提取分离方法

第三节提取分离方法中草药中各类化学成分简介一、有效成分1.碱性化合物：生物碱NOCH3OCH3OOOH+-小檗碱2.酸性化合物：结构中含有酚羟基的化合物——黄酮、醌类、苯丙素（香豆素、木脂素）及其苷类结构中含有羧基的化合物——有机酸、葡萄糖醛酸OOHOOOOHOHOHOOOHHOOHOHOH黄酮蒽醌香豆素木脂素3.两性化合物：结构中既有碱性基团也有酸性基团氨基酸、蛋白质4.中性化合物：分子结构中既无碱性基团也无酸性基团的化合物，如萜类和挥发油、甾体等。二、无效成分1.脂溶性蜡－高级不饱和脂肪酸（16－30碳）和高级一元醇结合的酯脂肪油－不饱和脂肪酸（链长短不一）与丙三醇形成的甘油酯，通常称为混合甘油酯。叶绿素及胡萝卜素2.水溶性多糖类－淀粉、纤维素、树胶、果胶、粘液质多元酚类化合物－鞣质中草药有效成分的提取一、溶剂提取法二、水蒸汽蒸馏法三、升华法一、溶剂提取法是根据天然药物中各种成分在溶剂中的溶解性质，选用对有效成分溶解度大，而对不需要溶出成分溶解度小的溶剂，将有效成分从药材组织中溶解出来的办法。溶剂可分为：水、亲水性和亲脂性有机溶剂常用溶剂：极性由弱到强依次排序为石油醚＜四氯化碳＜苯＜二氯甲烷＜氯仿＜乙醚＜乙酸乙酯＜正丁醇＜丙酮＜乙醇＜甲醇＜水被溶解物质也有亲水性及亲脂性之分。溶质在溶剂当中的溶解遵循相似相溶的原理，亲水性的化学成分易溶于水或亲水性的有机溶剂中，亲脂性的成分易溶于亲脂性的有机溶剂中。石油醚→油脂、蜡、叶绿素、挥发油、游离甾体及三萜类化合物氯仿或醋酸乙酯→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、鞣质等水→氨基酸、糖类、无机盐等常用的溶剂提取法（一）冷提法1.浸渍法2.渗漉法（二）热提法1.煎煮法2.回流提取法3.连续回流提取法冷提法1.浸渍法：是用水或醇浸渍药材一定时间，然后合并提取液，并将其减压浓缩的方法。该法因为一般都是在低温下进行的，不用加热，所以适合于挥发性成分及受热易分解成分的提取。但提取的时间较长，效率低。用水浸提时还要注意提取液的防腐问题。2.渗漉法：是将药材装入渗漉筒中，先用水或醇浸渍数小时，然后从渗漉筒的下口使提取液流出，上口不断地加入新的溶剂，此方法因为药材与溶剂之间能够始终保持较大的浓度差，因此提取效率较高。该法同样适用于挥发性及受热易破坏分解的成分的提取。但是有溶剂耗费量较大的缺点。热提法1.煎煮法：该方法是我国中医中药最早使用的传统的提取方法。是将药材用水加热煮沸提取，在提取过程当中大部分成分可被不同程度的提取出来，但是对于挥发性成分及加热易被破坏的成分不宜使用。2.回流提取法：是用有机溶剂作为提取溶剂，在回流装置中对药材进行加热回流提取，该方法提取效率较高，但因为长时间加热，所以不适合受热易破坏分解的成分。3.连续回流提取法：是回流提取法的发展，具有消耗溶剂量更小，提取效率更高的优点。常用索氏提取器或连续回流装置。水－是一种强极性溶剂。无机盐、糖类、分子不太大的多糖、鞣质、氨基酸、蛋白质、有机酸盐、生物碱盐和极性苷类等都能被水溶出。以水作为提取溶剂的缺点是：提出的杂质多。冷提法提出的杂质少且对热不稳定的成分较适宜，提取效率低；而热提法的效率高，但对热不稳定的成分不适宜，特别不适于挥发性成分和淀粉、粘液质多的药材的提取。亲水性有机溶剂－也就是一般所说的与水能混溶的有机溶剂，如乙醇、甲醇、丙酮等，其中以乙醇最为常用。具有经济、安全、无毒；对细胞的穿透能力强；大多数天然成分都可溶解等优点，常称为万能溶剂。二、水蒸汽蒸馏法适用于具有挥发性、能随水蒸汽蒸馏而不被破坏、难溶或不溶于水的成分的提取，如挥发油、小分子的香豆素类、小分子的醌类成分。三、升华法固体物质受热不经过熔融，直接汽化，遇冷后又凝固为固体化合物，称为升华。中草药中有一些成分具有升华的性质，可以利用升华法直接自中草药中提取出来。如樟脑、咖啡因。