第二章 中药化学成 分的一般研究方法 （总论）
第二章 中药化学成 分的一般研究方法 （总论）
• 第一节 中药化学成分及生物合成简介 • 一、 中药化学成分类型简介 • 本小节主要介绍各类成分的基本概念，了解中药中一般都有 那些类型的化学成分。重点掌握各类成分的一般溶解性，为理解 提取、分离一般方法打基础。各类成分的详细内容在各论中具体 学习。 各类成分的性质在概念中只介绍极性，溶解性在后面以列表形 式介绍。 1 生物碱：为一类存在于生物体内分子中含有氮原子的有机化 合物的总称；一般具有碱性，可与酸成盐。游离生物碱具亲脂性； 生物碱盐具亲水性。 2 苷类：为一类经水解后可产生糖和非糖两部分的化合物。非 糖部分叫苷元。苷具亲水性，苷元具亲脂性。 3 挥发油：为一类可随水蒸气蒸馏出来的与水不相混溶的油状 液体的总称。具有香味或特殊气味的中药往往都含有挥发油。挥 发油具亲脂性。 以上三类为主要的有效成分类型
• 第一节 中药化学成分及生物合成简介 • 一、 中药化学成分类型简介 • 本小节主要介绍各类成分的基本概念，了解中药中一般都有 那些类型的化学成分。重点掌握各类成分的一般溶解性，为理解 提取、分离一般方法打基础。各类成分的详细内容在各论中具体 学习。 各类成分的性质在概念中只介绍极性，溶解性在后面以列表形 式介绍。 1 生物碱：为一类存在于生物体内分子中含有氮原子的有机化 合物的总称；一般具有碱性，可与酸成盐。游离生物碱具亲脂性； 生物碱盐具亲水性。 2 苷类：为一类经水解后可产生糖和非糖两部分的化合物。非 糖部分叫苷元。苷具亲水性，苷元具亲脂性。 3 挥发油：为一类可随水蒸气蒸馏出来的与水不相混溶的油状 液体的总称。具有香味或特殊气味的中药往往都含有挥发油。挥 发油具亲脂性。 以上三类为主要的有效成分类型
4 糖类：为中药中普遍存在的成分类型，包括单糖、低聚糖、 多糖。单糖是糖的基本单位；低聚糖是由2~9个单糖脱水缩合而 成的化合物。多糖是由10个以上至上千个单糖脱水缩合而成的高 聚物。 5 有机酸：广义的有机酸泛指分子中有羧基的化合物。在植物 中多以金属离子或生物碱盐的形式存在。按分子大小又分为小分 子有机酸和大分子有机酸。前者极性大，具亲水性；后者极性小， 具亲脂性。 6 树脂：为植物组织中树脂道的分泌物。性脆，受热时先软化 而后变为液体，燃烧时发生浓烟并有明火。树脂具亲脂性。按结 构又分为树脂酸（主要为二萜酸、三萜酸及其衍生物）、树脂醇 （分子中具羟基）、树脂烃（为一类结构复杂的含氧中性化合物） 类。 7 氨基酸、蛋白质和酶： （1） 氨基酸：分子中含有氨基的羧酸。构成蛋白质的多为α- 氨基酸。为亲水性。在等电点时，溶解度最小
4 糖类：为中药中普遍存在的成分类型，包括单糖、低聚糖、 多糖。单糖是糖的基本单位；低聚糖是由2~9个单糖脱水缩合而 成的化合物。多糖是由10个以上至上千个单糖脱水缩合而成的高 聚物。 5 有机酸：广义的有机酸泛指分子中有羧基的化合物。在植物 中多以金属离子或生物碱盐的形式存在。按分子大小又分为小分 子有机酸和大分子有机酸。前者极性大，具亲水性；后者极性小， 具亲脂性。 6 树脂：为植物组织中树脂道的分泌物。性脆，受热时先软化 而后变为液体，燃烧时发生浓烟并有明火。树脂具亲脂性。按结 构又分为树脂酸（主要为二萜酸、三萜酸及其衍生物）、树脂醇 （分子中具羟基）、树脂烃（为一类结构复杂的含氧中性化合物） 类。 7 氨基酸、蛋白质和酶： （1） 氨基酸：分子中含有氨基的羧酸。构成蛋白质的多为α- 氨基酸。为亲水性。在等电点时，溶解度最小
