《天然药物化学全部》PPT课件

天然药物化学,卫生部规划教材（第四版）,第一章 总论,第一节 绪论 第二节 生物合成 第三节 提取分离方法 第四节 结构研究法,第一章 总 论,第一节 绪 论,一、天然药物及其相关术语 二、天然药物化学的定义、研究对象、研究内容 三、天然药物化学发展历史沿革和现状 四、天然药物化学在中药现代化中的作用,一、天然药物及其相关术语,1.天然药物的定义： 天然来源 2.天然药物的来源： 植物 动物 矿物 微生物 海洋天然药物,3.天然药物相关术语,天然药物 natural medicine 中草药 chinese herbal medicine 本草纲目，1892种 / 本草纲目拾遗，1021种 目前我国药用植物总数，15000余种 中药 Traditional Chinese Medicine 草药 herbal drug 民族药 Ethnic Medicine 蒙药 Mongolia Medicine 藏药 Tibetan Medicine 苗药 Miao drug 生药 Crude drug,4. 天然药物研究现状,疾病谱、医疗模式、药物结构的改变 传染、感染性疾病 身心疾病、现代病 治疗 预防、保健、治疗、康复 化药 化药 天然药 国际市场对天然药物的需求日益增大 2000年全球植物药销售额，300亿美元 天然药物销售额年增长幅度，欧共体，30% 美国， 20% 日本， 15%,4. 天然药物研究现状,世界各地加强天然药物研发的投入 1983-1994年，上市522种新药，44%天然来源 1984-1995，FDA，31种抗癌新药，61%天然来源 93种抗感染新药，63%天然来源 关于天然产物的学术交流日渐活跃,独特的、不可替代的作用,内在本质、物质基础？,二、天然药物化学的定义、研究对象、研究内容,1.定义及相关术语 2.研究对象 3.研究内容,1. 天然药物化学定义及相关术语：,天然药物化学 Chemistry of natural medicine Medicinal chemistry of natural products 运用现代科学理论与方法研究天然药物中化学成分（以生理活性成分或有效成分为主） 中药化学 Chemistry of TCM 植物化学 Phytochemistry 天然产物化学 Chemistry of natural products,2天然药物化学的研究对象,研究对象：化学成分 chemical constituents 特别是生理活性成分或有效成分 active compound 成分的复杂性： 不同药物所含成分类型不同 每种类型成分的数目相当多 同种药物所含成分结构、性质各异,2天然药物化学的研究对象,生理活性成分 active compound / constituent 非生理活性成分 inactive compounds,有效成分 无效成分 有效部位 active fraction 一种主要有效成分/一组结构相近的有效成分 有毒成分 toxic compound,生理活性成分并不一定真正代表有效成分 有效成分与无效成分的划分是相对的、发展的 A. 不同类型成分，在不同天然药物中作用不同 B. 原来视为无效成分，可能成为有效成分 C. 过去视为有效成分，被修正、完善 麝香 抗炎成分 麝香酮多肽 丹参 扩冠 丹参醌丹参酚酸 D. 加工、代谢等过程，可转化非活性成分为活性成分,正确理解成分的划分,3. 天然药物化学的研究内容,结构特点 理化性质 提取分离方法 结构鉴定方法 生物合成,结构修饰 构效关系 生物转化 体内代谢过程等,三、天然药物化学发展历史沿革和现状,大体分为以下3个阶段： 1. 原始和萌芽阶段（18世纪末） 2. 学科真正形成阶段（19世纪） 3. 学科迅速发展时期（20世纪）,1.原始和萌芽阶段（18世纪末）,天然药物识别、使用经验巫术、迷信色彩 文明的进步对疾病、天然药物的认识趋于客观 231341，晋，葛洪，抱卜子 1575， 明，李， 医学入门，没食子酸 1711, 清，洪遵，集验方，樟脑 1769-1786，舍勒，酒石酸、 苯甲酸、乳酸、苹果酸、没食子酸,2.