模块二--中药中化学成分的常规分离技术

模块二——中药中化学成分的常规分离技术中药中化学成分的常规分离技术2掌握常用的浓缩技术；掌握常用的分离技术原理、适用范围及使用方法、注意事项知识要求3能力要求学习目标1掌握中药中常见的分离技术；掌握萃取法、沉淀法分离有效成分熟练进行中药中有效成分分离；掌握萃取法操作；掌握沉淀法操作教学内容一提取液的浓缩二分离和精制方法一提取液的浓缩（一）水提液的浓缩敞口蒸发适用于少量水提液。薄膜蒸发效率高，适用于大量水或醇提取液。（二）有机提取液的浓缩常压蒸馏适用于低沸点有机溶剂的回收，例如乙醚、丙酮等减压蒸馏适用于高沸点有机溶剂的回收，例如乙醇、正丁醇等【注】加热有机溶剂（溶液）必须使用非明火热源。薄膜蒸发器蒸馏装置二分离和精制方法分离和精制方法分离和精制方法一二系统溶剂分离技术三两相溶剂萃取法五四沉淀法结晶法其他分离技术七六课堂练习经典分离方法系统溶剂分离法、两相溶剂萃取法、沉淀法、结晶法、分馏法等现代分离方法色谱法等（一）分离和精制方法（二）系统溶剂分离技术原理：根据相似相溶原理，选用极性大小不同的溶剂，将提取液中成分初步分离。适用范围：用于分离提纯含有极性不同的各种化学成分的中药提取液。缺点：如果提取液中所含的有效成分的量很少或结构性质相似成分多，分离纯化将很受限制。说明：1.只针对提取后成分的初步分离2.针对极性差别大的成分间的分离3.用于摸索分离（尤其用于提取液中所含成分不明确时的分离）应用实例：将中药乙醇或甲醇提取液适当浓缩，与某种担体（硅藻土，硅胶）混合均匀，干燥后，用不同极性的溶剂，由小到大分别提取。例如分别用石油醚、三氯甲烷、丙酮、乙醇洗脱，并分别回收溶剂，得到不同的提取部分。酸碱分离原理：利用某些成分能在酸或碱中溶解，当加碱或加酸调整pH时，又沉淀析出。实例：1）内酯类不溶于水，遇碱开环成羧酸盐溶于水，再加酸进行酸化，又重新成内酯析出，从而与其他杂志分离；2）生物碱一般不溶于水，遇酸生成生物碱盐溶于水，再碱化，又重新生成游离生物碱（三）两相溶剂萃取法1.概念：在提取液中加入一种与其不相混溶的溶剂，充分振摇以增加接触的机会，使提取液中的某种成分逐渐转溶到加入的溶剂中，而其他成分仍留在原提取液中，如此反复多次，将所需成分萃取出来的分离方法。2.原理利用混合物中各成分在两相互不相溶的溶剂中分配系数（K）的不同进行分离的。K＝混合物中各种成分在同一两相溶剂系统中分配系数不同。CuCl（三）两相溶剂萃取法练习：A、B两种物质在两组不同的溶剂相中的分配系数分别是①KA=1/9,KB=9;②KA=2/3,KB=3/2;问：哪个溶剂相分离效果好？（三）两相溶剂萃取法分配系数差值越大分离效果越好。分离的难易可用分离因子β来表示。分离因子β：A、B两种溶质在同一溶剂系统中分配系数的比值β=(注：KA＞KB)β＞100，萃取1次；100＞β＞10，萃取10～12次；β≈1，无法完成分离。KAKB（三）两相溶剂萃取法（三）两相溶剂萃取法3.影响萃取的因素1）选择合适的萃取溶剂★从水溶液中分离皂苷等极性大的成分，多用正丁醇萃取。★从水溶液中分离黄酮等中等极性的成分，多用乙酸乙酯萃。★从水溶液中分离苷元等极性小的的成分，多用氯仿萃。应注意：有机溶剂的亲水性越大，与水作两相萃取的效果越差游离型和解离型游离型极性小，易溶于小极性；解离型极性大，易溶于亲水性。1）若pH3（酸性条件）酸性物质游离态（HA），极性小；碱性物质则呈离子态（BH+），极性大2）若pH12（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★从亲脂性有机溶液中分离生物碱等碱性成分，多用稀酸水可用pH由高到低的酸性缓冲液按顺序萃取，使碱性由强到弱的生物碱分别萃取出来。★从亲脂性有机溶液中分离有机酸、酚类等酸性成分，多用稀碱水萃取。可用PH由低到高的碱液，使成盐而分离。