揮發(fā)油的提取方法有水蒸氣蒸餾法溶劑提取法壓榨法吸收法超.ppt

第十章 萜類和揮發(fā)油的提取分離技術(shù),案例導(dǎo)入,中國科學(xué)家屠呦呦因開創(chuàng)性地從中草藥中分離出青蒿素應(yīng)用于瘧疾治療獲得2015年的諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。中藥青蒿的研究始于1971年，屠呦呦帶領(lǐng)研究團(tuán)隊(duì)經(jīng)過很多次失敗后，1971年9月，重新設(shè)計(jì)了提取方法，改用低溫提取，用乙醚回流或冷浸，而后用堿溶液除掉酸性部位的方法制備樣品。1971年10月4日，青蒿乙醚中性提取物在鼠瘧藥效及猴瘧實(shí)驗(yàn)評價(jià)均顯示抑制率達(dá)到100。青蒿乙醚中性提取物抗瘧藥效的突破，是發(fā)現(xiàn)青蒿素的關(guān)鍵。青蒿素是一種倍半萜內(nèi)酯，是繼乙胺嘧啶、氯喹、伯氨喹之后最有效的抗瘧特效藥，尤其是對于腦型瘧疾和抗氯喹瘧疾，具有速效和低毒的特點(diǎn)，曾被世界衛(wèi)生組織稱做是“世界上唯一有效的瘧疾治療藥物”。,1. 青蒿素屬于何種類型化合物？ 2. 采用何種方法能夠有效提取得到青蒿素？,第一節(jié) 萜類化合物,一、概述 萜類化合物： 是異戊二烯的聚合物及其含氧衍生物的總稱，是一類骨架龐雜、種類繁多、具有廣泛生物活性的重要的天然藥物化學(xué)成分。,異戊二烯,萜類化合物種類很多，從化學(xué)結(jié)構(gòu)上看，其開鏈萜烯的分子組成符合通式（C5H8）n，異戊二烯大多是頭尾相連的順序聚合，其骨架一般以5個(gè)碳為基本單位，少數(shù)也有例外。 從生源上看萜類化合物的的生物合成途徑中最關(guān)鍵的前體物質(zhì)是甲戊二羥酸（mevalonic acid）。,萜的概念,萜類化合物,根據(jù)分子結(jié)構(gòu)中異戊二烯單位的數(shù)目進(jìn)行分類，如單萜、 倍半萜、二萜、二倍半萜、三萜等。 根據(jù)各萜類分子結(jié)構(gòu)中碳環(huán)的有無和數(shù)目的多少，進(jìn)一步 分為鏈萜、單環(huán)萜、雙環(huán)萜、三環(huán)萜、四環(huán)萜等，例如鏈 狀二萜、單環(huán)二萜、雙環(huán)二萜、三環(huán)二萜等。 萜類多數(shù)是含氧衍生物，所以萜類化合物又可分為醇、醛、 酮、羧酸、酯及苷等萜類。,萜的分類,萜類化合物,萜類化合物的分布與分類,萜類化合物,1、單萜 （1）鏈狀單萜,二、萜類的結(jié)構(gòu)類型,羅勒烯,月桂烯,香葉醇,橙花醇,萜類化合物,二、萜類的結(jié)構(gòu)類型及代表性化合物,（2）單環(huán)單萜,對-薄荷烷型,環(huán)香葉烷型,酚酮型,萜類化合物,（2）單環(huán)單萜,二、萜類的結(jié)構(gòu)類型及代表性化合物,檸檬烯,西紅花醛,驅(qū)蛔素,l-薄荷醇,萜類化合物,萜類的結(jié)構(gòu)類型及代表性化合物,（3）雙環(huán)單萜,樟腦,d-龍腦,萜類化合物,萜類的結(jié)構(gòu)類型及代表性化合物,（4）環(huán)烯醚萜,環(huán)烯醚萜苷,環(huán)烯醚萜多具有半縮醛及環(huán)戊烷環(huán)結(jié)構(gòu)，由于半縮醛C1-OH性質(zhì)活潑，易與糖結(jié)合成苷，故環(huán)烯醚萜類化合物主要以苷的形式存在，并可根據(jù)其環(huán)戊烷環(huán)是否開環(huán)，分為環(huán)烯醚萜苷和裂環(huán)烯醚萜苷。