（2） 蛋白质、多肽：蛋白质为二十多种α-氨基酸通过肽键首 尾相连而成的高分子化合物，多肽亦为。但二者分子量不同，一 般将分子量在5×103以下称为多肽，而介于5×103~1×107之间称 为蛋白质。蛋白质在冷水中溶解且成胶体，在热水、60%以上乙 醇及其它有机溶剂中变性沉淀。 （3） 酶：是有机体内具有催化作用的蛋白质，其催化作用具 有专属性，如特定的酶可催化水解特定的苷。酶的性质和蛋白质 相同。 8 鞣质：又称单宁或鞣酸，为一类分子较大、结构复杂的多 元酚类化合物的总称。可与蛋白质结合成难溶于水的鞣酸蛋白。 为亲水性物质。 9 植物色素：为植物中具有颜色的成分的总称。依溶解性又分 为水溶性和脂溶性色素；前者主要指一些有颜色的苷、花青素， 后者主要包括叶绿素、胡罗卜素等 10 油脂和蜡：油脂为一分子甘油和三分子脂肪酸脱水结合形 成的酯。主要在种子中。常温下为液体。蜡为高级不饱和脂肪酸 和一元醇生成的酯。主要在植物茎、叶的表面。常温下为固体。 均为亲脂性成分
（2） 蛋白质、多肽：蛋白质为二十多种α-氨基酸通过肽键首 尾相连而成的高分子化合物，多肽亦为。但二者分子量不同，一 般将分子量在5×103以下称为多肽，而介于5×103~1×107之间称 为蛋白质。蛋白质在冷水中溶解且成胶体，在热水、60%以上乙 醇及其它有机溶剂中变性沉淀。 （3） 酶：是有机体内具有催化作用的蛋白质，其催化作用具 有专属性，如特定的酶可催化水解特定的苷。酶的性质和蛋白质 相同。 8 鞣质：又称单宁或鞣酸，为一类分子较大、结构复杂的多 元酚类化合物的总称。可与蛋白质结合成难溶于水的鞣酸蛋白。 为亲水性物质。 9 植物色素：为植物中具有颜色的成分的总称。依溶解性又分 为水溶性和脂溶性色素；前者主要指一些有颜色的苷、花青素， 后者主要包括叶绿素、胡罗卜素等 10 油脂和蜡：油脂为一分子甘油和三分子脂肪酸脱水结合形 成的酯。主要在种子中。常温下为液体。蜡为高级不饱和脂肪酸 和一元醇生成的酯。主要在植物茎、叶的表面。常温下为固体。 均为亲脂性成分
• 成分类型 水 醇类 亲脂性有机溶剂 • 游离生物碱 － + + • 生物碱盐 + + － • 苷类 + + － • 苷元 － + + • 挥发油 － + + • 糖类（单糖低聚糖） + ± － • （多糖） ＋ ± － • 有机酸（大分子） － + + • （小分子） + + － • 树脂 － + + • 氨基酸 + + － • 蛋白质、酶 ± ± － • 鞣质 + + － • 色素（亲水性） + + － • （亲脂性） － + + • 油脂、蜡 － + + • ±：单糖：无水醇难溶；多糖；对醇60%以上难溶。蛋白质、酶；对水热水 沉淀；对醇60%以上沉淀
• 成分类型 水 醇类 亲脂性有机溶剂 • 游离生物碱 － + + • 生物碱盐 + + － • 苷类 + + － • 苷元 － + + • 挥发油 － + + • 糖类（单糖低聚糖） + ± － • （多糖） ＋ ± － • 有机酸（大分子） － + + • （小分子） + + － • 树脂 － + + • 氨基酸 + + － • 蛋白质、酶 ± ± － • 鞣质 + + － • 色素（亲水性） + + － • （亲脂性） － + + • 油脂、蜡 － + + • ±：单糖：无水醇难溶；多糖；对醇60%以上难溶。蛋白质、酶；对水热水 沉淀；对醇60%以上沉淀
