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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
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
非极性吸附剂
吸附规律与与硅胶、氧化铝相反
从稀水溶液中富集微量物质;
脱色(脂溶性色素)
聚酰胺
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
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
范德华引力或氢键
对非极性大孔树脂,洗脱液极性越小,洗脱能力越强;
对极性中等和较大的化合物来说,选用极性较大的溶剂。
广泛应用于天然产物的分离和富集工作,如脱糖处理、生物碱的精制(甜叶菊苷的提取分离)等。
离子交换树脂法
离子交换
有两个化合物,酸性A>
B,当通过弱碱性离子树脂柱时,哪个先洗脱?
——B
适用于分离酸性、碱性及两性基团的分子
葡聚糖凝胶
分子筛原理
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。
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
溶剂分配法
分配系数差
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和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
生成物
醋酸-丙二酸途径(AA-MA)
脂肪酸类、酚类、蒽酮类等
甲戊二羟酸途径(MVA)
萜类等
桂皮酸及莽草酸途径
苯丙素类、香豆素类、木质素类、木脂体、黄酮类等
氨基酸途径
生物碱类
复合途径
结构测定的程序
方法
纯度鉴定
1、外观、颜色、形态是否均一;
2、测定各种物理常数,例熔点、沸点等
3、若可能是已知物,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(三种展开系统和三种显色方法)
5、高效液相层析
推测母体结构类型、功能基情况
分子量分子式的确定
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、计算不饱和度U=Ⅳ-Ⅰ/2+Ⅲ/2+1
波谱、化学方法推测出结构式
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)
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
生物碱类大都能和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
鉴别功能基的化学反应
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)
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
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
衍生物制备-
一种常用手段,对结构推定有一定意义
波谱方法——主要手段
作用
特点
紫外光谱
波长200~400nm之间
提供基本骨架信息;
样品中杂质的测定
定量分析
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5-10µ
g)
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
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
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;
氢核磁共振(1H-NMR)谱:
化学位移范围:
在0~20ppm
三大要素:
化学位移(δH)、偶合常数(J)及峰面积。
灵敏度高,样品用量少(1-5mg),测试时间短
碳核磁共振(13C-NMR)谱:
在0~250ppm
要素:
化学位移(δC)
灵敏度较低,样品用量较多(5-20mg),测试时间长
质谱
用于确定分子量;
求算分子式;
提供其他的结构信息
适宜测定极性偏小和中等极性的化合物;
常规质谱仪价格比较便宜,一些特殊质谱仪很昂贵;
生色团:
