天然药物化学复习材料

1天然药物化学复习材料2010制药工程第一章绪论天然药物化学: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。研究对象——天然药物,包括植物、动物、矿物、微生物和海洋药物，特别是植物来源的天然药物中化学成分。研究内容:结构特点、理化性质、生物合成、提取分离、结构鉴定。几个重要名解：（1）生理活性成分：经过不同程度药效试验或生物活性试验，包括体外及体内试验，证明对机体具有一定生理活性的成分。（2）有效（药效）成分：具有生物活性且能起到防治疾病作用的化学成分。（3）有效部位：从单味中药材或饮片中提取的经动物及临床试验证明有效的一类化学组分，其至少是一类或几类化学成分组分，可将其看成是一个“天然复方化学药”。天然药物化学成分的简介⑴、糖类：分为单糖（葡萄糖，鼠李糖）、低聚糖（蔗糖，麦芽糖）、多糖（淀粉，纤维素）及其衍生物。注：单糖、低聚糖易溶于水，难溶于醇。多糖大多不溶于水，更难溶于醇。⑵、苷类：由糖或糖的衍生物与非糖物质（苷元）通过糖的端基碳原子连接而成的化合物。注：苷类—亲水性，苷元—亲脂性。⑶、醌类：具醌式结构的化合物。游离醌类----亲脂性，结合成苷----亲水性。⑷、苯丙素类：基本骨架：C6-C3，典型化合物：香豆素和木脂素类。游离亲脂性；成苷后水溶性增大。⑸、黄酮类：基本骨架：C6-C3-C6。多具酚羟基，显酸性，易溶于碱性溶液。游离黄酮亲脂性，黄酮苷亲水性。⑹、甾体：环戊烷多氢非甾核的化合物。甾体皂苷元---亲脂性，甾体皂苷---亲水性。⑺、三萜类化合物：30个C，由六个异戊二烯聚合而成。三萜皂苷元----亲脂性，三萜皂苷---亲水性。⑻、萜类和挥发油：萜类：由甲戊二强酸衍生。游离萜类——亲脂性。萜类苷化——亲水性。挥发油：可随水蒸气蒸馏、与水不相容、油状液体。理化性质----亲脂性。⑼、生物碱：生物体内含氮有机化合物。碱性，与酸结合成盐，游离生物碱类---亲脂性，生物碱盐----亲水性。⑽、鞣质类：复杂的多元酚类-----亲水性。（茶叶中含有鞣质）第二章天然药物化学成分的提取、分离和鉴定方法(一)天然药物化学成分的提取方法提取：利用适当的溶剂或方法，将所要成分尽可能从原料中完全提出，而不需要的成分尽量少提的过程。常用的提取方法:溶剂提取法（包括超临界流体提取法）、水蒸气蒸馏法、升华法1)溶剂提取法（3点内容）①原理：相似相溶②常见的提取溶剂：1、溶剂极性强弱顺序：(P34)石油醚、苯、氯仿、乙醚、乙酸乙酯、正丁醇、丙酮、乙醇、甲醇、水（亲脂性有机溶剂）（亲水性有机溶剂）22、溶剂与适宜提取的物质：石油醚或汽油——油脂、蜡、叶绿素、挥发油、游离甾体及三萜氯仿或乙酸乙酯——游离生物碱、有机酸及黄酮、香豆素的苷元丙酮或乙醇、甲醇——苷类、生物碱盐、鞣质水——氨基酸、糖类、无机盐③溶剂提取法的种类（经典5种，现代5种）经典：浸渍法、渗漉法、煎煮法、回流提取法、连续回流提取法现代：超声提取法、超临界提取法。还包括微波提取法，酶解提取法，半仿生提取法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）超临界流体提取法（SFE）：采用超临界流体为溶剂对天然药物进行提取的方法。超临界流体：物质处于其临界温度和临界压力以上状态时，成为单一相态，此时的物质称为超临界流体。超临界流体的性质如密度、粘度和扩散性等处于气体和液体之间，而且与温度、压力和流体组成有关。超临界流体同时具有液体和气体的双重特性。最常用的流体物质：二氧化碳。还有一氧化二氮、氨、乙烷、庚烷、二氯二氟甲烷等。超临界流体——CO2优点：1）性质稳定，使用安全，价格低廉，临界点低(Tc=31℃，Pc=7.37MPa)，易于操作。2）在临界点附近温度或压力的改变会使密度(P)发生较大的变化，同时使许多物质在其中的溶解度(S)也发生变化缺点：1）CO2是非极性物质。对亲脂性的成分，如挥发油、醚、酯类等易萃取。