中药化学

中药化学主讲人：周莉莉第一章总论第一节绪论1.什么是中药化学？（中药化学的概念）中药化学是运用现代科学理论与方法研究中药中化学成分的一门学科。2.中药化学研究什么？中药化学研究内容包括各类中药的化学成分（主要是生理活性成分或药效成分）的结构特点、物理化学性质、提取分离方法以及主要类型化学成分的结构鉴定等。此外，还涉及主要类型化学成分的生物合成途径等内容。中药化学是专业基础课，中药化学的研究，在中医药现代化和中药产业化中发挥着极其关键的作用。3.中药化学研究的意义（注：本内容为第四节中药化学在中药质量控制中的意义）（1）阐明中药的药效物质基础，探索中药防治疾病的原理（2）阐明中药发放配伍的原理（3）改进中药制剂剂型、提高临床疗效（4）控制中药及其制剂的质量（5）提供中药炮制的现代科学依据（6）开发新药、扩大药源（7）结构修饰、合成新药主要考试内容：1.中药有效成分的提取与分离方法，特别是一些较为先进且应用较广的方法。2.各类化合物的结构特征与分类。3.各类化合物的理化性质及常用的提取分离与鉴别方法。4.常用重要化合物的结构测定方法。5.常用中药材中所含的化学成分及其提取分离、结构测定方法和重要生物活性。6.常用中药材使用时的注意事项和相关的质量控制成分。课程主要内容：内容总论绪论中药化学成分的一般研究方法**各论生物碱**糖和苷*醌类**香豆素和木脂素*黄酮**萜类和挥发油*皂苷**强心苷*主要动物药化学成分*其他成分学习方法：1.以总论为指导学习各论。2.注意总结归纳，在掌握基本共同点的情况下，分类记忆特殊点。3.注意理论联系实际，并以《药典》作为基本学习指导。4.发挥想象力进行联想记忆。第二节中药有效成分的提取与分离一、中药有效成分的提取注意：在提取前，应对所用材料的基源（如动、植物的学名）、产地、药用部位、采集时间与加工方法等进行考查，并系统查阅文献，以充分了解和利用前人的经验。（一）溶剂提取法注意：一般如无特殊规定，药材须经干燥并适当粉碎，以利于增大与溶剂的接触表面，提高提取效率。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。作用原理：溶剂穿透入药材原料的细胞膜，溶解可溶性物质，形成细胞内外的浓度差，将其渗出细胞膜，达到提取目的。一般提取规律：①萜类、甾体等脂环类及芳香类化合物因为极性较小，易溶于三氯甲烷、乙醚等亲脂性溶剂中；②糖苷、氨基酸等类成分则极性较大，易溶于水及含水醇中；③酸性、碱性及两性化合物，因为存在状态（分子或离子形式）随溶液而异，故溶解度将随pH而改变，可用不同pH的碱或酸提取。补充：溶剂的选择。1）常见溶剂类型石油醚＜四氯化碳＜苯＜二氯甲烷＜氯仿＜乙醚＜乙酸乙酯＜正丁醇＜丙酮＜甲醇（乙醇）＜水。2）溶剂选择的原则（1）相似相溶，能最大限度地提取所需要的化学成分（2）不与有效成分反应（3）不溶共存杂质（4）节约成本：价廉、安全、易得、浓缩方便。提取方法a、煎煮b、浸渍法c、渗漉法d、回流e、连续回流（索氏提取）掌握不同提取方法原理、特点及适用的成分类型。1.煎煮法定义：中药材加水浸泡后加热煮沸。优点：简便。缺点：①需加热，含挥发性成分及加热易破坏的成分不宜使用。②多糖类成分含量较高的中药，用水煎煮后药液黏度较大，过滤困难，不宜使用。③对亲脂性成分提取不完全。2.浸渍法定义：在常温或温热（60～80℃）条件下用适当的溶剂浸渍药材，以溶出其中的有效成分的方法。优点：简便，适用于遇热不稳定的成分，或含大量淀粉、树胶、果胶、黏液质的中药。缺点：①出膏率低；②以水为溶剂时，提取液易发霉变质。3.渗漉法定义：不断向粉碎的中药材中添加新鲜浸出溶剂，使其渗过药材，从渗漉筒下端出口流出渗漉液的方法。基本过程：药材浸润→装筒→浸渍→渗漉。优点：适用于遇热不稳定的成分，或含大量淀粉、树胶、果胶、黏液质的中药。