天然产物分析
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KMnO4、KIO4、KIO3、K2S2O8、K2Cr2O7、H2O2、NaClO、 Ce(SO4)2· 2(NH4)2SO4
反应介质的选择
： 硫酸
Fig.2-3 The effect of different acids on the chemiluminescence of
alkaloid-KMnO4-H+ system
化学发光法
生物碱的化学发光行为及其应用研究
高锰酸钾浓度选择
Fig.2-5 The effect of potassium permanganate concentration on the chemiluminescence of alkaloid-KmnO4-H+ system (A) [H2SO4] =3.0mol/L，[berberine]=3.74 µ g/mL, voltage：600V (B) [H2SO4] =3.0mol/L, [palmatine] = 5.88 µ g/mL , voltage：600V (C) [H2SO4] =3.0mol/L, [jatrorrhizine] = 4.74 µ g/mL , voltage：600V
1.05
0.0 0.75
0.80
0.85
0.90
0.95
1.00
1.05
Potential/V(vs.Ag/AgCl)
( UV、 LIF、 CL)
毛细管电泳法
天然药物分析
优点、缺点
UV LIF CL
毛 细 管 电 泳 法
光学检测器 电化学检测器
检测器
质谱检测器 黄酮类化合物
分析对象
生物碱等
酸性高锰酸钾化学发光体系在天然药
物活性成分分析中的应用
天然药物活性成分的电化学行为研究
及其应用
天然药物活性成分的毛细管电泳行为
天然药物开发
一、天然药物研究的发展史
• 3、《本草纲目》卷39中则有“看药上长起长霜， 则药已成矣”的记载。这里的“生白”、“长霜” 均为没食子酸生成之意，是世界上最早制得的有 机酸，比舍勒的发明早了二百年。 • 4、《本草纲目》卷34下详尽记载了用升华法等 制备、纯化樟脑的过程。欧洲直至18世纪下半叶 才提出了樟脑的纯品。
puerarin daidzein kaempferol
Peak current/nA
0.5
0.4
farrerol 0.6 naringenin wogonin 0.4 0.2 0.0 0.75 rutin baicalein
0.3
0.2
luteolin
0.1
0.80
0.85
0.90
0.95
1.00
黄酮类化合物的化学发光行为及其应用研究
虎杖
当归
姜黄
in preparation
天然药物活性成分的电化学行为研究及其应用
辛弗林在多壁碳纳米管-Nafion修饰玻碳电
极上的电化学行为研究及其应用
Fig.4-2 DPV voltammogram of 2.4ｘ10-5 mol/L synephrine in B-R solution（pH=6.5） 1. glassy carbon electrode; 2. multi-walled carbon nanotubes – Nafion modified glassy carbon electrode
发现青蒿素 屠呦呦获 国际医学大奖2011年 度拉斯克奖
中国中医科学院授予 屠呦呦杰出贡献奖
天然产物（天然药物）
广义：自然界的所有物质
狭义：专指由动物、植物及海洋生物和微生物体内分离出 来的生物二次代谢产物（生物碱、黄酮类、萜类、
甾体类、醌类等）及生物体内源性生理活性化合物
（糖类、氨基酸、脂肪酸、核酸及其聚合衍生物
研究目的：从中获得医治严重危害人类健康疾病的防治药物、医用
及农用抗菌素、开发高效低毒农药以及植物生长激素和其他经济价值 的物质
应用领域：医药、食品、轻工、化工等
天然药物开发
一、天然药物研究的发展史
