天然药物化学教案
上一篇 / 下一篇 2007-06-22 13:14:47 / 个人分类：资料
天然药物化学教案
天然药物化学为药学专业的专业课，根据教学大纲的要求及学校的安排，课堂讲课54学时，实验54学时，共108学时。
天然药物化学内容分为总论和各论两部分。总论主要阐述了研究天然药物有效成分常用的各种色谱分离方法和各种结构鉴定方法。各论是本课程的重点，在讨论了糖和苷的一般性质和结构研究法基础上，将所有的天然产物按照其结构母核分为苯丙素类、蒽醌类、黄酮类、萜类和挥发油、三萜及其苷类、甾体及其苷类、生物碱等七个部分，详细论述了它们的结构特点、理化性质、提取分离和结构鉴定，并结合生物活性及临床应用介绍了一些有代表性的化合物。
现将每章节教学的目的要求、教学时数、教学重点和难点、思考题等方面的内容具体安排如下：
第一章 总论
目的要求：
1．了解天然药物化学的发展及其重要性。
2．了解天然药物的几个主要生合成途径。
3．掌握天然药物有效成分的提取及各种分离方法，掌握色谱技术中洗脱剂选择的原则。
4．熟悉化合物结构研究的主要程序及主要方法。
教学时数：6学时。
教学重点和难点：（主要部分）
重点、难点、疑难解析
一、中药有效成分的提取
（一）常用溶剂的特点：
环己烷，石油醚，苯，氯仿，乙醚，乙酸乙酯，正丁醇，丙酮，乙醇，甲醇
极性：小 ――――大
亲脂性：大 ―――― 小
亲水性：小 ―――― 大
1． 比水重的有机溶剂：氯仿
2． 与水分层的有机溶剂：环己烷 ~ 正丁醇
3． 能与水分层的极性最大的有机溶剂：正丁醇
4． 与水可以以任意比例混溶的有机溶剂：丙酮 ~ 甲醇
5． 极性最大的有机溶剂：甲醇
6． 极性最小的有机溶剂：环己烷
7． 介电常数最小的有机溶剂：石油醚
8． 常用来从水中萃取苷类、水溶性生物碱类成分的有机溶剂：正丁醇
9． 溶解范围最广的有机溶剂：乙醇
（二）各种提取方法：
常见的提取方法有：溶剂提取法、水蒸气蒸馏法、升华法。其中，溶剂提取法应用最广。
1． 溶剂提取法
（1）溶剂提取法的原理：根据相似者相溶原理，选择与化合物极性相当的溶剂将化合物从植物组织中溶解出来，同时，由于某些化合物的增溶或助溶作用，其极性与溶剂极性相差较大的化合物也可溶解出来。
（2）各种溶剂提取法
溶剂提取法一般包括浸渍法、渗漉法、煎煮法、回流提取法、连续回流提取法等，其使用范围及特点见下表。
提取方法 溶剂 操作 提取效率 使用范围 备注
浸渍法 水或有机溶剂 不加热 效率低 各类成分，尤遇热不稳定成分 出膏率低，易发霉，需加防腐剂
渗漉法 有机溶剂 不加热 ― 脂溶性成分 消耗溶剂量大，费时长
煎煮法 水 直火加热 ― 水溶性成分 易挥发、热不稳定不宜用
回流提取法 有机溶剂 水浴加热 ― 脂溶性成分 热不稳定不宜用，溶剂量大
连续回流提取法 有机溶剂 水浴加热 节省溶剂、效率最高 亲脂性较强成分 用索氏提取器，时间长
（2）水蒸气蒸馏法：适用于具有挥发性、能随水蒸汽蒸馏而不被破坏、难溶或不溶于水的成分的提取，如挥发油、小分子的香豆素类、小分子的醌类成分。
（3）升华法：固体物质受热不经过熔融，直接变成蒸汽，遇冷后又凝固为固体化合物，称为升华。中草药中有一些成分具有升华的性质，可以利用升华法直接自中草药中提取出来。如樟脑、咖啡因。
二、分离与精制：
（一）根据物质溶解度差别进行分离
1． 结晶及重结晶法
利用不同温度可引起物质溶解度的改变的性质以分离物质。将不是结晶状态的固体物质处理成结晶状态的操作称结晶；将不纯的结晶进一步精制成较纯的结晶的过程称重结晶。
（1）溶剂选择的一般原则：
不反应；冷时对所需要的成分溶解度较小，而热时溶解度较大；对杂质溶解度很大或很小；沸点低，易挥发；无毒或毒性小。若无理想的单一溶剂时，可以考虑使用混合溶剂。一般常用甲醇、丙酮、氯仿、乙醇、乙酸乙酯等。
（2）结晶操作：
结晶操作实际是进一步分离纯化过程，一般是应用适量的溶剂在加热至沸点的情况下将化合物溶解，制成过饱和溶液，趁热过滤去除不溶性杂质，放置冷处，以析晶。
（3）结晶纯度的判定：
结晶形态和色泽：单一化合物的结晶具有结晶形状均一和均匀的色泽。
熔点和熔距：单一化合物具有一定的熔点和较小的熔距，结晶前后的熔点应一致，熔距很窄，在1℃~2℃的范围内。但要注意双熔点，如汉防己乙素、芫花素及一些与糖结合的苷类化合物。
色谱法：单一化合物在薄层色谱或纸色谱层析中经三种不同的溶剂系统展开，均为一个斑点者。
2．溶剂分离法：
（1）在中草药提取液中加入另一种溶剂以改变混合物溶剂的极性，使一部分物质沉淀析出，从而实现分离。如：水―醇法除多糖、蛋白质等水溶性杂质；醇―水法除树脂、叶绿素等水不溶性杂质；醇―醚法或醇―丙酮法使苷类成分，而脂溶性树脂等杂质则存留在母液中。
（2）对酸性、碱性或两性有机化合物来说，通常通过加入酸、碱以调节溶液的pH，以改变分子的存在状态（游离型或解离型），从而改变溶解度而实现分离。
如：酸提碱沉法，碱提酸沉法等。
（3）沉淀法：酸性或碱性化合物还可通过加入某种沉淀试剂使之生成水不溶性的盐类沉淀等析出。如加入铅盐、雷氏铵盐等。
（二）根据物质在两相溶剂中的分配比不同进行分离。
1．两相溶剂萃取法
（1）原理：利用混合物中各成分在两相互不相溶的溶剂中分配系数的不同而实现分离。萃取时如果各成分在两相溶剂中分配系数相差越大，则分离效率越高。
①分配系数K值（即分配比）：溶质在两相溶剂中的分配比（K）在一定温度及压力下为一常数
②分离难易与分离因子b：分离因子b可以表示分离的难易。分离因子b可定义为A、B两种溶质在同一溶剂系统中分配系数的比值。一般情况下，b≥100，仅作一次简单萃取就可实现基本分离；但100≥b≥10时，则需萃取10~12次；b≤2时，要实现基本分离，需作100次以上萃取才能完成。b≌1时，则KA≌KB，意味着两者性质及其相似，即使作任意次分配也无法实现分离。
实际工作中，尽量选择分离因子b值大的溶剂系统，以求简化分离过程，提高分离效率。
③分配比与pH：对酸性、碱性及两性化合物来说，分配比还受溶剂系统的影响。因为pH的变化可以改变它们的存在状态（游离型或解离型），从而影响在溶剂系统中的分配比。
酚类化合物的pKa值一般为9.2~10.8，羧酸类化合物的pKa值约为5。
一般pH<3时，酸性物质多呈非解离状态（HA）、碱性物质则呈解离状态（BH+）存在；但pH>12，则酸性物质多呈解离状态（A―）、碱性物质则呈非解离状态（B）存在。据此，可采用在不同pH的缓冲溶液与有机溶剂中进行分配的方法，使酸性、碱性、中性及两性物质的以分离。
（2）各种萃取方法：
① 简单萃取：利用分液漏斗进行两相溶剂萃取。
②逆流连续萃取法：是一种连续的两相溶剂萃取法。其装置可具有一根、数根或更多根的萃取管。
③逆流分配法（CCD）：又称逆流分溶法、逆流分布法或反流分布法，与两相溶剂逆流萃取法原理一致，对于分离具有非常相似性质的混合物效果较好。
④液滴逆流分配法（DCCC）：本法必须选用能生成液滴的溶剂系统，且对高分子化合物的分离效果较差，处理样品量小，并要有一定的设备，操作较繁琐。
一般b>50时，简单萃取即可分离，b<50时，则易采用逆流分溶法。
2．纸色谱（PPC）：纸色谱的原理与液―液萃取法基本相同。
原理：分配原理
支持剂：纤维素
固定相：水
流动相：水饱和的有机溶剂
Rf值：化合物极性越小，Rf值越大；反之，化合物极性越大，Rf值越小。
应用：用作微量分析，特别适合于亲水性较强的成分，其层析效果往往比吸附薄层色谱效果好。但纸层析一般需要较长的时间。
3．液―液分配柱色谱：
原理：分配原理
支持剂：硅胶、硅藻土、纤维素粉等
正相分配色谱： 固定相：水、缓冲溶液
流动相：固定相饱和的氯仿、乙酸乙酯、丁醇等弱极性有机溶剂
洗脱顺序：化合物极性越小，越先出柱；反之，化合物极性越大，越后出柱。
应用：通常用于分离水溶性或极性较大的成分，如生物碱、苷类、糖类、有机酸等化合物。
反相分配色谱： 固定相：石蜡油、化学键合固定相
流动相：固定相饱和的水或甲醇等强极性有机溶剂
洗脱顺序：化合物极性越大，越先出柱；反之，化合物极性越小，越后出柱。
应用：适合于分离脂溶性化合物，如高级脂肪酸、油脂、游离甾体等。
4．液―液分配薄层色谱法：
液―液分配色谱法也可在硅胶薄层色谱上进行。
因此，液―液分配柱色谱的最佳分离条件可以根据相应的薄层色谱结果（正相柱用正相薄层色谱，反相柱用反相薄层色谱）进行选定。
5．化学键合固定相：
常用反相硅胶薄层色谱及柱色谱的填料是普通硅胶经下列方式进行化学修饰，键合上长度不同的烃基（R）、形成亲油表面而成。其中以硅烷化键合型最为常用，其根据烃基（R）长度（―C2H5、―C8H17、―C18H37、）分别命名为：RP―2、RP―8、RP―18。三者亲脂性强弱顺序如下：RP―18> RP―8> RP―2。
键合固定相的作用并非只是分配，也有一定的吸附作用。
5．加压相色谱法：
加压相色谱法又分为：快速柱色谱（约2.02´105Pa），Lobar低压柱色谱（<5.05´105Pa），中压柱色谱（5.05~20.2´105Pa），分析用HPLC，制备用HPLC（>20.2´105Pa）。
固定相：RP―2、RP―8或RP―18
流动相：水―甲醇或水―乙腈
洗脱顺序：化合物极性越大，越先出柱；反之，化合物极性越小，越后出柱。
应用：通常用于分离水溶性或极性较大的成分，如苷类、酚性化合物等。
（三）根据物质的吸附性差别进行分离
其中以固―液吸附用的最多，并有物理吸附（硅胶、氧化铝、活性炭为吸附剂进行的吸附色谱）、化学吸附（黄酮等酚酸性物质被氧化铝吸附、生物碱被酸性硅胶吸附等）及半化学吸附（聚酰胺与黄酮类、醌类等酚性化合物之间的氢键吸附，吸附力较弱，介于物理吸附与化学吸附之间）之分。
1．物质的吸附规律：
（1）物理吸附过程一般无选择性，但吸附强弱大体遵循“相似者易于吸附” 的经验规律。
（2）被分离的物质与吸附剂、洗脱剂共同构成吸附层析的三要素，彼此紧密相连。
