天然药物化学第三节.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,*,粗组份,3)酸碱法,4)沉淀法,酸水液,无机酸盐,H,2,O,H,2,S,有机酸盐,重金属硫化物,有机酸,有机溶剂萃取,有机溶剂萃取,生物碱,酸提碱沉法：生物碱,碱提酸沉法：黄酮、蒽醌类酚酸性成分,酸性成分形成铅盐、钙盐、钡盐沉淀；,碱性成分形成苦味酸盐、苦酮酸盐、雷氏盐沉淀。,1.原理:,利用物质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（,值）与分离难易的关系,K=C,U,/C,L,b,=K,A,/K,B,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,1)分配系数（K值）与萃取次数的关系,（二）根据物质在两相溶剂中的分配比不同进 行分离,（K,A,K,B,）,100 一次萃取可基本分离,10,Rp-8Rp-2,流动相：,水或甲醇等强极性有机溶剂,常用：甲醇-水，乙腈-水,（三）根据物质的吸附性差别进行分离,固-液吸附,物理吸附,化学吸附,半化学吸附,1.吸附层析的种类,2.物理吸附,1）基本规律：“相似者易于吸附”。,2）基本特点：无选择性、可逆吸附、快速。,3）基本原理：吸附与解吸附的往复循环。,4）三要素 吸附剂、溶质(被分离物)、溶剂。,常用吸附剂：,硅胶、氧化铝、活性碳。,硅胶：,使用面宽，对碱性弱的生物碱也可使用。,氧化铝：,有酸性、中性、碱性之分。具有载样量,大，吸附力强等优点，多用于生物碱的分离。,极性吸附剂,非极性吸附剂,活性碳,吸附力与吸附剂，洗脱剂，分离物质的关系：,a、极性吸附剂对极性大的溶质易吸附；极性大溶剂洗脱能力强；,b、非极性吸附剂对极性小的溶质易吸附；极性大溶剂洗脱能力弱；,c、溶质即使被硅胶和氧化铝吸附，但一旦加入极性较强的溶剂时，又可被后者置换洗脱下来。,吸附剂 含水量 吸附力 洗脱易 Rf值,洗脱剂 极 性 洗脱力 洗脱易 Rf值,分离物 极 性 吸附力 洗脱难 Rf值,溶剂的极性依据介电常数来决定。,环己烷 石油醚 苯 乙醚 氯仿 乙酸乙酯,1.88 1.89 2.29 4.47 5.20 6.11,正丁醇 丙酮 乙醇 甲醇 水,17.8 20.7 26.0 31.2 81.0,分离物质极性顺序：,COOHArOHROHRNH,2,RNHR,RNRR”RCONRR”RCHORCORRCOORRORRH,极性,极性强弱的判断：,与功能基的种类、数目多少和排列方式有关。,a,、游离型化合物极性弱、具亲脂性，解离型化合物极性,强，具亲水性。,b,、对于骨架相同的化合物，根据所含取代基的极性判断分,子的极性强弱。亲水性基团与极性成正比，亲脂性基团,与极性成反比；,c,、骨架相同，取代基数目和种类不同，如果数目相差不,大，含有极性最大官能团的化合物的极性最强。,d、骨架不同，取代基数目相差较大时，要具体情况具体分析。,CHO,CH,2,OH,OH,OH,OH,HO,CH,3,(CH,2,),14,COOH,极性,1,2,3,5,7,4,6,活性碳,常用于黄酮苷的纯化、杂质的除去(脱色)、污水处理以及从水中富集化学成分等。,吸附力与结构的关系：,分子量大分子量小,芳香族脂肪族,吸附力与洗脱剂的关系(洗脱能力)：,吡啶15%酚/醇7%酚/水醇含水醇水,甲醇提取液 活性碳,搅拌,静置,上清液无黄酮反应为止,活性碳,7%酚水,15%酚醇,洗脱液,乙醚,乙醚(残余酚),黄酮苷(用吡啶可将苷元洗脱下来),第一章 总论,色谱柱应用注意事项,装柱前,吸附剂的选用和用量：酸性成分，碱性成分,吸附剂的粒度：常压、加压,色谱柱的选用,装柱时,尽量少的极性小的装柱溶剂溶解试样和装柱,如在装柱溶剂中不易溶解，可用少量极性大的溶剂溶解拌样,装柱一次成功，柱子均匀结实,洗脱时,洗脱溶剂多用混合溶剂，极性逐渐增大，跳跃不能太大；,分离酸碱性物质时防止拖尾；,洗脱条件选择,TLC,3.