1、第二章 植物化学的基本理论与研究方法,一、植物的化学成分 二、植物化学成分研究方法,一、植物的化学成分,包括植物体及其代谢的所有化学成分。生长条件不同有较大差别。主要有以下八大类：糖类及甙类、脂类、氨基酸蛋白质类、维生素、生物碱、挥发油和萜类、色素、鞣质等。,植物化学成分的生源学说 Biogenesis Biogenetic Origin,植物众多的化学成分有的已可用化学的或生物的方法进行合成。 植物体内的化学成分是怎样形成的？是由何种物质、经过什么新陈代谢途径形成的？,植物学、生物学、植物化学、生物化学的研究工作者从可能的新陈代谢过程，生物化学反应等多方面地进行推测植物化学成分在植物体内的形
2、成过程，这就是植物化学成分的生源学说。,生源研究主要是研究各类成分在体内生物合成的途径，各种酶在过程中所起的作用以及过程中所产生的各种中间产物的化学并测定它们的结构。 生源的研究有多种设想与途径，形成了多种学说，如异戊二烯法则、醋酸学说等已普遍应用于研究药用植物有效成分的生物合成及其途径。 随着同位素示踪技术和化学技术的发展，生源研究的进展也更为迅速。,生源研究的意义,1了解各类成分的生物合成途径以及某种成分最初由何种物质（这种物质称为前体Precursors）形成和各种中间产物后，就可以人为地在植物中注入前体或中间产物来增加所需成分的积累和产量。达到人工控制、定向培育的目的。 例如在枸椽酸的
3、新陈代谢途径中加入乌头酶（Aconilase）就可以增加枸椽酸在植物体内的积累，因枸椽酸的生成过程中必须有此种酶的存在。,2从生源关系密切的成分中来扩大生物活性物质的资源。 如三萜类与许多甾体衍生物类在生源上具密切关系，甾体衍生物类常具多种生物活性，三萜类成分在植物界分布广泛，故有可能从三萜类成分来寻找具广泛生物活性的物质。 3从生源学说来确定某类成分的结构类别。如四环三萜类成分原分类不属于三萜，以后通过生源关系的探讨，才明确地将它们划在三萜范围内。,4了解某类成分在植物体内的原始状态与代谢途径后，就可以为进行植物成分的生物合成提供理论规律，这将能更好地对生产与实践（如生药的采收时间与部位，有
4、效成分的合成等）起指导作用。,植物成分的生源分为两类： 一类是植物本身必须的营养物质，如糖类，脂肪、蛋白质等成分的新陈代谢途径。 一类是植物次生物质，如生物碱、甙类、萜类等成分的新陈代谢途径。,学说很多，不少还是设想，主要有以下几种: 醋酸酯-丙二酸酯（Acetate-Melonate）途径合成脂肪酸、酚性化合物、蒽醌等成分， 3，5-羟基-3-甲基戊酸酯（Mevalonate）途径合成萜类、甾类等成分， 莽草酸（shikimicacid）途径合成芳香族氨基酸、有机酸及其他化合物； 氨基酸途径合成生物碱等成分。,（一）糖类及甙类,糖类(suger,saccharides)又称碳水化合物(car
5、bohydrates)，广泛分布于生物体内，为植物光合作用的初生产物。糖类不仅是植物体内的贮藏养料，而且是生物合成其他有机化合物的前体。 按照组成糖类成分的糖基个数，可将糖类分为单糖、低聚糖和多糖三类。,糖 类(suger,saccharides),单糖：有200多种，n=38，而以五碳(戊糖，pentose)、六碳(己糖，hexose)单糖最多见。 低聚糖：目前仅发现由25个单糖分子组成的低聚糖，分别称为双糖(如蔗糖、麦芽糖)、三糖(如龙胆三糖、甘露三糖)、四糖(如水苏糖)、五糖(如毛蕊糖)等。 多糖：纤维素、半纤维素、菊糖（Inulin）、淀粉、树胶及粘液质等。 树胶：杂多糖，由阿拉伯糖、
6、半乳糖、葡萄糖、甘露糖、木糖等聚合成。 粘液质（粘多糖）：杂多聚糖，由阿拉伯糖、半乳糖、葡萄糖、甘露糖、木糖等聚合成。如车前子胶、石花菜琼脂、玉竹根粘液等。,甙(glycosides)又称苷、配糖体或糖杂体(heteroside)，是由糖或糖的衍生物与非糖化合物以甙键方式结合而成的一类化合物。根据甙键原子的不同分为O-甙、S-甙、N-甙和C-甙等类型，在自然界存在最多的是O-甙。甙的非糖部分称为甙元(aglycon)。 组成甙类的糖有单糖、双糖和低聚糖，最常见的是葡萄糖与鼠李糖， 甙类主要有氰甙、酚甙、硫甙、吲哚甙及生物碱甙等。,甙类(glycosides),（二）脂类(Lipids),脂类指