2）萃取溶剂用量，遵循“少量多次”的原则首次，为待萃取溶液的1/3—1/2；以后可以减为1/6—1/4。（三）两相溶剂萃取法3）有效避免乳化的发生★长时间放置；★轻度乳化可用金属丝在乳化层搅拌使之破坏；★将乳化层抽滤；★将乳化层加热或冷冻；★分出乳化层，再用新溶剂萃取；★加入少量电解质，利用盐析作用破坏乳化或改变某一相的密度；★滴加数滴表面活性更强的低级醇，代替原有的表面活性物质，以促破乳；（三）两相溶剂萃取法4.操作技术①简单萃取法（分液漏斗法）简便，分离效果较低，易乳化。②逆流连续萃取法（CCE）操作简便，萃取较完全，适合各种密度的溶剂萃取，避免了乳化。③逆流分溶法（CCD）高效率，多次，连续；操作繁琐，溶剂用量大，易乳化。④液滴逆流分配色谱法（DCCC）分离效果高，简便，微量，不易乳化。简单萃取法的操作和分离过程连续萃取装置H2OCHCl3KM＝2.0KN＝0.5（K=CH2O/CCHCl3）液滴逆流分配装置示意图----直径1-2mm的玻璃管串联5.课堂练习1.利用在两相溶剂中分配系数不同进行分离的方法是（）A萃取法B结晶法C沉淀法D色谱法2.下列能与水互溶的溶剂是（）A正丁醇B石油醚C异戊醇D丙酮3．AB两物质在氯仿－水中的分离因子为100，则两者基本分离需要萃取（）A10次B100次C1次D20次4.两相溶剂萃取法的原理是什么?甲成份在互相接触的两相溶剂溶解达平衡时,在水中的浓度为2%,在氯仿中为0.5%,求k值。5.甲成份在乙醚---水中k甲=C乙醚/C水=1/5；K乙=5。试问：谁在水中溶解度大?谁在乙醚中溶解度大?甲乙两成份可否用水-乙醚作萃取分离,为什么?5.课堂练习6.甲乙两成份在水-氯仿,水--乙醚的k值如下：甲为0.5，乙为2；；甲为7.5，乙为0.75。问：用那个溶剂系统作溶剂萃取效果好?为什么?7.某热水提取液中含生物碱盐、酚性甙元、脂溶性色素、游离生物碱,使用萃取法分离它们。8.萃取时,溶剂大量一次效果好还是少量多次效果好?为什么?（四）沉淀法1.原理往样品溶液中加入某种溶剂或试剂，降低某种（类）成分的溶解度，或与之反应生成难溶物，使从溶液中沉淀出来而达到分离的目的。沉淀法可分为一般沉淀法和专属沉淀法，在此仅介绍前者。2.一般沉淀法分类酸碱沉淀法酸溶碱沉法碱溶酸沉法试剂沉淀法水提醇沉法醇提水沉法铅盐沉淀法中性醋酸铅碱式醋酸铅（四）沉淀法1）酸溶碱沉法原理：“同离子效应”（置换）利用某些成分在酸（或碱）中溶解，继而又在碱（或酸）中生成沉淀的性质达到分离的方法。适用范围：具有酸性、碱性或两性有机化合物的分离提纯。（四）沉淀法2）试剂沉淀法原理：利用一些成分能与某些试剂产生沉淀的性质或利用某些成分在不同溶剂中溶解度的差异，通过加入特定试剂或溶剂，使生成沉淀，与其他成分分离。适用范围：（1）发生沉淀反应如：蛋白质沉淀鞣质，生物碱沉淀试剂雷氏铵盐和水溶性季氨碱胆甾醇与甾体皂苷（2）改变极性，降低溶解度而沉淀水提醇沉法主要沉淀水溶性大分子化合物。适用于含蛋白质、淀粉、粘液质、树胶等杂质的药材的提取和精制。例如：在浓缩的水提取液加乙醇，使之沉淀而除去多糖、蛋白质等水溶性杂质。醇提水沉法主要沉亲脂性成分。适用于色素、树脂、油脂、叶绿素等杂质的药材例如：浓缩的乙醇液中加入水稀释，放置使沉淀而除去树脂等水不溶性杂质醇提醚沉法（四）沉淀法3）铅盐沉淀法原理：利用中性醋酸铅和碱式醋酸铅在水或稀醇溶液中能与许多天然化学成分生成难溶性的铅盐或铅络合物沉淀的性质，使有效成分与杂质分离。适用范围：（1）中性醋酸铅沉淀有机酸、蛋白质、氨基酸、粘液质、鞣质、树脂、酸性皂苷等含羧基或邻二酚羟基的酸性或酚性物质；（2）碱式醋酸铅沉淀除上述物质外，还有某些大分子中性成分、某些异黄酮及其苷、某些碱性较弱的生物碱。操作过程：第一步：醋酸铅沉淀的形成中药的水或醇提液加入醋酸铅溶液（不再产生沉淀为止），滤出沉淀，再于滤液中加碱式醋酸铅饱和溶液至不再发生沉淀为止。得到：醋酸铅沉淀物、碱式醋酸铅沉淀物、母液。第二步：脱铅处理a.