天然产物的提取分离和结构鉴定

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生物技术及应用专业
天然产物化学
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天然产物化学
第二章 天然产物的
提取分离和结构鉴定
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天然产物化学
获得天然产物化学成分的基本步骤
原材料 提取 总提取物
目的化合物
初步分离 不同部位 单体化合物 精细分离纯化
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结构修饰 人工合成
天然产物化学
第一节 天然产物的提取方法
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天然产物化学
天然产物的预处理
如无特殊规定,原料须干燥并适当粉 碎,以利增大与溶剂的接触面积,提 高萃取/提取效率。
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实际操作过程:
控制体系的压力和温度萃取出所需要的物 质,然后通过降压或升温的方法,降低超 临界流体的密度,使萃取物得到分离。
常用作超临界流体的物质:二氧化碳等
适用范围:挥发油及脂溶性成分
缺点:所需仪器设备价格昂贵
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CO2作为超临界流体具有下列优点:
① 临界温度为31.2℃(近于室温);
天然产物化学
一般: β>50时,简单萃取; β<50时,逆流分溶法。 β值可借助纸色谱法测定的Rf值求出。
①逆流连续萃取法:
利用两相溶剂比重不同可自然分层和分 散相液滴穿过连续相溶剂时发生传质的 原理,用一根或数根萃取管制成逆流连 续萃取装置。
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填充小瓷圈或 不锈钢圈,增 加两相溶剂接 触面积
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(四)盐析法
原理:利用饱和盐水溶液可以降低化学成分
在水中溶解度的性质,使其沉淀析出或选用 适宜溶剂萃取,使其得以纯化分离。
适用范围:在水中有一定溶解度的化合物。
操作方法:加入氯化钠、硫酸钠、硫酸胺等
无机盐使水溶液饱和,若沉淀析出,分离沉 淀与母液;若没有沉淀,选择合适溶剂萃取 分离。
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天然产物化学
操作过程
取粗提物,选用3-4种不同极性的溶剂,由 低至高分步进行提取;使总提取物中各组 分,依其在不同极性溶剂中溶解度的差异 而得到分离。 若所需成分是脂溶性,可用有机溶剂如苯、 氯仿、或乙醚与水进行萃取,可除去水溶 性物质糖类、无机盐; 若所需要的成分是亲水性物质,其水溶液 用弱亲脂性溶剂如乙酸乙酯、丁醇等萃取。 有时可在氯仿或二氯甲烷中加入少量甲醇 或乙醇进行萃取。
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其他萃取方法简介
A、B两种溶质在同一溶剂系统中分配系 数(K)的比值称为分离因子β。 β=KA/KB(KA>KB)
♪ 当β≥100,一次萃取可分离; ♪ 10≤β<100,10~12次;β≤2,100次; ♪ 当β≌1时,则KA≌KB,意味着两种溶质 性质极其相近,无法实现分离。
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原理:利用吸附材料如大孔吸附树脂、活性 碳、聚酰胺等对不同化合物吸附能力的不同, 不同洗脱剂对不同化合物洗脱能力的不同, 来纯化分离混合物中的不同组分。
适用范围:与吸附材料吸附力不同的化学成 分的纯化分离。
操作方法:先吸附,后洗脱不同成分。
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例:毛茛甙
取新鲜植物用稀酸磨匀,压榨取汁;
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④ 超临界流体萃取技术
超临界流体(SCF):当一种物质处于其 临界温度与临界压力以上的状态时,将形 成既非液体又非气体的单一相态。 超临界流体特点: 兼有气、液两重性,即密 度接近于液体,而粘度和扩散系数又与气 体相似,因而它不仅具有与液体溶剂相当 的萃取能力,而且具有优良的传质效果。
② 临界压力在73个大气压,易于操作;
③ 安全、不燃烧、化学上安定;
④ 可防止被萃取物的氧化;
⑤ 无毒;
⑥ 价廉易得。
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(5)根据操作方法不同,溶剂法分为:
·煎煮法
·浸渍法 ·渗漉法 ·连续回流提取法 ·超声法 ·微波法
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Leabharlann Baidu①煎煮法:
♪ 适用范围:以水为溶剂的体系
②浸渍法(浸泡法)
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实验室常用的沉淀
常用沉淀剂
中性乙酸铅
碱式醋酸铅
化合物
酸性、邻位酚羟基化合物,有机酸、 蛋白质、粘液质、鞣质、树脂等
除上外,还有某些甙类,生物碱等
雷氏铵盐
碘化钾 胆固醇 苦味(酮)酸 氯化钙
生物碱
季胺生物碱 皂甙 生物碱 有机酸
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咖啡碱,明胶,蛋白 鞣质
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例:益母草碱