,萜類化合物,裂環(huán)烯醚萜苷,梔子苷（gardenoside）、京尼平苷（geniposide）是清熱瀉火中藥山梔子的主要 成分，京尼平苷有瀉下和利膽作用。梓醇（catalpol）是地黃中降血糖作用的主要有效成分，并有較好的利尿及抗肝炎病毒的作用。,萜類的結(jié)構(gòu)類型及代表性化合物,梔子苷,京尼平苷,梓醇,萜類化合物,金合歡烯存在于枇杷葉、生姜等的揮發(fā)油中；金合歡醇在金合歡花油、橙花油、香茅中含量較多，為重要的高級香料原料。,萜類的結(jié)構(gòu)類型及代表性化合物,2、 倍半萜 （1）鏈狀倍半萜,萜類化合物,（2）環(huán)狀倍半萜,萜類的結(jié)構(gòu)類型及代表性化合物,青蒿素（artemisinin）是從天然藥物青蒿（黃花蒿，Artemisia annua）中分離得到的抗惡性瘧疾的有效成分，是具有獨(dú)特過氧結(jié)構(gòu)的倍半萜內(nèi)酯。從中篩選出抗瘧效價(jià)高、低毒的雙氫青蒿素，再進(jìn)行甲基化，將它制成油溶性的蒿甲醚及水溶性的青蒿琥珀酸單酯，用于臨床。,青蒿素,雙氫青蒿素,萜類化合物,萜類的結(jié)構(gòu)類型及代表性化合物,（3）薁類衍生物,愈創(chuàng)木薁,莪術(shù)醇,愈創(chuàng)木薁（guaiazulene）存在于桑科無花果根皮、興安杜鵑的葉、母菊等揮發(fā)油中，具有抗炎和興奮子宮的作用。莪術(shù)醇（curcumol）存在于莪術(shù)根莖的揮發(fā)油中，具有抗腫瘤活性。,萜類化合物,3、 二萜 （1）鏈狀二萜 鏈狀二萜類化合物在自然界存在較少，常見的只有廣泛存在于葉綠素的植物醇，與葉綠素分子中的卟啉結(jié)合成酯的形式存在于植物中，可作為合成維生素E、K1的原料。,萜類的結(jié)構(gòu)類型及代表性化合物,萜類化合物,（2）環(huán)狀二萜,萜類的結(jié)構(gòu)類型及代表性化合物,維生素A（vitamin A）主要存在于動物肝臟中，是保持正常夜間視力的必須物質(zhì),萜類化合物,穿心蓮內(nèi)酯（andrographolide）是爵床科植物穿心蓮抗菌消炎的主要成分，臨床用于治療急性菌痢、胃腸炎、咽喉炎、感冒發(fā)熱等，療效確切，與亞硫酸鈉在酸性條件下可制成穿心蓮內(nèi)酯磺酸鈉，制備水溶性注射劑。,萜類的結(jié)構(gòu)類型及代表性化合物,萜類化合物,紫杉醇（taxol）是紅豆杉樹皮中提取的具有八元碳環(huán)的二萜成分，用于卵巢癌、乳腺癌和肺癌治療效果較好。,萜類的結(jié)構(gòu)類型及代表性化合物,紫杉醇,萜類化合物,萜類的結(jié)構(gòu)類型及代表性化合物,4、二倍半萜,二倍半萜（sesterterpenoids）是由5個(gè)異戊二烯單位構(gòu)成，含有25個(gè)碳原子的一類化合物。與其它萜類相比，二倍半萜類化合物數(shù)量少，來自天然的二倍半萜主要分布在羊齒植物、植物病原菌、海洋生物海綿、地衣及昆蟲分泌物中。其中海綿是二倍半萜的主要來源。,萜類化合物,萜類的結(jié)構(gòu)類型及代表性化合物,5、三萜,三萜類（triterpenoids）是由6分子異戊二烯聚合而成，含30個(gè)碳原子的萜類化合物，主要為四環(huán)三萜和五環(huán)三萜。