天然药物化学总结
绪论
1、天然药物化学就是运用现代科学理论与方法研究天然药物中化学成分得一门学科。
研究内容:各类天然药物化学成分(主要就是生理活性成分或药效成分)得结构特点、物理化学性质、提取分离纯化方法、结构鉴定、生物合成途径。
2、天然药物:指人类在自然界中发现并可直接供药用得植物、动物、矿物、海洋生物、微生物等,以及基本不改变其药理化学属性得加工品。
3、
(1)一次代谢产物(primary metabolites):糖类、脂质、蛋白质、核酸等对机体生命活动来说不可缺少得物质,普遍存在于动物、植物及微生物中。
(2)二次代谢产物(secondary metabolites):某个属、种或系统得生物所特有得,主要在植物、微生物中比较常见得物质。这类化合物结构富于变化,多数具有明显得生理活性。如生物碱、黄酮类、苷(甙)类、醌类、萜类、挥发油、苯丙素类、甾体类、鞣质、树脂、色素等。
4、天然药物得化学成分
特点:(1)化学成分复杂;(2)具有多种临床用途。
分类:
(1)有效成分(Active Constituents):经过不同程度得药效试验或生物活性试验,包括体外与体内试验,证明对机体具有一定生理活性得成分。
一般就是单体化合物:1、能用分子式与结构式表示;2、具有一定得理化常数;3、具有一定得生理活性。
(2)有效部位(Active Extracts):指具有生理活性得多种化学成分得混合物。
(3)无效成分:与有效成分共存得无生理活性得其它成分。
(4)有毒成分
生物合成
1、聚酮类化合物可根据分子结构中醋酸单位(C2单位)得数目进行命名,如聚庚酮类、聚己酮类等。
2、氨基酸途径作为前体得氨基酸:
(1)脂肪族:鸟氨酸、赖氨酸(α-酮酸还原氨化生成)
(2)芳香族:苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸(莽草酸途径生成)
3、复合途径:
(1)一个化合物分子有来自2个或2个以上不同生物合成途径得单元。常见有:
1、醋酸-丙二酸-莽草酸途径
2、醋酸-丙二酸-甲戊二羟酸途径
3、氨基酸-甲戊二羟酸途径
4、氨基酸-醋酸-丙二酸途径
5、氨基酸-莽草酸途径
(2)一个化合物分子在不同植物中有不同得生物合成途径。
4、基本途径
酮类
途径过程产物单位
甲戊二羟酸途径(MVA) 萜类、甾
类、类胡
萝卜素类
C3
桂皮酸途
径苯丙氨酸经苯丙氨酸脱氨酶(PAL)脱氨后生成桂皮酸,进而得到苯丙素类化合物。再经环化、
氧化、还原等,可得到黄酮类(C6-C3-C6骨架)等化合物。
苯丙素类
(C6-C3骨
架)
C6
氨基酸途径(AA) 氨基酸脱羧成胺类,再经甲基化、氧化、还原、重排等系列反应得到生物碱。本途径仅存在
于植物、微生物中,就是其特有氮代谢方式。
生物碱AA
提取分离方法
1、准备工作
(1)明确研究材料得学名、产地来源、采集时间与方法、使用部位(全体/部分)、材料得状态(新鲜品/干燥品)。
新鲜品不宜用与水不互溶得溶剂;而干燥品得干燥程度取决于目标化合物得稳定性。一般情况下,样品要充分干燥、尽可能粉碎,提取效率高,提取操作、提取液得浓缩均较易进行。注意样品不能粉碎过细,以20~60目为宜。
(2)明确研究目标
提取分离已知成分或已知化学结构类型:查阅文献,找出该成分或该类结构类型成分得各种提取分离方案,再根据具体情况加以选用。
提取分离未知有效成分或有效部位:生理活性指导下提取分离;化学结构类型得理化性质指导下提取分离;根据化合物极性大小得不同系统提取分离。
2、注意问题
(1)有效成分得丢失:含量高且有效、含量高且无效、含量低但有效
(2)精制不纯:理化性质相近得化合物不易分离,对进一步得化学研究及药理试验产生影响。
3、提取
(1)溶剂提取法
1、根据天然药物中各种成分在不同溶剂中得溶解度不同,选用对有效成分溶解度大、对杂质成分溶解度小得溶剂,将有效成分从药材组织中溶解出来得方法。
溶剂通过扩散、渗透作用不断透过细胞壁、细胞膜进入细胞内,溶解可溶性成分,造成细胞内外得浓度差。
2、溶剂选择得依据——“相似相溶”
常用提取溶剂及其极性强弱顺序:石油醚≈正己烷＜四氯化碳＜苯＜二氯甲烷＜无水乙醚＜氯仿＜乙酸乙酯＜正丁醇＜丙酮＜乙醇＜甲醇＜水＜吡啶＜乙酸
3、溶剂得选择原则
根据材料得状态
目标成分易溶,杂质成分难溶
惰性,不与目标成分反应,或反应可逆
经济安全、后续操作容易进行
4、传统提取方法
5、现代提取方法
微波辅助提取法(microwave-assisted extraction)
微波辅助提取就是利用微波能来提高提取率得一种新技术。在微波场中,微波辐射导致植物细胞内得极性物质(水分子)吸收微波能,产生大量热量,使细胞内温度迅速上升,液态水汽化产生得压力将细胞膜与细胞壁冲破,形成微小得孔洞。进一步加热,导致细胞内部与细胞壁水分减少,细胞收缩,表面出现裂纹。孔洞与裂纹得存在使胞外溶剂容易进入细胞内,溶解并释放出胞内物质。
微波场中吸收微波能力得差异使得基体物质得某些区域或萃取体系中得某些组分被选择性加热,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得萃取剂中。
a)微波加热热效率高,升温快速而均匀,可显著缩短提取时间,提高提取效率。
b)设备简单、适用范围广、重现性好、节省试剂、污染小等。
超声提取法
空化作用:当超声波在液体中传播时,使液体介质不断受到压缩与拉伸,拉伸时会在液体内部产生近似真空得小空洞;而压缩时,这些空洞发生崩溃,会使液体微粒间发生猛烈得撞击作用。崩溃时空洞内部最高瞬时压力可达几万个大气压,同时还将产生局部得高温以及放电现象等。微粒间这种剧烈得相互作用,起到很好得搅拌、分散,并使液体得温度骤然升高,从而使两种不相溶得液体发生乳化,加速溶质得溶解,促进化学反应。
利用超声波得空化作用,破坏细胞壁结构,使其在瞬间破裂,植物细胞内得成分得以释放,直接进入溶剂,加速植物有效成分得浸出提取;另外,超声波得次级效应,如机械振动、乳化、扩散、击碎、化学效应等也能加速欲提取成分得扩散释放并充分与溶剂混合,利于提取。
优点:提取时间短、提取效率高、无需加热等。
注意:提取瓶得放置位置、瓶壁得厚薄等会影响提取效果。
超临界流体萃取法
超临界流体:温度、压力均高于临界点得流体。其对物质得溶解能力随温度与压力得改变而在相当宽得范围内变动。
超临界流体相对接近液体得密度,使它有较高得溶解度;而其相对接近气体得粘度,使它具有较好得流动性、扩散性,对所需萃取得物质组织有较好得渗透性。从而提高了溶质进入超临界流体得传质速率。为提高选择性,可加入夹带剂。
优点:可以在近常温得条件下提取分离,几乎保留产品中全部有效成分,无有机溶剂残留,产品纯度高,操作简单、节能。
酶法提取
通过酶反应较温与得将植物组织分解,加速有效成分得释放提取;将影响液体制剂得杂质如淀粉、蛋白质、果胶
等分解去除,提高中药液体制剂得澄清度;将某些极性低得脂溶性成分转化为糖苷类易溶于水得成分,从而有利于提取。
注意:使用酶得浓度、底物、抑制剂、激动剂等;药材与水得比例、pH值、温度、时间等。
仿生提取法
模拟口服药经胃肠道环境转运得原理而设计得提取方法。尽可能地保留原药中得有效成分(包括在体内有效得代谢物、水解物、螯合物或新得化合物)。
6、系统溶剂分步提取
根据提取要求、目得成分及杂质得性质差别、溶剂得溶解能力来确定提取方法:
a)将固体药材按极性递增方式用不同溶剂依次提取。
石油醚、汽油:油脂、蜡、叶绿素、挥发油、游离甾体及三萜类等
氯仿、乙酸乙酯:游离生物碱、有机酸、黄酮苷元、香豆素等
丙酮、乙醇、甲醇:苷类、生物碱盐、鞣质等
水:氨基酸、糖类、无机盐等水溶性成分
b)将药材直接用乙醇、含水乙醇或含水丙酮提取,提取液浓缩成浸膏,拌以硅藻土等辅料,减压干燥成粉后,再用不同极性溶剂分步处理。
7、影响因素
a)中草药成分间得相互作用对溶解度得影响(增溶、沉淀)
b)粉碎度
c)提取时间
d)提取温度
(2)水蒸气蒸馏法
适用于具有挥发性得、能随水蒸汽蒸馏而不被破坏、与水不发生反应且难溶或不溶于水得成分得提取。
原理:两种互不相溶得液体共存时,其总蒸汽压等于各组分同一温度下蒸汽压之与。由于体系得总蒸汽压比任一纯组分得蒸汽压高,所以混合物得沸点要比任一纯组分得沸点低。
(3)升华法
适用于具有升华性质得化合物得提取与提纯。
简单易行,但回收不完全,并常伴有分解现象,产率低,适用于微量物质得精制,很少用于大规模生产制备。
(4)压榨法
4、分离与精制
(1)方法
根据物质溶解度差别进行分离:结晶法、沉淀法、盐析法
根据物质在两相溶剂中得分配比不同进行分离:液-液萃取法、逆流分溶法(CCD)、液滴逆流色谱法(DCCD)、高速逆流色谱法(HSCCC)、气液分配色谱法(GC或GLC)、液液分配色谱法(LC或LLC)
根据物质得吸附性差别进行分离:硅胶、氧化铝、活性炭及聚酰胺、大孔吸附树脂
根据物质分子大小差别进行分离:透析法、凝胶过滤法、超滤法、超速离心法
根据物质解离程度不同进行分离:离子交换法、电泳
(2)结晶法
利用温度不同引起溶解度得改变以分离精制化合物得方法,就是分离精制固体化合物得重要方法之一。
通过重结晶进一步纯化化合物得结晶;
纯化合物得结晶有一定得熔点与结晶学特征,有利于化合物性质及结构得判断;
结晶法分离纯化得关键:结晶溶剂得选择与结晶条件。
1、结晶条件
需结晶化合物在混合物中得含量
选择合适得溶剂:单一/混合
需结晶化合物在所选溶剂中得浓度
合适得温度与时间
需结晶化合物得性质:结晶性弱得化合物需要制备结晶性得衍生物或盐,如生物碱制为盐酸盐、氢溴酸盐、过氯酸盐、苦味酸盐等,羟基化合物制为乙酰化衍生物
2、结晶溶剂选择
理想得结晶溶剂需具备得条件:不与要结晶化合物起化学反应;选择性好;其它杂质在溶剂中得溶解度对温度得依赖性小,对杂质得溶解度非常大或非常小;溶剂得粘度要小,利于固液分离,且应使要结晶化合物容易成核,生成得晶体较完善。
