8挥发油--天然药物化学

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第八章 挥发油
• • • • •
1、概念 2、挥发油的组成 3、物理性质 4、提取方法 5、分离方法
• 一、概述 • 挥发油(volatile oils)又称精油(essential oils), 是一类具有芳香气味的油状液体的 总称。在常温下能挥发,可随水蒸气蒸馏 与水不相混溶。
• (一) 分布和存在:
吉拉德试剂法
• 提出酸性成分后的中性挥发油部分, • 加入Girard试剂的乙醇溶液和10%乙酸以促 进反应的进行,加热回流1小时,待反应完 成后加水稀释,使生成水溶性的缩合物, • 用乙醚提取除去不具羰基的组分,分取水 层,酸化,再用乙醚萃取,蒸去乙醚即可 得原羰基化合物。 • 有些酮类化合物和硫化氢生成结晶状的衍 生物,此物质经碱处理又可得到酮化合物。
• 醇类成分的分离 • 将挥发油与丙二酸单酰氯或邻苯二甲酸酐 或丙二酸反应生成酯,再将生成物转溶于 碳酸钠溶液中,用乙醚洗去未作用的挥发 油,将碱溶液酸化,再用乙醚提取所生成 的酯,蒸去乙醚,残留物经皂化,分得原 有的醇类成分。
其他成分的分离
• 大多数萜烃是不饱和的,可以通过形成结 晶性加成物分离; • 奥类和醚类可用浓酸提取,经稀释后可得 原来成分; • 醚类与浓酸形成的盐有时易于形成结晶析 出,或利用Br2、HCl、HBr等试剂与双键加 成生成结晶,可借以分离和纯化。 • 酯类成分一般采用精密分馏和色谱分离, 现尚无适宜的化学分离方法。
挥发油成分的鉴定
• • • • • (一)物理常数的测定 相对密度 比旋度 折光率 凝固点
• (二)化学常数的测定
• 1.酸值: 酸值是代表挥发油中游离羧酸和酚类 成分的含量。以中和1克挥发油中含有游离的羧酸 和酚类所需要氢氧化钾毫克数来表示。 • 2.酯值: 代表挥发油中酯类成分含量,以水解 1g挥发油所需氢氧化钾毫克数来表示。 • 3.皂化值: 以皂化1g挥发油所需氢氧化钾毫克 数来表示。事实上,皂化值等于酸值和酯值之和。
CO O H
CH
C H C HO
C H2
C H C H2
CH
C H C H3
HO OH 莽草酸
OH OH 桂皮醛
O C H3 O C H3 茴香醚
丁香酚
O C H3 H3 C O C H3 C H O C H3 β-细辛醚 C H H3 C O
O C H3
H C H O C H3 α-细辛醚 C C H3
O
O
C H2
C H C H2
N
C
S
异硫氰酸烯丙酯 原白头翁素 C H2 C HO C H C H2 O S S C H2 C H C H2
大蒜辣素 C H2 C H C H2 S S S C H2 C H C H2
苯甲醛
大蒜新素
N H3 C H N H3 C N C H3 C H3 主要是单萜、倍半萜和它们含氧衍生物, • 单萜、倍半萜含量较大但无显著的香气, • 含氧衍生物少但多具生物活性较强或具有 芳香气味,是挥发油中有价值的部分。 • 挥发油的组成成分中萜类所占比例最大
三)芳香族化合物
• • • • • • • • 1、在挥发油中,芳香族仅次于萜类,存在相当广泛。 2、组成 1)萜源衍生物,如百里香草酚、孜然芹烯、α-姜黄烯等。 2)有一些是苯丙烷类衍生物,其结构多具有C6-C3骨架、 多有一个丙烷基的苯酚化合物或其酯类。 如桂皮醛存在于桂皮油中, 茴香醚为八角茴香油及茴香油中的主成分, 丁香酚为丁香油中的主成分, α-细辛醚及β-细辛醚为菖蒲及石菖蒲挥发油中的主成分。
菸碱
毒藜碱
川芎嗪
二、理化性质
• (一) 性状 • 1.形态:挥发油在常温下为透明液体,有的在冷却时其 主要成分可能结晶析出。这种析出物习称为“脑”,如薄 荷脑、樟脑等。 简单实用,可用于分离。 2.颜色:多为无色或微带淡黄色,少数具有其它颜色。 如洋甘菊油因含有薁类化合物而显蓝色,苦艾油显蓝绿色, 麝香草油显红色。
(二)浸取法
