中药中萜类与挥发油类化学成份的提取分离技术

中药化学实用技术学习情景五——中药中萜类与挥发油类化学成分的提取分离技术学习目标1掌握中药中萜类与挥发油类化学成份的提取分离技术。知识要求2掌握薄荷中挥发油和青蒿中的青蒿素的提取分离原理及操作技术；熟悉当归中挥发油的提取分离原理及操作技术；了解丁香中挥发油的提取分离原理及操作技术。能力要求3熟练进行薄荷中的挥发油和青蒿中的青蒿素的提取分离操作；能进行当归、丁香中挥发油的提取分离操作。教学内容学习提示中药中萜类与挥发油类化学成分的结构、理化性质及提取分离知识实训黄花蒿、薄荷、丁香、当归中萜类与挥发油类化学成分的提取分离检识任务黄花蒿、薄荷、丁香、当归中萜类与挥发油类化学成分的提取分离技术挥发油类化学成分的理化性质萜类和挥发油类化学成分的提取分离与检识三二萜类成分的结构与分类一学习提示萜类定义萜类化合物（terpenoids）是异戊二烯（C5H8）N首尾相连的聚合体及其含氧衍生物。分布萜类化合物在自然界分布及其广泛，其中主要分布在植物体内，尤其是被子植物，其次是海洋生物。常见含有萜类化合物的中药有：穿心莲、地黄、吴茱萸、龙胆、薄荷、青蒿、紫杉、丹参、人参、雷公藤等。生物活性萜类化合物具有抗癌、驱虫、抗疟、抗菌消炎、抑制血小板凝集、促进肝细胞再生等作用，有些是香料工业和化妆品工业的重要原料。挥发油定义挥发油（volatileoils）又称精油（essentialoils）,是广泛存在于植物体中的一类常温下可挥发，具有芳香气味，与水不相混溶的油状液体的总称。分布挥发油类成分广泛分布在植物界，我国野生与栽培的含挥发油的芳香药用植物有数百种。常见含有挥发油的中药有：木香、苍术、当归、柠檬、厚朴、藿香、丁香、薄荷、柴胡、川芎、细辛、姜橙皮等。生物活性挥发油是中药中很重要的一类有效成分，具有止咳、平喘、祛痰、抗菌、驱虫祛风、镇痛、解表等功效。（一）萜类化合物的分类与分布分类名称碳原子数通式（C5H8）N存在与分布半萜5n=1挥发油植物叶单萜10n=2挥发油倍半萜15n=3挥发油树脂苦味素二萜20n=4树脂苦味素植物醇二倍半萜25n=5海绵、植物病毒、昆虫代谢物三萜30n=6皂苷树脂植物乳汁四萜40n=8植物胡萝卜素多萜﹥40n﹥8橡胶硬橡胶表6-1萜类的分类和存在与分布（二）萜类成分的结构类型结构类型活性成分主要来源作用与用途链状单萜柠檬醛（geranial）存在于柠檬草油和香茅油等植物挥发油中。具有止腹痛作用单环单萜胡椒酮（piperitone）扁柏素（hinokitiol）存在于胡椒、芸香草等植物挥发油中存在于台湾产扁柏（Chamaecyparistaiwanensis）及罗汉柏（Thujopsisdolabrata）心材中具有松弛平滑肌作用，是治疗支气管哮喘的有效成分具有卓酚酮结构，多具有抗菌活性胶CHOOOOH表6-2萜类成分的结构类型结构类型活性成分主要来源作用与用途双环单萜D-龙脑存在于龙脑香树的挥发油及其他多种挥发油中俗称冰片，具有发汗、兴奋、解痉挛、驱虫、抗缺氧等作用链状倍半萜麝子油醇(farnesol)存在于金合欢花、玫瑰花、香茅油等挥发油中可作为高级香料的原料环状倍半萜青蒿素（ginghaosu）存在于菊科植物黄花蒿（ArtemisiaannuaL.）的干燥地上部分具有预防治疗疟疾作用薁类莪术醇（curcumol）存在于姜科植物莪术干燥根茎的挥发油中具有抗癌活性OHCH2OHOOOOOOOH结构类型活性成分主要来源作用与用途链状二萜植物醇（phytol）是叶绿素的组成部分曾作为合成维生素K和维生素E的原料环状二萜丹参酮ⅡA(tanshinoneⅡA)存在于唇形科植物丹参SalviamiltiorrhizaBge的干燥根及根茎中具有活血化淤作用,是治疗心绞痛的复方丹参片的有效成分紫杉醇（taxol）存在于太平洋红豆衫（Taxusbrevifolia）的树皮中用于治疗卵巢癌、乳腺癌和肺癌CH2OHOOOOOOHOCOphCOOMeOHMeOOCOCCCOHOHHHNHCO（三）萜类成分的性质氧化反应性状溶解性加成反应较低分子量的萜类成分如单萜、倍半萜多为具有挥发性和特殊香气的油状液体，是挥发油的组成成分之一。