中药化学成分提取分离技术

第2章中药化学成分的提取技术目的要求了解中药化学成分的类型及理化性质。掌握中药有效成分的提取、分离方法。了解中药有效成分结构鉴定的方法。中药中所含各类化学成分简介生物碱糖和苷醌类苯丙素类黄酮类强心苷皂苷萜类和挥发油其他成分生物碱（alkaloids）生物体内的含氮有机物，有似碱的性质（能与酸成盐），有生理活性。N+OOOCH3OCH3Cl-盐酸小檗碱(Berberinehydrochloride)苷类（glycosides）苷元与糖或糖的衍生物通过苷键（缩醛键）连接而成的化合物。苷易水解成苷元和糖。HOOOOOHHOOHCH2OHOOHOHCH2OOHOHCH2OHOOOHOCH2OHHOHOHO人参皂苷Rb1(ginsenosideRb1)水解OOHHOOHCH2OHOOHOHCH2OHOOHOOHOHCH2OHOOHOCH2OHHOHOOHHOHOHO糖类（saccharides）单糖：无色晶体，味甜。易溶于水，难溶于有机溶剂。低聚糖：2~10个单糖缩合而成。味甜，溶于水，难溶于有机溶剂。多糖：10个以上单糖脱水缩合而成。无甜味，大多不溶于水。CH3OOHOHH,OHOHCH2OHOOHOHOHOOHOHH,OHOHCOOHH,OHD-葡萄糖L－鼠李糖D－葡萄糖醛酸(D-glucose)(L-rhamnose)(D-glucuronicacid)α-D-Gal-(1→4)-β-D-Glc-[β-D-Fru-(1→6)]-(1→4)-β-D-GlcOHOHOOHOHOHOOOHOOHOOHOHOH,OHOOHHOCH2OHCH2OH123456醌类（quinones）具有醌式结构化合物。分子中多有酚－OH，有一定酸性。OOHOOHCH3OOglc-OOHCH3大黄酚大黄酚-D-葡萄糖苷(chrysophanol)(chrysophanol-8-D-glucoside)苯丙素类（phenylpropanoids）以苯丙基（C6-C3）为基本骨架的化合物。香豆素：具有苯骈α-吡喃酮母核的一类天然化合物。木脂素：有两分子苯丙素衍生物聚合而成的天然化合物。OOHOHOCH3OCH3OCH3OCH3OCH3OCH3OOHCH3CH3七叶内酯五味子酯甲(aesculetin)(schisantherinA)黄酮类（flavonoids）两个苯环通过三碳链连接而成（C6-C3-C6）的化合物。多有酚－OH，有一定酸性。OOHOHOHOOO葡萄糖醛酸-OHOHO黄芩素黄芩苷(baicalein)(baicalin)萜类和挥发油（terpeonidsandvolatileoils）萜类：由甲戊二羟酸衍生、分子式符合（C5H8）n的衍生物。挥发油（精油）：可随水蒸气蒸馏的与水不相混溶的无色或淡黄色透明油状液体。OHCH3OCH3OCH3OCH＝CHCH3薄荷醇细辛醚(menthol)(asarone)强心苷（cardicaglycosides）对心脏有显著生理活性的甾体苷类。无色，有旋光性、对粘膜有刺激性。OOOHOOOHCH3OOOHCH3OOOHCH3HO洋地黄毒苷(digitoxin)皂苷（saponins）由螺甾烷类或三萜类化合物与糖结合的低聚糖苷，前者为甾体皂苷，后者为三萜皂苷。无色，对粘膜有刺激性，有吸湿性、发泡性和溶血性。OOOOOOHOCH2OHOOHOHHOCH3OOHOHHOCH3HOOOOOHHOOHCH2OHOOHOHCH2OOHOHCH2OHOOOHOCH2OHHOHOHO薯蓣皂苷人参皂苷Rb1(dioscin)(ginsenosideRb1)其他成分有机酸鞣质氨基酸、蛋白质和酶植物色素树脂油脂和蜡无机成分微量元素第1节中药化学成分的经典提取技术-溶剂提取法概述原理溶剂的种类溶解性的经验规律溶剂提取的五种常用提取工艺提取液的浓缩1.概述中药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总成分含量少而种类多有效成分含量低1.