天然產(chǎn)物化學(xué)劉湘天然產(chǎn)物的提取與分離講課文檔

天然產(chǎn)物化學(xué)劉湘天然產(chǎn)物的提取與分離第一頁，共69頁。預(yù)試驗

定性試驗系統(tǒng)分離一、天然產(chǎn)物化學(xué)成分的預(yù)試驗與提取第二頁，共69頁。第三頁，共69頁。二、天然產(chǎn)物化學(xué)成分的提取常用提取方法

溶劑法沉淀法膜分離法結(jié)晶法升華法分餾法壓榨法等第四頁，共69頁。溶

劑沸點介電常數(shù)(20oC)溶解度溶劑/水%水/溶劑%石

油

醚環(huán)

己

烷30-12080.71.892.02苯乙

醚氯

仿醋酸乙酯正

丁

醇803561771182.294.344.816.0217.80.1756.040.8156.077.450.0631.4650.0722.9820.5丙

酮乙

醇甲

醇水56786510020.724.332.680.4任意混合石油醚>環(huán)己烷>苯>氯仿>乙醚>乙酸乙酯>丙酮>乙醇>甲醇>水1)常用溶劑的性質(zhì)1溶劑法原理：相似者相溶范圍：所有化學(xué)成分第五頁，共69頁。2)天然產(chǎn)物各類成分的極性與提取溶劑的關(guān)系

植物成分極性強弱植物成分結(jié)構(gòu)類型適于提取溶劑親脂性強葉綠素、脂肪油、揮發(fā)油石油醚親脂性較強游離生物堿、苷元、甾類、萜類、某些有機酸乙醚、氯仿中等極性中偏小某些苷類

(如強心苷等)氯仿-乙醚

(2:1)中

等某些苷類

(如黃酮苷類)乙酸乙酯中偏大某些苷類

(如蒽醌苷、皂苷等)正丁醇親水性較強極性大的苷、糖類、氨基酸等丙酮、乙醇、甲醇親水性強蛋白質(zhì)、粘液汁、糖類、氨基酸、無機鹽、苷類水第六頁，共69頁。3)選擇溶劑注意點

(1)對有效成分溶解度大,對雜質(zhì)溶解度小

(2)不與化學(xué)成分起化學(xué)變化

(3)經(jīng)濟、易得、使用安全4)常見溶劑提取工藝

浸漬法

滲濾法

煎煮法

熱回流提取法影響提取效率的

因

素1)原料粉碎度

2)提取時間

3)提取溫度

4)設(shè)備條件第七頁，共69頁。浸漬法：浸漬法系將天然產(chǎn)物粉末或碎塊裝人適當(dāng)?shù)娜萜髦?，加入適宜的溶劑（如乙醇、稀醇或水），浸漬藥材以溶出其中成分的方法。滲漉法：滲漉法是將天然產(chǎn)物粉末裝在滲漉器中，不斷添加新溶劑，使其滲透過藥材，自上而下從滲漉器下部流出浸出液的一種浸出方法。SLNS-快速滲漉提取濃縮機組用溶劑提取植物有效成份時，常用浸漬法、滲漉法、煎煮法、回流提取法和連續(xù)回流提取法等。第八頁，共69頁。煎煮法：煎煮法是我國最早使用的傳統(tǒng)的浸出方法。所用容器一般為陶器、砂罐或銅制、搪瓷器皿，不宜用鐵鍋，以免藥液變色。直火加熱時最好時常攪拌，以免局部藥材受熱太高，容易焦糊。有蒸汽加熱設(shè)備的藥廠，多采用大反應(yīng)鍋、大銅鍋、大木桶，或水泥砌的池子中通入蒸汽加熱。還可將數(shù)個煎煮器通過管道互相連接，進行連續(xù)煎浸。

回流提取法：應(yīng)用有機溶劑加熱提取，需采用回流加熱裝置，以免溶劑揮發(fā)損失。小量操作時，可在圓底燒瓶上連接回流冷凝器。溶劑浸過藥材表面約1～2cm。在水浴中加熱回流，一般保持沸騰約1小時后放冷過濾，再在藥渣中加溶劑，作第二、三次加熱回流分別約半小時，或至基本提盡有效成分為止。此法提取效率較冷浸法高，大量生產(chǎn)中多采用連續(xù)提取法。