较大分子量的萜类化合物多为结晶性固体，无挥发性。多数萜类成分具有旋光性，因萜类成分多味苦，所以又称其为苦味素。具有双键和羰基的萜类成分，可与某些试剂如卤素、卤化氢、亚硫酸氢钠等发生加成反应，多生成结晶，常应用此性质进行萜类成分的纯化和分离。大多数萜类成分具有亲脂性，难溶于水，易溶于有机溶剂，而与糖成苷后极性增大，亲水性增强，则溶于水和醇，难溶于亲脂性有机溶剂。脱氢反应环状萜类化合物以铂或钯为催化剂，在惰性气体保护下，与S或Se共热，发生脱氢反应，生成芳香族化合物，此反应对于萜类化合物结构研究有重要意义。萜类成分可与臭氧、铬酐、四醋酸铅、高锰酸钾等氧化剂反应，生成不同产物，借此判断分子中双键的位置和合成萜的醛或酮衍生物。般来说，天然药物化学成分在常温下多半是固体物质，常具有结晶的通性，因此，可根据溶解度得不同，用结晶法来达到分离、纯化、精制的目的。结晶法是实验室常用的成分纯化方法。但并不能利用结晶法直接进行提取液的分离和纯化，因为过多的杂质会干扰结晶的形成，甚至有时少量的杂质也会阻碍结晶的析出，因此，结晶前应尽可能地除去杂质。加成反应氧化反应HCl冰醋酸ClCl柠檬烯（limonene）柠檬烯二氢氯化物3O3OOOOOOOOOHOCHOCHOCH3H3COHCHO3H2O（四）挥发油的化学组成结构类型活性成分主要来源作用与用途单萜、倍半萜及其含氧衍生物桉油精（cineole）存在于樟油和蛔蒿花蕾等挥发油中，是桉叶油的主要成分具有解热消炎作用和较强的抗菌防腐能力芳香族化合物（主要指苯丙素衍生物类）丁香酚(eugenol)存在于丁香挥发油中,含量可达14~21%丁香油具有止痛、抗菌消炎作用表6-3挥发油的化学组成OCH2CH=CH2OCH3OH结构类型活性成分主要来源作用与用途环状倍半萜青蒿素（ginghaosu）存在于菊科植物黄花蒿（ArtemisiaannuaL.）的干燥地上部分具有预防治疗疟疾作用脂肪族化合物甲基正壬酮(methylnonyketone)存在于三百草科植物蕨菜（Houtt–uyniacardataThunb.）的干燥地上部分具有镇痛镇咳、抗菌消炎作用含氮、含硫等杂原子的化合物异硫氰酸丙烯酯存在于十字花科黑芥子挥发油中，是芥子苷的水解产物具有抗菌作用由大蒜中大蒜氨酸经酶解后产生的物质具有抗菌、抗病毒等作用OOOOOCH3(CH2)8-C-CH3OCH3=CH-CH2-N=C=SCH3=CH-CH2-S-S-CH2-CH=CH2O（五）挥发油的性质化学常数性状溶解性结晶性多数挥发油常温下为无色或淡黄色油状液体，少数挥发油因含有色素或薁类而具有颜色。多具有香味，少数有臭气或腥气味，挥发油的气味常常是鉴别挥发油质量优劣的重要依据。少数挥发油低温放置时含量高的成分可析出结晶，析出的结晶被称为“脑”，如薄荷脑等，析出“脑”后的挥发油叫“脱脑油”。稳定性多数挥发油比水轻，少数比水重，如丁香油。挥发油无固定沸点，一般沸程70~300℃之间。挥发油具有光学活性，比旋度在+97~177。，折光率在1.43~1.61之间。是表示挥发油质量的化学指标，包括：酸价、酯价、皂化价、碘价。挥发性物理常数挥发油具有挥发性，在常温下自行挥发而不留有痕迹，借此进行挥发油的提取和挥发油与脂肪油的鉴别。挥发油具有脂溶性，不溶于水，可溶于醇，在醇中的溶解度随醇的浓度增大而增大，易溶于其它有机溶剂，如石油醚、苯和乙醚等。挥发油长时间与空气、光线接触，会发生氧化变质，从而挥发油颜色加深，密度增大，改变原有的香气，同时生成树脂样物质，失去挥发性。因此，挥发油应贮存密闭的棕色瓶内，于阴凉低温处保存。化学常数酯价（酯值）碘值是代表挥发油中酯类成分的含量。即一克挥发油中酯类化合物完全水解所需氢氧化钾的毫克数。是代表挥发油中游离羧酸和酚类成分的含量。