常用的极性吸附剂：硅胶、氧化铝。硅胶显微酸性，适于分离酸性和中性化合物，分离生物碱时需在流动相中加入适量的有机碱；氧化铝呈碱性，适于分离生物碱等碱性成分，不宜用于分离有机酸、酚性等酸性成分。均为极性吸附剂，故有以下特点：
①被分离物质极性越强，吸附力越强。强极性溶质将优先被吸附。
②溶剂极性越弱，则吸附剂对溶质的吸附能力越强。随溶剂极性的增强，则吸附剂对溶质的吸附力将减弱。
③当加入极性较强的溶剂后，先前被硅胶或氧化铝所吸附的溶质可被置换而洗脱出来。
常用的非极性吸附剂：活性炭。对非极性物质具有较强的亲和力，在水中对溶质表现出强的吸附能力。从活性炭上洗脱被吸附的物质时，溶剂的极性越小，洗脱能力越强。
2．极性及其强弱判断：
（1）一般化合物的极性按下列官能团的顺序增强：
―CH2―CH2―，―CH2=CH2―，―OCH3，―COOR，>C=O，―CHO，―NH2，―OH，―COOH
（2）溶剂的极性可大体根据介电常数的大小来判断。介电常数越大，则极性越大。一般溶剂的介电常数按下列顺序增大：
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．吸附柱色谱法用于物质的分离：
以硅胶或氧化铝为吸附剂进行柱色谱分离时：
（1）尽可能选用极性小的溶剂装柱和溶解样品，或用极性稍大的溶剂溶解样品后，以少量吸附剂拌匀挥干，上柱。
（2）一般以TLC展开时使组分Rf值达到0.2~0.3的溶剂系统作为最佳溶剂系统进行洗脱。实践中多用混合的有机溶剂系统。
（3）为避免化学吸附，酸性物质宜用硅胶、碱性物质宜用氧化铝作为吸附剂进行分离。通常在分离酸性（或碱性）物质时，洗脱溶剂中常加入适量的醋酸（或氨、吡啶、二乙胺），以防止拖尾、使斑点集中。
5．聚酰胺吸附色谱法：
（1）原理：氢键吸附。
一般认为系通过分子中的酰胺羰基与酚类、黄酮类化合物的酚羟基，或酰胺键上的游离胺基与醌类、脂肪酸上的羰基形成氢键缔合而产生吸附。吸附强弱取决于各种化合物与之形成氢键缔合的能力。
（2）吸附能力的强弱
通常化合物在水溶剂中大致有以下规律：
①形成氢键的基团数目越多，则能力越强。
②成键位置对吸附能力也有影响。易形成分子内氢键者，其在聚酰胺上的吸
附响应减弱。
③分子中芳香化程度高这，则吸附性增强；反之，则减弱。
一般情况下，各种溶剂在聚酰胺柱上的洗脱能力由弱致强的大致顺序如下：
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
其中，最常应用的洗脱系统是：乙醇―水
（3）应用：
①特别适合于酚类、黄酮类化合物的制备和分离。
②脱鞣质处理
③ 对生物碱、萜类、甾类、糖类、氨基酸等其他极性与非极性化合物的分离也有着广泛的用途。
6．大孔吸附树脂：通常分为极性和非极性两类。
（1）原理：吸附性和分子筛性相结合。吸附性是由范德华引力或氢键引起的。分子筛是由于其本身多孔性结构产生的。
（2）影响因素：
①一般非极性化合物在水中易被非极性树脂吸附，极性化合物在水中易被极性树脂吸附。糖是极性水溶性化合物，与D型非极性树脂吸附作用很弱。
②物质在溶剂中的溶解度大，树脂对此物质的吸附力就小，反之就大。
（3）应用：广泛应用于化合物的分离与富集工作中。如：苷类与 糖类的 分离，生物碱的精制，多糖、黄酮、三萜类化合物的分离等。
（4）洗脱液的选择：洗脱液可使用甲醇、乙醇、丙酮、乙酸乙酯等。最常用的是乙醇―水。
（四）根据物质分子大小进行分离
1．凝胶过滤法：
（1）原理：分子筛原理。即利用凝胶的三维网状结构的分子筛的过滤作用将化合物按分子量大小不同进行分离。
（2）出柱顺序：按分子由大到小顺序先后流出并得到分离。
（3）常用的溶剂：
①碱性水溶液（0.1mol/L NH4OH）含盐水溶液（0.5mol/L NaCl等）
②醇及含水醇，如甲醇、甲醇―水
③其他溶剂：如含水丙酮，甲醇-氯仿
（4）凝胶的种类与性质：种类很多，常用的有以下两种：
① Sephadex-G：只适用于水中应用，且不同规格适合分离不同分子量的物质。
② Sephadex LH-20：为Sephadex G-25经羟丙基化后得到的产物，具有以下两个特点：具有分子筛特性，可按分子量大小分离物质；在由极性与非极性溶剂组成的混合溶剂中常常起到反相分配色谱的作用，适合于不同类型有机物的分离。
应用最广。
2．膜过滤法：
（1）概念：膜过滤法是一种用天然或人工合成的膜，以外界能量或化学位差为推动力，对双组分或多组分的溶质和溶剂进行分离、分级、提纯或富集的方法。
（2）分类：膜过滤技术主要包括渗透、反渗透、超滤、电渗析、液膜技术等。
3．透析法：
透析法是膜过滤法中的一种。
（1）原理：透析法是利用小分子物质在溶液中可通过半透膜、而大分子物质不能透过半透膜的性质，以达到分离的目的，本质上是一种分子筛作用。
（2）应用：对于生物大分子，一般可以通过透析法进行浓缩和精制。如药用酶的精制。
分离和纯化皂苷、蛋白质、多肽、多糖等大分子物质，可将其留在半透膜内，而将如无机盐、单糖、双糖等小分子的物质透过半透膜，进入膜外的溶液中，而加以分离精制。应用：
（五）根据物质解离程度不同进行分离
具有酸性、碱性、两性基团的化合物在水中多呈解离状态，据此可用离子交换法进行分离。
原理：离子交换原理
固定相：离子交换树脂
流动相：水或含水溶剂
洗脱液：强酸性阳离子交换树脂（H型）――稀氨水洗脱
强碱性阴离子交换树脂（OH型）――稀氢氧化钠洗脱
1．分类：根据交换基团不同分为：
①阳离子交换树脂
强酸性（―SO3-H+）
弱减性（―COO-H+）
②阴离子交换树脂
强碱性[―N+（CH3）3Cl]
弱减性（―NH2及仲胺、叔胺基）
2．应用：
①用于不同电荷离子的分离，如水提取物中的酸性、碱性、两性化合物的分离。
②用于相同电荷离子的分离，如同为生物碱，但碱性强弱不同，仍可用离子交换树脂分离。
（六）根据物质的沸点进行分离――分馏法
1．概念： 分馏法是利用中药中各成分沸点的差别进行提取分离的方法。一般情况下，液体混合物沸点相差100℃以上时，可用反复蒸馏法；沸点相差25℃以下时，需用分馏柱；沸点相差越小，则需要的分馏装置越精细。
2．应用：挥发油、一些液体生物碱的提取分离常采用分馏法。
三、结构研究法
思考题：
1．中草药有效成分的提取方法有哪些？其各自的使用范围及其优缺点是什么？
2． 分离中草药成分常用的色谱方法有哪些？他们分别适用于哪些类别化合物的分离？各自最常用的洗脱剂及洗脱顺序是什么？
3． 化合物在进行结构鉴定前应注意什么问题？进行结构鉴定常用哪些方法？这些方法可以解决结构式中的什么问题？
第二章 糖和苷
目的要求：
1．熟悉糖的结构类型，掌握糖Haworth式的端基碳构型、构象及糖的理化性质。
2．熟悉苷的结构类型，掌握苷的一般性质、苷键的裂解方法及其裂解规律。
3．熟悉糖和苷的提取分离方法。
4．掌握苷元和糖、糖和糖之间连接位置、连接顺序以及苷键构型的确定方法。
教学时数：8学时。
重点和难点：
一、苷类化合物的结构特征、分类及苷和苷键的定义
（一）苷和苷键的定义
苷类，又称配糖体，是糖或糖的衍生物（如氨基糖、糖醛酸等）与另一非糖物质通过糖的端基碳原子连接而成的化合物。其中非糖部分称为苷元或配基，其连接的键则称为苷键。
（二）苷类化合物中常见糖的种类、结构
1．单糖构型：其绝对构型分为D型或L型；其端基碳有两种构型：a构型和b构型 2．苷键的构型：苷键本质上都是缩醛键，其构型也有a、b之分，与成苷键的糖端基碳原子的构型一致。
但须注意b-D-糖苷与a-L-糖苷的端基碳原子的绝对构型是相同的。
3．常见的单糖和二糖
（1）单糖：五碳醛糖――D-木糖，L-阿拉伯糖，D-核糖
甲基五碳醛糖――L-鼠李糖，D-呋糖，D-鸡纳糖，D-果糖
六碳醛糖――D-葡萄糖，D-甘露糖，D-半乳糖
糖醛酸――D-葡萄糖醛酸，D-鼠李糖醛酸
（2）二糖：芸香糖，龙胆二糖，槐糖，新橙皮糖，麦芽糖，昆布二糖，冬绿糖，蚕豆糖。
（三）苷类化合物的结构特征和分类
苷有不同的分类方式，如以苷元的化学结构、苷类在植物体内的存在状况、苷键原子等为依据对苷类化合物进行分类。其中按苷键原子分类是最常见的苷类分类方式。
1．根据苷键原子的不同，可分为O-苷、S-苷、N-苷和C-苷，分类情况见表。其中最常见的是O-苷。
类别 举例 备注
氧苷 醇苷 红景天苷，毛茛苷，獐牙菜苦苷 通过醇羟基与糖端基羟基脱水而成的苷
酚苷 天麻苷、水杨苷 通过酚羟基而成的苷
腈苷 苦杏仁苷，垂盆草苷，异垂盆草 主要指一类a-羟腈的苷
酯苷 山慈姑苷A，土槿甲酸，土槿乙酸 苷元以羧基和糖的端基相连
吲哚苷 靛苷（青黛）
硫苷 萝卜苷、黑芥子苷，芥子苷 糖端基羟基与苷元上巯基缩合而成的苷称为硫苷
氮苷 巴豆苷，腺苷、鸟苷、胞苷、尿苷 通过氮原子与糖的端基碳相连的苷
碳苷 黄酮碳苷（木荆素）、蒽醌碳苷（芦荟苷） 糖基直接以C原子与苷元的C相连的苷类
2．其它分类方法
①以连接的单糖基的个数分为单糖苷、二糖苷等；②以苷元上连接糖链的数目可分为单糖苷链、二糖苷链等；③ 以糖的种类可分为核糖苷、葡萄糖苷等；④以生理作用分类，如强心苷等；⑤以其特殊性质分类，如皂苷。
二、苷类化合物的一般性状、溶解度、旋光性及显色反应
（一）一般性状
1．形态：苷类多为固体，其中糖基少的可结晶，糖基多的如皂苷，则多呈具有吸湿性的无定形粉末。
2．味：一般无味。但有的具苦味，如穿心莲新苷；有很少的苷具甜味，如甜菊苷。
（二）溶解度
苷类的溶解度与糖基的数目有密切的关系，其亲水性常随糖基数目的增多而增大。糖基少的可溶于低级性有机溶剂，若糖基增多，则在水中的溶解度也增加，因此，用不同极性的溶剂顺次提取时，各提取部位都有发现苷的可能。
（三）旋光性
多数苷类呈左旋，但水解生成的糖常是右旋的，因而使混合物呈右旋。
（四）显色反应
Molish反应：糖在浓硫酸、a-萘酚的作用下生成糠醛衍生物而显色，可用于糖和苷类化合物的检识。
三、苷键的裂解
（一）酸催化水解