1、1769年瑞典化学家舍勒从酒石分离出酒石酸。 苯甲酸 （1775）、乳酸（1785）、没食子酸 （1786）等有机酸类物质。 2、明代李延的《医学入门》（1575）中记载了用 发酵法从五倍子中得到没食子酸的过程。书中谓 “五倍子粗粉，并矾、曲和匀，如作酒曲样，入 瓷器遮不见风，侯生白取出。”
UV、IR、1H-NMR、13CNMR、MS
综合分析，化学沟通 CD、ORD、2D-NMR、 X-射线衍射
结构验证 确定分子 主体结构
天然药物分析
天然药物 活性成分
黄酮类化合物、生物 碱、有机酸等
分析方法
天然药物分析
薄层扫描法 电化学分析法 色谱法(GC, HPLC)
活性成分分析方法
光分析法
天然药物开发
一、天然药物研究的发展史
7、20世纪50年代先后自印度萝芙木中获得降压活 性成分利血平，以及从降血糖药长春花中获得抗癌 活性成分长春花碱，成为两个很有价值的药物，引 起了各方的重视。
天然药物开发
一、天然药物研究的发展史
8、 1960年左右开始了对海洋天然药物的研究
9、20世纪80年代以来，由于分子生物技术的迅猛 发展，为有效成分的提取和功能研究提供了新方法。
天然产物分析
青蒿素（artemisine）是从中药黄花 蒿中提取的有过氧基团的倍半萜内酯抗 疟新药。青蒿素是中国发现的第一个被 国际公认的天然药物，在其基础上合成 了多种衍生物，如双氢青蒿素、蒿甲醚、 青蒿琥酯等。青蒿素类药物毒性低、抗 疟性强，被WTO批准为世界范围内治疗脑 型疟疾和恶性疟疾的首选药物。 证明了从传统药物获得确定化学成 分药物的价值。”
2、新结构解析技术 经典：化学降解方法；紫外；红外 新技术：质谱（快原子轰击，次级电离质谱，场解 吸质谱）；核磁共振，核磁共振二维技术;四圆X 衍射仪……
天然药物化学发展动向
二、偏重资源开发的实用化
医药业：新药；先导化合物
农业：除虫菊酯类农药；动植物激素 食品工业：天然色素；天然香料；天然甜味剂等
16
天然药物的提取分离和结构鉴定-分离精制方法
溶剂法：酸碱溶剂法；溶剂分配法
沉பைடு நூலகம்法：专属试剂沉淀法；分级沉 淀法；盐析法
常用 分离 精制 方法
吸附色谱
凝胶过滤色谱
色谱分离法
大孔吸附树脂色谱
离子交换色谱
结晶法
分配色谱
17
天然药物的提取分离和结构鉴定-结构鉴定
初步推断化 合物类型 测定分子式 结构分析 测定物理常数，进行鉴别 反应，文献调研。 元素分析，分子量测定
化学发光法
生物碱的化学发光行为及其应用研究
硫酸浓度的选择： 3.0
mol/L
Fig.2-4 The effect of sulphuric acid concentration on the chemiluminescence of alkaloid-KMnO4-H+ system
(A) [KMnO4] = 5.0×10-4mol/L， [berberine]=3.74 µ g/mL , voltage：600V (B) [ KMnO4] =2.5×10-4mol/L, [palmatine] = 5.88 µ g/mL, voltage：600V (C) [KMnO4] =5.0×10-5mol/L， [jatrorrhizine] =4.74 µ g/mL , voltage：600V
毛细管电泳-电化学检测
1.黄酮类化合物的毛细管电泳行为研究
检测电位的选择—动态伏安图:
1.0 0.8
Peak current/ nA
0.95V
mangiferin hyperoside quercitrin scutellarin baicalin fisetin/myricetin morin quercetin
RSD：小檗碱（2.3%）； 巴马汀（2.7％）； 药根碱（3.3％）
化学发光法在天然药物活性成分分析中的应用
生物碱的化学发光行为及其应用研究
黄柏
黄连
Luminescence (2010, 25, 403-408)
化学发光法在天然药物活性成分分析中的应用
生物碱的化学发光行为及其应用研究