化学吸附,1）基本特点：有选择性、不可逆吸附。,2）基本原理：产生化学反应。,酸性物质与Al,2,O,3,发生化学反应；,碱性物质与硅胶发生化学反应；,Al,2,O,3,容易发生结构的异构化。,3）应尽量避免。,4.半化学吸附,1）基本特点：介于物理吸附和化学吸附之间；,2）基本原理：以氢键的形式产生吸附；,3）吸附剂：聚酰胺。,3 聚酰胺吸附色谱法,聚酰胺的性质及吸附原理：,聚酰胺是高分子聚合物，不溶于水、甲醇、乙醇、乙醚等常用溶剂，对碱较稳定。对酸尤其是无机酸稳定性较差，可溶于浓盐酸、冰醋酸及甲酸。一般属于,氢键吸附,。,适合分离酚类、醌类、黄酮类。,结构与吸附力的关系,a,、形成氢键的基团数目越多，吸附能力越强；,b、易形成分子内氢键者，吸附力降低；,c、芳香化程度高，吸附力强；,d、,苷元相同；,苷元 单糖苷 双糖苷 三糖苷,(3)洗脱剂的洗脱能力,尿素/水 二甲基甲酰胺 甲酰胺 碱水溶液 丙酮,甲(乙)醇 水,常用的溶剂:水 乙醇,一般不用含氯的溶剂(可溶解聚酰胺或其中的交联剂)。,(4)应用,一般酚类、黄酮类 吸附可逆,鞣质 不可逆,尚用于生物碱、萜类、甾体、糖类、氨基酸,大孔吸附树脂,（1）性质和吸附原理：,性质：不溶于酸碱及有机溶剂中，对有机物选择性,大，不受无机盐和低分子化合物的影响。,机理：氢健、分子筛。,（2）影响吸附的因素：,树脂的因素：极性、比表面积、孔径。,溶剂的性质,化合物的性质、分子量、极性、形成氢键的能力。,（3）应用：主要用于活性部位的富集，有效部位或单,体化合物的分离，极性化合物的分离等。,（四）根据物质分子大小差别进行分离,1.凝胶过滤法：,凝胶渗透、分子筛滤过、排阻色谱,（1）原理：分子筛原理,凝胶是在,水中不溶，但可膨胀的球形颗粒并具有三维空间的网状结构，,利用分子筛的过滤作用将化合物按分子量大小不同进行分离。适用于糖苷类成分的分离。,（2）出柱顺序：分子量由大到小。,（3）常用的载体:,葡聚糖凝胶（Sephadex G-25）,是由葡聚糖和甘油基通过醚桥 相交链而成的多孔性网状结构，只适用于在水中应用。,羟丙基葡聚糖凝胶(Sephadex LH-20),不但可在水中用，也可在有机溶剂中用或在水与有机溶剂的混合溶剂中使用。,-OH -OCH,2,CH,2,CH,2,OH,羟丙基化,（五）根据物质解离程度不同进行分离,原理：,离子交换原理,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。适于分离酸、碱类化合物。,固定相：,离子交换树脂,流动相：,水或含水溶剂,（五）根据物质解离程度不同进行分离,R-SO,3,-,H,+,+BH,+,RSO,3,BH,+,RSO,3,-,H,+,+B,OH,-,R-N,+,(CH,3,),3,Cl,-,+RCOO,-,R-N,+,(CH,3,),3,-,OOCR,R-N,+,(CH,3,),3,Cl +RCOOH,HCl,根据,离子,交换基团不同分为：,阳离子交换树脂,强酸性（-SO,3,H,+,）,弱酸性（-COO,H,+,）,阴离子交换树脂,强碱性-N,+,（CH,3,）,3,Cl,弱碱性（-NH,2,，-NHR,-NRR,）,离子交换法的应用,用于不同电荷离子的分离,强碱性阴离子交换树脂,强碱性阴离子交换树脂,强酸性阳离子交换树脂,样品,流出液,（酸性及中性化合物）,流出液,（中性化合物）,流出液,（碱性化合物）,洗脱液,（酸性化合物）,洗脱液,（两性化合物）,氨水洗脱液,碱性及两性化合物,稀ZaOH洗脱,稀HCl洗脱,用于相同电荷离子的分离,如：有三种生物碱，碱性强弱为A