1．原理：苷键具有缩醛结构，易为稀酸催化水解。反应一般在水或稀醇溶液中进行。常用的酸有盐酸、硫酸、乙酸、甲酸等。其机制是苷原子先质子化，然后断键生成阳碳离子或半椅型中间体，在水中溶剂化而成糖。
2．水解难易：苷键水解的难易与苷键原子的电子云密度及其空间环境有密切的关系，只要有利于苷键原子的质子化就有利于水解，因此水解难易的规律可以从苷键原子、糖、苷元三方面来讨论。
（1）按苷键原子不同，酸水解的难易顺序为：N－苷>O－苷>S－苷>C－苷。N易接受质子，最易水解，而C上无未共享电子对，不能质子化，很难水解。
（2）按糖的不同
①呋喃糖苷较吡喃糖苷易水解；②酮糖较醛糖易水解；③吡喃糖苷中吡喃环的C－5上取代基越大越难水解，因此五碳糖最易水解，其顺序为五碳糖>六碳糖>七碳糖，如果接有－COOH,则最难水解；④氨基糖较羟基糖难水解，羟基糖又较去氧糖难水解，尤其是C－2上取代氨基的糖更难。
（3）按苷元不同
①芳香属苷水解比脂肪属苷（如萜苷、甾苷）容易得多。某些酚苷（如蒽醌苷、香豆素苷）不用酸，只加热也可能水解成苷元。②苷元为小基团者。苷键横键的比苷键竖键的易于水解。
3．二相水解法
在酸水解反应液中加入与水不相混容的有机溶剂，使苷元生成后立即溶于水不相混溶的有机溶剂中，以避免苷元与酸长时间接触而脱水生成次生苷元。
（二）酸催化甲醇解
在酸的甲醇溶液中进行甲醇解，多糖或苷可生成一对保持环形的甲基糖苷的异构体。
应用：①甲基糖苷在呋喃糖环和吡喃糖环的区别判断；②糖链中单糖之间的连接位置确定；③苷键构型的判定。
（三）碱催化水解
一般的苷键对稀碱是稳定的，不易被碱催化水解，故苷类多数是用稀酸水解的，很少用碱水解，仅酯苷、酚苷、稀醇苷和β－吸电子基取代的苷等才易为碱所水解，如藏红花苦苷、靛苷、蜀黍苷等。但有时水解后得到的是脱水苷元，如藏红花苦苷。
（四）酶催化水解
酶催化反应具有专属性高，条件温和的特点。
应用：①可以获知苷键的构型；②可以保持苷元结构不变；③还可以保留部分苷键得到次级苷或低聚糖，以便获知苷元和糖、糖和糖之间的连接方式。
常用的酶有：①转化酶（水解β－果糖苷键）。②麦芽糖酶（水解α－葡萄糖苷键）。③杏仁酶（水解β－葡萄糖苷和有关六碳醛糖苷），专属性较低；纤维素酶（水解β－葡萄糖苷）。此外蜗牛酶、高峰氏糖化酶、柑橘苷酶等也常用于苷键水解。
pH条件对酶水解反应是十分重要的，例如芥子苷酶水解芥子苷，在pH7时生成异硫氰酸酯，在pH3~4时生成腈和硫磺。
（五）氧化开裂法（Smith裂解）
优点：①可得到完整的苷元；②从降解得到的多元醇，还可确定苷中糖的类型；③对苷元结构容易改变的苷以及C－苷水解研究特别适宜。
步骤：第一步在水或稀醇溶液中，用NaIO4在室温条件下将糖氧化裂解为二元醛；第二步将二元醛用NaBH4还原为醇，以防醛与醛进一步缩合而使水解困难，第三步调节pH2左右，室温放置让其水解。
注意：此法显然不适用于苷元上也有1，2－二醇结构的苷类。
四、苷类化合物的提取方法
一般都是采用水或醇从植物中提取苷类化合物。若提取的是原生苷，需抑制或破坏酶的活性；若提取的是次生苷或苷元，需利用酶的活性将其部分水解或全水解。
抑制或破坏酶活性的方法：①在中药中加入一定量的碳酸钙；②采用甲醇、乙醇或沸水提取；③在提取过程中还须尽量勿与酸和碱接触。否则，得到的不是原生苷，而是已水解失去一部分糖的次生苷，甚至是苷元。
五、苷类化合物的结构测定
（一）糖的鉴定
糖的鉴定可采用纸色谱法、薄层色谱法、气相色谱法、离子交换色谱法、液相色谱法等。其中纸色谱最简单、适用。
在纸色谱法中，
展开系统：水饱和的有机溶剂，如BAW，BEW，BBPW，水饱和的酚。如要增加Rf值，需在其中加入乙酸、吡啶、或乙醇等以增加它的含水量。
展开方法：上行法，下行法。
Rf值规律：单糖中，①碳原子数目少的糖>碳原子数目多的糖；②碳原子数目相同时，去氧糖>酮糖>醛糖；③分子组成相同的糖，构象式中竖键羟基多的糖>横键羟基多的糖。
显色剂：苯胺-邻苯二甲酸盐试剂等。（显色剂适当，①可区别糖的类型，如五碳糖和六碳糖、醛糖和酮糖等；②薄层扫描进行定量。）
（二）糖链的结构测定
1．分子量的测定：大多采用质谱法，通过FD、FAB、ESI获得[M+H]+、[M+Na]+等准分子离子峰。
2．单糖的鉴定：一般将苷键全部酸水解，然后用纸色谱检出单糖的种类，显色后
用薄层扫描法求得各种糖的分子比。
3．单糖之间连接位置的确定：①将苷全甲基化，然后水解苷键，鉴定所有获得的甲基化甲苷，其中游离羟基的部位即为连接位置；②可用糖或苷元13C-NMR苷化位移来确定；③利用2D-NMR如HMBC谱中的远程相关关系确定糖与糖或糖与苷元的连接位置。
4．糖链连接顺序的确定
①早期主要是缓和酸水解法；②近年质谱分析用的较多（FD、FAB、ESI）；③利用2D-NMR如HMBC谱中的远程相关关系。
（三）苷键构型的确定
1．酶催化水解法：麦芽糖酶能水解的为a-苷键，而苦杏仁能酶解的为b-苷键。
2．克分子旋光差法（Klyne法）：先测定未知苷键构型的苷及其水解所得苷元的旋光度，计算其比旋值之差，再与一对甲苷的分子比旋相比较，数值近似者其苷键构型一致。
3．利用NMR进行测定：①根据C1-H和C2-H的偶合常数（J值）来判断苷键构型，如葡萄糖等；②根据端基碳和端基质子间的偶合常数1JC1-H1值来判断，端基为横键质子（a-苷键），1JC1-H1为170Hz；端基为竖键质子（b-苷键），1JC1-H1为160Hz，如鼠李糖、甘露糖等；③利用端基碳的化学位移值判断苷键构型，通常a-构型的C1比b-构型的C1信号在较高场，如葡萄糖；④单葡萄糖苷可根据IR振动峰（a-构型的C1在770、780cm-1处有较强的吸收峰）区别；⑤葡萄糖苷乙酰化物的质谱中，m/z331这一碎片峰a-苷要比b-苷强的多。
六、糖链结构研究实例
`思考题：
1．苷键裂解常用哪些方法？其各具有哪些优缺点？各适用于哪些类别的化合物？
2．进行酸水解催化时，各类化合物水解的难易程度如何？
3．简述苷类化合物中糖链的鉴定方法。
第三章 苯丙素类
目的要求：
1．了解苯丙素类化合物的结构特点。熟悉苯丙酸类的结构特点及特性。
2．掌握香豆素的结构特点和分类情况，熟悉香豆素类化合物的提取分离方法。
3．掌握香豆素类化合物的理化性质及其波谱学特性。
4．了解木脂素的结构类型、理化性质及结构鉴定方法
教学学时：4学时。
教学重点和难点：
一、概述
1、 概念：天然成分中有一类苯环和3个直链碳连在一起为单位（C6-C3）构成的化合物，统称苯丙素类（phenylpropanoids）。
2、 类别：包括苯丙烯、苯丙醇、苯丙酸及其缩脂、香豆素、木脂素、木质素。
3、 生源途径：莽草酸途径（莽草酸为桂皮酸的前体，但同时也是酪氨酸、色氨酸的前体，后两者与生物碱的合成密切相关，命名为莽草酸途径将无法限定为仅由桂皮酸而来的苯丙素类化合物，故现多称为桂皮酸途径）
TAL在植物界的分布远比PAL有限，基本可忽略不计。
二、苯丙酸类
1. 具有C6-C3结构的芳香羧酸。结构特点是苯环有羟基取代，数目、排列方式、甲基化程度有所不同，常与不同的醇、氨基酸、糖、有机酸结合成酯存在。如绿原酸（咖啡酸与奎宁酸结合成的酯），具有抗菌、保肝活性。
绿原酸
2. 分离：苯丙酸类及其衍生物大多具有一定水溶性，常与其它一些酚酸、鞣质、黄酮苷等混在一起，一般要经纤维素、硅胶、大孔树脂、聚酰胺等反复层析才能纯化。
3. 鉴别：利用酚羟基的性质（1）1-2%的FeCl3甲醇溶液或铁氰化钾-三氯化铁试剂。（2）紫外光下呈兰色荧光，氨水处理后呈兰色或绿色荧光。（酚羟基解离）
4. 紫外光谱的测定有利于苯丙酸类的鉴定。
中性溶液中，游离的苯丙酸的UV与其酯或苷相似，碱性溶剂中，酚酸的谱带与它的酯光谱有明显差别。
5. 结构鉴定：
例1：丹参素甲的波谱特征
丹参素甲
三氯化铁呈黄绿色，红外显示羧基（1732，2750-2550）和羟基（3450-3150）的存在。
1HNMR数据如下：
例2 ：
三个芳香质子7.02，1H，d,J=1.5Hz
7.23,1H,d,J=7.9Hz
6.91,1H,dd,J=7.9,1.5Hz
两个亚甲基质子 3.04，2H，t,J=7.5Hz
2.84,2H,t,J=7.5Hz
三、香豆素（ coumarins）
1、概念：邻羟基桂皮酸的内酯，具有芳香气味。
2、生理活性
（1） 植物生长调节剂：低浓度刺激植物发芽、生长；高浓度抑制植物发芽、生长
（2） 光敏作用：治疗白斑病
（3） 抗菌、抗病毒作用：秦皮中的七叶内酯及其苷治疗痢疾；蛇床子中的奥斯脑可抑制乙肝表面抗原。
（4） 平滑肌松弛作用：冠状动脉扩张和解痉利胆
（5） 抗凝血作用：防止血栓形成
（6） 肝毒性：黄曲霉素致肝癌。
3、香豆素的结构类型
香豆素是由苯丙酸经氧化、环合而成，异戊烯基活泼双键结合位置不同，氧化情况不同而产生了不同的氧环结构，根据其取代基和连接方式的不同可分为以下几类：
（1）简单香豆素类
只在苯环有取代的香豆素，取代基包括羟基、甲氧基、亚甲二氧基、异戊烯基。
（2）呋喃香豆素
香豆素核上的异戊烯基与邻位酚羟基环合成呋喃环者称为呋喃香豆素。分为角型和线型。
（3）吡喃香豆素
香豆素核上的异戊烯基与邻位酚羟基环合成2，2-二甲基-α-吡喃环者称为呋喃香豆素。分为角型和线型。
（4）其它香豆素类
α-吡喃酮环上有取代基的香豆素类。
4、香豆素的化学性质
（1）内酯性质和碱水解反应
一般顺邻羟桂皮酸不易获得，长时间碱液放置或UV照射，可转变为稳定的反邻羟桂皮酸。某些具有特殊结构的香豆素，如C8取代基的适当位置上有羰基、双键、环氧等结构者，和水解新生成的酚羟基发生缔合、加成等作用， 可阻碍内酯的恢复，保留了顺邻羟桂皮酸的结构。
（2）酸的反应
①环合反应 异戊烯基与相邻酚羟基成氧环。
②烯醇醚键开裂
③双键加水反应
（3）显色反应
①异羟戊酸铁反应（鉴别内酯结构）
异羟戊酸铁试剂（盐酸羟胺甲醇液+氢氧化钾甲醇液+三氯化铁甲醇液），红色
②Gibb’s反应和Emerson反应（酚羟基对位即6位无取代者）
Gibb’s试剂2，6二溴苯醌氯亚胺的乙醇液+1%氢氧化钾乙醇液，呈深兰色。