产生紫外吸收的不饱和基团,如C=C,C=O,O=N=O等;
助色团:
其本身是饱和基团(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
弱吸收烯氢、芳氢、C=N;
强吸收O-H、N-H
3000~2700
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。
饱和C-H
2400~2100
不饱和三键
1900~1650
C=O及其衍生物
1680~1500
C=C及芳香核骨架震动、C=N等
1500~1300
饱和C-H面内弯曲振动
1000~650
不饱和C-H面外弯曲振动
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)
一般δ1-10ppm
sp3δ1~2sp2δ6~8
一般来说δ烯氢>
δ炔氢>
δ烷氢
环己烷
Jaa10~13Hz(θ=180°
)
Jae2~5Hz(θ=60°
Jee2~5Hz(θ=60°
偶合常数J
偕偶
J=16Hz左右
邻偶
J=6~8Hz
远程偶合
J=1~3Hz
芳环
J邻=6~10Hz
J间=0~3Hz
J对=0~1Hz
双键
J顺=7~11Hz
J反=12~18Hz
了解:
天然化合物分子结构测定的一般方法。
第二章糖和苷(6学时)
1.掌握苷键的定义和苷的结构特征、苷的分类
苷类又称配糖体(glycosides),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。
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Glcglucose
低聚糖:
根据是否含有游离的醛基或酮基可分为还原糖和非还原糖。
具有游离醛基或酮基的糖称为还原糖。
半乳糖Galgalactose
甘露糖Manmannose
鼠李糖Rharhamnose
木糖Xylxylose
果糖Frufructose
阿拉伯糖Araarabinose
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
天麻苷
醇苷
醇羟基与糖端基脱水而成的苷
比较常见,如皂苷、强心苷均属此类。
例:
红景天苷
酚苷
苷元的酚羟基与糖端基脱水而成的苷。
较常见,如黄酮苷、蒽醌苷多属此类。
氰苷
主要是指α-羟基腈的苷
苦杏仁苷
水解生成的苷元很不稳定,很快分解成醛或酮和氢氰酸。
酯苷
苷元的羧基与糖端基脱水而成的苷
酯苷的特点:
苷键既有缩醛的性质,又有酯的性质,易为稀酸和稀碱水解。
山慈菇苷
吲哚苷
指吲哚醇和糖形成的苷
粗制靛蓝,民间用以外涂治疗腮腺炎,有抗病毒作用
硫苷
是糖的端基OH与苷元上巯基缩合而成的苷
如萝卜中的萝卜苷
氮苷
糖的端基碳与苷元上氮原子相连的苷称氮苷
是生物化学领域中的重要物质。
如核苷类化合物
碳苷
是一类糖基和苷元直接相连的苷,在各类溶剂中溶解度均小,难于水解获得苷元。
组成碳苷的苷元多为酚性化合物,如黄酮、查耳酮、色酮、蒽醌和没食子酸等。
尤其以黄酮碳苷最为常见
Klyne法
将苷和苷元的分子旋光差与组成该苷的糖的一对甲苷的分子旋光度进行比较,数值上相接近的一个便是与之有相同苷键的一个。
2.掌握苷的一般性状、溶解度和旋光性
溶解性
味觉
糖——小分子极性大,水溶性好
聚合度增高→水溶性下降。
单糖~低聚糖——甜味。
多糖难溶于冷水,或溶于热水成胶体溶液。
多糖——无甜味(聚合度增高→甜味减小)
苷——亲水性(与连接糖的数目、位置有关)
苷元——亲脂性
苷类——苦(人参皂苷)、甜(甜菊苷)等
旋光性及其在构型测定中的应用
多数苷类呈左旋。
利用旋光性→测定苷键构型(即α、β苷键)
3.掌握苷键的酸催化水解法和酶催化水解法
苷键断裂方法:
酸催化水解反应
乙酰解反应
碱催化水解和β消除反应
酶催化水解反应
氧化开裂法(Smith降解法)
△酸催化水解反应(苷键属于缩醛结构,易为稀酸催化水解)
在水中溶剂化
质子化
反应机制:
苷键原子断键—→阳碳离子或半椅型的中间体糖
△酸水解的规律:
⑴苷原子不同,酸水解难易顺序:
C>
S>
O>
N(C-苷最难水解,从碱度比较亦如此)
⑵呋喃糖苷较吡喃糖苷易水解。
(因五元呋喃环的颊性使各取代基处在重叠位置,形成水解中间体可使张力减小,故有利于水解)
⑶酮糖较醛糖易水解(酮糖多为呋喃结构,而且酮糖端基碳原子上有-CH2OH大基团取代,水解反应可使张力减小)
⑷吡喃糖苷中:
①吡喃环C5-R越大越难水解,水解速度为:
五碳糖>
甲基五碳糖>
六碳糖>
七碳糖
②C5上有-COOH取代时,最难水解(因诱导使苷原子电子密度降低)