• 二 中药化学成分的主要生物合成途径 • （一） 乙酸-丙二酸（AA-MA）途径 • 以乙酰辅酶A为起始物质，丙二酸单酰辅酶A起延伸碳链的作用。 通过这一途径能生成脂肪酸类、酚类、醌类等化合物。 • 1 酚和醌类 这类物质的生物合成过程中只发生缩合反应。乙 酰辅酶A直线聚合后再进行环合生成各种酚类化合物。 • CH3 -CO-S-CoA + 3 • • 乙酰辅酶A 丙二酸单酰辅酶A • CH3 -CO-CH2 -CO-CH2 -CO-CH2 -CO-Enz • 上述多酮环合则生成各种醌类化合物或聚酮类化合物。 • （二） 甲戊二羟酸（MVA）途径 • 起始物质为MVA，在ATP作用下，按如下路线合成： COOH CH2 -CO-S-CoA
• 二 中药化学成分的主要生物合成途径 • （一） 乙酸-丙二酸（AA-MA）途径 • 以乙酰辅酶A为起始物质，丙二酸单酰辅酶A起延伸碳链的作用。 通过这一途径能生成脂肪酸类、酚类、醌类等化合物。 • 1 酚和醌类 这类物质的生物合成过程中只发生缩合反应。乙 酰辅酶A直线聚合后再进行环合生成各种酚类化合物。 • CH3 -CO-S-CoA + 3 • • 乙酰辅酶A 丙二酸单酰辅酶A • CH3 -CO-CH2 -CO-CH2 -CO-CH2 -CO-Enz • 上述多酮环合则生成各种醌类化合物或聚酮类化合物。 • （二） 甲戊二羟酸（MVA）途径 • 起始物质为MVA，在ATP作用下，按如下路线合成： COOH CH2 -CO-S-CoA
• 甲戊二羟酸（MVA） • 焦磷酸二甲烯丙酯 焦磷酸异戊烯酯 甲戊二羟酸5－焦磷酸 • 萜类、甾类化合物均由这一途径生成。 • (三)莽草酸途径 • 具有C6 -C3及C6 -C1基本结构的化合物由这一途径衍化生成。 如由此途径生成的苯丙氨酸，经脱氨及氧化反应等分别生成桂 皮酸，再由桂皮酸、苯甲酸生物合成各种含C6 -C3及C6 -C1结构 的天然化合物如苯丙素类、木脂素类、香豆素类等。 • 此途径由莽草酸通过苯丙氨酸，生成桂皮酸，再由桂皮酸 生成各种苯丙素类化合物。现也被称为桂皮酸途径 。 O OH HOOC HO P2 O5 H2 HOOC O HO O P2 O5 H2 CO2 2ATP ADP ATP 2ADP O P2 O5 H2
• 甲戊二羟酸（MVA） • 焦磷酸二甲烯丙酯 焦磷酸异戊烯酯 甲戊二羟酸5－焦磷酸 • 萜类、甾类化合物均由这一途径生成。 • (三)莽草酸途径 • 具有C6 -C3及C6 -C1基本结构的化合物由这一途径衍化生成。 如由此途径生成的苯丙氨酸，经脱氨及氧化反应等分别生成桂 皮酸，再由桂皮酸、苯甲酸生物合成各种含C6 -C3及C6 -C1结构 的天然化合物如苯丙素类、木脂素类、香豆素类等。 • 此途径由莽草酸通过苯丙氨酸，生成桂皮酸，再由桂皮酸 生成各种苯丙素类化合物。现也被称为桂皮酸途径 。 O OH HOOC HO P2 O5 H2 HOOC O HO O P2 O5 H2 CO2 2ATP ADP ATP 2ADP O P2 O5 H2
• 以香豆素生合成简图示意本途径如下： • • 莽草酸 苯丙氨酸 桂皮酸 香豆素 • (四) 氨基酸途径 • 大多数生物碱类成分由此途径生成。有些氨基酸，如鸟氨酸、 赖氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸及色氨酸等，经脱羧成为胺类, 再经 过一系列化学反应(甲基化、氧化、还原、重排等) 生成各种生 物碱。 • (五)复合途径 • 许多二级代谢产物由上述生物合成的复合途径生成。即分子 中各个部分由不同的生物合成途径产生。如查耳酮类、二氢黄 酮类化合物的A环和B环分别由乙酸-丙二酸途径和莽草酸途径生 成，再在各种酶作用下生成黄酮。一些萜类生物碱分别来自甲 戊二羟酸途径及莽草酸途径或乙酸-丙二酸途径。 • HO OH OH COOH COOH H NH2 COOH O O