Emerson试剂2%4-氨基安替匹林乙醇液+8%铁氰化钾水液，呈红色。
5、香豆素的分离方法
（1）酸碱分离法
原理：利用内酯加碱皂化，加酸恢复的性质分离香豆素。
方法：乙醚萃取液先以NaHCO3去除酸性成分，再以稀和冷的NaOH抽出酚性成分（包括酚性香豆素），剩余中性部分碱水解后，以乙醚抽去不水解的中性成分，碱液中和，再以乙醚抽出香豆素内酯成分。
缺点：对酸碱敏感的香豆素，拿不到原存物质。
（2）层析方法
硅胶、氧化铝（酸性、中性）层析最为常用。洗脱剂己烷-乙醚，乙醚-乙酸乙酯。
6、香豆素的波谱学特性
（1）紫外光谱
紫外光下出现兰色荧光，7位引入羟基，荧光增强，羟基醚化荧光减弱。
紫外图谱在274nm（苯环）和311 nm（α-吡喃酮环）呈现两个吸收峰，引入烷基最大吸收值改变甚微，当母核引入含氧取代基时，最大吸收向红位移。
（2）红外光谱
（3）核磁共振谱
①特点：
1HNMR中，香豆素母核上的质子由于受内酯羰基吸电子共扼效应影响，3，6，8位质子信号位于较高场；4，5，7位质子信号位于较低场。
C3、C4未取代的香豆素在芳香质子区可见一对双峰，分别位于芳香质子区的两端，C3-Hδ6.1-6.4，C4-Hδ7.5-8.3，J3，4为9.5Hz。
迫位效应：若分子中两个迫位质子之一被取代（如香豆素母核的4，5位质子），将对另一迫位质子产生较大的去屏蔽，使其向低场位移，即迫位效应。如5位被取代，4位H向低场位移约0.3。
②简单香豆素
③呋喃香豆素
④吡喃香豆素
⑤碳谱：母核的9个碳原子，多数在100―160 区域内，取代基效应明显。
四、木脂素（lignans）
1、木脂素的结构类型
木脂素是一类由苯丙素氧化聚合而成的天然产物，通常所指是其二聚物，少数为三聚物和四聚物。
定义：两分子苯丙素以侧链中β（8-8’）碳原子相连而成的化合物称为木脂素。
许多木脂素并非以β碳原子相连，称为新木脂素。
木脂素还有一些新的类型（1）苯丙素低聚体，包括三聚体和四聚体，三聚体常称为倍半木脂素，四聚体称为二木脂素；（2）杂木脂素，系由一分子苯丙素与黄酮、香豆素或萜类等结合而成的天然化合物，根据结合分子的不同称为黄酮木脂素、香豆素木脂素。（3）去甲木脂素，基本母核只有16―17个碳原子，比一般木脂素少1―2个。
木脂素的组成单体主要有四种：
肉桂醇 肉桂酸
丙烯基酚 烯丙基酚
木脂素由双分子苯丙素缩合成各种碳架后，侧链γ碳原子上的含氧官能团如羟基、羰基、羧基等相互脱水缩合，再形成半缩醛、内酯、四氢呋喃等环状结构，使木脂素的结构类型更加多样。常见下列类型：
①二芳基丁烷类 ②二芳基丁内酯类
③芳基萘类
芳基萘 芳基二氢萘 芳基四氢萘
芳基萘类木脂素常以氧化的γ碳原子缩合形成内酯，以内酯环合方向分上向和下向
1-苯代萘内酯 4-苯代萘内酯
④四氢呋喃类
⑤双四氢呋喃类 ⑥联苯环辛烯类
⑦苯骈呋喃类
⑧双环辛烷类
⑨苯骈二氧六环类 ⑩螺二烯酮类
联苯类
倍半木脂素
2、木脂素的理化性质
多为无色结晶，新木脂素难结晶。多呈游离型，脂溶性，能溶于苯、氯仿、乙酸乙酯、乙醚、乙醇等。有多个不对称因素，显光学活性，遇酸异构化。
无共同特征反应，一些非特征性试剂可用于薄层层析显色，如5%磷钼酸乙醇液，30%硫酸乙醇液，有亚甲二氧基可用变色酸-浓硫酸显色。
3、木脂素的提取分离
（1）提取
木脂素多呈游离型，在植物体内常与大量树脂状物共存，本身在处理过程中也易树脂化。游离木脂素易溶于氯仿、乙醚，在石油醚、苯中溶解度较小。
（2）分离
吸附层析：硅胶吸附，石油醚-乙酸乙酯，石油醚-乙醚，苯-乙酸乙酯，氯仿-甲醇梯度洗脱。
分配层析：纸层析
水饱和的硅藻土，乙酸乙酯-水分配
4、木脂素的结构鉴定
（1）化学反应
费米盐氧化：费米盐（亚硝基亚硫酸钾）可将对位有氢原子的酚羟基氧化成对醌。
（2）紫外光谱
芳环为发色团，两个取代芳环是两个孤立的发色团，两者紫外吸收位置相近，吸收强度是两者之和，立体构型对紫外光谱没有影响。
紫外光谱可用于区别芳基四氢萘、芳基二氢萘和芳基萘型木脂素，还可确定芳基二氢萘B环上的双键位置，通过鉴定失水物双键位置，还可确定B环上取代羟基的位置。
α-失水苦鬼臼脂素 β-失水苦鬼臼脂素
λmax nm 311 λmax nm 290
γ-失水苦鬼臼脂素 去氢鬼臼毒素
λmax nm 245.5，350 λmax nm 266，263，323，356
（3）核磁共振谱
氢谱 对于芳基萘类和联苯环辛烯类木脂素的氢谱信号与结构间的关系，已获知一些规律。
芳基萘类木脂素
可区别内酯环的上向和下向。
2-羰基化合物 3-羰基化合物
2-羰基对H-1和CH3O-1的去屏蔽作用使它们化学位移移向低场；2-羰基内酯环-CH2-则受4-芳基的屏蔽，与3-羰基化合物相比处于相对高场，以此可区别内酯环取向。
思考题：4~5个
1、苯丙素类化合物包括哪些类别？
2、常用于鉴别香豆素类化合物的试剂有哪些？
3、香豆素类化合物的核磁共振氢谱信号有哪些特点？
4、芳基萘类木脂素的氢谱信号与结构间的关系有什么规律？
第四章 醌类化合物
目的要求：
1．掌握醌类化合物的基本结构及分类。
2．掌握醌类化合物的理化性质及其衍生物的制备。
3．掌握醌类化合物的提取分离及结构鉴定方法。
4．了解2D NMR谱及MS在结构鉴定中的应用。
教学时数：4学时。
教学重点和难点：
一、醌类化合物的结构类型
（一）苯醌类
对苯醌 邻苯醌
（二）萘醌类
α-（1，4）萘醌 β-（1，2）萘醌 amphi-(2,6)萘醌
（三）菲醌类
邻菲醌 对菲醌
（四）蒽醌类
包括蒽醌衍生物及其不同程度的还原产物，如氧化蒽酚、蒽酚、蒽酮及蒽酮的二聚体。
蒽醌 氧化蒽酚 蒽酮
蒽酚
1、蒽醌衍生物
蒽醌母核上有羟基、羟甲基、甲氧基和羧基取代。
根据羟基在蒽醌母核上的分布情况，可将羟基蒽醌衍生物分为两类。
（1）大黄素型 羟基分布在两侧的苯环上，多数化合物呈黄色。
（2）茜草素型 羟基分布在一侧的苯环上，颜色较深，多为橙黄至橙红。
2、蒽酚或蒽酮衍生物
存在于新鲜植物中，该类成分可慢慢氧化成蒽醌类成分。
3、二蒽酮类衍生物
二、 醌类化合物的理化性质
（一）物理性质
1、性状
醌类化合物母核无酚羟基取代时，无色，引入酚羟基等助色团，表现一定的颜色，取代越多，颜色越深。
2、升华性
游离的醌类化合物具升华性。
3、溶解度
游离醌类极性较小，一般溶于乙醇、乙醚、苯、氯仿。
成苷后极性增大，易溶于乙醇、甲醇。
（二）化学性质
1、酸性
醌类化合物具有酸性，因分子中酚羟基的数目及位置不同，酸性表现显著差异。
含COOH>含2个以上β-OH>含1个β-OH>含2个α-OH>含1个α-OH
2、颜色反应
（1）Feigl反应：醌类衍生物在碱性条件下经加热能迅速与醛类及邻二硝基苯反应生成紫色化合物。
（2）无色亚甲蓝显色实验：用于PPC和TLC喷雾剂，是检出苯醌和萘醌的专用显色剂。
（3）碱性条件下的呈色反应：羟基蒽醌类在碱性溶液中发生颜色改变，会使颜色加深，多呈橙、红、紫红及兰色。
（4）与活性次甲基试剂的反应：苯醌及萘醌类化合物当其醌环上有未被取代的位置时，可在氨碱性条件下与一些含有活性次甲基试剂的醇溶液反应，生成蓝绿色或蓝紫色。
（5）与金属离子的反应：在醌类化合物中，如果有α-酚羟基或邻位二酚羟基结构时，则可与Pb2+、Mg2+等金属离子形成络合物。
三、 醌类化合物的提取分离
（一）游离醌类的提取
1、 有机溶剂提取法
2、 碱提取-酸沉淀法：带游离酚前基的醌类
3、 水蒸气蒸馏法
（二）游离羟基蒽醌的分离
1、 PH梯度萃取法
A B C
C可溶于5%碳酸氢钠溶液，A可溶于5%碳酸钠溶液，B可溶于1%氢氧化钠溶液。
2、吸附硅胶层析
（三）蒽醌苷类与蒽醌衍生物苷元的分离
极性不同，在有机溶剂中的溶解度不同。
（四）蒽醌苷类的分离
主要应用层析法，一般用溶剂法或铅盐法处理粗提物，除去大部分杂质。
铅盐法：醋酸铅与蒽醌苷成沉淀
溶剂法：正丁醇萃取
层析法：硅胶、葡聚糖凝胶LH-20、反相硅胶
四、醌类化合物的结构鉴定
（一）醌类化合物的紫外光谱
1、苯醌和萘醌的紫外光谱
苯醌有三个主要吸收峰：240（强），285（中强），400（弱）
萘醌有四个吸收峰：245，251，335（苯样结构引起）；257（醌样结构引起）
2、蒽醌的紫外光谱
羟基蒽醌有五个主要吸收带
Ⅰ：230左右；Ⅱ：240-260（苯样结构引起）；Ⅲ：262-295（醌样结构引起）,受β酚羟基影响；Ⅳ：305-389（苯样结构引起）；Ⅴ：>400(羰基引起) 受α酚羟基影响
（二）红外光谱
主要为羰基吸收峰（1675-1653），羟基吸收峰（>3000），芳环（1500-1600）
羰基的峰位与羟基的数目及位置有关。
（三）醌类化合物的1HNMR
1、醌环上的质子
醌环引入供电取代基，使其它质子移向高场。
2、芳环质子
（四）醌类化合物的13C-NMR
1、1，4萘醌类化合物的13C-NMR谱
2、9，10蒽醌类化合物的13C-NMR谱
（五）醌类化合物衍生物的制备
1、甲基化反应
甲基化试剂的组成 反应官能团
CH2N2/Et2OCH2N2/Et2O+MeOH(CH3)2SO4+K2CO3+丙酮CH3I+Ag2O+CHCl3 -COOH,β酚OH,-CHO-COOH, β酚OH, 两个α-OH之一,-CHOβ酚-OH, α-酚OH-COOH,所有的酚OH,醇OH,-CHO
2、乙酰化反应
试剂组成 反应条件 作用位置
冰醋酸（加少量乙酰氯）醋酐醋酐+硼酸醋酐+浓硫酸醋酐+吡啶 冷置加热 短时间 长时间冷置室温放置过夜室温放置过夜 醇OH醇OH，β-酚OH醇OH，β-酚OH，两个α酚OH之一醇OH，β-酚OH醇OH，β-酚OH，α-酚OH醇OH，β-酚OH，烯醇式OH
思考题：4~5个
1、醌类化合物有哪些结构类型？各类型母核是什么？
2、醌类化合物的鉴别反应有哪些，反应试剂及现象是什么？
3、PH梯度萃取法分离蒽醌类化合物的原理是什么？
4、蒽醌类化合物的核磁共振氢谱特征是什么？
5、蒽醌类化合物常用的甲基化试剂有哪些？