第九頁，共69頁。連續(xù)回流提取法：應(yīng)用揮發(fā)性有機溶劑提取天然產(chǎn)物有效成分，不論小型實驗或大型生產(chǎn)，均以連續(xù)提取法為好，而且需用溶劑量較少，提取成分也較完全。實驗室常用脂肪提取器或稱索氏提取器。連續(xù)提取法，一般需數(shù)小時才能提取完全。提取成分受熱時間較長，遇熱不穩(wěn)定易變化的成分不宜采用此法。

第十頁，共69頁。提取方法溶劑操作提取效率使用范圍備注浸漬法水或有機溶劑不加熱效率低各類成分，尤遇熱不穩(wěn)定成分出膏率低，易發(fā)霉，需加防腐劑滲漉法有機溶劑不加熱—脂溶性成分消耗溶劑量大，費時長煎煮法水直火加熱—水溶性成分易揮發(fā)、熱不穩(wěn)定不宜用回流提取法有機溶劑水浴加熱—脂溶性成分熱不穩(wěn)定不宜用，溶劑量大連續(xù)回流提取法有機溶劑水浴加熱節(jié)省溶劑、效率最高親脂性較強成分用索氏提取器，時間長第十一頁，共69頁。CO2超臨界流體提取法特點超臨界流體密度＝液體超臨界流體粘度＝氣體

優(yōu)點1、萃取能力強，大大提高效率2、溫度低，熱敏性、易氧化分解的物質(zhì)不易破壞3、時間短，2~4小時可完成4、提取物無溶劑殘留物，安全性5、提取物質(zhì)量穩(wěn)定，標(biāo)準(zhǔn)易控制具有更低的粘度和更高的擴散速度，使其適合于對植物成分的提取第十二頁，共69頁。2沉淀法1)專屬試劑沉淀法生物堿類雷氏銨鹽甾體皂苷、三萜皂苷膽甾醇甾體皂苷2)分級沉淀法水/醇法（除去糖、蛋白質(zhì)等水溶性雜質(zhì)）DNA醇/水法

（除去樹脂、葉綠素水不溶性雜質(zhì)）醇/醚法

（沉淀皂苷成分與脂溶性雜質(zhì)分離）利用有機物的溶解性或與某些試劑產(chǎn)生沉淀的性質(zhì)?？赡?。第十三頁，共69頁。3）鉛鹽沉淀法是利用中性醋酸鉛或堿式醋酸鉛在水或稀醇溶液中能與許多物質(zhì)生成難溶性的鉛鹽或鉛絡(luò)合物沉淀，而使各成分得以分離的方法。鉛鹽沉淀法既可用來除去雜質(zhì)，也可用來沉淀有效成分。

脫鉛方法

通入硫化氫氣體法硫酸鹽或磷酸鹽陽離子交換樹脂法第十四頁，共69頁。4）鹽析法

此法是向混合物水溶液中加入易溶于水的無機鹽至一定濃度或成飽和狀態(tài)，使某些中藥成分在水中溶解度降低而析出，達到與其他雜質(zhì)分離的目的。常用于鹽析的無機鹽有氯化鈉、硫酸鈉、硫酸鎂、硫酸銨等。如：三顆針根粉———小檗堿鹽酸鹽

