完整中药化学整理及习题.docx

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完整中药化学整理及习题

第一章绪论

本章复习要点：

1.熟悉中药化学的含义及研究内容。

2.了解中药及天然药物有效成分的研究概况及发展趋势。

3.了解中药化学在中医药现代化和中药产业化中的作用。

第一节中药化学的研究对象和任务

【概念】

中药化学是一门结合中医药基本理论和临床用药经验，主要运用化学的理论方法及其他现代科学理论和技术等研究中药化学成分的学科。

【研究对象】

中药化学的研究对象为中药化学成分，在这其中要明确三个概念：

①有效成分—具有生物活性、能起防治疾病作用的化学成分。

②无效成分—无生物活性、不能起防治疾病作用的化学成分。

③有效部位—含有一种主要有效成分或一组结构相近的有效成分的提取分离部位。

【任务】

主要研究中药有效成分的化学结构、物理化学性质、提取、分离、检识、结构鉴定或确定、生物合成途径和必要的化学结构修饰或改造，以及有效成分的结构与中药药效的关系等。

第二节中药化学在中医药现代化和中药产业中的作用

【在中医药现代化中的作用】

1.阐明中药的药效物质基础，探索中药防治疾病的原理。

2.促进中药药效理论研究的深入。

3.阐明中药复方配伍的原理。

4.阐明中药炮制的原理。

【在中药产业化中的作用】

1.建立和完善中药的质量评价标准。

2.改进中药制剂剂型，提高药物质量和临床疗效。

3.研制开发新药，扩大药源。

第三节中药及天然药物有效成分研究概况与发展趋向

【研究概况】

1.中国古代医药化学居于世界领先地位。

2.国内外研究成果。

【发展趋势】

在研究思路上，更加注重以活性为指标，追踪有效成分的分离。

从单味药的研究向复方方向发展。

从具体研究目标上，多根据临床需要，找出有疗效的有效成分或药物。

在研究方法和手段上，更加重视引进和结合现代科学技术的最新理论和技术成果。

习题

一、名词解释

1.有效成分

2.无效成分

二、简答题

1.举例说明中药化学在中医药现代化中有何作用？

2.举例说明中药化学在中药产业化中有何作用？

第二章中药化学成分的一般研究方法

本章复习要点：

1.掌握中药化学成分提取分离的原理及方法。

2.熟悉中药中所含化学成分的类型及一般理化性质。

3.了解中药化学成分结构研究的一般方法。

4.了解各类成分的生物合成途径。

第一节中药化学成分及生物合成简介

【中药化学成分类型】

按其活性的有无可分为有效成分和无效成分，二者是相对而言的。

生物碱类：

一类含氮有机化合物；具碱性，能与酸结合成盐。

醌类：

具有醌式结构；分子中多具有羟基，有一定酸性。

苯丙素类：

以C6-C3为基本骨架单位。

有效成分苷类黄酮类：

由两个苯环通过中间三碳链（C6-C3-C6）相互连接而成；多具酚羟基，显酸性.

