天然药物化学-第四章

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1、第四章,柱色谱分离技术,教学目标,1、理解吸附色谱和分配色谱的基本原理,掌握常用吸附剂的特点及适用范围. 2、掌握聚酰胺色谱，凝胶过滤色谱的原理、特点及应用。 3、掌握中药有效成分结构鉴定的一般方法。 4、掌握大孔树脂法的原理及应用。,20世纪初由俄国的植物学家Tswett创立。让从绿叶中提取出来的色素石油醚溶液，通过一根填满CaCO3的细长玻璃柱，然后用纯净的石油醚加以冲洗，结果在玻璃柱内的植物绿叶色素就被分离成几个具有不同颜色的谱带，然后按谱带颜色对混合物进行鉴定分析，称之为色谱。,色谱法是目前被广泛应用的分离纯化和鉴定化合物的一种有效方法。 优点：试料用量少，分离效率高。用一般分离方法无

2、法分离的化合物，如天然产物中结构相似，性质相似的成分，色谱分离能获得很好的分离效果。已成为化学领域中一个重要的分离、分析工具。,色谱法的分类： 1、按固定相或支持剂的种类可分为氧化铝色谱；硅胶色谱；聚酰胺色谱；凝胶色谱等。 2、按移动相种类可分为气相色谱；液相色谱。 3、按操作方式可分为柱色谱；纸色谱；薄层色谱。 4、按分离原理可分为吸附色谱；分配色谱；离子交换色谱、凝胶色谱。,第一节 吸附柱层析,一、基本概念： 利用作为固定相的吸附剂对混合物中各种成分吸附力的大小不同，使各成分得到相互分离的方法。适用于分离中等分子量的脂溶性物质。,二、基本原理 化学吸附(不可逆) 半化学吸附(氢键,可逆)

3、物理吸附(可逆),（1）有较大表面积和足够的吸附力 （2）对不同化学组分有不同的吸附量，能较好的分离 （3）化学惰性，不与溶剂及样品中各组分起反应 （4）不溶于溶剂和洗脱剂 （5）颗粒均匀，有一定机械强度和细度,物理吸附:,三、吸附剂,硅胶： 聚硅酸分子经过不同程度的脱水而形成的干燥多孔性物质，微呈酸性的。 SiO2XH2O,为硅氧烷交链结构：,有硅醇基，吸附力强弱，取决于硅醇基 的多少。 通过氢键吸水，吸附性下降，105120可除去绝大部分水。200时，水失殆尽。表面活性最大，吸附力最强。,分离范围广： 柱层析：120160目 薄层用180目,氧化铝 180烘6个小时，含水3 （1）酸性：适

4、用于有机酸,不能分离碱性物质. （2）碱性：分离碳氢化合物、生物碱、甾族类化合物。不适合醛、酮、酯及有机酸的分离，可发生化学反应。 （3）中性：中性的、碱性、脂溶性化合物的分离。,聚酰胺： 由酰胺聚合而成的一类高分子化合物。尼龙，锦纶,固定相,移动相,形成氢键的能力受以下因素影响 溶剂的种类（聚酰胺在水中形成氢键的能力最强，在有机溶剂中较弱，在碱性溶液中最弱。,化合物分子结构 A：化合物分子中能形成氢键的基团数目越多，被聚酰胺吸附越强。 B：成键基团的位置不同，被聚酰胺吸附的强度也不同。 C：分子中芳香核、共轭双键多者被吸附强度小。 D：能形成分子内氢键者被吸附强度小.,活性炭： 属于非极性吸

5、附剂,对极性物质的吸附力弱,对非极性物质的吸附力强. 粉末状(吸附力强,适合于极性大的化合物的分离) 颗粒状(吸附力居中,适合于极性不太大的化合物的分离) 锦纶活性碳(以锦纶为粘合剂,吸附力弱,适合极性小的化合物的分离) 活性炭的吸附规律 1、极性基团多时，在活性碳上的吸附力弱，反之则强。 2、在一定条件下，化合物母体结构较大时，吸附力强，反之则弱。,例如：对多糖的吸附力大于单糖；对多肽的吸附力大于氨基酸。 3、对芳香族化合物的吸附力大于脂肪族化合物。 4、对生物碱的吸附力，一般在碱性溶液中强，而在酸性溶液中弱（呈盐增大了极性）；相反，对于有机酸、酚类化合物的吸附力，则在酸性溶液中吸附力强，而

