执业中药师中药化学考试复习资料.pdf
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1、第一章总论 第一节绪论1.什么是中药化学?(中药化学的概念)中药化学是运用现代科学理论与方法研究中药中化学成分的一门学科。2.中药化学研究什么?中药化学研究内容包括各类中药的化学成分(主要是生理活性成分或药效成分)的结构特点、物理化 学性质、提取分离方法以及主要类型化学成分的结构鉴定等。此外,还涉及主要类型化学成分的生物合成 途径等内容。中药化学是专业基础课,中药化学的研究,在中医药现代化和中药产业化中发挥着极其关键的作用。3.中药化学研究的意义(注:本内容为第四节中药化学在中药质量控制中的意义)(1)阐明中药的药效物质基础,探索中药防治疾病的原理(2)阐明中药发放配伍的原理(3)改进中药制剂
2、剂型、提高临床疗效(4)控制中药及其制剂的质量(5)提供中药炮制的现代科学依据(6)开发新药、扩大药源(7)结构修饰、合成新药主要考试内容:1.中药有效成分的提取与分离方法,特别是一些较为先进且应用较广的方法。2.各类化合物的结构特征与分类。3.各类化合物的理化性质及常用的提取分离与鉴别方法。4.常用重要化合物的结构测定方法。5.常用中药材中所含的化学成分及其提取分离、结构测定方法和重要生物活性。6.常用中药材使用时的注意事项和相关的质量控制成分。课程主要内容:内容总论绪论中药化学成分的一般研究方法*各论生物碱*糖和昔*醍类*香豆素和木脂素*黄酮*菇类和挥发油*皂首*强心昔*主要动物药化学成分
3、*其他成分各论学习思路:某类天然成本生理活性 定义 结构生物合成途径 分类 理化性质 结构鉴定提取方#分离方本 I检识方也学习方法:1.以总论为指导学习各论。2.注意总结归纳,在掌握基本共同点的情况下,分类记忆特殊点。3.注意理论联系实际,并以药典作为基本学习指导。4.发挥想象力进行联想记忆。第二节中药有效成分的提取与分离一、中药有效成分的提取注意:在提取前,应对所用材料的基源(如动、植物的学名)、产地、药用部位、采集时间与加工方 法等进行考查,并系统查阅文献,以充分了解和利用前人的经验。溶剂法水蒸气蒸僧法煎煮法 浸渍法 渗漉法 回流法 连续回流法提取方法升华法超声法超临界流体萃取法(一)溶剂
4、提取法注意:一般如无特殊规定,药材须经干燥并适当粉碎,以利于增大与溶剂的接触表面,提高提取效率。补充:溶剂提取法的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。作用原理:溶剂穿透入药材原料的细胞膜,溶解可溶性物质,形成细胞内外的浓度差,将其渗出细胞 膜,达到提取目的。一般提取规律:菇类、笛体等脂环类及芳香类化合物因为极性较小,易溶于三氯甲烷、乙醛等亲脂性溶剂中;糖昔、氨基酸等类成分则极性较大,易溶于水及含水醇中;酸性、碱性及两性化合物,因为存在状态(分子或离子形
5、式)随溶液而异,故溶解度将随pH而改变,可用不同pH的碱或酸提取。补充:溶剂的选择。1)常见溶剂类型石油醴四氯化碳苯二氯甲烷氯仿乙醛乙酸乙酯正丁醇丙酮甲醇(乙醇)水。2)溶剂选择的原则(1)相似相溶,能最大限度地提取所需要的化学成分(2)不与有效成分反应(3)不溶共存杂质(4)节约成本:价廉、安全、易得、浓缩方便。常用亲水性提取溶剂溶剂优点缺点水对细胞穿透力强,提取效率高 安全、价廉、易得水杂质多、易变对含淀粉、粘液质多的药材不易过滤乙醇对药材组织穿透力强,效率高脂溶性杂质较多有选择性,不同浓度极性不同 可防腐、沸点低,易除去、较便宜 可抑制酶活性、大部分可回收利用有挥发性、易燃烧甲醇效率高于