B C，将三者混合物的水溶液通过弱酸性树脂，随后用水洗，则流出先后顺序为：CBA,分配层析小结,分配层析,吸附层析,排阻层析,离子交换层析,原,理,分配系数差异,极性差异,分子大小差异,解离度差异,要,素,溶,质,溶解度,极性,分子量,酸碱性,溶,剂,固定相,/,流动相,(,互不相溶的液体,;,恒定不变,),依溶质和吸附剂极性而变,;,可变,由小到大,恒定,(,洗脱剂,),恒定,(,氨基酸,pH,可变,),(,流动,/,交换,),载,体,吸附剂,(,活性,),*,化学吸附,固定相,(,阴、阳树脂,),相关因素,K,值、,b,因子,pH,值,极性（活性）,氢键（聚酰胺）,交联度,（分子大小）,交联度,（交换当量）,应,用,CC,、,TLC,、,PC,、,HPLC,CC,、,TLC,HPLC,CC,CC,第五节 结构研究法,一、化学结构研究的目的与意义,二、结构研究的程序与方法,三、中药有效成分的波谱测定,意义：,为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。,前提：,必须是单体化学成分，这是鉴定化学结构的前提。,单体化合物的生物活性、人工合成或结构修饰等工作，均是建立在单体化合物结构明了的前提下。,一、化学结构研究的目的与意义,(一)查阅文献,(二)化合物纯度的测定,1.外观：晶型与色泽 2.Mp 3.TLC,(三)物理常数测定,包括熔点、沸点、比旋度、折光率和比重等的测定。,(四)分子式的确定,1.元素分析法 2.质谱法 HR-MS,3.同位素丰度法,(五)不饱度的计算,了解可能含有的双键数或环数,(六)分子结构骨架的测定,主要依靠各类中药化学成分的呈色反应,(七)功能团的判断,1.化学法 2.光谱法,二、结构研究的程序与方法,（一）红外光谱（IR）,分子价键因红外光照射产生伸缩振动和弯曲振动而产生红外吸收,特征频率区：,40001500 cm,-1,（特征官能团）,指纹区：,1500600 cm,-1,官能团判断（羟基、氨基、羰基、芳环）,三、中药有效成分的波谱测定,各基团的红外光谱,33003000,弱吸收：烯氢、芳氢、,C=N,强吸收：,O-H,、,N-H,30002700,饱和,C-H,24002100,不饱和三键,19001650 C=O,及其衍生物,16801500 C=C,及芳香核骨架震动、,C=N,等,15001300,饱和,C-H,面内弯曲振动,1000650,不饱和,C-H,面外弯曲振动,（二）紫外可见吸收光谱（UV）,电子跃迁（激态到激发态）而产生的电子能级谱,解决不饱和共轭体系化合物的问题,光谱范围：波长,4800nm,，近紫外,（,200nm400nm,）,远紫外,（,4200nm,），,可见,（,400nm800nm,）,应用,:,共轭双健、,不饱和羰基化合物、芳香族化合物。,（三）质谱法,确定分子式、分子量、碎片离子,峰,EI-MS FD-MS FAB-MS,目前主要利用高分辨质谱（HI-MS），特点是被测物质的质量数可精确到小数点后第 3位。一般实测值与计算机给出的理论值相比较，取数值接近者。,（四）核磁共振波谱（NMR）,核磁共振：具有磁矩的,(,1,H,、,13,C),原子核在磁场中吸收一定频率的无线电波而发生核自旋能级跃迁的现象。