益母草叶的乙醇提取物加水或2%盐酸溶解 溶液加蓝氏铵盐水溶液使其沉淀完全,褪 色沉淀溶于丙酮,在丙酮溶液中加入硫酸 银溶液至没有沉淀为止 离心分离取上清液加氯化钡溶液至无沉淀 为止,过滤,滤液减压蒸干,用无水乙醇 溶解,除去无机盐类,醇液再减压蒸干, 用甲醇及丙酮结晶,得益母草碱盐酸盐。
操作方法:常压升华;减压升华
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示意图
常压升华
减压升华
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4、提取液的浓缩方法
(1)常压蒸馏
♪ 一般是浓缩低沸点有机溶剂时使用
(2)减压蒸馏
♪ 浓缩较高沸点溶剂时可以使用
(3)旋转蒸发
♪ 浓缩较高沸点溶剂如甲醇、乙醇、正丁 醇、 水等时使用。
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(4)薄膜蒸发
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1、溶剂提取法
原理:利用天然产物的化学成分在特定
溶剂中能够溶解的性质。
溶剂选择的依据
— “相似者相溶”
原则;
天然产物多数情况下采用溶剂提取法。
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天然产物化学
(1)常用溶剂

按亲水性 / 极性 从小到大的顺序:
环己烷∼石油醚→苯→乙醚→氯仿→
乙酸乙酯 →正丁醇→丙酮→乙醇→甲醇
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正丁醇
乙醇、甲醇 水
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(3)溶剂选择的原则
① 目标成分易溶,杂质成分难溶;
② 惰性,不与目标成分反应,即使发生 反应也应该属于可逆性的;
③ 经济、安全、后续操作容易进行。
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天然产物化学
溶剂提取法的分类
(4)、根据提取溶剂的种类不同 可以将溶剂提取法分为四种. 水提取法 醇提取法 亲脂性有机溶剂提取法 超临界流体萃取法
的溶剂中分配系数不同经多次转移而使其分离。
溶剂的选择:两相系统互不相溶,单一组分在溶剂
系统中的分配系数差别越大越好,含溶质的相不易 乳化。
分离酸、碱或两性化合物时,缓冲液是很好的溶剂,
其优点在于改变其pH值而改变溶质的分配系数.
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③液滴逆流分配法(DCCC)
使流动相呈液滴形式垂直上升或下降, 通过固定相的液柱,实现物质的逆流色
⑥微波辅助法
♪ 适用范围:适用于极性较大的溶剂体系。
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影响提取效率的因素
1、药材的粉碎度
♪ 过大不利于溶剂接触 ♪ 过碎,比表面积过大,吸附作用增强影 响扩散速率
2、提取温度
3、提取时间
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天然产物化学
2、水蒸气蒸馏法
原理:利用某些挥发性成分能随水蒸气蒸 发的性质。 挥发油专属提取方法 适用范围:能随水蒸气蒸发而且化学结构 遇热稳定、不易被破坏的的挥发油、小分 子生物碱或酚类化合物。 优点:对于具有挥发性,而且化学结构遇 热稳定、不易被破坏的化合物,该方法特 异性高,所得化学成分较纯。
♪ 正丁醇 —— 苷类;
♪ 乙酸乙酯 —— 黄酮类;
♪ 氯仿 —— 生物碱类及苷元类;
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♪乙醚、苯——游离的黄酮、香豆素、蒽醌、 甾类、萜类等苷元以及挥发油等;
♪石油醚—— 挥发油、脂类、色素、树脂 优点:选择性强,可除去水溶性杂质。
缺点:◆ 价格昂贵;多数易燃,特别是乙 醚;◆ 有些毒性大,如苯和氯仿(现多为甲 苯 等代替);◆不适于大规模生产。
适用范围:大分子化合物(蛋白质、肽、 多糖)与小分子化合物(无机盐、单糖、 双糖)的分离。
例如:蛋白及多糖的纯化常用此法。
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(七)分馏法
原理:利用各类成分沸点不同
适用范围:主要用于挥发油中各类成 分的分离纯化。 操作方法:
♪ ♪ ① 常压分馏 ② 减压分馏
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(八)吸附法
谱分离。
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(二)酸碱法
原理:根据酸性化合物溶于碱水,碱 性化合物溶于酸水,酸水碱水均不溶 的为中性化合物的原理分离酸性、碱 性和中性化合物。 适用范围:含有酸性、碱性成分或酸 碱度有差异的混合物中各组分的分离。
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(三)沉淀法
原理:利用混合物中各组分溶解度的 差异或通过加入化学试剂、溶剂或改 变pH值等改变溶解度将混合物中某组 份沉淀出来. 适用范围:能与特定试剂生成沉淀、 或溶解度有显著差异或改变条件后溶 解度有显著差异的组份的分离。
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实 验 室 蒸 馏 法 萃 取 精 油 装 置
冷凝
收集区
原料料液
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3、升华法
原理:利用某些具有升华性质的化合物遇 热汽化上升,遇冷后又凝固的性质从原料 中提取该类成分。
适用范围:具有升华性质,而且化学结构 遇热稳定、不易被破坏的化合物。 由于特异性高,所得化学成分较纯.