6、乙醇毒性大、较贵提取方法a、煎煮b、浸渍法c、渗漉法d、回流e、连续回流(索氏提取)掌握不同提取方法原理、特点及适用的成分类型。1.煎煮法定义:中药材加水浸泡后加热煮沸。优点:简便。缺点:需加热,含挥发性成分及加热易破坏的成分不宜使用。多糖类成分含量较高的中药,用水煎煮后药液黏度较大,过滤困难,不宜使用。对亲脂性成分提取不完全。2.浸渍法定义:在常温或温热(6080)条件下用适当的溶剂浸渍药材,以溶出其中的有效成分的方法。优点:简便,适用于遇热不稳定的成分,或含大量淀粉、树胶、果胶、黏液质的中药。缺点:出膏率低;以水为溶剂时,提取液易发霉变质。3.渗漉法定义:不断向粉碎的中药材中添加新鲜浸出溶
7、剂,使其渗过药材,从渗漉筒下端出口流出渗漉液的方 法。基本过程:药材浸润一装筒一浸渍一渗漉。优点:适用于遇热不稳定的成分,或含大量淀粉、树胶、果胶、黏液质的中药。(似浸渍法,但提取 效率高于浸渍法)缺点:溶剂消耗量大;耗时长,操作麻烦。4.回流法与连续回流法定义:使用易挥发的溶剂加热回流或连续回流提取中药成分的方法.回蒜翻 球闻激蹶泰氏盘R)装置优点:效率较高。缺点:对热不稳定成分不宜使用;溶剂消耗量大、操作麻烦;耗时长。总结:方法 牌作 性点|缺点 性用药粉煎煮浸渍渗漉 回而连续回流5.水蒸气蒸馈法水蒸气蒸储法用于提取具有挥发性的、能随水蒸气蒸馄而不被破坏,且难溶或不溶于水的成分。适用成分:
8、挥发性(1 00C有一定蒸汽压);对水稳定;不溶于水;耐热。(如:中药中挥发油的提取常采用此法。)6.升华法固体物质在受热时不经过熔融而直接转化为蒸气,蒸气遇冷又凝结成固体的现象叫做升华。适用成分:游离羟基意指类成分,一些小分子香豆素类,有机酸类成分等。(如:樟木中的樟脑,茶叶中的咖啡因)7.超声提取法定义:采用超声波辅助溶剂提取的方法。超声波是一种强烈机械振动波,它是指传播的振动频率在弹性介质中高达20kHz的一种机械波。提取原理:超声波可产生高速、强烈的空化效和搅拌作用,能破坏药材的细胞,使提取溶剂渗透到药 材的细胞中,从而加速药材中有效成分溶解于溶媒中,提高有效成分的提取率。特点:不会改
9、变有效成分的化学结构;可缩短提取时间,提高提取效率。8.超临界流体萃取法定义:采用超临界流体为溶剂对中药材进行萃取的方法。超临界流体(SF):指处于临界温度(Tc)和临界压力(P c)以上,介于气体和液体之间的、以流动 形式存在的单一相态物质。密度与液体相近,而黏度与气体相近,扩散能力强。萃取选择性的决定因素:温度、压力、夹带剂的种类及含量。常用的提取物质:C02 NL、C2H6、C7H16、CCI2F2、N2O、SF6 等,实际最常用的为 C02。(1)C02超临界流体萃取的特点:简便、高效、无有机溶剂残留;安全,无污染;因萃取温度低,适用于对热不稳定物质的提取;萃取介质的溶解特性容易改变,
10、在一定温度下只需改变其压力;还可加入夹带剂,改变萃取介质的极性来提取极性物质;适于极性较大和分子量较大物质的萃取;萃取介质可循环利用,成本低;可与其他色谱技术联用及IR、M S联用,可高效快速地分析中药及其制剂中的有效成分。(2)局限性对脂溶性成分溶解能力强,而对水溶性成分溶解能力弱一一适用成分为脂溶性成分;设备造价高,成本高;更换产品时设备清洗困难。(3)夹带剂的作用夹带剂(e n tr ai n e r)作为亚临界组分,挥发度介于超临界流体与被萃取溶质之间,以液体形式和相对 小的量加入超临界流体中。作用:改善或维持选择性;提高难挥发溶质的溶解度。常用夹带剂:甲醇、乙醇、丙酮、乙月青等(对溶
