天然产物的提取分离和结构鉴定

天然产物的提取分离和结构鉴定Chapter2教学目的与要求：•了解天然产物化学的预实验与提取•掌握天然产物化学成分提取分离的原理及方法•掌握色谱分离方法•了解天然产物化学结构的测定方法主要内容一、天然产物化学成分的预实验与提取二、色谱分离分析方法三、结晶和重结晶四、天然产物化学成分的结构鉴定§2.1天然产物化学成分的预实验与提取提取：将有效成分从天然物质中提出的过程分离：将提取中混合的性质相同或不同的成分进一步分开的过程研究天然产物化学成分的基本步骤原材料单体化合物总提取物不同部位目的化合物结构修饰人工合成提取初步分离精细分离纯化一、天然产物化学成分的预实验1.基本原理：根据各成分极性的不同，先系统地分成几个不同部分，然后利用显色反应或沉淀反应，或结合纸色谱、薄板色谱，定性判断各部分中可能含有的化合物类型。2.选择合适的极性溶剂（相似相溶）石油醚＜环己烷＜苯＜氯仿＜乙醚＜乙酸乙酯＜正丁醇＜丙醇，乙醇＜甲醇＜水＜含盐水极性：小————大亲脂性：大————小亲水性：小————大适用于极性从小到大的预实验采用石油醚、水、95%乙醇的三段法进行粗分，提高工作效率二、天然产物化学成分的系统分离1.系统分离：选择一系列分离措施，将性质相近的组分集中在一起提取出来，以便分别与临床、动物试验、检测等相配合，确定该部分是否有效目的：对无效部分暂不追踪，对有效部分视具体情况再进行分离，找出关键成分。2.系统分离阶段粗分阶段：又称部位分离，大类物质的分离，如皂苷、蛋白质等；细分阶段：组分分离对于水提取液，采用离子交换树脂将其分为碱、酸和中性三部分：三、提取天然产物的常用方法1.溶剂法2.水蒸气蒸馏法3.分馏法4.吸附法5.沉淀法6盐析法7.透析法8.升华法1、溶剂提取法及其原理溶剂法溶剂提取法：是根据天然产物中各种成分在溶剂中的溶解性质，选用对活性成分溶解度大，对不需要溶出成分溶解度小的溶剂，而将有效成分从药材组织内溶解出来的方法。原理：根据“相似相溶”原理，选择与化合物极性相当的溶剂将化合物从植物组织中溶解出来，同时，由于某些化合物的增溶或助溶作用，其极性与溶剂极性相差较大的化合物也可溶解出来。2、常用溶剂的特点石油醚,环己烷,苯,氯仿,乙醚,乙酸乙酯,正丁醇,丙酮,乙醇,甲醇,极性：小————大亲脂性：大————小亲水性：小————大•比水重的有机溶剂：氯仿•与水分层的有机溶剂：环己烷~正丁醇•能与水分层的极性最大的有机溶剂：正丁醇•与水可以以任意比例混溶的有机溶剂：丙酮~甲醇•极性最大的有机溶剂：甲醇•极性最小的有机溶剂：石油醚•常用来从水中萃取苷类、水溶性生物碱类成分的有机溶剂：正丁醇•溶解范围最广的有机溶剂：乙醇选择溶剂要注意以下三点：①溶剂对有效成分溶解度大，对杂质溶解度小；②溶剂不能与中药的成分起化学变化；③溶剂要经济、易得、使用安全等。3、溶剂的选择4、各种溶剂提取法•连续回流提取法等•浸渍法•渗漉法•煎煮法•回流提取法•浸渍法：•浸渍法系将天然产物粉末或碎块装入适当的容器中，加入适宜的溶剂（如乙醇、稀醇或水），浸渍药材以溶出其中成分的方法。•渗漉法：•渗漉法是将天然产物粉末装在渗漉器中，不断添加新溶剂，使其渗透过药材，自上而下从渗漉器下部流出浸出液的一种浸出方法。01溶剂罐02变频物料泵03快速渗漏机04流量计05渗滤液罐06可调试电加热水箱07热水泵08高效旋转薄膜蒸发器09浓缩液罐10冷凝器11冷却器12受却器13真空泵14控制柜SLNS-快速渗漉提取浓缩机组工艺流程图SLNS-快速渗漉提取浓缩机组煎煮法：煎煮法是我国最早使用的传统的浸出方法。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。直火加热时最好时常搅拌，以免局部药材受热太高，容易焦糊。有蒸汽加热设备的药厂，多采用大反应锅、大铜锅、大木桶，或水泥砌的池子中通入蒸汽加热。