第2章-天然药物化学.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,（一）药物分类：,现代,医学理论体系,西药、,天然药物,药物,传统,医学理论体系,中草药,、民族药,分类依据：,医学理论体系,。,一、概述,第一节 天然药物化学的发展历史,第一节 天然药物化学的发展历史,（一）药物分类：,1.,在,现代医学,理论指导下使用的药物,(1).,化学合成药物,合成药：阿司匹林，法莫替丁,半合成药：蒿甲醚，可待因,抗生素：青霉素，红霉素,直接提取：麻黄素，紫杉醇,(2).,生物制品：,干扰素，免疫球蛋白,(3).,天然药物：,各种银杏制剂，人参皂苷制剂,一、概述,（一）药物分类：,2.,在,传统医学理论,指导下使用的药物,(1).,中药,:,人参,(,大补元气，生津,安神）,五倍子,（,涩肠止泻,）,(2).,草药：,穿心莲,（清热解毒）,(3).,民族药,:,藏药，蒙药,第一节 天然药物化学的发展历史,2007,年,8,月,6,三、,天然药物化学的发展历史,（二）,天然药物化学,发展,1,、,国际发展史,天然药物化学的,建立与形成,天然药物化学发展的初期阶段是以,发现和分离化学成分为特征,的。,欧洲：,18,世纪（,1769,年），瑞典药师、化学家,舍勒,将酒石制得了酒石酸钙盐，再用硫酸分解制得酒石酸揭开了序幕。,此人又相继完成了苯甲酸（,1775,）、乳酸（,1780,）、苹果酸（,1785,）、没食子酸（,1786,）的分离；,7,三、,天然药物化学的发展历史,（二）,天然药物化学,发展,鸦片战争前的,19,世纪，,吗啡自,1804,年被分离出来、,1925,年阐明结构，到,1952,年合成成功，历经近,150,年。,罂粟,morphine,德国化学家,赛特纳,从鸦片中,提取分离纯品,:1803-1805,罗宾逊,阐明,提出结构,:1925,犬实验,证实,:,强效镇痛药,合成,:1952,大量长期使用会成瘾，毒品。,海洛因,二乙酰吗啡,海洛因即二乙酰吗啡,2007,年,8,月,10,三、,天然药物化学的发展历史,（二）,天然药物化学,发展,1820,年从金鸡纳树皮中分离奎宁,(quinine),；,随后，又分离出了可卡因、咖啡因、麻黄碱、,小檗碱、阿托品、,毒毛旋花子苷等，这些药物的发现，掀起了对生物碱的研究热潮。,生物碱的研究是天然药物化学发展的开端,美登木碱,(Maytansine),利血平,(Reserpine,),紫杉醇,(Taxol),长春碱,(Vinblastine),长春新碱,(Vincristine),天然活性物质,生物碱,2,、国内发展史,中国,最早进行天然药物化学研究的国家,古代我国处于世界领先地位，故有“医药化学来源中国”的高度评价；,公元,12,世纪，大麦发芽制造饴糖；,早在公元,281,年至,341,年，我国,晋代葛洪,就总结了“炼丹术”，写出“抱卜子”，“丹砂烧之成水银，积变又还成丹砂。”,葛洪,为天然药物化学的奠基人。,三、,天然药物化学的发展历史,他接触的化学药物是比较多的，在,抱朴子,内篇,里，葛洪曾做过,汞与丹砂还原,变化的实验,。他在书中说：“丹砂烧之成水银，积变又还成丹砂”。,丹砂，又叫朱砂，就是红色的,硫化汞,，将它,加热,后，分解出,汞（水银）,；汞再与硫化合，又生成红色硫化汞。,这可能是人类最早用化学合成法制成的产品之一。葛洪还在实验中发现了多种有医疗价值的化合物或矿物药。至今，,葛洪的炼丹术，后来传到了西欧，也成了制药化学发展的基石。,葛洪,(283,363),天然药物,化学的先驱：葛氏一生精于炼丹术，炼丹是化学制药的萌芽。葛氏总结了秦、汉以前炼丹术的经验，并接触到一些重要的化学原理。,14,三、天然药物化学的发展历史,本草纲目,39,卷中记录由,五味子,提取没食子酸，“,看药上长起长霜，药则已成矣,”，此处的“生白”、“长霜”均为没食子酸生成之意，故为世界上最早制得的有机酸。,1711,年,集验方,（,李遵,著）,樟脑的制备方法,，由马可波罗将这一方法传到西方,我国历史上著名三本本草著作：,秦,汉,时期,神农本草经,载有,365,种药物,。,隋,唐,时期,新修本草,载有,852,种药物。,明代,本草纲目,全书,190,万字，,载有,1892,种,药物,，,收载剂型,61,种，,插图,1160,幅，药方,11096,条。