初级药师基础知识讲义-天然药物化学

第1页天然药物化学第一节总论课程主要内容：内容总论绪论提取、分离与精制方法各论苷类苯丙素类醌类黄酮萜类和挥发油甾体及皂苷生物碱其他成分主要考试内容：1.天然药物化学基本概念、研究内容及研究方法。2.各类化合物的结构特征与分类。3.典型化合物与生物活性。4.各类化合物的理化性质及检识方法。5.各类化合物的提取与分离方法。一、绪论1.天然药物化学的基本含义及研究内容基本含义：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。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有效成分）的结构特点、理化性质、提取分离方法及主要类型化学成分的结构鉴定知识等。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。第2页二、中草药有效成分的提取方法1.溶剂提取法依据天然产物中各种成分的溶解性能，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，将所需要的成分从药材组织内溶解出来的一种方法。补充：溶剂提取法的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。（1）常见溶剂类型溶剂按极性可分为三类，即亲脂性有机溶剂、亲水性有机溶剂和水。1）常用于中药成分提取的溶剂按极性由小到大的顺序如下：石油醚＜苯＜氯仿＜乙醚＜乙酸乙酯＜正丁醇＜丙酮＜乙醇＜甲醇＜水溶剂类型特点适用类型水最安全的溶剂氨基酸、蛋白质、糖类、生物碱盐、有机酸盐、无机盐等亲水性有机溶剂能与水以任意比例混溶而不分层乙醇毒性小，溶解范围广，最为常用苷类、生物碱、鞣质及极性大的苷元等大极性的成分亲脂性有机溶剂苯的毒性较大，很少使用石油醚常用于脱脂正丁醇用于萃取极性较大的苷类游离生物碱、有机酸、蒽醌、黄酮、香豆素、强心苷等中等极性和小极性的化合物1）浸渍法定义：在常温或低热（溶剂不沸腾）条件下用适当的溶剂浸渍药材以溶出其中成分的方法。优点：适用于遇热不稳定的成分。缺点：①出膏率低；②以水为溶剂时，提取液易发霉变质，需加入适量防腐剂。2）渗漉法定义：将药材装入渗滤筒中，不断向其上端添加新鲜的浸出溶剂，使溶剂渗过药材，从渗滤筒下端出口流出浸出液的方法。优点：适用于遇热不稳定的成分。缺点：①溶剂消耗量大；第3页②耗时长，操作麻烦。3）煎煮法定义：在药材中加入水后加热沸腾、使有效成分溶于水而提取出来的方法。优点：简便。缺点：含挥发性成分或遇热易分解的成分不宜用此法。4）回流法与5）连续回流法定义：用沸点较低的有机溶剂（如乙醇）加热回流或连续回流提取药材成分的方法.（后者实验室常用索氏（沙氏）提取器来完成本法操作）优点：效率较高。缺点：①对热不稳定成分不宜使用；②溶剂消耗量大、操作麻烦、耗时长第4页6）超临界流体萃取技术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。定义：在超临界状态下，将超临界流体与待分离的物质接触，通过控制不同的温度、压力以及不同种类及含量的夹带剂，使超临界流体有选择性地将极性大小、沸点高低和分子量大小不同的成分依次萃取出来，这种萃取方法称为超临界流体萃取法。（采用超临界流体为溶剂对中药材进行萃取的方法。）常用的超临界流体物质：二氧化碳（CO2）常用的夹带剂：乙醇优点：①提取物中不残留溶剂②适于对热不稳定成分的提取7）超声提取法定义：采用超声波辅助溶剂提取的方法。超声波是一种强烈机械振动波，它是指传播的振动频率在弹性介质中高达20kHz的一种机械波。提取原理：超声波可产生高速、强烈的空化效和搅拌作用，能破坏药材的细胞，使提取溶剂渗透到药材的细胞中，从而加速药材中有效成分溶解于溶媒中，提高有效成分的提取率。