学科真正形成阶段（19世纪）,特点一：以化学成分的发现和分离为主 1806， 阿片吗啡（morphine） 1820， 金鸡纳树皮奎宁 (quinine) 1828, 烟草烟碱（nicotine） 1885， 麻黄麻黄碱（ephedrine） 吐根碱、士的宁、小檗碱，阿托品、可卡因等,2.学科真正形成阶段（19世纪）,特点二：结构鉴定以化学方法为主 氧化、还原等降解反应推导结构 碎片合成、全合成证明结构,2.学科真正形成阶段（19世纪）,特点三：生源合成途径、本质的揭示 生源前体的识别：萜类MVA 生物碱-Aa 生源合成本质的揭示：生物细胞内多步酶促反应 有机反应理论来解释机制 生物合成物质用于结构确定,3学科迅速发展时期（20世纪）,特点一：色谱技术用于天然化合物的分离和纯化 1906，俄，Tsweet，碳酸钙为吸附剂，石油醚为洗脱剂， 1931，德，Kuhn and Lederer，氧化铝、碳酸钙为吸附剂， 1940，提出了液液色谱法，如逆流分配 1952，James and Martin，提出气液色谱理论 20世纪60年代，高效液相色谱出现,天然化合物的分离向高效、快速、微量发展,特点二:波谱技术用于天然化合物的结构鉴定 IR： 1944，Pekin-Elmer公司，第一台红外光谱仪 MS： 20世纪，质谱仪 EI、CI，FD，FAB，ESI，MALDI ESI-TOF，MALDI-TOF NMR：1953，30MHZ的连续波核磁共振仪 70年代，脉冲傅立叶变换核磁共振仪 1D NMR2D NMR 3060100300MHz 400500600800900MHz UV，X-ray，ORD，CD等,3学科迅速发展时期（20世纪）,特点三：研究深度、广度、速度发生了革命性的变化 深度、广度：机体内源活性物质 微量、水溶性、不稳定、大分子 速度：吗啡1804-1925 利血平1952-1956 生物碱：1952前100年，95个 1952-1962，1107个 1962-1972，3443个,3学科迅速发展时期（20世纪）,特点四:生物活性测试普遍开展 单纯的化合物分离活性跟踪分离 小规模测试高通量筛选 HTS high throungput screening,3学科迅速发展时期（20世纪）,四、天然药物化学在中药现代化中的作用,中药发展的机遇 天然药物在健康保障体系中的作用 中药确切的疗效 相对丰富的资源 传统中药的诸多弊端 药效物质基础不明 质量难于控制药效难于保证 剂型落后,必须走中药国际化之路,四、天然药物化学在中药现代化中的作用,1. 阐明中药的药效物质基础 中药现代化系统工程的前提 2. 建立和完善中药的质量评价标准二次开发 3. 改进中药制剂剂型二次开发 4. 创新药物研发原创性研发 5. 扩大药源,1.阐明中药的药效物质基础,探索中药防治疾病机理 麻黄 功效：发汗散寒、宣肺平喘、利水消肿 物质基础：麻黄碱肾上腺素样作用 收缩血管、兴奋中枢发汗 去甲麻黄碱松弛支气管平滑肌平喘 伪麻黄碱升压、利尿消肿,1.阐明中药的药效物质基础,促进中药药性理论研究的深入 性：热性、温热药去甲乌药碱 肾上腺素 儿茶酚胺类 味：辛味药（解表、理气）挥发油 归经： 同一归经药的相同、相似化学成分 有效成分的作用靶点：麻黄碱解痉肺经 伪麻黄碱利水膀胱经 有效成分体内代谢动力学： 川芎川芎嗪在肝脏、胆囊分布多归肝、胆经,1.阐明中药的药效物质基础,阐明中药复方配伍的科学内涵 单味药的有效成分研究 复方有效成分 各单味药有效成分的简单加和 协同、拮抗作用 物理、化学作用 改变溶出度 柴胡人参 人参皂苷增加柴胡皂苷的溶出 甘草 甘遂 甘草皂苷增加甘遂甾萜类的溶出 发生化学反应 四逆汤：附子、干姜、甘草等 乌头碱与甘草皂苷形成不溶性沉淀减毒 黄连 吴茱萸 小檗碱与大分子酸性成分形成沉淀,1.阐明中药的药效物质基础,阐明中药炮制原理 炮制前后有效成分、有毒成分的变化阐明炮制原理 改进炮制工艺 制定炮制规范或标准 如：延胡索 醋炒 增加生物碱溶出增效 乌头类蒸煮水解双酯型生物碱减毒 黄芩冷浸淡黄芩（绿） 黄芩苷醌 变色 热煮煮黄芩（黄）,2. 