第二章+天然产物的提取分离(1)

水蒸气蒸馏装置
常用的水蒸气蒸馏装置，包括水蒸气发生器、 蒸馏、冷凝和接受器四个部分。
磨口玻璃装置
水蒸气蒸馏的方法分为直接法和间接法两种。
直接法
在实验上较为方便，常用于微量实验。操作 时将盛有被蒸馏物的烧瓶中加入适量蒸馏水，加 热至沸以便产生蒸气，水蒸气与被蒸馏物一起蒸 出。对于挥发性液体和数量较少的物料，此法非 常适用。
• 5、溶剂的选择
• (1) 水：为价廉、易得、使用安全的强极性溶 剂。适于提取无机盐、糖、氨基酸、蛋白质、 有机酸盐、生物碱盐、苷类等。 • (2) 亲水性有机溶剂：以乙醇最常用。高浓度 提取亲脂性成分，低浓度提取亲水性成分。 • (3) 亲脂性有机溶剂： • 具有较强的选择性，对挥发油、油脂、叶 绿素、树脂、内酯、某些生物碱及一些苷元均 可提取出来。 优缺点：沸点低，浓缩回收方便，但易燃、 有毒、价贵，穿透力差。
4、化合物的结构与亲水性、亲脂性的关系 • （1）分子结构中亲水性基团（羧基、羟 基、氨基）越多，极性越大，亲水性越 强，反之则亲脂性越强。 • （2）分子中非极性部分越大，碳链越长 或结构越大，则亲脂性越强。 • （3）结构母核相同的成分，分子中功能 基的极性越大，或极性功能基数量越多， 则整个分子的极性越大，亲水性越强， 亲脂性越弱。
O
N CH3
N
O
2-莰酮
咖啡因
实验室提取咖啡因步骤：
1、将茶叶与95%乙醇回流2h； 2、滤出茶叶，浓缩提取液至适当体积； 3、浓缩液与生石灰粉混合，搅成浆状，用蒸发皿 在蒸汽浴上蒸干，除去水份； 4、在蒸发皿上盖一张刺孔向上的滤纸，再在滤纸 上罩一个大小适合且颈部塞有棉花的漏斗； 5、用酒精灯隔石棉网加热，适当控制温度，白色 咖啡因在滤纸上结晶。
间接法
• • 常量实验中经常使用的方法，其操作相对比较复 杂，需要安装水蒸气发生器。 图中A是水蒸气发生器，一般使用厚壁玻璃瓶， 也可使用金属制成的水蒸气发生器，安全玻璃管B几 乎插到发生器A的底部。当容器内气压太大时，水可 沿着玻璃管上升，以调节内压。
蒸馏部分可用三口烧瓶，瓶内液体不宜超过 其容积的1/3。蒸气导入管E的末端正对瓶底中央 并伸到接近瓶底2～3 mm处。馏液通过接液管进 入接收器，接收器外围可用冷水浴冷却。
CO2
恒 温 箱
CO2 钢瓶
冷温槽 高压泵 控温面板 接受瓶 流量计
原料 玻璃珠 脱脂棉 萃取柱
超临界CO2 萃取实验装置示意图
超临界CO2提取操作流程
液体CO2由高压泵加压到萃取工艺要求的 压力并传送到换热器，将CO2流体加温到萃取 工艺所需温度后进入萃取器，在此完成萃取过 程。负载溶质的CO2流体在分离器中改变温度 压力，溶解度降低使萃取物得以分离。分离萃 取物后的CO2流体再经换热器液化后回到储罐 中循环使用。
（4）浓度差
dc dx
根据扩散原理，造成提取液的浓度差可 以提高提取的效率。 可采取的措施有：搅拌、更换溶剂。
（5）新技术的使用
超声波、微波促提技术的应用，可以加快提 取速度，提高提取效率。
超声波促提原理：