天然药物化学为药学专业的专业课，根据教学大纲的要求及学校的安排，课堂讲课54学时，实验54学时，共108学时。
天然药物化学内容分为总论和各论两部分。总论主要阐述了研究天然药物有效成分常用的各种色谱分离方法和各种结构鉴定方法。各论是本课程的重点，在讨论了糖和苷的一般性质和结构研究法基础上，将所有的天然产物按照其结构母核分为苯丙素类、蒽醌类、黄酮类、萜类和挥发油、三萜及其苷类、甾体及其苷类、生物碱等七个部分，详细论述了它们的结构特点、理化性质、提取分离和结构鉴定，并结合生物活性及临床应用介绍了一些有代表性的化合物。
现将每章节教学的目的要求、教学时数、教学重点和难点、思考题等方面的内容具体安排如下：
第一章 总论
目的要求：
1．了解天然药物化学的发展及其重要性。
2．了解天然药物的几个主要生合成途径。
3．掌握天然药物有效成分的提取及各种分离方法，掌握色谱技术中洗脱剂选择的原则。
4．熟悉化合物结构研究的主要程序及主要方法。
教学时数：6学时。
教学重点和难点：（主要部分）
重点、难点、疑难解析
一、中药有效成分的提取
（一）常用溶剂的特点：
环己烷，石油醚，苯，氯仿，乙醚，乙酸乙酯，正丁醇，丙酮，乙醇，甲醇
极性：小 ――――大
亲脂性：大 ―――― 小
亲水性：小 ―――― 大
1． 比水重的有机溶剂：氯仿
2． 与水分层的有机溶剂：环己烷 ~ 正丁醇
3． 能与水分层的极性最大的有机溶剂：正丁醇
4． 与水可以以任意比例混溶的有机溶剂：丙酮 ~ 甲醇
5． 极性最大的有机溶剂：甲醇
6． 极性最小的有机溶剂：环己烷
7． 介电常数最小的有机溶剂：石油醚
8． 常用来从水中萃取苷类、水溶性生物碱类成分的有机溶剂：正丁醇
9． 溶解范围最广的有机溶剂：乙醇
（二）各种提取方法：
常见的提取方法有：溶剂提取法、水蒸气蒸馏法、升华法。其中，溶剂提取法应用最广。
1． 溶剂提取法
（1）溶剂提取法的原理：根据相似者相溶原理，选择与化合物极性相当的溶剂将化合物从植物组织中溶解出来，同时，由于某些化合物的增溶或助溶作用，其极性与溶剂极性相差较大的化合物也可溶解出来。
（2）各种溶剂提取法
溶剂提取法一般包括浸渍法、渗漉法、煎煮法、回流提取法、连续回流提取法等，其使用范围及特点见下表。
提取方法 溶剂 操作 提取效率 使用范围 备注
浸渍法 水或有机溶剂 不加热 效率低 各类成分，尤遇热不稳定成分 出膏率低，易发霉，需加防腐剂
渗漉法 有机溶剂 不加热 ― 脂溶性成分 消耗溶剂量大，费时长
煎煮法 水 直火加热 ― 水溶性成分 易挥发、热不稳定不宜用
回流提取法 有机溶剂 水浴加热 ― 脂溶性成分 热不稳定不宜用，溶剂量大
连续回流提取法 有机溶剂 水浴加热 节省溶剂、效率最高 亲脂性较强成分 用索氏提取器，时间长
（2）水蒸气蒸馏法：适用于具有挥发性、能随水蒸汽蒸馏而不被破坏、难溶或不溶于水的成分的提取，如挥发油、小分子的香豆素类、小分子的醌类成分。
（3）升华法：固体物质受热不经过熔融，直接变成蒸汽，遇冷后又凝固为固体化合物，称为升华。中草药中有一些成分具有升华的性质，可以利用升华法直接自中草药中提取出来。如樟脑、咖啡因。
二、分离与精制：
（一）根据物质溶解度差别进行分离
1． 结晶及重结晶法
利用不同温度可引起物质溶解度的改变的性质以分离物质。将不是结晶状态的固体物质处理成结晶状态的操作称结晶；将不纯的结晶进一步精制成较纯的结晶的过程称重结晶。
（1）溶剂选择的一般原则：
不反应；冷时对所需要的成分溶解度较小，而热时溶解度较大；对杂质溶解度很大或很小；沸点低，易挥发；无毒或毒性小。若无理想的单一溶剂时，可以考虑使用混合溶剂。一般常用甲醇、丙酮、氯仿、乙醇、乙酸乙酯等。
（2）结晶操作：
结晶操作实际是进一步分离纯化过程，一般是应用适量的溶剂在加热至沸点的情况下将化合物溶解，制成过饱和溶液，趁热过滤去除不溶性杂质，放置冷处，以析晶。
（3）结晶纯度的判定：
结晶形态和色泽：单一化合物的结晶具有结晶形状均一和均匀的色泽。
熔点和熔距：单一化合物具有一定的熔点和较小的熔距，结晶前后的熔点应一致，熔距很窄，在1℃~2℃的范围内。但要注意双熔点，如汉防己乙素、芫花素及一些与糖结合的苷类化合物。
色谱法：单一化合物在薄层色谱或纸色谱层析中经三种不同的溶剂系统展开，均为一个斑点者。
2．溶剂分离法：
（1）在中草药提取液中加入另一种溶剂以改变混合物溶剂的极性，使一部分物质沉淀析出，从而实现分离。如：水―醇法除多糖、蛋白质等水溶性杂质；醇―水法除树脂、叶绿素等水不溶性杂质；醇―醚法或醇―丙酮法使苷类成分，而脂溶性树脂等杂质则存留在母液中。
（2）对酸性、碱性或两性有机化合物来说，通常通过加入酸、碱以调节溶液的pH，以改变分子的存在状态（游离型或解离型），从而改变溶解度而实现分离。
如：酸提碱沉法，碱提酸沉法等。
（3）沉淀法：酸性或碱性化合物还可通过加入某种沉淀试剂使之生成水不溶性的盐类沉淀等析出。如加入铅盐、雷氏铵盐等。
（二）根据物质在两相溶剂中的分配比不同进行分离。
1．两相溶剂萃取法
（1）原理：利用混合物中各成分在两相互不相溶的溶剂中分配系数的不同而实现分离。萃取时如果各成分在两相溶剂中分配系数相差越大，则分离效率越高。
①分配系数K值（即分配比）：溶质在两相溶剂中的分配比（K）在一定温度及压力下为一常数
②分离难易与分离因子b：分离因子b可以表示分离的难易。分离因子b可定义为A、B两种溶质在同一溶剂系统中分配系数的比值。一般情况下，b≥100，仅作一次简单萃取就可实现基本分离；但100≥b≥10时，则需萃取10~12次；b≤2时，要实现基本分离，需作100次以上萃取才能完成。b≌1时，则KA≌KB，意味着两者性质及其相似，即使作任意次分配也无法实现分离。
实际工作中，尽量选择分离因子b值大的溶剂系统，以求简化分离过程，提高分离效率。
③分配比与pH：对酸性、碱性及两性化合物来说，分配比还受溶剂系统的影响。因为pH的变化可以改变它们的存在状态（游离型或解离型），从而影响在溶剂系统中的分配比。
酚类化合物的pKa值一般为9.2~10.8，羧酸类化合物的pKa值约为5。
一般pH<3时，酸性物质多呈非解离状态（HA）、碱性物质则呈解离状态（BH+）存在；但pH>12，则酸性物质多呈解离状态（A―）、碱性物质则呈非解离状态（B）存在。据此，可采用在不同pH的缓冲溶液与有机溶剂中进行分配的方法，使酸性、碱性、中性及两性物质的以分离。
（2）各种萃取方法：
① 简单萃取：利用分液漏斗进行两相溶剂萃取。
②逆流连续萃取法：是一种连续的两相溶剂萃取法。其装置可具有一根、数根或更多根的萃取管。
③逆流分配法（CCD）：又称逆流分溶法、逆流分布法或反流分布法，与两相溶剂逆流萃取法原理一致，对于分离具有非常相似性质的混合物效果较好。
④液滴逆流分配法（DCCC）：本法必须选用能生成液滴的溶剂系统，且对高分子化合物的分离效果较差，处理样品量小，并要有一定的设备，操作较繁琐。
一般b>50时，简单萃取即可分离，b<50时，则易采用逆流分溶法。
2．纸色谱（PPC）：纸色谱的原理与液―液萃取法基本相同。
原理：分配原理
支持剂：纤维素
固定相：水
流动相：水饱和的有机溶剂
Rf值：化合物极性越小，Rf值越大；反之，化合物极性越大，Rf值越小。
应用：用作微量分析，特别适合于亲水性较强的成分，其层析效果往往比吸附薄层色谱效果好。但纸层析一般需要较长的时间。
3．液―液分配柱色谱：
原理：分配原理
支持剂：硅胶、硅藻土、纤维素粉等
正相分配色谱： 固定相：水、缓冲溶液
流动相：固定相饱和的氯仿、乙酸乙酯、丁醇等弱极性有机溶剂
洗脱顺序：化合物极性越小，越先出柱；反之，化合物极性越大，越后出柱。
应用：通常用于分离水溶性或极性较大的成分，如生物碱、苷类、糖类、有机酸等化合物。
反相分配色谱： 固定相：石蜡油、化学键合固定相
流动相：固定相饱和的水或甲醇等强极性有机溶剂
洗脱顺序：化合物极性越大，越先出柱；反之，化合物极性越小，越后出柱。
应用：适合于分离脂溶性化合物，如高级脂肪酸、油脂、游离甾体等。
4．液―液分配薄层色谱法：
液―液分配色谱法也可在硅胶薄层色谱上进行。
因此，液―液分配柱色谱的最佳分离条件可以根据相应的薄层色谱结果（正相柱用正相薄层色谱，反相柱用反相薄层色谱）进行选定。
5．化学键合固定相：
常用反相硅胶薄层色谱及柱色谱的填料是普通硅胶经下列方式进行化学修饰，键合上长度不同的烃基（R）、形成亲油表面而成。其中以硅烷化键合型最为常用，其根据烃基（R）长度（―C2H5、―C8H17、―C18H37、）分别命名为：RP―2、RP―8、RP―18。三者亲脂性强弱顺序如下：RP―18> RP―8> RP―2。
键合固定相的作用并非只是分配，也有一定的吸附作用。
5．加压相色谱法：
加压相色谱法又分为：快速柱色谱（约2.02´105Pa），Lobar低压柱色谱（<5.05´105Pa），中压柱色谱（5.05~20.2´105Pa），分析用HPLC，制备用HPLC（>20.2´105Pa）。
固定相：RP―2、RP―8或RP―18
流动相：水―甲醇或水―乙腈
洗脱顺序：化合物极性越大，越先出柱；反之，化合物极性越小，越后出柱。
应用：通常用于分离水溶性或极性较大的成分，如苷类、酚性化合物等。
（三）根据物质的吸附性差别进行分离
其中以固―液吸附用的最多，并有物理吸附（硅胶、氧化铝、活性炭为吸附剂进行的吸附色谱）、化学吸附（黄酮等酚酸性物质被氧化铝吸附、生物碱被酸性硅胶吸附等）及半化学吸附（聚酰胺与黄酮类、醌类等酚性化合物之间的氢键吸附，吸附力较弱，介于物理吸附与化学吸附之间）之分。
1．物质的吸附规律：
（1）物理吸附过程一般无选择性，但吸附强弱大体遵循“相似者易于吸附” 的经验规律。
（2）被分离的物质与吸附剂、洗脱剂共同构成吸附层析的三要素，彼此紧密相连。
常用的极性吸附剂：硅胶、氧化铝。硅胶显微酸性，适于分离酸性和中性化合物，分离生物碱时需在流动相中加入适量的有机碱；氧化铝呈碱性，适于分离生物碱等碱性成分，不宜用于分离有机酸、酚性等酸性成分。均为极性吸附剂，故有以下特点：