7、用非极性溶剂（如氯仿或乙醚）从生物细胞或组织中提取的、不溶于水的油性有机物，又称脂质。 脂类有几种不同的分类方法。主要有酰基甘油类（中性脂肪）、磷脂类、鞘脂类、固醇与脂肪酸构成的酯（类固醇）及蜡。 最丰富的脂类是三酰基甘油（脂肪），它们是多数生物的主要燃料，是化学能的最重要贮存形式。磷脂等具有极性的脂类是细胞膜的主要成分，细胞膜的许多性质是脂类成分的反映。,（三）氨基酸、蛋白质类,氨基酸（amino acid）是构成蛋白质的基本单位。 是含有一个碱性氨基和一个酸性羧基的有机化合物，氨基一般连在-碳上。 水解蛋白可获得35种氨基酸，其中20种是常见的。 按侧链R-基团的化学性质，氨基酸可分为三大
8、类：芳香族氨基酸、脂肪族氨基酸、杂环氨基酸。,蛋白质是一切生命的物质基础，是肌体细胞的重要组成部分，是人体组织更新和修补的主要原料，没有蛋白质就没有生命。 蛋白质是由20多种氨基酸组成，以氨基酸组成的数量和排列顺序不同，使人体中蛋白质多达10万种以上。 它们的结构、功能千差万别，形成了生命的多样性和复杂性。,（四）维生素,维生素（vitamin）是维持人体正常物质代谢和某些特殊生理功能不可缺少的低分子有机化合物，主要参与各种酶的组成，因其结构和理化性质不同，使其各具特殊的生理功能。 不是构成机体组织的原料，也不能为机体提供热能，只需少量即能满足机体的生理需要。 人体不能合成维生素，每日必须自食
9、物中获取。它们都是以本体形式或可被机体利用的前体形式存在于天然的食物中。,（五）生物碱,生物碱(alkaloid) ，又称植物碱，为生物体内的碱性含氮有机化合物。大多数存在于植物体中，个别存在于动物体内。 具环状结构，难溶于水，与酸可形成盐，有一定的旋光性与吸收光谱，大多有苦味，呈无色结晶状，少数为液体。,小檗碱（黄连素）,生物碱广泛分布于植物界约100余科的植物中，其中以双子叶植物为多，其次为单子叶植物、裸子植物与蕨类植物。 在地衣类和苔藓类植物中，尚未发现生物碱。 少数真菌中也有生物碱。 蛙类、蟾蜍、某些昆虫、加拿大海狸等动物中也存在生物碱。,含生物碱较多的科有粗榧科、毛莨科、小檗科、防已
10、科、罂粟科、豆科、马钱科、夹竹桃科、茄科、菊科、百合科和石蒜科等。 有些科几乎全科均含生物碱，如罂粟科。 同一科属或亲缘关系相近的植物中往往含有相同或相似的生物碱，如茄科的颠茄属(atropa)、曼陀罗属(datura)、莨菪属(hyoscyamus)、东莨菪属(scopolia)等属的植物都含有莨菪碱(hyoscyamine)。 同一种生物碱也可分布于不同科中，如在毛莨科、小檗科、防已科与芸香科的一些植物中都有小檗碱。,生物碱可存在于植物体内各个器官中，同种植物中所含生物碱常不止一种，有的可含数种至数十种。 如罂粟约含25种生物碱 长春花中含70余种生物碱。 生物碱在植物体内各部分中分布是不
11、相等的，往往集中于某一器官或某一部分中。如乌头(根)、黄连(根茎)、黄柏(树皮)、颠茄(叶)、麻黄(地上茎)、洋地黄(花)、吴茱萸(果实)、马钱子(种子)等。 在同一植物的不同部分，不但生物碱的含量有差异，而且生物碱的种类也可能不同。,生药中生物碱的含量大多低于1%。 有少数含量特别低，如长春花中长春新碱含量为百万分之一，美登木中美登木素含量为千万分之一。 也有些含量特别高，如黄连中小檗碱含量可达9%、金鸡纳皮中奎宁含量高达15%。 生物碱一般与有机酸(苹果酸、枸橼酸、酒石酸等酸和鞣酸等)结合成盐类，呈溶解状态存在于液泡中，有些是与糖结合成甙而存在，更有少数生物碱是呈游离状存在的，如咖啡碱(c
12、affeine)与秋水仙碱(colchicine)等。,生物碱是生药中一类重要的有效成分，目前已分离到10000余种，其中80余种已用于临床。 黄连中的小檗碱(berberine)用于抗菌消炎。 麻黄中的麻黄碱(ephedrine)用于平喘。 萝芙木中的利血平(reserpine)用于降压。 喜树中的喜树碱(camptothecine)与长春花中的长春新碱(vincristine)用于抗肿瘤等。,生物碱分类,生物碱种类繁多，可按生物来源、生理作用、性质及其母核的基本结构来分类。 按母核的基本结构，可将生物碱分为60类左右，其中主要有以下12类： （1）有机胺类(amines)：氮原子位于直链上