目前实验室广泛使用的超声波萃取仪是将 超声波换能器产生的超声波通过介质（通常是 水）传递并作用于样品，这是一种间接的作用 方式，声振强度较低，必须通过增加超声波发 生器功率（3300W）来提高萃取效率。但较大 的超声波功率，又会发出令人感觉不适的噪音。
具体的回流时间是不一样的，有的 是按文献要求提取一定时间，有的是提 取至提取液无色，又比如用乙醚提取样 品中的脂肪时是以抽提管中流出的乙醚 挥发后不留下油迹为抽提终点。总之就 是要提取完全为止。
7、影响溶剂提取法的因素 （1）生物材料的粉碎度
材料细，面积大，扩散快，效果好。 但是太细，吸附作用大，易糊化，扩散慢， 同时植物细胞也会遭受破坏，大量蛋白质、 淀粉被提出，产生沉淀或胶束状，影响提 取。 花、叶可适当粗些，皮、茎、根宜细 些。
常用的超临界流体有CO2、乙烷、丙烷等。
超临界CO2提取的特点。
与普通有机溶剂提取法相比，超临界 CO2萃取技术具有无毒、常温、不易燃、 无污染等特点，可确保原有的色、香、味 不因受热破坏；更为可贵的是在萃取过程 中可同时对萃取物进行分离纯化。该技术 适宜于萃取高价值的油脂（包括天然功能 性油脂）、精油、内酯等极性较低的天然 产物有效成分。
第二章 天然产物的提取分离鉴定
第一节 天然产物的提取
• 一、基本概念 • 1、提取：利用适当的溶剂或方法，将所 要成分尽可能从原料中完全提出的过程。 • 2、分离：将提取物中所含的各种成分一 一分开，并将得到的单体加以精制的过 程。
二、提取方法
水 亲水性有机溶剂 亲脂性有机溶剂

（2）提取温度
一般使用常温，在不破坏有效成分的条 件下加热不要超过80˚C。 温度低提取时的杂质少，温度高时提取 效率高；但含淀粉、粘液质较多的材料，水 提时避免热提。
（3）提取时间
以提完为准，是否完全可以提取也做定性 实验，或薄层层析检测，或以液体颜色判断。
根据检测结果确定是否需要延长提取时间。
具有穿透力强，加热效率高，操作简便、 快速、节能、高效等特点。 缺点：化学成分的结构易发生变化，继而 导致生物活性的改变。 微波提取尤其要注意能量的控制，被提取 物质的稳定性。
工业生产用微波提取罐
（二）水蒸气蒸馏法
水蒸气蒸馏法是将水蒸气通入不溶或难溶 于水但有一定挥发性的有机物质中，使该 有 机物在低于100℃ 的温度下，随着水蒸气一起 蒸馏出来。 原理：道尔顿分压定律 适于具有挥发性，能随水蒸气蒸馏而不被 破坏的有效成分结构的提取。如挥发油、小分 子生物碱、酚类、游离醌类等。
浸润：渗透阶段 溶剂通过细胞壁渗透到细胞中。 解吸：溶解阶段 细胞内容物与细胞组织之间有亲和 力，溶剂破除这种亲和力。 扩散：置换阶段 利用细胞内的渗透力产生的压差而抽 提出来，用溶剂占领内容物的位置而将内 容物置换出来。
扩散过程表达式：
dc ds DF dt dt: 扩散时间 dx dc
固体样品
升 华
（五）压榨法
借助机械外力的作用，将油脂从榨料中挤 压出来的过程。在压榨过程中，主要发生的是 物理变化，如物料变形、油脂分离、摩擦发热、 水分蒸发等。但由于温度、水分、微生物等的 影响，同时也会产生某些生物化学方面的变化， 如蛋白质变性、酶的钝化和破坏、某些物质的 结合等。压榨时，榨料粒子在压力作用下内外 表面相互挤紧，致使其液体部分和凝胶部分分 别产生两个不同过程，即油脂从榨料空隙中被 挤压出来及榨料粒子变形形成坚硬的油饼。