建立和完善中药的质量评价标准,中药材、制剂中有效成分的质量临床疗效 建立科学、灵敏的质控标准 科学质控标准和药效的相关性 有效成分科学的质控指标 以有效成分、有效部位、大类成分、有毒成分为指标，多种分析手段 中药指纹图谱技术,3. 改进中药制剂剂型二次开发,改革的目标：三效、三小、三便 剂型选择 有效成分的溶解性、酸碱性、挥发性、稳定性等 水溶性好注射液 双黄连/参脉 口服液 生脉 颗粒剂 板蓝根 难溶于水片、胶囊、滴丸等 制剂工艺优化有效成分的理化性质 制剂稳定性有效成分的理化性质合适PH、适当包装,4创新药物研发原创性研发,创新药物研发的必要性 入世后化学药品受到专利保护，仿制须向创新转轨 新的药品注册法，单纯改变剂型已不能按新药申报 创新药物研究的关键切入点：先导化合物的发现 从天然药物中发现先导物、创制新药世界公认的有效途径 从中药中发现先导物的优势 数千年临床实践疗效确切 丰富的资源结构、活性的多样性,5. 扩大药源,资源可持续可用：甘草、肉苁蓉 植物化学分类学原理： 亲缘关系近的植物含有相同或相似的化学成分 黄连素：黄连小檗科、防己科、芸香科植物,第二节 生物合成,一、一次代谢和二次代谢 二、生物合成假说的提出 三、主要的生物合成途径,一、一次代谢和二次代谢,一次代谢： 对维持植物生命活动不可缺少的过程 几乎所有绿色植物中都存在 糖代谢、脂肪代谢、蛋白质代谢、核酸代谢 一次代谢产物 Primary metabolits 对机体生命活动不可缺少的物质 糖、脂肪、蛋白质、核酸 乙酰辅酶A、丙二酸单酰辅酶A、莽草酸、氨基酸,一、一次代谢和二次代谢,二次代谢：对维持植物生命活动来说不起重要作用 并非所有植物中都存在 二次代谢产物 Secondary metabolits 对机体生命活动并非不可缺少的物质 生物碱、黄酮、萜类、蒽醌、香豆素等,二、生物合成假说的提出,天然化合物之间的结构联系 天然化合物与一次代谢产物间的联系,二、生物合成假说的提出,二、生物合成假说的提出,三、主要的生物合成途径,1. 醋酸-丙二酸途径：脂肪酸、酚、蒽酮类 2. 甲戊二羟酸途径：萜、甾体类 3. 桂皮酸途径： 苯丙素、香豆素、木质素、木脂素、黄酮类 4. 氨基酸途径： 生物碱 5. 复合途径： 醋酸-丙二酸莽草酸径 醋酸-丙二酸甲戊二羟酸途径 氨基酸甲戊二羟酸途径 氨基酸-醋酸-丙二酸途径 氨基酸莽草酸径,醋酸丙二酸途径 脂肪酸生物合成,醋酸丙二酸途径 酚类生物合成,醋酸丙二酸途径 蒽醌类生物合成,甲戊二羟酸途径,桂皮酸途径,氨 基 酸 途 径,第三节 提取分离方法,提取前的准备 系统的文献调研 原材料的处理 保留凭证标本 提取分离一般原则 已知物或已知结构类型文献方法，工业方法 未知物活性跟踪（定向分离）,第三节 提取分离方法,一、中草药有效成分的提取 二、中药有效成分的分离与精制,一、中草药有效成分的提取,水蒸汽蒸馏法：挥发性 升华法 ：升华性 溶剂提取法：最常用,1.选择溶剂考虑因素 2.常见溶剂的种类及其特点 3.常用溶剂提取方法 4.影响溶剂提取效率的因素,溶剂提取法,溶剂提取法1.选择溶剂考虑因素：,溶剂尽可能多地溶出有效成分,杂质少溶或不溶 有效成分、杂质、溶剂的极性：相似相溶原理 溶剂的安全性、价廉易得、回收方便等,溶剂提取法2. 常见溶剂的种类及其特点,环己烷，石油醚，苯，氯仿，乙醚，乙酸乙酯，正丁醇，丙酮，乙醇，甲醇，水 极性： 亲脂性： 亲水性： 比水重的有机溶剂： 与水可以以任意比例混溶的有机溶剂： 与水分层的有机溶剂： 能与水分层的极性最大的有机溶剂： 常用来从水中萃取苷类、水溶性生物碱类成分的有机溶剂： 溶解范围最广的有机溶剂：,溶剂提取法 3.常用溶剂提取方法,浸渍法： 水/稀醇，冷提 渗漉法： 乙醇，冷提 提取效率高，但溶剂用量大 超声提取：各种溶剂，可加热，但所需温度低 煎煮法： 水 回流提取：有机溶剂 溶剂用量大 连续回流提取：有机溶剂，索氏提取器 溶剂反复利用,溶剂提取法 4.