滇三七粉———三七皂苷乙第十五頁，共69頁。3膜分離法利用小分子物質(zhì)在溶液中可通過具有一定孔徑的膜，而大分子物質(zhì)不能通過的性質(zhì)可達到分離的目的。常用于蛋白質(zhì)、多肽、多糖等大分子化合物與無機鹽、單糖、雙糖等小分子化合物的分離。第十六頁，共69頁。膜過濾的基本概念微濾MF超濾UF反滲透RO膜過濾反滲透與超濾的區(qū)別：反滲透分離的物質(zhì)是無機鹽類小分子，滲透壓較高，為了使溶劑透過薄膜，其操作壓力要大，采用壓差1~10Mpa；而超濾則是從小分子溶質(zhì)或溶劑分子中分離出較大的溶質(zhì)分子（如有機膠體、蛋白質(zhì)、多糖），由于高分子溶質(zhì)的存在,滲透壓較低，采用較低的壓力即可過濾,采用100~1000kpa。均為壓力驅(qū)動型膜分離過程納濾NF第十七頁，共69頁。反滲透的工作原理：淡水海水淡水淡水海水海水壓力＞滲透壓滲透壓半透膜半透膜半透膜a）、滲透b）、滲透平衡c）、反滲透1)、滲透：淡水穿過半透膜進入含鹽海水。2）、滲透平衡：在滲透過程中，淡水穿過半透膜進入海水后，會呈現(xiàn)出一種流體靜壓差，在此壓差下，物質(zhì)靜傳遞量為零，兩側(cè)達成平衡。3）、反滲透：若在海水一側(cè)加壓，水又會通過半透膜進行逆向流動。第十八頁，共69頁。p超濾的工作原理：

在外壓p作用下，當(dāng)含有高、低分子化合物溶質(zhì)的溶液通過膜表面時，溶劑和小分子（水、無機鹽類）將通過薄膜，作為透過物被收集。膜另一側(cè)的高分子溶液（如有機膠體）被薄膜截留作為濃溶液被收集起來。第十九頁，共69頁。影響結(jié)晶的因素：結(jié)晶溶劑的選擇（1）對所需成分的溶解度隨溫度的不同而有顯著的差別；“熱時溶解，冷卻即析出”。對于雜質(zhì)，不溶或難溶。（2）與被結(jié)晶成分不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

(3)溶劑的沸點適中，若沸點過高，則附著于晶體表面不易除去，過低又不利于晶體析出。4結(jié)晶法

提取或分離物↓溶于選擇的溶劑，加熱成飽和溶液，過濾溶液↓放置（冷藏）析晶，過濾粗結(jié)晶↓重復(fù)上述操作（重結(jié)晶）結(jié)晶P32第二十頁，共69頁。結(jié)晶純度的判斷1)晶形和色澤結(jié)晶性純凈物質(zhì)，一般具有一定的晶形和均勻的色澤?；衔锝Y(jié)晶的形狀往往因所用溶劑不同而有差異。2)熔點和熔距單體化合物還應(yīng)有一定的熔點和較小的熔距。如為純凈的化合物，重結(jié)晶前后的熔點應(yīng)該一致。p34第二十一頁，共69頁。

3)色譜分析法晶體純度的進一步確認(rèn)，須采用色譜法，常用的有薄層色譜和紙色譜等。若某成分經(jīng)同一溶劑數(shù)次結(jié)晶，其晶形一致，色澤均勻，熔點一定且熔距較小，同時在薄層色譜或紙色譜上，經(jīng)數(shù)種不同展開劑系統(tǒng)鑒定，均得到一個斑點，一般可認(rèn)為是一個單體化合物。

第二十二頁，共69頁。５升華法

固體物質(zhì)受熱直接氣化，遇冷后又凝固為固體化合物，稱為升華。天然產(chǎn)物中有一些成分具有升華的性質(zhì)，故可利用升華法直接自天然產(chǎn)物中提取出來。

例如樟木中升華的樟腦（camphor），在《本草綱目》中已有詳細的記載，為世界上最早應(yīng)用升華法制取藥材有效成分的記述。

茶葉中的咖啡堿在178℃以上就能升華而不被分解。游離羥基蒽醌類成分，一些香豆素類，有機酸類成分，有些也具有升華的性質(zhì)。

第二十三頁，共69頁。６分餾法利用提取成分具有不同沸點的性質(zhì)而進行分離。毒芹總堿中的毒芹堿和羥基毒芹堿石榴皮中的偽石榴皮堿、異石榴皮堿和甲基異石榴皮堿第二十四頁，共69頁。三、天然產(chǎn)物化學(xué)成分的分離與精制(一)根據(jù)物質(zhì)溶解度差別進行分離

