2011年执业药师中药化学文字讲义.doc

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1 第一章总论主要考试内容 : 1. 中药有效成分的提取与分离方法, 特别是一些较为先进且应用较广的方法 2. 各类化合物的结构特征与分类 3. 各类化合物的理化性质及常用的提取分离与鉴别方法 4. 常用重要化合物的结构测定方法 5. 常用中药材中所含的化学成分及其提取分离 结构测定方法和重要生物活性 6. 常用中药材使用时的注意事项和相关的质量控制成分 课程主要内容 : 总论 各论 内容 绪论 中药化学成分的一般研究方法 ** 生物碱 ** 糖和苷 * 醌类 ** 香豆素和木脂素 * 黄酮 ** 萜类和挥发油 * 皂苷 ** 强心苷 * 主要动物药化学成分 * 其他成分 各论学习思路 (6) 开发新药 扩大药源 (7) 结构修饰 合成新药第二节中药有效成分的提取与分离一 中药有效成分的提取注意 : 在提取前, 应对所用材料的基源 ( 如动 植物的学名 ) 产地 药用部位 采集时间与加工方法等进行考查, 并系统查阅文献, 以充分了解和利用前人的经验 ( 一 ) 溶剂提取法注意 : 一般如无特殊规定, 药材须经干燥并适当粉碎, 以利于增大与溶剂的接触表面, 提高提取效率 ( 教材内容 ) 补充 : 溶剂提取法的原理根据中药化学成分与溶剂间 极性相似相溶 的原理, 依据各类成分溶解度的差异, 选择对所提成分溶解度大 对杂质溶解度小的溶剂, 依据 浓度差 原理, 将所提成分从药材中溶解出来的方法 其作用原理是溶剂穿透入药材原料的细胞膜, 溶解可溶性物质, 形成细胞内外的浓度差, 将其渗出细胞膜, 达到提取目的 学习方法 : 1. 以总论为指导学习各论 2. 注意总结归纳, 在掌握基本共同点的情况下, 分类记忆特殊点 3. 注意理论联系实际, 并以 药典 作为基本学习指导 4. 发挥想象力进行联想记忆 第一节绪论 1. 什么是中药化学?( 中药化学的概念 ) 中药化学是运用现代科学理论与方法研究中药中化学成分的一门学科 2. 中药化学研究什么? 中药化学研究内容包括各类中药的化学成分 ( 主要是生理活性成分或药效成分 ) 的结构特点 物理化学性质 提取分离方法以及主要类型化学成分的结构鉴定等 此外, 还涉及主要类型化学成分的生物合成途径等内容 中药化学是专业基础课, 中药化学的研究, 在中医药现代化和中药产业化中发挥着极其关键的作用 3. 中药化学研究的意义 ( 注 : 本内容为第四节中药化学在中药质量控制中的意义 ) (1) 阐明中药的药效物质基础, 探索中药防治疾病的原理 (2) 阐明中药发放配伍的原理 (3) 改进中药制剂剂型 提高临床疗效 (4) 控制中药及其制剂的质量 (5) 提供中药炮制的现代科学依据 一般提取规律 :( 教材内容 ) 1 萜类 甾体等脂环类及芳香类化合物因为极性较小, 易溶于三氯甲烷 乙醚等亲脂性溶剂中 ; 2 糖苷 氨基酸等类成分则极性较大, 易溶于水及含水醇中 ; 3 酸性 碱性及两性化合物, 因为存在状态 ( 分子或离子形式 ) 随溶液而异, 故溶解度将随 ph 而改变, 可用不同 ph 的碱或酸提取 补充 : 溶剂的选择 1. 常见溶剂类型溶剂按极性可分为三类, 即亲脂性有机溶剂 亲水性有机溶剂和水 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 < 氯仿 < 乙醚 < 乙酸乙酯 < 正丁醇 < 丙酮 < 甲醇 ( 乙醇 )< 水 2. 常见中药化学成分类型的极性 : 极性较大的 : 苷类 生物碱盐 糖类 蛋白质 氨基酸 鞣质 小分子有机酸 亲水性色素 极性小的 : 游离生物碱 苷元 挥发油 树脂 脂肪 大分子有机酸 亲脂性色素 ( 以上不是绝对的, 具体成分要具体分析 比如, 有的苷类化合物极性很小, 有的苷元极性很大 ) 1. 煎煮法定义 : 中药材加水浸泡后加热煮沸 优点 : 简便缺点 :1 需加热, 含挥发性成分及加热易破坏的成分不宜使用 2 多糖类成分含量较高的中药, 用水煎煮后药液黏度较大, 过滤困难, 不宜使用 3 对亲脂性成分提取不完全 2. 浸渍法定义 : 在常温或温热 (60~80 ) 条件下用适当的溶剂浸渍药材, 以溶出其中的有效成分的方法 优点 : 简便, 适用于遇热不稳定的成分, 或含大量淀粉 树胶 果胶 黏液质的中药缺点 :1 出膏率低

2 2 以水为溶剂时, 提取液易发霉变质 3. 渗漉法定义 : 不断向粉碎的中药材中添加新鲜浸出溶剂, 使其渗过药材, 从渗漉筒下端出口流出渗漉液的方法基本过程 : 药材浸润 装筒 浸渍 渗漉优点 : 适用于遇热不稳定的成分, 或含大量淀粉 树胶 果胶 黏液质的中药 ( 似浸渍法, 但提取效率高于浸渍法 ) 缺点 :1 溶剂消耗量大 2 耗时长, 操作麻烦 6. 升华法固体物质在受热时不经过熔融而直接转化为蒸气, 蒸气遇冷又凝结成固体的现象叫做升华 中药成分有少量具有升华性, 如游离羟基蒽醌类成分, 一些小分子香豆素类, 有机酸类成分等 ( 如 : 樟木中的樟脑, 茶叶中的咖啡因 ) 4. 回流法与连续回流法定义 : 使用易挥发的溶剂加热回流或连续回流提取中药成分的方法优点 : 效率较高缺点 :1 对热不稳定成分不宜使用 2 溶剂消耗量大 操作麻烦 3 耗时长 7. 超声提取法定义 : 采用超声波辅助溶剂提取的方法超声波是一种强烈机械振动波, 它是指传播的振动频率在弹性介质中高达 20kHz 的一种机械波 提取原理 : 超声波可产生高速 强烈的空化效和搅拌作用, 能破坏药材的细胞, 使提取溶剂渗透到药材的细胞中, 从而加速药材中有效成分溶解于溶媒中, 提高有效成分的提取率特点 :1 不会改变有效成分的化学结构 2 可缩短提取时间, 提高提取效率 8. 超临界流体萃取法定义 : 采用超临界流体为溶剂对中药材进行萃取的方法超临界流体 (SF): 指处于临界温度 (Tc) 和临界压力 (Pc) 以上, 介于气体和液体之间的 以流动形式存在的单一相态物质 密度与液体相近, 而黏度与气体相近, 扩散能力强 萃取选择性的决定因素 : 温度 压力 夹带剂的种类及含量 总结 : 方法操作优点缺点适用药物 煎煮 浸渍 渗漉 回流 连续回流 5. 水蒸气蒸馏法水蒸气蒸馏法用于提取具有挥发性的 能随水蒸气蒸馏而不被破坏, 且难溶或不溶于水的成分 当水沸腾时, 该类成分随水蒸气带出, 再用油水分离器或有机溶剂萃取法, 将这类成分自馏出液中分离 适用成分 : 挥发性 (100 有一定蒸汽压 ) 对水稳定不溶于水耐热 ( 如 : 中药中挥发油的提取常采用此法 ) 常用的提取物质 : C02 NH3 C2H6 C7H16 CCl2F2 N2O SF6 等, 实际最常用的为 C02 (1)C02 超临界流体萃取的特点 : 1 不残留有机溶剂 萃取速度快 收率高 工艺流程简单 操作方便 ; 2 无传统溶剂法提取的易燃易爆的危险, 减少环境污染, 无公害, 产品是纯天然的 ; 3 因萃取温度低, 适用于对热不稳定物质的提取 ; 4 萃取介质的溶解特性容易改变, 在一定温度下只需改变其压力 ; 5 还可加入夹带剂, 改变萃取介质的极性来提取极性物质 ; 6 适于极性较大和分子量较大物质的萃取 ; 7 萃取介质可循环利用, 成本低 ; 8 可与其他色谱技术联用及 IR MS 联用, 可高效快速地分析中药及其制剂中的有效成分 (2) 局限性 1 对脂溶性成分溶解能力强, 而对水溶性成分溶解能力弱 ; 2 设备造价高, 成本高 ;

3 3 更换产品时设备清洗困难 (3) 夹带剂的作用夹带剂 (entrainer) 作为亚临界组分, 挥发度介于超临界流体与被萃取溶质之间, 以液体形式和相对小的量加入超临界流体中 作用 :1 改善或维持选择性 ; 2 提高难挥发溶质的溶解度 对溶质具有很好溶解性的溶剂也往往是很好的挟带剂, 常用甲醇 乙醇 丙酮 乙腈等 二 中药有效成分的分离与精制 ( 一 ) 根据物质溶解度差别进行分离 1. 利用温度不同引起溶解度的改变进行分离主要包括 : 结晶与重结晶结晶 : 将不是结晶状态的固体物质处理成结晶状态的操作 重结晶 : 从不纯的结晶经过进一步精制处理得到较纯结晶的过程原理 : 要分离物质在热的溶剂中溶解达到饱和, 冷却时由于溶解度的降低, 溶液因过饱和而析出晶体 操作 : 酸提碱沉 : 生物碱等碱性成分碱提酸沉 : 黄酮 蒽醌类等酸性成分内酯或内酰胺结构的成分可被皂化溶于水, 借此与其他难溶于水的成分分离 4. 利用沉淀试剂进行分离酸性或碱性化合物可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 酸性化合物 + 钙盐 钡盐 铅盐 沉淀 H2S 气体 纯品碱性化合物 + 苦味酸盐 苦酮酸盐等 ( 有机酸盐 ) 先加入无机酸, 再碱化 纯品磷钼酸盐 磷钨酸盐 雷氏铵盐等 ( 无机酸盐 ) ( 二 ) 根据物质在两相溶剂中的分配比 ( 分配系数 ) 不同进行分离常见的方法有简单的液 液萃取法和液 液分配色谱 (LC 或 LLC) 等 液 液萃取法的原理 : 1. 分配系数 K 值溶质在任意不相混溶的两溶剂中的分配系数 K: K=CU/CL K: 分配系数 ;CU: 溶质在上相溶剂中的浓度 ;CL: 溶质在下相溶剂中的浓度 (K 在一定的温度及压力下为一常数 )K 大于 1 倾向于溶解于上层,K 小于 1 倾向于溶解于下层 结晶用溶剂的选择 : 1 不与被结晶物质发生化学反应 ; 2 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 ( 留在母液中 ), 或冷热时都不溶解 ( 过滤除去 ); 4 溶剂沸点较低, 易挥发除去 5 无毒或毒性较小, 便于操作常用的重结晶溶剂有水 冰醋酸 甲醇 乙醇 丙酮 乙醚 三氯甲烷 苯 四氯化碳 石油醚和二硫化碳等 当用单一溶剂不能达到结晶时, 可用两种或两种以上溶剂组成的混合溶剂进行结晶操作, 即将对此物质溶解度很大的和溶解度很小的溶剂混合在一起 常用的有乙醇 - 水 乙醚 - 甲醇 醋酸 - 水 乙醚 - 丙酮等 注意 : 用于重结晶溶剂用量需适当, 用量太大会增加溶解, 析出晶体量少 ; 用量太小在热过滤时会提早析出结晶造成损失 一般可比需要量多加 20% 左右 结晶纯度的判定方法 : (1) 结晶形态和色泽 : 一个纯的化合物一般都有一定的晶形和均匀的色泽 (2) 熔点和熔距 : 单一化合物一般都有一定的熔点和较小的熔距 (1~2 ) (3) 色谱法 : 单一化合物用两种以上溶剂系统或色谱条件进行检测, 均显示单一的斑点 常用的有纸色谱 纸上电泳和薄层色谱 (4) 高效液相色谱法 (HPLC): 纯的化合物显示单一的谱峰 (5) 其他方法 : 质谱 核磁共振等 例 : 假定 A B 两种溶质用三氯甲烷及水进行分配,A B 均为 1.0g,KA=10, KB=0.1, 两相溶剂体积比 VCHCl3/VH2O=1, 则一次振摇分配平衡后 : 水的密度小于三氯甲烷, 故水为上相, 三氯甲烷为下相 A:KA=CH20/CCHCl3=10 则 90% 以上的溶质 A 将分配到水中, 不到 10% 分配到三氯甲烷中 B:KB=CH20/CCHCl3=0.1 则不到 10% 的溶质 B 将分配到水中,90% 以上的分配到三氯甲烷中 2. 分离因子 β 分离因子 β 表示分离的难易 β=ka/kb( 注 :KA > KB) 分离难易判定 : β 100, 仅作一次简单萃取就可实现基本分离 ( 如上例 ); 100>β 10, 通常需萃取 10~12 次 ; β 2, 需萃取 100 次以上 ; β 1, 即 KA/KB 1, 则无法分离 3. 分配比与 ph 以酸性物质 (HA) 为例, 其在水中的解离平衡及解离常数 K 可用下式表示 : 单峰表示纯化合物, 双峰表示不纯的化合物 2. 利用两种以上不同溶剂的极性和溶解性差异进行分离在溶液中加入另一种溶剂以改变混合物的极性, 使一部分物质沉淀析出, 从而实现分离 水提醇沉法 : 在药材浓缩的水提液中加入数倍量的乙醇稀释 ( 沉淀除去多糖 蛋白质等水溶性杂质 ) 醇提水沉法 : 在药材浓缩的水提液中加入数倍量的乙醇稀释 ( 沉淀除去树脂 叶绿素等水不溶性杂质 ) 另 : 醇 / 醚法 醇 / 丙酮法 ( 可使皂苷沉淀析出, 而脂溶性的树脂等杂质留在母液中 ) 3. 利用酸碱性 ( 不同 ) 进行分离对酸性 碱性或两性有机化合物来说, 加入酸 碱以调节溶液的 ph, 改变分子的存在状态 ( 游离型或解离型 ), 从而改变溶解度实现分离 酸性越强,Ka 越大,pKa 值越小 通常酚类化合物的 pka 值一般为 9.2~10.8, 羧酸类化合物的 pka 值约为 5 若使该酸性物质完全解离, 即使 HA 均转变为 A -, 则 ph pka + 2 若使该酸性物质完全游离, 即使 A - 均转变为 HA, 则 ph pka - 2 ( 游离型极性小, 易溶于小极性的有机溶剂 ; 解离型极性大, 易溶于水或亲水性有机溶剂 ) 碱性化合物与酸性相反, 碱性越强,Ka 越小,pKa 值越大

4 若 ph < 3( 酸性条件 ) 大部分酸性物质将以非解离形式 (HA 游离形式 ) 存在, 易分配于有机溶剂中 ; 碱性化合物则呈解离状态 (BH + ) 若 ph > 12( 碱性条件 ) 这些物质将以解离形式 (A - ) 存在碱性化合物则呈游离状态 (B) (1) 正相色谱 : 被分离物质极性越大 ( 亲水性越强 ), 越不易洗脱固定相 : 强极性溶剂, 如水 缓冲溶液等流动相 : 弱极性有机溶剂, 三氯甲烷 乙酸乙酯 丁醇等适用物质 : 水溶性或极性较大的成分, 如生物碱 苷类 糖类 有机酸等化合物 (2) 反相色谱 : 被分离物质极性越小 ( 亲脂性越强 ), 越不易洗脱固定相 : 可用石蜡油流动相 : 水或甲醇等强极性溶剂适用物质 : 脂溶性化合物, 如高级脂肪酸 油脂 游离甾体等 (3) 加压液相柱色谱 : 载体 : 多为颗粒直径较小 机械强度及比表面积均大的球形硅胶微粒, 如 Zipax 类薄壳型或表面多孔型硅球以及 Zorbax 类全多孔硅胶微球快速色谱 (flashchromatography, 约 Pa) 低压液相色谱(LPLC, < Pa) 中压液相色谱(MPLC, ~ Pa) 及高压液相色谱 (HPLC,> Pa) 等 4. 液 液萃取与纸色谱借助纸色谱 (PC) 来求解混合物不同组分在同一溶剂系统中的分配系数 K, 从而求解分离因子 β Rf 值与分配系数 K 的关系 : (r 为纸层色谱定数, 当层析滤纸湿重为干重的 1.5 倍时,r=2) Rf 与分离因子 β 的关系 : 式中,Rfa>Rfb ( 三 ) 根据物质的吸附性差别进行分离物理吸附 : 靠分子间力吸附 无选择性, 吸附与解吸附过程可逆, 快速如硅胶 氧化铝 活性炭吸附化学吸附 : 靠化学反应吸附 有选择性, 吸附牢固, 部分不可逆如碱性氧化铝吸附黄酮等酚酸性物质半化学吸附 : 介于物理吸附与化学吸附之间, 力量较弱如聚酰胺对黄酮类 醌类等化合物之间的氢键吸附 1. 物理吸附规律 极性相似者易于吸附硅胶 氧化铝等极性吸附剂特点 : (1) 对极性物质具有较强的亲和能力 故同为溶质, 极性强者将被优先吸附 (2) 溶剂极性越弱, 则吸附剂对溶质将表现出越强的吸附能力 ; 溶剂极性增强, 则吸附剂对溶质的吸附能力即随之减弱 (3) 溶质即使被硅胶 氧化铝吸附, 但一旦加入极性较强的溶剂时, 又可被后者置换洗脱下来活性炭因为是非极性吸附剂, 故与硅胶 氧化铝相反, 特点为 : (1) 对非极性物质具有较强的亲和能力, 在水中对溶质表现出强的吸附能力 (2) 溶剂极性降低, 则活性炭对溶质的吸附能力也随之降低 故从活性炭上洗脱被吸附物质时, 洗脱溶剂的洗脱能力将随溶剂极性的降低而增强 2. 极性及其强弱判断所谓极性乃是一种抽象概念, 用以表示分子中电荷不对称 (assymmetry) 的程度, 并大体上与偶极矩 (dipole moment) 极化度 (polarizability) 及介电常数 (dielectrie constant) 等概念相对应 (1) 化合物结构中官能团的极性强弱 : 5. 液 液分配柱色谱将两相中的一相涂覆在硅胶等多孔载体上作为固定相, 填充在色谱管中, 然后加入与固定相不相混溶的另一相溶剂作为流动相来冲洗色谱柱 常用载体 : 硅胶 硅藻土及纤维素粉等 常用反相硅胶填料有 :RP-2(-C2H5) RP-8(-C8H17) RP-18(-C18H37) (2) 含官能团的种类 数目及排列方式等综合因素对化合物极性的影响 1 化合物中所含正电或负电等电性基团越多, 极性越强 ( 如氨基酸强极性 ) 2 化合物所含的极性基团数目越多, 极性越强 ( 葡萄糖极性强于鼠李糖 ) 3 所含极性基团相同时, 非极性基团越多, 极性越弱 ( 如高级脂肪酸极性弱 ) 4 酸 碱及两性化合物, 游离型极性弱, 解离型极性强, 存在状态可随 ph 改变 (3) 化合物极性与介电常数化合物极性大体可依据介电常数 (ε) 的大小判断,ε 越大, 极性越强

