天然药物化学笔记 第一章
总论(6学时)
掌握:1、常用的天然化学成分的提取、分离、纯化方法
溶剂提取法
提取 水蒸气蒸馏法(适用于具有挥发性的、能随水蒸气蒸馏而不被破坏、且难溶或不溶于水的成分)
升华法 溶剂法
离子交换树脂法 沉淀法 分离纯化 结晶法
色谱法
超临界流体萃取
超滤法、透析法、分馏法 天然药物化学成分按其生物合成途径划分: 一级代谢物(糖类、蛋白质等) 二级代谢物(生物碱、黄酮、皂甙等) 这类物质就是每种药物都含有,就是维持生物体正常生存的必需物质 这些物质不就是每种药物都有,就是生物体通过各自特殊代谢途径产生,反映科、属、种的特性物质 2、溶剂提取法与水蒸气蒸馏法的原理、操作及其特点 溶剂提取法
·根据被提取成分的性质与溶剂性质
浸渍法 渗漉法 石油醚或汽油(可提取油脂、蜡、叶绿素、挥发油、煎煮法 游离甾体及三萜化合物) 提取方法 回流提取法 三氯甲烷或乙酸乙酯(可提取游离生物碱、有机酸连续回流提取法 及黄酮、香豆素的苷元等中等极性化合物) 超临界流体萃取法 丙酮或乙醇、甲醇(可提出苷类、生物碱盐以及鞣超声波提取法 质等极性化合物 微波提取法 水(可提出氨基酸、糖类、无机盐等水溶性成分) ·溶剂极性由弱到强的顺序如下:
石油醚(低沸点→高沸点) < 二硫化碳 < 四氯化碳 < 苯 < 二氯甲烷 < 乙醚 < 氯仿< 醋酸乙酯 < 正丁醇 < 丙酮 < 乙醇 < 甲醇 < 水 < 乙酸 ·选择溶剂的要点:能有效的提取成分;相似相溶,沸点适中易回收;低毒安全。 ·水蒸气蒸馏法的原理:这类成分有挥发性,在100℃时有一定蒸汽压,当水沸腾时,该类成分一并随水蒸汽带出,再用有机溶剂萃取,既可分离出。
3、 层析方法(硅胶、聚酰胺、葡聚糖凝胶、离子交换树脂、大孔树脂法及分配层析)与两相溶剂萃取法的原理及方法。 吸附剂 硅胶 分离原理 吸附规律 吸附原理 弱酸性、极性吸附剂 化合物极性越大、吸附能力强(难洗脱) 溶剂极性越小,吸附力越强 应用 广泛(酸、碱及 中性成分均可)
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氧化铝 活性炭 聚酰胺 吸附原理 碱性、极性吸附剂 吸附规律同上 吸附原理 非极性吸附剂 吸附规律与与硅胶、氧化铝相反 氢键吸附 (1)形成氢键的基团数目越多,则吸附力越强; (2)易形成分子内氢键,其在聚酰胺上的吸附力即减弱; (3)分子中芳香化程度高,吸附力增强。 (4)各种溶剂对聚酰胺的洗脱能力: 水<甲醇<丙酮<氢氧化钠液<甲酰胺<二甲基甲酰胺<尿素水液 范德华引对非极性大孔树脂,洗脱液极性越小,洗脱力或氢键 能力越强; 对极性中等与较大的化合物来说,选用极性较大的溶剂。 碱性、中性成分(酸性成分与铝络合) 从稀水溶液中富集微量物质;脱色(脂溶性色素) 酚类、黄酮类化合物的分离,特别适于制备性分离。 此外还适于一些极性物质与非极性物质的分离。 大孔吸附树脂法 广泛应用于天然产物的分离与富集工作,如脱糖处理、生物碱的精制 (甜叶菊苷的提取分离) 等。 适用于分离酸性、碱性及两性基团的分子 只适合在水中应用,且不同规格适合分离不同分子量的物质 离子交离子交换 有两个化合物,酸性A>B,当通过弱碱性离换树脂子树脂柱时,哪个先洗脱？——B 法 葡聚糖凝胶 溶剂分配法 分子筛原理 分配系数差 生成的凝胶颗粒网孔大小取决于所用交联剂的数量及反应条件。 ·系统分离法(先极性小的溶剂):石油醚→Et2O→EtOAc→EtOH→水。
·正相正相分配柱色谱:固定相的极性＞流动相,极性小的先流出,适合极性大的物质。 基本结构单位:
C2单位(醋酸单位):如脂肪酸、酚类、苯醌等聚酮类化合物; C5单位(异戊烯单位):如萜类、甾类等;
C6单位:如香豆素、木脂素等苯丙素类化合物; 氨基酸单位:如生物碱类化合物; 复合单位:由上述单位复合构成;
熟悉:1、天然药物化学的发展史、研究内容及其与其它课程的关系
2、天然药物化学成分主要的生物合成途径与结构研究的主要程序及采用的主要方法、 生物合成途径 途径 醋酸-丙二酸途径(AA-MA) 甲戊二羟酸途径( MVA ) 桂皮酸及莽草酸途径 氨基酸途径 复合途径 结构测定的程序 生成物 脂肪酸类、酚类、蒽酮类等 萜类等 苯丙素类、香豆素类、木质素类、木脂体、黄酮类 等 生物碱类 方法
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1、外观、颜色、形态就是否均一; 2、测定各种物理常数,例熔点、沸点等 3、若可能就是已知物,对照品对照测定或测共熔点,也可对照文献报导值(注意各种测定条件的一致性) 4、薄层层析(三种展开系统与三种显色方法) 5、高效液相层析 1、元素定量分析配合分子量测定(钠融法、质谱法) 2、同位素丰度比法 3、高分辨质谱(HR－MS)法 4、计算不饱与度U=Ⅳ－Ⅰ/2 + Ⅲ/2 + 1 Ⅰ为一价原子(如H、D、X) Ⅲ为三价原子(如N、P) Ⅳ为四价原子(如C、Si) 纯度鉴定 推测母体结构类型、功能基情况 分子量分子式的确定 波谱、化学方法推测出结构式 人工合成进行确认 化学方法——辅助手段 与特定试剂产生各种颜色或沉淀 生物碱类大都能与生物碱沉淀试剂产生沉淀 羟基葸醌类遇碱呈红色 许多黄酮类化合物与盐酸一镁粉试剂呈色 三氯化铁反应、三氯化铝反应等 利用在酸水或碱水中的溶解度情况(碱性功能基或酸性功能基的存在以及有无内酯、内酰胺结构) 特点: 需用化合物量大; 反应剧烈; 主要产物得率少又费时; 现在较少应用,仅保留一些比较简单规律性又较强的降解反应 一种常用手段,对结构推定有一定意义 鉴别功能基的化学反应 化学降解法 复杂分子 氧化、还原等化学反应 几个结构简单、稳定的小分子化合物 通过对降解产物的结构鉴定,再按降解机理合理地推导出原来可能的化学结构式 衍生物制备- 波谱方法——主要手段 紫外光谱 波长200～400nm 之间 红外光谱 波数600～4000cm -1之间,其中1600cm-1以上为化合物的特征基团区,1000-500cm-1为指纹区 氢核磁共振(1H-NMR)谱: 化学位移范围:在0~20 ppm 碳核磁共振(13C-NMR)谱:
作用 特点 液态样品才能测定; 常规紫外光谱仪价格低廉; 样品用量少(只需5-10 μg) 任何气态、液态、固态样品均可测定; 每种化合物都有红外吸收; 常规红外光谱仪价格低廉; 样品用量少(只需5-10 μg) 灵敏度高,样品用量少(1-5 mg),测试时间短 灵敏度较低,样品用量较多3
提供基本骨架信息; 样品中杂质的测定 定量分析 三要素:位置、强度、峰形主要用于定性分析,功能基的确认,芳环取代类型的判断等 三大要素:化学位移(δH)、偶合常数(J)及峰面积。 要素:化学位移(δC) 天然药物化学笔记
化学位移范围:在0~250 ppm 质谱 用于确定分子量; 求算分子式; 提供其她的结构信息 (5-20 mg),测试时间长 适宜测定极性偏小与中等极性的化合物; 常规质谱仪价格比较便宜,一些特殊质谱仪很昂贵; 样品用量少(只需5-10 μg) 生色团:产生紫外吸收的不饱与基团,如C=C, C=O, O=N=O等;