即：中和一克挥发油中含有游离羧酸和酚类所需氢氧化钾的毫克数。是酸值和酯值的总和是代表了挥发油中不饱和双键的含量。即指100克挥发油卤加相当于碘的克数。酸价（酸值）皂化价（皂化值）（六）萜类和挥发油的提取分离与色谱检识水蒸气蒸馏法萜类和挥发油的提取分离与色谱检识提取方法分离方法有机溶剂提取法冷压法利用特殊官能团分离结晶法分离一般检查鉴定方法分馏法物理常数和化学常数的测定化学法功能基的鉴定色谱鉴定般来说，天然药物化学成分在常温下多半是固体物质，常具有结晶的通性，因此，可根据溶解度得不同，用结晶法来达到分离、纯化、精制的目的。结晶法是实验室常用的成分纯化方法。但并不能利用结晶法直接进行提取液的分离和纯化，因为过多的杂质会干扰结晶的形成，甚至有时少量的杂质也会阻碍结晶的析出，因此，结晶前应尽可能地除去杂质。3.冷压法因为挥发油具有挥发性，可随水蒸气蒸馏，故可采用水蒸气蒸馏法提取挥发油，此法是提取中药中挥发油最常用的方法。1.水蒸气蒸馏法2.有机溶剂提取法根据挥发油具有亲脂性，可用亲脂性有机溶剂如乙醚、石油醚等回流提取挥发油，提取液蒸去乙醚即得挥发油。此法主要适用于挥发油含量较高的新鲜原料中挥发油的提取，如鲜橘、柠檬的果皮，此法所得挥发油保持原有的新鲜香气，但不纯，常混有水分等杂质，并且，挥发油提取的不完全，往往压榨后再进行水蒸气蒸馏。提取方法般来说，天然药物化学成分在常温下多半是固体物质，常具有结晶的通性，因此，可根据溶解度得不同，用结晶法来达到分离、纯化、精制的目的。结晶法是实验室常用的成分纯化方法。但并不能利用结晶法直接进行提取液的分离和纯化，因为过多的杂质会干扰结晶的形成，甚至有时少量的杂质也会阻碍结晶的析出，因此，结晶前应尽可能地除去杂质。3.化学法将某些挥发油于（0℃~20）低温放置，其中含量高的成分可析出结晶而与挥发油中其他成分分离。本法操作简便，但分离不完全，适用范围不广泛。1.结晶法2.分馏法挥发油中各成分的沸点由于分子结构中碳原子数目、双键多少和含氧官能团极性不同而不同，因此，可采用分馏法进行分离。为了防止分馏过程中挥发油中成分的结构破坏，一般采用减压分馏法。挥发油中的酸（碱）性成分可利用它们可与碱（酸）成盐而溶于水，从乙醚液中分离出来，酸化或碱化后，乙醚萃取，蒸去乙醚，即得酸（碱）性成分。然后，将分出酸（碱）性成分后的挥发油，用亚硫酸氢钠加成法或吉拉德试剂法将醛或酮类化合物从乙醚液中分离出。剩下的挥发油中的醇类成分可利用其与邻苯二甲酸酐或丁二酸酐或丙二酸单酰氯反应生成相应的酸性酯，转溶于碳酸钠溶液，再将用乙醚萃取多次的碳酸钠溶液用盐酸或硫酸酸化后，乙醚提出单酯，蒸去乙醚，残渣用碱水皂化，乙醚萃取，即得醇类成分。分离方法般来说，天然药物化学成分在常温下多半是固体物质，常具有结晶的通性，因此，可根据溶解度得不同，用结晶法来达到分离、纯化、精制的目的。结晶法是实验室常用的成分纯化方法。但并不能利用结晶法直接进行提取液的分离和纯化，因为过多的杂质会干扰结晶的形成，甚至有时少量的杂质也会阻碍结晶的析出，因此，结晶前应尽可能地除去杂质。4.色谱分离法一般上述方法分离得到的各部分还须进一步分离，通常采用色谱分离法分离会得到较好的分离效果。最常用的是硅胶和氧化铝吸附色谱，流动相以石油醚、乙醚、己烷和乙酸乙酯等按一定比例组成的溶剂系统，进行洗脱或按极性由小到大梯度洗脱，并分段收集和检识，相同组分合并，即可将挥发油中各成分分开。对于不饱和化合物，可依据其双键的数目、位置和顺反异构体不同，与硝酸银形成π络合物的难易和形成π络合物的稳定性不同来分离。硝酸银在吸附剂中的含量，一般以2.5%较适宜和经济。一般吸附规律是双键数目多，吸附牢，难被洗脱；末端双键较一般双键难被洗脱；顺式双键较反式双键难洗脱。般来说，天然药物化学成分在常温下多半是固体物质，常具有结晶的通性，因此，可根据溶解度得不同，用结晶法来达到分离、纯化、精制的目的。结晶法是实验室常用的成分纯化方法。但并不能利用结晶法直接进行提取液的分离和纯化，因为过多