• 以香豆素生合成简图示意本途径如下： • • 莽草酸 苯丙氨酸 桂皮酸 香豆素 • (四) 氨基酸途径 • 大多数生物碱类成分由此途径生成。有些氨基酸，如鸟氨酸、 赖氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸及色氨酸等，经脱羧成为胺类, 再经 过一系列化学反应(甲基化、氧化、还原、重排等) 生成各种生 物碱。 • (五)复合途径 • 许多二级代谢产物由上述生物合成的复合途径生成。即分子 中各个部分由不同的生物合成途径产生。如查耳酮类、二氢黄 酮类化合物的A环和B环分别由乙酸-丙二酸途径和莽草酸途径生 成，再在各种酶作用下生成黄酮。一些萜类生物碱分别来自甲 戊二羟酸途径及莽草酸途径或乙酸-丙二酸途径。 • HO OH OH COOH COOH H NH2 COOH O O
• 第二节 中药有效成分的提取方法 本节介绍中药化学成分的提取方法，主要介绍溶剂提取法。 重点：溶剂提取法的原理，化学成分的极性、常用溶剂、极 性大小顺序及提取溶剂的选择；常见的提取方法及应用范围。 常用三种方法，溶剂提取法、水蒸气蒸馏法、升华法。另外 新方法还有超临界提取法。 提取的概念：指用选择的溶剂或适当的方法，将所要的成分 溶解出来并同中药组织脱离的过程。 • 一 溶剂提取法 • （一） 提取原理：根据中药化学成分与溶剂间“极性相似相 溶”的原理，依据各类成分溶解度的差异，选择对所提成分溶解 度大、对杂质溶解度小的溶剂，依据“浓度差”原理，将所提成 分从药材中溶解出来的方法
• 第二节 中药有效成分的提取方法 本节介绍中药化学成分的提取方法，主要介绍溶剂提取法。 重点：溶剂提取法的原理，化学成分的极性、常用溶剂、极 性大小顺序及提取溶剂的选择；常见的提取方法及应用范围。 常用三种方法，溶剂提取法、水蒸气蒸馏法、升华法。另外 新方法还有超临界提取法。 提取的概念：指用选择的溶剂或适当的方法，将所要的成分 溶解出来并同中药组织脱离的过程。 • 一 溶剂提取法 • （一） 提取原理：根据中药化学成分与溶剂间“极性相似相 溶”的原理，依据各类成分溶解度的差异，选择对所提成分溶解 度大、对杂质溶解度小的溶剂，依据“浓度差”原理，将所提成 分从药材中溶解出来的方法
（二）化学成分的极性：被提取成分的极性是选择提取溶剂 最重要的依据。 1 影响化合物极性的因素： (1) 化合物分子母核大小（碳数多少）：分子大、碳数多，极 性小；分子小、碳数少，极性大。 (2) 取代基极性大小：在化合物母核相同或相近情况下，化合 物极性大小主要取决于取代基极性大小。 常见基团极性大小顺序如下；酸＞酚＞醇＞胺＞醛＞酮＞酯 ＞醚＞烯＞烷。 举例：判断下列各组化合物极性大小。 A B C OH O OCOCH3
（二）化学成分的极性：被提取成分的极性是选择提取溶剂 最重要的依据。 1 影响化合物极性的因素： (1) 化合物分子母核大小（碳数多少）：分子大、碳数多，极 性小；分子小、碳数少，极性大。 (2) 取代基极性大小：在化合物母核相同或相近情况下，化合 物极性大小主要取决于取代基极性大小。 常见基团极性大小顺序如下；酸＞酚＞醇＞胺＞醛＞酮＞酯 ＞醚＞烯＞烷。 举例：判断下列各组化合物极性大小。 A B C OH O OCOCH3