5 3. 简单吸附法的应用 (1) 用于化合物的精制 : 结晶与重结晶过程中加入活性炭脱色 脱臭 注意 : 有时拟除去的色素不一定是亲脂性的, 故活性炭脱色不一定总能收到良好的效果 一般须根据预试结果先判断色素的类型, 再决定选用什么吸附剂处理为宜 (2) 用于化合物的浓缩 : 如活性炭吸附浓缩一叶萩碱 4. 吸附柱色谱法用于物质的分离 (1) 吸附剂及用量主要吸附剂 : 硅胶 氧化铝用量 : 一般为样品量的 30~60 倍样品极性较小 难以分离者, 吸附剂用量可适当提高至样品量的 l00~200 倍规格 : 通常为 100 目左右如采用加压柱色谱, 还可以采用更细的颗粒, 或甚至直接采用薄层色谱用规格 (2) 拌样及装样硅胶 氧化铝吸附柱色谱, 应尽可能选用极性小的溶剂装柱和溶解样品, 以利样品在吸附剂柱上形成狭窄的原始谱带 如样品在所选装柱溶剂中不易溶解, 则可将样品用少量极性稍大溶剂溶解后, 再用少量吸附剂拌匀, 并在 60 下加热挥尽溶剂, 置 P205 真空干燥器中减压干燥 研粉后再小心铺在吸附剂柱上 (3) 洗脱洗脱溶剂宜逐步增加, 但跳跃不能太大 实践中多用混合溶剂, 并通过巧妙调节比例以改变极性, 达到梯度洗脱分离物质的目的 注意 : 一般, 混合溶剂中强极性溶剂的影响比较突出, 故不可随意将极性差别很大的两种溶剂混合在一起使用 实验室中最常应用的混合溶剂组合如表 1 3 所示 : (4) 添加溶剂的选择分离酸性物质 : 选用硅胶 ( 显酸性 ), 洗脱溶剂加入适量乙酸, 防止拖尾 分离碱性物质 : 选用氧化铝 ( 显弱碱性 ), 洗脱溶剂加入适量氨 吡啶 二乙胺, 防止拖尾 (5) 洗脱剂的选择与优化通过薄层色谱法 (TLC) 进行筛选一般 TLC 展开时使组分 Rf 值达到 0.2~O.3 的溶剂系统可选用为柱色谱分离该相应组分的最佳溶剂系统 5. 聚酰胺吸附色谱基本原理 : 氢键吸附适用化合物类型 : 酚类 醌类 黄酮类 (1) 聚酰胺的性质及吸附原理性质 : 商品聚酰胺均为高分子聚合物质, 不溶于水 甲醇 乙醇 乙醚 三氯甲烷及丙酮等常用有机溶剂对碱较稳定, 对酸尤其是无机酸稳定性较差, 可溶于浓盐酸 冰乙酸及甲酸 聚酰胺色谱的分离机理 : 一般认为是 氢键吸附, 即聚酰胺的吸附作用是通过其酰胺羰基与酚类 黄酮类化合物的酚羟基, 或酰胺键上的游离胺基与醌类 脂肪羧酸上的羰基形成氢键缔合而产生吸附 至于吸附强弱则取决于各种化合物与之形成氢键缔合的能力 氢键 : 氢原子与电负性的原子 X 共价结合时, 共用的电子对强烈地偏向 X 的一边, 使氢原子带有部分正电荷, 能再与另一个电负性高而半径较小的原子 Y 结合, 形成的 X H Y 型的键 X Y 为氧 (O) 氮 (N) 氟 (F) 等电负性较大, 且半径较小的原子 吸附强弱通常在含水溶剂中大致有下列规律 : 1 形成氢键的基团数目越多, 则吸附能力越强 2 成键位置对吸附力也有影响 易形成分子内氢键者, 其在聚酰胺上的吸附即相应减弱 如 : 3 分子中芳香化程度高者, 则吸附性增强 ; 反之, 则减弱 如 : 4 洗脱溶剂的影响洗脱能力由弱到强的顺序为 : 水 < 甲醇或乙醇 ( 浓度由低到高 )< 丙酮 < 稀氢氧化钠水溶液或氨水 < 甲酰胺 < 二甲基甲酰胺 (DMF)< 尿素水溶液 (2) 聚酰胺色谱的应用 1 对酚类 黄酮类等含酚羟基化合物可逆吸附, 分离效果好, 吸附容量大, 适于制备分离 2 可用于生物碱 萜类 甾体 糖类 氨基酸等其他极性与非极性化合物的分离 3 对鞣质的吸附特强, 近乎不可逆, 故用于植物粗提取物的脱鞣处理 6. 大孔吸附树脂性质 : 一般为白色球形颗粒状, 通常分为非极性和极性两类, 对酸 碱均稳定 优势 : 1 操作简便, 树脂可再生 ; 2 可重复操作, 产品质量稳定, 收率恒定 ; 3 既能选择性吸附, 又便于溶媒洗脱, 且不受无机盐干扰 ; 4 一般不用有机溶媒, 既保持传统的中医理论用药特色, 又最大限度的保留了其有效成分 ( 补充 : 大孔树脂简单再生的方法是用不同浓度的溶剂按极性从大到小剃度洗脱, 再用 2~3BV 的稀酸 稀碱溶液浸泡洗脱, 水洗至 PH 值中性即可使用 强化再生的方法是先用不同浓度的有机溶剂洗脱后反复用大体积的稀酸 稀碱溶液交替强化洗脱后, 水洗至 PH 值中性即可使用 ) (1) 吸附原理 : 1 选择性吸附 ( 由于范德华引力或产生氢键的结果 ) 2 分子筛性能 ( 由其本身的多孔性网状结构决定 ) (2) 影响吸附的因素 : 1 大孔树脂本身的性质 ( 比表面积 表面电性 极性 能否形成氢键等 ) 2 洗脱溶剂的性质 ( 极性 酸碱性 ) 3 被分离化合物的性质 ( 分子量 极性 能否形成氢键 ) 注 : 大孔树脂的色谱行为具有反相的性质, 被分离物质的极性越大, 其 Rf 值越大, 越容易洗脱 (3) 大孔吸附树脂的应用 : 主要用于天然化合物的分离和富集预处理方法 : 用高浓度乙醇湿法装柱, 继续用乙醇在柱上流动清洗, 不时检查流出的乙醇液, 至流出的乙醇液与水混合不呈现白色乳浊现象, 然后以大量的蒸馏水洗去乙醇即可 (4) 洗脱液的选择 : 洗脱液可选择水 甲醇 乙醇 丙酮 不同浓度的酸碱液等 一般方法如下 : 1 用适量水洗, 洗下单糖 鞣质 低聚糖 多糖等极性物质, 用薄层色谱检识, 防止极性大的皂苷被洗下 ; 27O% 乙醇洗, 洗脱液中主要为皂苷, 但也含有酚性物质 糖类及少量黄酮,

6 实验证明 30% 乙醇不会洗下大量的黄酮类化合物 ; 33%~5% 碱溶液洗, 可洗下黄酮 有机酸 酚性物质和氨基酸 ; 410% 酸溶液洗, 可洗下生物碱 氨基酸 ; 5 丙酮洗, 可洗下中性亲脂性成分 0.001μm); 纳米膜 ( 约 2nm) 应用 : 精制药用酶时, 用透析法脱无机盐 ( 五 ) 根据物质解离程度不同进行分离 1. 离子交换法原理基于混合物中各成分解离度差异进行分离 2. 离子交换树脂的结构与性质性质 : 球形颗粒, 不溶于水, 但可在水中膨胀 结构 : 注 : 研究表明, 对吸附量真正起作用的是体积比表面积, 即每毫升湿树脂所具有的比表面积 (5) 大孔树脂应用的安全性问题 : 规格影响中药提取液的质量大孔吸附树脂规格内容包括 : 名称 牌 ( 型 ) 号 结构 ( 包括交联剂 ) 外观 极性, 以及粒径范围 含水量 湿密度 ( 真密度 视密度 ) 干密度 ( 表观密度 骨架密度 ) 比表面 平均孔径 孔隙率 孔容等物理常数 ; ( 四 ) 根据物质分子大小差别进行分离 (1) 母核部分 : 由苯乙烯通过二乙烯苯 (DVB) 交联而成的大分子网状结构 网孔大小用交联度 ( 即加入交联剂的百分比 ) 表示, 交联度越大, 则网孔越小, 质地越紧密, 在水中越不易膨胀 ; 交联度越小, 则网孔越大, 质地疏松, 在水中易于膨胀 超滤法 利用不同分子量化合物扩散速度不同而分离超速离心法 离心作用 1. 凝胶过滤法 ( 凝胶过滤色谱 分子筛过滤 排阻色谱 ) 分离原理 : 分子筛作用, 根据凝胶的孔径和被分离化合物分子的大小而达到分离的目的 (2) 离子交换基团 1 阳离子交换树脂 : 强酸性 和弱酸性 2 阴离子交换树脂 : 强碱性 和弱碱性 3. 离子交换法的应用 (1) 用于不同电荷离子的分离 : 天然药物水提取物中的酸性 碱性及两性化合物的分离 当混合物溶液通过凝胶柱时, 比凝胶孔隙小的分子可以自由进入凝胶内部, 而比凝胶孔隙大的分子不能进入凝胶内部, 只能通过凝胶颗粒间隙 (2) 凝胶的种类与性质葡聚糖凝胶 (Sephadex): 只适于在水中应用, 且不同规格适合分离不同分子量的物质 羟丙基葡聚糖凝胶 (Sephadex LH-20): 除具有分子筛特性外, 在由极性与非极性溶剂组成的混合溶剂中常常起到反相色谱效果 2. 膜分离法利用一种用天然或人工合成的膜, 以外界能量或化学位差为推动力, 对双组分或多组分的溶质和溶剂进行分离 分级 提纯和富集的方法 膜过滤技术主要包括 : 渗透 反渗透 超滤 电渗析和液膜技术等 透析法 : 根据溶液中分子的大小和形态, 在微米 (μm) 数量级下选择性过滤的技术 常压下, 小分子可通过, 大分子不能通过 注 : 酸性化合物 :R + H - 碱性化合物 R - (2) 用于相同电荷离子的分离 : 依据酸性或碱性的强弱不同分离 按照孔径大小, 可将透析膜分为 : 微滤膜 (0.025~14μm); 超滤膜 (0.001~0.02μm); 反渗透膜 (0.0001~ 例 : 碱性强弱 :Ⅲ>Ⅱ>Ⅰ 弱酸性树脂吸附强弱 :Ⅲ>Ⅱ>Ⅰ ( 六 ) 根据物质的沸点进行分离分馏法 : 利用中药中个成分沸点的差别进行分离的方法一般来说, 液体混合物各成分沸点相差在 100 以上时, 可用反复蒸馏法达到分离的目的 ; 如沸点相差在 25 以下, 则需要采用分馏柱 ; 沸点相差越小, 则需要的分馏装置越精细 如挥发油和一些液体生物碱的提取分离常采用分馏法

7 原理 根据物质溶解度差别进行分离 根据物质分配比不同进行分离 根据物质吸附性差别进行分离 根据物质分子大小差别进行分离 根据物质解离程度不同进行分离 根据物质沸点差别进行分离 方法 结晶与重结晶 醇提水沉法或水提醇沉法 酸碱法 沉淀法 萃取法分配柱色谱 简单吸附 ( 活性炭 ) 吸附柱色谱 ( 硅胶 氧化铝 聚酰胺 打孔树脂色谱 ) 凝胶过滤法膜分离法 离子交换法 分馏法 特点及应用 第三节中药化学成分的结构研究方法一 化合物的纯度测定 (1) 结晶形态和色泽 : 一个纯的化合物一般都有一定的晶形和均匀的色泽 (2) 熔点和熔距 : 单一化合物一般都有一定的熔点和较小的熔距 (1~2 ) (3) 色谱法 : 单一化合物用两种以上溶剂系统或色谱条件进行检测, 均显示单一的斑点 常用的有纸色谱 (PC) 纸上电泳和薄层色谱 (TLC) (4) 气相色谱法 (GC) 和高效液相色谱法 (HPLC): 纯的化合物显示单一的谱峰 (5) 其他方法 : 质谱 核磁共振等 二 结构研究的主要程序 可将物质的质量精确到小数点后第 3 位 ( 一般质谱只精确到小数点后第 1 位 ), 这可为确定化合物分子组成的重要依据 根据采用的离子源不同分类 : (1) 电子轰击质谱 (EI-MS) 当样品相对分子质量较大难于气化 ( 如糖的聚合物 多肽 ), 或对热稳定性差 ( 如醇 糖苷和部分羧酸 ), 常常得不到分子离子峰 对热不稳定的样品可进行乙酰化或三甲基硅烷化 (TMS 化 ) 制成对热稳定的衍生物进行测定 (2) 化学电离质谱 (CI-MS) 也能得到较强的准分子离子峰, 即 M±1 峰, (3) 场解吸质谱 (FD-MS) 适用于难气化和热稳定性差的固体样品, 但碎片离子峰较少 (4) 快原子轰击质谱 (FAB-MS) 和液体二次离子质谱 (LSI-MS) 除得到分子离子峰外, 还可得到糖和苷元的结构碎片峰目前还有基质辅助激光解吸电离质谱 (MALDI-MS) 电喷雾电离质谱 (ESI-MS) 串联质谱 (MS MS) 等不饱和度的计算 不饱和度 (index of unsaturation, 以 u 表示 ) Ⅰ 为一价原子 ( 如 H D X) 的数目 ;Ⅲ 为三价原子 ( 如 N P 等 ) 的数目 ; Ⅳ 为四价原子 ( 如 C S) 的数目 二价原子 O S 等不饱和度计算无关, 故不予考虑 ( 二 ) 红外光谱 (IR) 可确定其分子中的官能团的种类及其大致的周围化学环境将被鉴定化合物和已知化合物对照品做一张共 IR 光谱图, 如果两者 IR 光谱完全一致, 则可鉴定是同一物质 三 结构研究中采用的主要方法 ( 一 ) 确定分子式并计算不饱和度分子式的测定目前主要有以下几种方法, 可因地制宜加以选用 (1) 元素定量分析配合分子量测定 (2) 同位素丰度比法 (3) 高分辨质谱 (HR MS) 法质谱 (MS) 可用于确定分子量和求算分子式, 及提供其他结构信息 红外吸收范围 4000~625cm ~1500cm -1 为特征频率区 : 官能团吸收, 如羟基 羰基 苯环骨架等 1500~600 cm -1 为指纹区 : 许多吸收因原子或原子团间的键角变化引起, 化合物特征吸收, 如人指纹, 可做真伪鉴别依据 ( 三 ) 紫外 可见吸收光谱 (UV vis) π π * 及 n π * 跃迁可因吸收紫外光及可见光而引起, 吸收光谱出现在紫外及可见区域 (200~700nm) UV 光谱主要可提供分子中的共轭体系的结构信息, 可据此判断共轭体系中取代基的位置 种类和数目, 用于推断化合物骨架 适用对象 : 含有共轭双键 α,β- 不饱和羰基 ( 醛 酮 酸 酯 ) 结构化合物, 及芳香化合物 诊断试剂可用于测定化合物的精细结构 高分辨质谱 (HR MS) ( 四 ) 核磁共振谱 1. 氢核磁共振 ( 1 H-NMR) 提供信息 : 化学位移 (δ) 积分面积 裂分情况 ( 重峰数及偶合常数 J) 化学位移 : 识别不同的类型的氢峰面积 : 判断每个信号的氢质子裂分与偶合常数 : 判断相连接的氢的情况 s( 单峰 ) d( 二重峰 ) t( 三重峰 ) m( 多重峰 )