13、，如麻黄碱、益母草碱、秋水仙碱等； （2）吡咯烷类(pyrrolidine)：如古豆碱、千里光碱、野百合碱、娃儿藤碱等； （3）吡啶类(pyridine)：如菸碱、槟榔碱、半边莲碱、苦参碱等； （4）喹啉类(quinoline)：如奎宁、喜树碱等；,（5）异喹啉类(isoquinoline)：如小檗碱、吗啡、粉防已碱、石蒜碱、可待因、青藤碱、锡生藤碱等； （6）喹唑酮类(quinnazolidone)：如常山碱等； （7）吲哚类(indole)：如利血平、长春碱、麦角新碱、士的宁等； （8）莨菪烷类(tropane)：如莨菪碱、东莨菪碱、古柯碱等； （9）亚胺唑类imidazole)：如毛果芸
14、香碱等； （10）嘌呤类(purine)：如咖啡碱、茶碱、香菇嘌呤、石房蛤毒素等； （11）甾体类(steroid)：如茄碱、贝母碱、藜芦碱、澳洲茄碱等； （12）萜类(terpenes)：如猕猴桃碱、石斛碱、乌头碱、飞燕草碱、黄杨碱等。,生物碱的一般性质,1一般性状 游离的生物碱为结晶或非结晶形的固体，也有液体，如烟碱。多数无色，少数例外，如小檗碱和一叶荻碱为黄色。多数生物碱味甚苦，具有旋光性，左旋体常有很强的生理活性。 2酸碱性 大多数碱性，与酸结合成盐，结构不同，碱性强弱不一样。氮原子大多数结合在环状结构中，以仲胺、叔胺及季胺碱形式存在，均具有碱性，以季胺碱的碱性最强。 若氮原子以酰胺形
15、式存在，碱性几乎消失。 有些生物碱分子中除含碱性氮原子外，还含有酚羟基或羧基，既能与酸，也能与碱反应生成盐。,溶解性 游离生物碱极性较小，不溶或难溶于水，溶于氯仿、二氯乙烷、乙醚、乙醇、丙酮、苯等有机溶剂，在稀酸水溶液中溶解而成盐。 生物碱的盐类极性较大，易溶于水及醇，不溶或难溶于苯、氯仿、乙醚等；与游离生物碱相反。 例外，季铵碱如小檗碱、酰胺型生物碱和一些极性基团较多的生物碱则一般能溶于水，习惯上常将能溶于水的生物碱叫做水溶性生物碱。 中性生物碱难溶于酸。 含羧基、酚羟基或含内酯环的生物碱等能溶于稀碱溶液中。某些生物碱的盐类如盐酸小檗碱则难溶于水，少数生物碱的盐酸盐能溶于氯仿中。 溶解性对提
16、取、分离和精制生物碱十分重要。,4沉淀反应 生物碱或其盐类水溶液，能与生物碱沉淀剂生成不溶性沉淀，可用以鉴定或分离生物碱。 常用的沉淀剂有：碘化汞钾（HgI22KI）试剂（生成黄色沉淀）；碘化铋钾（BiI3KI）试剂（生成黄褐色沉淀）；碘试液、鞣酸试剂、苦味酸试剂、苦味酸试剂分别与生物碱作用，多生成棕色、白色、黄色沉淀。 5显色反应 生物碱与一些试剂反应，呈现各种颜色，可用于鉴别。例如，钒酸铵-浓硫酸溶液与吗啡反应显棕色、与可待因反应显蓝色、与莨菪碱反应显红色。 钼酸铵的浓硫酸溶液，浓硫酸中加入少量甲醛，浓硫酸等都能使各种生物碱呈现不同的颜色。,重要的生物碱,烟碱(nicotine) 烟草中含
17、十余种生物碱，主要是烟碱，约含2%-8%，纸烟中约含1.5%。 烟碱又名尼古丁，属吡啶衍生物。 烟碱有剧毒，少量对中枢神经有兴奋作用，能升高血压，大量则抑制中枢神经系统，使心脏麻痹以至死亡。几毫克的烟碱就能引起头痛、呕吐、意识模糊等中毒症状，吸烟过多的人逐渐会引起慢性中毒。,莨菪碱和阿托品 Hyoscyamine and Atropine,莨菪碱和阿托品属莨菪烷衍生物类生物碱。莨菪烷的构造式如下：莨菪碱是由莨菪酸和莨菪醇缩合形成的酯，莨菪醇是由四氢吡咯环和六氢吡啶环稠合而成的双环构造。,莨菪碱,莨菪碱是左旋体，由于莨菪酸构造中的手性碳原子上的氢与羰基相邻，是活泼氢，容易发生酮式-烯醇式互变异构
18、而外消旋。当莨菪碱在碱性条件下或受热时均可发生消旋作用，变成消旋的莨菪碱，即阿托品。莨菪酸的互变异构现象如下：医疗上常用硫酸阿托品作抗胆碱药，能抑制唾液、汗腺等多种腺体的分泌，并能扩散瞳孔；还用于平滑肌痉挛、胃和十二指肠溃疡病；也可用作有机磷、锑剂中毒的解毒剂。,除莨菪碱外，我国学者又从茄科植物中分离出两种新的莨菪烷系生物碱，即山莨菪碱和樟柳碱。两者均有明显的抗胆碱作用，并有扩张微动脉，改善血液循环的作用。 用于散瞳、慢性气管炎的平喘等；也能解除有机磷中毒。其毒性比硫酸阿托品小。,吗啡和可待因 Morphine and Codeine,吗啡 可待因,罂粟中含有20多种生物碱，其中比较重要的有吗