中草药有效成分的分离与精制根据物质的溶解度差别进行分离根据物质在两相溶剂中的配比不同进行分离根据物质的吸附性能差别进行分离根据物质分子大小差别进行分离根据物质离解程度不同进行分离一、根据物质的溶解度差别进行分离1.结晶及重结晶法：利用温度变化引起溶解度的改变使物质得以分离。2.溶剂分离法：a.通过加入另一种溶剂以改变溶剂的极性，使一部分物质沉淀析出，从而实现分离。如：水提醇沉法b.酸性、碱性或两性化合物，通过加入酸或碱来调节溶剂的PH值，改变分子的存在状态（游离型或离解型），从而改变溶解度而实现分离。3.沉淀法：酸性或碱性化合物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而实现分离。如生物碱加入有机酸可生成不溶于水的有机酸盐沉淀，酸性化合物可加入钙盐、铅盐、钡盐等生成不溶性的沉淀。二、根据物质在两相溶剂中的分配比不同进行分离液-液分配的基本原理1.分配系数K值:一种溶质在两相溶剂中的分配比。K值在一定的温度和压力下为一常数。K=CU/CL2.分离因子β：两种溶质在同一溶剂系统中分配系数的比值。β=KA/KB(KAKB)β≥100，一次萃取就可实现基本分离100≥β≥10，需萃取10~12次β≤2，需萃取100次以上β≌1，无法实现分离3.分配比与PH：溶剂系统PH的变化影响酸性、碱性、及两性有机化合物的存在状态（游离型或离解型），从而影响在溶剂系统中的分配比。游离型——极性小的溶剂离解型——极性大的溶剂一般PH3，酸性物质多呈非离解状态（HA）、碱性物质则呈离解状态（BH+）；PH12，则酸性物质呈离解状态（A－）、碱性物质以非离解状态（B）存在。4.液-液萃取与纸色谱纸色谱与液-液萃取的分离原理都是分配。Rf值与K值之间有下列关系Kor/w=1/r(Rf/1-Rf)当层析滤纸湿重（W湿）为干重（W干）的1.5倍时，r=2设A、B两种（或两组）物质的Rf值分别为Rfa及Rfb。β=Rfa(1-Rfb/1-Rfa)（Rfa＞Rfb）当β＞50时，简单萃取即可，β＜50时，则需采用逆流分溶法。主要分离方法1.简单的液-液萃取法2.逆流分溶法（CCD）3.液滴逆流色谱法（DCCC）4.高速逆流色谱法（HSCCC）5.纸色谱法（PC）6.气-液分配柱色谱法（GLC）7.液-液分配柱色谱法（LLC）纸色谱法支持剂：纤维素固定相：纤维素上吸附的水展开剂：与水不相混溶的有机溶剂或水饱和的有机溶剂Rf值：极性大，Rf值小；极性小，Rf值大。应用：适合于亲水性较强的物质。液-液分配柱色谱法柱色谱：在色谱管中完成的化合物之间的分离过程称为柱色谱。柱色谱分：常压柱色谱、加压柱色谱载体（支持剂）：硅胶、硅藻土及纤维素等按洗脱顺序分：正相色谱、反相色谱正相色谱：固定相：水、缓冲溶液流动相：氯仿、乙酸乙酯、丁醇等弱极性有机溶剂洗脱顺序：极性小的化合物先出柱，极性大的后出柱。应用：适用于水溶性或极性较大的化合物，如生物碱、苷、糖类、有机酸等。反相色谱：固定相：石蜡油，化学键合相（如十八烷基硅胶键合相）流动相：水、甲醇、乙腈等强极性有机溶剂洗脱顺序：极性大，先出柱；极性小，后出柱。应用：适合于脂溶性成分，如高级脂肪酸、油脂、游离甾体等目前液-液分配柱色谱中的固定相主要为化学键合相。反相液-液分配柱色谱法是当前应用最为广泛的一种柱色谱分离、分析方法。三、根据物质的吸附性差别进行分离固-液吸附应用的最多吸附类型：1.物理吸附（溶液分子与吸附剂表面分子的分子间作用力）：硅胶、氧化铝及活性炭为吸附剂的吸附色谱。2.化学吸附：如黄酮等酚酸性物质被碱性氧化铝吸附，生物碱被酸性硅胶吸附等。3.半化学吸附：如聚酰胺与黄酮类、蒽醌类等化合物之间的氢键吸附。介于物理吸附与化学吸附之间。物理吸附基本规律→相似者易吸附固液吸附三要素：吸附剂、溶质、溶剂1.极性吸附剂（氧化铝、硅胶）特点：a.对极性强的物质吸附能力强b.溶剂极性减弱，则吸附剂对溶质的吸附能力增强；反之，则减弱。c.