【精品课件】中药化学成分的一般研究方法

第二章中药化学成分的一般研究方法（总论）•第一节中药化学成分及生物合成简介•一、中药化学成分类型简介•本小节主要介绍各类成分的基本概念，了解中药中一般都有那些类型的化学成分。重点掌握各类成分的一般溶解性，为理解提取、分离一般方法打基础。各类成分的详细内容在各论中具体学习。各类成分的性质在概念中只介绍极性，溶解性在后面以列表形式介绍。1生物碱：为一类存在于生物体内分子中含有氮原子的有机化合物的总称；一般具有碱性，可与酸成盐。游离生物碱具亲脂性；生物碱盐具亲水性。2苷类：为一类经水解后可产生糖和非糖两部分的化合物。非糖部分叫苷元。苷具亲水性，苷元具亲脂性。3挥发油：为一类可随水蒸气蒸馏出来的与水不相混溶的油状液体的总称。具有香味或特殊气味的中药往往都含有挥发油。挥发油具亲脂性。以上三类为主要的有效成分类型。4糖类：为中药中普遍存在的成分类型，包括单糖、低聚糖、多糖。单糖是糖的基本单位；低聚糖是由2~9个单糖脱水缩合而成的化合物。多糖是由10个以上至上千个单糖脱水缩合而成的高聚物。5有机酸：广义的有机酸泛指分子中有羧基的化合物。在植物中多以金属离子或生物碱盐的形式存在。按分子大小又分为小分子有机酸和大分子有机酸。前者极性大，具亲水性；后者极性小，具亲脂性。6树脂：为植物组织中树脂道的分泌物。性脆，受热时先软化而后变为液体，燃烧时发生浓烟并有明火。树脂具亲脂性。按结构又分为树脂酸（主要为二萜酸、三萜酸及其衍生物）、树脂醇（分子中具羟基）、树脂烃（为一类结构复杂的含氧中性化合物）类。7氨基酸、蛋白质和酶：（1）氨基酸：分子中含有氨基的羧酸。构成蛋白质的多为α-氨基酸。为亲水性。在等电点时，溶解度最小。（2）蛋白质、多肽：蛋白质为二十多种α-氨基酸通过肽键首尾相连而成的高分子化合物，多肽亦为。但二者分子量不同，一般将分子量在5×103以下称为多肽，而介于5×103~1×107之间称为蛋白质。蛋白质在冷水中溶解且成胶体，在热水、60%以上乙醇及其它有机溶剂中变性沉淀。（3）酶：是有机体内具有催化作用的蛋白质，其催化作用具有专属性，如特定的酶可催化水解特定的苷。酶的性质和蛋白质相同。8鞣质：又称单宁或鞣酸，为一类分子较大、结构复杂的多元酚类化合物的总称。可与蛋白质结合成难溶于水的鞣酸蛋白。为亲水性物质。9植物色素：为植物中具有颜色的成分的总称。依溶解性又分为水溶性和脂溶性色素；前者主要指一些有颜色的苷、花青素，后者主要包括叶绿素、胡罗卜素等10油脂和蜡：油脂为一分子甘油和三分子脂肪酸脱水结合形成的酯。主要在种子中。常温下为液体。蜡为高级不饱和脂肪酸和一元醇生成的酯。主要在植物茎、叶的表面。常温下为固体。均为亲脂性成分•成分类型水醇类亲脂性有机溶剂•游离生物碱－++•生物碱盐++－•苷类++－•苷元－++•挥发油－++•糖类（单糖低聚糖）+±－•（多糖）＋±－•有机酸（大分子）－++•（小分子）++－•树脂－++•氨基酸++－•蛋白质、酶±±－•鞣质++－•色素（亲水性）++－•（亲脂性）－++•油脂、蜡－++•±：单糖：无水醇难溶；多糖；对醇60%以上难溶。蛋白质、酶；对水热水沉淀；对醇60%以上沉淀。•二中药化学成分的主要生物合成途径•（一）乙酸-丙二酸（AA-MA）途径•以乙酰辅酶A为起始物质，丙二酸单酰辅酶A起延伸碳链的作用。通过这一途径能生成脂肪酸类、酚类、醌类等化合物。•1酚和醌类这类物质的生物合成过程中只发生缩合反应。乙酰辅酶A直线聚合后再进行环合生成各种酚类化合物。•CH3-CO-S-CoA+3••乙酰辅酶A丙二酸单酰辅酶A•CH3-CO-CH2-CO-CH2-CO-CH2-CO-------Enz•上述多酮环合则生成各种醌类化合物或聚酮类化合物。•（二）甲戊二羟酸（MVA）途径•起始物质为MVA，在ATP作用下，按如下路线合成：COOHCH2-CO-S-CoA•甲戊二羟酸（MVA）•焦磷酸二甲烯丙酯焦磷酸异戊烯酯甲戊二羟酸5－焦磷酸•萜类、甾类化合物均由这一途径生成。