8 2. 碳核磁共振 ( 13 C-NMR) 1 13 (1) 噪音去偶谱 : 也叫全氢去偶或宽带去偶 完全消除了 H 对 C 的影响, 13 C 的信号在图谱上均作为单峰出现, 便于判断 C 信号的化学位移 13 低等植物 如烟碱存在于蕨类植物中, 麦角生物碱存在于菌类植物中 地衣 苔藓类植物中仅发现少数简单的吲哚类生物碱 藻类 水生类植物中未发现生物碱 存在形式 1 酰胺形式 2 游离形式 : 少数极弱碱, 如那可丁 3 有机酸盐形式 : 绝大多数生物碱, 如柠檬酸盐 草酸盐 酒石酸盐 琥珀酸盐等 4 无机酸盐形式 : 少数盐酸生物碱, 如盐酸小檗碱 硫酸吗啡等 5 极少数以 N- 氧化物 生物碱苷等形式存在三 生物碱的分类及结构特征 ( 一 ) 吡啶类生物碱此类生物碱多来源于赖氨酸, 是由吡啶或哌啶衍生的生物碱, 其结构简单, 数量较少, 主要有两种类型 1. 简单吡啶类此类生物碱分子较小, 结构简单, 很多呈液态 如槟榔中的槟榔碱 槟榔次碱, 烟草中的烟碱, 胡椒中的胡椒碱等 (2)DEPT: 通过改变照射氢核的脉冲宽度或设定不同的弛豫时间, 使不同类型的 13 C 信号在谱图上呈现单峰形式分别朝上或朝下, 故灵敏度高, 信号之间较少重叠 2. 双稠哌啶类由两个哌啶环共用一个氮原子稠合而成的杂环, 具喹喏里西啶的基本母核 主要分布于豆科 石松科和千屈菜科 如苦参中的苦参碱 氧化苦参碱, 野决明中的金雀花碱等 ( 二 ) 莨菪烷类生物碱此类生物碱多来源于鸟氨酸, 由莨菪烷环系的 C3- 醇羟基与有机酸缩合成酯 主要存在于茄科的颠茄属 曼陀罗属 莨菪属和天仙子属 重要的化合物有莨菪碱 古柯碱等 取代基位移改变某个 13 C 核的周围环境, 如引入某个取代基, 则该 13 C 的信号可能发生特定的位移 如苯的取代基位移 羟基的苷化位移和酰化位移 ( 五 ) 质谱质谱可用于确定分子量以及求算分子式和提供其他结构信息 第二章生物碱第一节基本内容一 生物碱的定义生物碱 (Alkaloids) 指来源于生物界的一类含氮有机化合物 大多有较复杂的环状结构, 氮原子结合在环内 ( 特例 : 有机胺类生物碱 N 原子不在环内 ); 多呈碱性, 可与酸成盐 ; 多具有显著的生理活性 一般来说, 除氨基酸 氨基糖 肽类 蛋白质 核酸 核苷酸以及含氮维生素等动 植物体必需的含氮有机化合物外, 其他含氮有机化合物均可视为生物碱 二 生物碱在动 植物界的分布和存在情况生物碱主要分布在植物界, 动物界少见 植物类型 科属 双子叶植物如毛茛科 ( 黄连属黄连, 乌头属乌头 附子 ) 防己科( 汉 ( 多见, 已防己 北豆根 ) 罂粟科( 罂粟 延胡索 ) 茄科( 曼陀知有 50 多罗属洋金花 颠茄属颠茄 莨菪属莨菪 枸杞子 ) 马钱个科的 120 科 ( 马钱子 ) 小檗科( 三棵针 ) 豆科( 苦参属苦参 多个属 ) 槐属苦豆子 ) 芸香科吴茱萸属( 吴茱萸 ) 等 单子叶植物如石蒜科 百合科 ( 贝母属的川贝母 浙贝母 ) 兰科等 裸子植物 如麻黄科 红豆杉科 三尖杉科和松柏科等 ( 三 ) 异喹啉类生物碱这类生物碱来源于苯丙氨酸和酪氨酸系, 具有异喹啉或四氢异喹啉的基本母核, 在植物中分布广泛, 数目较多, 具有多方面的生物活性 根据其基本结构又分为多种类型, 主要类型如下 1. 简单异喹啉类如鹿尾草中的降血压成分萨苏林, 是四氢异喹啉的衍生物 2. 苄基异喹啉类苄基异喹啉类又分为 1- 苄基异喹啉类和双苄基异喹啉类 (1)1- 苄基异喹啉类 : 为异喹啉母核 1 位连有苄基的一类生物碱 如罂粟中具解痉作用的罂粟碱, 乌头中的强心成分去甲乌药碱, 厚朴中的厚朴碱等 (2) 双苄基异喹啉类 : 为两个苄基异喹啉通过 1~3 个醚键相连接的一类生物碱 如存在于防己科北豆根中的主要酚性生物碱蝙蝠葛碱, 汉防己中的汉防己甲素和乙素

9 中具有抗癌作用的长春碱和长春新碱 ( 五 ) 有机胺类生物碱这类生物碱的结构特点是氮原子不在环状结构内, 如麻黄中的麻黄碱, 秋水仙中的秋水仙碱, 益母草中的益母草碱等 3. 原小檗碱类此类生物碱可以看成由两个异喹啉环稠合而成, 依据两者结构母核中 D 环氧化程度不同, 又分为小檗碱类和原小檗碱类 前者多为季铵碱, 如黄连 黄柏 三棵针中的小檗碱 ; 后者多为叔胺碱, 如延胡索中的延胡索乙素 4. 吗啡烷类这类化合物具有部分饱和的菲核, 如罂粟中的吗啡 可待因, 青风藤中的青风藤碱等 ( 四 ) 吲哚类生物碱这类生物碱来源于色氨酸, 其数目较多, 结构复杂, 多具有显著的生物活性 主要分布于马钱科 夹竹桃科 茜草科等 吲哚类生物碱主要由色氨酸衍生而成, 根据其结构特点, 主要分为四类 1. 简单吲哚类如板蓝根 大青叶中的大青素 B, 蓼蓝中的靛青苷等 2. 色胺吲哚类此类化合物中含有色胺部分, 结构较简单 如吴茱萸中的吴茱萸碱 3. 单萜吲哚类这类生物碱的结构较复杂, 如萝芙木中的利血平 番木鳖中的士的宁等 4. 双吲哚类双吲哚类是由两分子单吲哚类生物碱聚合而成的衍生物, 如长春花 碱结构分类总结 生物碱类型 吡啶类生物碱 莨菪烷类生物碱 异喹啉类生物碱 吲哚类生物碱 有机胺类生物碱 二级分类 简单吡啶类 双稠哌啶类 简单异喹啉类 苄基异喹啉类 原小檗碱类 吗啡烷类 简单吲哚类 色胺吲哚类 单萜吲哚类 双吲哚类 结构特点 代表化合物 槟榔碱 次槟榔碱 烟碱 胡椒碱 苦参碱 氧化苦参碱 金雀花碱 莨菪碱 古柯碱 萨苏林 罂粟碱 厚朴碱 去甲乌药碱蝙蝠葛碱 汉防己甲 ( 乙 ) 素 小檗碱 延胡索乙素 吗啡 可待因 青风藤碱 大青素 B 靛青苷 吴茱萸碱 士的宁 利血平 长春碱 长春新碱 麻黄碱 秋水仙碱 益母草碱 生物 第二节生物碱的理化性质一 性状多为结晶形固体, 少数为非晶形粉末 ; 具有固定的熔点, 有的具有双熔点, 个别的仅具有分解点 ; 少数小分子生物碱为液体, 如烟碱 毒芹碱 槟榔碱 生物碱多具苦味, 少数呈辛辣味或其他味道, 如甜菜碱具有甜味 生物碱一般无色或白色, 少数有颜色, 如小檗碱 蛇根碱呈黄色, 药根碱 小檗红碱呈红色等 个别生物碱在可见光下无色, 而在紫外光下显荧光, 如利血平 个别小分子固体及少数呈液态的生物碱如麻黄碱 烟碱等具挥发性, 可用水蒸气蒸馏法提取 咖啡因等个别生物碱具有升华性 二 旋光性含有手性碳原子或本身为手性分子的生物碱都有旋光性, 且多为左旋 旋光性影响因素 : 手性碳构型 测定溶剂 ph 值 温度 浓度等 ( 麻黄碱在水中呈右旋性, 在三氯甲烷中呈左旋性 ; 烟碱在中性条件下呈左旋性, 在酸性条件下呈右旋性 ; 北美黄连碱在 95% 以上乙醇中呈左旋性, 在稀乙醇中呈右旋性 ; 在中性条件呈左旋性, 在酸性条件下呈右旋性 ) 通常左旋体的生理活性比右旋体强 ( 少数右旋体生物活性强于左旋体, 如 d- 古柯碱的局部麻醉作用强于 l- 古柯碱 ) 三 溶解性 ( 一 ) 游离生物碱

10 1. 亲脂性生物碱多数仲胺碱和叔胺碱为亲脂性易溶于乙醚 苯和卤烃类 ( 二氯甲烷 三氯甲烷 四氯化碳 ) 等有机溶剂, 尤其在三氯甲烷中溶解度较大可溶于甲醇 乙醇 丙酮和乙酸乙酯等不溶或难溶于水, 但溶于酸水 2. 亲水性生物碱 (1) 季铵碱型生物碱 : 为离子型化合物, 易溶于水和酸水, 可溶于甲醇 乙醇及正丁醇等极性较大的有机溶剂, 难溶于亲脂性有机溶剂 (2) 含 N- 氧化物结构的生物碱 : 具有配位键, 可溶于水, 如氧化苦参碱 (3) 小分子生物碱 : 少数分子较小而碱性较强的生物碱, 既可溶于水, 也可溶于三氯甲烷, 如麻黄碱 烟碱等 (4) 酰胺类生物碱 : 由于酰胺在水中可形成氢键, 所以在水中有一定的溶解度, 如秋水仙碱 咖啡碱等 生物碱的碱性强弱与 pka 的关系 : 2 pka<2 为极弱碱, 如酰胺 N- 五元芳杂环类生物碱 2pKa 2~7 为弱碱, 如芳香胺 N- 六元芳杂环类生物碱 3pKa 7~11 为中强碱, 如脂肪胺 脂杂环类生物碱 4pKa 11 以上为强碱, 如季铵碱 胍类生物碱 生物碱分子中碱性基团的 pka 值大小顺序一般是 : 胍基 > 季铵碱 >N- 烷杂环 > 脂肪胺 > 芳香胺 N- 芳杂环 > 酰胺 吡咯 ( 二 ) 碱性强弱与分子结构的关系碱性强弱影响因素 : 氮原子的杂化方式 电子云密度 ( 电性效应 ) 空间效应 分子内氢键 1. 氮原子的杂化方式碱性随杂化程度的升高而增强, 即 sp 3 >sp 2 >sp 如四氢异喹啉 (pka9.5) 为 sp3 杂化 ; 吡啶 (pka5.17) 和异喹啉 (pka5.4) 均为 sp2 杂化 ; 氰基呈中性, 因其为 sp 杂化 季铵碱的碱性强 (pka11.5 以上 ) 则是因羟基以负离子形式存在, 类似无机碱 3. 具有特殊官能团的生物碱 (1) 具有酚羟基或羧基的生物碱 : 具有酸 碱两性, 故即可溶于酸水, 又可溶于碱水 具有酚羟基的生物碱 ( 又称酚性生物碱 ), 可溶于氢氧化钠等强碱性溶液, 如吗啡 ; 具有羧基的生物碱, 可溶于碳酸氢钠等弱碱溶液, 如槟榔碱 (2) 具有内酯或内酰胺结构的生物碱 : 在强碱性溶液中加热, 其内酯 ( 或内酰胺 ) 结构可开环形成羧酸盐而溶于水, 酸化后环合析出, 如喜树碱 苦参碱等 ( 二 ) 生物碱盐一般易溶于水, 可溶于甲醇 乙醇类, 难溶于亲脂性有机溶剂 无机酸盐水溶性大于有机酸盐 ; 无机酸盐中含氧酸盐的水溶性大于卤代酸盐 ; 小分子有机酸盐水溶性大于大分子有机酸盐 有些生物碱盐难溶于水, 如小檗碱盐酸盐 麻黄碱草酸盐等 类型 游离生物碱 生物碱盐 亲脂性生物碱 亲水性生物碱 具特殊官能团的生物碱 两性生物碱 溶解性 大多数叔胺碱为亲脂性, 一般能溶于有机溶剂, 尤其易溶于亲脂性有机溶剂, 热别易溶于氯仿 溶于酸水, 不溶或难溶于水和碱水 主要指季氨碱和某些含氨 - 氧化物的生物碱, 可溶于水 甲醇 乙醇, 难溶于亲脂性有机溶剂 即可溶于酸水, 也可溶于碱水, 但在 PH8-9 时易产生沉淀 具内脂在碱水中, 其内酯 ( 或内酰胺 ) 结构可开环形或内酰成羧酸盐溶于水中, 继之加酸复又还原胺结构 一般溶解性 不同的酸的盐 易溶于水, 可溶于醇类, 难溶于亲脂性有机溶剂 生物碱在酸水中成盐溶解, 调减性后又游离 通常生物碱的五级酸盐水溶性大于有机酸盐 ; 无机酸盐中韩养酸盐的水溶性大于卤代酸盐 ; 小分子有机酸盐大于大分子有机酸盐 四 碱性生物碱分子中氮原子上的孤电子对, 能给出电子或接受质子而使生物碱显碱性 2. 电性效应电性效应 ( 包括诱导效应和共轭效应 ), 能影响 N 原子上电子云排布, 从而影响碱性的大小 (1) 诱导效应生物碱分子中的氮原子上的电子云密度可受氮原子附近供电基 ( 如烷基 ) 或 / 和吸电基 ( 如各类含氧基团 芳环 双键 ) 诱导效应的影响 供电诱导使氮原子上电子云密度增加, 碱性增强 ; 吸电诱导使氮原子上电子云密度减小, 碱性降低 如麻黄碱的碱性 (pka9.58) 强于去甲麻黄碱 (pka9.o0), 即是由于麻黄碱氮原子上的甲基供电诱导的结果 而二者的碱性弱于苯异丙胺 (pka9.80), 则因前二者氨基碳原子的邻位碳上羟基吸电诱导的结果 特例 : 季铵型小檗碱是由醇胺型异构而来, 季铵型稳定, 故呈强碱性 ; 蛇根碱分子中氮原子的 α β 位有双键, 氮原子的未共用电子对与双键的 π 电子可发生转位, 形成季铵型共轭酸, 因而碱性强 有些生物碱的叔胺氮原子处于稠环的桥头, 虽然有 α β 双键或 α 一羟基, 由于分子刚性结构而不能发生转位使叔胺变为季铵型, 其双键或羟基只能起吸电子诱导效应, 而使碱性减弱 如阿马林 新士的宁的碱性均小于士的宁 ( 一 ) 碱性强弱的表示方法生物碱碱性强弱用 pka 表示,pKa 越大, 碱性越强

11 (2) 共轭效应 : 当生物碱分子中氮原子的孤电子对与 π 电子基团共轭时, 一般使生物碱的碱性减弱 常见的有苯胺和酰胺两种类型 苯胺型 : 苯胺氮原子上的孤电子对与 π 电子形成 p 一 π 共轭体系后, 其碱性减弱 如环己胺的碱性 (pka l0.64) 大于苯胺 (pka 4.58), 后者显然为共轭效应所致 酰胺型 : 酰胺氮原子上的孤电子对与羰基形成 p 一 π 共轭效应, 使其碱性极弱 如胡椒碱 秋水仙碱或咖啡碱等 并非所有的 p 一 π 共轭效应都能使生物碱的碱性减弱 如含胍基的生物碱, 胍基接受质子形成季铵离子, 呈更强的 p 一 π 共轭, 且具有高度共轭稳定性, 而显强碱性 ( 二 ) 沉淀反应的田间及阳性结果的判定 1. 反应条件除苦味酸试剂外, 其他生物碱沉淀反应一般都在酸性水溶液中进行 原因 : 生物碱在酸性条件下成盐, 易溶于水与沉淀试剂反应, 所生成沉淀易于观察 2. 阳性结果的判断利用沉淀反应鉴别生物碱时, 应注意假阴性和假阳性反应 判定注意事项 : 1 对生物碱定性鉴别时, 应用三种以上试剂分别进行反应, 均阳性或阴性方有可信性 2 仲胺一般不易与生物碱沉淀试剂反应, 如麻黄碱 吗啡 咖啡碱等 3 水溶液中如有蛋白质 多肽 氨基酸 鞣质等亦可与此类试剂产生阳性反应, 故应在被检液中除掉这些成分 ( 具体方法 : 利用酸提碱沉得方法使生物碱游离, 萃取使其与杂质分离 ) 3. 沉淀反应的应用 1 用于检查生物碱的有无 2 可用于试管定性反应和色谱的显色剂 3 在生物碱的提取分离中可指示提取 分离终点 4 个别沉淀试剂可用于分离纯化生物碱, 如雷氏铵盐可用于沉淀分离季铵碱 5 某些生物碱沉淀反应可用于生物碱的定量, 如硅钨酸试剂反应 六 显色反应某些生物碱能与一些试剂反应生成不同颜色的产物, 这些试剂成为生物碱显色剂 3. 空间效应氮原子由于附近取代基的空间立体障碍或分子构象因素, 而使质子难于接近氮原子, 碱性减弱 如麻黄碱碱性小于去甲麻黄碱, 山莨菪碱碱性介于东莨菪碱与莨菪碱之间, 以及利血平碱性较弱等 4. 氢键效应当生物碱成盐后, 氮原子附近如有羟基 羰基, 并处于有利于形成稳定分子内氢键时, 氮上的质子不易离去, 其共轭酸稳定, 则碱性强 如钩藤碱的碱性大于异钩藤碱碱性 对于具体生物碱来说, 若影响碱性的因素不止一个, 则需综合考虑 一般来说, 空间效应与诱导效应共存, 空间效应居主导地位 ; 共轭效应与诱导效应共存, 共轭效应居主导地位 五 沉淀反应生物碱在酸性水或稀醇中 ( 苦味酸试剂可在中性条件下进行 ), 与某些试剂生成难溶于水的复盐或络合物的反应称为生物碱沉淀反应 ( 一 ) 常用的生物碱沉淀试剂 一些显色剂, 如溴麝香草酚蓝 溴麝香草酚绿等, 在一定 ph 条件下能与一些生物碱生成有色复合物, 这种复合物能被三氯甲烷定量提取出来, 可用于生物碱的含量测定 第三节生物碱的提取与分离一 总生物碱的提取挥发性生物碱如麻黄碱可用水蒸气蒸馏法提取 可升华的生物碱如咖啡碱可用升华法提取 提取方法溶剂方法纯化 水或酸水提取法 醇类溶剂提取法 亲脂性有机溶剂提取法 0.1%~l% 的硫酸 盐酸或醋酸 酒石酸溶液 甲醇 乙醇 三氯甲烷 苯 乙醚以及二氯甲烷等 (1) 阳离子树脂交换法 (2) 萃取法 酸水 - 碱化 - 萃取法浸渍 渗漉 回处理去除脂溶性杂流 连续回流质 同上 附 : 阳离子交换树脂法将总碱的酸水提取液通过强酸型阳离子交换树脂柱, 使酸水中生物碱阳离子交换在树脂上, 而非生物碱化合物则流出柱外, 用中性水或乙醇进一步洗除柱中的杂质 将交换后的树脂晾干, 用氨水碱化至 ph 值为 l0 左右, 使生物碱从树脂中游离出来, 再用三氯甲烷或乙醚等有机溶剂回流提取, 回收溶剂即可得到总生物碱 也可用含氨水的乙醇洗脱液直接洗脱, 中和洗脱液, 回收乙醇即得总生物碱 二 生物碱的分离 ( 一 ) 生物碱的初步分离将总生物碱按碱性强弱 酚性有无及是否水溶性初步分成 5 个部分, 一般分离流程如下 :