20世纪50年代初进入试验阶段，如从石油中 脱沥青。 70、80年代SFE用于食品香料的提取。 90年代从植物药中提取目标成分，如从蛇床 子、桑白皮、茵陈蒿中提取活性成分。
（四）升华法 将固体物质受热气化，遇冷又凝 结为固体的方法。 樟木中的樟脑，茶叶中的咖啡因的提取。
O H 3C N CH3 N
水蒸气发生器与盛物的圆底烧瓶之间应装 上一个T形管C。在T形管下端连一个带螺旋夹 的胶管或两通活塞D，以便及时除去冷凝下来的 水滴，应尽量缩短水蒸气发生器与圆底烧瓶之 间距离，以减少水气的冷凝。
进行水蒸气蒸馏时，先将被蒸溶液置于三 颈瓶中，加热水蒸气发生器A，直至接近沸腾后 再关闭两通活塞，使水蒸气均匀地进入圆底烧瓶。 为了使蒸气不致在D中冷凝而积聚过多，必 要时可在F下置一石棉网，用小火加热。必须控 制加热速度，使蒸气能全部在冷凝管中冷凝下来。
为物理过程，无化学反应，不改变生物活 性，高能量的超声波产生的强大压力，可造成 植物细胞壁及生物体破裂，导致胞内物质释放、 扩散、溶解。
工业生产用超声仪
实验室用小型超声仪
微波促提原理：
微波辅助技术是利用样品中目标物分子在 微波电磁场的作ຫໍສະໝຸດ Baidu下，从原来的热运动状态转 为跟随微波交变电磁场而快速排列取向，将微 波能量转化为样品内的能量，从而加速目标物 从固相进入溶剂相的过程。
溶剂提取法 水蒸气蒸馏法
溶剂
超临界流体萃取法（SFE） 升华法
压榨法
• （一）溶剂提取法
•
根据天然成分的溶解性不同，选用 对所需成分溶解度大而对其他成分溶解度 小的溶剂，将所需成分从生物材料中溶解 出来的一种提取方法。
1、溶剂提取法的原理
选择溶剂依据相似相溶原理。 溶剂提取是指溶剂进入生物体细胞， 溶解或分散其有用物质而变成浸出物的全 过程。 包括浸润、解吸和扩散三个阶段。
• 3、溶剂的分类
* 强极性溶剂：水 * 亲水性有机溶剂： 能与水任意混溶（甲醇、乙醇、丙酮） * 亲脂性有机溶剂： 不与水任意混溶，可分层（正丁醇、乙醚、 乙酸乙酯、氯仿、二氯甲烷、环己烷、石油醚）
常用溶剂的极性大小顺序： 石油醚<四氯化碳<苯<氯仿<乙醚<乙酸乙 酯<正丁醇<丙酮<乙醇（甲醇）<水
6、溶剂提取的方法 浸渍法（泡药酒） 渗漉法 溶剂提取的方法 煎煮法（煎中药） 回流提取法 连续回流提取法
（1）浸渍法
以水或稀醇反复提取，适于遇热易破坏或 挥发性成分及含淀粉、粘液质较多的材料。
民间的药酒浸制。
（2）渗漉法
以稀乙醇或 酸、水作溶剂，先 浸后渗，提取效率 高于浸渍法。但溶 剂用量大，对原料 粒度要求高。
在蒸馏需要中断或蒸馏完毕后，一定要先 打开螺旋夹使通大气，然后方可停止加热，否则 蒸馏瓶中的液体将会倒吸到A中。在蒸馏过程中， 如发现安全管B中的水位迅速上升，则表示系统 中发生了堵塞。此时应立即打开活塞，然后移去 热源。待排除了堵塞后再继续进行水蒸气蒸馏。