,17,世纪译成英、日、德、俄、法、拉丁,7,种文字传到国外,三、,天然药物化学的发展历史,本草纲目,在历史上有重大的贡献,本草纲目,的特点是：“振纲分目”、“纲目分明”。,分,52,卷,。列水、火、土、金石、草、谷、菜。果、木、服器，虫、鳞、禽、兽、人,16,部,(,纲,),，,每部又分若干类，,共,60,类,(,目,),。,每类下列出该类所属药物。,李时珍按科学原则，把各种植物加以比较系统、明晰的分类，,本草纲目,分类，可以说是一项了不起的成就。被誉为,”东方医药巨著”。,当代本草学术成就,全国中草药汇编,、,各版,中华人民共和国药典,一部、,中华本草,、,中药志,中药大辞典,收载,中药,5767,味，植物药,4773,味，动物药,740,味，矿物药,82,味，中成药（加工制成品）,172,味；,三、,天然药物化学的发展历史,18,解放后,天然药物有了长足的发展,1,）利用丰富药源生产药物,芦丁（心血管类药物）；麻黄素（拟肾上腺素类）；,2,）减少进口、自给自足药物,阿托品（抗胆碱药）；秋水仙碱（治乳腺癌）；,3,）民间草药发掘药物,颅定痛（镇静药）；羟基喜树碱（抗癌药）；,4,）改构药物,如抗痫灵、联苯双酯、常咯啉等。,19,70,年代以后开发的天然药物：,羟基喜树碱,抗癌,高三尖杉酯碱,抗白血病,天花粉蛋白,引产,鹤草酚,抗绦虫,联苯双脂,治慢性肝炎,青蒿素,抗疟疾,由青蒿素的衍生出的蒿甲醚和青蒿酯抗疟活性更佳,20,目前,市售药物,中，约有,1,4,或更多来源于天然药物。,西欧和美国植物来源药物占,25,；,俄罗斯和东欧各国占,32,；,我国占,42,45,。,21,目前,国际,研究天然药物,热点,：,抗癌,方面：,有,紫杉醇,（,Taxol,）及其衍生物，,喜树碱,新衍生物，,鬼臼毒素,新衍生物。,心脑血管,药物：,银杏内酯,（,Ginkgolides,）,紫杉醇,(Taxol),22,海洋生物活性成分是,国内外新药,研究开发,的,又一新,热点。,已报道的海洋活性成分,功效有抗菌、抗病毒、抗炎、抗肿瘤等,，前景广阔。,海洋生物处于高盐、低温、高压、缺氧、黑暗的特殊环境，其,遗传代谢有特异的变化,，可产生结构新颖的活性物质。,海洋生物药用资源的开发前景广阔。,目前,国际,研究天然药物,热点,：,2007,年,8,月,中药、生药与天然药物化学,23,第二节 天然药物化学的性质和任务,一、天然药物化学性质,二、天然药物化学的任务,2007,年,8,月,24,一、天然药物化学性质,1,、天然药物化学定义：是运用,现代科学理论和方法,来研究,天然药物中,化学成分,的一门学科。,2,、研究对象：,天然药物,防治疾病的,物质基础,化学成分,（生理,活性成分,或,药效,成分）,3,、,基本概念,天然药物中含有的,各种,化学物质。,如生物碱、黄酮类化合物、皂苷、挥发油等。,如中药麻黄中含有左旋麻黄素等多种生物碱以及淀粉、树脂、叶绿素、纤维素、草酸钙等化学成分；,3,、,基本概念,有效成分,（生理活性成分）,：,即天然药物中,具有,医疗效用或生理活性,的,单体化合物,，,能用分子式和结构式表示，有一定的物理常数。,甘草酸具有抗炎、抗过敏、治疗胃溃疡的作用，是中药甘草的有效成分。,2007,年,8,月,28,二、天然药物化学的任务,1,、,探明天然药物中作为,药效物质基础的化学成分；,2,、研究天然药物化学成分的,类型、理化性质,；,3,、研究天然药物化学成分的,结构鉴定方法,；,4,、新药,研制,；,5,、阐明天然药物中主要,有效成分的生物合成途径,。,2007,年,8,月,29,二、天然药物化学的任务,1,、,探明天然药物中作为,药效物质基础,的化学成分；,黄连中含有,抗菌消炎,的,小檗碱,黄连素，,麻黄含有,止咳平喘,的,麻黄碱,麻黄素，,罂粟中含有,止痛,的,吗啡,、,镇咳,的,可待因,等。,蛇根,木,中含有,降压,的,利血平,；,长春花含有,抗癌,药,长春碱,（,vinblastine),，,长春新碱,（,vincristine),，；,2007,年,8,月,30,2007,年,8,月,31,长春碱（,vinblastine),，,长春新碱（,vincristine),利血平,2007,年,8,月,32,二、天然药物化学的任务,2,、研究天然药物化学成分的类型、理化性质,3,、研究天然药物化学成分的结构鉴定方法,例如，中药人参,来源,五加科人参属植物人参的干燥根。,功效,大补元气、生津止渴。,化学成分,皂苷、多糖、聚炔醇、,谷甾醇,、,黄酮类及挥发油等。