1.原理:相似者相溶

2.方法:

1)重結(jié)晶法

利用溫度差異對樣品溶解度的不同達到分離

2)混合溶劑法

H2O-EtOH、EtOH–H2O、EtOH-Et2O

粗組份

少量易溶樣品溶劑樣品溶液

滴加難溶樣品溶劑放置結(jié)晶

3)pH調(diào)整法4)沉淀法樣品

酸水液無機酸鹽H2OH2S有機酸鹽重金屬硫化物有機酸有機溶劑萃取有機溶劑萃取生物堿第二十五頁，共69頁。(二)根據(jù)物質(zhì)分配系數(shù)的不同進行分離1.原理:利用物質(zhì)在兩種互不相溶的溶劑中的分配系數(shù)的不

同達到分離

2)分離因子（

b值）與分離難易的關(guān)系K=CU/CLb

=KA/KBK值與萃取次數(shù)成反比，即K值越大萃取次數(shù)越少，反之越多b值越大，越易分離；b1時，無法分離1)分配系數(shù)（K值）與萃取次數(shù)的關(guān)系第二十六頁，共69頁。B.Ka

與

pKa

表示酸堿性化合物酸堿性強弱,而

pH值變化則可改變化合的存在狀態(tài)。3)酸堿度（pH值）對分配比的影響A.游離型與解離型物質(zhì)

因素KapKapH<3pH>12親脂溶劑親水溶劑酸性物質(zhì)越大越小游離型解離型游離型化合物分配比大解離型化合物分配比大堿性物質(zhì)越小越大解離型游離型第二十七頁，共69頁。(三)根據(jù)物質(zhì)吸附能力差異進行分離1.吸附層析的種類

2.物理吸附

1）基本規(guī)律：“相似者易于吸附”

2）基本特點：無選擇性、可逆吸附、快速

3）基本原理：吸附與解吸附的往復(fù)循環(huán)

4）

三要素—吸附劑

、溶質(zhì)(被分離物)、溶劑物

理

吸

附化

學(xué)

吸

附半化學(xué)吸附

固—液吸附

吸附再吸附解吸再解吸直至分離吸附劑溶

質(zhì)溶

劑強弱強強中弱弱中中極性吸附劑

吸附劑的吸附力一定時，溶質(zhì)極性越強，洗脫劑的極性也應(yīng)越強。非極性吸附劑

吸附劑的吸附力一定時，溶質(zhì)極性越強，洗脫劑的極性越弱。第二十八頁，共69頁。5）極性強弱的判斷

(與功能基的種類、數(shù)目多少和排列方式有關(guān))(1)親水性基團與極性成正比，親脂性基團與極性成反比；

(2)游離型化合物極性弱、具親脂性，解離型化合物極性強、具親水性；

6）溶劑的極性—依據(jù)介電常數(shù)來決定3.化學(xué)吸附

1）基本特點：有選擇性、不可逆吸附

2）基本原理：產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)

(1)酸性物質(zhì)與Al2O3發(fā)生化學(xué)反應(yīng)

(2)堿性物質(zhì)與硅膠發(fā)生化學(xué)反應(yīng)