12 ( 二 ) 生物碱单体的分离 1. 利用生物碱的碱性差异进行分离方法 : 酸水 - 碱化 - 萃取法注意 : 1 强碱在弱酸性条件下能形成生物碱盐, 易溶于水 ; 弱碱则需在较强酸性条件下形成生物碱盐而溶于水 2 成盐后, 弱碱盐在弱碱条件下即可转变成游离生物碱, 易溶于亲脂性有机溶剂 ; 强碱盐则需在较强碱性条件下转变成游离生物碱, 溶于亲脂性有机溶剂 总碱中各生物碱的碱性不同, 可用 ph 梯度萃取法进行分离 具体方法有两种 : 1 总生物碱溶于亲脂性有机溶剂, ph 由高至低依次萃取, 生物碱可按碱性由强至弱先后成盐依次被萃取出而分离 2 总生物碱溶于酸水, 逐步加碱使 ph 值由低至高分离 对于碱性有差别的两种生物碱, 可采用调 ph 后简单萃取法分离 如从洋金花的乙醇浸出液中分离莨菪碱和东莨菪碱, 利用二者碱性差别, 将乙醇浸出液浓缩后碱化到 ph 9~10, 三氯甲烷萃取, 三氯甲烷萃取液再用稀酸水萃取, 将此酸水液用固体碳酸氢钠碱化后以三氯甲烷萃取, 东莨菪碱因碱性小游离出来而被萃取出 水层再用氨水碱化至 ph l0, 用三氯甲烷可萃取出碱性稍强的莨菪 碱 2. 利用溶解度差异进行分离游离生物碱 : 如苦参中苦参碱和氧化苦参碱的分离 ( 氧化苦参碱的极性大于苦参碱, 难溶于乙醚 ) 汉防己中汉防己甲素和汉防己乙素的分离 ( 汉防己甲素的极性小于汉防己乙素, 可溶于冷苯 ) 生物碱盐 : 如麻黄中分离麻黄碱 伪麻黄碱 ( 在草酸中溶解度不同, 麻黄碱溶解度小于伪麻黄碱 ) 3. 利用特殊官能团进行分离含羧基的生物碱能与碳酸氢钠生成羧酸盐而溶于水, 可与其他碱分离 ; 酚性生物碱的酚羟基具有弱酸性, 可与氢氧化钠溶液生成盐溶于水, 而与其他非酚性生物碱分离 如在阿片生物碱中, 吗啡具酚羟基而可待因无酚羟基, 可用 5% 氢氧化钠分离 内酯或内酰胺结构的生物碱可在碱性水液中加热开环生成溶于水的羧酸盐而与其他生物碱分离, 在酸性下又环合成原生物碱而沉淀, 如喜树碱 4. 利用色谱法进行分离 (1) 吸附柱色谱常用氧化铝或硅胶作为吸附剂, 有时也用纤维素 聚酰胺等 以苯 氯仿 乙醚等亲脂性有机溶剂或以其为主的混合溶剂系统作洗脱剂 (2) 分配柱色谱对某些结构特别相近的生物碱, 可采用分配色谱法 如三尖杉中的抗癌生物碱三尖杉酯碱和高三尖杉酯碱的分离, 两者结构仅差一个亚甲基 具体方法是以硅胶为支持剂, 以 ph 5.0 缓冲液为固定相,pH 5.0 缓冲液饱和的三氯甲烷溶液洗脱, 首先洗脱的是高三尖杉酯碱, 中间部分是二者的混合物, 最后部分是三尖杉酯碱 此外, 制备型薄层色谱 干柱色谱 中压或低压柱色谱等也常用于分离生物碱 三 水溶性生物碱 ( 季铵碱 ) 的分离 ( 一 ) 沉淀法实验室常用雷氏铵盐试剂纯化季铵碱 ( 二 ) 溶剂法利用水溶性生物碱能够溶于极性较大而又能与水分层的有机溶剂 ( 如正丁醇 异戊醇或氯仿 - 甲醇的混合溶剂等 ) 的性质, 用这类溶剂与含这类生物碱的碱水液反复萃取, 使水溶性生物碱与强亲水性的杂质得以分离 四 生物碱的色谱检识常用方法 : 薄层色谱法 纸色谱法 高效液相色谱法和气相色谱法 ( 一 ) 薄层色谱法 1. 吸附薄层色谱法 (1) 吸附剂吸附剂常用硅胶和氧化铝 硅胶适用注意 : 硅胶为酸性吸附剂, 易造成拖尾或复斑, 影响分离效果 可在涂铺硅胶薄层时加稀碱 (0.1~0.5mol/L 氢氧化钠 ) 或缓冲溶液, 制成碱性薄板 ; 或使色谱过程在碱性条件下进行, 即在展开剂中加入少量碱性试剂, 如二乙胺 氨水等 氧化铝本身显弱碱性, 不经处理便可用于分离和检识生物碱, 一般较常用, 特别适合分离亲脂性较强的生物碱 (2) 展开剂展开剂系统多以亲脂性溶剂为主, 一般以三氯甲烷为基本溶剂 若 Rf 值太小, 加入适量甲醇 丙酮等极性较大的溶剂 ; 若 Rf 值太大, 加入适量苯 环己烷等极性较小的溶剂 在展开剂中加入少量碱性试剂, 如二乙胺 氨水等, 可改善分离效果 2. 分配薄层色谱特别适用于分离有些结构十分相近的生物碱 (1) 支持剂与固定相 : 通常选用硅胶或纤维素粉作支持剂, 以甲酰胺或水为固定相 甲酰胺适合分离弱极性或中等极性的生物碱 ; 水适合分离水溶性生物碱 (2) 展开剂 : 分离脂溶性生物碱, 应以亲脂性有机溶剂作展开剂, 如三氯甲烷 - 苯 (1:1) 等 ; 分离水溶性生物碱, 则应以亲水性的溶剂作展开剂, 如 BAW 系统 ( 正丁醇 - 乙酸 - 水 =4:1:5, 上层 ) 在配制流动相时, 需用固定相饱和 3. 显色方法 1 有色生物碱可直接观察斑点 ; 2 具有荧光的生物碱在紫外光下显示荧光斑点 ; 3 大多生物碱的薄层色谱可用改良碘化铋钾试剂显色, 显橘红色斑点 ( 如碘化铋钾不显色, 可选用其他特殊显色剂 ) ( 二 ) 纸色谱生物碱的纸色谱多为正相分配色谱 1. 固定相 1 水 : 可用滤纸本身含有的 6%~7% 水分, 也可用水浸润滤纸 ; 2 甲酰胺 : 将甲酰胺溶于丙酮, 再将滤纸置于其中浸湿片刻, 取出, 挥去丙酮即可 ; 3 酸性缓冲液 ( 也称多缓冲纸色谱 ): 将不同 ph 值的酸性缓冲液自起始线由高到低间隔 2cm 左右的距离涂布若干个缓冲液带, 晾干即可使用 2. 展开剂以水作固定相的纸色谱, 宜用亲水性溶剂系统作展开剂, 如 BAW 系统 ( 正丁醇一乙酸一水 =4:1:5, 上层 ); 以甲酰胺和酸性缓冲液作固定相的纸色谱, 多以苯 三氯甲烷 乙酸乙酯等亲脂性有机溶剂为主组成的溶剂系统作展开剂 展开剂在使用前也需用固定相液饱和 3. 显色剂纸色谱所用的显色剂与薄层色谱法基本相同, 但含硫酸的显色剂不宜使用 ( 三 ) 高效液相色谱生物碱的高效液相分析可采用分配色谱法 吸附色谱法 离子交换色谱法等 其中以分配色谱法中的反相色谱法应用较多 根据生物碱的性质和不同的色谱方法可选择相应的固定相 由于生物碱具碱性, 使用的流动相以偏碱性为好 如用 HPLC 法分离分析罂粟壳中的吗啡 可待因和罂粟碱时, 采用 Waters μ-bondapakc 18 色谱柱, 流动相为 0.5% 乙酸铵 -1% 三乙胺 - 甲醇 (49:1:50), 检测波长 230nm, 柱温 25 分离结果见图 2-2 由于流动相为偏碱性系统, 分离效果良好 分离度均大于 1.5, 峰形对称 5. 高效液相色谱法 (HPLC) 优点 : 分离效能好 灵敏度高 分析速度快 色谱柱类型 : 硅胶吸附色谱柱,C18 反相色谱柱

13 此外, 具有挥发性的生物碱可用气相色谱法检识, 如麻黄生物碱 烟碱等 第四节含生物碱的中药实例一 苦参 ( 一 ) 苦参中主要生物碱及其化学结构主要生物碱 : 苦参碱和氧化苦参碱, 此外还含有羟基苦参碱 N- 甲基金雀花碱 安娜吉碱 巴普叶碱和去氢苦参碱 ( 苦参烯碱 ) 等 中国药典 指标成分 : 苦参碱和氧化苦参碱 结构分类 : 这些生物碱都属于双稠哌啶类, 具喹喏里西啶的基本结构, 除 N- 甲基金雀花碱外, 均由两个哌啶环共用一个氮原子稠合而成 苦参碱可致胆碱酯酶活性下降, 静脉滴注苦参碱引起胆碱酯酶活性下降, 产生倦怠乏力 纳差等不良反应 ; 苦参栓可致外阴过敏 ; 苦参注射液致过敏性休克并可致恶心 呕吐 ; 苦参素胶囊致乙肝加重等, 临床应用时需注意 二 麻黄 ( 一 ) 麻黄中主要生物碱及其化学结构主要成分 : 以麻黄碱和伪麻黄碱为主, 前者占总生物碱的 40%~90% 此外还含少量的甲基麻黄碱 甲基伪麻黄碱和去甲基麻黄碱 去甲基伪麻黄碱 中国药典 指标成分 : 盐酸麻黄碱 结构分类 : 麻黄生物碱分子中的氮原子均在侧链上, 为有机胺类生物碱 ( 二 ) 苦参生物碱的理化性质 1. 性状苦参碱有 α- β- γ- δ- 四种异构体 其中,α- β- δ- 苦参碱为结晶体, 常见的是 α- 苦参碱, 为针状或棱柱状结晶, 熔点 76 γ- 苦参碱为液态, 沸点 223 /6mmHg 氧化苦参碱为无色正方体状结晶 ( 丙酮 ), 熔点 207~ 208 ( 分解 ), 含一分子结晶水的氧化苦参碱的熔点为 77~78 2. 碱性 3. 溶解性苦参碱既可溶于水, 又能溶于三氯甲烷 乙醚 苯 二硫化碳等亲脂性溶剂 氧化苦参碱是苦参碱的 N 一氧化物, 具半极性配位键, 其亲水性比苦参碱更强, 易溶于水, 可溶于氯仿, 但难溶于乙醚 可利用两者溶解性的差异将其分离 苦参生物碱的极性大小顺序是 : 氧化苦参碱 > 羟基苦参碱 > 苦参碱 苦参碱 氧化苦参碱和羟基苦参碱具内酰胺结构, 可被水解皂化生成羧酸衍生物, 酸化后又脱水环合为原来结构 ( 三 ) 苦参生物碱的提取与分离苦参以稀酸水渗漉, 通过阳离子交换树脂交换提取总生物碱 然后利用总碱中个成分极性的差异, 采用溶剂法和色谱法进行分离 1. 苦参总生物碱的提取 麻黄碱和伪麻黄碱属仲胺衍生物, 且互为立体异构体, 它们的结构区别在于 C1 的构型不同 前者为顺式, 后者为反式 ( 二 ) 麻黄碱和伪麻黄碱的理化性质 1. 性状麻黄碱和伪麻黄碱为无色结晶, 游离麻黄碱含水物熔点为 40 两者均具有挥发性 2. 碱性 甲基麻黄碱与麻黄碱具有供电子基团 (-CH3), 故碱性强于去甲麻黄碱 ; 甲基麻黄碱的空间位阻大于麻黄碱, 故碱性小于麻黄碱 2. 主要生物碱的分离 ( 四 ) 苦参生物碱的生物活性现代临床及药理学研究表明, 苦参总生物碱具有消肿利尿 抗肿瘤 抗病原体 抗心律失常 正性肌力 抗缺氧 扩张血管 降血脂 抗柯萨奇病毒和调节免疫等作用 ( 五 ) 苦参生物碱在临床应用中应注意的问题 碱性麻黄碱和伪麻黄碱为有机仲胺衍生物, 碱性较强 由于伪麻黄碱的共轭酸与 C2-OH 形成分子内氢键稳定性大于麻黄碱, 所以伪麻黄碱的碱性 (pka 9.74) 稍强于麻黄碱 (pka 9.58) 3. 溶解性游离麻黄碱可溶于水, 但伪麻黄碱在水中的溶解度较麻黄碱小 ( 这是由于伪麻黄碱形成较稳定的分子内氢键的缘故 ) 麻黄碱和伪麻黄碱也能溶于三氯甲烷 乙醚 苯及醇类溶剂 草酸麻黄碱难溶于水, 而草酸伪麻黄碱易溶于水 ; 盐酸麻黄碱不溶于三氯甲烷, 而盐酸伪麻黄碱可溶于三氯甲烷 ( 三 ) 麻黄生物碱的鉴别反应麻黄碱和伪麻黄碱为仲胺碱, 不与一般生物碱沉淀试剂发生沉淀反应 但下列两种特征反应可用于鉴别麻黄碱和伪麻黄碱 1. 二硫化碳 - 硫酸铜反应在麻黄碱和伪麻黄碱的醇溶液中加入二硫化碳 硫酸铜试剂和氢氧化钠各二滴, 即产生棕色沉淀 2. 铜络盐反应在麻黄碱和伪麻黄碱的水溶液中加硫酸铜试剂后, 随即加氢氧化钠试剂呈碱性, 溶液呈蓝紫色, 再加乙醚振摇分层, 乙醚层为紫红色, 水层为蓝色 ( 四 ) 麻黄碱和伪麻黄碱的提取与分离 1. 溶剂法原理 : 利用麻黄碱和伪麻黄碱既能溶于热水, 又能溶于亲脂性有机溶剂的性质提取两者 ; 利用麻黄碱草酸盐比伪麻黄碱草酸盐在水中溶解度小的差异, 麻黄碱溶解度小于伪麻黄碱, 使两者得以分离

14 醇 ( 三 ) 小檗碱的鉴别反应除了能与一般的生物碱沉淀试剂发生反应外, 还具有以下特征性鉴别反应 (1) 丙酮加成反应在盐酸小檗碱水溶液中, 加入氢氧化钠使呈强碱性, 然后滴加丙酮数滴, 即生成黄色结晶性小檗碱丙酮加成物, 有一定熔点, 可供鉴别 (2) 漂白粉显色反应在小檗碱的酸性水液中加入漂白粉 ( 或通入氯气 ), 溶液变为樱红色 ( 四 ) 小檗碱和甲基黄连碱的提取分离原理 : 利用黄连中小檗碱等生物碱盐的溶解度差异进行分离 2. 水蒸气蒸馏法利用麻黄碱和伪麻黄碱在游离状态时具有挥发性, 可用水蒸气蒸馏法从麻黄中提取 再利用两者草酸盐的水溶性差异分离两者 优点 : 操作方便且安全, 不需使用有机溶剂等缺点 : 取过程加热时间较长, 部分麻黄碱被分解产生胺和甲胺, 从而影响产品的质量和收率 3. 离子交换树脂法利用生物碱盐能够交换到强酸型阳离子树脂柱上, 麻黄碱的碱性较伪麻黄碱弱, 故不如伪麻黄碱盐稳定, 可先从树脂柱上洗脱下来, 从而使两者达到分离 优点 : 简单, 无需特殊设备, 只需控制好洗脱液的用量即可使麻黄碱和伪麻黄碱分离 ( 五 ) 麻黄生物碱的生物活性药理实验表明, 麻黄碱有收缩血管 兴奋中枢神经作用, 能兴奋大脑 中脑 延髓和呼吸循环中枢 ; 有类似肾上腺素样作用, 能增加汗腺及唾液腺分泌, 缓解平滑肌痉挛 伪麻黄碱有升压 利尿作用 ; 甲基麻黄碱有舒张支气管平滑肌作用等 ( 六 ) 麻黄生物碱在临床应用中应注意的问题麻黄生物碱具兴奋中枢神经系统及强心 升高血压的作用, 因此用量过大 ( 治疗量的 5~10 倍 ) 或急性中毒者, 可引起头痛, 烦躁, 失眠, 心悸, 大汗不止, 体温及血压升高, 心动过速, 心律失常, 呕吐, 甚至昏迷 惊厥 呼吸及排尿困难, 心室纤颤等症状, 甚至心肌梗死或死亡 其中麻黄碱的毒性大于伪麻黄碱 三 黄连 ( 一 ) 黄连中主要生物碱及其化学结构主要成分 : 小檗碱 巴马丁 黄连碱 甲基黄连碱 药根碱和木兰碱等 其中以小檗碱含量最高 ( 可达 10%) 中国药典 指标成分 : 盐酸小檗碱 结构分类 : 以上生物碱均属苄基异喹啉类衍生物, 除木兰碱为阿朴菲型外, 其他都属于原小檗碱型, 且都是季铵型生物碱 ( 五 ) 黄连生物碱的生物活性药理实验表明, 其主要成分小檗碱有明显的抗菌 抗病毒作用, 小檗碱 黄连碱 巴马丁 药根碱等原小檗型生物碱还具有明显的抗炎 解痉 抗溃疡 免疫调节及抗癌等作用 ( 六 ) 黄连生物碱在临床应用中应注意的问题黄连粉或小檗碱外用或口服偶引起过敏性皮疹 ; 小檗碱静注或肌注有毒性反应, 引起药疹 皮疹 血小板减少以致过敏性休克, 静脉给予大剂量的小檗碱则可引起循环 呼吸骤停以及急性心源性脑缺氧综合征, 甚至死亡, 临床应用应注意 四 川乌 ( 一 ) 川乌中主要毒性生物碱及其化学结构乌头所含生物碱多达 400 多种, 结构复杂, 其中重要且含量较高的有 : 乌头碱 次乌头碱和新乌头碱 中国药典 指标成分 : 乌头碱 次乌头碱和新乌头碱 结构分类 : 二萜类生物碱, 属于四环或五环二萜类衍生物 由于 C14 和 C8 的羟基常和乙酸 苯甲酸结合成酯, 故称为二萜双酯型生物碱 ( 二 ) 川乌中主要毒性生物碱在炮制过程中的变化 ( 二 ) 小檗碱的理化性质 1. 性状 1 自水或稀乙醇中析出的小檗碱为黄色针状结晶, 含 5.5 分子结晶水,100 干燥后仍能保留 2.5 分子结晶水, 加热至 110 变为黄棕色, 于 160 分解 2 盐酸小檗碱为黄色小针状结晶, 加热至 220 左右分解, 生成红棕色小檗红碱, 继续加热至 285 左右完全熔融 注意 : 小檗碱及其盐类干燥时, 温度不宜过高, 一般不超过 碱性小檗碱属季铵型生物碱, 可离子化而呈强碱性, 其 pka 值为 溶解性 1 游离小檗碱能缓缓溶解于水中, 易溶于热水或热乙醇, 在冷乙醇中溶解度不大, 难溶于苯 氯仿 丙酮等有机溶剂 2 小檗碱盐酸盐在水中溶解度较小, 为 1:500, 较易溶于沸水, 难溶于乙 毒性大小 : 双酯型乌头碱 > 单酯型乌头碱 > 无酯键的醇胺型生物碱 ( 三 ) 川乌生物碱的生物活性现代药理学研究表明, 乌头和附子的提取物具有镇痛 消炎 麻醉 降压及对心脏产生刺激等作用, 其有效成分为生物碱 附子具有升压 扩张冠状动脉等作用, 中医用于回阳救逆 从日本附子中分离出 dl- 去甲乌药碱, 含量甚少, 但有强心作用 ( 四 ) 川乌生物碱在临床应用中应注意的问题由于乌头碱类化合物有剧毒, 用之不当易致中毒, 且毒性较强,0.2mg 即可中毒,2~4mg 即可致人死亡 其药物引起的不良反应主要涉及神经系统及心血管系统, 临床应用时需注意 此外, 乌头不宜与半夏 瓜蒌 贝母 白蔹 白及等同用, 临床配伍时应注意 五 洋金花 ( 一 ) 洋金花中主要生物碱成分及其化学结构主要化学成分 : 莨菪碱 ( 阿托品 ) 山莨菪碱 东莨菪碱 樟柳碱和 N- 去甲莨菪碱