,生物活性,增强免疫、滋补作用,【,有效成分,】,皂苷,含量约,4%,，须根中的含量高于主根。,含有,20,余种,皂苷类成分,，都有相同或类似的母体，,根据皂苷元结构的不同分为,A,、,B,、,C,三类，,2007,年,8,月,中药、生药与天然药物化学,33,A,型,人参皂苷苷元为,20,（,S,）原人参二醇,B,型,人参皂苷苷元为,20,（,S,）原人参三醇,C,型,人参皂苷：苷元为齐墩果酸,甾体,皂苷,五环三萜皂苷,2007,年,8,月,34,二、天然药物化学的任务,4,、新药研制,新药研究开发的,途径：,（,1,）直接从,天然药物,中发现新药,（,2,）以天然药物中,活性成分为,先导化合物开发新药,2007,年,8,月,35,二、天然药物化学的任务,4,、新药研制,（,1,）直接从天然药物中发现新药,建国以来我国从中药或天然药物中研制开发的新药有,200,余种，例如,青蒿素、,粉防己碱、防己诺林碱、麻黄碱等,200,余种有效成分被制成,500,余种制剂已用于临床。,2007,年,8,月,36,二、天然药物化学的任务,4,、新药研制,（,2,）,以天然药物中活性成分为,先导化合物,开发,合成衍生物,从天然药物中寻找到的,有效成分,因,活性小或毒性大,，以它们为,先导化合物,；,通过对,先导化合物的,结构改造、生物转化、体内代谢、构效关系,的,研究,将其开发成,创新药物,来自动植物有效成分和成分,结构改造的衍生物,占新药总数,60,以上；如,青蒿醚,；,2007,年,8,月,37,青蒿中含有抗疟有效成分青蒿素，,存在生物利用度低和复发率高的缺点,，需,对其进行结构优化。,通过构效关系研究合成了新的衍生物,，,疗效显著提高，且水溶解性更强。,双氢青蒿素,比青蒿素,疗效高一倍，,青蒿素,甲醚，,鼠疟筛选表明抗疟活性强于青蒿素,1020,倍,。,将,双青青蒿素,制成,琥珀酸单酯钠盐,称为,青蒿琥酯,，,水溶解性增强,可制成注射剂，,用于危重的脑型疟疾,.,青蒿素、蒿甲醚、青蒿琥酯,均已收入中国药典，并已在国外注册，进入国际市场。,5,、阐明天然药物中主要有效成分的生物合成途径,生物合成假说提出 ：,结构相似,的天然化合物在多数情况下意味着它们在生物合成上可能为,同一起源,；,人为地在植物中,注入前体或中间产物,来增加所需成分的积累和产量。,从生源关系密切的成分中来,扩大生物活性物质的资源。,2007,年,8,月,39,第五节 天然药物化学成分的提取分离方法,一、天然药物有效成分的提取,二、天然药物有效成分的分离与精制,2007,年,8,月,40,药材,总提取物,单体化合物,化学成分,提取,纯化分离,结构测定,天然药物化学成分的提取、分离,创新药物,结构修饰,与改造,第五节 天然药物化学成分提取分离方法,一、天然药物有效成分的,提取,(,一,),常用提取方法,(,溶剂提取法,),二、天然药物有效成分的,分离与精制,(,一,),根据物质,溶解度差别,进行分离,(,二,),根据物质,分配系数差异,进行分离,(,三,),根据物质,吸附能力差异,进行分离,(,四,),根据物质,分子大小差异,进行分离,(,五,),根据物质,解离程度差异,进行分离,2007,年,8,月,42,一、天然药物有效成分的,提取,提取,：,利用,适当的,溶剂,或,方法,，提出,所要,有效成分,的过程。,1,、,溶剂提取法,2,、水蒸汽蒸馏法、,3,、,升华法,4,、,其他方法,（,压榨法、,超声波提取法、超临界流体萃取法,）,2007,年,8,月,43,常用提取方法,压榨法,溶剂提取法,水蒸汽,蒸馏法,原理：与水蒸汽产生,共沸点,范围：,挥发,成分,（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,）,升华法,原理：相似者相溶,范围：,所有,化学成分,原理：遇热气化,升华,，遇冷凝固,范围：,游离蒽醌,、,小分子香豆素类,，有机酸类,成分,原理：机械挤压,范围：,新鲜,药材、种籽,植物油,2007,年,8,月,44,（一,）溶剂提取法,根据中药中,各种成分的,溶解性不同,适当的,溶剂,或,方法,，,选择溶剂：依据相似相溶原理。,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。,（,1,）天然药物化学成分的极性：,极性较大,的：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、多数,苷类,。