化学发光法在天然药物活性成分分析中的应用
等）
天然产物化学
定义：以各类生物(动植物、海洋生物和微生物）为研究对象，
以有机化学和分析化学（分离分析方法、合成方法等）为基础， 以化学和物理方法（化学降解、光谱等）为手段， 研究生物二次代谢产物的提取、分离、结构、功能、生物合成、 化学合 成与修饰及其用途的一门科学。 ==》运用现代科学的理论与方法研究天然产物中化学成分的一门学科
二、先导化合物（Lead compound）
• 指具有特征结构和生理活性并可通过结构改造优化 其生理活性的化合物
天然药物
化学衍化
商业产品(高效低毒；易产业化）
古柯碱 水杨苷
普鲁卡因 阿司匹林
天然药物化学发展动向
一、研究方法和手段向高、新方向发展
1、新分离技术 常规柱色谱—快速色谱、逆流液滴分溶色谱、高效 液相色谱、离心色谱、气相色谱、毛细管电泳等
天然药物开发
一、天然药物研究的发展史
5、从药用动植物中提取活性 成分则始于19世纪。第一个 被提取的成分是吗啡碱（一 种异喹啉生物碱），于1806 年由法国化学家F· 泽尔蒂纳 自鸦片中提取。
天然药物开发
一、天然药物研究的发展史
6、此后的数十年间发掘了大量民间药中的活性成分， 如土根碱、奎宁、辛可宁、番木鳖碱、咖啡因、阿 托品毛地黄强心苷、毒毛旋花苷、蟾蜍等，以生物 碱居多，都具有显著的生理活性，可以代表其原生 药，多数至今仍用作药物。但当时只能利用分馏和 重结晶来纯化单体成分。
Fig.4-6 DPV of sample in B-R buffer solution under optimum conditions.
天然药物活性成分的电化学行为研究及其应用
某些黄酮类化合物在玻碳电极上的电化
学行为研究及分析应用
电化学方法： DPV 、 CV 、 LSV 、 CC等
12种黄酮类化合物:
检测限：10-7～10-9mol/L 样品分析：陈皮中总黄酮含量（以 橙皮甙为对照品）；
模拟血清（槲皮素）
氧化反应机理：初步探讨
毛细管电泳-电化学检测
1.黄酮类化合物的毛细管电泳行为研究
检测电位的选择 缓冲介质的选择 添加剂的选择 分离电压、进样时间 工作曲线、检测限和精密度
回归大自然：功能食品；保健饮料和药茶；天然香料、 甜味剂、酸味剂、色素……
三、基于生物技术的天然药物化学研究
天然药物的提取分离和结构鉴定
天然药物的提取分离和结构鉴定-预实验流程
天然药物的提取分离和结构鉴定-提取方法
溶剂法 沉淀法
常用 提取 方法
水蒸气蒸馏法
透析法 吸附法 升华法 盐析法 分馏法
化学发光法
生物碱的化学发光行为及其应用研究
线性范围、检测限和精密度
Table 2-1 The results of regression analysis on calibration curves and the detection limits
Alkaloids berberine Linear range (µ g/mL ) 0.038~0.45 0.45～7.27 palmatine 0.03～0.36 0.36～18.1 jatrorrhizine 0.012～0.059 0.059～0.59 0.59～5.98 Regression equation I＝381.1C-9.740 I＝243.34C+58.64 I＝300.64C-1.264 I＝165.78C+109.58 I＝3125.5C-14.88 I＝1284.8C+106.65 I＝560.25C+536.47 Correlation coefficiency 0.9959 0.9952 0.9984 0.9980 0.9984 0.9981 0.9904 0.0007 0.004 Detection limit (µ g/mL ) 0.005
研究及其应用
化学发光法在天然药物活性成分分析中的应用
化学发光原理
化学发光(chemiluminesence,CL)是指在某些化学反应中吸收 了反应释放的化学能而处于激发态的反应物，中间体或生成 物由激发态的最低振动能级回到基态时所产生的一种光辐射。