强心苷：

苷元具甾核，C17位连有不饱和内酯环。

皂苷：

苷元具甾核，分子中具有螺缩酮结构。

萜类：

以异戊二烯为单位的聚合体。

无效成分亲脂性杂质：

脂溶性色素、树脂类（二萜）、鞣质等。

亲水性杂质：

糖类、氨基酸、蛋白质等。

【各类中药化学成分的主要生物合成途径】

乙酸-丙二酸途径（AA-MA途径）：

脂肪酸类、酚类、醌类等。

甲戊二羟酸途径（MVA途径）：

萜类、甾类等。

主要生物合成途径莽草酸途径：

苯丙素类、香豆素类、木脂素类。

氨基酸途径：

生物碱类。

复合途径：

黄酮类等。

第二节中药有效成分的提取分离方法

【中药化学成分的提取】

1.溶剂提取法

⑴依据：

化学成分的溶解性（极性）。

⑵关键：

提取溶剂的选择。

⑶溶剂的选择原则：

相似相溶的原则，价廉、易得、无毒、安全等。

⑷提取方法：

浸渍法、渗漉法、煎煮法、回流提取法、连续回流提取法。

表2-1常用提取溶剂性能特点

提取溶剂

性能特点

适宜提取成分

提取方法

强极性溶剂

水

①溶解范围广（酸水、碱水）；穿透能力强；价廉易得、安全。

②但有些脂溶性成分溶解不完全；有些苷类成分酶解；水提液易发霉、变质；水溶性杂质多，过滤困难；沸点高，浓缩困难

生物碱盐、苷类、鞣质、糖类、氨基酸、蛋白质

煎煮法

渗漉法（酸水）

亲水性有机溶剂（和水可任意混溶）

乙醇

甲醇

丙酮

①溶解范围广（不同浓度乙醇）；水溶性杂质溶出少；可抑制酶的活性；提取液不易发霉、变质；大部分可回收利用；②但有挥发性、易燃烧。

①溶解特点与乙醇相似；②但有毒

①溶解性能同乙醇，但沸点低、易挥发，作为提取溶剂不常用；②但对色素溶解性能好，在分离、精制时常用。

除多糖、蛋白质外的大多数化学成分均可

渗漉法（稀醇）

浸渍法

回流法

连续回流法

亲脂性有机溶剂

乙醚

氯仿

苯

石油醚

①对化合物溶解选择性较强；水溶性杂质少、易纯化；②挥发性大、易燃烧、有毒；价格昂贵，对提取设备要求高；穿透力较弱，提取时间长，作为提取溶剂不常用。

极易燃

不易燃，毒性大

毒性大

沸程30~60℃、60~90℃、90~120℃；与甲醇、乙醇不能任意混溶

游离生物碱

苷元

某些苷类

对生物碱溶解性好

脱脂、脱色常用

回流法

连续回流法

2.水蒸汽蒸馏法适用于挥发性成分（主要是挥发油）的提取

3.二氧化碳超临界流体萃取技术（CO2-SFE）

（1）超临界流体萃取技术：

以超临界流体作为萃取介质的一种提取新技术。

（2）超临界流体：

处于临界温度（Tc）、临界压力（Pc）以上，介于气体与液体之间的流体。

特点：

具有液体和气体的双重特性。

如：

密度与液体近似

黏度与气体近似对很多物质有很强的溶解能力

扩散系数是液体的100倍

（不及气体）

（3）中药提取常用的超临界流体：

二氧化碳（CO2）。

优点：

①临界温度（Tc=31.4）接近室温,对热敏成分稳定。

②临界压力（Pc=7.37MPa）不太高,易操作。

③本身呈惰性，与化合物不反应。

④价格便宜。

（4）超临界流体萃取中药成分的主要优点

①可以在接近室温下工作，防止热敏成分的破坏或逸散。

②萃取过程几乎不用有机溶剂，萃取物中无溶剂残留，对环境无污染。

③提取效率高，节约能耗。

【中药化学成分分离与精制方法】

1.溶剂法

（1）酸碱溶剂法

①原理：

利用混合物中各组分酸碱性差异而进行分离。

②具体操作：

可将总提物溶于亲脂性有机溶剂，用酸水、碱水分别萃取，将总提物分成酸性、碱性、中性三个部位。

也可将总提物溶于水，调节PH值后用有机溶剂萃取，还可用PH梯度法进一步分离各碱度或酸度不同的成分。

③注意：

酸性或碱性的强度、与被加热分离成分接触的时间、加热温度和加热时间等，避免在剧烈条件下某些化合物结构发生变化或结构不能回复到原本存在于中药的状态。

（2）溶剂分配法

