中药化学第四章中药化学成分的分离技术

第二篇中药化学成分的分离技术第四章常规分离技术用各种方法提取中药所得的提取液是包含诸多成分的混合物，要想得到所需成份或单体化合物尚需经过反复的分离精制和纯化处理。但提取液一般体积较大，所含成分浓度较低，因此需对提取液进行浓缩，提高浓度，以利于分离精制。浓缩可通过蒸发或蒸馏来完成。常压蒸馏减压蒸馏具体的方法薄膜蒸发反渗透法超滤法浓缩与蒸馏皆是在沸腾状态下，经传热过程，将挥发性大小不同的物质进行分离的一种工艺操作。1、一般蒸发法：水提液，加热蒸发水分。2、常压蒸馏法：适用于溶剂沸点低、有效成分遇热不易被破坏的提取液的浓缩。如氯仿、乙醚、石油醚等。操作时禁止用明火或电炉。浓缩方法与设备3、减压蒸馏法：利用溶剂的沸点与压力的正比关系，即当系统压力降低，溶剂的沸点下降。适用于溶剂沸点高、有效成分遇热易被坏的提取液的浓缩。一般当溶剂沸点超过70°C，有条件的情况就因采用减压蒸馏浓缩。见书图4－1减压蒸馏法操作时注意事项：（1）在真空泵与蒸发装置间要有安全瓶以防倒吸。若为油泵，还需加干燥装置和吸收瓶，以防挥发性成分与腐蚀性气体侵入油泵。（2）蒸馏结束，要按顺序拆卸。即：撤热源、关压力计活塞、开安全瓶活塞、关真空泵（3）蒸馏有泡沫的成分，需要加装防泡球真空浓缩罐常规分离技术两相溶剂萃取技术沉淀法结晶与重结晶法其他分离技术：盐析法、透析法、分馏法第一节系统溶剂分离技术一、原理：依据“相似相溶”的原理，按极性由小到大的顺序依次提取分离总提液中各种溶解度有差异的成分石油醚、己烷→挥发油、脂溶性色素、蜡乙醚、氯仿→生物碱、苷元乙酸乙酯→黄酮苷正丁醇→皂苷、蒽醌苷甲醇、乙醇→苷、糖类、生物碱盐系统溶剂分离法的操作总提取物浓缩，拌入吸附剂苯石油醚乙醚氯仿乙酸乙酯正丁醇常用的溶剂与用该溶剂提取出的中药化学成分的对应关系见表：选用的溶剂提取出的中药成分石油醚、己烷挥发油、脂肪油、腊、脂溶性色素、甾醇类、某些苷元（强亲脂性）乙醚、氯仿极性生物碱、树脂、醛、酮、醇、酯、苷元、有机酸、某些苷类氯仿：乙醚由某些苷类，如强心苷乙酸乙酯小某些苷类，如黄酮苷正丁醇到某些苷类，如皂苷，黄酮苷丙酮、乙醇大极性很大的苷、糖类、氨基酸、某些生物碱盐水蛋白质、黏液质、果胶、糖类、无机盐（强亲水性）二、适用范围此法是早年研究天然药物有效成分的一种最重要的方法，主要用于分离提纯含有极性不同的各种化学成分的中药提取液。目前仍是最常用的方法，三、优缺点此法操作繁琐，对化学性质不稳定，容易引起分解、异构化的天然产物应特别注意。在微量成分、结构性质相似成分的分离纯化上受到很大限制。第二节两相溶剂萃取法一、基本原理定义：简称萃取法，往提取液中加入一种与其不溶的溶剂配成两相溶剂系统，利用混合物中各种成分分配系数k的差异而达到分离方法。萃取时如果各成分在两相溶剂中分配系数相差越大，则分离效率越高。分配系数（K）当物质在两相互不相溶的溶剂中（如水和丁醇，氯仿），于分液漏斗中充分振摇，放置后，即可分为两层，此时，溶质将分别溶于两层溶剂中，并在一定温度，压力下为一常数，此时，溶质在两层溶剂中的浓度比值为一常数（K），用公式表示如下：K=CU/CLCU：上层浓度，CL：下层浓度。若有两种成份时（A，B），则A，B各有其分配系数KA，KB，则两者差别越大，分离效果越好。如，KA＝10说明振摇一次平衡后，A则有90％以上溶于上层溶液中。而KB＝0.l时，振摇一次平衡后，B则有90％以上溶于下层中，过样A和B两成份就有较大程度分离，连续分离萃取几次，就可能达到A，B的全部分离。若有多种成份时，分离情况将更复杂。两成份的分配系数差别越大，两者就越容易分离。因此两成份的分配系数比就可以反应其分离的难易程度，过个比值称为分离因子（β），用公式表示为：β＝KA/KB一般说；β≥100一次萃取就可以实现基本分离，100＞β＞10则需萃取10—12次，β＜2需连续萃取100次以上，才能基本分离，β＝1时，则KA=KB两者性质相近，无法分离。