影响溶剂提取效率的因素,溶剂 方法 粉碎度 温度 时间,二、中药有效成分的分离与精制,分离依据：共存成分的性质差异 1. 溶解度差异 2. 分配比不同 3. 吸附性差异 4分子大小差异 5离解程度不同,1. 根据物质的溶解度差异进行分离,调节温度 改变混合溶剂的极性 调节PH 加入某种沉淀试剂,根据物质的溶解度差异进行分离（1）调节温度,温度不同溶解度改变 结晶、重结晶,加另一种极性相差较大的溶剂混合溶剂极性改变部分物质沉淀析出 A 水/醇法：除去水提液中的水溶性杂质 B 醇/水法：除去醇提液中的脂溶性杂质 C 醇/醚法（醇/丙酮法）：纯化皂苷,根据物质的溶解度差异进行分离（2）改变混合溶剂极性,A 水/醇法除去水提液中的水溶性杂质,B 醇/水法：除去醇提液中的脂溶性杂质,C 醇/醚法（醇/丙酮法）：纯化皂苷,酸、碱、两性成分 调节PH改变的分子存在状态改变溶解度,根据物质的溶解度差异进行分离 3.调节PH,解离型/离子态,H+,BH+,B,OH-,H+,A-,HA,OH-,脂溶性,水溶性,酸、碱、两性成分 调节PH改变分子存在状态改变溶解度 A酸/碱法（酸提取碱沉淀法）： 生物碱的提取、纯化 B碱/酸法（碱提取酸沉淀法）： 黄酮、蒽醌等酚性成分的提取、纯化 C. 调节PH至等电点，沉淀蛋白,根据物质的溶解度差异进行分离 3.调节PH,A酸/碱法（酸提取碱沉淀法） 生物碱的提取、纯化,B碱/酸法（碱提取酸沉淀法） 黄酮、蒽醌等酚性成分的提取、纯化,酸、碱成分加入某种沉淀试剂水不溶性盐 A酸性成分 Pb2+、Ba2+ 、Ca2+ 水悬浮，通H2S 母液（） B. 碱性化合物 苦味酸/苦酮酸，磷钼酸/磷钨酸/镭氏盐 强H+ ，Et2O萃取 H2O层（）,1.根据物质的溶解度差异进行分离（4）加沉淀剂,2. 根据物质在两相溶剂中的分配比不同进行分离,分配比K K=CU / CL 分离因子 =KA / KB （KA KB） 100 1次萃取，基本分离 10100 1012次 2 100次以上 1 无法分离,（1）简单液液萃取法 （2）逆流分溶法（ CCD， countercurrent distribution） （3）纸色谱（PC，paper chromatography） （4）液液分配柱色谱 （5）液滴逆流色谱 （DCCC，droplet countercurrent chromarography） （6)高速逆流色谱 (HSCCC，high speed countercurrent chromarography）,2. 根据物质在两相溶剂中的分配比不同进行分离,50 A有机溶剂/水 B有机溶剂/酸、碱水 PH 物质存在状态溶解性K CPH梯度萃取 梯度调节PH，每次改变一种成分的存在状态，依次分离 缺点：手工操作繁琐、溶剂用量大、易乳化,2. 根据物质在两相溶剂中的分配比不同进行分离（1）简单液液萃取法,例：HA1、HA2、B，且HA1 HA2，如何分离?,PH 12 B A- 3 BH+ HA,2. 根据物质在两相溶剂中的分配比不同进行分离（2）逆流分溶法,50 工作原理：多次、连续的液液萃取 craig逆流分溶仪萃取单元及工作过程 优点：避免手工操作 缺点：溶剂用量大 机械操作导致破损、漏液 乳化,2. 根据物质在两相溶剂中的分配比不同进行分离（3）纸色谱（paper chromatography, PC）,滤纸湿重/干重=2时 = Rfa (1-Rf b) / Rfb (1-Rf a),固定相涂覆于硅胶等多孔载体上，装柱 流动相通过色谱柱进行洗脱 物质在两相溶剂中作逆流分布 分配比不同，被洗脱速度不同,2. 根据物质在两相溶剂中的分配比不同进行分离（4）液液分配柱色谱,正相色谱与反相色谱,2. 根据物质在两相溶剂中的分配比不同进行分离（4）液液分配柱色谱,2. 根据物质在两相溶剂中的分配比不同进行分离（4）液液分配柱色谱,特点 加压流动相，流速快 载体颗粒小，机械强度大，比表面极大 耐压柱材 自动检测、收集、分部,2. 