利用混合物中各组分在两相溶剂中分配系数的不同而进行分离。

溶剂分配法中的两相往往是互相饱和的水相与有机相。

混合物中各成分在两相中分配系数相差越大，分离效果越好。

对于分离极性较大的成分，选用正丁醇—水，极性中等的成分选用乙酸乙酯—水，极性小的成分选用氯仿（或乙醚）—水。

系统溶剂萃取法常用于中药化学成分初步分离，很多情况下可在分液漏斗中进行。

将混合物溶于水，依次以正丁烷（或石油醚）、氯仿（或乙醚）、乙酸乙酯、正丁醇萃取，分别减压回收各有机层溶媒，则得到相应极性的中药成分。

2.沉淀法

有些中药成分能与某些试剂生成沉淀，或加入某些试剂后可降低某些成分在溶液中的溶解度而从溶液中析出。

（1）专属试剂沉淀法

某些试剂能选择性地沉淀某类成分，称为专属试剂沉淀法。

如雷氏铵盐等生物碱沉淀试剂能与生物碱类生成沉淀，可用于分离生物碱与非生物碱类成分，以及水溶性生物碱与其他生物碱的分离。

（2）分级沉淀法

在混合组分溶液中加入与该溶液能互溶的溶剂，改变混合组分溶液中某些成分的溶解度，使其从溶液中析出。

改变加入溶剂的极性或数量而使沉淀逐步析出称为分级沉淀。

（3）盐析法

在混合物溶液中加入易溶于水的无机盐（常用氯化钠），使溶液达到一定浓度或饱和状态，使某些中药成分在溶液中溶解度降低而析出，或再用有机溶剂萃取出来。

3.分馏法

利用混合物中各成分的沸点的不同而进行分离的方法。

适用于液体混合物的分离。

可分为常压分馏、减压分馏、分子蒸馏。

根据混合物中各成分沸点情况及对热稳定性等因素选用。

4.膜分离法

利用天然或人工合成的高分子膜，以外加压力或化学位差为动力，对混合物溶液中的化学成分按分子大小差异进行分离、分级、提纯和富集。

反渗透、超滤、微滤、电渗析等为四大已开发应用的膜分离技术。

5.升华法

某些中药成分具有升华性，加热变成气体，遇冷又凝结成固体.可用于纯化。

6.结晶法

用于化合物的进一步精制。

利用混合物中各成分在溶剂中的溶解度不同而达到分离。

该方法的关键是选择适宜的溶剂。

对溶剂要求：

对被溶解成分的溶解度随温度不同应有显著差别；与被结晶的成分不产生化学反应；沸点适中等。

7.色谱法

常用色谱分离方法介绍：

（1）吸附色谱表2-2色谱分离方法-----吸附色谱

吸附剂

分离原理

吸附规律

应用

硅胶

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

广泛（酸、碱及中性成分均可）

氧化铝

吸附原理

碱性、极性吸附剂

吸附规律同上

碱性、中性成分

（酸性成分与铝络合）

活性炭

吸附原理

非极性吸附剂

吸附规律与上相反

从稀水溶液中富集微量

（酸性成分与铝络合）

聚酰胺

氢键吸附

酚羟基数目多，吸附力强

能形成分子内氢键者，吸附力下降

母核芳香化程度高者，吸附力增强

水（介质）中吸附力强，水洗脱力弱

黄酮、蒽醌的分离

除鞣质

大孔吸

附树脂

吸附原理

分子筛

非极性化合物易被非极性树脂吸附

溶剂中溶解度增大，吸附力下降

非极性树脂，极性小的溶剂洗脱力强

糖与苷的分离

（从水提液富集苷类）

生物碱的精制

（2）液-液分配色谱（分配原理）

利用被分离成分在固定相和流动相之间的分配系数差异而分离。

分配色谱有正相与反相之分。

在正相分配色谱中，流动相极性小于固定相；反之，为反相分配色谱。

见下表。

表2-3色谱分离方法—液-液分配色谱

类型

固定相

流动相

应用

正相色谱（以PC为例）

水

BAW系统

极性、中极性物质分离

反相色谱

ODS

甲醇-水、乙腈-水

最广泛，非极性、中极性各类物质的分离

随着科学技术的发展，出现了制备型薄层色谱技术和加压液相色谱技术等色谱分离技术。

表2-4加压液相色谱

类型

压力（Pa）

分离规模

分析用高压液相色谱（HPLC）

>20.2×105

1mg左右

制备用高压液相色谱（HPLC）