两相溶剂萃取法的操作简单萃取法逆流连续萃取法逆流分溶法液滴逆流分配法1.简单萃取法：仪器：分液漏斗操作：旋塞涂润滑剂→装入溶剂和待萃取物（1/3）盖塞子，倒转分液漏斗，开启旋塞排气后关紧→振摇，注意排气（重复数次）→于铁架台静置分层→分取萃取液注意事项：1.水提取液的密度：1.1～1.22.萃取次数：3～43.萃取溶剂用量：1/2～1/3（第一次）；1/4～1/64.避免产生乳化现象萃取剂的选择有机溶剂作萃取剂。如从水提液中萃取亲脂性性成分，一般选用苯、氯仿、或乙醚等有机溶剂；如从水提液中萃取中等极性成分，一般选用乙酸乙酯、丁醇等弱亲脂性有机溶剂或在氯仿、乙醚中加入适量乙醇以增大其亲水性。用pH梯度萃取法的萃取剂用pH梯度萃取法的萃取剂分离某有机溶剂中的黄酮类化合物，可依次选用pH由高到低的碱液如5%碳酸氢钠、5%碳酸钠、0.2%氢氧化钠、4%氢氧化钠的水溶液做萃取剂进行萃取，使成盐而达到分离目的适用范围适用于分配系数差异较大的成分的分离，一般萃取3~4次即可。若亲水性成分不易转入有机溶剂层，需增加萃取次数或更换萃取溶剂。乳化现象的处理：①长时间放置②金属丝搅动③乳化层抽滤④乳化层加热或冷冻⑤加新溶剂萃取⑥加电解质⑦加醇数滴⑧离心2.逆流连续萃取法定义：是利用两种互不相溶的溶剂相对密度不同，以相对密度小的溶剂相作为移动相（或分散相），相对密度大的溶剂相作为固定相（连续相），使移动相逆流连续穿过固定相，借以交换溶质而达到分离的一种连续萃取技术。。仪器装置：仪器是由一根或数根萃取管组成（萃取管数目可根据分配效率的需要来决定），管内用小瓷杯或小的不锈钢丝圈填充，以增加液-液萃取时的接触面积。操作技术将相对密度小的溶剂相作为移动相置高位储存器中，而相对密度大者则作为固定相置萃取管内。样品用薄层层析、纸层析及显色反应或沉淀反应进行检查。优缺点逆流连续萃取法操作简便，萃取较完全，适合各种密度的溶剂的萃取。此法克服了简单萃取法操作的麻烦，避免了乳化现象的发生。例子：氯仿从川楝树皮的水浸液中萃取川楝素3.逆流分溶法（CCD）是一种多次连续的液液萃取分离过程。将混合物经仪器操作，将两相溶剂系统进行反复多次的振摇、静置、分离和转移等萃取步骤，使分配系数不同的成分达到分离的一种新型分离方法。CCD又称为逆流分配法、逆流分布法或反流分布法，如图：第一次溶剂如入萃取后，进入第二号......第二号溶剂萃取一号后，浓度较低，再进入第二号中.......提高浓度，最后达到分离。（强心苷提取）适用范围CCD法具有很强的分离混合物各组分的能力中等极性、分离因子较小及不稳定的物质高分子化合物如多肽、蛋白质等（色谱法不能分离的）。不适合分离微量成分、试样极性过大或过小、或分配系数受温度或浓度影响过大及易于产生乳化现象的溶剂系统。优缺点：优点：高效率，操作条件温和、试样易回收等优点。对于非常相似性质的混合物分离效果好。缺点：操作繁琐，溶剂消耗大，萃取管易因机械振荡而损坏，微量成分易损失，反复多次振动溶剂系统易产生乳化现象。4.液滴逆流分配法液滴逆流分配法（dropletcountercurrentchromatography,DCCC）又称液滴逆流色谱法，是在逆流分溶法的基础上改进的两相溶剂萃取法。其原理类似于逆流分溶法，利用混合物中各成分在两液相间的分配系数的差异，让移动相以液滴的形式通过固定相的液柱，实现逆流分配，从而达到分离纯化的目的。仪器装置该装置有3个部分组成。输液部分。包括微型泵、移动相溶剂储槽和试样液注射器。萃取部分。由300～500根内径约2mm、长度为20～40cm的萃取管连接而成。收集检出部分。包括检出器及分步自动收集仪。适用范围目前DCCC法广泛用于皂苷、生物碱、酸性成分、蛋白质、糖类等天然产物的分离和精制，特别是用于皂苷类的分离，并取得良好效果。优缺点使用溶剂较少，可定量回收试样，因不需振荡，故不会产生乳化，分离效果较CCD法好（移动相形成液滴，与萃取管固定相接触摩擦）。