①被分离物质极性越强，吸附力越强。强极性溶质将优先被吸附。
②溶剂极性越弱，则吸附剂对溶质的吸附能力越强。随溶剂极性的增强，则吸附剂对溶质的吸附力将减弱。
③当加入极性较强的溶剂后，先前被硅胶或氧化铝所吸附的溶质可被置换而洗脱出来。
常用的非极性吸附剂：活性炭。对非极性物质具有较强的亲和力，在水中对溶质表现出强的吸附能力。从活性炭上洗脱被吸附的物质时，溶剂的极性越小，洗脱能力越强。
2．极性及其强弱判断：
（1）一般化合物的极性按下列官能团的顺序增强：
―CH2―CH2―，―CH2=CH2―，―OCH3，―COOR，>C=O，―CHO，―NH2，―OH，―COOH
（2）溶剂的极性可大体根据介电常数的大小来判断。介电常数越大，则极性越大。一般溶剂的介电常数按下列顺序增大：
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．吸附柱色谱法用于物质的分离：
以硅胶或氧化铝为吸附剂进行柱色谱分离时：
（1）尽可能选用极性小的溶剂装柱和溶解样品，或用极性稍大的溶剂溶解样品后，以少量吸附剂拌匀挥干，上柱。
（2）一般以TLC展开时使组分Rf值达到0.2~0.3的溶剂系统作为最佳溶剂系统进行洗脱。实践中多用混合的有机溶剂系统。
（3）为避免化学吸附，酸性物质宜用硅胶、碱性物质宜用氧化铝作为吸附剂进行分离。通常在分离酸性（或碱性）物质时，洗脱溶剂中常加入适量的醋酸（或氨、吡啶、二乙胺），以防止拖尾、使斑点集中。
5．聚酰胺吸附色谱法：
（1）原理：氢键吸附。
一般认为系通过分子中的酰胺羰基与酚类、黄酮类化合物的酚羟基，或酰胺键上的游离胺基与醌类、脂肪酸上的羰基形成氢键缔合而产生吸附。吸附强弱取决于各种化合物与之形成氢键缔合的能力。
（2）吸附能力的强弱
通常化合物在水溶剂中大致有以下规律：
①形成氢键的基团数目越多，则能力越强。
②成键位置对吸附能力也有影响。易形成分子内氢键者，其在聚酰胺上的吸
附响应减弱。
③分子中芳香化程度高这，则吸附性增强；反之，则减弱。
一般情况下，各种溶剂在聚酰胺柱上的洗脱能力由弱致强的大致顺序如下：
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
其中，最常应用的洗脱系统是：乙醇―水
（3）应用：
①特别适合于酚类、黄酮类化合物的制备和分离。
②脱鞣质处理
③ 对生物碱、萜类、甾类、糖类、氨基酸等其他极性与非极性化合物的分离也有着广泛的用途。
6．大孔吸附树脂：通常分为极性和非极性两类。
（1）原理：吸附性和分子筛性相结合。吸附性是由范德华引力或氢键引起的。分子筛是由于其本身多孔性结构产生的。
（2）影响因素：
①一般非极性化合物在水中易被非极性树脂吸附，极性化合物在水中易被极性树脂吸附。糖是极性水溶性化合物，与D型非极性树脂吸附作用很弱。
②物质在溶剂中的溶解度大，树脂对此物质的吸附力就小，反之就大。
（3）应用：广泛应用于化合物的分离与富集工作中。如：苷类与 糖类的 分离，生物碱的精制，多糖、黄酮、三萜类化合物的分离等。
（4）洗脱液的选择：洗脱液可使用甲醇、乙醇、丙酮、乙酸乙酯等。最常用的是乙醇―水。
（四）根据物质分子大小进行分离
1．凝胶过滤法：
（1）原理：分子筛原理。即利用凝胶的三维网状结构的分子筛的过滤作用将化合物按分子量大小不同进行分离。
（2）出柱顺序：按分子由大到小顺序先后流出并得到分离。
（3）常用的溶剂：
①碱性水溶液（0.1mol/L NH4OH）含盐水溶液（0.5mol/L NaCl等）
②醇及含水醇，如甲醇、甲醇―水
③其他溶剂：如含水丙酮，甲醇-氯仿
（4）凝胶的种类与性质：种类很多，常用的有以下两种：
① Sephadex-G：只适用于水中应用，且不同规格适合分离不同分子量的物质。
② Sephadex LH-20：为Sephadex G-25经羟丙基化后得到的产物，具有以下两个特点：具有分子筛特性，可按分子量大小分离物质；在由极性与非极性溶剂组成的混合溶剂中常常起到反相分配色谱的作用，适合于不同类型有机物的分离。
应用最广。
2．膜过滤法：
（1）概念：膜过滤法是一种用天然或人工合成的膜，以外界能量或化学位差为推动力，对双组分或多组分的溶质和溶剂进行分离、分级、提纯或富集的方法。
（2）分类：膜过滤技术主要包括渗透、反渗透、超滤、电渗析、液膜技术等。
3．透析法：
透析法是膜过滤法中的一种。
（1）原理：透析法是利用小分子物质在溶液中可通过半透膜、而大分子物质不能透过半透膜的性质，以达到分离的目的，本质上是一种分子筛作用。
（2）应用：对于生物大分子，一般可以通过透析法进行浓缩和精制。如药用酶的精制。
分离和纯化皂苷、蛋白质、多肽、多糖等大分子物质，可将其留在半透膜内，而将如无机盐、单糖、双糖等小分子的物质透过半透膜，进入膜外的溶液中，而加以分离精制。应用：
（五）根据物质解离程度不同进行分离
具有酸性、碱性、两性基团的化合物在水中多呈解离状态，据此可用离子交换法进行分离。
原理：离子交换原理
固定相：离子交换树脂
流动相：水或含水溶剂
洗脱液：强酸性阳离子交换树脂（H型）――稀氨水洗脱
强碱性阴离子交换树脂（OH型）――稀氢氧化钠洗脱
1．分类：根据交换基团不同分为：
①阳离子交换树脂
强酸性（―SO3-H+）
弱减性（―COO-H+）
②阴离子交换树脂
强碱性[―N+（CH3）3Cl]
弱减性（―NH2及仲胺、叔胺基）
2．应用：
①用于不同电荷离子的分离，如水提取物中的酸性、碱性、两性化合物的分离。
②用于相同电荷离子的分离，如同为生物碱，但碱性强弱不同，仍可用离子交换树脂分离。
（六）根据物质的沸点进行分离――分馏法
1．概念： 分馏法是利用中药中各成分沸点的差别进行提取分离的方法。一般情况下，液体混合物沸点相差100℃以上时，可用反复蒸馏法；沸点相差25℃以下时，需用分馏柱；沸点相差越小，则需要的分馏装置越精细。
2．应用：挥发油、一些液体生物碱的提取分离常采用分馏法。
三、结构研究法
思考题：
1．中草药有效成分的提取方法有哪些？其各自的使用范围及其优缺点是什么？
2． 分离中草药成分常用的色谱方法有哪些？他们分别适用于哪些类别化合物的分离？各自最常用的洗脱剂及洗脱顺序是什么？
3． 化合物在进行结构鉴定前应注意什么问题？进行结构鉴定常用哪些方法？这些方法可以解决结构式中的什么问题？
第二章 糖和苷
目的要求：
1．熟悉糖的结构类型，掌握糖Haworth式的端基碳构型、构象及糖的理化性质。
2．熟悉苷的结构类型，掌握苷的一般性质、苷键的裂解方法及其裂解规律。
3．熟悉糖和苷的提取分离方法。
4．掌握苷元和糖、糖和糖之间连接位置、连接顺序以及苷键构型的确定方法。
教学时数：8学时。
重点和难点：
一、苷类化合物的结构特征、分类及苷和苷键的定义
（一）苷和苷键的定义
苷类，又称配糖体，是糖或糖的衍生物（如氨基糖、糖醛酸等）与另一非糖物质通过糖的端基碳原子连接而成的化合物。其中非糖部分称为苷元或配基，其连接的键则称为苷键。
（二）苷类化合物中常见糖的种类、结构
1．单糖构型：其绝对构型分为D型或L型；其端基碳有两种构型：a构型和b构型 2．苷键的构型：苷键本质上都是缩醛键，其构型也有a、b之分，与成苷键的糖端基碳原子的构型一致。
但须注意b-D-糖苷与a-L-糖苷的端基碳原子的绝对构型是相同的。
3．常见的单糖和二糖
（1）单糖：五碳醛糖――D-木糖，L-阿拉伯糖，D-核糖
甲基五碳醛糖――L-鼠李糖，D-呋糖，D-鸡纳糖，D-果糖
六碳醛糖――D-葡萄糖，D-甘露糖，D-半乳糖
糖醛酸――D-葡萄糖醛酸，D-鼠李糖醛酸
（2）二糖：芸香糖，龙胆二糖，槐糖，新橙皮糖，麦芽糖，昆布二糖，冬绿糖，蚕豆糖。
（三）苷类化合物的结构特征和分类
苷有不同的分类方式，如以苷元的化学结构、苷类在植物体内的存在状况、苷键原子等为依据对苷类化合物进行分类。其中按苷键原子分类是最常见的苷类分类方式。
1．根据苷键原子的不同，可分为O-苷、S-苷、N-苷和C-苷，分类情况见表。其中最常见的是O-苷。
类别 举例 备注
氧苷 醇苷 红景天苷，毛茛苷，獐牙菜苦苷 通过醇羟基与糖端基羟基脱水而成的苷
酚苷 天麻苷、水杨苷 通过酚羟基而成的苷
腈苷 苦杏仁苷，垂盆草苷，异垂盆草 主要指一类a-羟腈的苷
酯苷 山慈姑苷A，土槿甲酸，土槿乙酸 苷元以羧基和糖的端基相连
吲哚苷 靛苷（青黛）
硫苷 萝卜苷、黑芥子苷，芥子苷 糖端基羟基与苷元上巯基缩合而成的苷称为硫苷
氮苷 巴豆苷，腺苷、鸟苷、胞苷、尿苷 通过氮原子与糖的端基碳相连的苷
碳苷 黄酮碳苷（木荆素）、蒽醌碳苷（芦荟苷） 糖基直接以C原子与苷元的C相连的苷类
2．其它分类方法
①以连接的单糖基的个数分为单糖苷、二糖苷等；②以苷元上连接糖链的数目可分为单糖苷链、二糖苷链等；③ 以糖的种类可分为核糖苷、葡萄糖苷等；④以生理作用分类，如强心苷等；⑤以其特殊性质分类，如皂苷。
二、苷类化合物的一般性状、溶解度、旋光性及显色反应
（一）一般性状
1．形态：苷类多为固体，其中糖基少的可结晶，糖基多的如皂苷，则多呈具有吸湿性的无定形粉末。
2．味：一般无味。但有的具苦味，如穿心莲新苷；有很少的苷具甜味，如甜菊苷。
（二）溶解度
苷类的溶解度与糖基的数目有密切的关系，其亲水性常随糖基数目的增多而增大。糖基少的可溶于低级性有机溶剂，若糖基增多，则在水中的溶解度也增加，因此，用不同极性的溶剂顺次提取时，各提取部位都有发现苷的可能。
（三）旋光性
多数苷类呈左旋，但水解生成的糖常是右旋的，因而使混合物呈右旋。
（四）显色反应
Molish反应：糖在浓硫酸、a-萘酚的作用下生成糠醛衍生物而显色，可用于糖和苷类化合物的检识。
三、苷键的裂解
（一）酸催化水解
1．原理：苷键具有缩醛结构，易为稀酸催化水解。反应一般在水或稀醇溶液中进行。常用的酸有盐酸、硫酸、乙酸、甲酸等。其机制是苷原子先质子化，然后断键生成阳碳离子或半椅型中间体，在水中溶剂化而成糖。