三萜類化合物在自然界分布廣泛，是萜類化合物中最大的一類，多以游離狀態(tài)或成苷、酯的形式存在。許多常用的天然藥物中都含有三萜成分，如人參、甘草、三七、遠(yuǎn)志、麥冬、桔梗、柴胡、茯苓等。,萜類化合物,萜類的結(jié)構(gòu)類型及代表性化合物,6. 四萜及多萜,四萜（tetraterpenoids）是由8個(gè)異戊二烯單位構(gòu)成的鏈狀脂溶性色素，廣泛存在于植物界，主要以苷和酯的形式存在。最重要的是胡蘿卜素類和類胡蘿卜素類。多萜一般是指由8個(gè)或8個(gè)以上的異戊二烯單元頭尾聚合而成的化合物。如彈性橡膠和杜仲膠。,萜類化合物,三、萜類的理化性質(zhì),1. 性狀,低分子量的萜類化合物如單萜、倍半萜多為具有特殊香氣的油狀液體，具有揮發(fā)性，是揮發(fā)油的組成成分。分子量較大的萜類化合物為固體，多數(shù)可形成結(jié)晶，不具有揮發(fā)性。,2. 溶解性,萜類化合物多具親脂性，難溶或不溶于水，易溶于有機(jī)溶劑，如乙醚、三氯甲烷、丙酮、甲醇、乙醇等。,萜類化合物,萜類的理化性質(zhì),3. 化學(xué)反應(yīng),加成反應(yīng) 含有雙鍵和醛、酮等羰基的萜類化合物，可與鹵素、鹵化氫、亞硝酸氯、亞硫酸氫鈉和吉拉德試劑等發(fā)生加成反應(yīng)，其產(chǎn)物往往為結(jié)晶。 氧化反應(yīng) 不同的氧化劑在不同的條件下，能將萜類化合物中的不同基團(tuán)氧化，生成各種氧化產(chǎn)物。 脫氫反應(yīng) 脫氫反應(yīng)通常在惰性氣體的保護(hù)下，用鉑黑或鈀做催化劑，在200300將萜類成分與硫或硒共熱而實(shí)現(xiàn)萜類成分的環(huán)狀結(jié)構(gòu)脫氫。,萜類化合物,第二節(jié) 揮發(fā)油 volatile oils,一、 概述,含義 揮發(fā)油（volatile oils）又稱精油或芳香油，是指植物中一類具有芳香氣味能隨水蒸氣蒸餾，與水不相混溶的油狀液體的總稱。,揮發(fā)油,揮發(fā)油的分布 揮發(fā)油廣泛分布于植物界，在我國野生與栽培的芳香植物大約有56科136屬約300種。如菊科（蒼術(shù)、白術(shù)、佩蘭等）、蕓香科（橙皮、降香、檸檬等）、傘形科（川芎、小茴香、當(dāng)歸、柴胡等）、唇形科（薄荷、藿香、香藿、紫蘇、荊芥等）、樟科（樟木、肉桂等）、木蘭科（厚樸、八角茴香、辛夷等）、姜科（姜、姜黃、莪術(shù)、山柰等）等。,一、 概述,揮發(fā)油,存在部位 揮發(fā)油存在于植物的腺毛、油室、油管、分泌組織或樹脂道中。 大多數(shù)呈油滴狀存在，有些與粘液質(zhì)、樹脂相伴，少數(shù)以苷的形式存在，如：冬綠苷。 含量：一般在1%以下，也有少數(shù)含油量在10%以上，如丁香含丁香油高達(dá)14%21%。,一、 概述,揮發(fā)油,生物活性 祛風(fēng)解表活性：如薄荷油中的薄荷醇、薄荷酮等成分 止咳平喘活性：如牡荊、滿山紅、小葉枇杷揮發(fā)油等 抗癌活性：如莪術(shù)揮發(fā)油 降血壓活性： 如檀香、松節(jié)揮發(fā)油 活血鎮(zhèn)靜活性： 如當(dāng)歸、川芎揮發(fā)油 行氣開胃活性 ： 如砂仁、豆蔻、小茴香揮發(fā)油等,一、概述,揮發(fā)油,揮發(fā)油所含有的化學(xué)成分比較多，是一種混合物， 其組成主要包括下面幾類： 1. 