(3)Al2O3容易發(fā)生結(jié)構(gòu)的異構(gòu)化

3）應(yīng)盡量避免4.半化學(xué)吸附

1）基本特點：介于物理吸附和化學(xué)吸附之間

2）基本原理：以氫鍵的形式產(chǎn)生吸附第二十九頁，共69頁。硅膠氧化鋁：極性吸附活性炭：非極性吸附聚酰胺：氫鍵吸附第三十頁，共69頁。硅膠硅膠的化學(xué)組成是：SiO2.xH2O具有多孔性的硅氧環(huán)及－Si－O－Si－的交鏈結(jié)構(gòu)，其骨架表面的硅醇基團能過氫鍵與極性或不飽和的分子相互作用吸附性能取決于硅醇基的數(shù)目和含水量改良吸附劑制備提高分離效果普遍采用優(yōu)點多第三十一頁，共69頁。鍵合相硅膠：硅醇基與正辛醇、聚乙二醇等在一定溫度下加熱脫水后生成單分子鍵合固定相－Si－O－Ｃ－;(十八烷基三氯硅烷)－Si－O－Si－Ｃ－;（有機胺）－Si－O－Si≡N對化合物的分離具有不同的選擇性，用于HPLC優(yōu)點：可反復(fù)使用樣品破壞小不可逆吸附少第三十二頁，共69頁。低洗脫體積凝膠抽提DNA片斷example含硅膠膜組件，在高鹽緩沖液中結(jié)合DNA，在低鹽緩沖液或水中洗脫下來，去除了引物，核苷,酶,礦物油,鹽,瓊脂糖,EB和其他來自DNA樣品的雜質(zhì)UNIQ-10柱式DNA膠回收；UNIQ-10柱式PCR產(chǎn)物回收第三十三頁，共69頁。由Al(OH)3直接在高溫（約600℃）下脫水制得。微堿性適于分離生物堿不宜用于醛、酮、酯和內(nèi)酯等類型化合物的分離改良可制得中性氧化鋁吸附活性與含水量關(guān)系：含水量活性洗脫能力：極性溶劑＞非極性溶劑逐步增加溶劑極性，化合物依極性大小依次分離。氧化鋁第三十四頁，共69頁?；钚蕴坑脕矸蛛x水溶性物質(zhì)的主要方法之一對苷類、糖類及氨基酸等分離效果較好吸附能力：芳香族化合物＞脂肪族化合物；大分子化合物＞小分子化合物；極性基團多的化合物＞極性基團少的化合物使用前將活性炭120℃加熱4-5h，除去氣體用后可用稀酸、稀堿交替處理，然后水洗，加熱活化來源容易，價格便宜，適于大量制備型分離第三十五頁，共69頁。聚酰胺聚酰胺(polyamide)吸附屬于氫鍵吸附,是一種用途十分廣泛的分離方法,極性物質(zhì)與非極性物質(zhì)均可適用,但特別適合分離酚類、醌類、黃酮類化合物。

聚酰胺吸附層析原理第三十六頁，共69頁。聚酰胺的性質(zhì)及吸附原理

一般認(rèn)為是通過分子中的酰胺羰基與酚類、黃酮類化合物的酚羥基,或酰胺鍵上的游離胺基與醌類、脂肪羧酸上的羰基形成氫鍵締合而產(chǎn)生吸附。脫吸附采用一種新的氫鍵代替原有的氫鍵吸附強弱則取決于各種化合物與之形成氫鍵締合的能力。通常在含水溶劑中大致有下列規(guī)律:

第三十七頁，共69頁。①

形成氫鍵的基團數(shù)目越多,則吸附能力越強。

②

成鍵位置對吸附力也有影響。易形成分子內(nèi)氫鍵者,其在聚酰胺上的吸附即相應(yīng)減弱。

③分子中芳香化程度高者,則吸附性增強；反之,則減弱。如：第三十八頁，共69頁。大孔吸附樹脂是一類由苯乙烯等小分子物質(zhì)聚合而成的高分子擔(dān)體，根據(jù)結(jié)構(gòu)單元不同分為各種型號。原理：吸附性和分子篩性原理相結(jié)合吸附性：范德華引力或氫鍵的分子篩：多孔性應(yīng)用：糖與苷、皂苷的分離、生物堿的精制第三十九頁，共69頁。大孔吸附脂吸附示意圖

大孔吸附樹脂的優(yōu)點選擇性好機械強度高再生處理方便吸附速度快第四十頁，共69頁。(四)根據(jù)物質(zhì)分子大小差異進行分離1.基本原理

利用分子篩的原理分離物質(zhì)

分子篩層析

(molecularsievefiltrationchromatography)

排阻層析

(exclusionchromatography)

凝膠過濾層析

(gelfiltrationchromatography)2.三要素

載體

(葡聚糖凝膠)、溶質(zhì)(被分離物)、洗脫劑3.分離物質(zhì)范圍

糖苷類成分第四十一頁，共69頁。凝膠色譜(gelfiltration)（空間排阻色譜）大分子小分子P25第四十二頁，共69頁。(五)根據(jù)物質(zhì)解離程度差異進行分離1.基本原理