根据物质在两相溶剂中的分配比不同进行分离（4）液液分配柱色谱,种类： 快速色谱 Flash chromatography 2.02105Pa 低压液相色谱 LPLC, 5.05105Pa 中压液相色谱 MPLC, 5.0520.2105Pa 高压液相色谱 HPLC, 20.2105Pa high performance liquid chromatography,2. 根据物质在两相溶剂中的分配比不同进行分离（4）液液分配柱色谱,克服了简单萃取及CCD溶剂容量大、易乳化的缺点,载体可能造成化学吸附，如硅胶,2. 根据物质在两相溶剂中的分配比不同进行分离（5）液滴逆流色谱 DCCC droplet countercurrent chromarography,流动相液滴垂直上下，经过固定相液,2. 根据物质在两相溶剂中的分配比不同进行分离（6）高速逆流色谱 HSCCC high speed countercurrent chromarography,行星式旋转产生的离心力场 固定性保留在蛇形管内 流动相单向、低速经过固定相,3. 根据物质吸附性差异进行分离,（1）吸附的类型 （2）物理吸附的基本规律 （3）极性及强弱判断 （4）简单吸附法用于物质的浓缩与精制 （5）吸附柱色谱法用于物质的分离 （6）聚酰胺柱色谱 （7）大孔吸附柱色谱,3. 根据物质吸附性差异进行分离（1）吸附的类型,物理吸附： 分子间力，无选择性，可逆。 硅胶、氧化铝、活性炭 化学吸附：化学键，选择性较强，常不可逆。 硅胶生物碱 碱性氧化铝黄酮、蒽醌等 半化学吸附：氢键，选择性较弱，多可逆 聚酰胺,3. 根据物质吸附性差异进行分离（2）物理吸附的基本规律,极性相似者易于吸附,3. 根据物质吸附性差异进行分离（3）极性及强弱判断,一般物质：官能团的种类、数目、位置、碳链长短 R-COOHAr-OHR-OHR-NH-R-CO-NH- R-CHOR-CO-RR-COO-RR-O-RR-XR-H 溶剂：介电常数，极性 环己烷（1.88） 苯（2.29） 无水乙醚（4.47） 氯仿（5.20） 乙酸乙酯（6.11） 乙醇（26.0） 甲醇（31.2） 水（81.0）,3. 根据物质吸附性差异进行分离（4）简单吸附法用于物质的浓缩与精制,活性炭吸附法 结晶、重结晶中脱色、脱臭 从大量稀水液中浓缩微量物质一叶秋碱的浓缩、精制,3. 根据物质吸附性差异进行分离（5）吸附柱色谱法用于物质的分离,硅胶吸附柱色谱,氧化铝吸附柱色谱,A吸附剂：3060倍，有时100200倍 B装柱： 径高比（d/h）1:151:20 干法装柱/湿法装柱 C上样： 干法上样/湿法上样 D洗脱： 等度/梯度（洗脱剂极性递增） E托尾： 化学吸附：硅胶碱性成分 洗脱剂中加入碱 氧化铝酸性成分 洗脱剂中加入酸 F洗脱系统的选择： TLC Rf=0.20.3,3. 根据物质吸附性差异进行分离（6）聚酰胺柱色谱,高分子聚合物 不溶于常见有机溶剂 对碱稳定 对酸特别是无机酸稳定性差 可溶于浓盐酸、冰乙酸、甲酸中,3. 根据物质吸附性差异进行分离（6）聚酰胺柱色谱,分子间氢键半化学吸附,3. 根据物质吸附性差异进行分离（6）聚酰胺柱色谱,化合物在含水溶剂中大致有以下规律： 形成氢键的基团数目：越多，越强。 形成氢键的基团所处的位置： 处于易形成分子内氢键者，减弱。 分子中芳香化程度：高，增强。,影响吸附力的因素,3. 根据物质吸附性差异进行分离（6）聚酰胺柱色谱,各种溶剂在聚酰胺柱上的洗脱能力 水 甲醇 乙醇 氢氧化钠水溶液 甲酰胺 二甲基甲酰胺 尿素水溶液,化合物在不同溶剂中的吸附力，随溶剂极性增强而增强 水中最强常以水装柱、样品以水溶解上样 含水醇中次之 醇中最弱常以浓度渐高的含水醇梯度洗脱 EtOH-H2O最常用,弱,强,3. 根据物质吸附性差异进行分离（6）聚酰胺柱色谱,醌类、黄酮类等酚性的制备和分离。 脱鞣处理 生物碱、萜类、甾类、糖类、氨基酸等极性与非极性化合物的分离也有用途,3. 根据物质吸附性差异进行分离（7）大孔吸附树脂,高分子聚合物 白色球形颗粒 多孔网状结构 不溶于酸、碱、有机溶剂,吸附原理：分子间力 氢键 分子筛,3. 