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学霸笔记天然药物化学 [复制链接]

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天然药物化学总结归纳

第一节总论

一、绪论

1.天然药物化学是运用现代科学理论与方法研究天然药物中化学成分的一门学科。

2.有效成分:具有生理活性、能够防病治病的单体物质。

3.有效部位:具有生理活性的多种成分的组合物。

二、提取方法

1.溶剂提取法(1)溶剂选择1)常用的提取溶剂:常用中药成分提取的溶剂按极性由强到弱的顺序:水>甲醇乙醇>丙酮>正丁醇>醋酸乙酯>三氯甲烷>乙醚>二氯甲烷>苯>石油醚。

2)各类溶剂所能溶解的成分:

①水:最安全的溶剂。

②亲水性有机溶液:包括甲醇、乙醇、丙酮。

③亲脂性有机溶剂:包括正丁醇、氯仿、醋酸乙酯、二氯甲烷、乙醚、苯、石油醚。石油醚常用于脱脂;正丁醇是能与水分层的极性最大的有机溶剂。

(2)溶剂提取的方法

方法

特点

浸渍法

适用于遇热不稳定有效成分的提取

渗漉法

溶剂消耗量大,费时长

煎煮法

亲脂性成分提取不完全,多糖类、且含挥发性成分及加热易破坏的成分不宜使用

回流提取法

此法提取效率高于渗漉法,但受热易破坏的成分不宜用

连续回流提取法

在实验室连续回流提取常采用索氏提取器或连续回流装置

超临界流体萃取法

常用的超临界流体是CO2,常用的夹带剂是乙醇。优点是提取物中不残留溶剂,适于对热不稳定成分的提取。

超声波提取技术

不改变有效成分的结构,缩短了时间,是一种快速、高效的提取方法。

微波提取法

既提高了提取率,又降低了提取温度,对不耐热物质实用性好。

2.水蒸气蒸馏法用于具有挥发性、能随水蒸气蒸馏且不被破坏的成分的提取。主要用于挥发油的提取。

3.升华法物质受热时不经过熔融直接转化为蒸气,遇冷后又凝结成固体。如茶叶中的咖啡因、樟木中的樟脑。

三、分离与精制方法

方法

原理

例子

溶剂萃取法

在两相溶剂中分配系数不同

正丁醇-水萃取皂苷

沉淀法

溶剂沉淀法

改变溶解度

水/醇法:多糖、蛋白质等水溶性大分子被沉淀

醇/水法:沉淀除去树脂、叶绿素等脂溶性杂质

酸碱沉淀法

调节溶液的pH

碱提酸沉:黄酮、蒽醌、有机酸等酸性成分。

盐析法

改变溶解度

三颗针中提取小檗碱就是加入氯化钠促使其生成盐酸小檗碱而析出沉淀

第二节苷类

一、定义苷类又称配糖体,是糖或糖的衍生物如氨基糖、糖醛酸等于另一类非糖物质通过糖的端基碳原子链接而成的化合物。其中非糖部分成为苷元或配基,其链接的键则成为苷键。

二、苷的分类

分类

举例

O-苷

醇苷

强心苷、三萜皂苷和甾体皂苷

酚苷

蒽醌苷、香豆素苷、黄酮苷

氰苷

α-羟基腈:苦杏仁苷

酯苷

山慈菇苷A

S-苷

黑芥子苷、萝卜苷

N-苷

巴豆苷

C-苷

葛根素、芦荟苷

三、苷的理化性质

1.苷键的裂解

(1)酸催化水解:苷键具有缩醛结构,易为稀酸催化水解。催化剂以盐酸最为常用。

(2)酶催化水解:具有专属性高,反应温和,可获知苷键的构型,保持苷元结构不变的特点。①麦芽糖酶能水解α-葡萄糖苷;②苦杏仁酶能水解一般β-葡萄糖苷;③纤维素酶是β-葡萄糖苷水解酶;④转化糖酶可水解β-果糖苷键。