如何选择:查阅文献,参考同类型化合物得一般溶解性质与结晶条件;根据要结晶化合物得极性大小,利用相似相溶规律通过实验选择溶剂;无理想单一溶剂时,可使用混合溶剂(一般选择对样品溶解度很大与很小得而又能够互溶得两种溶剂混合使用)。
3、结晶纯度得判断:晶形、色泽,熔点与熔距,薄层层析或纸层析,高效液相层析、气相层析。
(3)沉淀法
提取物中加入某些试剂使产生沉淀,以获得有效成分或除去杂质得方法。
应注意得问题:沉淀得方法与技术要具有选择性;对于一些活性物质(如酶、蛋白质等)得沉淀分离,必须考虑沉淀方法对目标成分得活性与化学结构就是否破坏;残留物对人体得危害。
1、改变溶液中混合溶剂得极性
水/醇法:沉淀除去糖类、蛋白质等水溶性杂质
醇/水法:沉淀除去树脂、叶绿素等水不溶性杂质
醇/醚法或醇/丙酮法:皂苷类成分沉淀析出
2、改变溶液得pH
酸/碱法:生物碱类成分得分离
碱/酸法:黄酮、蒽醌类酚酸性成分得分离
等电点沉淀法:蛋白质得分离
3、加入沉淀试剂(如钙、钡、铅盐)
(4)盐析法
中草药得水提取液中,加入无机盐至一定浓度或达到饱与状态,使某些成分在水中得溶解度降低,沉淀析出或被有机溶剂提取出得分离方法。常用得无机盐:NaCl、Na2SO4、MgSO4、(NH4)2SO4等。
(5)透析法
利用小分子及小离子在溶液中可通过半透膜,而大分子及大离子不能通过得性质而达到分离得方法。常用于纯化皂苷、蛋白质、多肽与多糖等化合物,可除去其中得无机盐、单糖、双糖等。
透析膜得种类:动物性膜、火棉胶膜、羊皮纸膜(硫酸纸膜)、玻璃纸膜、蛋白胶(明胶)膜等。选择原则:根据透析膜得膜孔大小与被分离成分得分子大小来选择。
(6)分馏法
原理:利用沸点不同进行分离。分馏法则利用多次反复蒸馏以达到混合物分离。
完全互溶得、具有挥发性得两组分混合液,达到气-液平衡时,两组分在气相与液相中得相对含量不同。
(7)层析法(色谱法,Chromatography)
利用不同化合物在互不相溶得两相(固定相与流动相)中得亲与力得不同来分离物质。
分类:
1、液相层析法(液-固、液-液)、气相层析法(气-液、气-固)
2、柱层析法、薄层层析法、纸层析法、逆流层析法
3、吸附层析法、分配层析法、凝胶渗透层析法(又称凝胶过滤法、分子筛过滤法、排阻层析法)、离子交换层析法、亲与色谱法
(8)吸附层析法
1、吸附作用
物理吸附:分子间作用力,可逆、无选择性(吸附层析常用)
化学吸附:化学键,不可逆、有选择性
半化学吸附:氢键作用
2、吸附层析三要素:被分离物、吸附剂、洗脱剂
3、物理吸附基本规律——相似者易于吸附
4.化合物极性得强弱得判断
a)化合物得极性由分子中所含官能团得种类、数目及排列方式等综合因素所决定。
b)官能团得极性强弱顺序:R-COOH > Ar-OH > H-OH > R-OH > R-NH2, R-NH-R’, R-NR’R’’ > R-CO-N-R’ > R-CHO > R-CO-R’ > R-COOR’ > R-O-R’ > R-X > R-H
c)溶液中酸性、碱性及两性有机化合物得极性强弱受溶液pH影响。
5、溶剂极性强弱判断:介电常数(越大极性越强)
6、常用得固定相吸附剂
无机吸附剂:硅胶、氧化铝、活性炭等
有机吸附剂:聚酰胺、聚苯乙烯(大孔吸附树脂)等
7、简单吸附法进行物质得浓缩与精制
用活性炭脱色、脱臭
从大量稀水溶液中浓缩微量物质
常用得吸附层析法
1、硅胶层析(一般正相)
常用硅胶:硅胶G、硅胶H、硅胶GF254、硅胶HF254、硅胶HF254＋365、硅胶CMC、硅胶60
硅胶得吸附性能取决于:硅羟基得数目;含水量:>17%时吸附力极弱;硅胶得表面积、表面结构、微孔体积、微孔半径等。
硅胶薄层板得活化:100~110o C,30 min
硝酸银硅胶:分离含不饱与双键得几何异构体
硅胶层析得应用:酸性或中性化合物
2、氧化铝层析
用于碱性化合物得分离,如生物碱
3、活性炭层析
非极性吸附剂,水溶液中吸附力最强,有机溶剂中较弱。
对不同化合物得吸附力大小:极性基团多得化合物＞极性基团小得化合物;芳香族化合物＞脂肪族化合物;大分子量化合物＞小分子量化合物。
应用:水溶性芳香族化合物与脂肪族化合物得分离;单糖与多糖得分离;氨基酸与多肽分离。
4、聚酰胺层析
性质:高分子聚合物,不溶于水、醇类、丙酮等,对碱稳定,对酸尤其就是无机酸稳定性差。
吸附原理:氢键吸附,适于极性与非极性物质分离。
适于分离醌类、酚类与黄酮类。
化合物结构对吸附性能得影响:
形成氢键得基团数目越多,吸附力越强;
易形成分子内氢键者,吸附力减弱;
芳香化程度高者,吸附力增强。
溶剂对吸附性能得影响:
各种溶剂在聚酰胺柱上得洗脱能力:
水<甲醇<丙酮< NaOH水溶液<甲酰胺<二甲基甲酰胺<尿素水溶液
洗脱力越强,作溶剂时,聚酰胺得吸附能力越弱。
聚酰胺得“双重色谱”性能(在氢键作用相同前提下比较):
含水溶剂为流动相时,聚酰胺为非极性固定相,其色谱行为类似于反相色谱;
非含水溶剂如氯仿-甲醇为流动相时,聚酰胺为极性固定相,其色谱行为类似于正相色谱。
(注)正相层析:流动相得极性低于固定相得极性,溶出成分极性由弱到强;反相层析:流动相得极性高于固定相得极性,溶出成分极性由强到弱。对分配色谱与吸附色谱均适用。
5、大孔吸附树脂
不含交换基团得、具有大孔结构得高分子吸附剂,多为苯乙烯型(非极性,常用)或2-甲基丙烯酸酯型。
特点:多孔性;较大得比表面积;吸附容量大。
吸附原理:吸附性——范德华引力或氢键;分子筛性——多孔性
影响吸附得因素:
大孔吸附树脂本身得性质:孔径、表面积、表面电性、能否与化合物形成氢键等;
溶剂得性质:洗脱剂极性越小,洗脱能力越强(苯乙烯型)。
化合物自身得性质:分子量、极性、氢键作用等(分子量大、极性小得化合物与非极性大孔吸附树脂作用强)。
应用:从水溶液中分离低极性或非极性化合物,组分间极性差别越大,分离效果越好。
使用方法:
预处理——除去杂质,恢复孔得大小,一般顺序为水→乙醇→甲苯→乙醇→水。
使用——样品一般用水溶液上柱。
洗脱——非极性树脂可用水→含水醇→醇→丙酮→乙酸乙酯;极性树脂则用极性较大得溶剂洗脱。
(吸附层析多为液-固色谱,常用TLC测定选用溶剂。)
分配层析法
1、分类:
两相溶剂萃取法(液-液分配萃取法)、逆流连续萃取法、逆流分溶法、液滴逆流层析法、高速逆流色谱、液-液分配柱层析
2、原理:
a)分配系数K
溶质溶解在两种共存得互不相溶得溶剂时,其在两相溶剂中得分配比,即K=C U/C L。
在一定温度及压力下,K为一常数。
b)分离因子β
A、B两种溶质在同一溶剂系统中得分配系数得比值,即β=K A/K B。
分离因子反映了两化合物分离得难易。
β=1:A与B不能分离;β>1或β<1:A与B可分离(β≥100,1次;100＞β≥10,10~12次;β≤2,100次以上)。
c)分配系数与pH
对于酸性、碱性或两性有机化合物,溶液pH得变化可改变化合物得存在状态,进而影响其在溶剂系统中得分配系数。pH＜3时,酸性物质多呈非解离状态,碱性物质多呈解离状态; pH＞12时,酸性物质多呈解离状态,碱性物质多呈非解离状态(羧酸类:pKa约为5,酚类:pKa 9、2～10、8)。
pH = pKa + lg[A-]/[HA]
一般地,酸性化合物呈离解态pH = pKa + 2,呈游离态pH = pKa – 2,碱性化合物相反。——pH梯度萃取分离法
(分配层析多为液-液色谱,常用纸层析测定选用溶剂与方案。)
d)纸层析
(r:纸层析定数,当层析滤纸湿重为干重得1、5倍时,r＝2。)
β>50,可直接用简单萃取;β<50,宜采用逆流分溶。
e)萃取过程中易发生乳化现象,发生乳化后得处理方法:
将乳状液离心分离;
将乳状液抽滤;
将乳状液加热或冷冻;
加入电解质,如:NaCl、Na2SO4、MgSO4等;
将乳状液分开,再换新溶剂萃取;
加入表面活性更大得表面活性剂。
(9)两相溶剂萃取法(液-液分配萃取法)
利用混合物中得各成分在两种互不相溶得溶剂中得分配系数不同而达到分离得目得。分配系数相差越大, 分离效率越高。
(10)逆流连续萃取法
一种连续得两相溶剂萃取法,其装置可具有一根、数根或更多得萃取管,管内用小瓷圈或小得不锈钢丝圈填充,以增加两相溶剂萃取时得接触面。萃取就是否完全,可取样品用薄层层析、纸层析及显色反应或沉淀反应进行检查。
(11)逆流分溶法(CCD)
经过多次、连续得液-液萃取分离过程,使溶质在两相溶剂相对作逆流移动过程中不断地重新分配并达到分离目得得一种分离方法。
分离过程:振摇萃取→静置分层→两相分开→转移(→重复直至完成)
优点:适于分离性质非常相似得混合物
缺点:操作时间长,易产生乳化,萃取管易因机械振荡而损坏,消耗溶剂多
(12)液滴逆流层析法(DCCC)
流动相呈液滴形式相对于固定相垂直上升或下降,在细得分配萃取管中与固定相有效地接触、摩擦不断形成新得表面,促进溶质在两相溶剂中得分配。
优点:分离效果往往比逆流分溶法好,且不会产生乳化。
缺点:流速慢,分离时间长;固定相与流动相间得传质交换不够充分;必须选用能生成液滴得溶剂系统;对高分子化合物得分离效果较差;处理样品量小;有一定设备要求。
(13)高速逆流色谱(HSCCC)
连续,无固定载体
(14)液-液分配柱层析
将两相溶剂中得一相涂覆在硅胶等多孔载体上,作为固定相填充在色谱管中,然后加入与固定相不相混溶得另一相溶剂(流动相)冲洗色谱柱。
原理: 分配层析
固定相载体:硅胶、硅藻土、纤维素粉等
1、正相分配层析
固定相:水、缓冲溶液
流动相:固定相饱与得氯仿、乙酸乙酯、正丁醇等弱极性有机溶剂
洗脱顺序:化合物极性由小到大依次溶出
应用:通常用于分离水溶性或极性较大得成分
2、反相分配层析(常用)