根据物质吸附性差异进行分离（7）大孔吸附树脂,树脂的性质：非极性树脂 易吸附非极性化合物 极性树脂 易吸附极性化合物 溶剂的性质： 物质在溶剂中的溶解度大，树脂对此物质的吸附力就小,3. 根据物质吸附性差异进行分离（7）大孔吸附树脂,水、甲醇、乙醇、丙酮、乙酸乙酯等。 最常用：乙醇水,广泛应用于化合物的分离与富集工作中 如：苷类、糖类的分离 生物碱的精制 多糖、黄酮、三萜类化合物的分离。,4根据物质分子大小差异进行分离,透析法 超滤法 超速离心 凝胶滤过法 gel filtration： 凝胶渗透色谱 gel permeation chromtography 分子筛滤过 molecular sieve filtration,4根据物质分子大小差异进行分离凝胶滤过法 gel filtration：,凝胶三维网状结构的分子筛作用 按分子量由大到小的顺序分离,4根据物质分子大小差异进行分离凝胶滤过法 gel filtration：,葡聚糖凝胶Sephadex G： 葡聚糖+交联剂（环氧氯丙烷） 分子筛 水中应用 分离水溶性成份 商品型号按交联度分类，以10倍吸水量（ml/g）表示 羟丙基葡聚糖凝胶Sephadex LH-20: Sephadex G-25羟丙基化所得 分子筛和反相色谱相结合 水、甲醇、乙醇、丙酮、乙酸乙酯、氯仿中使用 水溶性、脂溶性成分都可分,凝胶的种类、性质及应用,5根据物质离解程度不同分离进行分离 离子交换法,离子交换树脂为固定相，水，含水溶剂装柱 含水流动相通过树脂 可交换离子与树脂上的交换基团交换，吸附到树脂上 中性及无交换离子的成分流出 将吸附到柱上的成分洗脱下来,5根据物质离解程度不同分离进行分离 离子交换法,离子交换树脂为固定相，水，含水溶剂装柱 含水流动相通过树脂 可交换离子与树脂上的交换基团交换，吸附到树脂上 中性及无交换离子的成分流出 将吸附到柱上的成分洗脱下来,5根据物质离解程度不同分离进行分离 离子交换法,球形颗粒，不溶于水，可在水中溶胀,母核 离子交换基团,5根据物质离解程度不同分离进行分离 离子交换法,离子交换树脂的种类,阳离子交换树脂：强酸性（-SO3-H+） 弱酸性（-COO-H+） 阴离子交换树脂：强碱性（-N+（CH3）3Cl-） 弱碱性（-NH2，-NH-，-N=）,5根据物质离解程度不同分离进行分离 离子交换法,不同电荷离子的分离 如水提液中酸性、碱性、两性化合物的分离 相同电荷但解离程度不同离子的分离 如碱性不同的生物碱的分离,水提液中酸性、碱性、两性化合物的分离, ,碱性 ,碱性不同的生物碱的分离,第四节 结构研究法,结构研究的特点：难于合成品 结构研究的总原则: 尽可能不消耗或少消耗试样 波谱综合分析 与文献数据比较 必要时辅以化学手段,第四节 结构研究法,一、纯度的测定 二、结构研究的主要程序 三、结构研究中采用的主要方法,一、纯度的测定,纯度检查法： 均一的晶形 敏锐的熔点、沸点、折光率、比旋度 TLC、PC、GC、HPLC,二、结构研究的主要程序,三、结构研究中采用的主要方法,1. 确定分子式，计算不饱和度 2. 质谱 （MS，mass spectrum） 3. 红外光谱（IR，infrared spectra） 4. 紫外-可见吸收光谱（UV-vis) (ultraviolet-visible spectra） 5. 核磁共振（NMR，nuclear magnetic resonance） 6. 其他： x-单晶衍射法 旋光光谱（ORD） 园二色谱（CD）,三、结构研究中采用的主要方法 1. 确定分子式，计算不饱和度,分子式的确定 元素定量分析结合分子量测定 同位素丰度比法 高分辨质谱（HR-MS，high resolution mass spectrum ） 不饱和度的计算 u=/2/21 ：一价原子数 如H、X ：三价原子数，如N、P ：四价原子数，如C,三、结构研究中采用的主要方法 2. 