19、啡、可待因等。这两种生物碱属于异喹啉衍生物类，可看作为六氢吡啶环（哌啶环）与菲环相稠合而成的基本结构。 吗啡对中枢神经有麻醉作用，有极快的镇痛效力，但易成瘾，不宜常用。 可待因是吗啡的甲基醚（甲基取代吗啡分子中酚羟基的氢原子）。可待因与吗啡有相似的生理作用，可以镇痛，但可待因主要用作镇咳剂。,海洛因镇痛作用较大。并产生欣快和幸福的虚假感觉，但毒性和成瘾性极大，过量能致死，被列为禁止制造和出售的毒品。,海洛因,麻醉剂海洛因(Heroin)是吗啡的二乙酰基衍生物，即二乙酰基吗啡（两个乙酰基取代吗啡分子中两个羟基的氢原子）。,麻黄碱 (Ephedrine),麻黄碱是含于中药麻黄中的一种主要生物碱，又
20、叫麻黄素。常用的是左旋麻黄碱，它与右旋的伪麻黄碱互为旋光异构体。它们在苯环的侧链上都有两个手性碳原子，应有四个旋光异构体，但在中药麻黄植物中只存在（-）-麻黄碱和（+）-伪麻黄碱两种，并且二者是非对映异构体。,麻黄碱和伪麻黄碱都是仲胺类生物碱，不具含氮杂环，性质与一般生物碱不尽相同，与一般的生物碱沉淀剂也不易发生沉淀。 （-）-麻黄碱具有兴奋中枢神经、升高血压、扩大支气管、收缩鼻粘膜及止咳作用，也有散瞳作用，临床上常用盐酸麻黄碱（即盐酸麻黄素）治疗气喘等症。,小檗碱 Berberine,小檗碱又名黄连素，存在于小檗科植物黄柏、黄连和三颗针中，它属于异喹啉衍生物类生物碱，是一种季胺化合物。 黄连
21、素具有较强的抗菌作用，在临床上常用盐酸黄连素治疗菌痢、胃肠炎等疾病。,长春新碱 Vincristine,长春新碱又名醛基长春碱，存在于夹竹桃科植物长春花中，属于双聚吲哚类生物碱。 长春新碱对白血病、癌症均有效，且毒性较低。,可卡因Cocaine,1860年从前南美洲的古柯（COCA）叶片中提炼出来的生物碱，其化学名称为苯甲基芽子碱。 无味、白色薄片状的结晶体。 毒贩贩卖的是呈块状的可卡因，称为“滚石”。可卡因服用方式是鼻吸。 是最强的天然中枢兴奋剂，对中枢神经系统有高度毒性，刺激大脑皮层，产生兴奋感及视、听、触等幻觉；服用后极短时间即可成瘾，并伴以失眠、食欲不振、恶心及消化系统紊乱特等症状；精
22、神逐渐衰退，可导致偏执呼吸衰竭而死亡。 70毫克的纯可卡因，可使体重70千克的人当场丧命。,大麻Marijuana,是一年生草本植物，通常被制成大麻烟吸食，或用作麻醉剂注射，有毒性。 大麻草可单独吸食，将其卷成香烟，被称为“爆竹”；或将它捣碎，混入烟叶中，做成烟卷卖给吸毒者，这就是大麻烟。这种毒品在当今世界吸食最多，范围最广，因其价格便宜，在西方国家被称为“穷人的毒品”。 初吸或注射大麻有兴奋感，但很快转变为恐惧，长期使用会出现人格障碍、双重人格、人格解体，记忆力衰退、迟钝、抑郁、头痛、心悸、瞳孔缩小和痴呆，偶有无故的攻击性行为，导致违法犯罪的发生。,（六）挥发油和萜类 Volatile oi
23、ls and Terpenes,挥发油又称精油，是存在于植物中的一类具有芳香气味、可随水蒸气蒸馏出来而又与水不相混溶的挥发性油状成分的总称。 挥发油为一混合物，其组份较为复杂。挥发油成分中以萜类成分多见，另外，尚含有小分子脂肪族化合物和小分子芳香族化合物。,萜类（Terpenes）化合物,萜类化合物的基本结构大多为异戊二烯,具有（C5H8）n的通式。C10H16称为单萜类，C15H24称为倍半萜类，C20H32称为二萜类，由6个或8个异戊二烯组成的化合物分别叫三萜类和四萜类，由更多异戊二烯组成的化合物叫多萜类。,挥发油主要为单萜与倍半萜。 多萜类在挥发油中并不存在，而为某些树脂、色素、橡胶等的
24、成分。 对于大多数挥发油来说不含氧的烃类成分虽占大量，但多数无佳适香气因而不是重要成分。 含氧衍生物有醇、醛、酮、醚、酸、酚、酯等，含量虽较少但大多具有优异芳香气，是挥发油中的重要成分。,（七）色素（Phytochromes）,植物色素类在植物中分布很广，主要有脂溶性色素与水溶性色素两类。 脂溶性色素主要为叶绿素、叶黄素与胡萝卜素，三者常共存。此外尚有藏红花素、辣椒红素等。 除叶绿素外，多为四萜衍生物。这类色素不溶于水，难溶于甲醇，易溶于高浓度乙醇、乙醚、氯仿、苯等有机溶剂。胡萝卜素在乙醇中也不溶。,水溶性色素主要为花色甙类，又称花青素，普遍存在于花中。 溶于水及乙醇，不溶于乙醚、氯仿等有机溶
25、剂，遇醋酸铅试剂会沉淀，并能被活性炭吸附，其颜色随pH的不同而会改变。 目前允许使用的天然色素有姜黄素、红花黄色素、辣椒红素、虫胶色素、红曲米、酱色、甜菜红、叶绿素铜钠盐和-胡萝卜素。,（八）鞣质Tannins,又称单宁，是存在于植物体内的一类结构比较复杂的多元酚类化合物。 鞣质能与蛋白质结合形成不溶于水的沉淀，故可用来鞣皮，即与兽皮中的蛋白质相结合，使皮成为致密、柔韧、难于透水且不易腐败的革，因此称为鞣质。,左：水解类单宁 右：缩合类单宁,鞣质广泛存在于植物界，尤以裸子植物及双子叶植物的杨柳科、山毛榉科、蓼科、蔷薇科、豆科、桃金娘科和茜草科中为多。 鞣质存在于植物的皮、木、叶、根、果实等部位
