖自动分析仪： 显 色：3,5-二羟基甲苯-浓硫酸 波 长：425nm 上样量：每种组成不超过1mg 洗脱剂：四硼酸钾的缓冲溶液,八、糖的鉴定和糖链结构的测定,糖链结构的测定 主要解决的问题单糖的组成

49、、糖之间的连接位置和顺序、苷键构型 1单糖的组成 2单糖之间连接位置的决定 3糖链连接顺序的决定 4苷键构型的决定 513C-NMR在糖链结构测定中的应用,八、糖的鉴定和糖链结构的测定,1单糖的组成 低聚糖、多糖的结构分析，首先要了解由哪些单糖所组成，各种单糖之间的比例如何。 一般是将苷键全水解，用PC检出单糖的种类，经显色后用薄层扫描仪求得各种糖的分子比。 也可用GLC或HPLC对单糖定性定量。 GLC常以甘露醇或肌醇为内标，用已知单糖作标准。,八、糖的鉴定和糖链结构的测定,2单糖之间连接位置的决定 将糖链全甲基化水解甲基化单糖的定性和定量（气相层析） （甲基化单糖中游离-OH的部位就是连接

50、位置） 13C-NMR测定：主要归属各碳信号，以确定产生苷化位移的碳。,八、糖的鉴定和糖链结构的测定,3糖链连接顺序的决定 缓和水解法：将糖链水解成较小的片段，然后分析这些低聚糖的连接顺序。 质谱分析。 4苷键构型的决定 分子旋光差（klyne法） 酶催化水解方法 1H-NMR判断糖苷键的相对构型 其它,八、糖的鉴定和糖链结构的测定,1H-NMR判断糖苷键的相对构型 在糖的1H-NMR中： 端基质子5.0 ppm左右 其它质子3.54.5 ppm 可通过C1-H与C2-H的偶合常数，来判断苷键的构型（、） 例如：D-葡萄糖,八、糖的鉴定和糖链结构的测定,D-葡萄糖,八、糖的鉴定和糖链结构的测定

51、,513C-NMR在糖链结构测定中的应用 端基碳97106 ppm 一般在13C-NMR谱中： 如：D-葡萄糖,八、糖的鉴定和糖链结构的测定,D-葡萄糖苷 C1型 97101 ppm 型 103106 ppm CH-OH (C2、C3、C4) 7085 ppm CH2-OH (C6) 62 左右 CH3 20 ppm 用门控去偶技术，可判断呋喃糖的端基碳与端基质子的偶合常数。 苷键JC-H170Hz 苷键JC-H160Hz,八、糖的鉴定和糖链结构的测定,苷化位移（glycosidation shift） 糖苷化后，端基碳和苷元-C化学位移值均向低场移动，而邻碳稍向高场移动（偶而也有向低场移动的

52、），对其余碳的影响不大，这种苷化前后的化学变化，称苷化位移。,天然多糖化合物 -甲壳素,概述 1811 年法国科学家H Braconnot 从菌类中提取出一种酷似纤维素的物质，由于存在于动物的甲壳中，故取名甲壳素。 自然界每年生物合成的甲壳素估计有数十亿吨之多，远远超过其它氨基多糖，几乎是一种取之不尽用之不竭的再生资源。,甲壳素是许多低等动物，特别是节肢动物（如各种虾、蟹等）、甲壳类和昆虫类（如独角仙、蟋蟀）及其他动物骨骼与生物表皮的重要组成部分，同样他们也存在于低等植物如真菌和藻类等细胞壁中，其资源十分丰富。在生物体内，甲壳素多于碳酸钙结合在一起。,1991年，美国、欧洲的医学界和营养食品研究机构将甲壳素称为继蛋白质、脂肪、糖、维生素、矿物质之后的人体健康所必须的第六大生命要素。 甲壳素作为机能性健康食品，完全不同于一般营养保健品，对人体具有强化免疫、抑制老化、预防疾病、促进疾病痊愈和调节生理机能等多项功能。,甲壳素是一种无色、无毒、无味、耐晒、耐热、耐腐蚀、不怕虫蛀的结晶或无定形物。 不溶于