•(三)莽草酸途径•具有C6-C3及C6-C1基本结构的化合物由这一途径衍化生成。如由此途径生成的苯丙氨酸，经脱氨及氧化反应等分别生成桂皮酸，再由桂皮酸、苯甲酸生物合成各种含C6-C3及C6-C1结构的天然化合物如苯丙素类、木脂素类、香豆素类等。•此途径由莽草酸通过苯丙氨酸，生成桂皮酸，再由桂皮酸生成各种苯丙素类化合物。现也被称为桂皮酸途径。OOHHOOCOHP2O5H2OHOOCOHOP2O5H2CO22ATP2ADPATPADPOP2O5H2•以香豆素生合成简图示意本途径如下：••莽草酸苯丙氨酸桂皮酸香豆素•(四)氨基酸途径•大多数生物碱类成分由此途径生成。有些氨基酸，如鸟氨酸、赖氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸及色氨酸等，经脱羧成为胺类,再经过一系列化学反应(甲基化、氧化、还原、重排等)生成各种生物碱。•(五)复合途径•许多二级代谢产物由上述生物合成的复合途径生成。即分子中各个部分由不同的生物合成途径产生。如查耳酮类、二氢黄酮类化合物的A环和B环分别由乙酸-丙二酸途径和莽草酸途径生成，再在各种酶作用下生成黄酮。一些萜类生物碱分别来自甲戊二羟酸途径及莽草酸途径或乙酸-丙二酸途径。•OHOHOHCOOHCOOHHNH2COOHOO•第二节中药有效成分的提取方法本节介绍中药化学成分的提取方法，主要介绍溶剂提取法。重点：溶剂提取法的原理，化学成分的极性、常用溶剂、极性大小顺序及提取溶剂的选择；常见的提取方法及应用范围。常用三种方法，溶剂提取法、水蒸气蒸馏法、升华法。另外新方法还有超临界提取法。提取的概念：指用选择的溶剂或适当的方法，将所要的成分溶解出来并同中药组织脱离的过程。•一溶剂提取法•（一）提取原理：根据中药化学成分与溶剂间“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，将所提成分从药材中溶解出来的方法。（二）化学成分的极性：被提取成分的极性是选择提取溶剂最重要的依据。1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。举例：判断下列各组化合物极性大小。ABCOHOCOCH3O麻黄碱蝙蝠葛碱中药化学成分不但数量繁多，而且结构千差万别。所以极性问题很复杂。但依据以上两点，一般可以判定。需要大家判断的大多数是母核相同或相近的化合物，此时主要依据取代基极性大小。2常见中药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。以上不是绝对的，具体成分要具体分析。比如，有的苷类化合物极性很小，有的苷元极性很大。CHCH3NHCH3CHOHNOHOMeOMeOCH3HNMeOMeOCH3H（三）提取溶剂及溶剂的选择：1.常用提取溶剂的分类与极性：1）分类：通常分三类：水类；亲水性有机溶剂；亲脂性有机溶剂。2）极性大小：水(H2O)＞甲醇(MeOH)＞乙醇(EtOH)＞丙酮（Me2CO）＞正丁醇(n-BuOH)＞乙酸乙酯(EtOAc)＞乙醚(Et2O)＞氯仿(CHCl3)＞苯（C6H6)＞四氯化碳(CCl4)＞正己烷≈石油醚(Pet.et)。水类还包括酸水、碱水；亲水性有机溶剂包括甲醇、乙醇、丙酮；亲脂性有机溶剂为正丁醇后所有的。这三类溶剂间互溶情况：水和亲水性有机溶剂可互溶，水和亲脂性有机溶剂间不互溶，有机溶剂间除甲醇和石油醚不互溶外，其它均互溶。3）溶剂极性大小的实质：介电常数不同，介电常数大的溶剂极性大，介电常数小的溶剂极性小。如，己烷为1.9，氯仿为5.2，水为80。2.提取溶剂的选择：1）提取溶剂的选择原则：（1）要对所提取成分溶解度大；对杂质溶解度小。（2）要与所提取成分不起意外的化学变化。（3）要廉价、易得、安全。