化学发光法
生物碱的化学发光行为及其应用研究 氧化剂的初步筛选 :
反应介质的选择
： 硫酸
Fig.2-3 The effect of different acids on the chemiluminescence of
alkaloid-KMnO4-H+ system
化学发光法
生物碱的化学发光行为及其应用研究
高锰酸钾浓度选择
Fig.2-5 The effect of potassium permanganate concentration on the chemiluminescence of alkaloid-KmnO4-H+ system (A) [H2SO4] =3.0mol/L，[berberine]=3.74 µ g/mL, voltage：600V (B) [H2SO4] =3.0mol/L, [palmatine] = 5.88 µ g/mL , voltage：600V (C) [H2SO4] =3.0mol/L, [jatrorrhizine] = 4.74 µ g/mL , voltage：600V
1.05
0.0 0.75
0.80
0.85
0.90
0.95
1.00
1.05
Potential/V(vs.Ag/AgCl)
( UV、 LIF、 CL)
毛细管电泳法
天然药物分析
优点、缺点
UV LIF CL
毛 细 管 电 泳 法
光学检测器 电化学检测器
检测器
质谱检测器 黄酮类化合物
分析对象
生物碱等
酸性高锰酸钾化学发光体系在天然药
物活性成分分析中的应用
天然药物活性成分的电化学行为研究
及其应用
天然药物活性成分的毛细管电泳行为
天然药物开发
一、天然药物研究的发展史
• 3、《本草纲目》卷39中则有“看药上长起长霜， 则药已成矣”的记载。这里的“生白”、“长霜” 均为没食子酸生成之意，是世界上最早制得的有 机酸，比舍勒的发明早了二百年。 • 4、《本草纲目》卷34下详尽记载了用升华法等 制备、纯化樟脑的过程。欧洲直至18世纪下半叶 才提出了樟脑的纯品。
puerarin daidzein kaempferol
Peak current/nA
0.5
0.4
farrerol 0.6 naringenin wogonin 0.4 0.2 0.0 0.75 rutin baicalein
0.3
0.2
luteolin
0.1
0.80
0.85
0.90
0.95
1.00
黄酮类化合物的化学发光行为及其应用研究
虎杖
当归
姜黄
in preparation
天然药物活性成分的电化学行为研究及其应用
辛弗林在多壁碳纳米管-Nafion修饰玻碳电
极上的电化学行为研究及其应用
Fig.4-2 DPV voltammogram of 2.4ｘ10-5 mol/L synephrine in B-R solution（pH=6.5） 1. glassy carbon electrode; 2. multi-walled carbon nanotubes – Nafion modified glassy carbon electrode
发现青蒿素 屠呦呦获 国际医学大奖2011年 度拉斯克奖
中国中医科学院授予 屠呦呦杰出贡献奖
天然产物（天然药物）
广义：自然界的所有物质
狭义：专指由动物、植物及海洋生物和微生物体内分离出 来的生物二次代谢产物（生物碱、黄酮类、萜类、
甾体类、醌类等）及生物体内源性生理活性化合物
（糖类、氨基酸、脂肪酸、核酸及其聚合衍生物
研究目的：从中获得医治严重危害人类健康疾病的防治药物、医用
及农用抗菌素、开发高效低毒农药以及植物生长激素和其他经济价值 的物质
应用领域：医药、食品、轻工、化工等
天然药物开发
一、天然药物研究的发展史
1、1769年瑞典化学家舍勒从酒石分离出酒石酸。 苯甲酸 （1775）、乳酸（1785）、没食子酸 （1786）等有机酸类物质。 2、明代李延的《医学入门》（1575）中记载了用 发酵法从五倍子中得到没食子酸的过程。书中谓 “五倍子粗粉，并矾、曲和匀，如作酒曲样，入 瓷器遮不见风，侯生白取出。”