⑸氨基取代的糖较-OH糖难水解,-OH糖又较去氧糖难水解。
2,6-二去氧糖>
2-去氧糖>
3-去氧糖>
羟基糖>
2-氨基糖
⑹N-苷易接受质子,但当N处于酰胺或嘧啶位置时,N-苷也难于用矿酸水解。
(吸电子共轭效应,减小了N上的电子云密度)
⑺芳香属苷较脂肪属苷易水解。
如:
酚苷>
萜苷、甾苷
(因苷元部分有供电结构,而脂肪属苷元无供电结构)
⑻苷元为小基团时:
苷键横键比竖键易水解(e>
a)(横键易质子化)
苷元为大基团时:
苷键竖键比横键易水解(a>
e)(苷的不稳定性促使其易水解)
△酶催化水解反应(可获得原苷元)
苦杏仁酶
β-六碳醛糖苷键
纤维素酶
β-D-葡萄糖苷键
麦芽糖酶
α-D-葡萄糖苷键
转化糖酶
β-果糖苷键
蜗牛酶
β-苷键
△氧化开裂法(Smith降解法)→可得到原苷元
(除酶解外,其它方法可能得到的是次级苷元)
试剂:
过碘酸(HIO4)、四氢硼钠(NaBH4)、稀酸
适用于苷元不稳定的苷和碳苷的裂解
△乙酰解反应
常用试剂
醋酐+酸【H2SO4、HClO4、CF3COOH或Lewis酸(ZnCl2、BF3)等】
反应条件
一般是在室温放置数天
反应机理
与酸催化水解相似,以CH3CO+(乙酰基,Ac)为进攻基团
反应速率
⑴苷键邻位有电负性强的基团(如环氧基)可使反应变慢。
⑵β-苷键的葡萄糖双糖的反应速率:
(乙酰解易难程度)
(1→6)>
>
(1→4)>
(1→3)>
(1→2)
用途
⑴酰化可以保护苷元上的-OH,使苷元增加亲脂性,可用于提纯和鉴定。
⑵乙酰解法可以开裂一部分苷键而保留另一部分苷键。
※乙酰解反应易发生糖的端基异构化。
△碱催化水解和β消除反应
碱催化水解
(酯苷、酚苷、烯醇苷、β-吸电子基取代的苷)
C1-OH与C2-OH:
反式易水解,其产物为1,6-葡萄糖酐;
顺式产物为正常的糖。
4-羟基香豆素苷、水杨苷、海菲菜苷等
利用水解产物可判断苷键构型
β消除反应
(苷键的β-位有吸电子基团者,使α-位氢活化,在碱液中与苷键起消除反应而开裂,例:
蜀黍苷)
多糖还原端的单糖逐个被剥落,对非还原端则无影响。
3-O-代的糖可形成——3-脱氧糖酸
4-O-代的糖可形成——3-脱氧-2-羟甲基糖酸
二个以上取代的还原糖——难生成糖酸
可从多糖剥落反应生成的糖酸中了解还原糖的取代方式。
△糖的化学性质:
原理
Molisch反应
糠醛形成反应
紫环反应
样品+浓H2SO4+α-萘酚→棕色环
【丙酮、甲酸、乳酸、草酸、没食子酸、苯三酚、α-萘酚和葡萄糖醛酸以及各种醛糖衍生物均能发生molish反应。
】
1、鉴定单糖的存在。
单糖、双糖、多糖一般都发生molish反应,但氨基糖除外。
2、Molisch反应为阴性可以确定无糖的存在,如果为阳性则仅为有糖存在的可能性。
过碘酸反应
(过碘酸与邻二醇羟基形成五元环状酯的中间体,然后再将醇羟基氧化成羰基)
作用于邻二醇、α-氨基醇、α-羟基醛(酮)、邻二酮和某些活性次甲基等结构
反应特点:
①反应定量进行(基本是1:
1);
②必须在水溶液中进行,或有水溶液;
③酸性或中性介质中速率:
顺式>
反式
④在异边而无扭转余地的邻二醇不反应
①推测糖中邻二-OH多少;
②同一分子式的糖,推测是吡喃糖还是呋喃糖;
③推测低聚糖和多聚糖的聚合度;
④推测1,3连接还是1,4连接
(糖与糖连接的位置)
羟基反应
糖的-OH反应——醚化、酯化和缩醛(酮)化及硼酸络合反应
反应活性:
半缩醛羟基(C1-OH)>
伯醇基(C6-OH)>
仲醇
(伯醇因其处于末端的空间,对反应有利,因此活性高于仲醇)
缩酮和缩醛化反应:
酮或醛在脱水剂如矿酸、无水ZnCl2、无水CuSO4等存在下可与多元醇的二个有适当空间位置的羟基易形成环状缩酮和缩醛。
酮类易与顺邻-OH生成——五元环状物
醛类易与1,3-双-OH生成——六元环状物
应用:
保护-OH
硼酸络合反应:
糖+硼酸→络合物(酸性增加、可离子化)
(H3BO3是接受电子对的Lewis酸)
①络合后,中性可变为酸性,因此可进行酸碱中和滴定;
②可进行离子交换法分离;
③可进行电泳鉴定;
④在混有硼砂缓冲液的硅胶薄层上层析。
1.熟悉苷类化合物的提取方法、苷类化合物的检识方法
提取方法主要为溶剂法——水、稀醇(单糖、低聚糖、多糖)
破坏或抑制植物体内酶的方法:
迅速加热干燥
采集新鲜材料→冷冻保存
用沸水或醇提取
先用碳酸钙绊和后再用沸水提取
2.熟悉苷键的碱催化水解法和氧化开裂法
3.熟悉苷类化合物中常见糖的种类、结构、色谱鉴定法、苷类化合物中糖的种类和比例、糖与苷元的连接位置、糖的连接顺序及位置及苷键构型的测定方法