>5mg

中压液相色谱（MPLC）

5.05~20.2×105

>100mg

低压液相色谱（LPLC）

<5.05×105

10mg~1g

快速色谱

约2.02×105

>10mg

（3）葡聚糖凝胶色谱表2-5色谱分离方法-----葡聚糖凝胶色谱

类型

原理

溶胀溶剂

应用

葡聚糖凝胶

（SephadexG）

分子筛（大→小）

水

多糖、多肽

蛋白质分离

羟丙基葡聚糖凝胶

（SephadexLH-20）

分子筛（糖苷）

吸附原理（苷元）

水、极性有机溶剂

或二者的混合溶剂

适于不同类型

化合物分离

（4）离子交换吸附树脂表2-6色谱分离方法-----离子交换吸附树脂

树脂类型

原理

应用

阳离子交换树脂

强酸性（R-SO3-H+）

弱酸性（-COO-H+）

离子交换

（阳离子）

从酸水溶液中吸附碱性成分（生物碱）

（除去酸性、中性成分）

阴离子交换树脂

强碱性（RN+（CH3）3CI-）

弱碱性（伯、仲、叔胺）

离子交换

（阴离子）

从碱水溶液中吸附酸性成分（有机酸）

（除去碱性、中性成分）

第三节中药有效成分化学结构的研究方法

【化合物纯度的判定方法】

1．结晶均匀、一致。

2．熔点明确、敏锐（0.5~1.0℃）。

3．TLC（PPC）:

三种以上不同展开剂展开，均呈现单一斑点。

4．HPLC、GC也可以用于化合物纯度的判断。

【中药有效成分的理化鉴定】

1.物理常数的测定

包括熔点、沸点、比旋度、折光率、比重等的测定。

2.分子式的确定

一般先进行元素分析，得到元素的种类及各元素的百分含量，再测定分子量，求得分子式。

目前最常用的是质谱法。

3.化合物结构骨架与官能团的确定

一般首先确定化合物的不饱和度，准确计算出结构中可能含有的双键数或环数。

用各类化合物的显色反应判断化合物骨架或官能团。

或用IR光谱来判断结构中的官能团信息。

【四大光谱在结构测定中的应用】

1．紫外-可见光谱（UV-VIS）——共轭体系特征

（1）原理

分子中电子跃迁（从基态至激发态）。

其中，n-π*、π-π*跃迁可因吸收紫外光及可见光所引起，吸收光谱将出现在光的紫外区（200~400nm）和可见区（400~700nm）。

（2）应用：

◆推断化合物的骨架类型——共轭系统。

◆取代基团的推断。

如加入诊断试剂推断黄酮的取代模式（类型、数目、、排列方式）。

◆用于含量测定（以最大吸收波长作为检测波长进行含量测定）。

2．红外光谱（IR）

分子中价键的伸缩及弯曲振动所引起的吸收而测得的吸收图谱，称为红外光谱。

（1）特征频率区（4000～1500cm-1）

用于特征官能团的鉴别：

①羟基（酚羟基、醇羟基）3600～3200cm-1

游离羟基约3600cm-1

氢键缔合羟基3400～3200cm-1

②羰基1800～1600cm-1

酮约1710cm-1

酯1735～1710cm-1

③芳环1600、1580、1500cm-1有2～3个峰

双键1680～1620cm-1

（2）指纹区（4000～1500cm-1）用于化合物真伪的鉴别。

两个化合物完全相同的条件：

①特征区完全吻合；②指纹区也完全一致。

3．核磁共振谱

（1）1H-NMR（核磁共振氢谱）

信息参数：

化学位移（δ）、峰面积、峰裂分（s、d、t、q、m）及偶合常数（Ј）。

①化学位移（δppm）：

与1H核所处的化学环境（1H核周围的电子云密度）有关。

电子云密度大，处于高场，δ值小；电子云密度小，处于高场，δ值大。

图2-1常见结构的化学位移大致范围（要求熟记）

~1.8-C=C-CH3~0.9-C-CH3

~2.1-COCH3

~3.7-OCH3~3.0-NCH3

-COOH-CHOAr-H-C=C-H

（δppm）11109876543210

推断化合物的结构（含1H核基团的结构）

②峰面积:

磁等同质子的数目——用积分曲线面积（高度）表示

③峰裂分及偶和常数：

磁不等同两个或两组1H核在一定距离内相互自旋偶合干扰，发生的分裂所表现出的不同裂分

峰裂分的数目峰裂分的距离

符合n+1规律用偶合常数（J）表示

（n=磁等同质子的数目）

不同系统偶合常数（JHz）大小

s单峰芳环J邻6~10Hz

d双峰J间0~3Hz

t三重峰J对0~1Hz

q四重峰双键J顺7~11Hz

m多重峰J反12~18Hz

饱和烃类相邻碳原子上质子偶合常数的大小与两个氢原子之间的立体夹角θ有关

θ=60OJ=2~4Hz

θ=180OJ=9~10Hz

环己烷及其类似物相邻碳原子上质子的偶合常数

Jaa10~13Hz（θ=180O）

Jae2~5Hz（θ=60O）

Jee2~5Hz（θ=60O）

1H-NMR核磁共振辅助技术：

①重氢（D2O）交换——推断活泼质子（羟基）的存在与否

②核增益效应（NOE）：

指在核磁共振中选择性照射一种质子使其饱和，则与该质子在立体空间位置上接近的另一或数个质子信号强度增高的现象。

③溶剂位移：

苯诱导位移——由于溶剂分子（苯）的接近，对化合物将发生不同的屏蔽及去屏蔽作用，使质子化学位移发生变化的现象。

（2）13C-NMR（核磁共振碳谱）

FT-NMR:

即脉冲傅里叶变换核磁共振。

其装置原理为采用强的脉冲照射使分子中所有的13C核同时发生共振，生成在驰豫期内表现为指数形式衰减的正弦波信号（自由诱导衰减；FID），再经傅里叶变换即成为正常的NMR信号。