,核磁共振氢谱,(,1,H-,N,MR),核磁共振碳谱,(,13,C,-,NMR),二维核磁共振,(2D-NMR),1.,核磁共振氢谱,(,1,H-NMR),化学位移,（,chemical shift),偶合常数,J(coupling constant),积分曲线（积分面积）,提供分子中,1,H,的类型、数目及相近原子或原子,团的信息。,1,H-NMR化学位移（chemical shift),定义：,以四甲基硅烷,TMS,为内标物，将其化学位移定为,0,，测定各质子共振频率与它的相对距离，这个相对值称为化学位移,1,H,周围化学环境不同（电子云密度）,1,H-,N,MR,1-10,ppm,sp3 12,sp2 68,一般来说：,烯氢,炔氢,烷氢,1,H-NMR偶合常数J,偕 偶,J=16Hz,左右,邻 偶,J=68Hz,远程偶合,J=13Hz,因偶合使信号发生分裂,表现出不同的裂分,s(,单 峰,),d(,二重峰,),t(,三重峰,),q(,四重峰,),m,（,多重峰）等。,偶合常数其他简化判定方法:,同核去偶 NOE 位移试剂,积分曲线（积分面积）,与分子中的总质子数相当。,1,H-NMR的谱图解析,解析步骤,谱图中有几组峰？几种氢？,各种氢核的个数？,各峰的归属？,常见结构的化学位移大致范围：,(苯氢),(与羰基相连,的甲基氢),(与氧原子相连,的亚甲基氢),例：指出C,6,H,5,CH,2,CH,2,OCOCH,3,的NMR谱图中各峰的归属。,2.核磁共振碳谱(,13 C-NMR),13,C谱的特点,灵敏度低，分辨力高；,谱图容易解析；,(1)化学位移,(1)范围为1250ppm，分辨率高,(2)影响化学位移的因素,A C杂化方式(sp3、sp2、sp),一般 sp2 sp sp3,B 取代基不同导致电子云密度不同(键结合方,式；电子流向电负性强方向移动),一般电子云密度越小，化学位移越大；,电子云密度越大，则化学位移越小。,常见的有苷化位移、酰化位移,第一章 总论,常见的碳化学位移,(2)积分曲线,与碳的个数成比例，与碳的种类（伯、仲、叔、季）有关,积分曲线的高度并不能准确反映C数目.,(3)偶合常数J,一般认为不存在，因,13,C,自然界丰度比为1.1%，,13,C,相连机遇极小，偶合小，埋在噪音中，J几乎观察不到,。,常见的为J,C-H,(4)常见的,13,C,-NMR谱类型及特征,噪音去偶谱,全氢去偶(COM),宽带去偶(BBD),因照射1H后产生的NOE效应，连有1H的,13C,信号强度将,会增加，但季碳因不连H，将表现为弱吸收峰（矮）,最常见的碳谱,选择氢核去偶谱(SPD)及远程选择氢核去偶谱(LSPD),对某个或某几个氢核选择照射后，以消除其偶合影响，只有相关氢的峰偶合保留，峰形简单,无畸变极化转移技术(DEPT):,系通过改变,1,H 核的脉冲宽度（）或设定不同的弛豫时间，使不同类型的,13,C 信号在图谱上呈单峰形式分别朝上或向下伸出。,=135 时 季C信号消失,CH,3,CH CH,2,=90 时 季C信号消失,CH,3,CH,2,信号消失,CH,=45 时 季C信号消失，其它都向上,3 二维核磁共振光谱(2D-NMR),对角峰,相关峰,常见的2D-NMR有,1,H-,1,HCOSY,13,C-,1,H,1,COSY(,1,H,13,C 近程相关HMQC谱,1,H,13,C 远程相关谱HMBC谱),总论复习思考题,*,1 天然药物、天然药物化学的定义和天然药物化学研究的主要内容,2 有效成分有效部位的概念,3 学习天然药物化学的目的和意义,4 天然药物化学成分常见的生物合成途径有哪些?每种途有何特点?,*5 常用提取溶剂极性、提取成分范围?