糖链结构的测定
主要解决的问题——单糖的组成、糖之间的连接位置和顺序、苷键构型
纯度测定
超离心法、高压电泳法、凝胶柱色谱法、旋光测定法
分子量的测定
质谱法
单糖的组成
低聚糖、多糖的结构分析:
单糖类型→比例
一般是将苷键全水解,用PC检出单糖的种类,经显色后用薄层扫描仪求得各种糖的分子比;
也可用GC或HPLC对单糖定性定量;
GC常以甘露醇或肌醇为内标,用已知单糖作标准。
单糖绝对构型的测定
GC法、HPLC法、手性柱色谱法、手性检测器法、旋光比较法
单糖之间连接位置的决定
①将糖链全甲基化→水解→甲基化单糖的定性和定量(气相层析)
(甲基化单糖中游离-OH的部位就是连接位置)
②13C-NMR测定:
主要归属各碳信号,以确定产生苷化位移的碳
糖链连接顺序的决定
①缓和水解法:
将糖链水解成较小片段→分析低聚糖的连接顺序
②质谱分析
苷键构型的决定
1、分子旋光差(klyne法)
3、1H-NMR
2、酶催化水解方法
4、红外法
1.了解羟基的醚化、酰化和缩酮及缩醛化反应,邻二羟基的硼酸络合反应;
2.了解铅盐沉淀法、离子交换层析、凝胶过滤法和蛋白质去除法。
第三章苯丙素类(3学时)
△定义:
一类含有一个或几个C6-C3单位的天然成分。
包括:
苯丙烯、苯丙醇、苯丙酸及其缩酯、香豆素、木脂素、黄酮、木质素等。
生物合成途径:
1.掌握香豆素基本母核的结构特征、类型、性状和溶解性
香豆素母核为苯骈α-吡喃酮。
环上常有取代基。
其中被药典收载的有秦皮、白芷、独活、前胡、菌陈、补骨脂等
通常将香豆素分为四类:
简单香豆素类
只有苯环上有取代基的香豆素
取代基:
羟基、烷氧基、苯基、异戊烯基等
7-羟香豆素→香豆素类成分的母体
C3、C6、C8位电负性较高,易于烷基化(其中C3位烷基化属于第四类)
环合反应的形成
体内过程——由酶主宰反应
体外实验——碱性条件(OH-)→呋喃环;
酸性条件(H+)→吡喃环
呋喃香豆素类
吡喃香豆素类
这一类天然产物并不多见
其他类
指α-吡喃酮环上有取代基的香豆素类。
还包括二聚体和三聚体。
C3、C4上常有取代基:
苯基、羟基、异戊烯基等。
△香豆素理化性质
游离状态
成苷
性状
结晶形固体,有一定熔点
粉末状
大多具有香气;
具有升华性质
大多无香味;
不能升华
分子量小的有挥发性(可随水蒸汽蒸出)
无挥发性
UV下显蓝色荧光,碱液中荧光增强
能溶于沸水,不溶或难溶冷水
可溶MeOH、EtOH、CHCl3和乙醚等溶剂
溶于H2O、OH-/H2O、MeOH、EtOH等
难溶极性小的有机溶剂
内酯的性质(重点)
长时间放在碱液中(溶于水)
或紫外光照射
(再酸化就不会合环)
显色反应
异羟肟酸铁反应(识别内酯)
碱性条件下,香豆素内酯开环,并与盐酸羟胺缩合成异羟肟酸,再在酸性条件下与三价铁离子络合成盐而显红色。
与酚类试剂的反应
酚羟基→FeCl3试剂颜色反应;
若酚羟基的对位未被取代或6-位上无取代,其内酯环碱化开环后,可与Gibbs试剂、Emerson试剂反应。
(蓝色)(红色)
2.掌握香豆素酸碱作用下开环、闭环原理
3.掌握简单香豆素的1H-NMR谱特征
4.掌握木脂素的结构类型
一类由苯丙素氧化聚合而成的天然产物。
通常指其二聚物,少数为三聚物和四聚物。
组成木脂素的单位有四种:
桂皮醇
桂皮酸
丙烯基酚
烯丙基酚
二苄基丁烷类
C8-C8’,其他木脂素的生源前体。
芳基萘类
有芳基萘、芳基二氢萘、芳基四氢萘,例鬼臼毒素(抗肿瘤)
联苯环辛烯类(生物活性最强)
五味子素
(保肝、
抗氧化)
二苄基丁内酯类
四氢呋喃类
双四氢呋喃类
1.熟悉苯丙酸类成分的结构、性质、紫外光谱特征及生理活性
苯丙酸类
基本结构——酚羟基取代的芳香环与丙烯酸;
多具有C6-C3结构的苯丙酸类
绿原酸是金银花抗菌、利胆的有效成分。
实例:
丹参治疗冠心病的有效成分—丹参素甲、乙和丙
紫外光谱鉴定
乙酸钠→紫移
乙醇钠→红移
2.熟悉香豆素的提取分离方法
3.熟悉木脂素的理化性质
游离
形态
多呈无色晶形,新木脂素不易结晶
亲脂性,难溶水,溶苯、氯仿等
水溶性增大
挥发性
多数不挥发,少数有升华性质
旋光性
大多有光学活性,遇酸易异构化
1.了解香豆素类的生物活性
毒性——肝毒性,黄曲霉素;
抗病毒作用——canolideA抗艾滋病毒,例:
蛇床子素→抑制乙肝表面抗原
光敏作用——可引起皮肤色素沉着;
补骨脂内酯→治白斑病
2.了解苯丙酸类化合物的结构和鉴定
3.了解木脂素的提取分离方法
第四章醌类化合物(3学时)
识记蒽醌的化学结构、化学性质与呈色反应
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