溶质即使被硅胶、氧化铝吸附，一旦加入极性较强的溶剂时，又可被置换洗脱下来。OHOHOHHOABⅠCHCl3：MeOH(7:3)ⅡCHCl3：MeOH(3:7)2.非极性吸附剂（活性炭）：对非极性物质亲和能力强，溶剂极性降低，则活性炭对溶质的吸附能力也随之降低；反之，则提高。极性及其强弱判断：极性强弱是支配物理吸附过程的主要因素极性就是指分子中电荷的不对称程度，并大体上和分子的偶极距、极化度及介电常数等概念相对应。1.主要官能团的极性由弱到强排序为：—CH2—CH2—＜—CH2=CH2—＜—OCH3＜—COOR＜C=O（CHO）＜—NH2＜—OH＜—COOH2.化合物的极性则由分子中所含官能团的种类、数目及排列方式等综合因素所决定。3.溶剂极性大小则大体上由介电常数决定，常用溶剂介电常数及其极性由弱到强排序为：环己烷（1.88），苯（2.29），无水乙醚（4.47），氯仿（5.20），乙酸乙酯（6.11），乙醇（26.0），甲醇（31.2），水（81.0）极性不完全等同于亲水性亲水性强，则极性强；极性强，则亲水性并不一定强。OOHOOHOHOHOHOOHOOHOHOHOHAB亲水性AB极性BA吸附柱色谱用于物质的分离：1.选用极性小的溶剂装柱和溶解样品或用极性稍大的溶剂溶解样品后，以少量吸附剂拌匀挥干，上柱。2.溶剂系统可用TLC进行筛选。以TLC展开时使组分Rf值达到0.2~0.3的溶剂系统作为最佳溶剂系统进行洗脱。3.为避免化学吸附，酸性物质宜用硅胶、碱性物质宜用氧化铝作为吸附剂进行分离。通常在分离酸性（或碱性）物质时，洗脱溶剂中常加入适量的醋酸（或氨、吡啶、二乙胺），以防止拖尾，改善分离效果。聚酰胺吸附色谱法：属于氢键吸附（半化学吸附）特别适合分离酚类、醌类、黄酮类化合物。1.聚酰胺的吸附原理：通过分子中的酰胺羰基与酚类、黄酮类化合物的酚羟基，或酰胺键上的游离胺基与醌类、脂肪酸上的羰基形成氢键缔合而产生吸附。H2CNCCH2H2CCH2NCH2CHOHOOCH2NCH2CCH2H2CNCCH2HOHOOHO固定相移动相2.吸附强弱规律（含水溶剂中）a.形成氢键的基团数目越多，则吸附能力越强。OHOHOHHOOHOHHOOHOHHOOHOHOHOHOHOHOHOHOHOHOHOHOHb.成键位置对吸附也有影响。易形成分子内氢键的化合物，其吸附性能减弱。OHOHOHOHOHOHOHOHOHOHOHOHHOCOOHOCOHHOc.分子中芳香化程度越高，则吸附性能越强。OHOH3.各种溶剂在聚酰胺柱上的洗脱能力由弱至强排序为：水→甲醇→丙酮→氢氧化钠水溶液→甲酰胺→二甲基甲酰胺→尿素水溶液4.应用：a.特别适合于酚类、黄酮类化合物的制备和分离b.对生物碱、萜类、甾体、糖类、氨基酸等其它极性与非极性化合物的分离也有着广泛应用。c.用于提取物的脱鞣质处理。大孔吸附树脂法分为极性和非极性1.原理：吸附和分子筛以苯乙烯为母体，二乙烯苯为交联剂（非极性）CH2CHCH2CH2CHCH2CHCH2CHCHCH2CH2.影响因素：a.一般非极性化合物在水中易被非极性树脂吸附，极性化合物在水中易被极性树脂吸附。b.物质在溶剂中的溶解度大，树脂对此物质的吸附力就小，反之就大。c.分子量小、极性小的化合物与非极性大孔吸附树脂吸附作用强；反之，与极性大孔吸附作用强。能与大孔吸附树脂形成氢键的化合物易吸附。3.应用：广泛应用于天然化合物如苷、糖类、生物碱、多糖、黄酮、三萜类化合物的分离和富集工作。4.洗脱液的选择：最常用的水、乙醇，此外甲醇、丙酮、乙酸乙酯也被应用。四、根据物质分子大小差别进行分离常用方法：超滤法、超速离心法、透析法、凝胶滤过法等。主要用于水溶性大分子化合物的分离和精制，而凝胶滤过法还可用于分离分子量1000以下的化合物。1.凝胶滤过法分离原理：反分子筛凝胶为在水中可膨胀的球形颗粒，具有三维空间的网状结构。大分子在颗粒间隙移动，较早流出；小分子则自由渗入并扩散到凝胶颗粒内部，通过色谱柱时阻力增大，较晚流出。因而，化合