26、，树皮中尤为常见，某些虫瘿(galls)中含量特别多，如五倍子所含鞣质的量可高达70%以上。 在正常生活的细胞中，鞣质仅存在于液泡中，不与原生质接触，大多呈游离状态存在，部分与其它物质（如生物碱类）结合而存在。,鞣质具收敛性，内服治疗胃肠道出血、溃疡和水泻等；外用于创伤、灼伤，可使创伤后渗出物中蛋白质凝固，形成痂膜，减少分泌和防止感染，能使创面的微血管收缩，可局部止血。 鞣质能凝固微生物体内的原生质，有抑菌作用，有些具抗病毒作用，如贯众抑制多种流感病毒。,鞣质可用作生物碱及某些重金属中毒时的解毒剂。 鞣质具较强的还原性，可清除生物体内的超氧自由基，延缓衰老。 鞣质还有抗变态反应、抗炎、驱虫、降
27、血压等作用。,鞣质的化学结构可分为两大类,可水解鞣质、缩合鞣质。 1. 可水解鞣质(hydrolysable tannins) 由酚酸及其衍生物与葡萄糖或多元醇通过甙键或酯键而形成的化合物。 可被酸、碱、酶（如鞣酶tannase、苦杏仁酶emulsin等）催化水解。 按水解所得酚酸的不同，分为没食子酸鞣质(gallotannin)和逆没食子酸鞣质(ellagotannin)两类。如五味子、没食子、柯子、石榴皮、大黄、桉叶、丁香等。,2缩合鞣质(condensed tannins) 由儿茶素(catechin)或其衍生物棓儿茶素(gallocatechin)等黄烷-3-醇(flavan-3-ol
28、)化合物以碳-碳键聚合而形成的化合物。 通常三聚体以上才具有鞣质的性质。无甙键与酯键，不能被酸、碱水解。 水溶液在空气中久置能进一步缩合，形成不溶于水的红棕色沉淀，称为鞣红(phlobaphene)。 与酸、碱共热时，鞣红的形成更为迅速。 切开的生梨、苹果等久置会变红棕色，茶水久置形成红棕色沉淀等。 如儿茶、茶叶、虎杖、桂皮、四季青、桉叶、钩藤、金鸡纳皮、绵马、槟榔等。,二、植物化学成分研究方法,植物化学成分的提取植物化学成分的分离纯化植物化学成分的鉴定,植物化学成分的提取,溶剂：提取方法：,溶 剂,水： 酸或碱： 乙醇： 其它有机溶剂：醚类、苯、甲醇、氯仿、丙酮、乙酸乙酯等。 亲水有机溶剂：
29、乙醇（酒精）、甲醇（木精）、丙酮等，以乙醇最常用。 亲脂有机溶剂：石油醚、苯、氯仿、乙醚、乙酸乙酯、二氯乙烷等。,提取方法(以中药为例),浸渍法： 压榨法： 升华法： 回流提取法： 水蒸汽蒸馏法：,旋转蒸发仪,1）浸渍法,浸渍法是将中草药粉末或碎块装入适当的容器中，加入适宜的溶剂（如乙醇、稀醇或水），浸渍药材，以溶出其中成分的方法。 比较简单易行，但浸出率较差，如用水为溶剂，其提取液易于发霉变质，应加入适当的防腐剂。,煎煮法,煎煮法是我国最早使用的传统的浸出方法。 容器一般为陶器、砂罐或铜制、搪瓷器皿，不宜用铁锅，以免药液变色。 直火加热时最好时常搅拌，以免局部药材受热太高，容易焦糊。 有蒸汽
30、加热设备的药厂，多采用大反应锅、大铜锅、大木桶，或水泥砌的池子，通入蒸汽加热。 还可将数个煎煮器通过管道互相连接，进行连续煎浸。,2）压榨法（Expelling ）,油脂工业中植物油料经清筛、剥壳、轧坯、蒸炒后加压榨出油脂的方法。 压力约0.9858.8MPa（10600Kg/cm2）。 出油率由油料的含油量、坯料的温度、所加的压力、压榨的时间等而定。 有时因产品质量的需要，坯料不加温或稍加温，称做冷榨（cold pressing)。 热压榨法：加热然后压榨取汁。,立式压榨机,压榨机,3）升华法,固体物质受热直接气化，遇冷后又凝固为固体化合物，称为升华。 植物中有一些成分具有升华的性质，可用此
31、法提取。 如樟木中的樟脑（camphor），在本草纲目中有详细记载，是最早的升华法记述。 茶叶中的咖啡碱在178以上能升华而不被分解。 游离羟基蒽醌类成分，一些香豆素类，有机酸类成分，有些也具有升华的性质。例如七叶内酯及苯甲酸等。,4）回流提取法,应用有机溶剂加热提取，需采用回流加热装置，以免溶剂挥发损失。 小量操作时，可在圆底烧瓶上连接回流冷凝器。瓶内装药材约为容量的5060，溶剂浸过药材表面约12cm。在水浴中加热回流，一般保持沸腾约1小时，放冷过滤，再在药渣中加溶剂，作第二、三次加热回流分别约半小时，或至基本提尽有效成分为止。 提取效率比冷浸法高，大量生产中多采用连续提取法。,回流加热装