概述不同的中药材，成分不同，提取的方法也应不同。设计合理的提取方法、正确的操作不但能提取出有效成分，而且还有利于下一步的分离纯化。中药有效成分的提取方法主要有经典的溶剂提取法，其次还有水蒸气蒸馏法、超临界流体萃取法、超声提取法、微波提取法等。2.原理规律：相似相溶。溶剂穿透入药材粉末的细胞膜，溶解溶质，形成细胞内外溶质的浓度差，将溶质渗出，进行提取。范围：所有化学成分。2.原理溶剂提取法是根据中草药中各种成分在不同溶剂中的溶解度不同，选用对有效成分溶解度大，对杂质成分（不需要成分）溶解度小的溶剂，将有效成分从药材组织内溶解出来的方法。三、溶剂的选择1、常见的溶剂可以分为三大类：①水；②亲水性有机溶剂；③亲脂性有机溶剂。2、中草药的化学成分（包括被溶解的成分）也有亲水性和亲脂性的不同。亲水性、亲脂性及其大小与化合物的分子结构有关。植物中的亲水性成分有蛋白质、单糖、及低聚糖、氨基酸、水溶性有机酸、水溶性色素、生物碱等；亲脂性成分有游离生物碱、非水溶性有机酸、树脂、脂溶性色素、油脂、蜡等。3、溶剂的选择选择适当溶剂是溶剂提取法的关键。要做到最大限度的将有效成分从药材中提取出来，首先需遵循“相似相溶”的原理。另外还要注意：①溶剂对有效成分溶解度大，对杂质溶解度小。②溶剂不能与中药成分起化学变化。③溶剂要经济、易得、使用安全、易于回收等。溶剂沸点介电常数(20℃)溶解度溶剂/水%水/溶剂%石油醚环己烷30-12080.71.892.02苯乙醚氯仿乙酸乙酯正丁醇803561771182.294.344.816.0217.80.1756.040.8156.077.450.0631.4650.0722.9820.5丙酮乙醇甲醇水56786510020.724.332.680.4任意混合石油醚苯氯仿乙醚乙酸乙酯正丁醇丙酮乙醇甲醇水常用溶剂的性质常用提取溶剂性能特点提取溶剂性能特点适宜提取成分提取方法强极性溶剂①溶解范围广生物碱盐水穿透能力强苷类煎煮法安全、经济糅质②药厂提取糖类渗漉法最常用氨基酸蛋白质23易酶解苷类成分有些脂溶性成分溶解不完全提取液易发霉变质，不易保存提取液中水溶性杂质多，过滤困难沸点高，浓缩困难24缺点：亲水性有机溶剂（和水可任意混溶）优点：1.溶解范围广，提取较全面除多糖、渗滤法2.对植物细胞壁穿透力强蛋白质外浸渍法3.可抑制酶的活性大多数回流法4.提取出的蛋白质、多糖化学成分连续回流法等水溶性杂质少均可溶解5.价廉毒小，回收方便6.有防腐蚀和保护成分的作用缺点：但有挥发性、易燃烧、比水贵25乙醇最常用的有机溶剂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，不常于提取溶剂；对色素溶解性好，常用于分离、精制。26亲脂性有机溶剂优点：1.对化合物溶解选择性较强2.水溶性杂质少、易纯化挥发油连续回流法3.沸点低，浓缩回收方便油脂回流法缺点：1.多易燃烧树脂2.挥发性大，有毒、价格昂贵，叶绿素对提取设备要求高生物碱3.穿透力较弱，提取时间长苷元等作为提取溶剂不常用27乙醚bp.35℃，极易燃氯仿bp.61℃，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283.溶解性的经验规律原理：相似相溶。亲水性成分易溶于亲水性有机溶剂和水中亲脂性成分易溶于有机溶剂中水亲水性有机溶剂亲脂性有机溶剂亲水性成分＋＋（除蛋白质、多糖、无机盐等）－亲脂性成分－＋＋注：－表示不溶，＋表示溶中药各类成分的极性与提取溶剂的关系植物成分极性强弱植物成分结构类型适于提取溶剂亲脂性强叶绿素、脂肪油、挥发油石油醚亲脂性较强游离生物碱、苷元、甾类、萜类、某些有机酸乙醚、氯仿中等极性中偏小某些苷类(如强心苷等)氯仿-乙醚(2:1)中等某些苷类(如黄酮苷类)乙酸乙酯中偏大某些苷类(如蒽醌苷、皂苷等)正丁醇亲水性较强极性大的苷、糖类、氨基酸等丙酮、乙醇、甲醇亲水性强蛋白质、粘液汁、糖类、氨基酸、无机盐、苷类水4.