11、质具有很好溶解性的溶剂也往往是很好的挟带)练习题最佳选择题对含有大量淀粉、树胶、果胶、黏液质中药的有效成分常选用的提取方法是A.浸渍法B.水蒸气蒸馈法C.煎煮法D.回流提取法E.升华法。答疑编号 5 63001 01 01【正确答案】A最佳选择题最常用的超临界流体是A.水B.甲醇C.二氧化碳D.三氧化二铝E.二氧化硅&答疑编号 5 63001 01 02【正确答案】C二、中药有效成分的分离与精制(-)根据物质溶解度差别进行分离L利用温度不同引起溶解度的改变进行分离主要包括:结晶与重结晶。结晶:将不是结晶状态的固体物质处理成结晶状态的操作。重结晶:从不纯的结晶经过进一步精制处理得到较纯结晶的过程
12、。原理:要分离物质在热的溶剂中溶解达到饱和,冷却时由于溶解度的降低,溶液因过饱和而析出晶体。结晶与重结晶操作提取或分离物溶于选择的溶剂,加热成W 饱和溶液,过滤溶液I 放置(冷藏)析晶,过滤 粗结晶I 重复上述操作(重结晶)结晶结晶用溶剂的选择:不与被结晶物质发生化学反应;对被结晶成分热时溶解度大、冷时溶解度小;对杂质或冷热时都溶解(留在母液中),或冷热时都不溶解(过滤除去);溶剂沸点较低,易挥发除去;无毒或毒性较小,便于操作。常用的重结晶溶剂:水、冰醋酸、甲醇、乙醇、丙酮、乙醛、三氯甲烷、苯、四氯化碳、石油酸和二 硫化碳等。(单用或混用)注意:用于重结晶溶剂用量需适当,用量太大会增加溶解,析
13、出晶体量少;用量太小在热过滤时会提 早析出结晶造成损失。一般可比需要量多加20%左右。结晶纯度的判定方法:(1)结晶形态和色泽:一个纯的化合物一般都有一定的晶形和均匀的色泽。(2)熔点和熔距:单一化合物一般都有一定的熔点和较小的熔距(12)。(3)色谱法:单一化合物用两种以上溶剂系统或色谱条件进行检测,均显示单一的斑点。常用的有纸 色谱、纸上电泳和薄层色谱。(5)其他方法:质谱、核磁共振等。单峰表示纯化合物,双峰表示不纯的化合物。2.利用两种以上不同溶剂的极性和溶解性差异进行分离在溶液中加入另一种溶剂以改变混合物的极性,使一部分物质沉淀析出,从而实现分离。水提醇沉法:在药材浓缩的水提液中加入数
14、倍量的乙醇稀释。(沉淀除去多糖、蛋白质等水溶性杂质。)醇提水沉法:在药材浓缩的水提液中加入数倍量的乙醇稀释。(沉淀除去树脂、叶绿素等水不溶性杂 质。)另:醇/酸法、醇/丙酮法。(可使皂昔沉淀析出,而脂溶性的树脂等杂质留在母液中)3.利用酸碱性(不同)进行分离对酸性、碱性或两性有机化合物来说,加入酸、碱以调节溶液的pH,改变分子的存在状态,从而改变 溶解度实现分离。酸提碱沉:生物碱等碱性成分。碱提酸沉:黄酮、葱醍类等酸性成分。内酯或内酰胺结构的成分可被皂化溶于水,借此与其他难溶于水的成分分离。4.利用沉淀试剂进行分离酸性或碱性化合物可通过加入某种沉淀试剂,使之生成水不溶性的盐类等沉淀析出。酸性化
15、合物+钙盐、银盐、铅盐一沉淀一 H2s气体一纯品碱性化合物+苦味酸盐、苦酮酸盐等(有机酸盐)一先加入无机酸,再碱化一纯品磷铝酸盐、磷鸨酸盐、雷氏镂盐等(无机酸盐)(二)根据物质在两相溶剂中的分配比(分配系数)不同进行分离常见的方法有简单的液-液萃取法和液-液分配色谱(LC或LLC)等。液一液萃取法的原理:1.分配系数K值溶质在任意不相混溶的两溶剂中的分配系数K:K=Cu/ClK:分配系数;G:溶质在上相溶剂中的浓度;Q:溶质在下相溶剂中的浓度(K在一定的温度及压力下为一常数)例:假定A、B两种溶质用三氯甲烷及水进行分配,A、B均为LO g,Ka=10,Kb=0.1,两相溶剂体积比VcHC13/
