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1教学目的要求和内容第二章中药有效成分研究的一般方法【目的要求】1.掌握中药化学成分的类型、一般理化性质、提取、分离的一般方法。2.了解中药化学成分生合成及结构鉴定的一般方法。【教学内容】1.中药中所含各类化学成分及生合成简介。2.提取中药有效成分常用的方法：溶剂提取法、水蒸气蒸馏法、升华法、超声波提取法及超临界流体萃取法等。3.分离中药有效成分常用的方法：系统溶剂分离法、两相溶剂萃取法、沉淀法、盐析法、分馏法、结晶法及各种色谱法等。4.中药有效成分结构研究方法简介：中药化学成分的结构鉴定程序、紫外光谱、红外光谱、核磁共振谱（一维谱：1H-NMR谱、13C-NMR谱、INEPT谱、DEPT谱；二维谱：1H-1HCOSY谱、HMQC谱、HMBC谱应用简介）、质谱（EI-MS、FD-MS、FAB-MS、MS/MS等）、旋光谱、圆二色谱等在中药化学成分结构研究中的应用及晶体X射线衍射法简介。【教学方法】课堂讲授。第二章中药化学成分研究的一般方法（10学时）第一节中药化学成分及生物合成简介（1学时）第二节中药有效成分的提取分离方法（6学时）第三节中药有效成分化学结构的研究方法（3学时）2第二章中药化学成分的一般研究方法第一节中药化学成分及生物合成简介一、中药化学成分类型简介(一)糖类分为单糖类、低聚糖和多聚糖类及其衍生物。低聚糖通常是由2~9个分子的单糖脱水缩合而成的化合物。多糖通常是由10个以上至上千个单糖脱水而形成的高聚物，水解后能生成相应数目的单糖。(二)苷类是糖或糖的衍生物与非糖物质(称为苷元或配基)通过糖的端基碳原子连接而成的化合物。(三)醌类化合物是一类分子中具有醌式结构的化合物。包括苯醌、萘醌、菲醌和蒽醌类化合物。(四)苯丙素类化合物是一类分子中以苯丙基为基本骨架单位(C6-C3)构成的化合物。其中香豆素和木脂素为其典型化合物。(五)黄酮类化合物最早发现的黄酮为2－苯基色原酮。泛指具有两个苯环通过中间三碳链相互联结而成的一类化合物。(六)萜类和挥发油凡由甲戊二羟酸衍生、且其基本母核的分子式符合(C5H8)n通式的衍生物为萜类化合物。单萜和倍半萜类多为具有特殊香气的油状液体，在常温下可以挥发称挥发油或精油。(七)生物碱是一类存在于生物体内的含氮有机化合物，氮原子多结合在环内，具有碱的性质，能与酸结合成盐，具有显著的生理活性。(八)甾体类化合物是一类结构中具有环戊烷骈多氢菲甾核的化合物。(九)三萜类化合物是一类基本骨架由30个碳原子组成的萜类化合物。(十)鞣质又称单宁或鞣酸，是一类复杂的多元酚类化合物的总称，可与蛋白质结合形成致密、柔韧、不易腐败又难透水的化合物。二、各类中药化学成分的主要生物合成途径许多化合物在分子结构中都包含着某些基本组成单位。如苯丙素类化合物具有C6-C3单位，萜类化合物具有重复的C5单位，脂肪酸、酚类、醌及聚酮类化合物具有C2单位，生物碱类化合物具有氨基酸单位，黄酮类化合物具有C6-C3-C6单位等等。按成分的生物合成途径可分为一次代谢产物和二次代谢产物。一次代谢产物是每种植物中普遍存在的维持有机体正常生存的必需物质，如叶绿素、糖类、蛋白质、脂类和核酸等。二次代谢是在特定的条件下，一些重要的一次代谢产物，如乙酰辅酶A、丙二酸单酰辅酶A、莽草酸及一些氨基酸等作为前体或原料，进一步经历不同的代谢过程，生成生物碱、黄酮、萜类、皂苷等。因二次代谢产物具有特殊、显著的生理活性。因此成为中药化学的主要研究对象。中药二次代谢产物的主要生物合成途径如下。（一）乙酸-丙二酸途径(AA-MA途径)通过这一途径能生成脂肪酸类、酚类、醌类等化合物。3CH3COSCoAATPADPCOOHCH2COSCoACH3COACPCOOHCH2COACPCH3COCH2COACPNADPNADPHCH3CH2CH2COACPCOOHCOACPCH2CH3CH2CH2COCH2COACPNADPHNADPCH3CH2CH2CH2CH2COACPCH3(CH2)nCOOH(C4)(C6)+1.