五种常用提取工艺常用提取工艺：浸渍法渗漉法煎煮法回流提取法连续回流提取法（1）浸渍法（1）、浸渍法此法适用于有效成分遇热易挥发和易破坏的中草药的提取。按溶剂的温度分为热浸、温浸、冷浸等。操作：现将中草药粉或碎片装入适当的容器中，然后加入适宜的溶剂，浸渍药材以溶出其中有效成分。特点：简单易行，但提出率较低。最好采用二次、三次浸渍，以减少损失，提高提取率。如果溶剂为水的话，需加入适当的防腐剂。渗漉法（2）、渗漉法操作：将中草药粉末装在渗漉器中使药材浸渍24~48小时膨胀，然后不断添加新溶剂，使其自上而下渗过药粉，从渗漉筒下端出口流出、收集浸出液。当溶剂渗进药粉溶出成分比重加大而向下移动时，上层的溶液或稀浸液便置换其位置，造成良好的浓度差，使扩散能较好地进行，故浸出效率较高，当浸出液很浅时提取基本完全。但溶剂消耗量大、费时长。3、煎煮法此法是我国最早使用的传统的浸出方法。操作：将中药粗粉加水加热（加热时最好时常搅拌，以免局部药材受热容易焦糊）煮沸，将中药成分提取出来。一般药材易煎2次。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。（4）回流提取法如用易挥发的有机溶剂加热提取中药成分时，则需采用回流提取法以减少溶剂消耗，提高浸出效率。但受热易破坏的成分不宜用此法，且溶剂消耗量仍大，操作亦麻烦。此法提取效率较冷浸法高，但是由于操作的局限性，大量生产中多采用连续提取法。回流提取装置冷凝管通气侧管药材虹吸管溶剂水浴索氏提取装置为了弥补回流提取法中需要溶剂量大、操作较烦的不足，可采用连续提取法。实验室常用索氏提取器。此法需要溶剂量较少，提取成分也比较完全，但一般需数小时（提取液受热时间长）才能完成，因此对热不稳定易变化的成分不宜用此法。尽管如此，在应用挥发性有机溶剂提取时，不论小型实验或大型生产均以连续提取法为好（5）连续提取法优劣对比：浸渍：简便，但效率低，用水时易发霉。渗漉：效率高，效果好（较澄清）；但溶剂消耗大，费时。煎煮：简便，但杂质溶出多，难过滤。回流提取：效率高，但溶剂消耗大，操作烦琐。连续回流提取：效率高,溶剂消耗少,但操作烦琐。*后三种不适宜加热易分解成分的提取。影响提取效率的因素思考：溶剂提取法的关键是选择合适的溶剂和提取方法，但在操作过程中，还受其他因素的影响吗？1、原料的粒度粉碎是中药前处理过程中的一个必要环节，通过粉碎可增加药物的表面积，促进药物的溶解与吸收，加速药材中有效成分的浸出。但粉碎过细，药粉比表面积太大，吸附作用增强，反而影响扩散速度，尤其是含蛋白、多糖类较多的中药，粉碎过细，用水提取时容易产生粘稠现象，影响提取率。原料的粉碎度应考虑选用的溶剂和药用部位。如果用水提取，最好采用粗粉，用有机溶剂时可略细；原料为根茎类最好采用粗粉，全草类、叶类、花类等可用细粉。2、提取的温度温度增高可以提高提取效率，但是杂质的提出也相应增加。过高的温度会使有些有效成分氧化分解而遭到破坏。一般加热到60℃为宜，最高不宜超过100℃。3、提取的时间在药材细胞内外有效成分的浓度达到平衡以前，随着提取时间的延长，提取的量也随着增加。因此，提取的时间没必要无限延长，只要合适、提取完全就行。4、提取设备5.提取液的浓缩蒸发第2节中药化学成分的其他提取技术水蒸气蒸馏法超临界流体萃取法超提取法微波提取法（1）水蒸气蒸馏法原理：与水蒸气产生共沸点。范围：适用于具有挥发性的，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。如挥发油、小分子量的生物碱等。超临界流体（SCF）：温度、压力略超过或靠近超临界温度(Tc)和临界压力(Pc)、介于气体和液体之间的流体。（2）超临界流体提取法超临界萃取（SFE）：SCF为萃取剂，萃取固体或液体中高沸点或热敏性成分，达到分离、纯化目的相密度(g/ml)扩散系数(cm2/s)粘度(g/cm.s)气体(G)10-310-110-4超临界流(SCF)0.