UV、IR、1H-NMR、13CNMR、MS
综合分析，化学沟通 CD、ORD、2D-NMR、 X-射线衍射
结构验证 确定分子 主体结构
天然药物分析
天然药物 活性成分
黄酮类化合物、生物 碱、有机酸等
分析方法
天然药物分析
薄层扫描法 电化学分析法 色谱法(GC, HPLC)
活性成分分析方法
光分析法
天然药物开发
一、天然药物研究的发展史
7、20世纪50年代先后自印度萝芙木中获得降压活 性成分利血平，以及从降血糖药长春花中获得抗癌 活性成分长春花碱，成为两个很有价值的药物，引 起了各方的重视。
天然药物开发
一、天然药物研究的发展史
8、 1960年左右开始了对海洋天然药物的研究
9、20世纪80年代以来，由于分子生物技术的迅猛 发展，为有效成分的提取和功能研究提供了新方法。
天然产物分析
青蒿素（artemisine）是从中药黄花 蒿中提取的有过氧基团的倍半萜内酯抗 疟新药。青蒿素是中国发现的第一个被 国际公认的天然药物，在其基础上合成 了多种衍生物，如双氢青蒿素、蒿甲醚、 青蒿琥酯等。青蒿素类药物毒性低、抗 疟性强，被WTO批准为世界范围内治疗脑 型疟疾和恶性疟疾的首选药物。 证明了从传统药物获得确定化学成 分药物的价值。”
2、新结构解析技术 经典：化学降解方法；紫外；红外 新技术：质谱（快原子轰击，次级电离质谱，场解 吸质谱）；核磁共振，核磁共振二维技术;四圆X 衍射仪……
天然药物化学发展动向
二、偏重资源开发的实用化
医药业：新药；先导化合物
农业：除虫菊酯类农药；动植物激素 食品工业：天然色素；天然香料；天然甜味剂等
16
天然药物的提取分离和结构鉴定-分离精制方法
溶剂法：酸碱溶剂法；溶剂分配法
沉பைடு நூலகம்法：专属试剂沉淀法；分级沉 淀法；盐析法
常用 分离 精制 方法
吸附色谱
凝胶过滤色谱
色谱分离法
大孔吸附树脂色谱
离子交换色谱
结晶法
分配色谱
17
天然药物的提取分离和结构鉴定-结构鉴定
初步推断化 合物类型 测定分子式 结构分析 测定物理常数，进行鉴别 反应，文献调研。 元素分析，分子量测定
化学发光法
生物碱的化学发光行为及其应用研究
硫酸浓度的选择： 3.0
mol/L
Fig.2-4 The effect of sulphuric acid concentration on the chemiluminescence of alkaloid-KMnO4-H+ system
(A) [KMnO4] = 5.0×10-4mol/L， [berberine]=3.74 µ g/mL , voltage：600V (B) [ KMnO4] =2.5×10-4mol/L, [palmatine] = 5.88 µ g/mL, voltage：600V (C) [KMnO4] =5.0×10-5mol/L， [jatrorrhizine] =4.74 µ g/mL , voltage：600V
毛细管电泳-电化学检测
1.黄酮类化合物的毛细管电泳行为研究
检测电位的选择—动态伏安图:
1.0 0.8
Peak current/ nA
0.95V
mangiferin hyperoside quercitrin scutellarin baicalin fisetin/myricetin morin quercetin
RSD：小檗碱（2.3%）； 巴马汀（2.7％）； 药根碱（3.3％）
化学发光法在天然药物活性成分分析中的应用
生物碱的化学发光行为及其应用研究
黄柏
黄连
Luminescence (2010, 25, 403-408)
化学发光法在天然药物活性成分分析中的应用
生物碱的化学发光行为及其应用研究
化学发光法在天然药物活性成分分析中的应用
等）
天然产物化学
定义：以各类生物(动植物、海洋生物和微生物）为研究对象，