15 中国药典 指标成分 : 硫酸阿托品 氢溴酸东莨菪碱 结构分类 : 莨菪烷类生物碱, 由莨菪醇类和芳香族有机酸结合生成的一元酯类化合物 多种生物碱沉淀试剂产生沉淀反应 除此之外, 还可以用以下鉴别方法进行检识 1. 氯化汞沉淀反应莨菪碱 ( 或阿托品 ) 在氯化汞的乙醇溶液中发生反应生成黄色沉淀, 加热后沉淀变为红色 在同样条件下, 东莨菪碱则生成白色沉淀 2.Vitali 反应莨菪碱 ( 或阿托品 ) 东莨菪碱等莨菪烷类生物碱分子结构中具有莨菪酸部分者, 用发烟硝酸处理, 产生硝基化反应, 生成三硝基衍生物, 此物再与苛性碱醇溶液反应, 分子内双键重排, 生成醌样结构的衍生物而呈深紫色, 渐转暗红色, 最后颜色消失 ( 二 ) 莨菪烷类生物碱的理化性质 1. 性状 1 莨菪碱为细针状结晶 ( 乙醇 ),mp 111, 其外消旋体阿托品是长柱状结晶,mp 118, 加热易升华 医用阿托品为硫酸盐 (B2 H2S04 H20),mp195~ 东莨菪碱为黏稠状液体, 但形成一水化物为结晶体,mp59 3 山莨菪碱为无色针状结晶, 自苯中结晶含一分子苯,mp62~64 2. 旋光性这些生物碱除阿托品无旋光性外, 其他均具有左旋旋光性 除山莨菪碱所表现的左旋性是几个手性碳原子的总和外, 其他三个生物碱的旋光性均来自莨菪酸部分 阿托品是莨菪碱的外消旋体, 这是由于莨菪碱的莨菪酸部分的手性碳原子上的氢位于羰基的 α- 位, 容易烯醇化产生互变异构 在酸碱接触下或加热时, 可通过烯醇化起外消旋作用而成为阿托品 3. 过碘酸氧化乙酰丙酮缩合反应 (DDL 反应 ) 樟柳碱分子具邻二羟基结构, 可被过碘酸氧化生成甲醛, 然后甲醛与乙酰丙酮在乙酰胺溶液中加热, 缩合成二乙酰基二甲基二氢吡啶 (DDL) 而显黄色 ( 四 ) 洋金花中生物碱的生物活性现代药理研究表明, 莨菪碱及其外消旋体阿托品有解痉镇痛 解救有机磷中毒和散瞳作用 ; 东莨菪碱除具有莨菪碱的生理活性外, 还有镇静 麻醉作用 ( 五 ) 洋金花在临床应用中应注意的问题食用过量或误食易致中毒, 少儿较为多见 其中毒机制主要为 M- 胆碱反应 对周围神经表现为抑制副交感神经功能作用, 对中枢神经系统则为兴奋作用, 严重者转入中枢抑制, 也可影响呼吸及温度调节中枢 六 马钱子 ( 一 ) 马钱子中主要生物碱的化学结构与毒性主要生物碱 : 士的宁 ( 又称番木鳖碱 ) 和马钱子碱, 还含少量的 10 余种其他吲哚类生物碱 中国药典 指标成分 : 士的宁 马钱子碱 结构分类 : 吲哚类生物碱 3. 碱性 性状 : 1 士的宁为单斜柱状结晶 (EtOH),mp 286~289, 味极苦, 毒性极强 104 o (EtOH), 影响因素 : 空间效应 + 诱导效应 碱性强弱 : 莨菪碱 ( pka 9.65)> 山莨菪碱 > 东莨菪碱 樟柳碱 ( pka 7.5) 4. 溶解性 1 莨菪碱 ( 或阿托品 ) 亲脂性较强, 易溶于乙醇 三氯甲烷, 可溶于四氯化碳 苯, 难溶于水 2 东莨菪碱有较强的亲水性, 可溶于水, 易溶于乙醇 丙酮 乙醚 三氯甲烷等溶剂, 难溶于苯 四氯化碳等强亲脂性溶剂 3 樟柳碱的溶解性与东莨菪碱相似, 也具较强的亲水性 4 山莨菪碱由于多一个羟基, 亲脂性较莨菪碱弱, 能溶于水和乙醇 亲水性强弱 : 莨菪碱<山莨菪碱<东莨菪碱 樟柳碱 5. 水解性莨菪烷类生物碱都是氨基醇的酯类, 易水解, 尤其在碱性水溶液中更易水解 如莨菪碱 ( 阿托品 ) 水解生成莨菪醇和莨菪酸 ( 三 ) 莨菪烷类生物碱的鉴别反应莨菪烷类生物碱的鉴别反应莨菪烷类生物碱具有一般生物碱的通性, 能与 2 马钱子碱为针状结晶 ( 丙酮 - 水 ),mp178, 127 o (CHCl3), 味极苦, 有强毒性 ( 二 ) 马钱子生物碱的鉴别方法 1. 与硝酸作用士的宁与硝酸作用显淡黄色, 再于 100 加热蒸干, 残渣遇氨气转变为紫红色 马钱子碱与浓硝酸接触即显深红色, 再加氯化亚锡溶液, 则由红色转变为紫色 2. 与浓硫酸 / 重铬酸钾作用士的宁加浓硫酸 1ml, 加少许重铬酸钾晶体, 最初显蓝紫色, 渐变为紫堇色 紫红色, 最后为橙黄色 马钱子碱在此条件下不能产生相似的颜色反应 ( 三 ) 马钱子在临床应用中应注意的问题马钱子所含生物碱主要是士的宁和马钱子碱, 前者约占总生物碱的 45%, 是主要的有效成分, 亦是有毒成分, 成人用量 5~10mg 可发生中毒现象,30mg 可致死 此外, 有毒成分能经皮肤吸收, 外用不宜大面积涂敷 药物 苦参 麻黄 黄连 川乌 洋金花 生物碱 苦参碱和氧化苦参碱, 此外还含有羟基苦参碱 N- 甲基金雀花碱 安娜吉碱 巴普叶碱和去氢苦参碱 ( 苦参烯碱 ) 等 麻黄碱和伪麻黄碱为主, 前者占总生物碱的 40%~90% 此外还含少量的甲基麻黄碱 甲基伪麻黄碱和去甲基麻黄碱 去甲基伪麻黄碱 小檗碱 巴马丁 黄连碱 甲基黄连碱 药根碱和木兰碱 乌头碱 次乌头碱和新乌头碱 莨菪碱 ( 阿托品 ) 山莨菪碱 东莨菪碱 樟柳碱和 N- 去甲莨菪碱 药典 指标成分 苦参碱 氧化苦参碱 盐酸麻黄碱 盐酸小檗碱 乌头碱 次乌头碱和新乌头碱 硫酸阿托品 氢溴酸东莨菪碱 结构分类 双稠哌啶类 机胺类 苄基异喹啉类 二萜类生物碱 莨菪烷类

16 马钱子 士的宁 ( 又称番木鳖碱 ) 和马钱子碱 士的宁 马钱子碱 吲哚类 第三章糖和苷内容提要 : 1. 糖和苷的分类与结构特征 2. 糖和苷的理化性质 3. 苷的提取与分离方法 4. 苷类化合物的结构研究 5. 苦杏仁第一节糖的定义与分类 ( 一 ) 糖的定义糖类又称碳水化合物, 从化学结构上看, 是多羟基醛或多羟基酮类化合物以及它们的缩聚物和衍生物 通式 :CX(H2O)Y (2) 六碳醛糖 ( 二 ) 糖的分类根据能否水解和分子量大小分类 (3) 甲基五碳醛糖 1. 单糖糖结构可以用 Fischer 投影式和 Haworth 投影式表示 (4) 六碳酮糖 (5) 糖醛酸 ( 单糖分子中羟甲基氧化成羧基的化合物叫糖醛酸 ) 将单糖 Fischer 投影式中距羰基最远的那个不对称碳原子的构型定为整个糖分子的绝对构型, 其羟基向右的为 D 型, 向左的为 L 型 单糖成环后, 生成一对差向异构体 α 与 β 两种构型 : 1Fischer 式中 C1-0H 与原 C5( 六碳糖 ) 或 C4( 五碳糖 )-OH 顺式的为 α, 反式的为 β 2Haworth 式中 C1-0H 与 C5( 或 C4) 上取代基 (C6 或 C5) 同侧的为 β, 异侧的为 α (1) 五碳醛糖 单糖的缩写 : 葡萄糖 半乳糖 甘露糖 鼠李糖 木糖 果糖 阿拉伯糖 2. 低聚糖由 2~9 个单糖分子通过糖苷键聚合而成酌直糖链或支糖链的聚糖称为低聚糖 依据单糖个数分类 : 依据是否含有游离的醛基或酮基分类 : glc gal man rha xyl fru ara 与苷元连接的二糖常见的有龙胆二糖 麦芽糖 冬绿糖 蚕豆糖 昆布二糖 槐糖 芸香糖 新橙皮糖等 其 Haworth 投影式如下 :

17 鉴别 : 淀粉遇碘显色, 颜色随聚合度的增高而加深加深 ( 由红色 紫色 紫蓝色 蓝色 ) 通常聚合度为 4~6 不呈色,12~18 呈红色,50 以上呈蓝色 胶淀粉因支链的平均聚合度只有 20~25, 故遇碘仅呈紫红色 ; 糖淀粉则遇碘呈蓝色 第二节苷的定义与分类 一 苷的定义苷类化合物是由糖或糖的衍生物 ( 如氨基糖 醛糖酸等 ) 与非糖类化合物 ( 称苷元或配基 ), 通过糖的端基碳原子连接而成的化合物 3. 多糖水溶性多糖 :1 如淀粉 菊糖 黏液质 果胶等 ( 多为动 植物体内贮存营养的物质 ) 2 如人参多糖 黄芪多糖 刺五加多糖 昆布多糖等 ( 植物体内的初生代谢产物, 常具有多方面的生物活性 ) 水不溶性多糖 : 直链糖分子, 如纤维素, 甲壳素等淀粉由直链的糖淀粉和支链的胶淀粉组成 1 糖淀粉为 α1 4 连接的 D- 葡萄吡喃聚糖, 聚合度一般为 300~350, 高的可达 1000, 能溶于热水得澄明溶液, 通常占淀粉总量的 l7%~34% 2 胶淀粉也是 α1 4 葡聚糖, 但有 α1 6 的支链, 平均支链长为 25 个葡萄糖单位, 聚合度为 3000 左右, 不溶于冷水, 在热水中呈胶状 1. 性状形态 : 多为具有吸湿性的无定形粉末, 少数结晶味道 : 一般无味, 少数有甜或苦味, 如穿心莲新苷具有苦味 2. 溶解性大多数的苷具有一定的水溶性 ( 亲水性 ), 其亲水性随糖基的增多而增大 ; 碳苷无论在水中, 还是在有机溶剂中, 溶解度均较小 3. 旋光性天然苷类多呈左旋 苷水解后生成的糖多为右旋, 因而常使混合物呈右旋 比较水解前后旋光性的变化, 可用以检识苷类的存在 二 苷的分类按苷元的化学结构可分 : 香豆素苷 黄酮苷 蒽醌苷 木脂素苷等按苷在植物体内的存在状态可分 : 原生苷与次生苷按苷键原子的不同可将苷分 : 氧苷 硫苷 氮苷和碳苷, 其中以氧苷最为常见按连接糖基的数目可分 : 单糖苷 二糖苷 三糖苷等按连接糖链的数目可分 : 单糖链苷 双糖链苷等 ; 按其来源分类可分为人参皂苷 柴胡皂苷等按苷的生理作用分类, 如强心苷 有的按苷的特殊物理性质分类, 如皂苷 ( 一 ) 按苷元的化学结构分类根据苷元的结构可分为氰苷 香豆素苷 木脂素苷 蒽醌苷 黄酮苷 吲哚苷等 如苦杏仁苷 七叶内酯苷 靛苷 ( 二 ) 按苷类在植物体内的存在状况分类原存在于植物体内的苷称为原生苷, 水解后失去一部分糖的称为次生苷 如苦杏仁苷 ( 原生苷 ), 水解后失去一分子葡萄糖生成野樱苷 ( 次生苷 ) ( 三 ) 按苷键原子分类按苷键原子的不同可将苷分 :O- 苷 S- 苷 N- 苷和 C- 苷, 其中以 O- 苷最为常见

18 1. 氧苷 (O- 苷 ) 以苷元不同又可分为醇苷 酚苷 氰苷 酯苷和吲哚苷 (1) 醇苷通过醇羟基与糖端基羟基脱水而成的苷, 如红景天苷 毛莨苷 獐牙菜苦苷 海星环苷等 醇苷苷元中不少属于萜类和甾醇类化合物, 其中强心苷和皂苷是醇苷中的重要类型 (5) 吲哚苷吲哚醇与糖的端基碳相连, 如豆科属和蓼蓝中特有的靛苷 其苷其苷元吲哚醇无色, 易氧化成暗蓝色的靛蓝 ( 中药青黛就是粗制靛蓝, 有抗病毒作用 ) (2) 酚苷通过酚羟基而成的苷, 苯酚苷 萘酚苷 蒽醌苷 香豆素苷 黄酮苷 木脂体苷等都属于酚苷 如天麻苷 水杨苷等 2. 硫苷 (S- 苷 ) 糖端基羟基与苷元上巯基缩合而成的苷称为硫苷 如芥子苷 萝卜苷等 煮萝卜时的特殊气味与硫苷元的分解产物有关 (3) 氰苷主要是指一类 α- 羟腈的苷 特点 : 多数为水溶性, 不易结晶, 容易水解, 尤其有酸和酶催化时水解更快 生成的苷元 α 羟腈很不稳定, 立即分解为醛 ( 酮 ) 和氢氰酸, 而在碱性条件下苷元容易发生异构化 3. 氮苷 (N- 苷 ) 通过氮原子与糖的端基碳相连的苷称为 N- 苷, 苷元通常是嘌呤或嘧啶及其衍生物 如核苷类物质腺苷 鸟苷 胞苷和尿苷等, 都为嘌呤或嘧啶的 β-d- 核糖苷 另外, 中药巴豆中的巴豆苷是与腺苷结构相似的 N- 苷 注意 : 苦杏仁苷水解后可产生 HCN, 对呼吸中枢起镇静作用, 故少量服用可起镇咳作用, 但大剂量可中毒, 引起组织窒息 因此对含氰苷的中药或制剂要严格控制用药量 氰苷中的 γ- 羟腈苷和氧化偶氮基类等, 水解不产生氢氰酸 例如垂盆草苷就属于 γ- 羟腈苷, 遇稀碱即能定量地转变成为异垂盆草苷, 而不生成氢氰酸 4. 碳苷 (C- 苷 ) 碳苷是一类糖基直接以 C 原子与苷元的 C 原子相连的苷类, 由苷元酚基所活化的邻或对位氢与糖的端基羟基脱水缩合而成 碳苷以黄酮碳苷最为常见, 常与 O- 苷共存, 如牡荆素 芦荟苷是最早发现的结晶性蒽酮碳苷 特点 : 碳苷类具有溶解度小, 难于水解的共同特点 (4) 酯苷苷元以羧基和糖的端基碳相连接 特点 : 苷键既有缩醛性质又有酯的性质, 易为稀酸和稀碱所水解, 如山慈菇苷 A 某些二萜和三萜的羧基上也常构成酯苷结构, 尤其在三萜皂苷中多见, 如土槿皮甲酸和乙酸 苷的结构分类总结 :

