中药化学

第一章绪论本章复习要点：1.熟悉中药化学的含义及研究内容。2.了解中药及天然药物有效成分的研究概况及发展趋势。3.了解中药化学在中医药现代化和中药产业化中的作用。第一节中药化学的研究对象和任务【概念】中药化学是一门结合中医药基本理论和临床用药经验，主要运用化学的理论方法及其他现代科学理论和技术等研究中药化学成分的学科。【研究对象】中药化学的研究对象为中药化学成分，在这其中要明确三个概念：①有效成分—具有生物活性、能起防治疾病作用的化学成分。②无效成分—无生物活性、不能起防治疾病作用的化学成分。③有效部位—含有一种主要有效成分或一组结构相近的有效成分的提取分离部位。【任务】主要研究中药有效成分的化学结构、物理化学性质、提取、分离、检识、结构鉴定或确定、生物合成途径和必要的化学结构修饰或改造，以及有效成分的结构与中药药效的关系等。第二节中药化学在中医药现代化和中药产业中的作用【在中医药现代化中的作用】1.阐明中药的药效物质基础，探索中药防治疾病的原理。2.促进中药药效理论研究的深入。3.阐明中药复方配伍的原理。4.阐明中药炮制的原理。【在中药产业化中的作用】1.建立和完善中药的质量评价标准。2.改进中药制剂剂型，提高药物质量和临床疗效。3.研制开发新药，扩大药源。第三节中药及天然药物有效成分研究概况与发展趋向【研究概况】1.中国古代医药化学居于世界领先地位。2.国内外研究成果。2【发展趋势】在研究思路上，更加注重以活性为指标，追踪有效成分的分离。从单味药的研究向复方方向发展。从具体研究目标上，多根据临床需要，找出有疗效的有效成分或药物。在研究方法和手段上，更加重视引进和结合现代科学技术的最新理论和技术成果。习题一、名词解释1.有效成分2.无效成分二、简答题1.举例说明中药化学在中医药现代化中有何作用？2.举例说明中药化学在中药产业化中有何作用？3第二章中药化学成分的一般研究方法本章复习要点：1.掌握中药化学成分提取分离的原理及方法。2.熟悉中药中所含化学成分的类型及一般理化性质。3.了解中药化学成分结构研究的一般方法。4.了解各类成分的生物合成途径。第一节中药化学成分及生物合成简介【中药化学成分类型】按其活性的有无可分为有效成分和无效成分，二者是相对而言的。生物碱类：一类含氮有机化合物；具碱性，能与酸结合成盐。醌类：具有醌式结构；分子中多具有羟基，有一定酸性。苯丙素类：以C6-C3为基本骨架单位。有效成分苷类黄酮类：由两个苯环通过中间三碳链（C6-C3-C6）相互连接而成；多具酚羟基，显酸性。强心苷：苷元具甾核，C17位连有不饱和内酯环。皂苷：苷元具甾核，分子中具有螺缩酮结构。萜类：以异戊二烯为单位的聚合体。亲脂性杂质：脂溶性色素、树脂类（二萜）、鞣质等。无效成分亲水性杂质：糖类、氨基酸、蛋白质等。【各类中药化学成分的主要生物合成途径】乙酸-丙二酸途径（AA-MA途径）：脂肪酸类、酚类、醌类等。甲戊二羟酸途径（MVA途径）：萜类、甾类等。主要生物莽草酸途径：苯丙素类、香豆素类、木脂素类。合成途径氨基酸途径：生物碱类。复合途径：黄酮类等。第二节中药有效成分的提取分离方法【中药化学成分的提取】1.溶剂提取法⑴依据：化学成分的溶解性（极性）。⑵关键：提取溶剂的选择。⑶溶剂的选择原则：相似相溶的原则，价廉、易得、无毒、安全等。⑷提取方法：浸渍法、渗漉法、煎煮法、回流提取法、连续回流提取法。4表2-1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水①溶解范围广（酸水、碱水）；穿透能力强；价廉易得、安全。②但有些脂溶性成分溶解不完全；有些苷类成分酶解；水提液易发霉、变质；水溶性杂质多，过滤困难；沸点高，浓缩困难生物碱盐、苷类、鞣质、糖类、氨基酸、蛋白质煎煮法渗漉法（酸水）亲水性有机溶剂（和水可任意混溶）乙醇甲醇丙酮①溶解范围广（不同浓度乙醇）；水溶性杂质溶出少；可抑制酶的活性；提取液不易发霉、变质；大部分可回收利用；②但有挥发性、易燃烧。