(3)碱催化水解:适于苷元为酯苷、酚苷的水解。(4)Smith降解法:此法适宜于苷元结构容易改变的苷及碳苷的水解。但此法不适用于苷元上有1,2-二醇结构的苷类。

2.苷的检识(Molish反应) 于供试液中加入3%α-萘酚乙醇溶液混合后,沿器壁滴加浓硫酸,使酸沉积于下层,在硫酸与供试液的界面处产生紫色环。糖类也有此反应,单糖反应较多糖、苷类更迅速。

四、提取

①原生苷的提取:常用的方法是采用甲醇、乙醇或50℃以上的水中提取,或在药材原料中拌入一定量的无机盐(如碳酸钙)。②次生苷的提取:应利用酶的活性,促使苷酶解。可在潮湿状态下,30℃~40℃保温(酶在此温度下活性较强)发酵一定时间,使原生苷变为次生苷后再进行提取。

第三节苯丙素类

一、苯丙酸

植物中分布的苯丙酸大多含有酚羟基,常见的有对羟基桂皮酸、咖啡酸、阿魏酸等。如金银花、菌陈中的绿原酸,具有抗菌利胆的作用;阿魏酸,具有抗血小板聚集的作用;丹参中的丹酚酸B能够治疗冠心病。

二、香豆素1.结构类型香豆素类成分是一类具有苯骈α-吡喃酮母核的天然产物的总称。(1)简单香豆素:伞形花内酯常可视为香豆素类的母体。

(2)呋喃香豆素:补骨脂内酯、白芷内酯(3)吡喃香豆素:花椒内酯。

2.香豆素显色反应 

显色反应

反应

鉴别类型

异羟肟酸铁反应

香豆素具有内酯结构,在碱性条件下,于盐酸羟胺缩合成,再于酸性条件下与三价铁离子络合成盐而显红色

香豆素

Gibbs反应

Gibbs试剂在弱碱条件下可与酚羟基对位具有活泼氢的化合物缩合

酚羟基对位具有活泼氢的香豆素

Emerson反应

Emerson试剂在碱性条件下与酚羟基对位具有活泼氢的化合物生成红色缩合物

荧光性质

在紫外光下,香豆素类成分多显蓝色或紫色荧光

香豆素衍生物

3.典型化合物及生物活性

典型化合物

生物活性

羟甲香豆素

利胆

蛇床子素

抑制乙型肝炎表面抗原

七叶内酯及七叶苷

治细菌性痢疾

双香豆素

存在于腐败的牧草当中,牛羊食后可因出血而致死。

海棠果内酯

抗凝血

黄曲霉毒素

引起动物肝脏的损害并导致癌变

补骨脂素

治疗银屑病和白癜风

三、木脂素

鬼臼毒素类木脂素属于芳基四氢萘内酯木脂素,能显著抑制癌细胞的增殖。五味子果实中分得的五味子素、五味子醇等属于联苯环辛烯类木脂素,具有保肝和降低血清谷丙转氨酶的作用,临床上作为治疗肝炎的药物应用。水飞蓟宾属于苯骈二氧六环类木脂素,又称为黄酮木脂素,具有保肝作用。