以有机化学和分析化学（分离分析方法、合成方法等）为基础， 以化学和物理方法（化学降解、光谱等）为手段， 研究生物二次代谢产物的提取、分离、结构、功能、生物合成、 化学合 成与修饰及其用途的一门科学。 ==》运用现代科学的理论与方法研究天然产物中化学成分的一门学科
二、先导化合物（Lead compound）
• 指具有特征结构和生理活性并可通过结构改造优化 其生理活性的化合物
天然药物
化学衍化
商业产品(高效低毒；易产业化）
古柯碱 水杨苷
普鲁卡因 阿司匹林
天然药物化学发展动向
一、研究方法和手段向高、新方向发展
1、新分离技术 常规柱色谱—快速色谱、逆流液滴分溶色谱、高效 液相色谱、离心色谱、气相色谱、毛细管电泳等
天然药物开发
一、天然药物研究的发展史
5、从药用动植物中提取活性 成分则始于19世纪。第一个 被提取的成分是吗啡碱（一 种异喹啉生物碱），于1806 年由法国化学家F· 泽尔蒂纳 自鸦片中提取。
天然药物开发
一、天然药物研究的发展史
6、此后的数十年间发掘了大量民间药中的活性成分， 如土根碱、奎宁、辛可宁、番木鳖碱、咖啡因、阿 托品毛地黄强心苷、毒毛旋花苷、蟾蜍等，以生物 碱居多，都具有显著的生理活性，可以代表其原生 药，多数至今仍用作药物。但当时只能利用分馏和 重结晶来纯化单体成分。
Fig.4-6 DPV of sample in B-R buffer solution under optimum conditions.
天然药物活性成分的电化学行为研究及其应用
某些黄酮类化合物在玻碳电极上的电化
学行为研究及分析应用
电化学方法： DPV 、 CV 、 LSV 、 CC等
12种黄酮类化合物:
检测限：10-7～10-9mol/L 样品分析：陈皮中总黄酮含量（以 橙皮甙为对照品）；
模拟血清（槲皮素）
氧化反应机理：初步探讨
毛细管电泳-电化学检测
1.黄酮类化合物的毛细管电泳行为研究
检测电位的选择 缓冲介质的选择 添加剂的选择 分离电压、进样时间 工作曲线、检测限和精密度
回归大自然：功能食品；保健饮料和药茶；天然香料、 甜味剂、酸味剂、色素……
三、基于生物技术的天然药物化学研究
天然药物的提取分离和结构鉴定
天然药物的提取分离和结构鉴定-预实验流程
天然药物的提取分离和结构鉴定-提取方法
溶剂法 沉淀法
常用 提取 方法
水蒸气蒸馏法
透析法 吸附法 升华法 盐析法 分馏法
化学发光法
生物碱的化学发光行为及其应用研究
线性范围、检测限和精密度
Table 2-1 The results of regression analysis on calibration curves and the detection limits
Alkaloids berberine Linear range (µ g/mL ) 0.038~0.45 0.45～7.27 palmatine 0.03～0.36 0.36～18.1 jatrorrhizine 0.012～0.059 0.059～0.59 0.59～5.98 Regression equation I＝381.1C-9.740 I＝243.34C+58.64 I＝300.64C-1.264 I＝165.78C+109.58 I＝3125.5C-14.88 I＝1284.8C+106.65 I＝560.25C+536.47 Correlation coefficiency 0.9959 0.9952 0.9984 0.9980 0.9984 0.9981 0.9904 0.0007 0.004 Detection limit (µ g/mL ) 0.005
研究及其应用
化学发光法在天然药物活性成分分析中的应用
化学发光原理
化学发光(chemiluminesence,CL)是指在某些化学反应中吸收 了反应释放的化学能而处于激发态的反应物，中间体或生成 物由激发态的最低振动能级回到基态时所产生的一种光辐射。
化学发光法
生物碱的化学发光行为及其应用研究 氧化剂的初步筛选 :