32、置,连续提取法：,应用挥发性有机溶剂提取中草药有效成分，不论小型实验或大型生产，均以连续提取法为好，而且需用溶剂量较少，提取成分也较完全。 常用脂肪提取器或称索氏（soxhlet ）提取器。 连续提取法，一般需数小时才能提取完全。 遇热不稳定易变化的成分不宜采用此法。,索氏脂肪提取器由提取瓶、提取管、冷凝器三部分组成,提取瓶,冷凝器,提取管,5）水蒸汽蒸馏法,适用于能随水蒸气蒸馏而不被破坏的成分。 与水一起加热，当蒸气压总和为一个大气压时，开始沸腾，水蒸气将挥发性物质一并带出。 挥发油，某些小分子生物碱麻黄碱、萧碱、槟榔碱，以及某些小分子的酚性物质，牡丹酚（paeonol）等。 重蒸馏，在最先
33、蒸馏出的部分，分出挥发油层，或在蒸馏液水层经盐析法并用低沸点溶剂将成分提取出来。 如玫瑰油、原白头翁素（protoanemonin）等的制备。,蒸馏实验装置,短程蒸馏装置,分子蒸馏装置,甲苯抽提蒸馏塔,植物化学成分的分离纯化,结晶法：Crystallization 萃取法：Extraction 沉淀法：Precipitation 盐析法：Salting-out 透析法：Dialysis 分馏法：Fractional Distillation 层析法：Chromatography,结晶、重结晶和分步结晶法：,利用两种或多种可溶性固体在同一种溶剂里溶解度的不同，而采用结晶方法加以分离的操作方法。
34、一般地说，中草药化学成分在常温下多半是固体的物质，都具有结晶的通性。 一旦获得结晶，就能有效地进一步精制成为单体纯品。 纯化合物的结晶有一定的熔点和结晶学的特征，有利于鉴定。,萃取法Extraction,利用溶质在互不相溶的溶剂里溶解度的不同，用一种溶剂把溶质从另一溶剂所组成的溶液里提取出来的操作方法。 用四氯化碳从碘水中萃取碘。 容器：分液漏斗。 步骤：加入萃取溶剂到盛有溶液的分液漏斗，充分振荡，静置分层后，分液。最后把溶剂蒸馏除去，得到纯净溶质。 适于糖、氨基酸的分离。,实验用离心萃取机,分液漏斗,超临界流体萃取技术 (Supercritical Fluid Extraction，SFE)
35、,是利用处于临界低压和临界温度以上的流体具有特异增加的溶解能力而形成的化工分离新技术。 处于临界压力和临界温度以上的流体对有机化合物溶解增加的是非常惊人的。一般能增加几个数量级，甚至可达到按蒸气压计算所得浓度的1010倍(油酸在超临界乙烯中的溶解度) 。 从80年代以来，在食品、香料、医药和化工等领域，取得一系列进展。 我国始于20世纪80年代初，已取得显著成绩。目前全国已建成10余套工业规模萃取装置，中小型设备，达百余套。,超临界流体萃取过程,将萃取原料装入萃取釜。采用二氧化碳为超临界溶剂。 二氧化碳气体经热交换器冷凝成液体，用加压泵把压力提升到工艺过程所需的压力(应高于二氧化碳的临界压力)
36、，同时调节温度，使其成为超临界二氧化碳流体。 二氧化碳流体作为溶剂从萃取釜底部进入，与被萃取物料充分接触，选择性溶解出所需的化学成分。 高压二氧化碳流体经节流阀降压到低于二氧化碳临界压力以下进入分离釜(又称解析釜)，析出溶质，自动分离成溶质和二氧化碳气体二部分。 二氧化碳气体再循环使用。,萃取釜,超临界流体萃取技术的特点,1具有广泛的适应性：理论上超临界流体萃取技术为一种通用高效的分离技术。 2萃取效率高，过程易于调节：超临界流体兼具有气体和液体特性，因而超临界流体既有液体的溶解能力，又有气体良好的流动和传递性能。 3分离工艺流体简单：超临界萃取只由萃取器和分离器二部分组成，不需要溶剂回收设备
37、，而且节省耗能。 4分离过程可在接近室温下完成(二氧化碳)，特别适用于过敏性天然产物 。 5必须在高压下操作，设备及工艺技术要求高，投资比较大。,沉淀法Precipitation,是在中草药提取液中加入某些试剂使产生沉淀，以获得有效成分或除去杂质的方法。 铅盐沉淀法：为分离某些中草药成分的经典方法之一。由于醋酸铅及碱式醋酸铅在水及醇溶液中，能与多种中草药成分生成难溶的铅盐或络盐沉淀，故可利用这种性质使有效成分与杂质分离。 试剂沉淀法：例如在生物碱盐的溶液中，加入某些生物碱沉淀试剂，则生物碱生成不溶性复盐而析出。,盐析法Salting-out,盐析法是在中草药的水提液中、加入无机盐至一定浓度，或