,极性小,的：,游离,生物碱、挥发油、树脂、脂肪、,大分子,有机酸、亲脂性色素、多数,苷元,。,2007,年,8,月,46,1,）溶剂分类：,通常分三类：,强极性溶剂,：,水,有机溶剂,:,亲水性,有机溶剂：,甲醇、乙醇、丙酮,（能,与水任意混溶）,亲脂性,有机溶剂：,石油醚、乙醚、乙酸乙酯、氯仿、二氯甲烷、正丁醇、环己烷等,饱和烷烃,（不能与水任意混溶，可分层）,（,2,）,溶剂,2007,年,8,月,47,天然药物各类成分与提取溶剂的关系,挥发油、油脂、树脂、内酯、叶绿素、某些生物碱及一些苷元等,极性小,，易溶于氯仿、乙醚等；,糖、苷等,极性大,易溶于水、乙醇等极性溶剂中；,无机盐、糖、氨基酸、苷类,易溶于水,酸、碱性成分因存在状态不同溶解性不同。,2007,年,8,月,48,3,、提取方法,煎煮法,浸渍法,溶剂提取法 渗漉法,回流提取法,连续回流提取法,超声法,根据被提取的,有效成分性质,和,溶剂性质,选择提取方法。,2007,年,8,月,49,（二）水蒸汽蒸馏法,适用范围：,适于,具有挥发性，,能随水蒸气蒸馏而不被破坏并难溶于水,的,有效,成分,的提取。,常用于,挥发油、小分子生物碱、酚类、游离醌类,等,的提取。,2007,年,8,月,50,水,蒸,气,蒸,馏,装,置,1,、玻璃管,2,、螺旋夹,3,、水蒸气发生器,4,、蒸馏瓶,5,、冷凝管,6,、连接管,7,、接收器,2007,年,8,月,51,（四）其他方法,升华法：,中药中某些成分具有升华的性质，受热时可直接气化，气体遇冷又凝固为原来的固体化合物。,如樟木中的,樟脑,，是世界上最早应用升华法制取的有效成分。,茶叶中的,咖啡碱,加热到,178,就能升华而不被分解。,游离羟基蒽醌类成分、小分子游离香豆素类成分及某些有机酸和酚类成分等，具有升华的性质，可用升华法提取。,2007,年,8,月,52,（四）其他方法,压榨法：,某些成分在,新鲜,原料中存在量多或新鲜富含肉质药材。,2007,年,8,月,53,二、天然药物有效成分的分离与精制,分离,纯化,：,将,多种成分的混合,提取物中所含的各种成分一一分开，并将,得到的单体加以精制,的过程。,分离与纯化采用的方法基本相同，,不同的方法分离,原理不同。,第五节 天然药物化学成分提取分离方法,二、天然药物有效成分的,分离与精制,(,一,),根据物质,溶解度差别,进行分离,(,二,),根据物质,分配系数差异,进行分离,(,三,),根据物质,吸附能力差异,进行分离,(,四,),根据物质,分子大小差异,进行分离,(,五,),根据物质,解离程度差异,进行分离,(,一,),根据有效成分,溶解度差别,进行分离,1.,分离原理,:,根据不同成分,溶解度差别,，,相似相溶,2.,采取措施,:,（,1,）改变温度：,重结晶法,（,冷热情况下溶解度的差异）,（,2,）改变混合溶剂极性：,主要分为水,/,醇法和醇,/,水法；,（,3,）调节溶液的,pH,值：,pH,梯度法,常用在酸、碱或两性天然活性化合物,（,4,）加入某种沉淀试剂,中药化学成分能,与某些试剂生成沉淀,，而自溶液中,析出,的一种方法。,(,二,),根据物质分配系数的不同进行分离,1.,原理,:,利用,混合物中各,化学成分,在,两种互不,相溶的溶剂,中的,分配系数的不同,达到分离,。,2),分离因子,（,b,值）与分离难易的关系,K=CU/CL,b,=KA/KB,K,值与萃取次数成反比，即,K,值越大，,萃取次数越少，反之越多,b,值越大，越易分离；,100,：仅作,一次简单萃取,就可实现分离；,100 10,：,则需,萃取,10,12,次,；,b 1,时，,无法分离,1),分配系数,（,K,值）与萃取次数的关系,2007,年,8,月,57,（二）根据化合物在两相溶剂间分配比差别进行分离,常用的方法有：,溶剂分配法,、逆流分布法（,CCD,）、,液滴逆流色谱法（,DCCC,）、,高速逆流色谱法（,HSCCC,）、,气,-,液分配色谱（,GC,或,GLC,）,液,-,液分配色谱法（,LC,或,LLC,）等。,2007,年,8,月,58,习称,液一液萃取法,所用装置：,分液漏斗、,连续液,-,液萃取装置、,液滴逆流层析。,（,1,）溶剂分配法,2007,年,8,月,59,（,2,）逆流连续萃取法,原理：,利用,两相,溶剂,比重不同,可,自然分层,和分散液滴穿过连续相溶剂时发生传质的原理，用一根或数根萃取管制成,逆流连续萃取,装置。