①溶解特点与乙醇相似；②但有毒①溶解性能同乙醇，但沸点低、易挥发，作为提取溶剂不常用；②但对色素溶解性能好，在分离、精制时常用。除多糖、蛋白质外的大多数化学成分均可渗漉法（稀醇）浸渍法回流法连续回流法亲脂性有机溶剂①对化合物溶解选择性较强；水溶性杂质少、易纯化；②挥发性大、易燃烧、有毒；价格昂贵，对提取设备要求高；穿透力较弱，提取时间长，作为提取溶剂不常用。游离生物碱苷元某些苷类回流法连续回流法5乙醚氯仿苯石油醚极易燃不易燃，毒性大毒性大沸程30~60℃、60~90℃、90~120℃；与甲醇、乙醇不能任意混溶对生物碱溶解性好脱脂、脱色常用2.水蒸汽蒸馏法适用于挥发性成分（主要是挥发油）的提取3.二氧化碳超临界流体萃取技术（CO2-SFE）（1）超临界流体萃取技术：以超临界流体作为萃取介质的一种提取新技术。（2）超临界流体：处于临界温度（Tc）、临界压力（Pc）以上，介于气体与液体之间的流体。特点：具有液体和气体的双重特性。如：密度与液体近似黏度与气体近似对很多物质有很强的溶解能力扩散系数是液体的100倍（不及气体）（3）中药提取常用的超临界流体：二氧化碳（CO2）。优点：①临界温度（Tc=31.4）接近室温,对热敏成分稳定。②临界压力（Pc=7.37MPa）不太高,易操作。③本身呈惰性，与化合物不反应。④价格便宜。（4）超临界流体萃取中药成分的主要优点①可以在接近室温下工作，防止热敏成分的破坏或逸散。②萃取过程几乎不用有机溶剂，萃取物中无溶剂残留，对环境无污染。③提取效率高，节约能耗。【中药化学成分分离与精制方法】1.溶剂法（1）酸碱溶剂法①原理：利用混合物中各组分酸碱性差异而进行分离。②具体操作：可将总提物溶于亲脂性有机溶剂，用酸水、碱水分别萃取，将总提物分成酸性、碱性、中性三个部位。也可将总提物溶于水，调节PH值后用有机溶剂萃取，还可用PH梯度法进一步分离各碱度或酸度不同的成分。③注意：酸性或碱性的强度、与被加热分离成分接触的时间、加热温度和加热时间等，避免在剧烈条件下某些化合物结构发生变化或结构不能回复到原本存在于中药6的状态。（2）溶剂分配法利用混合物中各组分在两相溶剂中分配系数的不同而进行分离。溶剂分配法中的两相往往是互相饱和的水相与有机相。混合物中各成分在两相中分配系数相差越大，分离效果越好。对于分离极性较大的成分，选用正丁醇—水，极性中等的成分选用乙酸乙酯—水，极性小的成分选用氯仿（或乙醚）—水。系统溶剂萃取法常用于中药化学成分初步分离，很多情况下可在分液漏斗中进行。将混合物溶于水，依次以正丁烷（或石油醚）、氯仿（或乙醚）、乙酸乙酯、正丁醇萃取，分别减压回收各有机层溶媒，则得到相应极性的中药成分。2.沉淀法有些中药成分能与某些试剂生成沉淀，或加入某些试剂后可降低某些成分在溶液中的溶解度而从溶液中析出。（1）专属试剂沉淀法某些试剂能选择性地沉淀某类成分，称为专属试剂沉淀法。如雷氏铵盐等生物碱沉淀试剂能与生物碱类生成沉淀，可用于分离生物碱与非生物碱类成分，以及水溶性生物碱与其他生物碱的分离。（2）分级沉淀法在混合组分溶液中加入与该溶液能互溶的溶剂，改变混合组分溶液中某些成分的溶解度，使其从溶液中析出。改变加入溶剂的极性或数量而使沉淀逐步析出称为分级沉淀。（3）盐析法在混合物溶液中加入易溶于水的无机盐(常用氯化钠)，使溶液达到一定浓度或饱和状态，使某些中药成分在溶液中溶解度降低而析出，或再用有机溶剂萃取出来。3.分馏法利用混合物中各成分的沸点的不同而进行分离的方法。适用于液体混合物的分离。可分为常压分馏、减压分馏、分子蒸馏。根据混合物中各成分沸点情况及对热稳定性等因素选用。4.膜分离法利用天然或人工合成的高分子膜，以外加压力或化学位差为动力，对混合物溶液中的化学成分按分子大小差异进行分离、分级、提纯和富集。反渗透、超滤、微滤、电渗析等为四大已开发应用的膜分离技术。5.升华法某些中药成分具有升华性，加热变成气体，遇冷又凝结成固体.可用于纯化。6.结晶法7用于化合物的进一步精制。