硫化氢法将铅盐沉淀悬浮于水或稀醇中，通入硫化氢气体，使其分解并使铅转为不溶性的硫化铅沉淀（脱铅），中药成分留在母液中，硫化氢法脱铅彻底，但脱铅液需通入空气或二氧化碳以驱净剩余的硫化氢。b.中性硫酸盐法常加入硫酸钠等中性硫酸盐，因生成的硫酸铅在水中有一定的溶解度，故脱铅不彻底。c.阳离子交换树脂脱铅快而彻底，但溶液中某些阳离子也可能被交换到树脂上，且脱铅后的树脂再生困难。（四）沉淀法优缺点1.硫化氢法优：脱铅彻底缺：同空气或CO2驱净剩余硫化氢2.中性硫酸盐法脱铅不彻底（生成的硫酸盐有一的溶解性）3.阳离子交换树脂法优：快、彻底缺：树脂再生困难3.课堂练习1.可被醇提水沉法沉淀的是()A淀粉B蛋白质C多糖D树脂2．可被中性醋酸铅沉淀的是（）A中性皂甙B游离生物碱C有机酸D多糖3.在铅盐沉淀法中,为什么要进行脱铅处理?常用的脱铅法是什么?原理、优缺点是什么?4.某热水提取液中含有淀粉、游离生物碱、中性皂苷、鞣质，分离它们。5.某中药中含有挥发油,游离生物碱,生物碱盐,油脂,分离它们。6.在中药水提液中加入乙醇达80%以上,此时析出的沉淀是何种成份?7.内酯与游离碱的混合物如何分离?这是纯化固体成分最后阶段的重要方法。1.原理利用混合物中各成分在冷热结晶溶剂中溶解度的不同进行分离的。非晶形物质经结晶操作形成有晶形的过程称为结晶。不纯的结晶再次结纯化的过程称为重结晶。（五）结晶法结晶的关键：合适的溶剂理想溶剂具备的条件：（1）与被结晶成分不发生化学反应。（2）要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，或冷热时都不溶解。（4）沸点不宜太低或太高。二、结晶溶剂的选择常用溶剂：水、冰乙酸、甲醇、丙酮、氯仿、乙醇、乙酸乙酯等。混合溶剂：不能一种选择合适溶剂时，通常选用两种或两种以上溶剂组成混合溶剂。如：乙醇－水、丙酮－水、吡啶－水等重结晶选用的溶剂相应有所不同（五）结晶法溶解度结晶溶剂冷时热时有效成分杂质小大小小大大不溶物（杂质）样品样品溶液滤液滤（母）液（杂质＋少量有效成分）结晶（有效成分）【注】①所得结晶若不纯，可重结晶进一步精制。②适当浓缩母液，放冷析晶，所得结晶确证后决定是否合并。放冷析晶，过滤加适量结晶溶剂加热溶解【回流】趁热过滤【抽滤】2.操作过程3.操作注意1）.选择合适溶剂（溶解度、沸点）2）.结晶条件：溶液浓度、粘度、温度、时间浓度过大，杂质浓度和溶液粘度也相应增大，会阻碍结晶的析出。降温的速度要慢，使结晶慢慢形成，速度过快，形成的结晶颗粒小或成无定形粉末。4.促进结晶的方法：1.可用玻棒磨擦器壁，或加入晶种，挥去部分溶剂的方法促进析晶。2.采用混合溶剂的方法结晶。3.制备结晶衍生物。如生物碱制成盐，羰基化合物制成乙酰化合物，内酯开环成盐等。4.结晶纯度的判断结晶外观的色泽是否均匀、晶形一致程度是否具有一定的熔点和较小的熔距薄层色谱或纸色谱技术，经数种不同的展开系统展开是否均能得到单一近圆形的斑点来判断结晶的纯度。必要时，可制备衍生物，采用高效薄层色谱、气相色谱、高效液相色谱来进一步确定结晶的纯度。盐析法透析法分馏法（六）其他分离方法1.盐析法原理盐析法是指天然产物的水提液中，加入大量无机盐，使其达到一定浓度或饱和，促使其有效成分在水中溶解度降低而沉淀析出，与其他水溶性较大的杂质分离。常用作盐析的无机盐类包括氯化钠、硫酸钠、硫酸镁、硫酸铵等。其中硫酸铵具有盐析能力强、饱和溶液浓度大、溶解度受温度影响小、不引起蛋白变性等优点，而多用于蛋白质等高分子物质的盐析分离。盐析法应用从中药中分离有效成分。分离蛋白质等高分子物质（通过调节硫酸铵的浓度）。盐析后，滤液和沉淀物均混入无机离子，可用透析法或离子交换树脂法进行脱盐处理。2、透析法原理：是利用提取液中小分子物质或能在水、乙醇提取液中解离成离子的物质可通过透析膜，而大分子物质不能通过透析膜（如多糖、蛋白质、鞣质、树脂等不能通过透过透析膜）性质，借以