,轻质,重质,2007,年,8,月,60,（,3,）,液滴逆流,色谱法,（,DCCC,）,原理：,是在逆流分布法基础上发展的,高分离效能,的色谱分离法，,可使流动相呈液滴形式在固定相间交换，分离效果好。,小于,50,萃取需几十次至几百次完成。,分离管有,1001000,根,，互相串联，,上行法,时，分离管内充满,重相,作为固定液相，,利用泵,将,轻相,（移动相,）带着样品液,进入分离管，,形成液滴,通过分离管，流出的移动相通过,检测器分部收集,。,适用范围,：,特别适于,极性,物质，,多用于分离皂苷、蛋白质、糖类等。,2007,年,8,月,61,色谱法是一种分离技术，,试样混合物的分离过程也就是试样中各组分在称之为色谱分离柱中的两相间不断进行着的分配过程。,其中的一相固定不动，称为,固定相,；,另一相是携带试样混合物流过此固定相的流体（,气体或液体,），称为,流动相,。,2,、色谱分离法,2007,年,8,月,63,色谱分离法,：,利用混合物各组分在,固定相,和,流动相,之间,吸附,或,分配系数,不同而达到分离方法。,（,视频）,固体（吸附剂）,吸附色谱,固定相,液体（担体或支持剂）,分配色谱,液体,液相色谱,流动相,气体,气相色谱,液,液分配,2,、色谱分离法,2007,年,8,月,64,按,色谱原理,来分：按,色谱场所,分：,吸附,色谱,柱,色谱,分配,色谱,纸,色谱,氢键缔和,色谱,薄层,色谱,排阻,（分子筛）色谱,离子交换,色谱,亲和,色谱,2,、色谱分离法类型,2007,年,8,月,65,加压液相,柱,色谱：,原理：,常用的,液,-,液分配柱色谱,中用的载体（如硅胶）颗粒较大，,流动相仅靠重力作用自上而下流过色谱柱，流出液用人 工分段收集，因此柱效较低，且费时。,加压液相色谱,：,用的,载体颗粒直径小,、机械强度高、比表面积大，故柱效高。,加压,液相色谱分为：,LPLC:,低压,液相色谱,MPLC,：,中效,液相色谱,HPLC,：高效,液相色谱,低压、中压,柱层析,（,LPLC,、,MPLC,）,根据,加压液相色谱（,PLC,）的基本原理设计，填充剂颗粒直径介于经典柱层析与,液相,柱层析之间，采用,薄层层析硅胶,（氧化铝、反相键合相硅胶等），在,0.55kg,（低压）,或,550 kg,（中压）,下进行柱层析，分离效果可与制备型薄层层析相媲美；,高效,液相色谱法,（,HPLC,）,特点：,压力：,150,350105 Pa,。一次,上样量大,，,柱效高,，,分离速度快、效率高、试样分析重现性好，,而且试样不需气化，只需制成溶液，即可在室温下进样分析，,一次实验通常,48h,完成。,应用范围极广，对,挥发性差或遇热不稳定的成分,及某些,高分子化合物,的分离极为有利。,广泛应用于,分离结构相似的,皂苷等化合物。主要是,反相键合相硅胶柱,。,黄芩中,6,种黄酮类成分的,胶束电动毛细管色谱分离图,1.,汉黄芩甙；,2.,黄芩素；,3.,黄芩甙；,4.,千层子素；,5.,汉黄芩素；,6.,内标水杨酸；,7.,白杨素,黄酮及其甙类分析,在天然药物化学成分分离及纯化过程中，吸附现象应用较多，尤其,固液吸附,。,物理吸附,(Physical adsorption),化学吸附,(Chemical adsorption),半化学吸附,(Semi-chemical adsorption),固,液 吸附,1,、,吸附层析的分类,(,三,),根据物质,吸附能力差异,进行分离,（,1,）物理吸附（,表面吸附）,基本原理：吸附与解吸附,循环往复，,由分子间力的相互作用所引起。,2,、,吸附层析的种类,吸附,再吸附,解吸,再解吸,直至分离,(,三,),根据物质,吸附能力差异,进行分离,常见的吸附剂,:,极性吸附剂,硅胶，,Al,2,O,3,，,大孔树脂,非极性吸附剂,活性碳,活性碳,是一种非极性吸附剂，对非极性物质吸附强。,活性炭主要用于,分离水溶性成分,，如氨基酸、糖类及某些甙。,(,三,),根据物质,吸附能力差异,进行分离,基本原理：,通过产生化学反应,酸性,物质与,Al,2,O,3,发生化学反应，,如,黄酮等酚酸性,物质被碱性氧化铝吸附；,碱性,物质与,硅胶,发生化学反应，,生物碱,被酸性硅胶吸附等。,例如：,生物碱,用硅胶做柱、薄层时，要选择碱性系统或使体系碱化，用,0.04%,稀氢氧化钠碱化，因为硅胶显酸性，,pH=6.0,左右。洗脱剂中加入适量氨、吡啶、二乙胺可防止拖尾。