6、在碱性中弱。,活性碳的预处理：该物质对空气有一定程度的吸附力，气体分子被活性碳吸附后占据了其吸附表面，使活性碳吸附活性下降，即中毒。 所以使用前需活化处理：在120150的烘箱中烘26小时。,四：溶剂 选择何种溶剂为移动相对分离效果有极大的影响。 所用溶剂应具备纯度高、不含水份； 与试样、吸附剂不起化学反应； 对被分离成分有适当的溶解度； 黏度小； 易挥散。 对于极性吸附剂，若选择的流动相溶剂极性越大，则其展开或洗脱能力就越强；反之，则刚好相反；在选择时要考虑被分离的物质的性质。,五：被分离的物质 被分离物质、吸附剂、溶剂三者为组成吸附色谱必不可少的要素。 对于极性吸附剂，被分离物质的极性越大

7、，被吸附越强，溶剂进行洗脱就越困难。 一般来说： 若被分离的物质极性大，可选用活度较低的吸附剂，而移动相的极性大； 若被分离的物质极性小，可选用活度较高的吸附剂，而移动相的极性小；,六、操作方式 装柱：所需的玻璃柱内径与柱长之比是1：151：20之间。 粒度在100目左右。分离试样与吸附剂用量比为1：301：60 注意上样体积不能太大。,上样 分为干法和湿法上样两种。 洗脱 适当控制流速 收集检查,第二节 分配柱层析,一、基本概念： 利用混合物中各成分在互不相容的两相溶剂中分配系数的不同，来达到分离的色谱分离方法。,分配系数（K） ,二、基本原理： 相当于一种连续性的溶剂提取方法。两相溶剂中的

8、一相为固定相，常以某种惰性固体吸住该相溶剂，使之固定，这种惰性固体称之为支持剂或载体或单体。另一相为移动相。 进行分离时，将被分离的组分加到固定相上，通过移动相的流动，使试样中各成分在两相之间的分配不同而获得分离。,分配色谱根据固定相与移动相的极性不同可分为以下两种： 1、正相色谱：以极性大的溶剂（如水、亲水性的溶剂）为固定相，极性小的溶剂为移动相的分配色谱。常用于分离极性大的组分，例如生物碱、糖类、苷类、有机酸等，固定相常用水或缓冲液，移动相则是氯仿、乙酸乙酯、丁醇。极性小的组分先出来，极性大的组分后出来。,2、反相色谱：以极性小的溶剂（如氯仿、石油醚等亲脂性溶剂）为固定相，极性大的溶剂为移

9、动相的分配色谱。常用于分离极性小的脂溶性的化合物，例如油脂、高级脂肪酸、游离甾体等，固定相常用石蜡油，移动相则是水或甲醇。极性大的组分先出来，极性小的组分后出来。,三、支持剂 纤维粉、硅胶、硅藻土,（1）中性多孔性粉末，无吸附作用或吸附作用很弱 （2）不溶于层析所用的溶剂系统 （3）能吸附相当量的固定相，且流动相能自由通过,反相色谱多采用碳十八烷基（-C18H37）键合硅胶作为固定相。 原理是通过化学反应，使形成具有亲油性表面的稳定固定相。 若硅胶表面键合的基团为氨基时，则用于正相分配色谱。,四、溶剂系统（可用混合溶剂） 五、被分离物质（谁先出） 六、操作方式 装柱：固定相：支持剂（0.5:1

10、1:1),二者要充分搅拌,滤除多余的固定相,然后倒入所用的移动相中,剧烈搅拌使二者相互饱和平衡.装柱时先将固定腥饱和的移动相加入到色谱柱内,再按湿法装柱操作装入吸着固定相的支持剂.,加样:一般支持剂的为上样量的1001000倍. 1、对于易溶于固定相的，将试样溶于少量的固定相后，加入少量支持剂拌匀，装入柱顶。 2、对于可溶于移动相者，则直接溶于移动相中后加入柱顶。 3、对于在两相中均难溶者，则以使用的低沸点溶剂溶解后，加入干燥的支持剂拌匀，挥去溶剂，再用一定量的固定相拌匀，装入柱顶。 洗脱： 所用的移动相均需先与固定相饱和。,第三节 离子交换树脂柱层析,一、基本概念 利用离子交换树脂上的功能基

11、能在水溶液中与溶液的其他离子进行可逆性交换的性质,以离子交换树脂为固定相,使混合成分中离子型与非离子型物质、或具有不同解离度的离子化合物得到分离的一种色谱分离法。 常用于分离具有解离能力的酸性、碱性及两性的化合物，例如生物碱、氨基酸、有机酸、酚类、肽类等。,二、基本原理 主要由苯乙烯经二乙烯苯铰链形成的网状结构。,分类：阳离子交换树脂 强酸性（-SO3H） 弱酸性（-COOH） 阴离子交换树脂 强碱性-N（CH3）3.X 弱碱性(-NHR)或(NH2) 阳离子交换树脂 R-SO3-H+M+OH- R-SO3-M+H2O 阴离子交换树脂 R-N+OH-+M-OH+ R-N+M- +H2O 是可逆