• 对不宜用水蒸气蒸馏法提取的挥发油原料,可以 直接利用有机溶剂进行浸取。常用的方法有: • 1. 溶剂提取法 • 用低沸点石油醚(30~60℃)等有机溶剂连续回 流提取或冷浸提取,提取液可蒸馏或减压蒸馏除 去溶剂,即可得到粗制挥发油, • 此法得到的挥发油含杂质较多,其他脂溶性成分 会与其共存,故必须进一步精制提纯。
• 2、油脂吸收法:该方法是利用油脂能够吸 收挥发油的性质对挥发油进行提取的方法, 一般用来提取贵重的挥发油,受热易分解, 玫瑰油、茉莉花油等, • 3.二氧化碳超临界流体萃取法 具有优于液体的浸透性和近于气体的流动性, 具有防止氧化热解及提高品质的突出优点。
• 将含挥发油较丰富的原料(如柑、桔等) 经撕裂粉碎压榨,将挥发油从植物组织中 挤压出来,然后静置分层或用离心机分出 油分,即得粗品。此法所得的产品也不纯, 且很难将挥发油全部压榨出来,但可保持 挥发油原有的新鲜香味。 • 但可能溶出原料中的不挥发性物质。例如 柠檬油常溶出原料中的叶绿素,而使柠檬 油呈绿色。
• 利用不同成分的挥发油沸点的差异进行分离的方 法, • 由于挥发油的组成成分多对热及空气中的氧较敏 感,因此分馏时宜在减压下进行,采用减压分馏 法。 • 通常在减压下进行: • 35~70℃/10mmHg被蒸馏出来的为单萜烯类化合 物, • 70~100℃/10mmHg被蒸馏出来的是单萜的含氧 化合物, • 更高的温度被蒸馏出来的是倍半萜烯及其含氧化 合物。 • 沸点的规律:单萜中随双键减少而降低,三烯> 二烯>一烯,含氧单萜随着功能基的增加而升高, 醚<酮<醛<醇<羧酸,酯比相应醇的沸点高, 含氧倍半萜的更高。
(三) 物理常数
• 沸点:挥发油的沸点一般在70~300oC之间, 具有随水蒸汽而蒸馏的特性; • 比重:挥发油多数比水轻,也有比水重的 (如丁香油、桂皮油), • 光学活性:挥发油几乎均有光学活性,比 旋度在+97o~177o范围内; • 具有强的折光性,折光率在1.43~1.61之间
三、挥发油的提取
芸香科:吴茱萸
第一节 挥发油的组成和性质
• 一、组成() • 一)、脂肪族化合物 • 二)、萜类化合物 三)、芳香族化合物
一)脂肪族化合物
• 1、一些小分子脂肪族化合物。 • 如甲基正壬酮在鱼腥草、黄柏果实及芸 香挥发油中存在,正庚烷存在于松节油中, 正癸烷存在于桂花的头香成分中。 • 2、有小分子醇、醛及酸类化合物。 • 如正壬醇存在于陈皮挥发油中,异戊醛存 在于桔子、柠檬、薄荷、桉叶、香茅等挥 发油中,癸酰乙醛,异戊酸存在于啤酒花、 缬草
二) 分馏法
三) 化学方法
1.利用酸、碱性不同进行离
• 化学分离法是根据挥发油中各组成成分的结构或官能团的 不同用化学方法进行处理,使各组分得到分离的方法。 • (1)碱性成分的分离 • 分离挥发油中的碱性成分时,可将挥发油溶于乙醚,加1 %硫酸或10%盐酸萃取,分取的酸水层碱化,用乙醚萃取, 蒸去乙醚即可得到碱性成分。 • (2) 酚、酸性成分的分离: 将挥发油溶于等量乙醚中, 先以5%的碳酸氢钠溶液直接进行萃取,分出碱水液 ,加 稀酸酸化,用乙醚萃取,蒸去乙醚,可得酸性成分。 • 继用2%氢氧化钠溶液萃取,分取碱水层、酸化后,用乙 醚萃取,蒸去乙醚可得酚性成分。工业上从丁香罗勒油中 提取丁香酚就是应用此法。
O CH3 C (C H 2 ) 8 C H 3 C H 3 (C H 2 ) 8 C H 3
正癸烷
C H 3 (C H 2 ) 5 C H 3
正庚烷
甲基正壬酮
O C H 3 (C H 2 ) 7 C H 2 O H
正壬醇
C H 3 (C H 2 ) 8 C
癸酰乙醛
C H 2C H O
二)萜类化合物
• (一) 蒸馏法 • 共水蒸馏法 • 挥发油与水不相混合,当受热后,二者蒸气压的总和与大 气压相等时,溶液即开始沸腾,继续加热则挥发油可随水 蒸气蒸馏出来。因此,天然药物中挥发油成分可采用水蒸 气蒸馏法来提取。 • 此方法具有设备简单,操作容易,成本低、产量大、挥 发油的回收率较高等优点。但原料易受强热而焦化,或使 成分发生变化,所得挥发油的芳香气味也可能变味,往往 降低作为香料的价值