,（,2,）化学吸附,2007,年,8,月,薄层,色谱,操作方式,：,制板 点样 展开 显色,基本原理,：以,氢键,的形式产生吸附。,常用的吸附剂,：,聚酰胺,应用范围,：,主要用于,酚类、醌类,如黄酮类、蒽醌类及鞣质类等成分的分离。,（,3,）半化学吸附,常用方法,膜分离法,(membrane separation,),透析法,(dialysis),超滤法,(ultrafiltration),超速离心法,(ultracentrifugation),凝胶过滤法,(gel filtration,),（,重点介绍）,(,四,),根据化学成分,分子大小差异,进行分离,又称为 分子筛层析,(molecular sieve filtration chromatography),；,排阻层析,(exclusion chromatography),；,凝胶过滤层析,(gel filtration chromatography),。,2,、排阻,（分子筛）,色谱,size-exclusion chromatography,固定相：,凝胶,(,具有一定大小孔隙,三维网状结构,),；,（,1,）基本原理：,利用凝胶的分子筛的原理和被分离化合物分子的大小而达到分离目的。,2,、,凝胶过滤法,小分子,可以扩散到凝胶空隙，由其中通过，出峰最慢；,中等分子,只能通过部分凝胶空隙，中速通过；,而,大分子,被排斥在外，出峰最快；,可对相对分子质量在,100-10,5,范围内的化合物按质量分离,（,1,）分离原理：,按分子,由大到小顺序先后流出,并得到分离。,（,2,）分离物质范围：,中药中多糖类、蛋白质、苷和苷元的分离。,（,3,）常用凝胶的种类及性质,葡聚糖凝胶,（,Sephadex G),系列,:G-10,15,20,25,50,75,100,200,羟丙基葡聚糖凝胶,(Sephadex LH),系列,:,LH-20,2007,年,8,月,中药、生药与天然药物化学,79,装柱 上样 洗脱 收集 浓缩,检识 合并 结晶,凝胶,柱色谱步骤,(,五,),根据物质,解离度差异,进行分离,在天然药物化学成分中，,具有酸性、碱性及两性基团的分子,，在水中多呈离解状态,常用方法,电泳技术,(electrophoretic method),离子交换法,(ion-exchange chromatography,，,IEC,),1.,三要素,固定相、溶质,(,被分离物,),、流动相,固定相,：,碱性（阴）,交换树脂，,酸性（阳）,交换树脂；,离子,交换,色谱,ion-exchange chromatography,离子,交换,色谱,（,1,）基本原理,：,利用,酸、碱,化合物在,解离状态,时与阴、阳离子树脂,产生离子交换,的原理达到分离的方法。,阳离子交换,：,RSO,3,H +M,+,=RSO,3,M +H,+,阴离子交换,：,RNR,4,OH +X,-,=RNR,4,X+OH,-,离子交换法,（,3,）,应用,分离物质范围,用于,能在水中产生,离子的,酸、碱性,及两性,化合物,。,如生物,碱,、有机,酸,、氨基酸、蛋白质、,肽类、,多糖等水溶性成分的分离纯化。,组分与离子交换剂之间,亲和力大，保留时间长；,（,4,）操作要点,树脂装柱前要用水充分溶胀，并用酸、碱预处理。,离子交换法,例如：离子交换树脂分离生物碱过程：,(1),吸附：,生物碱盐被强,阳离子,树脂吸附,RSO3 H,+,+Alk,+,RSO3Alk,+,+H,+,(2),洗脱：,随后改变条件，,用,NH4OH,（洗脱剂）,洗脱，,Alk,解吸附,从柱上洗脱下来。,RSO3Alk,+,+NH4OH RSO3NH4+Alk,+,+OH,第六节天然化学成分结构研究方法,中药化学成分经过提取、分离、精制成为单体化合物后，,必须进行鉴定，确定其化学结构,，才有可能为深入探讨有效成分的生物活性、构效关系、体内代谢以及进行结构改造、人工合成等研究提供必要的依据。,因此，有效成分的结构研究工作，是本学科讨论的内容之一。,第六节天然药物化学成分结构研究方法,通常如有对照品，,最好用,试样,与,对照品,同时进行,熔点,、,混合熔点,、,色谱,和红外,光谱对照,。,如果试样与对照品的熔点相同，混合熔点不降低，色谱中斑点的,R,f,值相同，红外光谱也完全相同，则可相当肯定地判断试样与对照品为同一化合物。,若无对照品，则应多做些数据，或制备衍生物与文献数据核对。如果欲鉴定的化合物为文献未记载的物质，一般可按下列步骤进行。