其中（1）是最主要的。2）提取溶剂的选择：（1）水：为极性最大的溶剂，也最常用。可溶解苷类、生物碱盐、糖类、蛋白质、氨基酸、鞣质、小分子有机酸、有机酸盐、亲水性色素、无机盐。其中蛋白质不溶于热水。缺点：用水提取易酶解苷类成分，且易霉坏变质。某些含果胶、粘液质类成分的中草药，其水提取液常常很难过滤。沸水提取时，中草药中的淀粉可被糊化，而增加过滤的困难。故含淀粉量多的中草药，不宜磨成细粉后加水煎煮。（2）亲水性的有机溶剂：以乙醇最常用。乙醇的溶解性能比较好。亲水性的成分除蛋白质、粘液质、果胶、淀粉和部分多糖等外，大多能在乙醇中溶解。优点：应用范围广，易过滤，不霉变，易浓缩回收。缺点：价高、不安全，需回流设备。•（3）亲脂性的有机溶剂：这些溶剂的选择性能强，用于亲脂性成分的提取，如游离生物碱、苷元、挥发油等。•优点：提取专属性强，易回收浓缩。•缺点：价高、易燃、有毒，穿透性差；对设备要求高。•（四）提取方法：•提取工艺流程图：提取和分离工艺多用此图表示。•1浸渍法：也叫冷浸法。将药材粗粉以适当溶剂在常温下浸泡。多以水类或稀醇为溶剂。适于成分遇热易破坏或含多糖较多的中药的提取。缺点为浸出效果较差，水提取液易发霉，提取液体积大，浸出时间长。•2渗泸法：将中药粗粉装于渗泸筒中，不断添加溶剂渗过药粉，从渗泸筒下端不断流出渗泸液。各类溶剂均可。此法由于溶液浓度差大，浸出效果好，且不破坏成分。但缺点为溶液体积大，时间长。•3煎煮法：为中药水提取最常用的方法。将中药粗粉用水加热煮沸，保持一定时间，成分即可浸出。煎煮法必须以水为溶剂。此法提取效率高，但遇热破坏成分要注意。且含多糖多的成分过滤困难。•4回流法：用于以有机溶剂加热提取成分。优点为提取效率高，但受热易破坏成分不宜用此法。缺点为溶剂消耗量大，需回流设备，需几次提取方可提取完全。•5连续回流法：以索氏提取器（亦称脂肪抽出器）回流提取。克服了回流法溶剂需要量大、需几次提取的缺点。缺点为提取时间长，受热破坏成分不能用此法。•（五）影响提取效率的因素：•1药材粉碎度：药粉越细、表面积越大，提取效率越高。但太细，药粉对成分的吸附也越强。因此水提取宜用粗粉；用有机溶剂可细些,以20目为好。•2提取温度：一般热提效率高，但要考虑有些成分温度高易破坏，应选择适宜温度。•3提取时间：一般提取时间长提出量大。但被提成分在细胞内外溶解一旦平衡，时间长即无意义。一般热水提以1/2~1hr为宜，乙醇提1hr为宜。•二水蒸气蒸馏法：适于具有挥发性、可随水蒸气蒸馏不被破坏，与水不反应、且与水分层的成分的提取。中药中主要用于挥发油、某些挥发性生物碱、少数挥发性蒽醌苷元、香豆素苷元的提取。•水蒸气蒸馏提取的装置有两种，一是水蒸气蒸馏装置，二是共水蒸馏装置。•三升华法：中药中的某些固体成分在受热低于其熔点的温度下，不经液态直接成为气态，经冷却后又成为固态，从而与中药组织分离这种性质称为升华，这种提取方法称为升华法。中药成分有少量具有升华性，如游离羟基蒽醌类成分，一些小分子香豆素类，有机酸类成分等。••四超临界提取法。（SFE）•1特点：与经典溶剂提取法比较，不用有机溶剂，而是选用一种称为超临界流体（SF）的物质替代有机溶剂提取。•2优点：1）可在低温下提取，“热敏性”成分尤其适用。2）无溶剂残留，对作为制剂的中药提取物的提取是一大优势。3）提取与蒸馏合为一体，无需回收溶剂。4）具选择性分离。•3超临界流体（SF）：指处于临界温度（Tc）和临界压力（Pc）以上，介于气体和液体之间的、以流动形式存在的物质。•超临界状态是指当一种物质处于临界温度和临界压力以上的状态下，形成既非液体又非气体的单一状态，称为“SF”。此时其流体密度近似液体、黏度近似气体，其扩散力比液体大增，介电常数也随压力增加而增加。其浸透性优于液体，因而比液体有更佳的溶解力，有利于溶质的萃取，特别是性质不稳定、易热分解的物质的提取。•4常见的SF：有二氧化碳、一氧化亚氮、六氟化硫、