固定相:石蜡油、化学键合固定相(RP-18、RP-8、RP-2等)
流动相:水与甲醇或乙腈等强极性有机溶剂
洗脱顺序:化合物极性由大到小依次溶出
应用:适合于分离脂溶性或极性较小得化合物
3、加压液相层析
快速层析(flash chromatography)约2大气压
低压液相层析(LPLC)< 5大气压
中压液相层析(MPLC)> 5~20大气压
高压液相层析(HPLC)> 20大气压
粒径约小,分离效果越好,流速越慢,则加压增大效率,而分离规模逐步降低。
逆流层析法与液-液分配柱层析法得比较:
1)运作成本低
2)制备样品量大
3)不会产生不可逆吸附(因为没有固体载体)
凝胶过滤法
又称凝胶渗透层析、分子筛过滤、排阻层析。
(15)原理
分子大小不同,渗入凝胶颗粒内部得程度也不同。
越小越易进入,则路径越长。按照分子由大到小得顺序先后流出并分离。
Ve = K1– K2 lgM(Ve:洗脱体积,M:分子量)
(16)常用得凝胶种类及其性质
1、葡聚糖凝胶(Sephadex G):分子筛作用,如G-25(只适于水中应用)
2、羟丙基葡聚糖凝胶(Sephadex LH-20):分子筛作用、反相分配色谱(可使用极性有机溶剂)
膜分离技术
以选择型透过膜为分离介质,当膜两侧存在压力差、浓度差或电位差等时,组分选择性透过而达到分离目得。
包括微滤、超滤、纳滤与反渗透。
离子交换层析法
(17)原理
离子交换,利用大分子树脂网状结构内存在得交换基团而进行得交换性柱层析方法。
流动相为含水溶液,通过调整盐浓度、pH值进行洗脱。
(18)离子交换树脂得结构、性质及其分类
1、母核:苯乙烯-二乙烯苯
2、离子交换基团:
阳离子型:强酸型:-SO3-H
弱酸型:-COOH
阴离子型:强碱型:-N+-(CH3)3X-
弱碱型:-NH2、-NHR、-NRR’
(一般地,考虑到结合得可逆性等,用强酸/碱型分离弱碱/酸性化合物,弱酸/碱型分离强碱/酸性化合物)
3、影响离子交换得因素:溶液得酸碱度、对交换离子得选择性、被交换物质在溶液中得浓度、温度、溶剂、其她因素。
4、应用
用于不同电荷离子得分离,如水提取物中得酸性、碱性、两性化合物得分离;用于相同电荷离子得分离,如碱性大小不同得生物碱得分离。
天然产物结构研究法
1、结构研究主要内容与程序
(1)初步推断化合物结构类型
(2)测定分子式、计算不饱与度
(3)测定分子中含有得官能团,或结构片段,或基本骨架
(4)推断并确定分子得平面结构
(5)推断并确定分子得立体结构(构型、构象)
注意:文献检索、调研工作贯穿于结构研究得全过程
2、结构研究方法
(1)查阅文献
(2)化合物纯度得测定
1、外观:晶型与色泽
2、Mp(熔点)
3、TLC
(3)物理常数测定
(4)分子量得测定
1、经典方法
2、现代方法
HR-MS(EI-MS、FAB-MS、ESI/APCI-MS、TOF-MS) (5)分子式得测定
1、元素分析法
2、质谱法
HR-MS、同位素丰度法
3、1H-NMR、12C-NMR
(6)不饱与度得计算
Ω= IV – I/2 + III/2 + 1
(IV:四价原子数,I:一价原子数,III:三价原子数) (7)分子结构骨架得测定
1、专属性反应
2、植物亲缘相关性
3、光谱特性
4、部分合成
5、化学降解
(8)官能团得判断
1、化学法
2、光谱法
(9)光谱分析
糖与苷
1、糖类又称碳水化合物(carbohydrates),就是植物光合作用得初生产物,就是一类丰富得天然产物。
(糖类、核酸、蛋白质、脂质——生命活动所必需得四大类化合物。)
2、苷类(glycosides):由糖或糖得衍生物与另一非糖物质(苷元或配基,aglycone)通过糖得半缩醛或半缩酮羟基与苷元脱水形成得一类化合物。
3、分类
单糖:不能水解得最简单得多羟基类半缩醛(酮),就是组成糖类及其衍生物得基本结构单元,如葡萄糖等。
低聚糖:水解后生成2~9个单糖分子得糖,如蔗糖、麦芽糖。
多糖:水解后能生成多个单糖分子得糖类化合物,如淀粉、纤维素等。
4、差向异构——含两个或两个以上手性中心得化合物,当只有一个手性中心手性不同时,即为差向异构。
5、单糖得结构表示式
(1)单糖就是多羟基醛或酮,从三碳糖至八碳糖天然界都有存在。
以Fischer式表示,氧化态最高得碳在上、最低得碳在下(即氧化在上、还原在下)。
(2)单糖在水溶液中形成半缩醛环状结构,即成呋喃糖与吡喃糖。
具有六元环结构得糖——吡喃糖(pyranose)
具有五元环结构得糖——呋喃糖(furanose)
糖处游离状态时用Fischer式(横外竖内)表示,溶液中或苷化成环后用Haworth式(上左下右)表示。
(3)糖得相对构型(α、β)
端基碳(anomeric carbon):即原羰基碳;端基差向异构体:因端基碳上羟基取向而分为α、β异头碳。
Fischer式:C1-OH与原C5(六碳糖)或C4(五碳糖)-OH,同侧为α,异侧为β。
Haworth式:C1-OH与C5(六碳吡喃糖)C4(五碳呋喃糖)上取代基之间,同侧为β,异侧为α;与C4-OH(五碳吡喃糖或六碳酮糖)同侧为α,异侧为β。
(4)单糖得变旋光性
如普通得葡萄糖结晶主要就是α-型,α-型葡萄糖结晶溶于热得吡啶或冰醋酸后再次结晶析出时,可得到β-型葡萄糖。其在水溶液中相互转换,达到平衡。
(5)糖得绝对构型(D、L)
以α-OH甘油醛为标准,将单糖分子得编号最大得不对称碳原子得构型与甘油醛作比较而命名分子构型得方法: Fischer式中最后第二个碳原子上-OH向右得为D型,向左得为L型;Haworth式中C5-R向上为D型,向下为L型(六碳吡喃型)。
(6)α-L与β-D端基碳绝对构型一致,α-D与β-L端基碳绝对构型一致。
Xyl Rha Glc
O
C
CH 2OH
OH
H
CHO CHO
CH 2OH
CHO
CH 3CH 3
O α-OH甘油醛
D 型D-葡萄糖
L-鼠李糖
β-D-葡萄糖
α-L-鼠李糖
六碳醛糖与甲基五碳糖 O
CH 2OH
CHO
CH 2OH
O
CH 2OH
O R
R'
CHO
CH 2OH
O
OH OH
OH
D-木糖(D-Xylose,五碳糖) D-果糖(D-Fructose,六碳酮糖) D-半乳糖(D-Galactose)
(7)单糖得立体构象
1、椅式与船式——多为椅式
2、
C1:4C1,N ormal form;1C:1C4,A lternative form
Angyal用总自由能来分析构象式得稳定性,比较二种构象式得总自由能差值。差值大于0、7 kcal/mol时,能量低得就是优势构象;小于时,处于平衡状态。
3、含e键较多得构象即为优势构象。如Glc优势构象为C1,鼠李糖为1C。
横键(平伏键,equatorial bond):一般排斥较小,能量较低。
竖键(直立键,axial bond):一般能量相对较高。
6、糖类(糖匀体):均由糖组成得物质,如单糖、低聚糖、多糖等。
(1)单糖类(monosaccharide)
1、常见单糖(部分图见前)
木糖(Xyl)、葡萄糖(Glc)、果糖(Fru)、鼠李糖(Rha)、甘露糖(Man)、核糖(Rib)、半乳糖(Gal)、阿拉伯糖(Aba)。其中,甘露糖与葡萄糖在C2差向异构,半乳糖与葡萄糖在C4差向异构;山梨糖与果糖在C5差向异构;阿拉伯糖与木糖在C4位差向异构。
2、氨基糖(amino sugar)
单糖得伯或仲醇基置换成氨基得糖类。
天然氨基糖大多为2-氨基-2-去氧醛糖(葡萄糖胺),且主要存在于动物与微生物中。氨基糖苷类抗生素如庆大霉素、卡那霉素、链霉素等中含有氨基糖,糖部分对其药理作用具有明显得影响。
3、糖醇(-itol)
单糖得醛基或酮基还原成羟基后所得得多元醇。如D-山梨醇、D-木糖醇。
4、去氧糖(deoxysugar)
单糖分子得一个或二个羟基为氢原子代替得糖。
5、糖醛酸(-uronic acid)
单糖分子中伯醇基氧化成羧基得化合物。如葡萄糖醛酸、半乳糖醛酸。
(2)低聚糖类(oligosaccharides)
2~9个单糖基通过O苷键键合而成得直链或支链糖得聚糖。
1、分类
* 按含有单糖得个数分类:二糖、三糖、四糖等
* 按就是否含有游离醛基或酮基分类:还原糖(如麦芽糖)、非还原糖(如蔗糖)
2、命名
以末端糖(含游离端基碳)作为母体,除末端糖之外得糖作为糖基,并标明糖与糖得连接位置、成环形式与苷键构型等。
双糖表示方法:(a)母体结合碳位-O- α/β-D/L-单糖-D/L-母体;(b)α/β-D/L-单糖-(碳位→母体碳位)-D/L-母体
三糖以上采用方法(b),且单糖采用缩写,p表示吡喃糖,f表示呋喃糖。
3、环糊精(cyclodextrin)
由Bacillus macerans等菌产生得一种淀粉酶(cyclomaltodextrin glucano-transferase)得作用下,淀粉分解可生成一种由6~8个葡萄糖以α-1,4环状结合得结晶低聚物,称为Schardinger 糊精。包括α-环糊精(六糖)、β-环糊精(七糖,产量最大)、γ-环糊精(八糖)。其具有良好水溶性,内侧则具有疏水性,常用作药物包合剂等。
(3)多聚糖类(polysaccharide,-an)
由十个以上得单糖通过苷键连接而成得聚糖。
1、生物体内得功能
* 动植物得支持组织:纤维素、甲壳素等
* 动植物得贮存养料:淀粉、肝糖元等
2、类型
均多糖、杂多糖、复杂多糖
3、常见多糖
植物多糖:淀粉(直链/支链,α1→4,分支α1→6)、纤维素(β1→4)、果聚糖、树胶、粘液质、粘胶质等
动物多糖:糖原(与淀粉类似,聚合度大、分支度高)、甲壳素(β1→4)、肝素、硫酸软骨素、透明质酸等
7、苷类(配糖体/糖杂体,Glycosides)
糖与非糖(苷元)通过糖得端基碳原子连接而成得化合物(-oside,-in)。