2．水解难易：苷键水解的难易与苷键原子的电子云密度及其空间环境有密切的关系，只要有利于苷键原子的质子化就有利于水解，因此水解难易的规律可以从苷键原子、糖、苷元三方面来讨论。
（1）按苷键原子不同，酸水解的难易顺序为：N－苷>O－苷>S－苷>C－苷。N易接受质子，最易水解，而C上无未共享电子对，不能质子化，很难水解。
（2）按糖的不同
①呋喃糖苷较吡喃糖苷易水解；②酮糖较醛糖易水解；③吡喃糖苷中吡喃环的C－5上取代基越大越难水解，因此五碳糖最易水解，其顺序为五碳糖>六碳糖>七碳糖，如果接有－COOH,则最难水解；④氨基糖较羟基糖难水解，羟基糖又较去氧糖难水解，尤其是C－2上取代氨基的糖更难。
（3）按苷元不同
①芳香属苷水解比脂肪属苷（如萜苷、甾苷）容易得多。某些酚苷（如蒽醌苷、香豆素苷）不用酸，只加热也可能水解成苷元。②苷元为小基团者。苷键横键的比苷键竖键的易于水解。
3．二相水解法
在酸水解反应液中加入与水不相混容的有机溶剂，使苷元生成后立即溶于水不相混溶的有机溶剂中，以避免苷元与酸长时间接触而脱水生成次生苷元。
（二）酸催化甲醇解
在酸的甲醇溶液中进行甲醇解，多糖或苷可生成一对保持环形的甲基糖苷的异构体。
应用：①甲基糖苷在呋喃糖环和吡喃糖环的区别判断；②糖链中单糖之间的连接位置确定；③苷键构型的判定。
（三）碱催化水解
一般的苷键对稀碱是稳定的，不易被碱催化水解，故苷类多数是用稀酸水解的，很少用碱水解，仅酯苷、酚苷、稀醇苷和β－吸电子基取代的苷等才易为碱所水解，如藏红花苦苷、靛苷、蜀黍苷等。但有时水解后得到的是脱水苷元，如藏红花苦苷。
（四）酶催化水解
酶催化反应具有专属性高，条件温和的特点。
应用：①可以获知苷键的构型；②可以保持苷元结构不变；③还可以保留部分苷键得到次级苷或低聚糖，以便获知苷元和糖、糖和糖之间的连接方式。
常用的酶有：①转化酶（水解β－果糖苷键）。②麦芽糖酶（水解α－葡萄糖苷键）。③杏仁酶（水解β－葡萄糖苷和有关六碳醛糖苷），专属性较低；纤维素酶（水解β－葡萄糖苷）。此外蜗牛酶、高峰氏糖化酶、柑橘苷酶等也常用于苷键水解。
pH条件对酶水解反应是十分重要的，例如芥子苷酶水解芥子苷，在pH7时生成异硫氰酸酯，在pH3~4时生成腈和硫磺。
（五）氧化开裂法（Smith裂解）
优点：①可得到完整的苷元；②从降解得到的多元醇，还可确定苷中糖的类型；③对苷元结构容易改变的苷以及C－苷水解研究特别适宜。
步骤：第一步在水或稀醇溶液中，用NaIO4在室温条件下将糖氧化裂解为二元醛；第二步将二元醛用NaBH4还原为醇，以防醛与醛进一步缩合而使水解困难，第三步调节pH2左右，室温放置让其水解。
注意：此法显然不适用于苷元上也有1，2－二醇结构的苷类。
四、苷类化合物的提取方法
一般都是采用水或醇从植物中提取苷类化合物。若提取的是原生苷，需抑制或破坏酶的活性；若提取的是次生苷或苷元，需利用酶的活性将其部分水解或全水解。
抑制或破坏酶活性的方法：①在中药中加入一定量的碳酸钙；②采用甲醇、乙醇或沸水提取；③在提取过程中还须尽量勿与酸和碱接触。否则，得到的不是原生苷，而是已水解失去一部分糖的次生苷，甚至是苷元。
五、苷类化合物的结构测定
（一）糖的鉴定
糖的鉴定可采用纸色谱法、薄层色谱法、气相色谱法、离子交换色谱法、液相色谱法等。其中纸色谱最简单、适用。
在纸色谱法中，
展开系统：水饱和的有机溶剂，如BAW，BEW，BBPW，水饱和的酚。如要增加Rf值，需在其中加入乙酸、吡啶、或乙醇等以增加它的含水量。
展开方法：上行法，下行法。
Rf值规律：单糖中，①碳原子数目少的糖>碳原子数目多的糖；②碳原子数目相同时，去氧糖>酮糖>醛糖；③分子组成相同的糖，构象式中竖键羟基多的糖>横键羟基多的糖。
显色剂：苯胺-邻苯二甲酸盐试剂等。（显色剂适当，①可区别糖的类型，如五碳糖和六碳糖、醛糖和酮糖等；②薄层扫描进行定量。）
（二）糖链的结构测定
1．分子量的测定：大多采用质谱法，通过FD、FAB、ESI获得[M+H]+、[M+Na]+等准分子离子峰。
2．单糖的鉴定：一般将苷键全部酸水解，然后用纸色谱检出单糖的种类，显色后
用薄层扫描法求得各种糖的分子比。
3．单糖之间连接位置的确定：①将苷全甲基化，然后水解苷键，鉴定所有获得的甲基化甲苷，其中游离羟基的部位即为连接位置；②可用糖或苷元13C-NMR苷化位移来确定；③利用2D-NMR如HMBC谱中的远程相关关系确定糖与糖或糖与苷元的连接位置。
4．糖链连接顺序的确定
①早期主要是缓和酸水解法；②近年质谱分析用的较多（FD、FAB、ESI）；③利用2D-NMR如HMBC谱中的远程相关关系。
（三）苷键构型的确定
1．酶催化水解法：麦芽糖酶能水解的为a-苷键，而苦杏仁能酶解的为b-苷键。
2．克分子旋光差法（Klyne法）：先测定未知苷键构型的苷及其水解所得苷元的旋光度，计算其比旋值之差，再与一对甲苷的分子比旋相比较，数值近似者其苷键构型一致。
3．利用NMR进行测定：①根据C1-H和C2-H的偶合常数（J值）来判断苷键构型，如葡萄糖等；②根据端基碳和端基质子间的偶合常数1JC1-H1值来判断，端基为横键质子（a-苷键），1JC1-H1为170Hz；端基为竖键质子（b-苷键），1JC1-H1为160Hz，如鼠李糖、甘露糖等；③利用端基碳的化学位移值判断苷键构型，通常a-构型的C1比b-构型的C1信号在较高场，如葡萄糖；④单葡萄糖苷可根据IR振动峰（a-构型的C1在770、780cm-1处有较强的吸收峰）区别；⑤葡萄糖苷乙酰化物的质谱中，m/z331这一碎片峰a-苷要比b-苷强的多。
六、糖链结构研究实例
`思考题：
1．苷键裂解常用哪些方法？其各具有哪些优缺点？各适用于哪些类别的化合物？
2．进行酸水解催化时，各类化合物水解的难易程度如何？
3．简述苷类化合物中糖链的鉴定方法。
第三章 苯丙素类
目的要求：
1．了解苯丙素类化合物的结构特点。熟悉苯丙酸类的结构特点及特性。
2．掌握香豆素的结构特点和分类情况，熟悉香豆素类化合物的提取分离方法。
3．掌握香豆素类化合物的理化性质及其波谱学特性。
4．了解木脂素的结构类型、理化性质及结构鉴定方法
教学学时：4学时。
教学重点和难点：
一、概述
1、 概念：天然成分中有一类苯环和3个直链碳连在一起为单位（C6-C3）构成的化合物，统称苯丙素类（phenylpropanoids）。
2、 类别：包括苯丙烯、苯丙醇、苯丙酸及其缩脂、香豆素、木脂素、木质素。
3、 生源途径：莽草酸途径（莽草酸为桂皮酸的前体，但同时也是酪氨酸、色氨酸的前体，后两者与生物碱的合成密切相关，命名为莽草酸途径将无法限定为仅由桂皮酸而来的苯丙素类化合物，故现多称为桂皮酸途径）
TAL在植物界的分布远比PAL有限，基本可忽略不计。
二、苯丙酸类
1. 具有C6-C3结构的芳香羧酸。结构特点是苯环有羟基取代，数目、排列方式、甲基化程度有所不同，常与不同的醇、氨基酸、糖、有机酸结合成酯存在。如绿原酸（咖啡酸与奎宁酸结合成的酯），具有抗菌、保肝活性。
绿原酸
2. 分离：苯丙酸类及其衍生物大多具有一定水溶性，常与其它一些酚酸、鞣质、黄酮苷等混在一起，一般要经纤维素、硅胶、大孔树脂、聚酰胺等反复层析才能纯化。
3. 鉴别：利用酚羟基的性质（1）1-2%的FeCl3甲醇溶液或铁氰化钾-三氯化铁试剂。（2）紫外光下呈兰色荧光，氨水处理后呈兰色或绿色荧光。（酚羟基解离）
4. 紫外光谱的测定有利于苯丙酸类的鉴定。
中性溶液中，游离的苯丙酸的UV与其酯或苷相似，碱性溶剂中，酚酸的谱带与它的酯光谱有明显差别。
5. 结构鉴定：
例1：丹参素甲的波谱特征
丹参素甲
三氯化铁呈黄绿色，红外显示羧基（1732，2750-2550）和羟基（3450-3150）的存在。
1HNMR数据如下：
例2 ：
三个芳香质子7.02，1H，d,J=1.5Hz
7.23,1H,d,J=7.9Hz
6.91,1H,dd,J=7.9,1.5Hz
两个亚甲基质子 3.04，2H，t,J=7.5Hz
2.84,2H,t,J=7.5Hz
三、香豆素（ coumarins）
1、概念：邻羟基桂皮酸的内酯，具有芳香气味。
2、生理活性
（1） 植物生长调节剂：低浓度刺激植物发芽、生长；高浓度抑制植物发芽、生长
（2） 光敏作用：治疗白斑病
（3） 抗菌、抗病毒作用：秦皮中的七叶内酯及其苷治疗痢疾；蛇床子中的奥斯脑可抑制乙肝表面抗原。
（4） 平滑肌松弛作用：冠状动脉扩张和解痉利胆
（5） 抗凝血作用：防止血栓形成
（6） 肝毒性：黄曲霉素致肝癌。
3、香豆素的结构类型
香豆素是由苯丙酸经氧化、环合而成，异戊烯基活泼双键结合位置不同，氧化情况不同而产生了不同的氧环结构，根据其取代基和连接方式的不同可分为以下几类：
（1）简单香豆素类
只在苯环有取代的香豆素，取代基包括羟基、甲氧基、亚甲二氧基、异戊烯基。
（2）呋喃香豆素
香豆素核上的异戊烯基与邻位酚羟基环合成呋喃环者称为呋喃香豆素。分为角型和线型。
（3）吡喃香豆素
香豆素核上的异戊烯基与邻位酚羟基环合成2，2-二甲基-α-吡喃环者称为呋喃香豆素。分为角型和线型。
（4）其它香豆素类
α-吡喃酮环上有取代基的香豆素类。
4、香豆素的化学性质
（1）内酯性质和碱水解反应
一般顺邻羟桂皮酸不易获得，长时间碱液放置或UV照射，可转变为稳定的反邻羟桂皮酸。某些具有特殊结构的香豆素，如C8取代基的适当位置上有羰基、双键、环氧等结构者，和水解新生成的酚羟基发生缔合、加成等作用， 可阻碍内酯的恢复，保留了顺邻羟桂皮酸的结构。
（2）酸的反应
①环合反应 异戊烯基与相邻酚羟基成氧环。
②烯醇醚键开裂
③双键加水反应
（3）显色反应
①异羟戊酸铁反应（鉴别内酯结构）
异羟戊酸铁试剂（盐酸羟胺甲醇液+氢氧化钾甲醇液+三氯化铁甲醇液），红色
②Gibb’s反应和Emerson反应（酚羟基对位即6位无取代者）
Gibb’s试剂2，6二溴苯醌氯亚胺的乙醇液+1%氢氧化钾乙醇液，呈深兰色。
Emerson试剂2%4-氨基安替匹林乙醇液+8%铁氰化钾水液，呈红色。
5、香豆素的分离方法
（1）酸碱分离法