第四节醌类

一、结构类型

1.苯醌类可分为邻苯醌和对苯醌两类。辅酶Q10治疗高血压、心脏病及癌症。维生素K1属于苯醌类。

2.萘醌类紫草素,具有止血、抗感染、抗菌、抗癌及抗病毒等作用。

3.菲醌类包括邻菲醌和对菲醌两类,丹参醌类成分可抗菌及扩张冠状动脉。丹参酮ⅡA治疗冠心病、心肌梗死。

4.蒽醌类

(1)羟基蒽醌类:大黄和虎杖中的有效成分大黄素、大黄酸、大黄酚、大黄素甲醚、芦荟大黄素,具有抗菌作用。

(2)蒽酚或蒽酮类:柯桠素,治疗疥癣等皮肤病有效的外用药。;蒽酮类成分芦荟苷(碳苷),是芦荟致泻的主要有效成分。

(3)二蒽酮类:番泻苷A、B、C、D等为大黄及番泻叶中致泻的有效成分。

二、显色反应

(1)菲格尔(Feigl)反应:醌类衍生物在碱性条件下加热与醛类、邻二硝基苯反应,生成紫色化合物。

(2)碱液呈色反应(Borntrger反应):羟基蒽醌及其苷类遇碱液呈红色或紫红色

三、提取与分离

提取

醇提取法

多以乙醇或甲醇为溶剂将游离蒽醌及苷提取出来

有机溶剂提取

天然苯醌和萘醌多呈游离状态,极性较小,可用氯仿、乙酸乙酯等亲脂性有机溶剂提取

碱提酸沉法

提取含有酚羟基、羧基等显酸性的醌类化合物

水蒸气蒸馏法

具挥发性的小分子苯醌及萘醌

分离

游离蒽醌及蒽醌苷类的分离

苷元极性小,易溶于有机溶剂层,而苷极性大,则留在水层里

游离蒽醌衍生物

pH梯度萃取法

第五节黄酮类化合物

一、定义

黄酮类化合物是泛指两个苯环(A环与B环)通过中央三碳链相互连接而成的一系列化合物。具有C6-C3-C6的基本骨架,多数以2-苯基色原酮为基本母核。

二、结构类型

1.黄酮黄酮为2-苯基色原酮,C-3位无氧取代基;例:中成药“双黄连注射液”的主要活性成分黄芩苷2.黄酮醇以2-苯基色原酮为基本母核,C-3位有含氧取代基。槐米中的槲皮素及其苷(芦丁)治疗毛细血管变脆引起的出血症。从银杏叶中分离出山柰酚、槲皮素,具有扩张冠状血管和增加脑血流量的作用。3.二氢黄酮(醇)黄酮(醇)类的C-2、C-3位双键被还原,即为二氢黄酮(醇)类。陈皮中的橙皮苷,用于治疗冠心病;水飞蓟宾具有保肝、提高肝脏解毒能力的作用。4.异黄酮B环连接在C-3位上。葛根总异黄酮(有大豆素、大豆苷及葛根素等)有增加冠状动脉血流量及降低心肌耗氧量等作用;大豆素还具有雌激素样作用。5.查耳酮两个苯环之间的三碳链为开链结构。如红花中有效成分为红花黄色素,具有治疗心血管疾病的作用。6.花色素类又称花青素,是一类水溶性色素,多以苷的形式存在。7.黄烷醇类又称儿茶素类化合物。

二、显色反应

分类

反应类别

显色(阳性)

不显色(阴性)

还原反应

盐酸-镁粉反应

黄酮、黄酮醇、二氢黄酮、二氢黄酮醇(显橙红至紫红色,少数显紫色至蓝色)

查尔酮、儿茶素类

四氢硼钠(钾)反应

二氢黄酮(醇)类

其他黄酮类化合物

金属离子络合反应

铝盐

黄酮类化合物(黄色,并由荧光)

锆盐

黄酮类化合物分子中游离3-OH或5-OH存在(生成黄色锆络合物)

再加入枸橼酸后,5-OH黄铜的黄色溶液褪色

再加入枸橼酸后,3-OH黄酮溶液仍呈鲜黄色

三氯化铁

含有酚羟基的多数黄酮类环合物(可于Fe3+反应呈蓝色)

不含有酚羟基的黄酮类

三、提取与分离

1.黄酮苷的提取

(1)溶剂提取法:乙醇和甲醇是最常用的黄酮化合物提取溶剂

(2)碱提酸沉法:黄酮类化合物大多具有酚羟基,有弱酸性。芦丁、橙皮苷、黄芩苷均可用此法提取。

2.分离pH梯度萃取法:该方法适用于酸碱强度不同的黄酮苷元的分离。

第六节萜类与挥发油

一、萜类化合物

(1)单萜

薄荷油

薄荷醇

单环单萜

镇痛、止痒、局部麻醉作用

芸香草

辣薄荷酮(胡椒酮)