（三）超临界流体萃取法
最常用的是二氧化碳超临界萃取法，环保、 成本低、提取分离一步完成。分子的极性、沸 点和分子量的大小与其在二氧化碳超临界流体 中的溶解性密切相关。
超临界二氧化碳 流体(SFE-CO2)临界点 (31.1℃)相当接近室温
利用超临界条件下流体的特殊性能对样品 进行提取，是20世纪80年代迅速发展起来的一 种提取方法。
超临界流体不但具有与液体接近的密度， 有很强的穿透性，接近或超过溶剂的提取效率； 而且具有与气体相近的扩散的性能，提取效率 越高。
②.在提取用的烧瓶中加入提取溶剂和沸石
（没有沸石可以用玻璃珠或碎瓷片，目的就 是防止暴沸）。
③.连接好烧瓶、提取器、回流冷凝管，接通冷
凝水,加热。沸腾后，溶剂的蒸气从烧瓶进到冷 凝管中，冷凝后的溶剂回流到滤纸筒中，浸取 样品。溶剂在提取器内到达一定的高度时，就 携带所提取的物质一同从侧面的虹吸管流入烧 瓶中。溶剂就这样在仪器内循环流动，把所要 提取的物质集中到下面的烧瓶内。
如果随水蒸气挥发的物质具有较高的熔点， 在冷凝后易析出固体，则应调小冷凝水的流速， 使它冷凝后仍然保持液态。假如已有固体析出， 并且接近阻塞时，可暂时停止冷凝水或将冷凝水 暂时放去，以使物质熔融后随水流入接收器中。 当冷凝管夹套中要重新通入冷却水时，要小心而 缓慢，以免冷凝管因骤冷而破裂。万一冷凝管已 被阻塞，应立即停止蒸馏，并设法疏通（可用玻 棒将阻塞的晶体捅出或用电吹风的热风吹化结晶， 也可在冷凝管夹套中灌以热水使之熔化后流出 来）。
实验室简单渗漉装置
（3）煎煮法 以水为溶剂，对遇热易破坏和挥发性 成分有影响，对含多量淀粉、黏液质的原 料也不适用。 传统的中药煎制。
（4）回流提取法
使用有机溶剂。对遇热易破坏的成分有影响。
（5）连续回流提取法
循环使用挥发性的有机溶剂，在脂肪提取器 中连续提取的方法。 提取效率高，节省溶剂。但不适于热不稳定 成分的提取。 也可采用混合溶剂，常用的有水和乙醇。 不同比例的溶剂可提出不同成分，如CHCl3C2H5OH(95:5) 可提取出强心甙、有机酸、叶 绿素等。
dx
浓度差
ds: 在dt时间内的扩散量
F：扩散面积，以粉碎度表示
RT 1 D： 扩散系数 D N 6r
• 2、选择溶剂的要点 * 对所要成分溶解度大 * 沸点适中容易回收 * 低毒安全 * 廉价 天然产物成分中，萜、甾等大环、稠环化 合物极性小，易溶于氯仿、乙醚等；糖、苷等 易溶于水、乙醇等极性溶剂中；酸碱性成分因 存在状态不同溶解性不同。 最常用的溶剂为乙醇。
索式提取器的组成
脂肪提取器
冷凝管
冷凝管 滤纸筒 蒸汽管 脂肪提取器 虹吸管
萃取瓶 （圆底烧瓶）
索式提取器连续回流提取
操作步骤：
①.把滤纸做成与提取器大小相应的滤纸筒，然后 把需要提取的样品放入滤纸筒内，装入提取器。 注意:
a.滤纸筒既要紧贴器壁，又要方便取放。（滤纸筒上可以 套一圈棉线，方便提取完成后取出滤纸筒。） b.被提取物高度不能超过虹吸管，否则被提取物不能被溶 剂充分浸泡，影响提取效果。被提取物亦不能漏出滤纸筒， 以免堵塞虹吸管。如果试样较轻，可以用脱脂棉压住试样。