萜類化合物 揮發(fā)油中的萜類成分，主要是單萜、倍半萜及其含氧衍生物，而含氧衍生物多具有較強(qiáng)的生物活性或芳香氣味，前面討論的單萜及倍半萜類化合物，除它們的苷、內(nèi)酯衍生物等外，幾乎在揮發(fā)油中均有存在。,二、揮發(fā)油的組成與分類,揮發(fā)油,2. 芳香族化合物 為一些小分子的芳香族成分，大多是具有C6-C3骨架的苯丙烷類衍生物，如桂皮油中的桂皮醛、丁香油中的丁香酚、茴香油中的茴香腦等。,揮發(fā)油的化學(xué)組成與分類,丁香酚,茴香腦,桂皮醛,揮發(fā)油,3. 脂肪族化合物 在揮發(fā)油中也存在某些小分子脂肪族化合物，如正癸烷，癸酰乙醛（魚腥草素）等。 4. 其他類化合物 魚腥草素 除以上三類化合物外，還有一些能通過水蒸氣蒸餾得到的揮發(fā)油樣物質(zhì)，如大蒜油、芥子油、揮發(fā)杏仁油等，也將其稱之為“揮發(fā)油”。,揮發(fā)油的化學(xué)組成及分類,揮發(fā)油,三、揮發(fā)油的理化性質(zhì),1. 狀態(tài)： 大多為無色或微黃色透明油狀液體，少數(shù)呈特別的顏色，如麝香草油顯紅色，苦艾油顯藍(lán)綠色等。 腦： 揮發(fā)油中含量高的成分，在低溫條件下，能以 固體狀態(tài)析 出，這種析出物稱 “腦”，如薄荷腦、樟腦、龍腦等。 脫腦油： 濾除析出物后的揮發(fā)油稱“脫腦油”或“素油”，如薄 荷油脫腦后的油稱薄荷素油，其中薄荷醇含量仍有50 左右。,揮發(fā)油,揮發(fā)油的理化性質(zhì),2. 揮發(fā)性：揮發(fā)油在常溫下滴在紙上可自行揮發(fā)而不留 下任何油跡，此點(diǎn)與脂肪油有著明顯差異。 3. 氣味：大多具有香氣或其他特異氣味，有辛辣 燒灼的 感覺。揮發(fā)油的氣味是其品質(zhì)優(yōu)劣的重要標(biāo)志。 4. 顏色：多數(shù)揮發(fā)油為無色或淡黃色的透明油狀液體，有 些揮發(fā)油因含奧類化合物或色素而有顏色，如： 洋甘菊油呈藍(lán)色。,揮發(fā)油,4. 溶解性： 難溶于水而易溶于親脂性有機(jī)溶劑，在高濃 度乙醇中全溶，在低濃度乙醇中只能溶解部分。 5. 穩(wěn)定性： 揮發(fā)油經(jīng)常與空氣、光線接觸會逐漸氧化變質(zhì)（樹脂化），使揮發(fā)油比重增加，粘度增大， 顏色變深，因此揮發(fā)油應(yīng)裝入棕色瓶內(nèi)低溫保存。,揮發(fā)油的理化性質(zhì),揮發(fā)油,6. 揮發(fā)油的物理常數(shù) 揮發(fā)油是混合物，無確定的物理常數(shù)，但揮發(fā)油中各組成成分基本穩(wěn)定，因此其物理常數(shù)有一定的范圍。折光率、比旋度、相對密度等物理常數(shù)是檢查揮發(fā)油的重要依據(jù)。 揮發(fā)油的折光率一般在1.431.61之間；比旋光度在+97+117范圍內(nèi)；相對密度在0.8501.065之間；揮發(fā)油沸點(diǎn)一般在70300之間。,揮發(fā)油的理化性質(zhì),揮發(fā)油,揮發(fā)油的理化性質(zhì),化學(xué)常數(shù),酸值 揮發(fā)油中游離羧酸和酚類成分含量的指標(biāo)。以中和1g揮 發(fā)油中游離酸性成分所消耗氫氧化鉀的毫克數(shù)表示。,酯值 揮發(fā)油中酯類成分含量的指標(biāo)。