(1)分类
1、按苷原子不同分类
氧苷、氮苷、硫苷、碳苷等。
2、按苷元不同分类
如黄酮苷、蒽醌苷、香豆素、强心苷、皂苷等
3、按苷键不同分类
醇苷:就是通过醇羟基与糖端基羟基脱水而成得苷。
酚苷:就是通过酚羟基与糖端基羟基脱水而成得苷。
酯苷(酰苷):苷元以-COOH与糖得端基碳相连接而成得苷。
氰苷:主要就是指一类α-羟腈得苷,如苦杏仁苷。
4、按端基碳构型分
α苷:多为L型,如鼠李糖苷
β苷:多为D型,如葡萄糖苷
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
6、按糖链个数分
1个位置成苷——单糖链苷
2个位置成苷——双糖链苷
7、按生物体内存在形式分
原级苷(原生苷)——在植物体内原存在得苷。
次级苷(次生苷)——原级苷水解掉一个糖或(苷元)结构发生改变。
(2)植物糖苷得重要特点
1、植物糖苷中最常见得组成单糖就是葡萄糖、鼠李糖、阿拉伯糖、木糖与半乳糖。
2、植物糖苷中得糖苷键均为1,2-反式糖苷键,强心苷中2-脱氧糖糖苷键例外。
3、皂苷得糖链最为复杂与多样,一个分子中可以带有三条糖链,糖链可以就是四糖、五糖或更长得寡糖;其次就是黄酮苷(包括花青素苷),其中三糖与四糖也较常出现。
4、其她植物糖苷中得糖链较为简单,如其她萜类(包括单萜、倍半萜、二萜、胡萝卜素等)、芥子素(硫苷)与氰苷等,有许多只含有一个单糖,且往往就是葡萄糖。
5、对于芳香类化合物,如黄酮、香豆素类与蒽醌等,既存在糖与酚羟基相连得O-糖苷,又存在糖与苯环碳相连得C-糖苷。
6、植物糖苷得糖链有时被一些酰基所修饰(复杂多糖)。
7、植物糖苷就是种属特异性得,因而可作为植物分类得参考。
8、植物糖苷得糖链就是苷元特异性得,反映了植物体内糖基转移酶对苷元得选择性。
9、一个植物糖苷可能存在于许多植物。
10、一种植物往往含有一系列得同种类型得糖苷,在结构上仅有微小差别。
(3)物理性质
1、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。
苷——亲水性(与连接糖得数目、位置有关)
苷元——亲脂性
2、味觉
单糖、低聚糖——甜味。
多糖——无甜味(随着糖得聚合度增高,甜味减小)
苷类——苦、甜等
3、旋光性
具有多个不对称碳原子(故具有旋光性),多数苷类呈左旋。
利用旋光性→测定苷键构型(即α、β苷键),如Klyne法:
将苷与苷元得分子旋光差与组成该苷得糖得一对甲苷得分子旋光度进行比较,数值上相接近得一个便就是与之有相同苷键得一个。
(4)化学性质
单糖得化学结构中所含活性基团:醛(酮)基、伯醇基、仲醇基、邻二醇基。
1、氧化反应
单糖分子中醛(酮)、伯醇、仲醇与邻二醇等结构,氧化条件不同其产物也不同。如:
(溴水可区分醛糖与酮糖)
化学反应得活泼性:端基碳原子 > 伯碳 > 仲碳
过碘酸反应——糖苷类与多元醇得结构研究(氧环大小、连接位置、羟基数目等)
主要作用于:邻二醇、α-氨基醇、α-羟基醛(酮)、α-羟基酸、邻二酮、酮酸与某些活性次甲基等结构。 (反应中形成五元环结构)
R
C
C R'
H H OH OH IO 4R-CHO
R'-CHO
-
+
C
C
C
H H OH OH H
OH
IO 4
R-CHO
R'-CHO
HCOOH
-2+
+
R
C
C R'H OH O
IO 4R-CHO
R'-COOH
-
+
C
C
H H NH 2OH IO 4R-CHO
R'-CHO
NH 3
-
+
+
C C O O
R R'
IO 4
R-COOH
R'-COOH
+
过碘酸反应必有邻二醇或相应结构(无则不反应); 有二氧化碳生成必有羧基; 有甲酸生成必有邻三醇结构; 有氨生成必有氨基; 有羧酸生成必有羰基。 反应特点:
① 反应定量进行(试剂与反应物基本就是1:1)。 ② 在水溶液中进行或有水溶液(否则不反应)。
③ 反应速度:顺式 > 反式(因顺式易形成环式中间体)。
④ 游离单糖,产物及消耗过碘酸用Fischer 式计算;成苷时,产物及消耗过碘酸用Haworth 式计算。
CH 2OH
CHO
Br 2 / H 2O
CH 2OH
COOH
稀HNO 3
COOH
COOH
⑤在异边而无扭转余地得邻二醇不起反应。
用途:通过测定HIO4得消耗量以及最终得降解产物
①推测糖中邻二羟基多少(如游离单糖,1邻二羟基结构消耗1HIO4);
②同一分子式得糖,推测就是吡喃糖还就是呋喃糖;
③推测低聚糖与多聚糖得聚合度;
④推测1,3连接还就是1,4连接(糖与糖连接得位置)。
2、糠醛形成反应
单糖在浓酸加热作用下,脱水生成呋喃环结构得糠醛衍生物。
糖显色反应:
* Molish试剂:浓H2SO4+ α-萘酚
* 邻苯二甲酸＋苯胺(色谱显色)
多糖等在浓酸作用下先水解在发生Molish反应。
3、羟基反应
糖得-OH反应——醚化、酯化与缩醛(酮)化、与硼酸得络合反应
反应活性:半缩醛羟基(C1-OH)＞伯醇基(C6-OH )＞C2-仲醇基＞其她仲醇基(伯醇因其处于末端,在空间上对反应有利,因此活性高于仲醇。)
* 环状结构中:横键羟基＞竖键羟基(横键位阻有利)
①甲醚化
* 判断反应就是否完全得方法:甲基化物可用红外光谱测试,直到无-OH吸收峰为止。
* 制备成甲苷:用限量试剂,即克分子比1:1时,可得甲苷。
如Haworth法(硫酸二甲酯,不常用)、Purdie法、Hakomori法(箱守法:样品+ DMSO + NaH + MeI →全甲基化,反应在非水溶剂即二甲基亚砜溶液中进行,反应一次即可)
②三苯甲醚化(可逆,可用于保护羟基)
③三甲硅醚化(可用于增大糖类挥发性,利于色谱分析)
④酰化反应(酯化反应)
羟基活性与甲基化反应相同。
利用酰化可判断糖上-OH数目、保护-OH,在分离、鉴定与糖化学合成等研究中经常使用。
⑤缩酮与缩醛化反应(保护游离羟基)
酮或醛在脱水剂如矿酸、无水ZnCl2、无水CuSO4等存在下,易与多元醇得二个有适当空间位置得羟基形成环状缩酮(ketal)或缩醛(acetal)。
酮类易与顺邻二-OH生成五元环状物;醛类易与1,3-双-OH生成六元环状物。如:
糖+ 丙酮→五元环缩酮(异丙叉衍生物)
糖+ 丙酮→五元环缩酮(双异丙叉衍生物)
当糖结构中无顺邻-OH时,则易转变为呋喃糖结构,再生成五元环状物(异丙叉衍生物)
糖+ 苯甲醛→六元环状缩醛(苯甲叉衍生物)
4、硼酸络合反应
糖得邻二羟基可与许多试剂生成络合物,借生成络合物得某些物理常数得改变,可有助于糖得分离、鉴定与构型推定。如硼酸络合物、钼酸络合物、铜氨离子络合物等,可用于离子交换、电泳等。
糖+ H3BO3(Lewis酸)→络合物(酸性增加、可离子化)
与溶液pH、化合物比例与结构等有关反应要求
开环化合物:
碳链上-OH越多,越易造成有利地位(顺邻二-OH)。
环上得二羟基:
芳环-OH——邻位易,间、对位次之;
五元、六元脂环——顺式邻二-OH易络合,反式邻二-OH不作用。
α-羟酸(HO-CH-COOH):可络合;β-羟酸(HO-CH-CH2-COOH):不作用。
糖与苷类化合物络合能力:呋喃糖苷＞单糖＞吡喃糖苷＞五碳醛糖＞六碳醛糖。
8、苷键得水解
研究苷类得化学结构,必须了解苷元结构、糖得组成、糖与糖得连接方式以及苷元与糖得连接方式、苷键得构型等。为此必先使用某种方法使苷键切断,按程度分为全裂解与部分裂解,常用方法有:酸催化水解反应、酸催化甲醇解反应、乙酰解反应、碱催化水解与β消除反应、酶催化水解反应、氧化开裂法(Smith降解法)。
(1)酸催化水解反应
苷键属于缩醛结构,易为稀酸催化水解。其机理就是苷原子先质子化,然后断键生成阳碳离子或半椅型得中间体,在水中溶剂化而成糖。
酸水解难易受到苷原子得电子云密度与空间位阻等得影响,其规律如下:
1、苷原子
酸水解由易到难:N-苷> O-苷> S-苷> C-苷,但N处于酰胺或嘧啶位置时,N-苷也难以进行酸水解。
2、糖基
呋喃糖苷较吡喃糖苷易水解(位阻与张力)
酮糖较醛糖易水解(空间位阻)
吡喃糖苷中,吡喃环C5上取代基越大越难水解,水解速度为:五碳糖>甲基五碳糖>六碳糖>七碳糖>糖醛酸(空间位阻)
C5上有-COOH取代时,最难水解(因诱导使苷原子电子密度降低)
各类取代糖水解速度为:2,6-二去氧糖> 2-去氧糖> 6-去氧糖> 2-羟基糖> 2-氨基糖(影响电子云密度)
3、苷元
芳香属苷较脂肪属苷易水解,如酚苷> 萜苷、甾苷(因芳香苷元部分有供电结构,而脂肪属苷元无)。
苷元为小基团时,苷键横键比竖键易水解(横键易质子化);苷元为大基团时,苷键竖键比横键易水解(苷得不稳定性促使其易水解)。
双相水解反应:苷元对酸不稳定得苷进行酸水解时,在酸水解反应液中加入与水不相混溶得有机溶剂,使水解后游离出来得苷元立即转溶于有机相中,以避免苷元与酸长时间接触而产生结构变化生成次生苷元。
酸水解反应得产物为游离糖,故不能确定糖在苷中得氧环大小。
(2)酸催化甲醇解反应
在酸得甲醇液中进行甲醇解,可生成一对保持原氧环大小得甲基糖苷异构体。可用于判断苷中糖得氧环大小。
(3)乙酰解反应(Acetolysis)
常用试剂:醋酐+ 酸(H2SO4、HClO4、CF3COOH或Lewis酸如ZnCl2、BF3等)
乙酰解反应与酸催化水解相似,以CH3CO+为进攻基团。反应条件较温与,一般就是在室温放置数天。可开裂部分苷键,易发生糖得端基异构化。反应产物为单糖、低聚糖、苷元得乙酰化衍生物。
1、苷键邻位有电负性强得基团(如环氧基、酰基)可使反应变慢。
2、β-苷键葡萄糖双糖得反应速度:(1→6)>>(1→4)>(1→3)>(1→2)
可用于决定糖与糖之间得连接位置,并增加了反应产物得脂溶性,还可保护苷元上得-OH,有利于提取、精制与鉴定等。
(4)碱催化水解与β消除反应