38、达到饱和状态，可使某些成分在水中的溶解度降低沉淀析出，而与水溶性大的杂质分离。 常用作盐析的无机盐有氯化钠、硫酸钠、硫酸镁、硫酸铵等。 例如三七的水提取液中加硫酸镁至饱和状态，三七皂甙乙即可沉淀析出。 自黄藤中提取掌叶防己碱，自三颗针中提取小檗碱在生产上都是用氯化钠或硫酸按盐析制备。 有些成分如原白头翁素、麻黄碱、苦参碱等水溶性较大，在提取时，亦往往先在水提取液中加入一定量的食盐，再用有机溶剂萃取。,透析法Dialysis,透析法是利用小分子物质在溶液中可通过半透膜，而大分子物质不能通过半透膜的性质，达到分离的方法。 例如分离和纯化皂甙、蛋白质、多肽、多糖等物质时，可用透析法以除去无机盐、单糖
39、、双糖等杂质。反之也可将大分子的杂质留在半透膜内，而将小分子的物质通过半透膜进入膜外溶液中，而加以分离精制透析是否成功与透析膜的规格关系极大。 透析膜的膜孔有大有小，要根据欲分离成分的具体情况而选择。 透析膜有动物性膜、火棉胶膜、羊皮纸膜（硫酸纸膜）、蛋白质胶膜、玻璃纸膜等。,分馏法（Fractional Distillation ）,分馏的原理跟蒸馏基本相同，也是加热使混合液体汽化冷凝的连续操作过程，只在实验装置中添加一个分馏柱(工业上称为分馏塔盘)，被加热的混合蒸气进入分馏柱，与内壁上已冷凝(空气冷却)回流液体发生对流而交换热量，使其中沸点较高的成分放热被液化，回流液体中沸点较低的成分吸热
40、又汽化在这种反复液化与汽化过程，沸点较低的蒸气成分上升进入冷凝器(水冷却)液化而分离出来,大庆20万吨石油分馏塔,层析法Chromatography,层析法又称色层分析法或色谱法（Chromatography）。 层析过程是基于样品组分在互不相溶的两“相”溶剂之间的分配系数之差（分配层析），组分对吸附剂吸附能力不同（吸附层析），和离子交换，分子的大小（排阻层析）而分离。通常又将一般的以流动相为气体的称为气相层析，流动相为液体的称为液相层析。,按层析过程的机理分类：,吸附层析：利用吸附剂表面对不同组分吸附性能的差异，达到分离鉴定的目的。 分配层析：利用不同组分在流动相和固定相之间的分配系数不同，
41、使之分离。 离子交换层析：利用不同组分对离子交换剂亲和力的不同。 凝胶层析：利用某些凝胶对于不同分子大小的组分阻滞作用的不同。,按操作形式不同分类：,柱层析（column chromatogra-phy）：将固定相装于柱内，使样品沿一个方向移动而达到分离。 纸层析：用滤纸做液体的载体，点样后，用流动相展开，以达到分离鉴定的目的。 薄层层析：又称薄层色谱(Thin Layer Chromatography， TLC) ，将适当粒度的吸附剂在玻璃片、金属箔或塑料片上铺上一层约12毫米薄层，以纸层析类似的方法进行物质的分离和鉴定。,高效液相层析 HPLC,是70年代新发展的层析法。 在经典色谱法的基
42、础上，引用了气相色谱的理论，在技术上，流动相改为高压输送（最高输送压力可达4.9107Pa）；色谱柱是以特殊的方法用小粒径的填料填充而成，从而使柱效大大高于经典液相色谱（每米塔板数可达几万或几十万）；同时柱后连有高灵敏度的检测器，可对流出物进行连续检测。,HPLC 特点,1高压：一般可达150350105Pa。 2高速：流动相在柱内的流速快，一般可达110ml/min。高效液相色谱法所需的分析时间较之经典液相色谱法少得多，一般少于 1h 。 3高效：研究出许多新型固定相，分离效率大大提高。 4高灵敏度：高效液相色谱已广泛采用高灵敏度的检测器，进一步提高了分析的灵敏度。如荧光检测器灵敏度可达10
43、-11g。另外，用样量小，一般几个微升。,5适应范围宽：只要求试样能制成溶液，不需气化，不受挥发性的限制。对高沸点、热稳定性差、相对分子量大（400 以上）的有机物（这些物质几乎占有机物总数的 75% 80% ）原则上都可用。 已知化合物中，能用气相色谱分析的约占20%，能用液相色谱分析的约占7080%。,高效液相色谱,植物化学成分的鉴定,糖的测定 氨基酸、蛋白质及酶的测定 脂类、挥发油和萜类的测定 生物碱的测定 甙类的测定 黄酮类的测定,糖的测定,氨基酸、蛋白质及酶的测定,茚三酮反应ninhydrin reaction 凯氏定氮法Kjeldahl Nitrogen Determination