以水解1g揮發(fā)油中 所含酯所需要?dú)溲趸浀暮量藬?shù)表示。,皂化值 揮發(fā)油中所含游離羧酸和酚類成分和結(jié)合態(tài)酯總量的 指標(biāo)。以中和并皂化1g揮發(fā)油中含有的游離酸性成分與 酯類所需氫氧化鉀的毫克數(shù)表示。實(shí)際上皂化值是酸值 和酯值的總和。,揮發(fā)油,穩(wěn)定性 揮發(fā)油長時(shí)間與空氣、光線接觸，會逐漸氧化變質(zhì)，導(dǎo)致密度增大，顏色加深，失去原有香氣，并形成樹脂樣物質(zhì)，不能再隨水蒸氣蒸餾，故揮發(fā)油應(yīng)貯存于棕色瓶內(nèi)并在陰涼低溫處保存。,揮發(fā)油的理化性質(zhì),揮發(fā)油,四、 揮發(fā)油的提取與分離,（一）提取 【提取方法】 揮發(fā)油的提取方法有水蒸氣蒸餾法、溶劑提取法、壓榨法、吸收法、超臨界流體萃取法及微波萃取法等，其中以水蒸氣蒸餾法最為常用。,揮發(fā)油,揮發(fā)油的提取,1. 水蒸氣蒸餾法 利用揮發(fā)油的揮發(fā)性和與水不相混溶的性質(zhì)進(jìn)行提取。在加熱過程中，當(dāng)揮發(fā)油和水兩者蒸氣壓之和與大氣壓相等時(shí)，揮發(fā)油即可隨水蒸氣蒸餾出來。 水蒸氣蒸餾法：將水蒸氣通入待提取的藥材中，使揮發(fā)油和水蒸氣一起蒸出。 可避免過熱或焦化，但設(shè)備稍復(fù)雜。 共水蒸餾法：將粉碎好的藥材放入蒸餾器中，加水浸泡，直火煮沸，使揮發(fā)油 與水蒸氣一起蒸出。方法簡單，但受熱溫度高，有可能會使揮發(fā)油 溫度升高，影響產(chǎn)品質(zhì)量；,揮發(fā)油,2. 溶劑提取法 使用有機(jī)溶劑如乙醚、石油醚對含揮發(fā)油的藥材進(jìn)行回流提取或冷浸，提取液經(jīng)蒸餾或減壓蒸餾除去溶劑，即得含有揮發(fā)油的浸膏。此法提取得到的揮發(fā)油含雜質(zhì)較多，原料中的其他脂溶性成分如樹脂、油脂、蠟等也同時(shí)被提取出來。,揮發(fā)油的提取,揮發(fā)油,3. 壓榨法 適用于揮發(fā)油含量較高的新鮮植物藥材，如檸檬、橘、橙、柚子等的果皮經(jīng)直接壓榨，榨出液離心分層，即得揮發(fā)油粗品。 優(yōu)點(diǎn)是在常溫下進(jìn)行，所得揮發(fā)油保持原有的新鮮香味，但不足之處是產(chǎn)品不純，含有水分、黏液質(zhì)、色素、細(xì)胞組織等雜質(zhì)，且揮發(fā)油并不能完全壓榨出來，提取不完全。通常將壓榨后的藥材再進(jìn)行水蒸氣蒸餾，使揮發(fā)油提取完全。,揮發(fā)油的提取,揮發(fā)油,揮發(fā)油的提取,4. 超臨界流體萃取法 此法與其它揮發(fā)油的提取方法比較，具有防止氧化、熱解、無殘留溶劑、提取效率高、所得揮發(fā)油品質(zhì)高、芳香純正等優(yōu)點(diǎn)。如紫蘇中特有的香味成分紫蘇醛，紫丁香花中的獨(dú)特香味成分，均不穩(wěn)定，易受熱分解，采用二氧化碳超臨界流體提取所得芳香揮發(fā)油氣味與原料相同，明顯優(yōu)于其他方法。,揮發(fā)油,揮發(fā)油的提取,5. 吸收法,油脂一般具有吸收揮發(fā)油的性質(zhì)，往往利用此性質(zhì)提取貴重的揮發(fā)油，如玫瑰油、茉莉花油等。此法在室溫下使用特制的脂肪（無臭豚脂3份與牛脂2份的混合物）吸收揮發(fā)油，所得揮發(fā)油保持原有芳香氣味，純度高，但耗時(shí)長，操作麻煩。