脂肪酸类乙酰辅酶A为这一生合成过程的起始物质，丙二酸单酰辅酶A起延伸碳链的作用。乙酰辅酶A丙二酸单酰辅酶A[缩合]乙酰乙酸(acertoaceticacid)[还原][缩合](Cn+2，n为偶数)图2-1饱和脂肪酸的生物合成途径42．酚类乙酰辅酶A直线聚合后再进行环合生成各种酚类化合物。CH3-CO-S-CoA+3bCH3-CO-CH2-CO-CH2-CO-CH2-CO-------Enzacabc苔色酸乙酰间苯三酚四乙酸内酯(间苯二酚型)(间苯三酚型)(内酯型)图2-2酚类的生物合成途径COOHCH2-CO-S-CoACH3OHOHCOOHOHOHOHCH3OOOOCH3OH5OEnzOOOOOOCH3H3COOOHOHOCH33．醌类多酮环合生成各种醌类化合物或聚酮类化合物。如中药决明子中部分有效成分的生物合成。红镰刀菌素决明内酯Torachrysono大黄素甲醚图2-3决明子部分成分的生物合成OOOOOOOCH3H3COOOOHOHCH3EnzOOOOOOOEnzH3COCH3OOHOHCH3CH3OOOOOOOCH3H3COHOOOHCH3EnzO6OOHHOOCOHP2O5H2OHOOCOHOP2O5H2OP2O5H2OP2O5H2OP2O5H2OP2O5H2CO22ATP2ADPATPADPPP1NADPH(二)甲戊二羟酸途径（MVA途径）这一途径生成萜类、甾类化合物。甲戊二羟酸单酰辅酶A乙酰乙酸辅酶A甲戊二羟酸MVA焦磷酸二甲烯丙酯（DMAPP）焦磷酸异戊烯酯（IPP）甲戊二羟酸5－焦磷酸磷酸香叶酯单萜三萜类甾体焦磷酸金合欢内酯倍半萜类反式角鲨烯六氢番茄烃焦磷酸香叶基香叶酯类胡萝卜素二萜类图2-4甲戊二羟酸途径acetylCoASCoAOOacetylCoAOSCoAHOOCOH(HMGCoA)2NADPH2NADP7(三)莽草酸途径又称桂皮酸途径这一途径衍化生成具有C6-C3及C6-C1基本结构的化合物。去氢奎宁酸去氢莽草酸赤藓糖4-磷酸莽草酸莽草酸3－磷酸分枝酸苯丙氨酸予苯酸丝氨酸邻氨基苯甲酸色氨酸酪氨酸图2-5莽草酸途径OPEPCOOH(P)(P)OOHOHOH(P)OHOOHOHHOOCOOHOOHOHCOOHOHOOHCOOHOHOHOHCOOHOH(P)OOHCOOHPEPO(P)OOHCH2COOHCOOHOOHCH2COOHCOOHOHCH2COCOOHHHOOCCOOHOCOOHHNH2NH2COOHO(P)OO(P)(P)OHOHO(P)OHOHNHNH2HCOOHCOOHOOHCOOHHNH2OH8COOHOHCOOHOHCOOHCOOHCOOHOHOHOHCOOHCOOHOHOOHOHCOOHH3COOHCOOHH3C[O][O][O][O][O][CH3][CH3]β-Oxidation桂皮酸对羟基桂皮酸对羟基苯甲酸香豆素咖啡酸原儿茶酸阿魏酸香草酸木脂素(C6-C3)×2芥子酸丁香酸图2-6C6-C3，C6-C1类天然产物生物合成途径COOHOHOOH3CCH3OOHCOOHOH3CCH3[O][CH3][O][CH3]9(四)氨基酸途径大多数生物碱类成分由此途径生成。多巴胺Mannich反应多巴3,4-dihydroxyphenylpyruvicacid(－)网状番茄枝碱(－)网状番茄枝碱全去甲劳丹诺苏林(+)-salutaridrine小檗碱罂粟碱Salutaridinol蒂巴因可待因吗啡NH2HCOOHOHOHNH2OHOHOCOOHOHOHNHOHOHCOOHOHOHOOHHNOOHNHOHOHHOHOHH3CCH3H3CNOOHHOHOCH3H3CCH3OOHHNOOH3CCH3H3COOOONCH3CH3CH3CH3H3CH3CNOOOOOOHHNOOHHH3CCH3H3COOHNOH3CCH3H3COOHNOHHH3CCH3OHOHNOHHCH3+10OCONCH3CCH2OHHNH2COOHNH2NHONH2NH2COOHNHNCH3HNH2HOOCCOOHNHHNH2COOH莨菪碱石榴皮碱麦角酸鸟氨酸赖氨酸色氨酸图2-7氨基酸途径(五)复合途径由不同的生物合成途径产生分子中的各个部分，即复合途径。