19 类型 氧苷 硫苷 氮苷 碳苷 含义 醇苷 酚苷 通过醇羟基与糖端基羟基脱水而成 通过酚羟基与糖端基羟基脱水而成 代表性化合物 红景天苷 毛茛苷 獐牙菜苷 海星环苷 天麻苷 水杨苷 氰苷主要指一类 α- 羟基氰的苷苦杏仁苷 酯苷 吲哚苷 苷元以羧基和糖的端基碳相连的苷 吲哚醇与糖的端基碳相连的苷 糖端基羟基与苷元上巯基缩合而成的苷 通过氮原子与糖的端基碳相连的苷 山慈菇苷 A 土槿皮甲酸和乙酸 靛苷 萝卜苷 芥子苷 腺苷 巴豆苷 糖基直接以 C 原子与苷元的 C 原子芦荟苷 牡荆素相连的苷 第三节糖和苷化学性质一 糖的化学性质 1. 氧化反应单糖分子中有醛 ( 酮 ) 基 伯醇基 仲醇基和邻二醇基结构单元, 可被氧化 氧化顺序 : 醛 ( 酮 ) 基 > 伯醇基 > 仲醇基 分子中邻二醇羟基的数目以及碳的构型等 2. 羟基反应活泼顺序 : 半缩醛羟基 > 伯醇羟基 >C2- 羟基 (1) 醚化反应常用的醚化反应 : 甲醚化 三甲基硅醚化和三苯甲醚化等 常用的甲醚化方法有 :Haworth 法 Purdic 法 Kuhn 法 箱守法 (Hakomori) 其中箱守法和改良箱守法的甲醚化能力最强, 后处理也相对简单, 是最常用的甲醚化方法 箱守法中由于能产生初生氢也会使某些基团还原, 在实际应用时应注意 箱守法 : 在二甲基亚砜 (DMSO) 中用 NaH 和 CH3I 进行反应 (2) 酰化反应常用的酰化反应 : 乙酰化 甲苯磺酰化 酰化反应所用溶剂多为醋酐, 催化剂多为吡啶 氯化锌 醋酸钠等, 通常在室温放置下即可获全乙酰化物 (3) 缩醛和缩酮化反应酮或醛在脱水剂作用下易与具有适当空间的 1,3- 二醇羟基或邻二醇羟基生成环状的缩醛或缩酮 常用脱水剂 : 无机酸 无水氯化锌 无水硫酸铜等 可以利用缩醛 缩酮反应作为某些羟基保护剂, 也可利用它来推测结构中有无顺邻二醇羟基或 1,3- 二醇羟基 对于特定的糖还可推测其氧环大小 重要氧化反应 : (1) 葡萄糖银镜反应 : CH2OH-CHOH-CHOH-CHOH-CHOH-CHO+2Ag(NH3)2OH CH2OH-CHOH-CHOH-CHOH-CHOH-COONH4+2Ag +3NH3+H2O (4) 硼酸络合反应具有邻二羟基的化合物可与硼酸 试剂反应生成络合物, 处在同一平面上的羟基才能形成稳定的络合物 (2) 葡萄糖 ( 还原糖 ) 斐林反应 : 葡萄糖 + Cu(OH)2 Cu2O ( 砖红色沉淀 ) 可用于鉴定可溶性还原糖 ( 既醛基 ) 的存在 用斐林试剂鉴定可溶性还原糖时, 溶液的颜色变化过程为 : 浅蓝色 棕色 砖红色 ( 沉淀 ) (3) 溴水氧化 : 只氧化醛糖, 不氧化酮糖, 可作为鉴别反应 (4) 硝酸氧化 : 不但可以氧化糖的醛基, 还可以氧化糖端基的 -CH20H 这可作为糖二酸的制备方法, 还常用于糖结构的测定 (5) 过碘酸氧化 : 1 适用范围 : 邻二醇 α- 氨基醇 α- 羟基醛 ( 酮 ) α- 羟基酸 邻二酮 酮酸和某些活性次甲基 只是对于 α- 羟基醛 ( 酮 ) 反应慢, 对酮酸反应非常慢 ; 2 在中性或弱酸性条件下, 对顺式邻二醇羟基的氧化速度比反式快得多, 但在弱碱性条件下顺式和反式邻二醇羟基的反应速度相差不大 ; 3 对固定在环的异边并无扭曲余地的邻二醇羟基不反应 ; 3. 羰基反应 (1) 除可发生氧化反应外, 糖的羰基还可被催化氢化或金属氢化物还原, 其产物叫糖醇 该反应与硝酸氧化一样常用于糖的结构测定 (2) 具有醛或酮羰基的单糖可与苯肼反应, 首先生成腙, 在过量苯肼存在下 D- 羟基继续与苯肼作用生成脎 除糖外 α- 羟基醛或酮均可发生类似反应 二 苷键的裂解 1. 酸催化水解常用的酸 : 盐酸 硫酸 乙酸 甲酸等 机制 : 苷原子先质子化, 然后断键生成碳正离子或半椅型中间体, 在水中溶剂化而成糖 4 对开裂邻二醇羟基的反应几乎是定量进行的, 生成的 HIO3 可以滴定, 最终的降解产物 ( 如甲醛 甲酸等 ) 也比较稳定 ; 5 反应在水溶液中进行 通过测定 HI04 的消耗量以及最终的降解产物, 可以推测出糖的种类 糖的氧环大小 ( 吡喃糖或呋喃糖 ) 糖与糖的连接位置 苷键酸水解的难易规律 :

20 (1) 按苷键原子的不同, 酸水解由易到难的顺序为 :N- 苷 >0- 苷 >S- 苷 > C- 苷 当 N 处于苷元中酰胺 N 或嘧啶 N 位置时,N- 苷也难水解 (2) 按苷中糖的种类不同, 酸水解由易到难的顺序为 : 1 呋喃糖苷 > 吡喃糖苷 2 酮糖苷 > 醛糖苷 酮糖多为五元呋喃糖 3 吡喃糖苷中, 五碳糖苷 > 甲基五碳糖苷 > 六碳糖苷 > 糖醛酸苷 4 氨基糖较羟基糖难水解, 羟基糖又较去氧糖难水解 水解难易顺序 : 2,6- 去氧糖苷 >2- 去氧糖苷 >6- 去氧糖苷 >2- 羟基糖苷 >2- 氨基糖苷 (N O 为吸电子基团, 与之相连不利于水解 ) (3) 苷元的种类不同时 : 1 芳香苷较脂肪苷易于水解 ( 芳香苷苷元有供电子结构, 较易水解 ) 2 苷元为小基团时 : 苷键为 e 键 ( 横键 ) 较 a 键 ( 竖键 ) 易水解 ; 苷元为大基团时 : 苷键为 a 键较 e 键易于水解 2. 碱催化水解水解对象 : 酯苷, 及酚苷 烯醇苷 β- 吸电子基的苷等具有酯性质的苷 一般的苷键对碱稳定 如水杨苷 4- 羟基香豆素苷 藏红花苦苷等都可为碱所水解 第五节结构鉴定一 糖的鉴定 ( 纸色谱 薄层色谱 气象色谱 离子交换色谱 液相色谱 ) ( 一 ) 纸色谱展开剂 : 常用水饱和的有机溶剂为展开溶剂系统, 其中以正丁醇 - 乙醇 - 水和水饱和的苯酚两种系统应用最为普遍 ( 如果要增加糖在含水量比较少的系统如水饱和的正丁醇中的 Rf 值, 可以在其中加入乙酸 吡啶或乙醇等增加它的含水量 ) 单糖 Rf 规律 : 1 碳原子数目少的糖 Rf 值比碳原子多的大 ; 2 若碳原子数目相同, 则酮糖比醛糖的大, 去氧糖更大 ; 3 分子组成相同的糖, 构象式中竖键羟基多的比横键羟基多的 Rf 值大纸层析的糖斑点显色意义 :1 确定糖斑点的位置 ;2 区别糖的类型 3. 酶催化水解特点 : 专属性高 条件温和 即可得到苷元, 又可得到次级苷 常用的酶有 : 1β- 果糖苷水解酶 : 如转化糖酶, 可以水解 β- 果糖苷键而保存其他苷键结构 2α- 葡萄糖苷水解酶 : 如麦芽糖酶 3β- 葡萄糖苷水解酶 : 如杏仁苷酶, 可以水解一般 β- 葡萄糖苷和有关六碳醛糖苷, 专属性较低 三 苷类的显色反应 四节提取分离方法 提取物质 原生苷 提取溶剂 方法 用 70% 乙醇 甲醇或沸杀酶保苷, 溶剂提取水提取 次生苷酶, 醇 苷元 小极性溶剂 先酶解, 后溶剂提取 先水解 ( 乙酰解 酶解 氧化开裂法 ), 后溶剂提取 抑制酶解的措施还有 : 1 新鲜植物采集后采取快速低温干燥法 ; 2 用 70% 乙醇 甲醇或沸水提取 ( 前者沉淀酶, 为可逆反应, 后者使酶变性 ); 3 提取时加入 (NH4)2S04 或 CaC03 或新鲜植物采集后即与饱和的 (NH4)2S04 水液混合研磨, 使酶沉淀 第 常用的显色剂 显色剂 硝酸银试剂 三苯四氮唑盐试剂 苯胺 - 邻苯二甲酸盐试剂 3,5- 二羟基甲苯 - 盐酸试剂 过碘酸加联苯胺 适用对象 使还原糖显棕黑色 使单糖和还原性低聚糖呈红色 使单糖中的五碳糖和六碳糖所呈颜色略有区别 使酮糖和含有酮糖的低聚糖呈红色 使糖 苷和多元醇中有邻二羟基结构者呈蓝底白斑 ( 二 ) 薄层色谱载体 : 硅胶薄层糖的极性较大, 不宜点样太多 若硅胶用 0.03 mol/l 硼酸溶液或一些无机盐的水溶液代替水调制吸附剂涂铺薄层, 则样品承载量可明显增加, 分离效果也有改善 ( 原理 : 糖在盐水中溶解度增加 ) 常用的无机盐溶液有 :0.3 mol/l 磷酸氢二钠溶液或磷酸二氢钠溶液 ; 0.02mol/L 乙酸钠溶液 ;0.02mol/L 硼酸盐缓冲液 ;0.1 mol/l 亚硫酸氢钠水溶液等 薄层层析的显色

21 3.2D-NMR 和 NOE 差谱技术如在以下化合物 HMBC 谱中可以观察到 1''-H 和 7-C,1'''-H 和 3''' -C 以及 1''' ' -H 和 6'''-C 的远程相关, 由此可判断糖与苷元及单糖之间的 ( 三 ) 气相色谱 限制因素 解决方法 难于挥发制备成三甲基硅醚来增加挥发性 易于形成端基异构体 将醛糖用 NaBH4 还原成多元醇, 然后制成乙酰化物或三氟乙酰化物来避免 注 : 在糖链的结构研究中, 部分甲基化的糖, 以及 Smith 裂解获得的产物也常制备成挥发性衍生物进行气相鉴定 ( 四 ) 离子交换色谱原理 : 应用糖的硼酸络合物进行离子交换色谱用离子交换树脂分离单糖和低聚糖, 以 3,5- 二羟基甲苯 - 浓 H2S04 显色, 在 425 nm 进行测定 ( 五 ) 液相色谱 ( 了解 ) 适用范围 : 对热不稳定的, 不挥发的低聚糖和多糖缺点 : 分析单糖和低聚糖方面其灵敏度不及气相色谱早期液相色谱分离糖类的柱填充材料主要是硼酸处理过的离子交换树脂, 颗粒平均直径 10μm 左右 而目前填充材料的范围很广, 用得最多的是一些经化学修饰的硅胶类 液相色谱备有几种检测器, 其中折光检测器的灵敏度为可检出 20μg 二 糖链的结构测定 ( 一 ) 分子量的测定苷的分子量测定目前大多采用质谱法 由于其极性大导致热挥发性差, 电子轰击法 (EI) 和化学电离 (CI) 常不能得到理想的结果, 一般采用场解吸 (FD) 快原子轰击 (FAB) 电喷雾 (ESI) 等方法获得 [M+H] + [M+Na] + 等准分子离子峰 ( 二 ) 单糖的鉴定糖链的组成及单糖比例的确定 : 苷键全部酸水解, 然后用纸色谱检出单糖的种类 经显色后用薄层扫描仪求得各种糖的分子比 单糖的定性定量也可以通过苷全甲基化并水解后得到的甲基化单糖的气相色谱测定, 但需要各种各样的甲基化单糖作标准品 ( 三 ) 单糖之间连接位置的确定 1. 将苷全甲基化, 然后水解苷键, 鉴定所有获得的甲基化单糖, 其中游离的 -OH 的部位就是连接位置 水解要尽可能温和, 否则会发生去甲基化反应和降解反应 连接顺序 ( 五 ) 苷键构型的决定测定苷键构型的问题主要有三种方法, 即酶催化水解方法 分子旋光差法 (Klyne 法 ) 和 NMR 法 1. 利用酶水解进行测定如麦芽糖酶能水解 α- 苷键, 而杏仁苷酶能水解 β- 苷键 但必须注意并非所有的 β- 苷键都能为杏仁苷酶所水解 2. 利用 Klyne 经验公式进行计算具体算法 :1 将未知苷键构型的苷及其水解所得的苷元, 先测定其旋光度, 再 通过计算得到其分子比旋 2 然后再用苷的分子的比旋减去苷元的分子比旋, 求得 其差值为 公式如下 : 3 将此差值与形成该苷的单糖的一对甲苷的分子比旋相比较, 如果与 α- 甲苷的数值相近, 可以认为其苷键为 α- 苷键, 如果与 β- 甲苷的数值相近, 则可认为其苷键为 β- 苷键 表 3-3 α- 和 β- 吡喃醛糖甲苷的分子比旋度 实例 : 豆甾醇 -D- 葡萄糖苷的苷键构型的计算 : 用 C-NMR 中的苷化位移来确定各种单糖的碳原子都有各自的化学位移 如果糖上有烷基或吸电子基取代, 则被取代的碳原子 (α- 碳原子 ) 的化学位移向低场移动, 而相邻的碳原子 (β- 碳原子 ) 一般稍向高场移动, 其他碳原子则基本不变, 这种苷化前后糖和苷元有关碳的化学位移变化称为苷化位移 查阅表 3-3, 已知 α-d- 葡萄糖的 = ;β-d- 葡萄糖甲苷的 ( 四 ) 糖链连接顺序的确定 1. 化学法如缓和水解法 Smith 降解法 2. 质谱法在快原子轰击质谱 (FAB-MS) 中有时会出现苷分子中依次脱去末端糖的碎片离子峰 如果单糖的质量不同, 可由此确定糖的连接顺序 =-66.4 ; 计算值 与 较接近, 因此可确定其苷键为 β- 构型 3. 利用 NMR 进行测定 1 1 在糖的 H-NMR 谱中, 端基质子信号在 δ5.o 附近, 其他一般糖环质子信号在 δ3.5~4.5 间 2 可以根据 C1-H 和 C2-H 的偶合常数 (J 值 ) 来判断苷键构型 ( 或端基碳和 端基质子间的偶合常数来区别 ) 绝大多数的吡喃糖, 如葡萄糖的优势构象中 C2-H 为竖键质子, 当 C1-0H 处在横

22 键上 (β-d- 苷 ),C1-H 和 C2-H 的两面角近 1 80,J 值约在 6~8 Hz 间 当 C1-0H 处在竖键上 (α-d- 苷 ),C1-H 和 C2-H 的两面夹角近 60, 值在 3~4 Hz 间 但甘露糖和鼠李糖的 C2 构型和葡萄糖相反,C2-H 为横键质子,α- 和 β- 异构体的 C1-H 和 C2-H 的两面夹角相近, 约在 60 左右,J 值差别不大, 因此不足以区别 α- 和 β- 异构体 这类糖的苷可以利用门控去偶技术得到的端基碳和端基质子间的偶合常数来区别, 如糖苷的 C1-H 是横键质子 (α- 苷 ), 为 170Hz 而当 C1-H 为竖键质子 (β- 苷 ), 1 JC1-H1 为 160Hz, 根据值的这种特性, 可以推测端基碳的构型 单葡萄糖苷尚有一些其他的经验判断方法 如 α- 葡萄糖苷的 IR 在 770,780cm -1 处有较强的吸收峰 葡萄糖苷的乙酰化物的质谱中,331 这一碎片峰 α 苷要比 β 苷强得多 总结 : 单糖之间连接位置的确定 糖链连接顺序的确定 苷键构型的决定 1. 通过苷全甲基化后温和酸水解确定 2. 通过 13 C-NMR 中有关碳的苷化位移确定 1. 化学法, 如缓和水解法 Smith 降解法 2. 质谱法, 依据快原子轰击质谱 (FABMS) 碎片峰确定 3.2D-NMR 和 NOE 差谱技术 1. 利用酶水解进行测定 2. 利用 Klyne 经验公式进行计算 3. 利用 NMR 进行测定 1 通过 1 H-NMR 中有关质子的化学位移确定 2 可以根据 C1-H 和 C2-H 的偶合常数 (J 值 ) 来判断苷键构型 ( 或端基碳和端基质子间的偶合常数 1 JC1-H1 来区别 ) 第六节常用中药苦杏仁中所含苷类化合物苦杏仁为蔷薇科植物山杏 西伯利亚杏 东北杏或杏的干燥成熟种子 主要苷类 : 苦杏仁苷 中国药典 指标成分 : 苦杏仁苷, 规定含量不低于 3.O% 性质分子式 :C20H27N011 三水化合物为斜方柱状结晶 ( 水 ), 熔点 200, 无水物熔点约为 易溶于水和醇, 而几乎不溶于乙醚 1 苯甲醛具有特殊的香味, 通常将此作为鉴别苦杏仁苷的方法 其具体操作为 : 取本品数粒, 加水共研, 发生苯甲醛的特殊香气 2 苯甲醛可使三硝基苯酚试纸显砖红色, 此反应也可用来鉴定苦杏仁苷的存在 具体操作为 : 取苦杏仁数粒, 捣碎, 称取约 0.1 g, 置试管中, 加水数滴使湿润, 试管中悬挂一条三硝基苯酚试纸, 用软木塞塞紧, 置温水浴中,10 分钟后, 试纸显砖红色 由于苦杏仁苷易被酸 酶水解, 故贮存和运输中应注意通风 干燥 杀酶, 并避免与酸接触 注意 : 苦杏仁苷水解后可产生 HCN, 对呼吸中枢起镇静作用, 故少量服用可起镇咳作用, 但大剂量可中毒, 引起组织窒息 因此对含氰苷的中药或制剂要严格控制用药量 重要考点总结 : 1. 糖的分类 常见单糖的结构特征和英文缩写 2. 直链和支链淀粉的区别和鉴别方法 3. 苷的定义 分类和结构特征 4. 苷类提取与分离的注意事项 ( 杀酶保苷 ) 5. 苷键的水解 ( 酸水解 碱水解和酶催化水解 ) 6. 苷的显色反应 7. 苷类结构测定的常用方法 ( 记住总结的表 ) 8. 苦杏仁 ( 主要化合物结构 理化性质 鉴别方法和质量控制成分 ) 第四章醌类考点精要 : 1. 苯醌 萘醌 菲醌和蒽醌类化合物的分类及基本构造 ( 掌握每种结构特点及代表化合物 ) 2. 醌类化合物的颜色 升华性 溶解性及与结构的关系 ( 掌握不同类别的特殊性质 ) 3. 蒽醌类化合物的酸性及酸性强弱与结构的关系 ( 掌握分子中羧基与羟基数目及位置对酸性的影响规律 ) 4. 蒽醌类化合物的显色反应 ( 掌握不同显色反应名称 适用对象 所用显色剂及现象 ) 5. 蒽醌类化合物的常用提取分离方法 ( 掌握常用提取溶剂及分离方法和原理 ) 6. 蒽醌类化合物的 IR 光谱特征 MS 裂解规律 7. 大黄中所含主要醌类化合物的化学结构 提取分离方法 8. 丹参中所含主要醌类化合物的化学结构 鉴定方法和生物活性 9. 紫草和虎杖中主要化学成分的结构类型 ( 熟悉 ) 第一节结构与分类 醌类化合物包括醌类或容易转化为具有醌类性质的化合物, 以及在生物合成方面与醌类有密切联系的化合物 醌类化合物基本上具有 αβ-α'β' 不饱和酮的结构, 当其分子中连有 -OH -OCH3 等助色团时, 多显示黄 红 紫等颜色 在许多常用中药如大黄 虎杖 丹参 紫草等中含此类化合物, 其中许多有明显的生物活性 醌类化合物从结构上分主要有苯醌 萘醌 菲醌 蒽醌等四类 苦杏仁苷是一种氰苷, 易被酸和酶所催化水解 水解所得到的苷元 α- 羟基苯乙腈很不稳定, 易分解生成苯甲醛和氢氰酸