2）化合物极性基团多，极性，萃取就难。因此，在SFE-CO2萃取中常加入夹带剂来解决。夹带剂通常是甲醇、乙醇、丙酮、乙腈。4）超声波提取法：存在机械效应，空化效应，热效应。（二）天然药物化学成分的分离精制方法原理：根据天然药物中各化学成分在溶解度、两相溶剂中的分配系数、吸附性、解离程度和分子大小等性质上的差异进行分离。常用分离精制方法：两相溶剂萃取法、沉淀法、结晶法、膜分离法、色谱分离法、升华法、分馏法1、两相溶剂萃取法：萃取法1）原理：根据混合物中各成分在两相溶剂中的分配系数不同进行分离2）萃取溶剂的选择：正丁醇---用于皂苷类；氯仿---用于生物碱类；乙酸乙酯---用于黄酮类；石油醚、乙醚---用于挥发油3）当提取物中含有难溶于水的酸、碱性成分时，如何处理：A、碱性成分+无机酸→盐B、酸性成分+碱水→盐C、内酯或内酰胺结构的成分→碱开环，酸闭环D、pH梯度萃取法4）萃取操作是要尽量防止乳化2、系统溶剂分离法四部位法：石油醚或正己烷、氯仿或乙醚、乙酸乙酯、正丁醇（极性小到大）三部法：石油醚或正己烷、氯仿或乙醚、正丁醇（极性小到大）2、结晶法（3点内容）1）结晶溶剂的选择：3①对欲纯化的成分热时溶解，冷时析出（热溶冷析）；对杂质冷热均易溶或均不溶。②与欲结晶的成分不发生化学反应。③溶剂沸点适中，安全、易得。常用溶剂：甲醇、丙酮、氯仿、乙醇、乙酸乙酯等2)重结晶的操作：溶剂加热至沸点，被结晶物质溶解为热过饱和状态，趁热过滤，滤液冷却结晶。不纯的结晶，可多次反复操作，得到较纯结晶（为重结晶）。【即热饱和溶液，热过滤，静置冷析，冷过滤】3）判断结晶纯度的方法：a)结晶形态和色泽——晶形均一；色泽一致。b)熔点和熔距。C)色谱法（正反相色谱）3、沉淀法1）溶剂沉淀法水提醇沉（除去多糖、蛋白质等水溶性杂质）醇提水沉(除去树脂、叶绿素等脂溶性杂质)醇提醚或丙酮沉(皂苷的纯化--除去脂溶性杂质）2）酸碱沉淀法3）专属试剂沉淀法雷式铵盐+水溶性生物碱沉淀胆甾醇+甾体皂苷沉淀明胶+鞣质沉淀4、膜分离法原理:利用一定孔径的多孔滤膜对分子大小不同的化学成分进行筛分。5、色谱分离法原理：利用混合物中各成分在固定相和流动相中亲和作用的差异（包括吸附能力，分配系数，分子量大小，解离度，亲和作用等）而达到分离的目的。1）吸附色谱法原理:利用混合物中各成分对吸附剂的吸附能力的差异而分离。A.物理吸附——吸附剂：硅胶(中等极性的酸性吸附剂,不宜分离碱性成分)、氧化铝(弱碱性吸附剂，尤适合分离生物碱)、活性炭(非极性吸附剂，分离糖、氨基酸等水溶性物质)B.半化学吸附——吸附剂：聚酰胺(主要为氢键吸附，适合于酚类和醌类，如黄酮类、蒽醌类及鞣质等成分分离)2）凝胶过滤色谱法原理——分子筛洗脱规律：大分子先被洗脱出柱，小分子后被洗脱。常用的凝胶有：葡聚糖凝胶（SephadexG）、羟丙基葡聚糖凝胶（SephadexLH-20）3）大孔吸附树脂色谱法原理：吸附（范德华引力或氢键吸附）和分子筛（大分子先被洗脱，小分子后被洗脱）。应用：中药有效部位的富集，有效成分的分离纯化，尤对皂苷、黄酮、生物碱等方面的纯化4）离子交换色谱法原理：混合物中各成分的解离度差异而得到分离。以离子交换树脂为固定相，以水或碱水或酸水为流动相。应用：阳离子交换树脂用于分离不同碱性的生物碱。生物碱碱性强，易被阳离子交换树脂吸附，难被洗脱。相反，也然。（如：东莨菪碱、莨菪碱和小檗碱的分离。洗脱顺序：从左到右依次被洗脱出来，因为碱性依次增强）5）分配色谱法原理：被分离成分在固定相和流动相之间的分配系数不同而分离。正相色谱：固定相极性大于流动相；分离极性大或水溶性的成分，如生物碱、苷、糖类、有机酸等。4反相色谱：固定相极性小于流动相；分离极性小和中性成分，如黄酮、蒽醌、皂苷、生物碱其他色谱法：真空液相色谱法；高速逆流色谱法；薄层色谱法（荧光薄层色谱、络合薄层色谱、高效薄层色谱、制备薄层色谱、离心薄层色谱）（三）天然药物化学成分的结构研究方法纯化和干燥化合物的样品（怎么判断纯度）a)均一晶形、明确敏锐熔点b)三种展开系统均显示单一斑点c)HPLC、GC分析鉴定方法四大光谱：UV—vis（紫外—可见吸收色谱）：提供共轭双键、α,β-不饱和羰基、芳环等信息。