特点：①不会改变有效成分的化学结构；②可缩短提取时间，提高提取效率。8）微波提取法定义：把微波作为一种与物质相互作用的能源来使用的提取方法。提取原理：药材中极性物质如水可吸收微波，使介质内部温度迅速上升，造成内部压力过大，导致成分流出溶解于溶剂中；另一方面，微波产生的电磁场可使部分成分向萃取溶剂界面扩散，加速其热运动，既提高了提取率，又降低了提取温度，对不耐热物质实用性好。2.水蒸气蒸馏法用于具有挥发性、能随水蒸气蒸馏且不被破坏的成分的提取。主要用于挥发油的提取。3.升华法用于中药中一些具有升华性成分的提取，这些物质受热时不经过熔融直接转化为蒸气，遇冷后又凝结成固体。如茶叶中的咖啡因、樟木中的樟脑。练习题第5页A1型题对含有对热不稳定的有效成分常选用的提取方法是A.浸渍法B.水蒸气蒸馏法C.煎煮法D.回流提取法E.升华法【正确答案】AA1型题最常用的超临界流体是A.水B.甲醇C.二氧化碳D.三氧化二铝E.二氧化硅【正确答案】C三、中草药有效成分的分离与精制1.溶剂萃取法原理：利用混合物中各成分在两种互不相溶的溶剂中分配系数的不同而达到分离目的的方法。分配系数差异越大，则分离效果越好。如：正丁醇-水萃取法使皂苷（如人参皂苷）2.沉淀法原理：根据物质溶解度差异进行分离的方法。（1）溶剂沉淀法利用溶液中加入另一种溶剂使极性改变，某些成分溶解度也随之改变而析出沉淀。①水/醇法：药材水提取浓缩液加入数倍量乙醇，多糖、蛋白质等水溶性大分子被沉淀；②醇/水法：药材醇提取浓缩液加入数倍量水，静置，沉淀除去树脂、叶绿素等脂溶性杂质；③醇/醚（丙酮）法：药材醇提取浓缩液加入数倍量醚（或丙酮），可使皂苷析出，脂溶性杂质等留在母液中。（2）酸碱沉淀法某些酸、碱或两性化合物可采用加入酸或碱调节溶液的pH，分子的状态（游离型或解离型）发生变化，而使其溶解度改变。游离型极性小（亲脂性有机溶剂），解离型极性大（水，亲水性有机溶剂）。如提取黄酮、蒽醌、有机酸等酸性成分，可采用碱提取酸沉淀法。如一些生物碱的提取可以采用酸提取碱沉淀法。第6页（3）盐析法原理：酸性或碱性化合物还可加入某种试剂使之生成在水中不溶的盐类而沉淀析出，与其他水溶性较大的杂质分离。如酸性化合物可使之生成铅盐等。根据具体的化合物也可采用其他试剂，如从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。第二节苷类内容提要：1.苷的定义2.结构特点及典型化合物（O-苷、C-苷）3.苷的理化性质（溶解度、苷键的裂解、检识）4.苷的提取一、苷的定义苷类又称配糖体。是糖或糖的衍生物如氨基糖、糖醛酸等与另一类非糖物质通过糖的端基碳原子连接而成的化合物。其中非糖部分称为苷元或配基，其连接的键则称为苷键。与苷元连接的单糖：最常见的有五碳糖，如D-木糖、L-阿拉伯糖；甲基五碳糖，如L-鼠李糖；六碳糖，如D-葡萄糖；六碳酮糖，如D-果糖；糖醛酸，如D葡萄糖醛酸；双糖，如芸香糖。由于单糖有α及β两种端基异构体，因此，形成的苷也有α-苷和β-苷之分。二、苷的分类1.按苷元化学结构分类：香豆素苷、黄酮苷、蒽醌苷、强心苷等。2.按苷在植物体内的存在状况分类：原存在于植物体内的苷称为原生苷，提取分离过程中因水解而失去一部分糖的苷称为次生苷。如苦杏仁苷（原生苷），水解后失去一分子葡萄糖生成野樱苷（次生苷）。3.按成苷键原子分类（最常见的苷类分类方式）按苷键原子的不同可将苷分：O-苷、S-苷、N-苷和C-苷，其中以O-苷最为常见。第7页（1）O-苷以苷元不同又可分为醇苷、酚苷、氰苷、酯苷和吲哚苷。①醇苷通过醇羟基与糖端基羟基脱水缩合而成的苷。其中强心苷、三萜皂苷和甾体皂苷是醇苷中的重要类型。②酚苷通过酚羟基而成的苷，如蒽醌苷、香豆素苷、黄酮苷等。③氰苷主要是指一类α-羟腈的苷。特点：易水解，尤其在酸和酶催化时水解更快。如苦杏仁苷存在于苦杏仁中，它是α-羟腈苷。