如查耳酮类、二氢黄酮类化合物的A环和B环分别由乙酸-丙二酸途径和莽草酸途径生成。一些萜类生物碱分别来自甲戊二羟酸途径及莽草酸途径或乙酸-丙二酸途径。图2-8查耳酮、二氢黄酮生成的复合途径COOHCH3OOHOOCHOOCNH2OHOOONH3AA-MA11第二节中药有效成分的提取分离方法中药有效成分的提取分离是研究中药化学成分的基础。这一过程一般应在生物活性或药理学指标跟踪下进行。一、中药有效成分的提取方法(一)溶剂提取法溶剂提取法是根据被提取成分的溶解性能，选用合适的溶剂和方法来提取。作用原理是溶剂穿透入药材粉末的细胞膜，溶解溶质，形成细胞内外溶质浓度差，将溶质渗出细胞膜，达到提取目的。1．溶剂的选择常用于中药成分提取的溶剂按极性由弱到强的顺序如下：石油醚四氯化碳苯二氯甲烷三氯甲烷乙醚乙酸乙酯正丁醇丙酮乙醇甲醇水。如石油醚可提出油脂、蜡、挥发油、游离的甾体及萜类；三氯甲烷或乙酸乙酯可提出游离生物碱、有机酸、黄酮及香豆素等；丙酮或甲醇(乙醇)可提出苷类、生物碱或有机酸盐类；水可提出糖类、氨基酸、蛋白质、无机盐类等水溶性成分。2．提取方法用溶剂提取中药有效成分，常选用如下方法。(1)浸渍法将中药粗粉装在适当容器中，加入水或稀醇浸渍药材一定时间，反复数次，合并浸渍液，减压浓缩即可。(2)渗漉法将药材粗粉装入渗漉筒中，用水或醇作溶剂，首先浸渍数小时，然后由下口开始流出渗漉液，渗漉筒上口不断添加新溶剂，进行渗漉提取。(3)煎煮法将中药粗粉加水加热煮沸提取。此法简便。(4)回流提取法此法以有机溶剂为提取溶剂，在回流装置中加热进行。(5)连续回流提取法具有溶剂消耗量小，操作不繁琐，提取效率高的特点。影响溶剂提取法的因素较多，最主要的是提取溶剂和提取方法，其次是药材的粉碎度、提取温度及时间。(二)水蒸汽蒸馏法水蒸汽蒸馏法用于提取能随水蒸汽蒸馏，而不被破坏的难溶于水的成分。(三)超临界流体萃取法(SFE)超临界萃取法是一种集提取和分离于一体，又基本上不用有机溶剂的新技术。超临界流体是处于临界温度(Tc)和临界压力(Pc)以上，介于气体和液体之间的流体。这种流体同时具有液体和气体的双重特性，它的密度与液体相似、粘度与气体相近，扩散系数虽不及气体大，但比液体大100倍。物质的溶解过程包括分子间的相互作用和扩散作用，物质的溶解与溶剂的密度、扩散系数成正比，与粘度成反比，因此超临界流体对许多物质有很强的溶解能力。可以作为超临界流体的物质很多，如CO2、NH3、C2H6、CCl2F2、C7H16等，实际应用CO2较多。CO2的临界温度(Tc=31.4℃)接近室温，临界压力(Pc=7.37MPa)也不太高，易操作，且本身呈惰性，价格便宜，是中药超临界流体萃取中最常用的溶剂。CO2超临界流体对物质溶解作用有一定选择性，主要与物质的极性、沸点、分子量关系密切。极性较低的化合物，如酯、醚、内酯和含氧化合物易萃取，化合物极性基团多，如羟基、羧基增加，萃取较难。对此，近年来用在超临界流体萃取中加入挟带剂的方法予以解决。挟带剂是在被萃取溶质和超临界流体组成的二元系统中加入的第三组份，它可以改善原来溶质的溶解度。常用甲醇、乙醇、丙酮等。挟带剂的用量一般不超过15％。12例如在2×l04kPa和70℃条件下，棕榈酸在SF-CO2中溶解度是0.25％(W/W)。在同样条件下，于体系中加人10％乙醇，棕榈酸的溶解度可提高到5.0％以上。超临界流体萃取中药成分的主要优点：在接近室温下进行工作，防止某些对热不稳定的成分被破坏或逸散；萃取过程中几乎不用有机溶剂，萃取物中无有机溶剂残留，对环境无公害；提取效率高，节约能耗等。(四)其他方法可用升华法直接从中药中提取具有升华性质的中药化学成分；某些可溶于水但对热不稳定成