还可将数个煎煮器通过管道互相连接，进行连续煎浸。回流提取法：应用有机溶剂加热提取，需采用回流加热装置，以免溶剂挥发损失。小量操作时，可在圆底烧瓶上连接回流冷凝器。溶剂浸过药材表面约1～2cm。在水浴中加热回流，一般保持沸腾约1小时后放冷过滤，再在药渣中加溶剂，作第二、三次加热回流分别约半小时，或至基本提尽有效成分为止。此法提取效率较冷浸法高，大量生产中多采用连续提取法。连续回流提取法：应用挥发性有机溶剂提取天然产物有效成分，不论小型实验或大型生产，均以连续提取法为好，而且需用溶剂量较少，提取成分也较完全。实验室常用脂肪提取器或称索氏提取器。连续提取法，一般需数小时才能提取完全。提取成分受热时间较长，遇热不稳定易变化的成分不宜采用此法。提取方法溶剂操作提取效率使用范围备注浸渍法水或有机溶剂不加热效率低各类成分，尤遇热不稳定成分出膏率低，易发霉，需加防腐剂渗漉法有机溶剂不加热—脂溶性成分消耗溶剂量大，费时长煎煮法水直火加热—水溶性成分易挥发、热不稳定不宜用回流提取法有机溶剂水浴加热—脂溶性成分热不稳定不宜用，溶剂量大连续回流提取法有机溶剂水浴加热节省溶剂、效率最高亲脂性较强成分用索氏提取器，时间长5、溶剂萃取法分以下几种情况①采取几种不同极性的溶剂分步提取先用极性低，与水不相混溶的有机溶剂（如石油醚，苯等），再用与水相溶的有机溶剂（如丙酮，乙醇等），最后用水提取。目前采用的两种系统为：乙醇--乙醚--甲醇--水己烷--二氯甲苯--甲醇--水常用作提供生物试验的样品用②单一溶剂提取用水提取，杂质较多，常加入少量戊醇或辛醇如果植物中含胺型生物碱、苷类及有机酸等含有亲水性基团，并能溶于水，可直接用水提取（如：小檗碱，芸香苷，甘草酸）如果植物中含的成分较为简单或某一成分含量较高时，可估计其极性大小或溶剂性能，选择一种适当的溶剂提取（如：细辛素—石油醚，橙皮苷—甲醇或乙醇）。③两种或两种以上溶剂利用植物中所含成分在某种溶剂中溶解度大差异而达到分离的目的如：川楝素：苯—石油醚溶解脂类，川楝素难溶而分出60%乙醇—减压浓缩—氯仿提取④液-液分配萃取利用混合物中的各成分在两种互不相溶的溶剂中，由于分配系数不同而达到的分离目的分配系数相差越大，分离效果越高。⑤反应溶剂萃取常用于内酯化合物，因为内酯环遇碱水解成为羧酸盐而溶于水，再加酸酸化，可重新形成内酯环，不溶于水，即分开。6、强化溶剂提取的新方法超临界流体萃取SCFE超声波强化提取技术微波萃取技术酶法萃取技术超临界流体萃取SCFE超临界流体萃取：是以某一介质作为萃取剂，在其临界温度和临界压力之上的条件下，从液体或固体物料中萃取出待分离的组分的一种方法。超临界流体：由于接近液体的密度使之具有较高溶解度,由于接近气体的粘度,使之具有良好的流动性能,扩散系数介于气液之间,使之对待萃取的物料组织有良好的渗透性,这些特征大大提高了溶质进入超临界流体的传质速率。超临界流体萃取的特点•萃取过程在较低温度范围内进行,特别适用于具有热敏性或易氧化的成分。萃取介质通常选用二氧化碳,二氧化碳化学性质稳定,无腐蚀性、无毒性、不易燃、不易爆,萃取后容易从分离成分中脱除,不会造成污染,适用于食品和医药行业。•工艺条件容易控制,通过对温度和压力进行调节,可以实现选择性萃取和分离。•萃取产物的理化性质保持良好,产品质量好,且无溶剂残留问题,萃取介质循环利用,无环境污染问题。•超临界流体萃取需要冷媒和高压支持且生产量较小,操作成本大。超临界流体萃取的应用由于超临界流体萃取技术上有许多不可替代的优点,近年来获得高度的重视和广泛的应用,例如中药有效成分的提取；菌体生成物的分离；香精香料色素的提取；动植物脂肪、脂溶性成分、植物碱、甾醇类物质等成分的提取；有机溶剂以及有害有毒物质的脱除等。超声波强化提取技术原理：利用超声波的空化作用加速植物有效成分的浸出提取。