一般苷键对稀碱稳定,但某些特殊得苷如酯苷、酚苷、与羰基共轭得烯醇苷等易为碱水解,其中,C1-OH与C2-OH处于反式时较顺式易水解(邻基参与)。反式:水解产物为1,6-葡萄糖酐;顺式:水解产物为正常得糖。可利用水解产物判断苷键构型。
β-消除反应:苷键得β-位有吸电子基团者,使α-Η活化,在碱液中与苷键起消除反应而开裂。
在1→3或1→4连接得聚糖中,还原端得游离醛(或酮)得邻位氢活化而与3-O-或4-O-苷键起消除反应。这样碱能使多糖还原端得单糖逐个被剥落,对非还原端则无影响。
可从多糖剥落反应生成得糖酸了解还原糖得取代方式:
3-O-代得糖可形成——3-脱氧糖酸
4-O-代得糖可形成——3-脱氧-2-羟甲基糖酸
二个以上取代得还原糖——难生成糖酸
(5)酶催化水解反应
酶催化反应具有专属性高,条件温与得特点。
可用于获知苷键得构型,可获得保持苷元结构不变得真正苷元,还可以保留部分苷键得到次级苷或低聚糖, 以便获知苷元与糖、糖与糖之间连接方式。
常用得酶:
杏仁苷酶(emulsin)——β-六碳醛糖苷键
纤维素酶(cellulase)——β-D-葡萄糖苷键
麦芽糖酶(maltase)——α-D-葡萄糖苷键
蜗牛酶——β-苷键
转化糖酶(invertase)——β-果糖苷键
pH可影响酶水解反应,一般适宜pH为4~6。
在未损伤得植物组织中苷与水解酶就是分隔存在得,提取分离时应注意酶解。
(6)氧化开裂法(过碘酸裂解反应/Smith降解法)
试剂:过碘酸(HIO4)、四氢硼钠(NaBH4)、稀酸
此法不适用于苷元上也有1,2-二醇结构得苷类。
优点:①反应条件温与,可得到原苷元;②对苷元结构容易改变得苷以及C-苷得水解特别适宜(C苷用Smith裂解,获得得就是连有一个醛基得苷元R-CHO);③从降解产物,可推测糖得种类、糖与糖得连接方式、氧环得大小等。
如:1,2-苷Smith降解得到甘油X2,1,3-苷不反应,1,4-苷得到乙二醇+赤藓醇,1,6-苷得到甲酸+甘油+乙二醇。
9、糖与糖苷得提取分离
(1)常用提取方法
主要为溶剂提取法:水、稀醇(单糖、低聚糖、多糖)。
糖类得提取可根据它们对乙醇与水得溶解度不同,而采用冷热水、冷热稀醇等条件(多水提醇沉)。
苷类分子得极性随着糖基得增多而增大,可根据其极性大小,来选择相适应得溶剂。
(2)提取注意事项
新鲜材料中水解酶对糖及苷类得水解作用;提取溶剂得酸碱性而引起得糖及苷类得水解。
破坏或抑制植物体内酶得方法:
直接用沸水、甲醇或乙醇进行提取;
药材中加入一定量得碳酸钙拌与后再用沸水提取;
新鲜材料采集后迅速加热干燥或冻干处理后再提取。
(3)糖得分离:活性炭柱色谱、纤维素色谱、离子交换柱色谱、凝胶柱色谱、季铵氢氧化物沉淀法、分级沉淀或分级溶解法、蛋白质除去法。
(4)活性炭柱色谱
用途:分离水溶性物质较好,如氨基酸、糖类及某些苷类。
特点:上样量大,分离效果较好,适合大量制备;适用范围广(不同聚合度得低聚糖之间得分离,相同聚合度得不同寡糖之间得分离,混合糖、糖酸、糖醇、糖得乙酸酯、氨基低聚糖、糖得甲基醚得分离);来源容易,价廉;无测定其吸附力级别得理想方法。
分类:粉末状活性炭、颗粒状活性炭、锦纶-活性炭。
吸附规律:
对分子量大得化合物吸附力大于分子量小得化合物,即多糖>单糖
活性炭在水溶液中得吸附力最强,在有机溶剂中吸附力较弱。
按H2O、10%、20%、30%、50%、70%乙醇液梯度洗脱顺序:无机盐、单糖等→二糖→三糖→寡聚糖
预处理:
目得——除去混杂得金属离子,使活力增强。
一般预处理加热除去大多数被吸附得气体
(5)纤维素色谱(多糖得分离)
原理:吸附层析、分配层析。
溶剂系统:水与不同浓度得乙醇水溶液、丙酮、水饱与得正丁醇等
流出顺序:水溶性大得先流出,水溶性差得后出柱。
(6)离子交换柱色谱
离子交换剂对多糖得吸附力与多糖结构有关:酸性基团越多、线型分子分子量越大、分支越少,吸附力越大。
应用:除水提液中得酸、碱性成分与无机离子;酸性、中性、粘多糖得分离。(分离酸性多糖用相同pH不同离子强度得缓冲液洗脱,分离中性多糖用不同浓度硼酸溶液洗脱)
常用离子交换树脂
①离子交换纤维素树脂
阳离子型:CM-Cellulose,P-Cellulose,SE-Cellulose等
阴离子型:DEAE- Cellulose,ECTEOLA- Cellulose等
②硼酸处理得强碱性阴离子交换树脂
(7)凝胶柱色谱
可将多糖按照分子大小与形状得不同分离开,但不适于粘多糖分离。
常用商品名称及型号:葡聚糖凝胶(Sephadex-G)、琼脂糖凝胶(Sepharose,Bio-Gel A)、聚丙烯酰胺凝胶(Bio-Gel P)、羟丙基交联葡聚糖凝胶(Sephadex LH-20,亲脂性,可在有机溶剂中进行分离得分子筛)。除Sephadex LH外,均在H2O中进行,且吸水越多孔径越大。
洗脱溶剂得选择:
分离中性物质——水及电解质溶液(酸、碱、盐溶液及缓冲液,离子强度≥0、02)
天然药物化学 总论 1、主要生物合成途径 醋酸——丙二酸（AA-MA）：脂肪酸、酚类、蒽酮类 脂肪酸：碳链奇数：丙酰辅酶A、支链：异丁酰辅酶A、α-甲基丁酰辅酶A、甲基丙二酸单酰辅酶A、碳链偶数：乙酰辅酶A 甲戊二羟酸途径（MVA） 桂皮酸途径和莽草酸途径 氨基酸途径 复合途径 2、分配系数：两种相互不能任意混溶的溶剂 K=C U/C L（C U溶质在上相溶剂的浓度、C L溶质在下相溶剂的浓度） 3、分离难易度：A、B两种溶质在同一溶剂系统中分配系数的比值 β=K A/K B（β>100一次萃取分离；10<β<100萃取10-12次；β<2一百以上；β=1不能分离） 4、分配比与PHPH=pKa+lg[A-]/[HA](pKa=[A-][H3O+]/[HA]) 当PH<3酸性物质为非解离状态[HA]，碱性物质为解离状态[BH+] 当PH>12酸性物质为解离状态[A-]，碱性物质非解离状态[B] 5、离子交换树脂 阳离子交换树脂：交换出阳离子，交换碱性物质 阴离子交换树脂：交换出阴离子，交换酸性物质 糖和苷 1、几种糖的写法： D-木糖（Xyl）、D-葡萄糖（Glc）、D-甘露糖（Man）、D-半乳糖（Gal）、D-果糖（Flu）、L-鼠李糖（Rha） 2、还原糖：具有游离醛基或酮基的糖 非还原糖：不具有游离醛基或酮基的糖 3、样品鉴别：样品+浓H2SO4+α-萘酚—→棕色环 4、羟基反应： 醚化反应（甲醚化）：Haworth法—可以全甲基话、Purdic法—不能用于还原糖、Kuhn 法—可以部分甲基化、箱守法—可以全甲基化、反应在非水溶液中5、酸水解难易程度：N>O>S>C 芳香属苷较脂肪属苷易水解：酚苷>萜苷、甾苷 有氨基酸取代的糖较-OH糖难水解，-OH糖较去氧糖难水解 （2，6二去氧糖>2-去氧糖>3-去氧糖>羟基糖>2-氨基糖）易→难 呋喃糖苷较吡喃糖苷易水解 酮糖较醛糖易水解 吡喃糖苷中：C5取代基越大越难水解（五碳糖>甲基五碳糖>六碳糖>七碳糖） C5上有-COOH取代时最难水解 在构象中相同的糖中：a键（竖键）-OH多则易水解 苷元为小基团—苷键横键比竖键易水解；即e>a 苷元为大基团—苷键竖键比横键易水解；即a>e 6、smith降解（过碘酸反应）：Na2SO4、NaBH4，易得到苷元（人参皂苷—原人参二醇） 7、乙酰解反应：β-苷键的葡萄糖双糖的反应速率（乙酰解反应的易难程度） （1——6）》（1——4）》（1——3）》（1——2）这一页空白没用的，请掠过
天然药物化学总结 绪论 1、天然药物化学就是运用现代科学理论与方法研究天然药物中化学成分得一门学科。 研究内容:各类天然药物化学成分(主要就是生理活性成分或药效成分)得结构特点、物理化学性质、提取分离纯化方法、结构鉴定、生物合成途径。 2、天然药物:指人类在自然界中发现并可直接供药用得植物、动物、矿物、海洋生物、微生物等,以及基本不改变其药理化学属性得加工品。 3、 (1)一次代谢产物(primary metabolites):糖类、脂质、蛋白质、核酸等对机体生命活动来说不可缺少得物质,普遍存在于动物、植物及微生物中。 (2)二次代谢产物(secondary metabolites):某个属、种或系统得生物所特有得,主要在植物、微生物中比较常见得物质。这类化合物结构富于变化,多数具有明显得生理活性。如生物碱、黄酮类、苷(甙)类、醌类、萜类、挥发油、苯丙素类、甾体类、鞣质、树脂、色素等。 4、天然药物得化学成分 特点:(1)化学成分复杂;(2)具有多种临床用途。 分类: (1)有效成分(Active Constituents):经过不同程度得药效试验或生物活性试验,包括体外与体内试验,证明对机体具有一定生理活性得成分。 一般就是单体化合物:1、能用分子式与结构式表示;2、具有一定得理化常数;3、具有一定得生理活性。 (2)有效部位(Active Extracts):指具有生理活性得多种化学成分得混合物。 (3)无效成分:与有效成分共存得无生理活性得其它成分。 (4)有毒成分 生物合成 1、聚酮类化合物可根据分子结构中醋酸单位(C2单位)得数目进行命名,如聚庚酮类、聚己酮类等。 2、氨基酸途径作为前体得氨基酸: (1)脂肪族:鸟氨酸、赖氨酸(α-酮酸还原氨化生成) (2)芳香族:苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸(莽草酸途径生成) 3、复合途径: (1)一个化合物分子有来自2个或2个以上不同生物合成途径得单元。常见有: 1、醋酸-丙二酸-莽草酸途径 2、醋酸-丙二酸-甲戊二羟酸途径 3、氨基酸-甲戊二羟酸途径 4、氨基酸-醋酸-丙二酸途径 5、氨基酸-莽草酸途径 (2)一个化合物分子在不同植物中有不同得生物合成途径。 4、基本途径