16、Vh20=1 t则一次振摇分配平衡后:水的密度小于三氯甲烷,故水为上相,三氯甲烷为下相A:Ka=Ch2o/CcHC13=10则90%以上的溶质A将分配到水中,不到10%分配到三氯甲烷中B:Kb=C1I20/CcHC13=0.1则不到10%的溶质B将分配到水中,90%以上的分配到三氯甲烷中2.分离因子分离因子B表示分离的难易B=Ka/Kb(注:Ka Kb)分离难易判定:B21 00,仅作一次简单萃取就可实现基本分离(如上例);1 00B21 0,通常需萃取1012次;BW 2,需萃取100次以上;即KA/KB/L则无法分离3.分酉己比与pH以酸性物质(HA)为例,其在水中的解离平衡及解离常数K可
17、用下式表示:两边取对数 HA+H.0。/一+H。I则:pKa=A岖a=pHTg 琮)酸性越强,Ka越大,pKa值越小。碱性越强,Ka越小,pKa值越大。通常酚类化合物的P Ka值一般为9.2-1 0.8,竣酸类化合物的pKa值约为5OH R-C00H(苯酚)(竣酸类化合物)若使该酸性物质完全解离,即使HA均转变为A-,则pH段pKa+2若使该酸性物质完全游离,即使A-均转变为HA,则pH也pKa-2(游离型极性小,易溶于小极性的有机溶剂;解离型极性大,易溶于水或亲水性有机溶剂)若pH 12(碱性条件)酸性物质解离形式(A-),极性大 碱性物质游离状态(B),极性小 4.液-液萃取与纸色谱a b
18、分离因子一弓)品。-5)%05.液-液分配柱色谱将两相中的一相涂覆在硅胶等多孔载体上作为固定相,填充在色谱管中,然后加入与固定相不相混溶 的另一相溶剂作为流动相来冲洗色谱柱。常用载体:硅胶、硅藻土及纤维素粉等。常用反相硅胶填料有:RP-2(-GH5)、RP-8(-C8Hl7)、RP-1 8(一G8H37)(1)正相色谱:固定性极性 流动相极性被分离物质极性越大(亲水性越强),越不易洗脱。固定相:强极性溶剂,如水、缓冲溶液等。流动相:弱极性有机溶剂,三氯甲烷、乙酸乙酯、丁醇等。适用物质:水溶性或极性较大的成分,如生物碱、昔类、糖类、有机酸等化合物。(2)反相色谱:固定性极性 流动相极性被分离物质
19、极性越小(亲脂性越强),越不易洗脱。固定相:可用石蜡油。流动相:水或甲醇等强极性溶剂适用物质:脂溶性化合物,如高级脂肪酸、油脂、游离笛体等。(3)加压液相柱色谱(了解,不做重点掌握)载体:多为颗粒直径较小、机械强度及比表面积均大的球形硅胶微粒,如Zi pax类薄壳型或表面多孔 型硅球以及Zor bax类全多孔硅胶微球。快速色谱(f las h ch r omatogr aph y,约 2.O ZXlO pa)、低压液相色谱(LP LC,20.2X1 0”)等。分析用HPLC制备用HPLC_Lobar低压柱色谱_快色柱色谱(flash chromatography)中压柱色谱Ug-1mgI|g1
20、0mg 10Omg 1 g各种加压液相柱色谱的大体分离规模(三)根据物质的吸附性差别进行分离物理吸附:靠分子间力吸附。无选择性,吸附与解吸附过程可逆,快速。如硅胶、氧化铝、活性炭吸附。化学吸附:靠化学反应吸附。有选择性,吸附牢固,部分不可逆。如碱性氧化铝吸附黄酮等酚酸性物质。半化学吸附:介于物理吸附与化学吸附之间,力量较弱。如聚酰胺对黄酮类、醍类等化合物之间的氢键吸附。1.物理吸附规律一一极性相似者易于吸附硅胶、氧化铝为极性吸附剂,特点:(1)对极性物质具有较强的亲和能力。故同为溶质,极性强者将被优先吸附。(2)溶剂极性越弱,则吸附剂对溶质将表现出越强的吸附能力;溶剂极性增强,则吸附剂对溶质的