12、的。,三、离子交换树脂的选择 1、若被分离的物质带正电荷，选择阳离子交换树脂。反之，选择阴离子交换树脂。 2、若被分离的组分酸碱性强，易与离子交换树脂进行可逆性，易被吸附，则用弱酸性的或弱碱性的离子交换树脂，以免洗脱和再生困难。反之用强酸性的或强碱性的离子交换树脂。,3、若被分离物质的分子量大，选择低铰链度的树脂，若分子量小的用高铰链度树脂，以便于离子易于扩散和交换。 4、还要注意交换容量（单位重量或单位体积的树脂所能交换的离子的毫克当量数，单位是毫克当量/克表示。,四、影响离子交换的因素 溶液的酸碱度 有重要影响： 1、对于阳离子交换树脂来说，交换溶液中氢离子浓度过高时，由于同离子效应，抑制

13、了阳离子交换树脂中酸性基团的解离，离子间的交换就很少进行或难以进行。,2、反之阴离子交换树脂也是如此。 所以强酸性树脂交换液的PH值应大于3；弱酸性树脂交换液的PH值应大于6；强碱性树脂交换液的PH值应小于10；弱碱性树脂交换液的PH值应小于7。,欲交换的化合物性质 1、解离常数大，酸碱性强时，容易交换，但洗脱困难。 2、解离离子的价数愈高，则吸附性愈强，愈易交换吸附；反之，难以交换吸附。,欲交换的化合物的浓度 通常在水或稀醇溶液中进行。 1、浓度低，易于交换。 2、浓度高时，由于浓度差的影响，树脂网孔会失水而造成网孔收缩，影响交换。,交换液温度的影响（温度高有利于交换，但热不稳定成分不适用）

14、 交换溶剂的影响（在极性小的溶剂里难以进行，主要是因为难解离） 交换流速的影响（控制流速，否则交换不完全）,五 操作方式 树脂的预处理（先用水浸泡2-3天再用酸碱处理。阳离子交换树脂钠型用酸-碱-酸处理；阴阳离子交换树脂氯型用碱-酸-碱处理，以除去小分子有机物和铁钙等杂质）。,装柱 交换 洗脱（先用自来水洗至无色，在用洗脱剂洗。酸性化合物用一定浓度的酸来洗，0.1-1N盐酸;碱性化合物用一定浓度的碱来洗，0.1-1N氨水;被吸附的化合物按酸碱性由小到大的顺序先后被洗下),树脂的再生 还是用酸碱处理,加水保存.为了防止长时间不用而发霉,可在水中加一层甲苯),第四节 大孔吸附树脂柱层析,一、基本原

15、理 主要为白色球形颗粒，粒度通常为2060目，为苯乙烯和二乙烯苯或2-甲基 丙稀酸树脂等聚合而成的高分子网状孔穴结构。理化性质稳定，不溶于酸碱及有机溶剂，对有机物有较好的选择性，不受无机盐类及强离子低分子化合物存在的影响。 1、大孔吸附树脂通过范德华力或形成氢键等分子间力吸附有机化合物。 2、其本身的多孔性网状结构决定了具有筛选性分离的特点。,二、影响分离因素 1、树脂本身化学结构 极性树脂用于吸附极性化合物，非极性树脂用于吸附非极性化合物。,2、被分离成分的性质 一般而言，极性较大的成分适宜在中极性的树脂上进行分离，而极性较小的成分适宜在非极性的树脂上进行分离；化合物分子体积较大者，宜选用较

16、大孔径者，以利于分离。 3、溶剂的影响 （1）PH值的影响 一般而言，酸性化合物宜在酸性溶液中被吸附；,碱性化合物宜在碱性溶液中被吸附； 中性化合物宜在中性溶液中被吸附； （2）洗脱剂的种类及浓度。 对于非极性的树脂，洗脱剂的极性越小，洗脱能力越强； 对于中极性和极性树脂，则宜选用极性较大的洗脱剂。,三、操作方式 1、预处理（含有一定量的致孔剂、分散剂、未聚合的单体化合物，以乙醇湿法装柱，继续用乙醇在柱上流动清洗，不时检查流出的乙醇，当流出的乙醇液与水混合不呈现白色乳浊现象即可用大量的蒸馏水洗去乙醇）。 2、装柱和上样,3、洗脱（水、甲醇、乙醇、丙酮、乙酸乙酯等） 4、树脂柱的清洗（使用后其表面或内部会有许多非吸附性成分或吸附性杂质残留，必须经清洗而除去）。 5、再生（若选用了非水溶性的有机溶剂作为洗脱剂，用甲醇反复冲洗树脂柱即可；若选用了水溶性的有机溶剂作为洗脱剂，用蒸馏水反复冲洗树脂柱即可）。,第五节 凝胶和柱层析,一、基本概念 又称为凝胶滤过色谱、凝胶渗透色谱、分子筛滤过色谱及排阻色谱，是以凝胶作为固定