♪ 适用范围: 以水、醇或稀醇为溶剂的体系
③渗漉法
♪ 适用范围:一般是以水、醇或稀醇为溶 剂时采用此法,使用其他有机溶剂时也 可采用(但此时应注意安全)。
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渗漉装置
索氏提取装置
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④连续回流提取法(索氏提取)
♪ 适用范围:以醇或其他有机溶剂为溶剂 的体系.
⑤超声法
♪ 适用范围:适用于任何溶剂提取体系。
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操作方法:
♪ 加入化学试剂、溶剂或改变pH条件等使 沉淀产生,然后分离沉淀与母液。
常用沉淀方法:
♪ ① 水提取液加醇沉淀多糖和蛋白质等水 溶性杂质(水/醇法); ♪ ② 乙醇浓缩提取液中加水稀释沉淀除去 树脂、叶绿素等脂溶性杂质(醇/水法)
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♪ ③ 醇溶液加乙醚(醇/醚法)或丙酮 (醇/酮法)沉淀皂苷。 ♪ ④ 调pH值沉淀生物碱、有机酸、氨 基酸; ♪ ⑤ 有机酸生成铅盐沉淀、生物碱作成 雷氏盐沉淀等。 ♪ ⑥ 加生物碱或明胶沉淀鞣质。
常用的醇: 甲醇、乙醇以及不同浓度的甲 醇、乙醇水溶液 适用范围:除蛋白质和多糖以外的其他 各种水溶性和脂溶性成分。 优点:较为便宜易得,醇兼有亲水性和 亲脂性,对植物细胞渗透力强,可提多 种成分。 缺点:易燃,甲醇有一定毒性。
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③ 亲脂性有机溶剂提取法
常用有机溶剂:正丁醇、乙酸乙酯、 氯仿、 乙醚、苯以及石油醚等 适用范围:有机溶剂种类不同,提取 成分不同。通常规律如下:
加活性炭吸附,然后加适量硅藻土, 使与炭混合均匀,过滤,加水洗涤, 以除去过剩的酸和没有吸附的杂质;
然后用50乙醇脱附,稀醇洗脱减压蒸 干,加甲醇分步结晶即得。
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(九)结晶与重结晶
原理:一般情况下,一种固体成分达到一 定纯度,在某种条件下就会结晶析出,分 离结晶与母液,从而得以纯化分离。
→水。
极性最大的有机溶剂:甲醇 极性最小的有机溶剂:环己烷 溶解范围最广的有机溶剂:乙醇
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(2)溶剂选择与被提取成分对照表
选择的溶剂 石油醚 苯、乙醚、氯 仿、乙酸乙酯 被提取成分 脱脂(脂类、色素、萜类等) 甾类、萜和挥发油、生物碱、 各种苷元 苷 蛋白、多糖以外的各类成分 苷、生物碱盐、鞣质、氨基 酸、蛋白、糖
♪ 一般是浓缩较大量溶剂时使用此法,并 可 用于大生产。
(5)喷雾干燥
♪ 工业化生产经常采用喷雾干燥浓缩水溶 液。
(6)冷冻干燥
♪ 一般是浓缩水溶液时使用此法,由于是 低温干燥,尤其适用对热敏感化学成分 的浓缩.
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第二节 天然产物的分离与精制
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天然产物化学
(一)两相溶剂萃取法
原理:利用混合物中各组分在两相溶 剂中的分配系数不同进行纯化分离.如 果各成分分配系数相关越大,则分离 效率越高。 适用范围:在两相溶剂中分配系数不 同的混合物中各组分的纯化分离。
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① 水提取法
适用范围:适用于水溶性成分。如:苷类、 生物碱盐、有机酸盐、糖、蛋白质、氨基 酸、鞣质等化学成分的提取。 优点:经济、安全、无毒。 缺点:a.含杂质多,不易纯化; b.体积大,沸点高,不好浓缩; c.容易发霉;难过滤; d.加热时易糊化等。
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② 醇提取法
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(五)制备衍生物法
原理:制成适宜的易于分离的衍生物 后,再进一步进行分离纯化。 适用范围:通过多种方法难以分离纯 化的混合物的分离纯化。 操作方法:不同衍生物制备的具体方 法不同。
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(六)透析法
原理:利用水溶液中小分子化合物可以 通过半透膜,而大分子化合物不能通过 半透膜的性质进行分离纯化。
氯仿从水溶液 中萃取有效成 分,氯仿装于 萃取管内,水 溶液位于高位 容器内;
苯、乙酸乙酯 从水溶液中萃 取时,水溶液 提取液装于萃 取管内。
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② 逆流分配法(CCD)
是一种多次、连续的液-液萃取分离过程。适合于对 分配系数相差不太大的物质的分离。
基本原理:利用混合物中多种成分在两种不相混溶
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