21、吸 附能力即随之减弱。(3)溶质即使被硅胶、氧化铝吸附,但一旦加入极性较强的溶剂时,又可被后者置换洗脱下来。活性炭因为是非极性吸附剂,故与硅胶、氧化铝相反,特点为:(1)对非极性物质具有较强的亲和能力,在水中对溶质表现出强的吸附能力。(2)溶剂极性降低,则活性炭对溶质的吸附能力也随之降低。故从活性炭上洗脱被吸附物质时,洗 脱溶剂的洗脱能力将随溶剂极性的降低而增强。2.极性及其强弱判断所谓极性乃是一种抽象概念,用以表示分子中电荷不对称(as s y mme tr y)的程度,并大体上与偶极矩(d i pole mome n t)、极化度(polar i zabi li ty)及介电常数(d i
22、e le ctr i e con s tan t)等概念相对应。(1)化合物结构中官能团的极性强弱:官能团的极性RR-COOH.1+NHCH-COO-大氨基酸Ar-OHCHOH-OH r,11CH-OHr-nh2,r-nh-rr-n-r7 极1R 枇|性HO-CH|R-CO-N-RCH-OH 1R-CHO1 CH-OHR-CO-R,1R-CO-OR,小CH20H 葡萄糖R-Hch3-(ch?)16-cooh 硬脂酸(2)含官能团的种类、数目及排列方式等综合因素对化合物极性的影响化合物中所含正电或负电等电性基团越多,极性越强(如氨基酸强极性)。化合物所含的极性基团数目越多,极性越强(葡萄糖极性强
23、于鼠李糖)。所含极性基团相同时,非极性基团越多,极性越弱(如高级脂肪酸极性弱)。酸、碱及两性化合物,游离型极性弱,解离型极性强,存在状态可随pH改变。(3)化合物极性与介电常数化合物极性大体可依据介电常数()的大小判断,越大,极性越强。3.简单吸附法的应用(1)用于化合物的精制:结晶与重结晶过程中加入活性炭脱色、脱臭。溶剂e水溶度度/100g)极性己烷1.880.007弱苯2.290.06乙酸(无水)4.4 71.3三氯甲烷5.200.1乙酸乙酯6.113.0强乙醇26.0甲醇3 1.2水81.0注意:有时拟除去的色素不一定是亲脂性的,故活性炭脱色不一定总能收到良好的效果。一般须根据 预试结果
24、先判断色素的类型,再决定选用什么吸附剂处理为宜。(2)用于化合物的浓缩:如活性炭吸附浓缩一叶萩碱。4.吸附柱色谱法用于物质的分离(1)吸附剂及用量主要吸附剂:硅胶、氧化铝。用量:一般为样品量的3060倍。样品极性较小、难以分离者,吸附剂用量可适当提高至样品量的100200倍。规格:通常为100目左右。如采用加压柱色谱,还可以采用更细的颗粒,或甚至直接采用薄层色谱用规格。(2)拌样及装样硅胶、氧化铝吸附柱色谱,应尽可能选用极性小的溶剂装柱和溶解样品,以利样品在吸附剂柱上形成 狭窄的原始谱带。如样品在所选装柱溶剂中不易溶解,则可将样品用少量极性稍大溶剂溶解后,再用少量吸附剂拌匀,并 在60下加热挥
25、尽溶剂,置P 205真空干燥器中减压干燥、研粉后再小心铺在吸附剂柱上。(3)洗脱洗脱溶剂宜逐步增加,但跳跃不能太大。实践中多用混合溶剂,并通过巧妙调节比例以改变极性,达 到梯度洗脱分离物质的目的。注意:一般,混合溶剂中强极性溶剂的影响比较突出,故不可随意将极性差别很大的两种溶剂混合在 一起使用。实验室中最常应用的混合溶剂组合如表所示:吸附柱色谱常用混合洗脱溶剂己烷苯苯乙醛极苯乙酸乙酯性三氯甲烷乙醛递三氯甲烷乙酸乙酯 三氯甲烷甲醇日 丙酮-水甲醇-水(4)添加溶剂的选择分离酸性物质:选用硅胶(显酸性),洗脱溶剂加入适量乙酸,防止拖尾。分离碱性物质:选用氧化铝(显弱碱性),洗脱溶剂加入适量氨、毗咤
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