（似浸渍法，但提取效率高于浸渍法）缺点：①溶剂消耗量大；②耗时长，操作麻烦。4.回流法与连续回流法定义：使用易挥发的溶剂加热回流或连续回流提取中药成分的方法.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；③耗时长。5.水蒸气蒸馏法水蒸气蒸馏法用于提取具有挥发性的、能随水蒸气蒸馏而不被破坏，且难溶或不溶于水的成分。适用成分：挥发性（100℃有一定蒸汽压）；对水稳定；不溶于水；耐热。（如：中药中挥发油的提取常采用此法。）6.升华法固体物质在受热时不经过熔融而直接转化为蒸气，蒸气遇冷又凝结成固体的现象叫做升华。适用成分：游离羟基蒽醌类成分，一些小分子香豆素类，有机酸类成分等。（如：樟木中的樟脑，茶叶中的咖啡因）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.超临界流体萃取法定义：采用超临界流体为溶剂对中药材进行萃取的方法。超临界流体（SF）：指处于临界温度（Tc）和临界压力（Pc）以上，介于气体和液体之间的、以流动形式存在的单一相态物质。密度与液体相近，而黏度与气体相近，扩散能力强。萃取选择性的决定因素：温度、压力、夹带剂的种类及含量。常用的提取物质：C02、NH3、C2H6、C7H16、CCl2F2、N2O、SF6等，实际最常用的为C02。（1）C02超临界流体萃取的特点：①简便、高效、无有机溶剂残留；②安全，无污染；③因萃取温度低，适用于对热不稳定物质的提取；④萃取介质的溶解特性容易改变，在一定温度下只需改变其压力；⑤还可加入夹带剂，改变萃取介质的极性来提取极性物质；⑥适于极性较大和分子量较大物质的萃取；⑦萃取介质可循环利用，成本低；⑧可与其他色谱技术联用及IR、MS联用，可高效快速地分析中药及其制剂中的有效成分。（2）局限性①对脂溶性成分溶解能力强，而对水溶性成分溶解能力弱——适用成分为脂溶性成分；②设备造价高，成本高；③更换产品时设备清洗困难。（3）夹带剂的作用夹带剂（entrainer）作为亚临界组分,挥发度介于超临界流体与被萃取溶质之间，以液体形式和相对小的量加入超临界流体中。作用：①改善或维持选择性；②提高难挥发溶质的溶解度。常用夹带剂：甲醇、乙醇、丙酮、乙腈等（对溶质具有很好溶解性的溶剂也往往是很好的挟带）对含有大量淀粉、树胶、果胶、黏液质中药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】A最佳选择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二、中药有效成分的分离与精制（一）根据物质溶解度差别进行分离1.利用温度不同引起溶解度的改变进行分离主要包括：结晶与重结晶。结晶：将不是结晶状态的固体物质处理成结晶状态的操作。重结晶：从不纯的结晶经过进一步精制处理得到较纯结晶的过程。原理：要分离物质在热的溶剂中溶解达到饱和，冷却时由于溶解度的降低，溶液因过饱和而析出晶体。结晶与重结晶操作结晶用溶剂的选择：①不与被结晶物质发生化学反应；②对被结晶成分热时溶解度大、冷时溶解度小；③对杂质或冷热时都溶解（留在母液中），或冷热时都不溶解（过滤除去）；④溶剂沸点较低，易挥发除去；⑤无毒或毒性较小，便于操作。常用的重结晶溶剂：水、冰醋酸、甲醇、乙醇、丙酮、乙醚、三氯甲烷、苯、四氯化碳、石油醚和二硫化碳等。（单用或混用）注意：用于重结晶溶剂用量需适当，用量太大会增加溶解，析出晶体量少；用量太小在热过滤时会提早析出结晶造成损失。一般可比需要量多加20%左右。结晶纯度的判定方法：（1）结晶形态和色泽：一个纯的化合物一般都有一定的晶形和均匀的色泽。（2）熔点和熔距：单一化合物一般都有一定的熔点和较小的熔距（1～2℃）。（3）色谱法：单一化合物用两种以上溶剂系统或色谱条件进行检测，均显示单一的斑点。