随着脉冲扫描次数的增加及计算机的累加计算，13C信号将不断得到增强，噪音则越来越弱。

经过若干次的扫描及累加计算，最后即得到一张好的NMR谱。

由于该装置的出现及计算机的引入，才使得13C-NMR用于有机化合物结构研究成为可能。

信息参数：

化学位移（δC）、异核偶合常数（JCH）、驰豫时间（T1）

化学位移：

大致范围（δC）0~200ppm

不同13C核δC大小与13C核所处的化学环境（周围电子云密度）有关

图2-2主要结构13C核δC的大致范围（要求熟记）

饱和碳原子（0~60）

150~220（c=o）c=cAr50~80（c-o）

200150100500

（δCppm）

用于13C核类型的推断

常用13C-NMR测定技术及其特征：

①质子宽带去偶（BBO）：

也叫全氢去偶（COM）、噪音去偶。

采用宽频电磁辐射照射所有1H核使之饱和后测得的13C-NMR谱（即去掉所有氢核对碳核的偶合影响）。

特征：

图谱简化，每个碳原子都为单峰，互不重叠。

方便于判断碳信号的化学位移。

伯、仲、叔碳峰增强，季碳为弱峰（照射1H核产生NOE效应）。

但无法区别碳上连接的1H核数目。

②偏共振去偶：

仅保留直接与碳原子相连1H核对碳的偶合J1CH（即去掉氢核对碳核的远程偶合J2CHJ3CH）。

此法现已基本上被DEPT所替代。

特征：

伯（-CH3）表现为四重峰（q）；仲（-CH2-）表现为三重峰（t）；叔（-CH-）表现为双峰（d）；季（-C-）表现为单峰（s）。

可用于碳核（伯、仲、叔、季）类型的判断。

③DEPT（无畸变极化转移增强法）：

为13C-NMR谱的一种常规测定方法。

系通过改变照射1H核的脉冲宽度（或设定不同的驰豫时间），使不同类型13C信号在谱图上呈单峰，并分别呈现正向峰或倒置峰。

特征：

脉冲宽度峰的特征

Θ=450CH3↑CH2↑CH↑（↑代表正向峰）

Θ=900CH↑

Θ=1350CH3↑CH↑CH2↓（↓代表倒置峰）

可用于区别伯（CH3）、仲（CH2）、叔（CH）碳信号；与质子宽带去偶谱比较，还可以确定季碳（-C-）信号。

（3）二维核磁共振谱（2D-NMR谱）

①同核化学位移相关谱最常用的是1H-1HCOSY，也称氢-氢位移相关谱，可以确定质子化学位移以及质子之间的偶合关系和连接顺序。

②1H检测的异核化学位移相关谱异核化学位移相关谱特别是13C-1HCOSY谱，对于鉴定化合物很重要，常用的有HMQC和HMBC谱。

HMQC谱能反映1H核和与其相连的13C的关联关系，以确定C-H偶合关系。

HMBC谱能把1H核和与其远程偶合的13C的关联起来。

4．质谱（MS）

（1）用途

◆确定分子量（高分辨质谱可将分子量精确到小数点后三位）,计算分子式。

◆提供其他结构信息。

如黄酮类，依碎片离子峰可以确定A-环,B-环的取代模式。

◆与标准图谱比较用于化合物的鉴别（相同条件下，其裂解是符合一定规律的）。

◆依裂解特征及碎片离子推定或复核未知化合物分子的部分结构。

（2）质谱主要离子源的电离方式及特点：

①电子轰击质谱（EI-MS）：

目前常用。

但对于热敏成分及难于气化的成分（醇、糖苷、部分羧酸等）、大分子物质（多糖、肽类）难以气化，测不到分子离子峰、亦无法测得分子量。

可将此类化合物乙酰化或三甲基硅烷化（TMS化），制成热稳定性好的挥发性衍生物进行测定。

也可采用以下电离新方法。

②化学电离质谱（CI-MS）：

通过引入大量的试剂气体产生反应离子与样品分子之间的离子-分子反应，使样品分子实现电离。

即使是不稳定的化合物，也能得到较强的准分子离子峰，从而有利于分子量的测定。

但此法碎片离子峰少，可提供有关结构信息少。

③场解析质谱（FD-MS）：

特别适用于难气化和热稳定性差的固体样品分析，分子离子峰强，但碎片离子峰较少。

为提高灵敏度可加入微量带阳离子K+、Na+等碱金属化合物于样品中，可产生明显的准分子峰、[M+Na]+、[M+K]+和碎片离子峰。

④快原子轰击质谱（FAB-MS）：

常用于大分子极性化合物特别是糖苷类化合物的研究。

除得到分子离子峰外，还可得到糖和苷元的结构碎片峰，从而弥补了FD-MS的不足。

⑤基质辅助激光解吸电离质谱（MALDI-MS）：

适用于结构较复杂、不易气化的大分子如多肽、蛋白质的研究，可得到分子离子、准分子离子和具有结构信息的碎片离子。

⑥电喷雾电离质谱（ESI-MS）：

一种强静电场的电离技术，既可分析大分子又可分析小分子。

可得到样品分子量。

⑦串联质谱（MS-MS）：

一种用质谱作质量分离的质谱技术。

它可以研究母离子和子离子的关系，获得裂解的信息，用以确定前体离子和产物离子的结构。

5.旋光光谱（ORD）和圆二色光谱（CD）

在测定手性化合物的构型和构象、确定某些官能团（如羰基）在手性分子中的位置方面有独到之处。

6.X-射线衍射法（X-RayDiffractionMethod）

结晶X-射线衍射法是一种很好的测定化合物分子结构的方法。

它测定出的化学结构可能性大，能测定化学法和其他波谱法难以测定的化合物结构。

习题

一、名词解释。

1.PH梯度萃取法

2.盐析法

3.重结晶

4.膜分离法

5.cotton效应

二、选择题

（一）单选题（每题有5个备选答案，备选答案中只有一个最佳答案）。

1.下列溶剂中极性最强的是

A.Et2OB.EtOAcC.CHCl3D.n-BuOHE.MeOH

2.连续回流提取法与回流提取法比较，其优越性是

A.节省时间且效率高B.节省溶剂且效率高C.受热时间短

D.提取装置简单E.提取量较大

3.两相溶剂萃取法分离混合物中各组分的原理是

A．各组分的结构类型不同B.各组分的分配系数不同

C．各组分的化学性质不同D.两相溶剂的极性相差大

E．两相溶剂的极性相差小

4．原理为氢键吸附的色谱是

A.离子交换色谱B.凝胶过滤色谱C.聚酰胺色谱

D.硅胶色谱E.氧化铝色谱

5．中性醋酸铅可以沉淀的成分是

A.酚羟基B.醇羟基C.对二酚羟基

D.邻二酚羟基E.邻二醇羟基

6．硅胶或氧化铝吸附薄层色谱中的展开剂的极性如果增大，则各化合物的Rf值

A.均变大B.均减小C.均不变

D.与以前相反E.变化无规律

7．核磁共振氢谱中，δppm值的范围为

A.0～1B.2～3C.3～5D.5～9E.0～10

（二）多选题（每题的备