助色团:其本身就是饱与基团(常含有杂原子),它连到生色团上时,能使后者吸收波长变长或吸收强度增加,如-OH, -NH2, -Cl等 红外光谱(IR) 分子振动能级谱 3300~3000 3000~2700 2400~2100 1900~1650 1680~1500 1500~1300 1000~650 弱吸收 烯氢、芳氢、C=N;强吸收O-H、N-H 饱与C-H 不饱与三键 C=O及其衍生物 C=C及芳香核骨架震动、C=N等 饱与C-H面内弯曲振动 不饱与C-H面外弯曲振动 一般 δ1-10ppm sp3 δ 1~2 sp2 δ 6~8 一般来说 δ烯氢 >δ炔氢 >δ烷氢 偕偶 邻偶 远程偶合 芳环 J=16Hz左右 J=6~8Hz J=1~3Hz J邻 = 6~10Hz J间 = 0~3Hz J对 = 0~1Hz 双键 J顺 = 7~11 Hz J反 = 12~18 Hz 了解:天然化合物分子结构测定的一般方法。 第二章 糖与苷(6学时)
掌握:1、掌握苷键的定义与苷的结构特征、苷的分类
苷类又称配糖体(glycosides),就是由糖或糖的衍生物等与另一非糖物质通过其端基碳原子联接而成的化合物。
旋光光谱(ORD谱)与圆二色光谱(CD谱)用于解决手性问题:立体构象、构型。 氢核磁共振光谱
化学位移δ(以四甲基硅烷TMS为内标物,将其化学位移定为0,测定各质子共振频率与它的相对距离,这个相对值称为化学位移) 环己烷 Jaa 10~13Hz ( θ=180°) Jae 2~5Hz ( θ=60°) Jee 2~5Hz ( θ=60°) 偶合常数J
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Fischer式:(C1与C5的相对构型) C1-OH与原C5或C4-OH, 顺式为α,反式为β。 Haworth式: C1-OH与C5(或C4), 同侧为β,异侧为α。 葡萄糖Glc glucose 半乳糖Gal galactose
低聚糖:根据就是否含有游离的甘露糖Man mannose
醛基或酮基可分为还原糖与非鼠李糖Rha rhamnose
还原糖。具有游离醛基或酮基的木 糖Xyl xylose
糖称为还原糖。 果 糖Fru fructose 阿拉伯糖Ara arabinose
苷元(配基):非糖的物质,常见的有黄酮,蒽醌,三萜等
苷类 苷键:将二者连接起来的化学键,可通过O,N,S等原子或直接通过C-C键相连。 糖(或其衍生物,如氨基糖,糖醛酸等)
苷类化合物的分类:
根据生物体内的存在形式:分为原生苷、次级苷。
根据连接单糖基的个数:单糖苷、二糖苷、三糖苷……。 根据苷元连接糖基的位置数:单糖链苷、二糖链苷……。
根据苷元化学结构的类型:黄酮苷、蒽醌苷、生物碱苷、三萜苷……。 根据苷键原子的不同:氧苷、硫苷、氮苷、碳苷。 氧苷 苷元与糖基通过氧原子相连 CHOHO天麻苷 醇苷 醇羟基与糖端基脱水而成的苷 苷元的酚羟基与糖端基脱水而成的苷。 主要就是指α-羟基腈的苷 苷元的羧基与糖端基脱水而成的苷 2比较常见,如皂苷、强心苷均属此类。 例:红景天苷 较常见,如黄酮苷、蒽醌苷多属此类。 例:天麻苷 例:苦杏仁苷 水解生成的苷元很不稳定,很快分解成醛或酮与氢氰酸。 酯苷的特点:苷键既有缩醛的性质,又有酯的性质,易为稀酸与稀碱水解。 例:山慈菇苷 粗制靛蓝,民间用以外涂治疗5
酚苷 OHOglc红景天苷氰苷 酯苷 吲哚苷 指吲哚醇与糖形成
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