44、 双缩脲法Biuret Folin-酚试剂法Lowry 紫外吸收法 氨基酸自动分析仪 凝胶过滤 凝胶电泳,脂类、挥发油和萜类的测定,索氏提取法 薄层层析法 重要物理常数： 比重、旋光率、折光率、凝固点等。 重要化学常数： 酸值碘值、皂化值等。,生物碱的测定,容量法 重量法 比色法 可见光与紫外光分光光度法 层析法 显色反应,甙类的测定,重量法 容量法 萤光法 比色法：应用最广泛。主要原理是利用羟基蒽醌衍生物与碱液生成红色进行比色。且因游离的羟基蒽醌类一般生物活性较其甙类小、故要测定结合蒽醌的含量。,黄酮类的测定,重量法 萤光法 比色法：通常多用比色法。主要原理是根据黄酮类成分结构中有碱性氧原子
45、，一般又多有酚羟基，可以与许多试剂产生颜色而制定。,三、植物主要类群的化学成分,一、藻类植物,主要化学物质：色素、贮藏营养物质和代谢产物。,一、蓝藻门,色素：叶绿素a、-胡萝卜素、藻蓝素、藻红素等。 同化产物：蓝藻淀粉 脂肪酸：饱和脂肪酸或单烯酸 主要资源植物：地木耳、发菜等。,（二）金藻门 色素：叶绿素a、-胡萝卜素和叶黄素。 同化产物：金藻淀粉和油。,（三）绿藻门,色素：叶绿素a和b、 a和 -胡萝卜素，叶黄素。 同化产物：淀粉。 主要资源植物：水绵、刚毛藻等。,（四）红藻门 色素：叶绿素a、b和d、 -胡萝卜素，叶黄素、藻红素、藻蓝素等。 同化产物：红藻淀粉。 主要资源植物：紫菜、石花菜
46、等。,（五）褐藻门,色素：叶绿素a和c、 -胡萝卜素和6种叶黄素等。 同化产物：褐藻淀粉和甘露醇，碘。 主要资源植物：海带、裙带菜等。,二、菌类植物,细胞质中含有肝糖、淀粉、脂肪等，细胞质中的氨基酸为D型，与高等植物的氨基酸不同。,发酵、医药等领域应用广泛。,（一）子囊菌纲,贮藏物质：氨基酸、脂肪等。 资源植物：酵母菌：酿酒；生产甘油、甘露醇、有机酸；石油脱蜡等。青霉：生产青霉素。冬虫夏草：滋补药材。,（二）担子菌纲各种单糖（如葡萄糖、半乳糖、甘露糖等）、多糖、脂类、植物生长激素和多种氨基酸等。,三、地衣植物,同化产物：多元醇和多糖类 次生产物：地衣酸、色素等。,四、苔藓植物,黄酮类、烃类等，
47、脂肪酸较少。,生态作用：原生演替,五、蕨类植物,化学成分：生物碱、酚类化合物、黄酮类、甾体及萜类化合物，以及鞣质等其它成分。,六、裸子植物,（一）银杏科,外种皮：白果酸、白果二酚种仁：蛋白质、脂肪、糖类及少量氨基酸、胡萝卜素 等银杏叶：黄酮和双黄酮、苦叶酸等。,（二）松科,含树脂（含有多种有机酸及树脂烃类）、挥发油、黄酮等。,（三）三尖杉科,生物碱：具有抗癌活性。 重要资源植物：三尖杉,（四）麻黄科,多种生物碱：松弛平滑肌，治疗哮喘； 挥发油：解热发汗等。,七、被子植物,(一) 木兰科,1、本科植物均含挥发油，油中含芳香族衍生物和倍半萜烯类化合物。 2、普遍含有异喹啉类生物碱，如柳叶木兰碱、木
48、兰箭毒碱、木兰花碱、鹅掌楸碱等。,（二）马兜铃科,1、挥发油：主要成分为萜类（马兜铃属、细心属），如马兜铃酮、左旋蒎烯等。 2、生物碱：异喹啉类，如木兰花碱等。 3、硝基菲类：马兜铃科特征性化合物，有重要的药用价值，如马兜铃酸，具有抗癌、抗感冒及增强吞噬细胞能力、增强免疫能力。 4、黄酮类,（三）睡莲科,1。生物碱：荷叶碱、莲心碱等，有降压作用。 2。黄酮类化合物：如棉花皮次苷。,（四）毛茛科,成分复杂，主要含有生物碱、强心甙等，其中异喹啉类生物碱是该科特征性化合物。,（五）小檗科,木本植物：异喹啉类、苄基异喹啉类生物碱； 小檗碱普遍分布在该科植物中。,（六）罂粟科,生物碱、有机酸和黄酮类化合
49、物,（七）石竹科,皂甙、萜类、甾体类、黄酮类,（八）商陆科,皂甙、三萜类、甾体、生物碱,（九）蓼科,蒽醌类、黄酮类化合物、鞣质。 本科是黄酮类重要的资源植物。,（十）山茶科,富含嘌呤类生物碱（以咖啡碱为主）；其次有挥发油、多种酚酸类、甙类、黄酮类等。,（十一）葫芦科,三萜类、二萜类、脂肪油、多种氨基酸等,（十二）杜鹃花科,挥发油（萜类、香豆素等）、黄酮等。,（十三）杜鹃花科,挥发油（萜类、香豆素等）、黄酮等。,（十三）大戟科,三萜类、脂肪油、蛋白质（多有毒性）、黄酮、生物碱等。,（十五）蔷薇科,各种甙类和有机酸,（十六）豆科,黄酮、生物碱等,（十七）芸香科,生物碱（尤其是喹啉类生物碱，多具生物活性）、挥发油和香豆素。,（十八）菊科,化学成分共三十类，几乎包括了所有天然化合物类型，其中倍半萜内脂、乙炔化合物和菊糖化合物最为突出。,（十九）茄科,生物碱,