IR（红外光谱）：提供结构中官能团、骨架等信息；4000-1500cm-1特征频率区；1500-600cm-1指纹区。NMR（核磁共振谱）：1H-NMR化学位移（δ），峰面积，裂分与偶合常数（J）MS（质谱）：离子源：电子轰击（EI),化学电离（CI),电喷雾（ESI)等第三章生物碱一）概述1）生物碱的定义：来源于生物界一类含N有机化合物。1.大多Ｎ在杂环上，少数在环外，如麻黄碱。2.大多具碱性，可与酸成盐。少数生物碱不显碱性，如秋水仙碱3.多具显著的生理活性。4.除生物体必须的含N有机化合物外，如氨基酸、氨基肽、肽类、蛋白质、核酸、核苷酸及含N维生素外。2）存在形式：主要以有机酸盐的形式存在，少数以无机盐形式存在。弱碱性的以游离形式存在（酰胺类生物碱）。还有极少数以N-氧化物、生物碱苷、酯等形式存在。3）生理活性：镇痛——吗啡、延胡索乙素；止咳平喘——麻黄碱；抗心律失常——苦参碱和氧化苦参碱；抗癌——紫杉醇、喜树碱、秋水仙碱、长春新碱、三尖杉碱。二）生物碱的分类莨菪碱：苦参碱：麻黄碱：小檗碱：CHOHCHNHCH3CH3延胡索乙素：吗啡R=H可待因R=CH3注：其他结构自己看书。NCH3OCH3OOCH3OCH3ABCDNH3CRHOCOCHNH3COHOCOCHNH3COHOCOCOHOHOHOHNOOOCH3OCH35三）生物碱的理化性质一、性状：1、多数含有C、H、O、N，少数含有S、Cl2、多为结晶性固体，有些为非晶性粉末，少数为液体(如烟碱、槟榔碱、毒芹碱)3、多具苦味(盐酸小檗碱)，少数呈辛辣味（如胡椒碱）4、一般无色或白色；少数具有长链共轭体系的具有一定颜色。如，小檗碱：黄色；小檗红碱：红色；一叶萩碱：淡黄色5、少数液体及个别小分子生物碱具挥发性(麻黄碱)，少数具升华性(咖啡因、川芎嗪)二、旋光性：具有手性碳原子或手性分子。一般情况下，左旋体的活性比右旋体活性强。但也有少数右旋大于左旋的，如右旋古柯碱的局部麻醉作用强于左旋古柯碱三、溶解性：大多数游离生物碱亲脂，生物碱盐亲水①亲脂性生物碱：叔胺碱和仲胺碱，溶于有机溶剂（典型：三氯甲烷），也易溶于酸水②亲水性：主要指季铵碱和某些含N-氧化物生物碱（氧化苦参碱）；小分子生物碱亲脂又亲水。如烟碱、麻黄碱。酰胺类生物碱（可形成氢键故亲水）如秋水仙碱、咖啡碱③具特殊官能团：A、两性生物碱（如吗啡、小檗胺、槟榔次碱）：具有酚羟基或羧基的生物碱，可溶于酸水及碱水，pH8～9产生沉淀。具有酚羟基的生物碱称为酚性生物碱，如吗啡，可溶于强碱溶液（如氢氧化钠）；但具有隐性酚羟基的生物碱难溶于氢氧化钠，如汉防己乙素；具有羧基的生物碱可溶于碳酸氢钠，如槟榔次碱B、内酯（或内酰胺）结构：类似一般叔胺碱，但在碱水中可以开环形成羧酸盐溶于水，加酸又复原。④生物碱盐：一般易溶于水，可溶于醇；无机酸盐＞有机酸盐；无机酸盐中含氧酸盐＞卤代酸盐；小分子有机酸盐＞大分子有机酸盐另外：盐酸小檗碱、麻黄碱草酸盐：难溶于水四、生物碱的碱性产生原因：N原子具有孤对电子，能接受质子或给出电子而显碱性表示方法：pKapKa＜2为极弱碱，pKa2～7为弱碱pKa7～11为中强碱，pKa11以上为强碱碱性与分子结构的关系：杂化方式、诱导效应、共轭效应、空间效应、氢键效应1）杂化方式碱性：sp3sp2sp（P电子成分比例越大，碱越强）季胺型的生物碱呈强碱性2）诱导效应供电子基（氨基、烷基），使电子云密度增加--碱性增强吸电子基（羟基,醚氧、酰基,双键、苯环）使电子云密度增减少---碱性减弱注：羟基、双键的特殊情况——书P59—60环叔胺碱转化为季铵碱的条件：环叔胺N原子邻位具有、双键或-OH，而且形成季铵型生物碱稳定，（如小檗碱呈强碱性）但若N原子处于稠环的桥头，环叔胺不能转化为季铵碱。如：士的宁、伪士的宁和新士的宁，碱性依次减弱3）共轭效应N