常见的天然药物成分提取方法?有效成分分离原理?,*6 常见的柱色谱材料(硅胶、氧化铝、葡聚糖凝胶、聚酰胺、大孔树脂、离子树脂)和分离化学成分机理，各适用哪类成分?,7 正相色谱与反相色谱概念,8 天然药物化学成分结构鉴定一般程序?,*9 四大光谱应用特点(应用范围),10 碳谱COM、SPD、DEPT的特点,1、阐明天然药物的药效物质基础，探索天然药物防治疾病的原理,通过对天然药物进行有效成分的研究，不仅可以阐明天然药物产生功效的究竟为何物物质，也为探索天然药物防治疾病的原理提供了前提和物质基础。,如，现代研究证明，麻黄中的挥发油成分-松油醇是其发汗散寒的有效成分；其平喘的有效成分是麻黄碱和去甲麻黄碱；而利水的有效成分则是伪麻黄碱。,2、促进天然药物药效理论研究的深入,如对于天然药物的化学成分与天然药物药性之间的关系的探讨。研究发现，温热药附子、吴茱萸、细辛、丁香等都含有消旋去甲乌药碱，此成分为-受体激动剂，具有加强心肌收缩力，加快心率，促进脂肪、糖代谢等一系列作用，这些作用与热性药的药性基本一致，故推测去甲乌药碱可能是“热性”天然药物的物质基础。,3、阐明天然药物复方配伍的原理,天然药物配伍中可能存在着一种天然药物有效成分与它种天然药物有效成分在药理作用方面的相互作用，也可能存在着一种天然药物有效成分与它种天然药物有效成分之间产生物理的或化学的相互作用。一般来说，后者常发生在天然药物方剂的煎煮或其它剂型制备过程中，从而使方剂中的有效成分无论在质的方面，还是在量的方面都与单味药有所改变。,生脉散为中医古典精方，古代医家,用于抢救热伤元气，脉微欲绝等危,重病人。经研究，其三味药单用均,不如复方。以红参-麦冬-五味子,（1：3：1.5）水煎，发现生成一种,新物质，经结构测定为5-羟甲基糠,醛（5-HMF），该物质三味药中只有,五味子少量含有，药效试验表明,5-HMF具有抗心肌缺血作用,可代表,生脉散的疗效。,4、阐明天然药物炮制的原理,研究重要天然药物炮制前后化学成分或有效,成分的变化，将有助于阐,明天然药物炮制的原理、,改进传统的炮制方法、制,定控制炮制品的质量标准、,丰富天然药物炮制的内容,。,黄芩苷 黄芩素（黄色）,醌类（绿色）,可见用冷水浸泡的方法炮制，使有效成分损失导致抑菌活性降低，而用烫、,煮、蒸等方法炮制时，由于高,温破坏了酶的活性，使黄芩苷,免遭水解，故抑菌活性较强，,且药材软化易切片。因此，认,为黄芩应以北方的蒸或用沸水,略煮的方法进行炮制。,5、改进药物制剂剂型，提高药物质量和临床疗效,为了研制开发出高效、优质、安全、稳定的“三效”（高效、速效、长效）、“三小”（剂量小、毒性小、副作用小）、“三便”（贮存、携带、服用方便）的新型天然药物，天然药物化学在天然药物制剂的研制中，起着十分重要的作用。,6、建立和完善中药材和中成药的质量标准,为了更好地控制天然药物的质量，在严格按照天然药物材栽培质量管理规范（GAP）的要求进行天然药物材栽培、生产，以及严格按照药品生产质量管理规范（GMP）的要求进行天然药物制剂生产的同时，现在越来越多地应用天然药物化学的检识反应、鉴别方法、各种色谱法以及各种波谱法对天然药物材及其制剂进行定性鉴别和含量测定，并尽可能对其生产的全过程进行监控。,在天然药物材和中成药的质量控制中，如果能确定其有效成分，则应以其有效成分为指标，建立定性鉴别和含量测定的方法，以此来控制质量。如果其有效成分还不清楚时，可以采用该主要化学成分或标志性化学成分为指标进行。,7、研制开发新药、扩大药源,（1）天然药物化学在天然药物新药研制中的作用,（2）天然药物化学在扩大药源、寻找天然药物代用品中的作用,