,6. 微波萃取法,近年發(fā)展的從天然產(chǎn)物中提取香料的一種新技術(shù)。微波萃取法是以微波輻射作為熱原進(jìn)行提取，具有設(shè)備簡單、提取效率高和提取時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)，有利于熱敏性成分提取。但該技術(shù)也存在不足之處，如提取成品的組成不穩(wěn)定，同時(shí)揮發(fā)性成分隨萃取時(shí)間延長而逐步散失。,揮發(fā)油,（二）揮發(fā)油的分離,1、冷凍結(jié)晶法 將揮發(fā)油置于020下放置，使含量高的成分析出結(jié)晶（腦），即可將腦與揮發(fā)油中的其他成分分離，得到結(jié)晶，再經(jīng)重結(jié)晶可得純品。 優(yōu)點(diǎn)：操作簡便。 缺點(diǎn)：分離不完全。,揮發(fā)油,揮發(fā)油的分離,2. 分餾法 揮發(fā)油的組成成分由于類別不同，它們的沸點(diǎn)也有差別，故可采用減壓分餾法初步分離。所得的每一餾分再進(jìn)一步精餾或結(jié)合冷凍、重結(jié)晶、色譜等方法，可得到單一成分。,揮發(fā)油,揮發(fā)油的分離,沸點(diǎn)高低與分子量、雙鍵數(shù)目及位置、含氧功能基極性有關(guān)： （1）倍半萜 含氧單萜 單萜烯烴 半萜 （2）單萜中：三烯 二烯 一烯 （3）含氧功能基極性：醚酮醛醇羧酸 酯比相應(yīng)的醇沸點(diǎn)高,揮發(fā)油,1. 低沸點(diǎn)餾程（35 -70）的餾分，為單萜烯類。 2. 中沸點(diǎn)餾程（70-100 ）的餾分：單萜烯含氧衍生物。 3. 高沸點(diǎn)餾程（100-140 ）為倍半萜及其含氧衍生物。,揮發(fā)油的分離,揮發(fā)油,3. 化學(xué)法 根據(jù)揮發(fā)油各組成成分結(jié)構(gòu)或官能團(tuán)的不同，選擇合適的化學(xué)方法進(jìn)行處理，使各成分達(dá)到分離的目的。,揮發(fā)油的分離,揮發(fā)油,揮發(fā)油,揮發(fā)油的分離,（1） 堿性成分的分離,揮發(fā)油,酸水層,溶于乙醚，1硫酸或鹽酸萃取,堿化，用乙醚萃取,乙醚層,除去乙醚,堿性成分,乙醚層（1）,揮發(fā)油,揮發(fā)油的分離,（2） 酸性及酚性成分的分離,乙醚層（1）,堿水層,5的碳酸氫鈉萃取,酸化，用乙醚萃取,乙醚層,除去乙醚,酸性成分,乙醚層,2的氫氧化鈉萃取,堿水層,酸化，用乙醚萃取,乙醚層,除去乙醚,酚類或其他弱酸性成分,乙醚層（2）,揮發(fā)油,揮發(fā)油的分離,（3） 醛酮成分的分離 常用亞硫酸氫鈉或吉拉德（Girard）試劑，使親脂性的羰基化合物（醛、酮成分）轉(zhuǎn)變?yōu)橛H水性的加成物而分離。 亞硫酸氫鈉只能與醛類和部分酮類成分形成加成物； 吉拉德試劑則對所有含羰基化合物都適用。,揮發(fā)油,揮發(fā)油的分離,（3） 醛酮成分的分離,乙醚層（2）,加30%40%NaHSO3或Girard試劑 低溫短時(shí)間振搖萃取,沉淀或水層,乙醚層（3）,加酸或堿分解加成物，乙醚萃取,乙醚層,除去乙醚,羰基化合物,水層,揮發(fā)油,揮發(fā)油的分離,揮發(fā)油,揮發(fā)油的分離,揮發(fā)油,揮發(fā)油的分離,揮發(fā)油,揮發(fā)油的分離,（4）醇類成分的分離,乙醚層