优点：提取时间短，收率高，避免高温对有效成分的破坏缺点：对容器壁的薄厚，放置位置要求较高微波萃取技术原理：在微波场中，利用吸收微波能力的差异，被提取物质的某些区域或萃取体系中某些成分选择性加热——分离优点：提取速度快缺点：要求药材含一定的水分，微波对某些化合物有一定降解作用，只适宜对热稳定的产物酶法萃取技术原理：利用酶破坏植物的细胞壁，使有效成分溶出是一种最大限度从植物体内提取有效成分的方法之一中药提取中多用纤维素酶水蒸气蒸馏法水蒸气蒸馏法，适用于能随水蒸气蒸馏而不被破坏的天然产物成分的提取。此类成分的沸点多在100℃以上，与水不相混溶或仅微溶，且在约100℃时存一定的蒸气压。当与水在一起加热时，其蒸气压和水的蒸气压总和为一个大气压时，液体就开始沸腾，水蒸气将挥发性物质一并带出大蒜素、丹皮酚、麻黄碱分馏法利用沸点不同进行分馏，再精制纯化如：在分离毒芹总碱中的毒芹碱和羟基毒芹碱时，利用沸点不同进行常压或减压分馏吸附法吸附目的：1.吸附除去杂质，常指鞣质色素2.吸附所需物质常常用氧化铝、酸性白土、活性炭沉淀法利用某些试剂产生沉淀的性质而得到分离或除去“杂质”。盐析法:加易溶无机盐至一定浓度或饱和，降低成分溶解度，常用氯化钠、氯化铵、硫酸铵、硫酸钠、硫酸镁透析法：小分子可通过半透膜，大分子不能通过，常用于纯化皂苷、蛋白质、多肽和多糖等化合物。升华法固体物质受热直接气化，遇冷后又凝固为固体化合物，称为升华。天然产物中有一些成分具有升华的性质，故可利用升华法直接自天然产物中提取出来。例如樟木中升华的樟脑（camphor），在《本草纲目》中已有详细的记载，为世界上最早应用升华法制取药材有效成分的记述。茶叶中的咖啡碱在178℃以上就能升华而不被分解。游离羟基蒽醌类成分，一些香豆素类，有机酸类成分，有些也具有升华的性质。四、天然产物的分离与精制根据物质溶解度差别进行分离根据物质在两相溶剂中的分配系数不同进行分离根据物质的吸附性差别进行分离⑴根据物质溶解度差别进行分离①利用不同温度，不同溶解度。eg结晶，重结晶②加入另一溶剂，改变混合剂的极性，使一部分沉淀析出——溶剂沉淀③对酸、碱或两性有机化合物，常加酸碱来调节PH值，改变分子存在状态（游离型或离解型），从而改变溶解度而实现分离——沉淀剂沉淀④酸或碱性的化合物可通过加入沉淀剂，使之生成不溶性的盐类析出。——盐析沉淀⑵根据物质在两相溶剂中的分配比不同进行分离①液-液萃取与分配系数K值K=CU/CLCU-溶质在上相溶剂中的浓度CL-溶质在下相溶剂中的浓度②分离难易与分离因子β分离因子β表示A、B两种溶质在同一溶剂系统中分配系数的比值。即：β=KA/KB(注：KAKB)β≥100，仅作一次简单萃取就可实现基本分离；100＞β≥10,萃取10-12次β≤2，须100次以上萃取才基本分离β≌1,不能分离③分配比与PH值一般pH3时，酸性物质多呈非离解状态(HA)、碱性物质则呈离解状态(BH+)存在，但pH12,则酸性物质呈离解状态(A-)、碱性物质则呈非离解状态(B)存在。据此,可采用图2-5所示在不同pH的缓冲溶液与有机溶剂中进行分配的方法,使酸性、碱性、中性及两性物质得以分离。④液-液萃取与纸色谱β＞50，简单萃取β＜50，采用逆流分溶法如果不知道分配比，可以借助纸色谱（PPC）求β值作业：逆流分溶法的原理和内容什么是色谱，色谱的分类逆流分溶法液-液萃取分离中经常遇到的情况是分离因子β值较小,故萃取及转移操作常须进行几十次乃至几百次。此时简单萃取已不能满足需要,而要采用逆流分溶法(countercurrentdistribution,简称CCD)。逆流分溶法【逆流分溶法】又称逆流分配法、逆流分布法或反流分布法。利用不同物质在两个互不相溶的溶剂中溶解度不同的原理使混合物分离的方法。此法相当于多次萃取。利用此原理制成了连续、自动的逆流分溶仪。该仪器可使两种性质相似、即使分溶常数很接近的化合物，经过一定次数振摇、转移的操作，亦可达到分离的目的。用于分离抗生素、脂肪酸、蛋白质、核酸以及激素等，也用于测定溶质的分溶常数。CCD