23 一 苯醌 四 蒽醌 代表化合物 : 从中药软紫草中分得的几个对前列腺素 PGE2 生物合成有抑制作用的活性物质 arnebinol arnebinone 等就属于对苯醌类化合物 二 萘醌 ( 一 ) 单蒽核类 1. 蒽醌及其苷类天然蒽醌以 9,10- 蒽醌最为常见, 其 C-9 C-10 为最高氧化状态, 较为稳定 中药中存在的蒽醌类成分多为蒽醌的羟基 羧甲基 甲氧基和羧基衍生物, 游离或成苷存在 根据羟基在蒽醌母核的分布, 可将羟基蒽醌分为两类 : 大黄素型和茜草素型 代表化合物 : 从中药紫草及软紫草中分得的一系列紫草素及异紫草素衍生物, 具有止血 抗炎 抗菌 抗病毒及抗癌作用, 与其清热凉血的药性相符, 可认为这些萘醌化合物为紫草的有效成分 代表化合物 : 中药丹参根中提取得到多种菲醌衍生物, 其中丹参醌 Ⅰ 丹参醌 ⅡA 丹参醌 ⅡB 隐丹参醌 丹参酸甲酯 羟基丹参醌 ⅡA 等为邻醌类衍生物, 而丹参新醌甲 丹参新醌乙 丹参新醌丙则为对醌类化合物

24 2. 氧化蒽酚类蒽醌在碱性溶液中可被锌粉还原生成氧化蒽酚及其互变异构体蒽二酚, 氧化蒽酚及蒽二酚均不稳定, 氧化蒽酚易氧化成蒽酮或蒽酚, 蒽二酚易氧化成蒽醌, 故两者较少存在于植物中 3. 蒽酚或蒽酮类蒽醌在酸性溶液中被还原生成蒽酚及其互变异构体蒽酮 在新鲜大黄中含有蒽酚类成分, 贮存 2 年以上则检测不到蒽酚 如果蒽酚衍生物的 meso 位羟基与糖缩合成苷, 则性质比较稳定, 只有经过水解去糖后, 才容易被氧化转变成蒽醌类化合物 2. 二蒽醌类蒽醌类脱氢缩台或二蒽酮类氧化均可形成二蒽醌类 天然二蒽醌类中两个蒽醌环都是相同且对称的, 由于空间位阻的相互排斥, 使两个蒽醌环呈反向排列, 如山扁豆双醌 4.C- 糖基蒽类这类蒽衍生物是以糖作为侧链通过碳 - 碳键直接与苷元相连, 如芦荟苷 3. 去氢二蒽酮类中位二惹酮脱去一分子氢被进一步氧化, 两环之间以双键相连的称为去氢二蒽酮 颜色呈紫红色 ( 二 ) 双蒽核类 4. 日照蒽酮类去氢二蒽酮进一步氧化,α 与 α' 位相连组成一六元环, 形成日照蒽酮类化合物 1. 二蒽酮类衍生物二蒽酮类是二分子蒽酮脱去一分子氢后相互结合而成的化合物 代表化合物 : 中药大黄 番泻叶中致泻的主要成分番泻苷 A B C D 等 5. 中位苯骈二蒽酮类这类化合物的结构在天然蒽衍生物中具有最高氧化程度, 也是天然产物中高度稠合的多元环系统之一 二蒽酮类化合物 C10-C10' 键易于断裂, 生成蒽酮类化合物 大黄中致泻的主要成分番泻苷 A, 就是因其在肠内转变为大黄酸蒽酮而发挥作用 醌类结构总结 ( 注意总结每种结构的代表化合物 )

25 2. 碱性由于氧原子的存在, 蒽醌类衍生物也具有微弱的碱性, 能溶于浓 H2S04 成金属铧盐后再转成阳离子, 并伴有颜色的改变 五 显色反应 1.Feigl 反应醌类衍生物在碱性条件下加热与醛类 邻二硝基苯反应, 生成紫色化合物 醌类在反应中仅起传递电子作用 第二节理化性质一 性状颜色 :1 无酚羟基醌, 则近乎无色 ;2 母核引入 -OH -OCH3 等助色团越多, 颜色越深, 有黄 橙 棕红色以至紫红色等 ( 天然多为有色晶体 ) 存在形式 : 苯醌和萘醌多以游离态存在, 蒽醌一般结合成苷存在于植物体中, 因极性较大难以得到结晶 二 升华性游离的醌类化合物一般具有升华性 升华法 ; 小分子的苯醌类及萘醌类还具有挥发性, 能随水蒸气蒸馏 水蒸气蒸馏法 2. 无色亚甲蓝显色试验无色亚甲蓝乙醇溶液 (1mg/ml) 专用于检出苯醌及萘醌 样品在白色背景下呈现出蓝色斑点, 可与蒽醌类区别 3. 反应在碱性溶液中, 羟基醌类颜色改变并加深, 多呈橙 红 紫红及蓝色 如羟基蒽醌类化合物遇碱显红至紫红色, 称为反应 蒽酚 蒽酮 二蒽酮类化合物需氧化形成羟基蒽醌后才能呈色, 其机理是形成了共轭体系 4.Kesting-Craven 反应当苯醌及萘醌类化合物的醌环上有未被取代的位置时, 在碱性条件下与含活性次甲基试剂, 如乙酰乙酸酯 丙二酸酯的醇溶液反应, 呈蓝绿色或蓝紫色 蒽醌类化合物因不含有未取代的醌环, 故不发生该反应, 可用于与苯醌及萘醌类化合物区别 三 溶解度 类型 游离醌类 醌苷类 普通苷类 极性 较小 较大 较碳苷 ( 芦荟苷 ) 小 溶解性 几乎不溶于水溶于乙醇 乙醚 苯 三氯甲烷等有机溶剂 易溶于甲醇 乙醇 热水不溶于苯 乙醚等非极性溶剂 不溶于水易溶于吡啶 四 酸碱性 1. 酸性醌类化合物多具有酚羟基, 显酸性 加碱成盐, 加酸析出 碱提酸沉 醌类化合物的酸性规律 : 1 带羧基的蒽醌类化合物酸性强于不带羧基的 ; 2 羟基位于苯醌或萘醌的醌核上则属插烯酸结构, 酸性与带羧基的蒽醌类衍生物类似 ; 3 由于 α- 羟基蒽醌中的 -OH 与 C=O 形成分子内氢键, 故酸性弱于 β- 羟基蒽醌衍生物 ; 4 羟基数目越多, 酸性越强 5. 与金属离子的反应蒽醌类化合物如具有 α- 酚羟基或邻二酚羟基, 则可与 Pb 2+ Mg 2+ 等金属离子形成络合物 与 Pb 2+ 形成的络合物在一定 ph 条件下能沉淀析出, 与 Mg 2+ 形成的络合物具有一定的颜色, 可用于鉴别 如果母核上只有一个 α-oh 或一个 β-oh, 或两个 -OH 不在同环上, 则显橙黄至橙色 ; 如已有一个 α-oh, 并另有一个 -OH 在邻位则呈蓝色至蓝紫色, 若在间位则显橙红至红色, 在对位则显紫红至紫色

26 反应名称反应试剂适用类型颜色变化 Feigl 反应 无色亚甲蓝显色试验 醛类 + 邻二硝基苯 无色亚甲蓝乙醇溶液 碱性溶液 醌类及其衍生生成紫色化物合物 白色背景下苯醌类及萘醌呈现出蓝色类斑点 羟基蒽醌类 显红至紫红色 含有活性次甲基试醌环上有未被剂 ( 如乙酰乙酸酯 呈蓝绿色或 Kesting Craven 反应取代的位置的丙二酸酯 丙二腈蓝紫色苯醌及萘醌类等 ) 的醇溶液 与金属离子的反应 含 Pb 2+ Mg 2+ 中含有 α- 酚 -OH 的位置等金属羟基或邻二酚和数目不离子的溶液 ( 如醋酸羟基结构的蒽同, 呈现不镁 ) 醌类化合物同颜色 第三节提取与分离一 提取溶解性不同 有机溶剂提取法 ( 常用甲醇或乙醇 ) 酸性不同 碱提酸沉法 ( 加碱成盐, 加酸析出 ) 小分子萘醌和菲醌具有挥发性 水蒸气蒸馏法二 分离 1. 蒽醌苷类与游离蒽醌的分离蒽醌苷类与游离蒽醌衍生物的溶解性不一样, 前者易溶于水, 而后者则易溶于有机溶剂如三氯甲烷等 1. 蒽醌的羰基频率 1 饱和直链酮型羰基的典型伸缩频率为 1715cm-1 2 由于 α,β 位存在共轭系统, 故未取代蒽醌伸缩频率为 1675cm-1 3 当醌环取代吸电子基团时, 频率变高 波数增加 ; 取代供电子基团时, 频率变低 波数减少 2. 羟基蒽醌的羟基频率 1α-OH 因与 C=0 缔合, 其吸收频率移至 3150 cm-1 以下, 多与不饱和 C H 的伸缩振动频率重叠 ; 2β-0H 振动频率较 α-oh 高, 在 3600~3150 cm-1 区间, 若只有一个 β -OH, 则大多数在 3300~3390 cm-1 之间有一个吸收峰, 若在 3600~3150 cm-1 之间有几个峰, 表明蒽醌母核可能有多个 β-oh 二 质谱法蒽醌类衍生物的质谱特征是分子离子峰为基峰 ; 游离醌依次脱去两分子 C0, 得到 M-C0 及 M-2C0 的强峰以及它们的双电荷峰 2. 游离蒽醌的分离 (1)pH 梯度萃取法酸性强弱顺序 : (2) 色谱法常用的吸附剂有硅胶 磷酸氢钙 聚酰胺, 一般不用氧化铝, 以免发生不可逆的化学吸附 通常酸性强的蒽衍生物被吸附性能也强, 蒽醌类比蒽酚类易被吸附 3. 蒽醌苷类的分离蒽醌苷类水溶性较强, 需要结合吸附及分配柱色谱进行分离, 常用的载体有聚酰胺 硅胶及葡聚糖凝胶 在柱色谱前需要除去大部分杂质, 常用铅盐法或溶剂法 第四节结构测定一 红外光谱法 IR 羟基蒽醌类化合物在红外区域有 νc=o(1675~1653cm-1) 羰基的伸缩振动 ν-oh(3600~3130cm-1) 羟基的伸缩振动 ν 芳环 (1600~1480cm-1) 苯核的骨架振动 第五节醌类化合物研究实例一 大黄 ( 一 ) 主要化学成分现已从大黄中分离得到蒽醌 二蒽酮 芪 苯丁酮 单宁 萘色酮等不同种类的 80 多种化合物, 大体上可分为蒽醌类 多糖类与鞣质类 其中蒽醌类及其衍生物含量为 3%~5%

27 2. 大黄中蒽醌苷的提取分离 大黄中蒽醌类及其衍生物分为游离型与结合型 游离型包括大黄酸 大黄素 土大黄素 芦荟大黄素 大黄素甲醚 异大黄素 大黄酚 虫漆酸 D 等 结合型主要包括蒽醌苷和双蒽酮苷 大多数羟基蒽醌类化合物是以苷的形式存在 中国药典 采用紫外分光光度法测定药材中芦荟大黄素 大黄酸 大黄素 大黄酚和大黄素甲醚含量, 总量不得少于干燥药材 1.5% 药材储藏置于通风干燥处 ( 二 ) 主要成分的提取 分离 1. 大黄中游离羟基蒽醌成分的提取分离 二 丹参 ( 一 ) 主要化学成分脂溶性成分大多为共轭醌 酮类化合物, 具有特征的橙黄和橙红色 如丹参酮 Ⅰ 丹参酮 ⅡA 丹参酮 ⅡB 隐丹参酮等 水溶性成分则包括丹参素, 丹参酸甲 乙 丙, 原儿茶酸, 原儿茶醛等 中国药典 采用高效液相色谱法测定药材中丹参酮 ⅡA 和丹酚酸 B 含量, 丹参酮 ⅡA 不得少于 0.20%, 丹酚酸 B 不得少于 3.0% 药材储藏需置于干燥处 ( 二 ) 鉴定方法 1 化学方法 : 脂溶性成分中的菲醌类化合物, 取少量样品, 加浓硫酸 2 滴, 丹参醌 Ⅱ 显绿色, 隐丹参醌显棕色, 丹参醌 Ⅰ 显蓝色 2 还可通过荧光法 薄层色谱法等进行相关化学成分的鉴别 ( 三 ) 生物活性丹参的药理作用有 : 减轻心肌 脑缺血再灌注损伤, 抑制血小板凝聚和血栓形成, 抑制胶原纤维的产生和促进纤维蛋白降解, 清除自由基等 主要用于治疗心脑血管疾病, 如冠心病 高血压 脑卒中 动脉粥样硬化等, 同时还用于治疗肝纤维化 消化性溃疡 白内障 癌症 记忆缺失 艾滋病等疾病 近年来开发出的丹参注射液是以丹参中水溶性成分为主的制剂, 丹参滴丸则是以脂溶性丹参酮为主的制剂 如由丹参醌 ⅡA 制得的丹参醌 ⅡA 磺酸钠注射液已用于临床, 用于治疗冠心病 心肌梗死 三 紫草主要成分为萘醌类色素, 包括乙酰紫草素 欧紫草素 紫草素 β,β- 二甲基丙烯酰紫草素 β,β- 二甲基丙烯酰欧紫草素 去氧紫根素等 中国药典 采用紫外分光光度法测定药材中羟基萘醌总含量, 以左旋紫草素计, 不得少于 0.80%; 采用高效液相色谱法测定药材中 β,β- 二甲基丙烯酰阿卡宁 (β,β- 二甲基丙烯酰欧紫草素 ) 含量, 不得少于 O.30% 药材储藏置于干燥处

28 在碳上的, 而且以 C-6 和 C-8 上出现较多 常见的简单香豆素的苷, 如茵芋苷 临床应用的紫草素为羟基萘醌的混合物, 各类成分均系萘醌分子侧链上羟基与不同酸形成的酯, 存在于紫草根中 该类成分具有抗肿瘤 抗炎和抗菌活性, 还有抗肝脏氧化损伤和抗受孕作用 另外紫草素作为天然色素已广泛应用于医药 化妆品和印染工业中 四 虎杖主要含有蒽醌类化合物, 此外还含有二苯乙烯类 黄酮类 水溶性多糖和鞣质等成分 上述蒽醌类成分包括大黄素 大黄酚 大黄酸 大黄素甲醚 -1- β-d- 葡萄糖苷 大黄素 -L-β-D- 葡萄糖苷 6- 羟基芦荟大黄素 大黄素一 8- 单甲醚 6- 羟基芦荟大黄素 -8- 单甲醚等 中国药典 采用高效液相色谱法测定药材中大黄素和虎杖苷含量, 大黄素不得少于 0.60%, 虎杖苷不得少于 0.15% 药材储藏置干燥处, 防霉, 防蛀 ( 二 ) 呋喃香豆素类呋喃香豆素结构中的呋喃环往往是由香豆素母核上所存在的异戊烯基与其邻位的酚羟基环合而成的, 成环后常常伴随着失去 3 个碳原子 ( 丙酮 ) 的变化 呋喃香豆素又分为线型和角型 (1)6,7- 呋喃骈香豆素型 ( 线型 ) 此型以补骨脂内酯为代表, 又称补骨脂内酯型 例如香柑内酯 花椒毒内酯 欧前胡内酯 紫花前胡内酯等, 其中紫花前胡内酯为未经降解的二氢呋喃香豆素 (2)7,8- 呋喃骈香豆素型 ( 角型 ) 此型以白芷内酯为代表 白芷内酯又名异补骨脂内酯, 故又称异补骨脂内酯型 如异香柑内酯, 茴芹内酯 第五章香豆素和木脂素内容提要 : 1. 香豆素的结构类型 ; 2. 香豆素的理化性质 ; 3. 香豆素的提取与分离 ; 4. 香豆素的结构鉴定 ; 5. 木脂素的理化性质 ; 6. 含香豆素 木脂素的常用中药 ( 三 ) 吡喃香豆素类香豆素 C-6 或 C-8 位异戊烯基与邻酚羟基环合而成 2,2- 二甲基 -α- 吡喃环结构, 形成吡喃香豆素 按吡喃环骈合的位置也可分为线型和角型 此外还发现 5, 6- 吡喃骈和双吡喃骈香豆素的存在 (1)6,7- 吡喃骈香豆素 ( 线型 ) 此型以花椒内酯为代表, 如美花椒内酯 第一节香豆素素 香豆素是邻羟基桂皮酸的内酯, 广泛分布于高等植物中, 尤其以芸香科和伞形科为多, 少数发现于动物和微生物 在植物体内, 它们往往以游离状态或与糖结合成苷的形式存在 (2)7,8- 吡喃骈香豆素 ( 角型 ) 此型以邪蒿内酯为代表, 如沙米丁和维斯纳丁 一 结构与分类香豆素的母核为苯骈 α- 吡喃酮 分子中苯环或 D- 吡喃酮环上常有取代基存在, 如羟基 烷氧基 苯基 异戊烯基等, 其中异戊烯基的活泼双键有机会与邻位羟基环合成呋喃或吡喃环的结构, 因此可将香豆素分为五大类, 即简单香豆素类 呋喃香豆素类 吡喃香豆素类 异香豆素类及其他香豆素类 (3) 其他吡喃香豆素 5,6- 吡喃骈香豆素如别美花椒内酯 ; 双吡喃香豆素如狄佩它妥内酯 ( 一 ) 简单香豆素类此类是指仅在苯环有取代基的香豆素类 绝大部分香豆素在 C-7 位都有含氧基团存在, 仅少数例外 伞形花内酯, 即 7- 羟基香豆素可以认为是香豆素类成分的母体 其他 C-5 C-6 C-8 位都有存在含氧取代的可能, 常见的基团有羟基 甲氧基 亚甲二氧基和异戊烯氧基等 异戊烯基除接在氧上外, 也有接 ( 四 ) 异香豆素类异香豆素是香豆素的异构体, 在植物中存在的多数为二氢异香豆素的衍生物, 其代表化合物如茵陈炔内酯 仙鹤草内酯等