可用氮气驱动避免物质氧化例子：柴胡皂甙、原小檗碱型季铵碱的分离（1）简单萃取法适用于分配系数差异较大成分分离。（2）逆流连续萃取适用于各种密度的溶剂萃取。避免乳化。（3）CCD法适用于分离中等极性、分离因子较小及不稳定的物质。操作繁琐，溶剂消耗大，易乳化。（4）DCCC法适用于分离纯化多种天然药物化学成分。溶剂使用少，可定量回收。（5）因选择β值大的溶剂系统；亦可根据β选择适当萃取方法。小结第三节沉淀法沉淀法：是在天然药物的提取液中加入某些试剂，与其中成分发生沉淀反应生成沉淀或降低其溶解性而从溶液中析出，从而获得有效成分或去除杂质的方法。条件：采用沉淀法分离化合物，若生成沉淀的是有效成分，则要求沉淀反应必须是可逆的；若沉淀物为杂质，则沉淀反应可以是不可逆的。沉淀法操作步骤：酸碱沉淀法试剂沉淀法铅盐沉淀法一、酸碱沉淀法原理此法是利用某些成分在酸（或碱）中生成沉淀的性质达到分离的目的。这种沉淀反应是可逆的，可使有效成分和杂质分离。适用范围此法适用于分离提纯酸性、碱性或两性有机化合物，如黄酮、蒽醌类酚酸性成分、一些生物碱、蛋白质等。二、试剂沉淀法原理此法利用一些成分能与某些试剂产生沉淀的性质或利用某些成分在不同溶剂中溶解度的差异，通过加入特定试剂或溶剂，使生成沉淀，与其他成分分离。使用范围与试剂发生沉淀反应而分离加入试剂后改变混合液的极性、减小某些成分的溶解度而沉淀分离与试剂发生沉淀反应而分离生物碱沉淀试剂雷氏铵盐和水溶性季氨碱胆甾醇与甾体皂苷加入试剂后改变混合液的极性、减小某些成分的溶解度而沉淀分离水提醇沉法醇提水沉法醇提醚沉法或醇提丙酮沉淀法：分离皂苷试剂沉淀法水提醇沉的操作要点如下：①药液浓缩时最好采用减压、低温，浓缩前后视情况调pH值，以保留更多的有效成分。②以分次方式或梯度递增方式加入乙醇，逐步提高乙醇浓度，当药液中乙醇浓度达75%以上时，可是蛋白质、淀粉、黏液质、油脂、树脂、树胶等杂质沉淀而出去。③加乙醇后，将容器口盖严，防乙醇挥发。自然降至室温，在移至冷库中静置12~24h。试剂沉淀法醇提水沉法的操作要点：①先用乙醇提取，树脂、油脂、色素等杂质可溶于乙醇而被提取出来。②醇提取液回收乙醇。③加水搅拌，静置冷藏一定时间。④待完全沉淀后滤过去除。三、铅盐沉淀法原理此法是利用中性醋酸铅和碱式醋酸铅在水和稀醇溶液中能与许多天然药物化学成分生成难溶性的铅盐或铅络合物沉淀的性质，使有效成分和杂质分离。此法既可使杂质生成铅盐沉淀除去，又可以使有效成分生成铅盐沉淀。铅盐沉淀法适用范围中性醋酸盐(Pb(Ac)2)可用于沉淀天然药物成分中的有机酸、蛋白质、氨基酸、黏液质、鞣质、树脂、酸性皂苷、部分黄酮苷、蒽醌苷、香豆素苷和某些色素等具有羧基、邻二酚羟基的酸性或酚性物质。碱式醋酸铅(Pb(OH)Ac)沉淀范围更广，除上述物质外，还能沉淀某些大分子中性成分如中性皂苷、糖类，某些异黄酮及其苷，某些碱性较弱的生物碱等。操作过程：第一步：醋酸铅沉淀的形成中药的水或醇提液加入醋酸铅溶液（不再产生沉淀为止），滤出沉淀，再于滤液中加碱式醋酸铅饱和溶液至不再发生沉淀为止。得到：醋酸铅沉淀物、碱式醋酸铅沉淀物、母液。第二步：脱铅处理a.硫化氢法将铅盐沉淀悬浮于水或稀醇中，通入硫化氢气体，使其分解并使铅转为不溶性的硫化铅沉淀（脱铅），中药成分留在母液中，硫化氢法脱铅彻底，但脱铅液需通入空气或二氧化碳以驱净剩余的硫化氢。b.中性硫酸盐法常加入硫酸钠等中性硫酸盐，因生成的硫酸铅在水中有一定的溶解度，故脱铅不彻底。c.阳离子交换树脂脱铅快而彻底，但溶液中某些阳离子也可能被交换到树脂上，且脱铅后的树脂再生困难。1.请画出从中药中提取有效成分的回流装置图，以及得到提取溶剂后浓缩成体积较小的溶液的装置图。2.何谓超声提取法？阐述超声提取法的原理，应用范围？3.阐述超临界流体优缺点？说明超临界流体由气态变为液态的条件？4.画出索氏提取器提取中药药效成分的装置图？并在图中