利用混合物中各成分在溶剂中的溶解度不同而达到分离。该方法的关键是选择适宜的溶剂。对溶剂要求：对被溶解成分的溶解度随温度不同应有显著差别；与被结晶的成分不产生化学反应；沸点适中等。7.色谱法常用色谱分离方法介绍：（1）吸附色谱表2-2色谱分离方法-----吸附色谱吸附剂分离原理吸附规律应用硅胶吸附原理弱酸性、极性吸附剂化合物极性越大、吸附能力强（难洗脱）溶剂极性越小，吸附力越强广泛（酸、碱及中性成分均可）氧化铝吸附原理碱性、极性吸附剂吸附规律同上碱性、中性成分（酸性成分与铝络合）活性炭吸附原理非极性吸附剂吸附规律与上相反从稀水溶液中富集微量（酸性成分与铝络合）聚酰胺氢键吸附酚羟基数目多，吸附力强能形成分子内氢键者，吸附力下降母核芳香化程度高者，吸附力增强水（介质）中吸附力强，水洗脱力弱黄酮、蒽醌的分离除鞣质大孔吸附树脂吸附原理分子筛非极性化合物易被非极性树脂吸附溶剂中溶解度增大，吸附力下降非极性树脂，极性小的溶剂洗脱力强糖与苷的分离（从水提液富集苷类）生物碱的精制（2）液-液分配色谱（分配原理）利用被分离成分在固定相和流动相之间的分配系数差异而分离。分配色谱有正相与反相之分。在正相分配色谱中，流动相极性小于固定相；反之，为反相分配色谱。见下表。表2-3色谱分离方法—液-液分配色谱类型固定相流动相应用正相色谱（以PC为例）水BAW系统极性、中极性物质分离反相色谱ODS甲醇-水、乙腈-水最广泛，非极性、中极性各类物质的分离随着科学技术的发展，出现了制备型薄层色谱技术和加压液相色谱技术等色谱分离技术。8表2-4加压液相色谱类型压力（Pa）分离规模分析用高压液相色谱（HPLC）20.2×1051mg左右制备用高压液相色谱（HPLC）5mg中压液相色谱(MPLC)5.05~20.2×105100mg低压液相色谱(LPLC)5.05×10510mg~1g快速色谱约2.02×10510mg（3）葡聚糖凝胶色谱表2-5色谱分离方法-----葡聚糖凝胶色谱类型原理溶胀溶剂应用葡聚糖凝胶（SephadexG）分子筛（大→小）水多糖、多肽蛋白质分离羟丙基葡聚糖凝胶（SephadexLH-20）分子筛（糖苷）吸附原理（苷元）水、极性有机溶剂或二者的混合溶剂适于不同类型化合物分离（4）离子交换吸附树脂表2-6色谱分离方法-----离子交换吸附树脂树脂类型原理应用阳离子交换树脂强酸性（R-SO3-H+）弱酸性（-COO-H+）离子交换（阳离子）从酸水溶液中吸附碱性成分（生物碱）（除去酸性、中性成分）阴离子交换树脂强碱性（RN+(CH3)3CI-）弱碱性(伯、仲、叔胺)离子交换（阴离子）从碱水溶液中吸附酸性成分（有机酸）（除去碱性、中性成分）第三节中药有效成分化学结构的研究方法【化合物纯度的判定方法】1．结晶均匀、一致。2．熔点明确、敏锐（0.5~1.0℃）。3．TLC(PPC):三种以上不同展开剂展开，均呈现单一斑点。4．HPLC、GC也可以用于化合物纯度的判断。9【中药有效成分的理化鉴定】1.物理常数的测定包括熔点、沸点、比旋度、折光率、比重等的测定。2.分子式的确定一般先进行元素分析，得到元素的种类及各元素的百分含量，再测定分子量，求得分子式。目前最常用的是质谱法。3.化合物结构骨架与官能团的确定一般首先确定化合物的不饱和度，准确计算出结构中可能含有的双键数或环数。用各类化合物的显色反应判断化合物骨架或官能团。或用IR光谱来判断结构中的官能团信息。【四大光谱在结构测定中的应用】1．紫外-可见光谱（UV-VIS）——共轭体系特征（1）原理分子中电子跃迁（从基态至激发态）。其中，n-π*、π-π*跃迁可因吸收紫外光及可见光所引起，吸收光谱将出现在光的紫外区（200~400nm）和可见区（400~700nm）。（2）应用：◆推断化合物的骨架类型——共轭系统。◆取代基团的推断。如加入诊断试剂推断黄酮的取代模式（类型、数目、、排列方式）。◆用于含量测定（以最大吸收波长作为检测波长进行含量测定）。2．红外光谱（IR）分子