在体内缓慢水解生成很不稳定的α-羟基苯乙腈，继续分解成苯甲醛（具有杏仁味）和氢氰酸，其中氢氰酸具有镇咳作用，但大剂量时有毒。④酯苷苷元以羧基和糖的端基碳相连接。特点：苷键既有缩醛性质又有酯的性质，易为稀酸和稀碱所水解，如山慈菇苷A。（2）S-苷由苷元上的巯基与糖的端基羟基脱水缩合而成的苷。如黑芥子中的黑芥子苷、萝卜中具有特殊气味的第8页萝卜苷。（3）N-苷苷元上氮原子与糖的端基碳直接相连而成。如生物化学中经常遇到的腺苷和鸟苷等。存在于中药巴豆中的巴豆苷，也为N-苷。（4）C-苷由苷元中的碳原子直接与糖的端基碳原子相连的苷类。碳苷在蒽衍生物及黄酮类化合物中最为常见，如芦荟苷、葛根素。A1型题：苷的结构特征是A.糖与非糖物质通过糖的2位碳原子连接B.糖与非糖物质通过糖的3位碳原子连接C.糖与非糖物质通过糖的端基碳原子连接D.糖与非糖物质通过糖的6位碳原子连接E.糖与非糖物质通过糖的4位碳原子连接第9页【正确答案】CA1型题：根据形成苷键的原子分类，属于C-苷的是（）A.山慈菇苷B.萝卜苷C.巴豆苷D.天麻苷E.芦荟苷【正确答案】E三、苷的理化性质1.性状苷类多是固体，其中糖基少的可结晶，糖基多的如皂苷，则多具有吸湿性，为无定形粉末。苷类一般稍有苦味，但也有极苦的，如龙胆苦苷；也有非常甜的，如甜菊苷。2.旋光性天然苷类多呈左旋。苷水解后生成的糖多为右旋，因而常使混合物呈右旋。比较水解前后旋光性的变化，可用以检识苷类的存在。3.溶解性大多数的苷具有一定的水溶性（亲水性），其亲水性随糖基的增多而增大；大分子苷元如甾醇的单糖苷常可溶于低极性有机溶剂，一般情况下，苷类在甲醇、乙醇、含水的、丁醇中溶解度较大。碳苷无论在水中，还是在有机溶剂中，溶解度均较小。4.苷键的裂解（1）酸催化水解苷键具有缩醛结构，易为稀酸催化水解。反应一般在水或稀醇溶液中进行。常用的酸：盐酸、硫酸、甲酸等。机制：苷原子先质子化，然后断键生成碳正离子或半椅型中间体，在水中溶剂化而成糖。第10页苷键酸水解的难易规律：①按苷键原子的不同，酸水解由易到难的顺序为：N-苷＞0-苷＞S-苷＞C-苷。N易接受质子，最易水解；而C上没有未共用电子对，不能质子化，最难水解。②吡喃糖中吡喃环的C-5上取代基越大越难水解，因此五碳糖最易水解，其顺序为：五碳糖甲基五碳糖六碳糖七碳糖，如果接有-COOH，则最难水解。A1型题：最难发生酸水解反应的苷是A.N-苷B.酯苷C.酚苷D.S-苷E.C-苷【正确答案】E（N-苷＞0-苷＞S-苷＞C-苷）A1型题：最容易被酸水解的吡喃糖苷是A.七碳糖苷B.五碳糖苷C.甲基五碳糖苷D.六碳糖苷E.糖上连接羧基的糖苷【正确答案】B（2）酶催化水解特点：专属性高、条件温和、可获知苷键的构型、并保持苷元结构不变的特点。常用的酶有：①转化糖酶可水解β-果糖苷键②麦芽糖酶可水解α-葡萄糖苷键③杏仁苷酶专属性较低，水解一般β-葡萄糖苷④纤维素酶是β-葡萄糖苷水解酶第11页（3）碱催化水解稀碱催化水解多用于酯苷、酚苷的水解。（4）Smith裂解第一步：在水或稀醇溶液中，用NaI04在室温条件下将糖氧化裂解为二元醛；第二步：将二元醛用NaBH4还原为醇，以防醛与醛进一步缩合而使水解困难；第三步调节pH2左右，室温放置让其水解。此法适宜于苷元结构容易改变的苷及碳苷的水解。但此法不适用于苷元上有1，2-二醇结构的苷类。5.苷的检识（Molisch反应）Molish反应（α-萘酚-浓硫酸试剂反应）Molish试剂（α-萘酚-浓硫酸试剂）＋糖或苷物质操作：于供试液中加入3%α-萘酚乙醇溶液混合后，沿器壁滴加浓硫酸，使酸沉积于下层，在硫酸与供试液的界面处产生紫色环。糖类也有此反应，单糖反应较多糖、苷类更迅速。A1型题：Molish反应的试剂是A.浓盐酸和α-萘酚B.浓盐酸和α-萘酚C.稀盐酸和α-荼酚D.浓硫酸和α-萘酚E.稀硫酸和α-萘酚【正确答案】D四、提取分离方法1.原生苷的提取提取原生苷需要抑制或破坏酶的活性（杀酶保苷）第12页一般常用的方法是：在中药中