单环单萜

治疗支气管哮喘

冰片

龙脑

双环单萜

发汗、止痛、镇痉和防虫腐

地黄

梓醇

环烯醚萜类

降血糖

(2)倍半萜

青蒿

青蒿素

单环倍半萜

抗恶性疟疾

莪术、郁金

莪术醇

双环倍半萜

抗肿瘤

莪术油

抗病毒

(3)双萜

穿心莲

穿心莲内酯

双环二萜

抗菌、抗炎

银杏叶

银杏内酯

心血管疾病

紫衫

紫杉醇

三环二萜

抗癌、抗肿瘤

甜叶菊

甜菊苷

四环二萜

作为糖尿病患者用药与食品添加剂

(4)三萜

四环三萜皂苷

黄芪、人参

人参皂苷Rg1有轻度中枢神经兴奋作用及抗疲劳作用

五环三萜皂苷

甘草

甘草酸及其苷元甘草次酸都具有促肾上腺皮质激素(ACTH)样活性

二、挥发油

1.挥发油也称精油,是存在于植物体内的一类具有挥发性、可随水蒸气蒸馏、与水不相混溶的油状液体。

2.挥发油的一般性质

性状

①多为无色或淡黄色的油状液体;②常温下为透明液体,低温易“析脑”;③多有香味,鱼腥草(鱼腥味)

挥发性

挥发油均具有挥发性,可随水蒸气蒸馏,油斑实验,与脂肪油相区别

溶解性

挥发油不溶于水,而易溶于各种有机溶剂

物理常数

比重(0.~1.)、旋光性(+97°~+°)、折光性(1.43~1.61)、沸点(70~℃)

不稳定性

装入棕色瓶内密塞并低温保存

检识

挥发油的气味、挥发性、物理常数等均可作为挥发油质量检查的指标

3.挥发油的提取方法

(1)水蒸气蒸馏法:是提取挥发油最常用的方法,对热不稳定的挥发油不能用此法提取。

(2)超临界流体提取法:特点:密度接近液体,黏度类似气体,扩散力、渗透性优于液体优点:防止氧化热解及提高品质。最常用的是CO2

4.挥发油的分离方法

(1)冷冻法:薄荷油析出薄荷脑

(2)分馏法:沸点随分子量增大、双键增多而升高;含氧萜沸点随官能团的极性增大而升高。

第七节甾体及苷类

一、强心苷1.强心苷的结构与分类

(1)强心苷元特点:可分为甾体母核、不饱和内酯环两部分。(2)强心苷元的类型:依据不饱和内酯环的特点分为两类。①23个碳原子组成,C17侧链为五元不饱和内酯环,称强心甾烯类,即甲型强心苷元。大多属于此类。如洋地黄毒苷元。②24个碳原子组成,C17侧链为六元不饱和内酯环,称海葱甾二烯类或蟾蜍甾二烯类,即乙型强心苷元。如海葱苷元等。(3)糖的类型强心苷的糖除了常见的葡萄糖外,还有2,6-二去氧糖,如D-洋地黄毒糖、D-加拿大麻糖等,6-去氧糖如L-黄花夹竹桃糖、D-洋地黄糖等。(4)强心苷元和糖的连接方式Ⅰ型:苷元-(2,6-去氧糖)x-(D-葡萄糖)y,如毛花苷CⅡ型:苷元-(6-去氧糖)x-(D-葡萄糖)y,如真地吉他林Ⅲ型:苷元-(D-葡萄糖)y,如绿海葱苷其中x=1~3,y=1~2。

2.强心苷的物理性质

(1)溶解性:原生苷由于所含糖基数目多且具有葡萄糖,可溶于水、醇等溶剂,次生苷亲水性减弱,可溶于乙酸乙酯、含水氯仿等溶剂。

(2)苷键水解①酸催化水解

水解方法

试剂

适用类型

产物

温和酸水解

0.02~0.05mol/L盐酸/硫酸

Ⅰ型

苷元和低聚糖

强烈酸水解

3%~5%无机酸

Ⅱ型、Ⅲ型

脱水苷元、单糖

②酶催化水解:如西地兰经酶解可以得到地高辛。

3.强心苷的检识
  

(1)强心苷因有甾体母核可发生:①醋酐浓硫酸反应;②三氯醋酸反应;③三氯化锑反应。(2)不饱和五元内酯环呈色反应[亚硝酰铁氰化钠(Legal)反应]:若反应呈深红色并逐渐褪去,表示可能存在甲型强心苷。(3)2-去氧糖的鉴别反应[三氯化铁-冰醋酸(Keller-Kiliani)反应]:如有2-去氧糖存在,冰醋酸层逐渐为蓝色,界面处呈红棕色或其他颜色(随苷元不同而异)。