(四)其它类化合物
• 除上述三类化合物外,还有一些挥发油样物质, • 如芥子油、挥发杏仁油、原白头翁素、大蒜油等,也能随 水蒸气蒸馏,故也称之为“挥发油”。 多数以苷的形式 存在,经酶解后的苷元随水蒸气一同馏出而成油, • 黑芥子油是芥子苷经芥子酶水解后产生的异硫氰酸烯丙酯, • 挥发杏仁油是苦杏仁中苦杏仁苷水解后产生的苯甲醛, • 原白头翁素是毛茛苷水解后产生的物质, • 大蒜油则是大蒜中大蒜氨酸经酶水解后产生的物质,如大 蒜辣素)等。 • 川芎、麻黄等挥发油中的川芎嗪以及菸碱(nicotine)、毒藜 碱等生物碱,也是可以随水蒸气蒸馏的液体。但这些化合 物往往不作挥发油类成分对待。
四、挥发油成分的分离 (一) 冷冻处理
• 将挥发油置于0℃以下使析出结晶,如无结晶析出 可将温度降至-20℃,继续放置。取出结晶再经重 结晶可得纯品。 • 例如薄荷油冷至-10℃,12小时析出第一批粗脑, 油再在-20℃冷冻24小时可析出第二批粗脑,粗脑 加热熔融,在0℃冷冻即可得较纯薄荷脑。
• 方法简单但分离不全,滤出析出物后的油 称为脱脑油,如薄荷油称为“薄荷素油”, 仍含约50%的薄荷脑。
挥发油是中药中的一类常见重要有效成分,具有 多种生理活性,在植物中分布极广, • 主要存在种子植物,尤其是芳香植物中。已知我 国有56科,136属约300种植物中含有挥发油。如 菊科的苍术、白术;芸香科的降香、吴茱萸;伞 形科的川芎、白芷;唇型科的薄荷、藿香等,此 外樟科、木兰科、马兜铃科、败酱科、姜科、胡 椒科、桃金娘科、马鞭草科等的某些植物都富含 挥发油。薄荷脑产量世界第一。

• 3.气味:大多数具有香气或其它特异气味,有辛辣烧灼 的感觉,呈中性或酸性。 • 4.挥发性:挥发油在常温下可自行挥发而不留任何痕迹, 这是挥发油与脂肪油的本质区别。
二)溶解性 1、挥发油不溶于水,而易溶于各种有机溶剂中, 如石油醚、乙醚、二硫化碳、油脂等。在高浓度 的乙醇中能全部溶解, 2、在低浓度乙醇中只能溶解一定数量。 三)稳定性: 易氧化, 挥发油与空气及光线接触,常会逐 渐氧化变质,使之比重增加,颜色变深,失去原 有香味,并能形成树脂样物质,也不能再随水蒸 汽而蒸馏了。 其产品应贮于棕色瓶内,并在阴凉处低温保存。
(4)羰基化合物--醛酮成分分离
• 常用亚硫酸氢钠或吉拉德(Girard)试剂, 使亲脂性的羰基化合物(醛、酮成分)转 变为亲水性的加成物而分离, • 但亚硫酸氢钠只能与醛类和部分酮类成分 形成加成物, • 而吉拉德试剂则对所有含羰基化合物都适 用。
亚硫酸氢钠法
• 挥发油经处理除去酚、酸类成分后的母液,经水 洗至中性,以无水硫酸钠干燥后, • 加30%亚硫酸氢钠饱和液在低温下短时间振摇, 一般即有加成物(多为结晶)析出,分出水层或 加成物结晶,加酸或碱液处理,使加成物水解, 以乙醚萃取,可得醛或酮类化合物。 • 但应注意,提取时间不应过长,温度不要过高。 否则有使双键与亚硫酸氢钠加成的可能,形成不 可逆的的双键加成物,因为如柠檬醛的分离条件 不同加成物各异,过量的亚硫酸氢钠会形成不可 逆的的双键加成物
• 水蒸气蒸馏法是指将含挥发性成分药材的 粗粉或碎片,浸泡湿润后,通入水蒸汽蒸 馏,药材中的挥发性成分随水蒸气蒸馏而 带出,经冷凝后收集馏出液,但蒸馏次数 不宜过多,以免挥发油中某些成分氧化或 分解
• 馏出液大多可油水分层,若在水中溶解度稍大则 水油共存不易分层,可采用盐析法促使挥发油自 水中析出,然后用低沸点有机溶剂萃取即得挥发 油。 • 盐析法指在有机大分子或一些有机高分子的溶液 中加入无机盐如氯化钠,至一定浓度,或达饱和状 态,可使某些成分在水中溶解度降低,从而与水溶性 大的杂质分离。利用相似相溶原理,使有机物析 出的过程。 • 在制乙酸乙酯时用饱和碳酸钠溶液接收,更有利 于乙酸乙酯的析出,制肥皂时加氯化钠,肥皂更 易析出,在蛋白质溶液中加硫酸铵,使蛋白质析 出,都是利用盐析的原理。
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