常用的有纸色谱、纸上电泳和薄层色谱。（4）高效液相色谱法（HPLC）：纯的化合物显示单一的谱峰（5）其他方法：质谱、核磁共振等。单峰表示纯化合物，双峰表示不纯的化合物。2.利用两种以上不同溶剂的极性和溶解性差异进行分离在溶液中加入另一种溶剂以改变混合物的极性，使一部分物质沉淀析出，从而实现分离。水提醇沉法：在药材浓缩的水提液中加入数倍量的乙醇稀释。（沉淀除去多糖、蛋白质等水溶性杂质。）醇提水沉法：在药材浓缩的水提液中加入数倍量的乙醇稀释。（沉淀除去树脂、叶绿素等水不溶性杂质。）另：醇/醚法、醇/丙酮法。（可使皂苷沉淀析出，而脂溶性的树脂等杂质留在母液中）3.利用酸碱性（不同）进行分离对酸性、碱性或两性有机化合物来说，加入酸、碱以调节溶液的pH，改变分子的存在状态，从而改变溶解度实现分离。酸提碱沉：生物碱等碱性成分。碱提酸沉：黄酮、蒽醌类等酸性成分。内酯或内酰胺结构的成分可被皂化溶于水，借此与其他难溶于水的成分分离。4.利用沉淀试剂进行分离酸性或碱性化合物可通过加入某种沉淀试剂，使之生成水不溶性的盐类等沉淀析出。酸性化合物+钙盐、钡盐、铅盐→沉淀→H2S气体→纯品碱性化合物+苦味酸盐、苦酮酸盐等（有机酸盐）→先加入无机酸，再碱化→纯品磷钼酸盐、磷钨酸盐、雷氏铵盐等（无机酸盐）（二）根据物质在两相溶剂中的分配比（分配系数）不同进行分离常见的方法有简单的液-液萃取法和液-液分配色谱（LC或LLC）等。液—液萃取法的原理：1.分配系数K值溶质在任意不相混溶的两溶剂中的分配系数K：K=CU/CLK：分配系数；CU：溶质在上相溶剂中的浓度；CL：溶质在下相溶剂中的浓度（K在一定的温度及压力下为一常数）K＞1，易溶于上层；K＜1，易溶于下层。例：假定A、B两种溶质用三氯甲烷及水进行分配，A、B均为1.0g，KA=10，KB=0.1，两相溶剂体积比VCHCl3/VH2O=1，则一次振摇分配平衡后：水的密度小于三氯甲烷，故水为上相，三氯甲烷为下相A：KA=CH20/CCHCl3=10则90%以上的溶质A将分配到水中，不到10%分配到三氯甲烷中B：KB=CH20/CCHCl3=0.1则不到10%的溶质B将分配到水中，90%以上的分配到三氯甲烷中2.分离因子分离因子β表示分离的难易β=KA/KB（注：KA﹥KB）分离难易判定：β≥100，仅作一次简单萃取就可实现基本分离（如上例）；100＞β≥10，通常需萃取10～12次；β≤2，需萃取100次以上；β≌1,即KA/KB≌1，则无法分离3.分配比与pH以酸性物质（HA）为例，其在水中的解离平衡及解离常数K可用下式表示：酸性越强，Ka越大，pKa值越小。碱性越强，Ka越小，pKa值越大。通常酚类化合物的pKa值一般为9.2～10.8，羧酸类化合物的pKa值约为5若使该酸性物质完全解离，即使HA均转变为A-，则pH≌pKa+2若使该酸性物质完全游离，即使A-均转变为HA，则pH≌pKa-2（游离型极性小，易溶于小极性的有机溶剂；解离型极性大，易溶于水或亲水性有机溶剂）①若pH﹤3（酸性条件）酸性物质游离态（HA），极性小碱性物质则呈离状态（BH+），极性大②若pH﹥12（碱性条件）酸性物质解离形式（A-），极性大碱性物质游离状态（B），极性小4.液-液萃取与纸色谱5.液-液分配柱色谱将两相中的一相涂覆在硅胶等多孔载体上作为固定相，填充在色谱管中，然后加入与固定相不相混溶的另一相溶剂作为流动相来冲洗色谱柱。常用载体：硅胶、硅藻土及纤维素粉等。常用反相硅胶填料有：RP-2（-C2H5）、RP-8（-C8H17）、RP-18（-C18H37）（1）正相色谱：固定性极性流动相极性被分离物质极性越大（亲水性越强），越不易洗脱。固定相：强极性溶剂，如水、缓冲溶液等。流动相：弱极性有机溶剂，三氯甲烷、乙酸乙酯、丁醇等。适用物质：水溶性或极