质谱 （MS，mass spectrum）,作用： 确定分子量、分子式 提供部分结构信息 丢失碎片的大小 如15、17 碎片的m/z及裂解方式,三、结构研究中采用的主要方法 2. 质谱 （MS，mass spectrum）,常用质谱技术及特点 电子轰击质谱（EI-MS，electron impact ionization） 场解析质谱（FD-MS，field desorption ionization） 快速原子轰击质谱（FAB-MS，fast atom bombardment） 电喷雾质谱（ESI-MS，electrospray ionization） 基质辅助激光解析质谱（MALDI-MS） matrix-assisted laser desorption ionization,常用质谱技术及特点电子轰击质谱（EI-MS） （electron impact ionization）,样品需加热气化，离化，得到M+ 难气化、易热解的成份测不到M+ 如糖、苷、氨基酸、肽、蛋白、核酸、抗生素,常用质谱技术及特点场解析质谱（FD-MS） field desorption ionization,试样稀液涂于钨丝上作阳极，对面加阴极，通高压，使电离 难气化、易热解的成份，可得到 分子离子相关峰：MH+、MNa+、MK+ 逐个脱去糖基的碎片峰：MH-162+、MH-162-146+ 苷元的碎片离子相对少,常用质谱技术及特点快速原子轰击质谱（FAB-MS） fast atom bombardment,离子枪发射高能离子与另一中性粒子碰撞，交换电荷， 形成高速中性粒子，与样品碰撞，使其电离 难气化、易热解的成份，可得到 分子离子相关峰：MH+、MNa+、MK+ 逐个脱去糖基的碎片峰：MH-162+、MH-162-146+ 可得到苷元的碎片,常用质谱技术及特点电喷雾质谱（ESI-MS） electrospray ionization,强静电场使试样电离， 难气化、易热解、大分子、小分子，均可得到 分子离子相关峰：MH+、MNa+、MK+,常用质谱技术及特点基质辅助激光解析质谱（MALDI-MS） matrix-assisted laser desorption ionization,用于研究结构复杂，不易气化的大分子物质的分子量 如多糖、蛋白、核酸等,三、结构研究中采用的主要方法 3. 红外光谱（IR，infrared spectra）,原理： 化学键的振动在红外光区（4000625cm-1）引起的吸收谱图 作用： 特征频率区（functional group region） 40001500 cm-1确定官能团类型 指纹区（fingerprint region） 1500600 cm-1构象、构型、取代模式等,三、结构研究中采用的主要方法 4. 紫外-可见吸收光谱（UV-vis) (ultraviolet-visible spectra）,原理 电子由基态跃迁至激发态（、n） 在紫外可见光区（200700nm）引起的吸收谱图 作用 对含有共轭双键、,-不饱和羰基、芳香化合物的结构鉴定有重要价值 特定的吸收谱特征骨架类型的判断 如：黄酮、香豆素、蒽醌 加诊断试剂前后谱图的规律性变化取代图式的推断 如：黄酮、香豆素,三、结构研究中采用的主要方法5. 核磁共振（NMR） （nuclear magnetic resonance）,原理： 1H、13C等具有磁矩的原子在外加磁场中受电磁波照射，吸收一定能量电磁波，产生能级变化，引起核磁共振 氢核磁共振（1H-NMR） 碳核磁共振谱（13C-NMR） 二维核磁共振谱 （2D-NMR）,氢核磁共振（1H-NMR）,应用： 提供H的类型、数目、相邻原子团的信息 四个参数： 化学位移（）：11020ppm H的类型 屏蔽效应 积分值/积分面积 同一环境下H的个数 自旋偶合裂分的峰数 邻位与其不等同的H的个数 符合 n+1律 s, d, t, q 偶合常数（J） H核间的距离 相隔键数： 越少，J大，通常为3JH-H 二面角： 越接近90，J越小 越接近0、180，J越大,氢核磁共振（1H-NMR）,远程偶合(4JH-H)：,Jac=1.62.0Hz