原理：利用内酯加碱皂化，加酸恢复的性质分离香豆素。
方法：乙醚萃取液先以NaHCO3去除酸性成分，再以稀和冷的NaOH抽出酚性成分（包括酚性香豆素），剩余中性部分碱水解后，以乙醚抽去不水解的中性成分，碱液中和，再以乙醚抽出香豆素内酯成分。
缺点：对酸碱敏感的香豆素，拿不到原存物质。
（2）层析方法
硅胶、氧化铝（酸性、中性）层析最为常用。洗脱剂己烷-乙醚，乙醚-乙酸乙酯。
6、香豆素的波谱学特性
（1）紫外光谱
紫外光下出现兰色荧光，7位引入羟基，荧光增强，羟基醚化荧光减弱。
紫外图谱在274nm（苯环）和311 nm（α-吡喃酮环）呈现两个吸收峰，引入烷基最大吸收值改变甚微，当母核引入含氧取代基时，最大吸收向红位移。
（2）红外光谱
（3）核磁共振谱
①特点：
1HNMR中，香豆素母核上的质子由于受内酯羰基吸电子共扼效应影响，3，6，8位质子信号位于较高场；4，5，7位质子信号位于较低场。
C3、C4未取代的香豆素在芳香质子区可见一对双峰，分别位于芳香质子区的两端，C3-Hδ6.1-6.4，C4-Hδ7.5-8.3，J3，4为9.5Hz。
迫位效应：若分子中两个迫位质子之一被取代（如香豆素母核的4，5位质子），将对另一迫位质子产生较大的去屏蔽，使其向低场位移，即迫位效应。如5位被取代，4位H向低场位移约0.3。
②简单香豆素
③呋喃香豆素
④吡喃香豆素
⑤碳谱：母核的9个碳原子，多数在100―160 区域内，取代基效应明显。
四、木脂素（lignans）
1、木脂素的结构类型
木脂素是一类由苯丙素氧化聚合而成的天然产物，通常所指是其二聚物，少数为三聚物和四聚物。
定义：两分子苯丙素以侧链中β（8-8’）碳原子相连而成的化合物称为木脂素。
许多木脂素并非以β碳原子相连，称为新木脂素。
木脂素还有一些新的类型（1）苯丙素低聚体，包括三聚体和四聚体，三聚体常称为倍半木脂素，四聚体称为二木脂素；（2）杂木脂素，系由一分子苯丙素与黄酮、香豆素或萜类等结合而成的天然化合物，根据结合分子的不同称为黄酮木脂素、香豆素木脂素。（3）去甲木脂素，基本母核只有16―17个碳原子，比一般木脂素少1―2个。
木脂素的组成单体主要有四种：
肉桂醇 肉桂酸
丙烯基酚 烯丙基酚
木脂素由双分子苯丙素缩合成各种碳架后，侧链γ碳原子上的含氧官能团如羟基、羰基、羧基等相互脱水缩合，再形成半缩醛、内酯、四氢呋喃等环状结构，使木脂素的结构类型更加多样。常见下列类型：
①二芳基丁烷类 ②二芳基丁内酯类
③芳基萘类
芳基萘 芳基二氢萘 芳基四氢萘
芳基萘类木脂素常以氧化的γ碳原子缩合形成内酯，以内酯环合方向分上向和下向
1-苯代萘内酯 4-苯代萘内酯
④四氢呋喃类
⑤双四氢呋喃类 ⑥联苯环辛烯类
⑦苯骈呋喃类
⑧双环辛烷类
⑨苯骈二氧六环类 ⑩螺二烯酮类
联苯类
倍半木脂素
2、木脂素的理化性质
多为无色结晶，新木脂素难结晶。多呈游离型，脂溶性，能溶于苯、氯仿、乙酸乙酯、乙醚、乙醇等。有多个不对称因素，显光学活性，遇酸异构化。
无共同特征反应，一些非特征性试剂可用于薄层层析显色，如5%磷钼酸乙醇液，30%硫酸乙醇液，有亚甲二氧基可用变色酸-浓硫酸显色。
3、木脂素的提取分离
（1）提取
木脂素多呈游离型，在植物体内常与大量树脂状物共存，本身在处理过程中也易树脂化。游离木脂素易溶于氯仿、乙醚，在石油醚、苯中溶解度较小。
（2）分离
吸附层析：硅胶吸附，石油醚-乙酸乙酯，石油醚-乙醚，苯-乙酸乙酯，氯仿-甲醇梯度洗脱。
分配层析：纸层析
水饱和的硅藻土，乙酸乙酯-水分配
4、木脂素的结构鉴定
（1）化学反应
费米盐氧化：费米盐（亚硝基亚硫酸钾）可将对位有氢原子的酚羟基氧化成对醌。
（2）紫外光谱
芳环为发色团，两个取代芳环是两个孤立的发色团，两者紫外吸收位置相近，吸收强度是两者之和，立体构型对紫外光谱没有影响。
紫外光谱可用于区别芳基四氢萘、芳基二氢萘和芳基萘型木脂素，还可确定芳基二氢萘B环上的双键位置，通过鉴定失水物双键位置，还可确定B环上取代羟基的位置。
α-失水苦鬼臼脂素 β-失水苦鬼臼脂素
λmax nm 311 λmax nm 290
γ-失水苦鬼臼脂素 去氢鬼臼毒素
λmax nm 245.5，350 λmax nm 266，263，323，356
（3）核磁共振谱
氢谱 对于芳基萘类和联苯环辛烯类木脂素的氢谱信号与结构间的关系，已获知一些规律。
芳基萘类木脂素
可区别内酯环的上向和下向。
2-羰基化合物 3-羰基化合物
2-羰基对H-1和CH3O-1的去屏蔽作用使它们化学位移移向低场；2-羰基内酯环-CH2-则受4-芳基的屏蔽，与3-羰基化合物相比处于相对高场，以此可区别内酯环取向。
思考题：4~5个
1、苯丙素类化合物包括哪些类别？
2、常用于鉴别香豆素类化合物的试剂有哪些？
3、香豆素类化合物的核磁共振氢谱信号有哪些特点？
4、芳基萘类木脂素的氢谱信号与结构间的关系有什么规律？
第四章 醌类化合物
目的要求：
1．掌握醌类化合物的基本结构及分类。
2．掌握醌类化合物的理化性质及其衍生物的制备。
3．掌握醌类化合物的提取分离及结构鉴定方法。
4．了解2D NMR谱及MS在结构鉴定中的应用。
教学时数：4学时。
教学重点和难点：
一、醌类化合物的结构类型
（一）苯醌类
对苯醌 邻苯醌
（二）萘醌类
α-（1，4）萘醌 β-（1，2）萘醌 amphi-(2,6)萘醌
（三）菲醌类
邻菲醌 对菲醌
（四）蒽醌类
包括蒽醌衍生物及其不同程度的还原产物，如氧化蒽酚、蒽酚、蒽酮及蒽酮的二聚体。
蒽醌 氧化蒽酚 蒽酮
蒽酚
1、蒽醌衍生物
蒽醌母核上有羟基、羟甲基、甲氧基和羧基取代。
根据羟基在蒽醌母核上的分布情况，可将羟基蒽醌衍生物分为两类。
（1）大黄素型 羟基分布在两侧的苯环上，多数化合物呈黄色。
（2）茜草素型 羟基分布在一侧的苯环上，颜色较深，多为橙黄至橙红。
2、蒽酚或蒽酮衍生物
存在于新鲜植物中，该类成分可慢慢氧化成蒽醌类成分。
3、二蒽酮类衍生物
二、 醌类化合物的理化性质
（一）物理性质
1、性状
醌类化合物母核无酚羟基取代时，无色，引入酚羟基等助色团，表现一定的颜色，取代越多，颜色越深。
2、升华性
游离的醌类化合物具升华性。
3、溶解度
游离醌类极性较小，一般溶于乙醇、乙醚、苯、氯仿。
成苷后极性增大，易溶于乙醇、甲醇。
（二）化学性质
1、酸性
醌类化合物具有酸性，因分子中酚羟基的数目及位置不同，酸性表现显著差异。
含COOH>含2个以上β-OH>含1个β-OH>含2个α-OH>含1个α-OH
2、颜色反应
（1）Feigl反应：醌类衍生物在碱性条件下经加热能迅速与醛类及邻二硝基苯反应生成紫色化合物。
（2）无色亚甲蓝显色实验：用于PPC和TLC喷雾剂，是检出苯醌和萘醌的专用显色剂。
（3）碱性条件下的呈色反应：羟基蒽醌类在碱性溶液中发生颜色改变，会使颜色加深，多呈橙、红、紫红及兰色。
（4）与活性次甲基试剂的反应：苯醌及萘醌类化合物当其醌环上有未被取代的位置时，可在氨碱性条件下与一些含有活性次甲基试剂的醇溶液反应，生成蓝绿色或蓝紫色。
（5）与金属离子的反应：在醌类化合物中，如果有α-酚羟基或邻位二酚羟基结构时，则可与Pb2+、Mg2+等金属离子形成络合物。
三、 醌类化合物的提取分离
（一）游离醌类的提取
1、 有机溶剂提取法
2、 碱提取-酸沉淀法：带游离酚前基的醌类
3、 水蒸气蒸馏法
（二）游离羟基蒽醌的分离
1、 PH梯度萃取法
A B C
C可溶于5%碳酸氢钠溶液，A可溶于5%碳酸钠溶液，B可溶于1%氢氧化钠溶液。
2、吸附硅胶层析
（三）蒽醌苷类与蒽醌衍生物苷元的分离
极性不同，在有机溶剂中的溶解度不同。
（四）蒽醌苷类的分离
主要应用层析法，一般用溶剂法或铅盐法处理粗提物，除去大部分杂质。
铅盐法：醋酸铅与蒽醌苷成沉淀
溶剂法：正丁醇萃取
层析法：硅胶、葡聚糖凝胶LH-20、反相硅胶
四、醌类化合物的结构鉴定
（一）醌类化合物的紫外光谱
1、苯醌和萘醌的紫外光谱
苯醌有三个主要吸收峰：240（强），285（中强），400（弱）
萘醌有四个吸收峰：245，251，335（苯样结构引起）；257（醌样结构引起）
2、蒽醌的紫外光谱
羟基蒽醌有五个主要吸收带
Ⅰ：230左右；Ⅱ：240-260（苯样结构引起）；Ⅲ：262-295（醌样结构引起）,受β酚羟基影响；Ⅳ：305-389（苯样结构引起）；Ⅴ：>400(羰基引起) 受α酚羟基影响
（二）红外光谱
主要为羰基吸收峰（1675-1653），羟基吸收峰（>3000），芳环（1500-1600）
羰基的峰位与羟基的数目及位置有关。
（三）醌类化合物的1HNMR
1、醌环上的质子
醌环引入供电取代基，使其它质子移向高场。
2、芳环质子
（四）醌类化合物的13C-NMR
1、1，4萘醌类化合物的13C-NMR谱
2、9，10蒽醌类化合物的13C-NMR谱
（五）醌类化合物衍生物的制备
1、甲基化反应
甲基化试剂的组成 反应官能团
CH2N2/Et2OCH2N2/Et2O+MeOH(CH3)2SO4+K2CO3+丙酮CH3I+Ag2O+CHCl3 -COOH,β酚OH,-CHO-COOH, β酚OH, 两个α-OH之一,-CHOβ酚-OH, α-酚OH-COOH,所有的酚OH,醇OH,-CHO
2、乙酰化反应
试剂组成 反应条件 作用位置
冰醋酸（加少量乙酰氯）醋酐醋酐+硼酸醋酐+浓硫酸醋酐+吡啶 冷置加热 短时间 长时间冷置室温放置过夜室温放置过夜 醇OH醇OH，β-酚OH醇OH，β-酚OH，两个α酚OH之一醇OH，β-酚OH醇OH，β-酚OH，α-酚OH醇OH，β-酚OH，烯醇式OH
思考题：4~5个
1、醌类化合物有哪些结构类型？各类型母核是什么？
2、醌类化合物的鉴别反应有哪些，反应试剂及现象是什么？
3、PH梯度萃取法分离蒽醌类化合物的原理是什么？
4、蒽醌类化合物的核磁共振氢谱特征是什么？
5、蒽醌类化合物常用的甲基化试剂有哪些？
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