4.典型化合物及生物活性强心苷是治疗心衰不可缺少的药物。

二、甾体皂苷

1.甾体皂苷的结构与分类

(1)结构特征:苷元由27个碳原子组成,基本碳架是螺甾烷。苷元结构中有六个环,其中,A、B、C、D四个环为甾体母核,E环和F环以螺缩酮形式相连接,构成螺甾烷结构。

(2)甾体皂苷的类型:依照螺甾烷结构中F环的环合状态,可将其分为:螺甾烷醇类、异螺甾烷醇类、呋甾烷醇类。蓣皂苷与原薯蓣皂苷是地奥心血康制剂中的主要成分。

2.皂苷的理化性质

(1)表面活性:皂苷水溶液经强烈振摇能产生持久性泡沫,且不因加热而消失。

(2)溶血性:溶血作用强弱不同,可用溶血指数表示。一般单糖链皂苷溶血作用较明显;双糖链皂苷溶血作用较弱或无溶血作用;酸性皂苷(三萜皂苷)则显示中等程度的溶血作用。F环开裂的呋甾烷醇类皂苷如原菝葜皂苷不具有溶血性质。

3.皂苷的提取(1)皂苷的提取通法:醇提取浓缩-脱脂-正丁醇萃取法。酸性皂苷常采用碱提酸沉法,如甘草酸易溶于碱水,再加酸酸化使其又析出沉淀。(2)皂苷元的提取:酸水解有机溶剂提取法。

4.分离与精制甾体皂苷的分离常采用胆甾醇沉淀法。

5.皂苷的检识:(1)泡沫试验;(2)溶血试验;(3)呈色反应:醋酐浓硫酸(Liebermann-Burchard)反应。

第八节生物碱

一、生物碱的分类与典型化合物

1.有机胺类:麻黄碱、秋水仙碱。

2.吡啶衍生物:简单吡啶类生物碱如烟碱;喹诺里西啶类生物碱如苦参碱、氧化苦参碱。

3.莨菪烷(颠茄烷类)衍生物:如阿托品、东莨菪碱、莨菪碱。

4.异喹啉衍生物:如存在于黄连、黄柏、三棵针中,具有抗菌作用的小檗碱,防己中的汉防己甲素、乙素,具有强镇痛作用的吗啡碱,可待因。其中汉防己乙素、吗啡碱有酚羟基,又属于酚性生物碱。 

5.其他类:吡咯类生物碱,如党参中党参碱;吲哚生物碱,如麦角新碱、毒扁豆碱;喹啉衍生物,如喜树碱(抗肿瘤);萜类生物碱,如乌头中乌头碱;甾体类生物碱,如贝母中的贝母碱。

二、理化性质

1.性状极少数呈液态,如烟碱、槟榔碱。

2.生物碱的旋光性多数生物碱具有旋光性,且多呈左旋。3.生物碱的碱性(1)碱性的来源:生物碱分子中含有氮原子,氮原子上有一孤对电子,能接受质子,因而表现出碱性。(2)碱性的表示方式:生物碱的强弱用pKa表示,pKa越大,碱性越强。Ka是指碱的共轭酸(即生物碱盐)的解离常数。