Jbc=01.5Hz,烯丙偶合,芳环上的偶合,Jab=610 Hz Jac=13Hz Jad=01 Hz,氢核磁共振（1H-NMR）,同核去偶技术（homodecoupling）： 消除或部分消除相邻H核的偶合，简化图谱,CH3CH2OCOCH3,CH3 t 照射H-2 s CH2 q 照射H-1 s CH3 s,碳核磁共振谱（13C-NMR）,最重要的参数： 化学位移：1200ppm C的类型 13C的信号裂分 13C-NMR：异核偶合1H-NMR：同核偶合 偶合裂分峰数：C的级别 符合n+1律，s, d, t, q， 有1JC-H 2JC-H 3JC-H,碳核磁共振谱（13C-NMR）,常见碳谱类型及特征： 噪音去偶谱（proton noise decoupling spectrum） 全氢去偶（COM，proton complete decoupling） 宽带去偶（BBD，broad band decoupling） 选择氢核去偶谱（SPD） selective proton decoupling spectrum 远程选择氢核去偶谱（LSPD） long range selective proton decoupling spectrum 无畸变极化转移增强法(DEPT） distortionless enhancement by polarization transfer,常见碳谱类型及特征噪音去偶谱,噪音去偶谱（proton noise decoupling spectrum） 全氢去偶（COM，proton complete decoupling） 宽带去偶（BBD，broad band decoupling） 宽频照射，消除所有H对C的偶合 谱中所有C均为s 无对称因素强况下，谱中信号数即C数,常见碳谱类型及特征选择氢核去偶谱 远程选择氢核去偶谱,选择氢核去偶谱（SPD） selective proton decoupling spectrum 远程选择氢核去偶谱（LSPD） long range selective proton decoupling spectrum 照射某个或某几个H，消除部分H对C的偶合 谱中，与被照射H偶合的C信号不同程度简化,以9-C为例,常见碳谱类型及特征无畸变极化转移增强法,无畸变极化转移增强法(DEPT） distortionless enhancement by polarization transfer 改变照射1H的脉冲宽度（） 所有13C信号均为单峰 不同类型13C分别呈正峰、倒峰 如 =45，CH，CH2，CH3 正峰 =90，CH 正峰 =135，CH，CH3，正峰，CH2 倒峰,二维核磁共振（2D-NMR）,1H-1H相关谱 （1H-1H COSY） 1H-1H correlation spectroscopy 13C-1H相关谱 （13C-1H COSY） 异核多量子相关谱（HMQC） (1H-detected heteronuclear multiple quantum coherence) 13C-1H远程相关谱（ Lr. 13C-1H COSY） 异核多键相关谱（HMBC） （1H-detected heteronuclear multiple bond corerelation）,二维核磁共振（2D-NMR）1H-1H相关谱 （1H-1H COSY）,对角峰：同一个1H出现对角峰 相关峰：相互偶合的1H出现相关峰 用来归属相互偶合的1H信号，推断官能团的连接方式,对角峰,相关峰,二维核磁共振（2D-NMR）13C-1H相关谱 （13C-1H COSY）,异核多量子相关谱（HMQC） 1JC-H ，1H和与其直接相连的13C出现相关峰 用来进行信号归属，判断碳的级别,二维核磁共振（2D-NMR）13C-1H远程相关谱 （Lr. 13C-1H COSY）,异核多键相关谱（HMBC） 3JC-H ，1H和与其相隔3个化学键的13C出现相关峰 用来进行信号归属，判断碳的级别,