天然药物化学重点总结 1、主要生物合成途径 醋酸——丙二酸（AA-MA）：脂肪酸、酚类、蒽酮类 脂肪酸：碳链奇数：丙酰辅酶A、支链：异丁酰辅酶A、α-甲基丁酰辅酶A、甲基丙二酸单酰辅酶A、碳链偶数：乙酰辅酶A 甲戊二羟酸途径（MVA） 桂皮酸途径和莽草酸途径 氨基酸途径 复合途径 2、分配系数：两种相互不能任意混溶的溶剂 K=C/ C（C 溶质在上相溶剂的浓度、C溶质在下相溶剂的浓度） UL UL3、分离难易度：A、B两种溶质在同一溶剂系统中分配系数的比值β=K/K （β>100一次萃取分离；10<β<100萃取10-12次；β<2一百以上；β=1不能分离） AB --+4、分配比与PHPH=pKa+lg[A]/[HA](pKa=[A][HO]/[HA]) 3 5、离子交换树脂 阳离子交换树脂：交换出阳离子，交换碱性物质 阴离子交换树脂：交换出阴离子，交换酸性物质 1、几种糖的写法： D-木糖（Xyl）、D-葡萄糖（Glc）、D-甘露糖（Man）、D-半乳糖（Gal）、D-果糖（Flu）、 L-鼠李糖（Rha） 2、还原糖：具有游离醛基或酮基的糖 非还原糖：不具有游离醛基或酮基的糖
3、样品鉴别：样品+浓HSO+α-萘酚—?棕色环 24 4、羟基反应： 醚化反应（甲醚化）：Haworth法—可以全甲基话、Purdic法—不能用于还原糖、Kuhn 法—可以部分甲基化、箱守法—可以全甲基化、反应在非水溶液中 5、酸水解难易程度：N>O>S>C 芳香属苷较脂肪属苷易水解：酚苷>萜苷、甾苷 有氨基酸取代的糖较-OH糖难水解，-OH糖较去氧糖难水解 （2，6二去氧糖>2-去氧糖>3-去氧糖>羟基糖>2-氨基糖）易?难 呋喃糖苷较吡喃糖苷易水解 酮糖较醛糖易水解 吡喃糖苷中：C取代基越大越难水解（五碳糖>甲基五碳糖>六碳糖>七碳糖） 5 C上有-COOH取代时最难水解 5 在构象中相同的糖中：a键（竖键）-OH多则易水解 苷元为小基团—苷键横键比竖键易水解；即e>a 苷元为大基团—苷键竖键比横键易水解；即a>e 6、 smith降解（过碘酸反应）：NaSO、NaBH，易得到苷元（人参皂苷—原人参二醇） 244 7、乙酰解反应：β-苷键的葡萄糖双糖的反应速率（乙酰解反应的易难程 度） （1——6）》（1——4）》（1——3）》（1——2） 8、提取方法：水提醇沉、热水提冷水沉 1、生物碱：生物碱是含负氧化态氮原子、存在于生物有机体的环状化合物。 2、前体：鸟氨酸、赖氨酸、（脂肪族）、苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸（芳香族）
天然药物化学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 1、溶剂提取法的基本原理：是根据 “相似者相溶”这一原理进行的，通过选择适当溶剂和方法将中药中的化学成分从药材中提取出来，溶剂法提取中药有效成分常用的方法，如浸渍法、渗漉法、煎煮法、回流提取法、连续回流提取法 2、根据物质在两相溶剂中的分配比不同进行分离： 。 3、根据物质的吸附性差别进行分离 4、根据物质分子大小差别进行分离：①分离天然化合物常用的方法有凝胶过滤法和膜分离技术；②常用的凝胶有葡聚糖凝胶 和羟丙基葡聚糖凝胶 5、根据物质解离程度不同进行分离： 2、糖的化学性质；氧化反应；糠醛形成反应（Molish 反应）；羟基反应：醚化反应（甲基化）、酰化反应（酯化反应）、缩酮和缩醛化反应；羰基反应；和硼酸络合反应。 1、糖的提取分离②分离：活性炭柱色谱、 。 2、糖的鉴定和糖链结构的测定 。 1.苯丙素定义：一类含有一个或几个C6-C3单位的天然成分。 1.香豆素的基本母核：香豆素（香豆精）是具有苯并 -吡喃酮母核的一类化合物的总称。环上常有-OH 、OCH 3、异戊烯基等取代基。 (1).简单香豆素类 (2).呋喃香豆素类(furocoumarins)(线型和角型)(3).吡喃香豆素类(pyranocoumarins) (线型和角型) 4.香豆素类化合物的提取分离 (1).提取 O O 2 3456 788a 4a 回收溶剂加水 苯 EtOH O O H 3CO OCH 3O
(2).分离 主要包括：酸碱分离法，色谱方法等。 5.香豆素类化合物的结构鉴定 (1).核磁法鉴定香豆素结构的意义：结构新颖的香豆素化合物不仅为创制新药提供了先导化合物，还为设计药效高、毒性低的理想药物提供了独特的化学结构,而核磁谱提供的信息是化合物结构鉴别的主要依据。 3.提取分离(1).提取：多用乙醇或丙酮等提取后，再用极性较小的溶剂如：乙醚、氯仿等进行萃取。(2).分离：色谱法、溶剂萃取法、分级沉淀法、重结晶法. 4.结构鉴定(1).化学法：水解反应、氧化反应。(2).光谱法：目前多用1H-NMR 和13C-NMR 谱。 指醌类或容易转变为具有醌类性质的化合物，以及在生物合成方面与醌类有密切联系的化合物。 天然界得到的几乎均为α-萘醌类。 （四）蒽醌类(anthraquinones) α位—— 1，4，5，8 β位—— 2，3，6，7 meso （中位）—— 9，10 依据其还原程度的不同，将其分成以下三类： 1.蒽醌衍生物根据-OH 在母核上分布的位置不同分两类： （1）大黄素型（-OH 在羰基的两侧）（2）茜草素型（-OH 在一侧苯环上） 2.蒽酚（或蒽酮）衍生物3.二蒽酮类衍生物 1.性状颜色—— 无Ar-OH 近乎于无色，助色团越多，颜色越深。3.挥发性小分子的苯醌、萘醌类具有挥发性，能随水蒸气蒸馏，可据此进行提取、精制工作。4.升华性游离的醌类多具有升华性，蒽衍生物在常压下加热即能长华。 1.酸性醌类多具有Ar-OH 的存在，故显酸性，易溶于碱水中，加酸酸化时又可重新沉淀析 出——用于碱提酸沉 O 1 2 34 5 6 78 9a 8a 4a 10a 910
天然药物化学的提取方法： 1.有效成分：具有一定生物活性的化合物 单体化合物：1）能用分子式和结构式表示 2）具有一定的理化常数 3）具有生物活性 2.有效部位：指具有生物活性的有效部位 3.无效成分：与有效成分共存的其他成分 糖类化合物 一、单糖的立体化学 1.最简单的醛糖是甘油醛；最简单的酮糖是二羟基丙酮 2.单糖的结构表示方法： ①Fischer投影式：距离羰基最远的手性碳原子上的羟基在右侧的为D型糖；羟基在左侧 的称为L型糖（环状：C5上的取代基向上为D型） ②Haworth透视式： ?端基差向异构体：只有手性碳原子相反，其他结构相同。有α型和β型 ?C1上的取代基和端基取代基同在上面或者同在下面的为β型 ?优势构象式：椅式比船式稳定 二、糖的分类 1.分为：单糖，低聚糖和多糖 2.单糖是多羟基醛或酮类化合物（C3~C8），多以结合态存在其中五碳糖和六碳糖最常见 3.单糖分类： ①五碳醛糖：L-阿拉伯糖
②六碳醛糖：D-葡萄糖 ③六碳酮糖：D-果糖 ④去氧糖：甲基五碳糖（6-去氧糖）；单糖分子的一个或两个羟基被氢原子取代的糖 ⑤糖醛酸：葡萄糖醛酸；单糖分子中的伯醇（两个氢）羟基氧化成羧基（C6） ⑥支链碳糖：D-芹糖；D-金缕梅糖 ⑦氨基糖：庆大霉素；单糖的一个或几个醇羟基置换成氨基 ⑧单糖的衍生物： 糖醇：D-山梨醇；L-卫矛醇；单糖的醛基或酮基被还原成羟基 环醇：肌醇；环状的多羟基化合物 4.低聚糖（寡糖）：由2~9个单糖通过苷键键合而成的直链或支链的聚糖称低聚糖。具有游离醛基或酮基的为还原糖。蔗糖没有还原性 5.多糖：是由10个以上的单糖基通过苷键连接而成。聚合度都在100以上至几千。无甜味，非还原性。如，淀粉，肝糖原 6.水不溶的，直糖链型，主要形成动植物的支持组织。如纤维素，甲壳素 溶于热水，形成胶体溶液，多支链型，动植物的贮存养料 三、糖的理化性质 物性： 1.单糖，低聚糖：羟基多，极性大，易溶于水。难溶于低极性的有机溶剂，呈晶形，有甜味。 2.多糖：多为无定形粉末，无甜味，一般不具还原性，有旋光活性，可水解成单糖，在水中的溶解度常随分子量的增加而降低 3.旋光性：右旋性
第一章总论 天然药物化学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。其研究内容包括各类天然药物的化学成分（主要是生理活性成分或药效成分）的结构特点、物理化学性质、提取分离方法以及主要类型化学成分的结构鉴定等。 一.中草药有效成分的提取 从药材中提取天然活性成分的方法有溶剂法、水蒸气蒸馏法及升华法等。 ●溶剂提取法的原理：溶剂提取法是根据“相似相容”原理进行的，通过选择适当溶剂将中药中的化学成分从药材中提取出来的一种方法。（考试时请这样回答哦！） ＊常用溶剂极性有弱到强排列：石油醚＜环己烷＜苯＜乙醚＜氯仿＜醋酸乙酯＜正丁醇＜丙酮＜乙醇＜甲醇＜水（丙酮，乙醇，甲醇能够和水任意比例混合。） ＊常用溶剂的性质：亲脂性有机溶剂、亲水性有机溶剂、水 ＊一般情况下，分子较小，结构中极性基团较多的物质亲水性较强。而分子较大，结构上极性基团少的物质则亲脂性较强。 ●天然药物中各类成分的极性 ·多糖、氨基酸等成分极性较大，易溶于水及含水醇中； ·鞣质是多羟基衍生物，列为亲水性化合物； ·苷类的分子中结合有糖分子，羟基数目多，能表现强亲水性； ·生物碱盐，能够离子化，加大了极性，就变成了亲水性化合物； ·萜类、甾体等脂环类及芳香类化合物因为极性较小，易溶于氯仿、乙醚等亲脂性溶剂中； ·油脂、挥发油、蜡、脂溶性色素都是强亲脂性成分，易溶于石油醚等强亲脂性溶剂中 总之，天然化合物在溶剂中的溶解遵循“相似相溶”规律。即极性化合物易溶于极性溶剂，非极性化合物易溶于非极性溶剂，分子量太大的化合物往往不溶于任何溶剂。 溶剂提取法的关键是选择适宜的溶剂(选择溶剂依据:根据溶剂的极性和被提取成分及其共存杂质的性质，决定选择何种溶剂)(各溶剂法分类见《天然药物化学辅导教材》P5) （三）水蒸气蒸馏法 只适用于具有挥发性、能随水蒸气蒸馏而不被破坏，与水不发生反应，且难溶或不溶于水的成分的提取。