碱性强弱

pKa值

强碱

pKa12,如胍类、季铵碱类

中强碱

pKa7~12,如脂胺类、脂氮杂环类

弱碱

pKa2~7,如芳胺类、六元芳氮杂环类

近中性碱(极弱碱)

pKa2,如酰胺类、五元芳香氮杂环类

4.溶解性(1)亲脂性生物碱的溶解性:易溶于极性小的有机溶剂如氯仿、乙醚、乙酸乙酯等,难溶于水,多数脂溶性生物碱在氯仿(氢键效应)中的溶解度均较大。(2)水溶性生物碱:季铵碱如小檗碱,氧化苦参碱(N→O),分子量较小而极性又较大的生物碱如麻黄碱等易溶于水。(3)特殊官能团生物碱:含有酚羟基的吗啡除了溶于酸水外,还可溶于氢氧化钠溶液。(4)生物碱盐:生物碱盐一般能溶于水。多数生物碱及其盐在极性大的溶剂,如甲醇、乙醇、丙酮中一般都能溶解。一般生物碱无机酸盐的水溶性大于有机酸盐。

5.沉淀反应(1)生物碱沉淀试剂:最常用碘化铋钾试剂(Dragendoff试剂),产生橘红色沉淀。(2)沉淀反应的条件:生物碱沉淀反应是在酸水溶液中进行的。

三、提取分离

1.总生物碱的提取方法及特点

酸水提取法

1%~5%的硫酸、盐酸或醋酸

使生物碱成盐而溶于水

醇类溶剂提取法

常用甲醇或乙醇

渗漉法、浸渍法、回流法、连续回流法

亲脂性有机溶剂提取法

氯仿等亲脂性有机溶剂

采用回流法、连续回流法提取

2.生物碱的分离方法及应用

(1)利用生物碱的碱性差异:pH梯度萃取法。

(2)利用生物碱及其盐的溶解度差异:常采用溶剂萃取法、沉淀法。

(3)利用生物碱的特殊官能团进行分离:如吗啡碱具有酚羟基能溶于氢氧化钠溶液,借此可与可待因分离。带羧基的生物碱还具有较强的酸性,可用碳酸氢钠水溶液将其从氯仿溶液中萃取出来。

第九节其他成分

一、鞣质

1.鞣质的定义又称单宁,是存在于植物界的一类结构比较复杂的多元酚类化合物。

2.结构与分类

(1)可水解鞣质:是由酚酸与多元醇通过苷键和酯键形成的化合物,基本单位是没食子酸,可水解鞣质可被酸、碱和酶催化水解。如:中药五倍子鞣质。

(2)缩合鞣质:缩合鞣质不能被酸水解,又称鞣红。基本单元是黄烷-3-醇类,最常见的是儿茶素。这类鞣质在中药中分布广泛,结构复杂,如肉桂鞣质A。

3.除鞣质的方法:①热处理冷藏法;②石灰沉淀法;③明胶沉淀法

二、有机酸

1.有机酸的定义有机酸是一类含羧基的化合物(不包括氨基酸),多数与金属离子或生物碱结合成盐的形成存在,也有结合成酯的形式存在。2.结构与分类(1)芳香族有机酸:如绿原酸为3-咖啡酰奎宁酸,是金银花抗菌有效成分和菌陈利胆有效成分。水杨酸以其二乙胺盐或镁盐的形式作为消炎镇痛非甾体抗感染药应用于临床。广防己、青木香等药材中含有马兜铃酸,可导致急性肾衰竭、急性肾小管坏死等严重毒副作用。(2)脂肪族有机酸:如柠檬酸、苹果酸、酒石酸、琥珀酸等普遍存在于中药中。(3)萜类有机酸:属于萜类化合物,如甘草次酸、齐墩果酸等。3.提取与分离:①有机溶剂提取法;②离子交换法

三、氨基酸、蛋白质

1.氨基酸天冬、玄参中的天门冬素具有镇咳和平喘作用;三七中的田七氨酸具有止血作用。可用茚三酮作为氨基酸检识的试剂。2.蛋白质 天花粉中的天花粉蛋白有引产作用;半夏鲜汁中的半夏蛋白具有抑制早期妊娠作用。

四、多糖

如黄芪多糖可增强机体的免疫功能;香菇多糖、灵芝多糖等有抗肿瘤的作用;昆布中的昆布素有治疗动脉粥样硬化的作用;银耳多糖能有效的保护肝细胞。可采用水提醇沉法从植物中提取多糖或除去多糖。

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