利用酸、堿化合物在解離狀態(tài)時與陰、陽離子樹脂產(chǎn)生離子交換的原理達到分離的方法。2.三要素

固定相

(離子交換樹脂)、溶質(zhì)(被分離物)、洗脫劑3.分離物質(zhì)范圍

酸、堿類化合物第四十三頁，共69頁。離子交換色譜M++(Na+SO3-—樹脂)Na++(M+SO3-—樹脂)

X-+(R4N+Cl-—樹脂)Cl-+(R4N+X-—樹脂)

陽離子交換陰離子交換固定離子可交換離子待測離子P25第四十四頁，共69頁。第四十五頁，共69頁。色譜的發(fā)明人俄國科學(xué)家：M.S.Tswett正式命名“色譜”的文獻當(dāng)時沒引起重視!四色譜分離法第四十六頁，共69頁。色譜分析(Chromatography)固定相——CaCO3顆粒流動相——石油醚1903年，俄國植物學(xué)家茨維特分離植物色素色帶Chroma記錄Grophos液-固吸附色譜第四十七頁，共69頁。色譜分離的機理分離是一個物理的過程流動相（MobilePhase）固定相（StationaryPhase）樣品（溶解于流動相中的溶質(zhì)）利用不同的物質(zhì)在固定相與流動相中不同的平衡分配系數(shù)來進行分離。第四十八頁，共69頁。色譜分類氣相色譜液相色譜超臨界流體色譜填充柱色譜毛細管色譜柱色譜平板色譜逆流分配色譜經(jīng)典液相柱色譜高效液相色譜薄層色譜紙色譜物理狀態(tài)分類流動相固定相第四十九頁，共69頁。液固色譜分離薄層色譜柱色譜紙層析色譜薄層層析色譜常壓柱色譜加壓柱色譜減壓柱色譜干柱色譜快速色譜LPLCMPLCHPLC第五十頁，共69頁。紙色譜法薄層色譜法TLC第五十一頁，共69頁。計算Rf值樣本甲：Rf=3.0/5.8=0.517樣本乙：Rf=4.3/5.8=0.741第五十二頁，共69頁。離心薄層色譜（CTLC）centrifugalTLC,ChromatotronCTLC是在TLC基礎(chǔ)上發(fā)展起來，利用旋轉(zhuǎn)離心力，促使流動相加速流經(jīng)固定相優(yōu)點：上樣方便可梯度洗脫無需刮下吸附劑薄層可反復(fù)使用第五十三頁，共69頁。柱色譜常壓柱色譜加壓液相柱色譜減壓液相色譜干柱色譜快速色譜低壓液相色譜中壓液相色譜高壓液相色譜柱色譜

ColumnChromatogrphy第五十四頁，共69頁。常壓柱層析

(0.1~50g)OrdinaryColumnChromatogr.）第五十五頁，共69頁。快速柱色譜（FlashChromatography)

20世紀(jì)70年代后發(fā)展起來的一種快速柱層析技術(shù)。簡介

柱短，分離時間短，快，分離效率高。閃式硅膠（FlashSicicagel）加壓層析2×105Pa10mg-10g樣品

10-15min實際應(yīng)用皂苷、甾體、生物堿、黃酮第五十六頁，共69頁。制備型與分析型的區(qū)別：分析型：不要求樣品回收，作樣品定性分析，樣品通量很小。制備型：要求樣品載量高，因此便要求有特殊的層析裝置和操作系統(tǒng)。用于快速分離和純化產(chǎn)品，提高裝載量，犧牲了分離效率。半制備型：用于實驗室制備規(guī)模，比通常制備柱尺寸小的色譜柱。第五十七頁，共69頁。低壓液相色譜2×105Pa～5×105Pa可串聯(lián)簡單，效果較好，普遍采用樣品分離量小(5g)第五十八頁，共69頁。中壓液相色譜5