天然药物中的挥发油、某些小分子生物碱如麻黄碱、烟碱、槟榔碱以及某些小分子的酚性物质如牡丹酚等的提取可采用水蒸气蒸馏法。 （四）升华法 某些固体物质如水杨酸、苯甲酸、樟脑等受热在低于其熔点的温度下，不经过熔化就可直接转化为蒸气，蒸气遇冷后又凝结成固体称为升华。天然药物中有一些成分具有升华性质，能利用升华法直接中药材中提取出来。但天然药物成分一般可升华的很少。 果蔬脱水新技术实质上升华脱水法。 （五）超临界二氧化碳流体萃取法（了解部分，见《天然药物化学辅导教材》P6） 三、中草药有效成分的分离与精制 (一) 根据物质溶解度不同进行分离 1. 原理: 相似相溶 2. 方法: 结晶法、试剂沉淀法、酸碱沉淀法、铅盐沉淀法、盐析法 (二) 根据物质分配系数的不同进行分离 K = CU / CL（CU：上相，CL：下相），K值与萃取次数成反比，即K值越大，萃取次数越少，反之越多。 ⑴分配系数（K值）与萃取次数的关系 原理: 利用物质在两种互不相溶的溶剂中的分配系数的不同达到分离。 分配系数K值:一种溶质在两相溶剂中的分配比。K值在一定的温度和压力下为一常数。 ⑵分离因子（β值）与分离难易的关系 分离因子β：两种溶质在同一溶剂系统中分配系数的比值。b = KA / KB (KA>KB) b值越大，越易分离； b =1时，无法分离。 ⑶酸碱度（pH值）对分配比的影响 溶剂系统PH的变化影响酸性、碱性、及两性有机化合物的存在状态（游离型或离解型），从而影响在溶剂系统中的分配比。（游离型------极性小的溶剂；离解型-------极性大的溶剂） ◆PH<3，酸性物质多呈游离型（HA）、碱性物质则呈离解型（BH+）； ◆ PH>12，酸性物质呈离解型（A－）、碱性物质以游离型（B）存在。 【纸色谱法 PC】（以滤纸纤维为惰性载体的平面色谱） 支持剂：纤维素（滤纸）固定相：纤维素上吸附的水(20-25%) 展开剂：与水不相混溶的有机溶剂或水饱和的有机溶剂 Rf值： A、物质极性大， Rf值小； B、物质极性小， Rf值大。 应用：适合于分离亲水性较强的物质。 【液-液分配柱色谱法】（固定相主要为化学键合）
天然药物化学重点知识点归纳总结天然药物化学考试方向 第一单元总论 单元细目要点 一、总论 1.绪论天然药物化学研究内容及其在药学事业中的地位 2.提取方法 （1）溶剂提取法 （2）水蒸气蒸馏法 （3）升华法 3.分离与精制方法 （1）溶剂萃取法的原理及应用 （2）沉淀法的原理及应用 一、绪论 1.天然药物化学的基本含义及研究内容 有效成分：具有生理活性、能够防病治病的单体物质。 有效部位：具有生理活性的多种成分的组合物。 2.天然药物来源 包括植物、动物、矿物和微生物，并以植物为主，种类繁多。 3.天然药物化学在药学事业中的地位 （1）提供化学药物的先导化合物； （2）探讨中药治病的物质基础； （3）为中药炮制的现代科学研究奠定基础； （4）为中药、中药制剂的质量控制提供依据； （5）开辟药源、创制新药。 二、中草药有效成分的提取方法 溶剂提取法（★★）
1.溶剂选择 1）常用的提取溶剂： 亲脂性有机溶剂、亲水性有机溶剂和水。 常用中药成分提取的溶剂按极性由强到弱的顺序： 水＞甲醇>乙醇＞丙酮＞正丁醇＞乙酸乙酯＞二氯甲烷＞乙醚＞氯仿＞苯＞石油醚 巧记：水、甲乙丙丁蠢、只玩乙醚，仿苯室友 2）各类溶剂所能溶解的成分（相似相溶原理） 溶剂 类别 可溶类型 具体类型 水 最安全，极性最强 能溶于水 氨基酸、蛋白质、糖类、生物碱盐、 有机酸盐、无机盐 甲醇（毒）、乙醇、丙酮 亲水性有机溶剂 大极性的成分 苷类、生物碱、鞣质及极性大的苷 元 正丁醇、乙酸乙酯、二氯甲烷、乙醚、氯仿、苯、石油醚 亲脂性有机溶剂 中等极性和小极性 生物碱、有机酸、蒽醌、黄酮、香豆素、强心苷 石油醚常用于脱脂，即通过溶解油脂、蜡、叶绿素小极性成分而将其与其他成分分开； 正丁醇是能与水分层的极性最大的有机溶剂，常用来从水溶液中萃取极性较大的苷类（皂苷）化合物。 溶剂提取方法 加热 提取溶 剂 特点 浸渍法 不 水或其 他 提取时间长，效率不高 渗漉法 不 水或醇 溶剂消耗量大，费时长 煎煮法 加 水 含挥发性成分及加热易破坏的成分不宜使用 回流提取法 加 有机溶剂 对热不稳定的成分不宜用此法，且消耗溶剂量大，操作麻烦 连续回流提取法 加 有机溶剂 在实验室连续回流提取常采用索氏提取器或连续回流装置 超临界流体萃取法：物质在临界温度和临界压力以上状态时常为单一相态，此单一相态称为超临界流体。 常用的超临界流体是CO 2，常用的夹带剂是乙醇。优点是提取物中不残留溶剂，适于对热不稳定成分的提取。 超声波提取技术：造成植物细胞壁及组织的瞬间破裂，加速有效成分溶解于溶剂。不改变有效成分的结构，缩短了时间，是一种快速、高效的提取方法。
天然药物化学总结归纳 第一节总论 一、绪论 1.天然药物化学研究容:结构特点、理化性质、提取分离方法及结构鉴定 ⑴有效部位：具有生理活性的多种成分的组合物。 ⑵有效成分：具有生理活性、能够防病治病的单体物质。 2.天然药物来源：植物、动物、矿物和微生物，并以植物为主。 3.天然药物化学在药学事业中的地位： ⑴提供化学药物的先导化合物； ⑵探讨中药治病的物质基础； ⑶为中药炮制的现代科学研究奠定基础； ⑷为中药、中药制剂的质量控制提供依据； ⑸开辟药源、创制新药。 二、中草药有效成分的提取方法 1.溶剂提取法：据天然产物中各成分的溶解性能，选用对需要的成分溶解度大而对其他成分溶解度小的溶剂, ⑴常用的提取溶剂： 各种极性由小到大的顺序如下： 石油醚﹤苯﹤氯仿﹤乙醚﹤二氯甲烷﹤乙酸乙酯﹤正丁醇﹤丙酮﹤乙醇﹤甲醇﹤水 亲脂性有机溶剂亲水性有机溶剂 ⑵各类溶剂所能溶解的成分： 1）水：氨基酸、蛋白质、糖类、生物碱盐、有机酸盐、无机盐等 2）甲醇、乙醇、丙酮：苷类、生物碱、鞣质等极性化合物 3）氯仿、乙酸乙酯：游离生物碱、有机酸、蒽醌、黄酮、香豆素的苷元等中等极性化合物 石油醚：脱脂，溶解油脂、蜡、叶绿素等小极性成分；正丁醇：苷类化合物。 ⑶溶剂提取的操作方法： 1）浸渍法：遇热不稳定有效成分，出膏率低，（水为溶剂需加入适当的防腐剂） 2）渗漉法： 3）煎煮法：不宜提取挥发性成分或热敏性成分。（水为溶剂） 4）回流提取法：不适合热敏成分；（乙醇、氯仿为溶剂） 5）连续回流提取法：不适合热敏性成分。 6）超临界流体萃取技术：适于热敏性成分的提取。超临界流体：二氧化碳；夹带剂：乙醇； 7）超声波提取技术：适用于各种溶剂的提取，也适用于遇热不稳定成分的提取 2.水蒸气蒸馏法：挥发性、能随水蒸气蒸馏且不被破坏的成分。（挥发油的提取。） 3.升华法：具有升华性的成分（茶叶中的咖啡因、樟木中的樟脑） 三、中草药有效成分的分离与精制 1.溶剂萃取法: ⑴正丁醇-水萃取法使皂苷转移至正丁醇层（人参皂苷溶在正丁醇层，水溶性杂质在水层）。 ⑵乙酸乙酯-水萃取法使黄酮苷元转移至乙酸乙酯层 2.沉淀法: ⑴溶剂沉淀法： 1）水／醇法：多糖、蛋白质等水溶性大分子被沉淀； 2）醇／水法：除去树脂、叶绿素等脂溶性杂质。 ⑵酸碱沉淀法： 1）碱提取酸沉淀法:黄酮、蒽醌、有机酸等酸性成分。 2）酸提取碱沉淀法:生物碱。 ⑶盐析法：三颗针中提取小檗碱就是加入氯化钠促使其生成盐酸小檗碱而析出沉淀的。 第二节苷类 1.定义：苷类（又称配糖体）：是指糖或糖的衍生物端基碳原子上的羟基与非糖物质脱水缩合而形成的一类化合物。
天然药物化学重点知识总结 天然药物是一种众所周知的药物来源，这些物质通常被提取自天然资源如植物、菌类、海洋生物和动物等。这篇文章将介绍天然药物的相关知识，从它的来源、化学、治疗疾病的方式到安全性等方面深入探讨。 天然药物的来源 天然药物源于自然界的有机物，通常是由植物、菌类、动物或海洋生物等生物制造的化合物。 最早的药物来源于植物，因此植物提取物是天然药物的最主要来源。其中，中药是以草药为主的，而西药则使用较多的是作为草药基础的植物部位如根、叶、花和种子等。 菌类是另一个重要的天然药物来源。很多药物，如抗生素和抗真菌药等，是从真菌中提取的。 动物提取物在治疗某些病例中也有很大的作用。许多动物（如蛇、海藻、蜥蜴和昆虫）自身就具有治疗特性，适当提取这些成分可以用于治疗人类疾病。例如，从蚕丝中提取的“蚕丝胶”在医学上有着广泛的应用，可以（口服或局部外用）治疗疾病如骨伤、肺病和皮肤炎症等。再比如，从蝎子中提取的毒液可以用于治疗癫痫、狂犬病和脑动脉瘤、肿瘤等。 海洋生物也能成为天然药物的来源，赤根草就是其中的代表之一。具体使用方法包括：草叶水提取后可以口服或者外用，或
者直接将新鲜赤根草研成泥面制备软膏，用于治疗各种皮肤炎症。 化学成分 天然药物提取物中包含大量化学成分。虽然它们通常被称为“天然”药物，但很重要的一点是它们的化学成分和浓度多不相同。 植物中的化学成分包括挥发油、萜类化合物、生物碱、黄酮类，多糖等。不同植物提取物的成分及其浓度都不尽相同，这也就解释了为什么同中草药不同提取方法不能共用，以及为什么同植物生产的提取物也有很大的差异。 菌类、海洋生物和动物中的化学成分也类似，包括抗生素、抗病毒化合物、脂肪、维生素和矿物质等。 天然药物治疗疾病的方式 天然药物广泛应用于治疗多种疾病，如抗菌药物、抗癌药物、保健品和治疗心血管疾病等。因为它们的化学成分有一定的生物活性，可以在机体内发挥治疗效果。 例如，许多植物精油具有抗菌或抗真菌作用，可以用于治疗感染。葡萄糖胺也是一种天然药物，它可以用于治疗关节炎等。 此外，天然药物还被广泛用于保健中。例如，绿茶、鱼油和葡萄籽提取物等被认为具有抗氧化作用，可能可以预防一些慢性