,一、化合物纯度的测定,1,、外观：晶型与色泽,2,、熔点：纯物质,熔距,12,，有的物质有双熔点。,3,、最常用的还是各种,色谱方法,，如,TLC,、,GC,、,HPLC,；,对,TLC,方法来说，只有当样品在,三种展开系统,中,均呈现单一斑点,时方可确定其为单一化合物。,个别情况下，甚至要利用,正相,和,反相,两种色谱方法加以确认。,当然，,GC,和,HPLC,也是确认其纯度的较理想方法。,二、结构研究的主要程序,结构研究的基本顺序如下：,初步推断化合物类型：,测定分子式，计算不饱和度：,确定分子中含有的官能团,/,结构片断,/,基本骨架：,推断并确定分子的平面结构：,推断并确定分子的立体结构：,二、结构研究的主要程序,结构研究的基本顺序如下：,（一）,查阅文献，,初步推断化合物类型,1,、物理常数测定：,固体：,mp,液体：,bp,、密度、折光率,二、结构研究的主要程序,结构研究的基本顺序如下：,（二）测定分子式，计算不饱和度：,1,、分子式的测定,（,1,）元素分析法,(EA),首先选用元素组成分析，如,C,、,N,等元素的测定,（,2,）质谱法,HR-MS,、同位素丰度法,如果条件允许，也可选择,高分辩质谱,（,HR-MS,，,high resolution MS,）测试法等。,（,3,）,1H,、,13C-NMR,法,1,、,分子式的测定,元素分析法,(EA),质谱法,HR-MS,、同位素丰度法,1,H,、,13,C-NMR,法,PEAK I/BASE MASS DIFF C H N O,386 0.51%341.2293 -3.5 19 33 0 5,388 1.41%348.2268 -5.9 24 30 1 1,-3.2 21 32 0 4,389 0.68%349.2288 3.6 20 31 1 4,390 1.10%350.2385 5.4 20 32 1 4,392 0.60%,366.2378,-2.8,21 34 0 5,二、结构研究的主要程序,结构研究的基本顺序如下：,（二）测定分子式，计算不饱和度：,2,、分子量的测定：,（,1,）经典方法：,凝固点降低法、沸点升高法、粘度法等。,（,2,）现代方法：,MS,法,测定分子量,HR-MS,（高分辨质谱法）测定分子量,HR-MS,（高分辨质谱法）测定分子量,分子量相同，精确质量并不相同，在,HR-MS,仪上可很容易区别。,分子式,精确质量,C,8,H,12,N,4,164.,1063,C,9,H,12,N,2,O 164.,0950,C,10,H,12,O,2,164.,0837,C,10,H,16,O,2,164.,1315,二、结构研究的主要程序,结构研究的基本顺序如下：,（二）测定分子式，计算不饱和度：,（,2,）质谱法,质谱技术除可用于,确定分子量,及,计算分子式,外，还由于在一定条件下化合物的开裂通常遵循一定的规律，所以人们可以比较测试品与标准品在相同条件下得到的,EI-MS,图谱,，以鉴定二者是否为同一化合物。,在一定条件下，化合物的开裂遵循一定规律，由分子离子丢失的,碎片大小或碎片离子的,m/z,值以及裂解特征,推测分子的结构。,100 331 1241(M+Na-HOAC),533 1309(M+K-H,2,O),50,957 1289(M+H),755,0 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400,FDMS,2,、不饱和度的计算,得到分子式后，即可按下式计算分子的不饱和度,式,：,=,/2,/2,1,I:,一价原子（如,H,X,）的数目；,III:,三价原子（如,N,P,）的数目；,IV:,四价原子（,C,S,）的数目。,如,C,30,H,48,O,3,=30-48/2+0/2+1=7,二、结构研究的主要程序,结构研究的基本顺序如下：,（三）确定分子中含有的官能团,/,结构片断,/,基本骨架：,官能团的判断,1.,化学法,2.,光谱法,分子基本结构骨架的测定,1.,植物亲缘相关性,2.,专属性反应,3.,光谱特征,4.,部分合成,5.,化学降解,可选择,IR,、,UV,、,MS,、,NMR,等,光,谱学方法,来推测分子中含有的,结构片段,或,基本骨架,。,光谱分析,1,、紫外,-,可见光谱法,（,Ultraviolet and visible spectroscopy,，,UV,）是分子中的,电子,因光线照射从,基态跃迁至激发态,时得到的吸收光谱。