29 ( 五 ) 其他香豆素类这类是指 α- 吡喃酮环上有取代基的香豆素,C-3,C-4 上常有苯基 羟基 异戊烯基等取代, 如沙葛内酯 黄檀内酯等 ( 五 ) 显色反应 1. 异羟肟酸铁反应由于香豆素类具有内酯环, 在碱性条件下可开环, 与盐酸羟胺缩合成异羟肟酸, 然后再在酸性条件下与三价铁离子络合成盐而显红色 2. 三氯化铁反应具有酚羟基的香豆素类可与三氯化铁试剂产生颜色反应, 通常是蓝绿色 3.Gibb s 反应 Gibb s 试剂是 2,6- 二氯 ( 溴 ) 苯醌氯亚胺, 它在弱碱性条件下可与酚羟基对位的活泼氢缩合成蓝色化合物 香豆素陈分中也发现二聚体和三聚体, 如 kotamin 显色原理 : 香豆素成分在碱性条件 (ph9 ~10) 下内酯环水解生成酚羟基, 如果其对位 (C 6) 位无取代, 则可以发生 Gibb s 反应 4.Emerson 反应 Emerson 试剂是氨基安替比林和铁氰化钾, 它可与酚羟基对位的活泼氢生成红色缩合物 显色机理 : 与 Gibb s 反应相似, 适合于 C 6 位无取代的香豆素成分 二 理化性质 ( 一 ) 性状游离香豆素类 : 多为结晶性物质, 大多有香味分子量小的游离香豆素多有挥发性 ( 水蒸汽蒸馏法提取 ), 并能升华 香豆素苷类 : 一般呈粉末或晶体状, 无香味无挥发性和升华性 ( 二 ) 溶解性游离的香豆素 : 能溶于沸水, 难溶于冷水易溶于甲醇 乙醇 三氯甲烷和乙醚 ; 香豆素苷 : 能溶于水 甲醇和乙醇难溶于乙醚等极性小的有机溶剂 ( 三 ) 荧光性质香豆素类在可见光下为无色或浅黄色结晶 香豆素母体本身无荧光, 而羟基香豆素在紫外光下多显出蓝色荧光, 在碱溶液中荧光更为显著 香豆素类荧光与分子中取代基的种类和位置有一定关系 : 1 在 C-7 位引入羟基即有强烈的蓝色荧光, 加碱后可变为绿色荧光 ; 2 在 C-8 位再引入 - 羟基, 则荧光减至极弱, 甚至不显荧光 呋喃香豆素多显蓝色荧光, 荧光性质常用于色谱法检识香豆素 ( 四 ) 与碱的作用及其应用香豆素类及其苷因分子中具有内酯环, 在热稀碱溶液中内酯环可以开环生成顺邻羟基桂皮酸盐, 加酸又可重新闭环成为原来的内酯 7 位甲氧基香豆素较难开环, 因为 7-OCH3 的供电子效应使羰基碳的亲电性降低 ;7- 羟基香豆素在碱液中由于酚羟基酸性成盐, 更难水解 注意 : 长时间在碱中放置或 UV 光照射, 则可转变为稳定的反邻羟基桂皮酸盐, 再加酸就不能环合成内酯环 香豆素与浓碱共沸, 往往得到酚类或酚酸等裂解产物 可用 Gibb s 反应和 Emerson 反应判断 C-6 位是否有取代基的存在 同理,8- 羟基香豆素也可用此反应判断 C-5 是否有取代 反应名称显色剂适用类型 异羟肟酸铁反应异羟肟酸铁试剂 三氯化铁反应三氯化铁溶液酚羟基 Gibb s 反应 Emerson 反应 Gibb s 试剂 (2,6- 二氯 ( 溴 ) 苯醌氯亚胺 ) Emerson 试剂 (4- 氨基安替比林和铁氰化钾 ) 香豆属内酯环 C6 位无取代 三 提取与分离香豆素的提取分离方法大致可以归纳为以下几种 1. 提取方法 ( 一 ) 水蒸气蒸馏法小分子的香豆素类因具有挥发性, 可采用水蒸气蒸馏法进行提取 ( 二 ) 碱溶酸沉法由于香豆素类具有内酯结构, 可溶于热碱液中, 加酸又析出 操作 : 用 0.5% 氢氧化钠水溶液 ( 或醇溶液 ) 加热提取, 提取液冷却后再用乙醚除去杂质, 然后加酸调节 ph 至中性, 适当浓缩, 再酸化, 则香豆素类或其苷即可析出 注意 : 不可长时间加热, 另外加热温度不能过高, 碱浓度不宜过大, 以免破坏内酯环 ( 三 ) 系统溶剂法香豆素类成分多以亲脂性的游离形式存在于植物中, 可以用一般的有机溶剂, 如甲醇 乙醇 丙酮 乙醚等提取 2. 分离方法色谱方法 :

30 吸附剂 : 中性和酸性氧化铝以及硅胶, 慎用碱性氧化铝 洗脱剂 : 常用己烷和乙醚, 己烷和乙酸乙酯等混合溶剂洗脱 除柱色谱外, 其他色谱方法如制备薄层色谱 气相色谱 高效液相色谱等都有用于香豆素类分离的 四 香豆素的波谱规律 ( 一 )UV 和 IR 光谱 UV: 1 香豆素类化合物的紫外吸收与 α- 吡喃酮相似, 在 300nm 处可有最大吸收 2 未取代的香豆素, 其紫外吸收光谱一般可呈现 275 nm 284nm 和 310nm 三个吸收峰 3 如分子中有羟基存在, 特别在 C-6 或 C-7 上, 则其主要吸收峰均红移, 有时几乎并成一峰 4 在碱性溶液中, 多数香豆素类化合物的吸收峰位置较在中性或酸性溶液中有显著的红移现象, 其吸收度也有所增大, 如 7- 羟基香豆素的 λmax325 nm (4.15), 在碱性溶液中即红移至 372nm(4.23), 这一性质有助于结构的确定 IR: 1α- 吡喃酮羰基特征吸收峰 1745~1715cm -1 2 芳环双键吸收峰 1645~1625cm -1 3 如果有羟基取代还有 3600~3200cm -1 的羟基特征吸收峰 ( 二 )NMR 谱香豆素母核环上的质子受内酯羰基吸电子共轭效应的影响,C-3 C-6 和 C-8 上的质子信号在较高场 ;C-4 C-5 和 C-7 上的质子信号在较低场 1 简单香豆素的 H-NMR 谱上可见如下特征信号 : 白蜡树皮中主要含白蜡素和七叶内酯以及白蜡树苷 以上成分均属于简单香豆素类化合物 中国药典 则采用高效液相色谱方法并规定本品按干燥品计, 含秦皮甲素 秦皮乙素的总量不得少于 1.0% 药材储藏置通风干燥处 ( 二 ) 前胡主要代表成分和主要生理活性成分 : 香豆素类化合物, 其中白花前胡以角型二氢吡喃香豆素类为主, 紫花前胡以线型二氢呋喃和二氢吡喃香豆素类为主 代表性化合物如白花前胡甲素 白花前胡乙素 白花前胡丙素 白花前胡丁素等 另尚含有芸香素 紫花前胡素 前胡丙素 D- 甘露醇等其他成分 中国药典 采用高效液相色谱法测定药材中白花前胡甲素和白花前胡乙素含量, 其中白花前胡甲素含量不少于 0.90%, 白花前胡乙素不少于 O.24% 药材储藏置阴凉干燥处, 防霉, 防蛀 7- 羟基香豆素质子信号特征 : H-3,δ6.1~6.4(d, J= 9 Hz) H-4,δ7.5~8.3(d, J=9 Hz) H-5, δ7.38(d, J=9Hz) H-6 和 H-8,δ6.87(2H,m) ( 三 ) 肿节风系统化学成分预试验表明, 其全草含有酚类 鞣质 黄酮苷 香豆素和内酯类化合物 其中香豆素类主要包括异秦皮啶 东莨菪内酯等 中国药典 采用高效液相色谱法测定药材中异秦皮啶和迷迭香酸含量, 其中异秦皮啶含量不少于 0.02%, 迷迭香酸含量不少于 0.02% 药材储藏于通风干燥处 ( 四 ) 补骨脂主要成分 : 补骨脂内酯 ( 呋喃香豆素 ), 异补骨脂内酯 ( 异呋喃香豆素 ) 和补骨脂次素等 中国药典 采用高效液相色谱法测定药材中补骨脂素和异补骨脂素含量, 两者总含量不得少于 0.70% 药材储藏置于干燥处 第二节木脂素定义 : 木脂素 (Lignans) 是一类由两分子苯丙素衍生物聚合而成的天然化合物, 主要存在于植物的木部和树脂中, 多数呈游离状态, 少数与糖结合成苷 二 含木脂素的中药实例 ( 一 ) 五味子主要成分 : 含木脂素约 5%, 近年来从其果实中分得了一系列联苯环辛烯型木脂素, 五味子醇 五味子素 五味子酯甲 乙 丙 丁和戊 中国药典 采用高效液相色谱法测定药材中五味子醇甲含量不得少于 0.40% 药材储藏通风干燥处, 防霉 性状 : 无色或白色结晶, 但新木脂素不易结晶 木脂素多数不挥发, 少数如去甲二氢愈创酸能升华 游离木脂素偏亲脂性, 难溶于水, 能溶于苯 三氯甲烷 乙醚 乙醇等 与糖结合成苷者水溶性增大, 并易被酶或酸水解 第三节香豆素类及木脂素类化合物研究实例一 含香豆素类化合物的中药实例 ( 一 ) 秦皮主要成分 : 大叶白蜡树皮中主要含七叶内酯和七叶苷 ( 二 ) 厚朴主要成分 : 苯环相连的新木脂素, 如厚朴酚以及和厚朴酚 中国药典 采用高效液相色谱法测定药材中厚朴酚与和厚朴酚含量, 两者总含量不得少于 2.0% 药材储藏于通风干燥处

31 此外, 尚有由两分子黄酮或两分子二氢黄酮, 或一分子黄酮及一分子二氢黄酮按 C-C 或 C-O-C 键方式联接而成的双黄酮类化合物 另有少数黄酮类化合物结构很复杂, 如水飞蓟素为黄酮木脂体类化合物, 而榕碱及异榕碱则为生物碱型黄酮 第六章黄酮考点精要 : 1. 黄酮类化合物的含义与结构分类 ; 2. 黄酮类化合物的理化性质 ( 性状 溶解性 酸性 显色反应 ); 3. 黄酮类化合物的提取与分离 ; 4. 中药实例 ; 5. 黄酮类化合物的结构结构鉴定 (UV,NMR) 黄酮类化合物是广泛存在于自然界的一大类化合物, 由于这类化合物大多呈黄色或淡黄色, 且分子中亦多含有酮基而因此被称为黄酮 经典定义 : 指基本母核为 2- 苯基色原酮的一系列化合物 二 黄酮苷的糖的结构与分类单糖类 :D- 葡萄糖 D- 半乳糖 D- 木糖 L- 鼠李糖 L- 阿拉伯糖及 D- 葡萄糖醛酸等 现代定义 : 泛指两个苯环 (A 与 B 环 ) 通过三个碳原子相互连接而成的一系列化合物, 其基本碳架为 C6-C3-C6 第一节结构与分类一 苷元的结构与分类分类依据 : 根据中央三碳链的氧化程度 B- 环联接位置 (2- 或 3- 位 ) 以及三碳链是否成环等特点, 可将中药中的主要的黄酮类化合物分类, 如表所示 双糖类 : 槐糖 (glc 1 2 glc) 龙胆二糖 (glc 1 6 glc) 芸香糖 (rha 1 6 glc) 新橙皮糖 (rha 1 2 glc) 刺槐二糖 (rha 1 6 gal)) 等 三糖类 : 龙胆三糖 (glc 1 6 glc 1 2 fru) 槐三糖 (glc 1 6 glc 1 2 glc) 等 酰化糖类 :2- 乙酰葡萄糖 咖啡酰基葡萄糖等 黄酮苷中糖联接位置与苷元的结构类型有关 如黄酮醇类常形成 单糖苷, 或 3,7-;3,4 - 及 7,4 - 双糖链苷等 除 O- 糖苷外, 天然黄酮类化合物中还发现有 C- 键苷, 如葛根素 葛根素木糖苷, 为中药葛根中的扩张冠状动脉血管的有效成分

32 一般易溶于水 甲醇 乙醇等强极性溶剂 难溶或不溶于苯 氯仿 乙醚等亲脂性有机溶剂 苷分子中糖基的数目多少和结合的位置, 对溶解度亦有一定影响 三 酸碱性 ( 一 ) 酸性黄酮类化合物因分子中多具有酚羟基, 故显酸性, 可溶于碱性水溶液 吡啶 甲酰胺及二甲基甲酰胺中 酸性由强至弱的顺序 : 7,4 - 二 OH>7- 或 4-0H> 一般酚羟基 >3 或 5-OH NaHCO3 Na2CO3 0.2%NaOH 4%NaOH 重要考点 : 1. 黄酮类化合物结构分类 ; 2. 黄酮苷类常连接的单糖 ; 3. 黄酮苷类常连接的双糖 第二节理化性质一 性状 1. 形态黄酮类化合物多为结晶性固体, 少数 ( 如黄酮苷类 ) 为无定形粉末 ( 可用结晶或重结晶法进行分离 ) 2. 旋光性游离的苷元中, 除二氢黄酮 二氢黄酮醇 黄烷及黄烷醇有旋光性外, 其余均无光学活性 黄酮苷类由于在结构中引入糖分子, 故均有旋光性, 且多为左旋 3. 颜色黄酮类化合物大多呈黄色, 所呈颜色主要与分子中是否存在交叉共轭体系有关, 助色团 (-OH -0CH3 等 ) 的种类 数目以及取代位置对颜色也有一定影响 黄酮 黄酮醇及其苷类多显灰黄 ~ 黄色查耳酮为黄 ~ 橙黄色二氢黄酮 二氢黄酮醇及黄烷醇几乎无色异黄酮显微黄色 7- 和 4 - 位酚羟基, 受 p-π 共轭效应影响, 酸性较强 ;3 或 5- 位酚羟基, 可与 4- 位的羰基形成分子内氢键, 故酸性最弱 此性质可用于提取 分离及鉴别工作 ( 二 ) 碱性黄酮类化合物分子中 γ- 吡喃酮环上的 1- 位氧原子, 因有未共用电子对, 故表 现出微弱的碱性, 可与强无机酸, 如浓硫酸 盐酸等生成盐, 该盐极不稳定, 加水后即分解 黄酮类化合物溶于浓硫酸中生成的盐, 常常表现出特殊的颜色, 可用于黄酮类化合物结构类型的初步鉴别 某些甲氧基黄酮溶于浓盐酸中显深黄色, 且可与生物碱沉淀试剂生成沉淀 在黄酮 黄酮醇分子中, 尤其在 7 位或 4 位引入 -OH 及 -OCH3 等供电子基团后, 产生 p-π 共轭, 促进电子移位 重排, 使共轭系统延长, 化合物颜色加深 但 -OH -0CH3 引入分子结构中其他位置, 则对颜色影响较小 花色素的颜色可随 ph 不同而改变, 一般 ph<7 时显红色,pH 为 8.5 时显紫色,pH>8.5 时显蓝色 二 溶解性黄酮类化合物的溶解度因结构类型及存在状态不同而有很大差异 1. 游离黄酮类化合物一般难溶或不溶于水 易溶于甲醇 乙醇 乙酸乙酯 氯仿 乙醚等有机溶剂及稀碱水溶液中 花色素>二氢黄酮>异黄酮>黄酮 ( 醇 ) >查耳酮 ( 原因 : 黄酮 黄酮醇 查耳酮等平面性强的分子, 分子间排列紧密, 相互用力较大, 故更难溶于水 ; 而二氢黄酮及二氢黄酮醇等, 因系非平面性分子, 分子间排列不紧密, 相互作用力较小, 有利于水分子进入, 溶解度稍大 ; 花色苷元 ( 花青素 ) 类以离子形式存在, 故水溶度较大 ) 四 显色反应黄酮类化合物的颜色反应主要是利用分子中的基本母核及其所含的酚羟基的性质 ( 一 ) 还原反应 1. 盐酸 - 镁粉反应 ( 最常用的反应 ) 方法 : 将样品溶于 1.0ml 甲醇或乙醇中, 加入少许镁粉 ( 或锌粉 ) 振摇, 滴加几滴浓盐酸,1~2 分钟内 ( 必要时微热 ) 即可显色 (+) 黄酮 ( 醇 ) 二氢黄酮 ( 醇 ) 红 ~ 紫色 ( 助色团 OH, OCH3 可使颜色加深 ) (-) 查耳酮 橙酮 儿茶素 多数异黄酮注意 : 排除假阳性, 应先加盐酸不显色, 再加镁粉 2. 四氢硼钠 ( 钾 ) 反应 ( 二氢黄酮类专属显色反应 ) 方法 : 是在试管中加入 0.1 ml 含有样品的乙醇液, 再加等量 2%NaBH4 的甲醇液,1 分钟后, 加浓盐酸或浓硫酸数滴, 生成紫至紫红色 (+) 二氢黄酮类紫 ~ 紫红色 (-) 其他黄酮类另外, 近来报道二氢黄酮可与磷钼酸试剂反应而呈棕褐色, 也可作为二氢黄酮类化合物的特征鉴别反应 ( 二 ) 金属盐类试剂的络合反应黄酮类化合物分子中若具有 3- 羟基 4- 羰基或 5- 羟基 4- 羰基或邻二酚羟基等结构, 则可以与许多金属盐类试剂如铝盐 锆盐 锶盐等反应, 生成有色的络合物或有色沉淀, 有的还产生荧光 黄酮类化合物如分子中引入的羟基增多, 则水溶性增大, 脂溶性降低 ; 而羟基被甲基化后, 则脂溶性增加 2. 黄酮苷类 1. 铝盐 样品 + 1%AlCl3( 三氯化铝 ) 下呈亮黄色荧光 ) 黄色 ( 紫外灯入 max=41 5 nm