天然药物化学总结 第一章“总论”小结 第一节 绪论：要求掌握天然药物化学的概念，天然药物化学的研究内容。 一、天然药物化学(natural pharmaceutical chemistry)： 是运用现代科学理论、方法与技术，研究天然药物中化学成分的一门实验学科。 二、研究内容： 各类天然药物中具有生物活性或具有防病治病作用的化学成分即有效成分的结构特征、理化性质、提取分离方法、结构测定，及生物合成途径和必要的化学结构修饰或改造。 结构特征：每类成分所具有的结构的一些特点 理化性质：溶解度、极性、酸碱性，鉴别反应等 有效成分提取分离方法： 提取方法：溶剂法、水蒸气蒸馏法、升华法等 分离方法：萃取、pH 梯度萃取法、色谱法等 有效成分的结构鉴定： 理化方法：颜色反应、理化常数衍生物制备 波谱法：UV 、IR 、NMR 、MS 等 第二节 生物合成：要求熟悉天然药物化学成分的主要的生物合成途径. 主要的生物合成途径 1、醋酸-丙二酸途径（acetate-malonate pathway, AA-MA 途径） 以乙酰辅酶A 、丙酰辅酶A 、异丁酰辅酶A 等为起始物，丙二酸单酰辅酶A 起到延伸碳链的作用。这一途径主要生成脂肪酸类、酚类、醌类、聚酮类等化合物。 醌类和聚酮类化合物合成示意图： 上述多酮环合则生成各种醌类化合物或聚酮类化合物。 2、甲戊二羟酸途径（mevalonic acid pathway, MV A 途径） 该途径由乙酰辅酶A 出发，生成甲戊二羟酸，再进一步生成：焦磷酸二甲烯丙酯（DAPP ）、焦磷酸异戊烯酯(IPP)等异戊烯基单位, 经过互相连接以及氧化、还原、脱羧、环合或重排等反应，最后生成具有C5单位（异戊烯基单位）的化合物，如萜类及甾体化合物就是通过这个途径生成的。 起始物质为MV A ，在A TP 作用下，按如下路线合成。 CH 3CO SCoA 3COOH CH 2CO SCoA CH 3CO CH 2CO CH 2CO CH 2CO Enz 乙酰辅酶A 丙二酸单酰辅酶 A 2ADP O P 2O 5H 2O P 2O 5H 22O 5H 2甲戊二羟酸（MVA ）甲戊二羟酸-5-焦磷酸 焦磷酸异戊烯酯焦磷酸二甲烯丙酯
天然药物化学重点知识总结
d.能与大孔吸附树脂形成氢键的化合物易吸附。 ●洗脱液的选择：最常用的水、乙醇、甲醇、丙酮、乙酸乙酯 对非极性大孔树脂：洗脱液极性越小，洗脱能力越强； 对极性大孔树脂：洗脱液极性越大，洗脱能力越强。 ●应用广泛应用于天然化合物如苷与糖类的分离、生物碱精制。 主要用于水溶性大分子化合物的分离和精制：如多糖、蛋白质、多肽类化合物分离。 (四) 根据物质分子大小差别进行分离 【凝胶色谱法】：将含有大小不同分子的混合物样品液，通过多孔性凝胶（固定相），用洗脱剂将分子量由大到小的化合物先后洗脱的一种分离方法。 (五) 根据物质解离程度不同进行分离 天然有机化合物中，具有酸性、碱性及两性基团的分子，在水中多呈离解状态，据此可用离子交换法或电泳技术进行分离。以下仅简单介绍离子交换法。 ●.原理：是以离子交换树脂作为固定相，用水或含水溶剂为流动相。当流动相流过交换柱时，溶液中的中性分子及不与离子交换树脂交换基团发生交换的化合物将通过柱子从柱底流出，而具有可交换的离子则与树脂上的交换基团进行离子交换并被吸附到柱上，随后改变条件，并用适当溶剂从柱上洗脱下来，即可实现物质分离。 ●结构及性质：离子交换树脂外观均为球形颗粒，不溶于水，但可在水中膨胀。 ●吸附规律：阳离子交换树脂——分离碱性成分；阴离子交换树脂——分离酸性成分 ●.应用：主要用于能产生离子型的成分如氨基酸、肽类、生物碱、有机酸、酚类等。 四、结构研究法结构测定常用的波谱分析 【紫外-可见吸收光谱uv】凡具有不饱和键的化合物，特别是存在共扼不饱和键的化合物，在紫外-可见光谱（200－700 nm）中有特征吸收峰，所以紫外光谱适用于鉴定不饱和键的有无，或用以推测这些不饱和键是否共扼。 【红外光谱 IR】红外光谱能充分反映官能团与波长的关系，所以对确定未知物的结构非常有用。常见官能团伸缩振动区：①O-H、N-H （3750－3000 cm-1）②C-H （3300－2700 cm-1 ） ③C≡C（2400－2100 cm-1 ）④C=O （1900－1650 cm-1 ）⑤C=C （1690－1600 cm-1 ）【质谱 MS】就是化合物分子经电子流冲击或用其他手段打掉一个电子后，形成正电离子，在电场和磁场的作用下，按质量大小排列而成的图谱。用质谱测定有机分子的分子量。 【核磁共振谱（NMR）】1H–NMR和13C-NMR能提供分子中有关氢及碳原子的类型、数目、互相连接方式、周围化学环境以及构型、构象等结构信息。 ●氢谱（H—NMR） 1H –NMR通过测定化学位移（δ）、质子数以及裂分情况（重峰数及偶合常数J）可以得出分子中1H 的类型、数目及相邻原子或原子团的信息。 ①化学位移：在有机化合物中虽同为氢核，如果它们所处的化学环境不同，则它们共振时所吸收的能量就稍有不同，在波谱上就显示出共振峰位置的移动。这种因化学环境变化引起的共振谱线的位移称为化学位移，用符号δ表示。 ②质子数：根据氢谱的上峰的积分面积并结合已知的分子式求得每个信号所相当的氢的个数，现在1H–NMR 可以直接给出每个信号代表的质子的个数，并可以直接获得分子中总的质子数。 ③信号的裂分及偶合常数（J）：磁不等同的两个或两组1H核在一定距离内会因相互自旋偶合干扰而使信号发生裂分，而出现s（singlet,单峰）、d（doublet,双峰）、t（triplet,三重峰）、q（quartet，四重峰）、m（multiplet，多重峰）等。峰裂分数：n+1规律 ④裂分间的距离称为偶合常数（J）,单位Hz。其大小取决于间隔键的距离。间隔的键数越少，则J的绝对值越大；反之，越小。按间隔键的多少可分为偕偶（J2）、邻偶（J3）及远程偶合（J远）。 ※一般相互偶合的两个或两组1H核信号其偶合常数相等（Jab=Jba）。 课后作业 一、名词解释 1.天然药物化学：是指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。其学习内容包括天然药物化学的化学成分的结构特点、物理化学性质、提取分离以及主要类型化学成分的结构鉴定等等。 2.有效成分：是指具有生理活性有药效、能治病的成分。有效部位：是指具有一种主要有效成分或组成相似的有效成分的部位。无效成分：没有生理活性、没有药效、不能治病的成分 4.溶剂提取法、系统溶剂提取法（略） 第二章糖和苷 概述糖是多羟基醛或酮类化合物及其聚合物；苷的共性是糖和苷键。 第一节单糖的立体化学 一、单糖结构式的表示方法：优势构象式、Haworth、Fischer Fischer投影式⑴主碳链上下排列，取代基左右排列。⑵羰基一端在上方。⑶主碳链上下两端价键和所结合的基团指向纸面后方,水平方向的价键和与之相结合的基团指向纸面前方。 ※因此，Fischer投影式只能在纸面上转动n180（n=1,2,3…）或转n90°,而不能使之翻转 二、单糖的氧环（各种糖之间的转化） 三、单糖的绝对构型 Fischer投影式：看距羰基最远的不对称C-OH,OH向右———D型； OH向左———L型。 Haworth投影式：看不对称C-R的朝向（旋转）R面上———D型； R面下———L型。 四、单糖的端基差向异构
天然药物化学总结水獭 第一章总论 天然药物化学：是运用现代科学理论与方法研究天然药物中化学成分及其应用的一门学科。 天然药物化学的研究内容：主要指天然药物的化学成分（多为有效成分）的结构特点、理化性质、提取分离方 法、结构鉴定及合成途径。 学习天然药化的目的和意义：探索中药防病治病的机理；改进剂型、提高疗效；提高中药及制剂的质量；提供 中药炮制现代科学依据；开辟药源、开发新药。 天然药物：植物、动物、矿物、微生物等为来源的药物。 有效成分：天然药物中具有一定的生物活性、能起到防治疾病作用的单体化合物。 有效部位：为具有一定生物活性的多种单体化合物的混合物，如人参总皂甙、银杏总黄酮、灵芝多糖等。 化学成分分类 （1）生物碱类：含N原子，多成碱性 （2）糖和苷：糖：单糖，低聚糖，多糖（淀粉、纤维素、甲壳素、果胶、树胶、粘液质） 苷：糖+苷元 （3）挥发油 （4）有机酸：含COOH，多以盐的形式存在 （5）树脂：为组成复杂的混合物，多与挥发油、树胶、有机酸共存。如：安息香、乳香等。 （6）其他：氨基酸、蛋白质、鞣质（多元酚类化合物）、色素类（叶绿素、胡萝卜素）、脂类（油脂，甘油与高级脂肪酸脱水形成的酯、蜡，高级醇与高级脂肪酸脱水形成的酯）、无机成分。 一次代谢产物：糖、蛋白质、脂质、核酸等对植物机体生命活动来说不可缺少的物质。 二次代谢产物：生物碱、萜、香豆素、黄酮、醌类等对维持植物生命活动不起重要作用，且并非在所有植物中 都能产生（由一次代谢产物产生，常为有效成分）。 天然化合物的主要生物合成途径： （1）醋酸-丙二酸途径（AA-MA途径）合成脂肪酸类、聚酮类、酚及其芳聚酮类、蒽醌类； （2）甲戊二羟酸途径（MVA途径）和脱氧木酮糖磷酸酯途径（DXP途径）主要生成萜类、甾体类化合物；（3）莽草酸途径和桂皮酸途径芳香氨基酸类、形成具有C6-C3骨架的化合物，如苯丙素类（苯丙酸、香豆素、木脂素、黄酮）等； （4）氨基酸途径合成生物碱； （5）复合途径 生物合成的意义：对天然化合物结构分类，结构推测、植物化学分类学、仿生合成及组织培养等有指导意义。提取法：溶剂提取法、水蒸气蒸馏法、升华法、超临界流体提取法、超声提取法、微波提取法。 （1）溶剂提取法 原理：相似相溶 常用方法：冷提法浸（渍法、渗漉法）用于挥发性或受热不稳定的成分，操作简单但提取效率低，溶剂 用量大 热提法（煎煮法、回流提取法、连续回流提取法）采用索氏提取器 1、溶剂提取法的基本原理：是根据“相似者相溶”这一原理进行的，通过选择适当溶剂和 方法将中药中的化学成分从药材中提取出来，溶剂法提取中药有效成分常用的方法，如浸渍 法、渗漉法、煎煮法、回流提取法、连续回流提取法