,紫外光谱对于分子中含有,共轭双键,和,-,不饱和羰基（醛、酮、酸、酯）,结构的天然药物化学成分以及芳香化合物来说是一种重要的结构鉴定手段，如黄酮类化合物。,-,藏茴香酮的,UV,光谱,2,、红外光谱,（,Infrared spectroscopy,IR,）,IR,是指当分子中的,价键的伸缩,及,弯曲振动,在光的红外区域（,4000,625 cm-1,）处引起吸收而测得的吸收图谱,；,（视频）,红外光谱,3300,3000cm,-1,3000,2700cm,-1,1900,1650cm,-1,1650,1450cm,-1,3750,3300cm,-1,分子中每一个基团都有相应,振动转动的吸收峰,，且特征性很强,红外光谱,可分为,特征频率区,和,指纹区,。,特征频率区：,吸收区域为,4000,1500,cm-1,，通常是由,羟基、氨基、不饱和键、芳环,等引起；,指纹区：,在,1500-600 cm-1,，系由,原子或原子团间的键角,变化所引起。,3,、核磁共振波谱法,（,1,）氢核磁共振：,在天然药物化学成分的,结构鉴定,中，,氢核磁共振,（,1H-NMR,，,0,12,）：,1H,的丰度比最大，信号灵敏度也高，,故,1H-NMR,测定较易，应用也最广泛。,天然药物化学成分的结构鉴定中，最重要：,化学位移,（,chemical shift,）：,谱线的峰面积,峰的裂分情况,（峰的数目及偶合常数,J,）,不同类型结构,氢核化学位移,的大概范围,NMR,法,确定苷键构型,：主要是利用成苷糖的,端基质子在,5.0,左右，少被覆盖，依据其,与,C,2,上质子,偶合裂分,的不同进行判断的。如,glucose,：,3,、核磁共振波谱法,（,1,）氢核磁共振（,1H-NMR,，,0,12,）,谱线的峰面积,1H-NMR,积分面积,与,分子中的总质子数相当,，故如分子式已知，可据此算出每个信号所相当的,1H,数。,峰的裂分情况,（峰的数目及偶合常数,J,）,信号的裂分（,n+1,）,及,偶合常数（,J,）,:,如,s,（,single,，单峰）、,d,（,doublet,，二重峰）、,t,（,triplet,，三重峰）、,q,（,quartet,，四重峰）、,m,（,multiplet,，多重峰）等,Arnebinol,的,1H-NMR,图谱,苷键,甲基,1,H-NMR,3,、核磁共振波谱法,（,2,）碳核磁共振,（,13C-NMR,）,在决定,含碳化合物,有机化合物的结构时，与,1H-NMR,相比，,13C-NMR,无疑起着更为重要的作用。,苷类化合物中糖的,13,C-NMR,特征,信号特征：苷类化合物分子中糖核在,13,C-NMR,中吸收信号典型：,-CH,3,18ppm(,甲基五碳糖的,C,6,),-CH,2,OH,（伯醇基）,62ppm(C,5,或,C,6,),；,-CHOH,（仲醇）,7085ppm(C,2,C,3,C,4,),；,端基碳,95110ppm,；,糖上甲氧基碳,65ppm,。,13C,的信号裂分,13C,与,1H,均为磁性核，故在间隔一定键数范围内也可通过,自旋偶合干扰使对方信号产生裂分。,在,13C-NMR,谱上，因两个,13C,相连的几率只有,0.1%,，故,13C-13C,之间的同核偶合影响一般不予考虑，但,1H,的偶合影响（异核偶合）却表现的十分突出。,因,1H,核自旋偶合干扰产生的裂分数目,仍然,遵守,n+1,规律,，因此，以直接相连的,1H,的偶合影响为例，,13C,信号,将分别,裂分为,q(CH3),、,t(CH2),、,d(CH),及,s(C),，,JCH,约为,120-250Hz,13,C-NMR,Anomeric-C,Sugar-C2,3,4,5,Sugar-C6,苷键糖端基碳,旋光光谱（,ORD,）（,optical rotatory dispersion,）,具有光学活性的物质溶液，可使,偏振光发生旋转,，称为旋光。,用不同波长的,偏振光,照射光学活性化合物,，用波长对比旋光度作图，即得,旋光光谱,。,旋光光谱,及其,Cotton,效应谱线特征与,分子的立体化学结构（构型、构象）,有着重要关联，对,推断非对称分子的构型与构象,有着重要意义。,2007,年,8,月,中药、生药与天然药物化学,115,第八节常见的天然化合物,2007,年,8,月,116,天然药物中主要有效成分化学结构,类型,1,、糖苷类药物,2,、萜类和挥发油药物,3,、生物碱类药物,