绪论 中药现代化在半个多世纪以来,一直沿着两条主线进行着。一条路是沿着 中医药传统的路子,在千百年来中医长期在大人群的临床观察和探索中所总结 的理论和实践的丰厚积淀基础上,利用现代科学技术(主要是技术)开发新药, 包括经典方剂的剂型改造,并形成了当前中药产业的主流。这条主线建立在继 承的基础上,它的任应该是如何科学地、审慎地、富有创新精神地继承,并 在继承的基础上发扬和创新。继承就是承上启下,承上必须读古书,而且要认 真读,启下就是将千百年来通过大人群的临床观察和历代中医大家的细心参悟 总结的宝贵遗产接过来,利用现代科技赋予它新的生命力而传下去,这是一项 相当艰巨的任务和巨大的系统工程。另一条路则是利用现代的科技知识将中药 从中医体系中剥离出床,当做挖掘化学活性成分的资源,用非常精致的手段将 其中所含的化学成分一一分离,研究其化学结构和药理活性,选取有开发价值 的活性物质,研制新药,目前虽然还没有形成中药产业的主流,但近年来,由 于现代化学、生命科学、分子生物学等高新科技的迅猛发展,这方面进展十分 迅遠。因此不论从继承和发扬传统的角度,还是从“中药西用”的角度,目的 都是使中药为全人类的健康服务,都需要褐示中药内在的物质基础,中医理论 基木上属于形而上的东西,但是它需要形而下的物质基础来不断地验证和发展 形而上的内容。而现代科研工作者也可以通过这个过程了解古人想的到底是什 么。所以揭示活性物质基础可能就是“传统”和“现代”衔接的一个结合点 从一个极为复杂的药材中分离出一个单体成分,而且药理实验又证明它具有活 性,这在陈克恢光生那个年代是何等令人澈动的新鲜事物!麻黄素的出现从单 化学物质的提取命离和结构测定,结合药理实验证明了麻貴之所以有平喘作 用的物质基础。20世纪70年代贵蒿素的出现又解决了何以古代木草关于青蒿鲜 草可以“截疟”的源头,而且通过化学结枘的修饰,使疗效提高,副作用降低 成为可能。当然,复方的有效物质研究要复杂得多,不可能一蹴而就,但是, 复方物质基础的研究仍然离不开对其中所含的单一化学成分的充分了解,目前 有一种研宄“有效物质鲜”的趋势,这源于复方肯定是多种成分要同协调作用 的结果的想法,作为第一步,或者也可以说是必须的一步,先将“有效物质群” 拿下来,再逐一分离、鉴定和进行药理研究。不管这种做法能否成功地阐明中 医经典复方本来的功能与主治,但是至少是使复方的这一“黑箱”变得比较透 明一些,譬如将它变成一个“灰箱”,然后逐渐使其“成康”降低,透明度提 高。这些自然是离不开提取分离与结构测定。又譬如目前正在实践中的中药色 谱指纹图谱作为质量控制的手段,用一个完整的色谱显现出的物质鲜的组成
评价一个中药内在质量,无论如何比选择一个单体化合物来评价它的质量来得 合理ε但是由于中药成分太复杂,第一阶段的指纹图谮难以将色谱的各个峰的 信息都揭示清楚,甚至还很不清楚,现阶段只是将它看作一个整体性的质量评 价模式( wholeness-targeted quality assessment mode),评价上市的商品质量是 否一致和稳定,进一步的发展必然是要将指纹图谱的这种模糊性降低(中药本 身天然的模糊性以及中医在临床应用的模糊性是另一范畴的问题),这一点虽然 可以通过色谱的在线裣测提供信息,譬如色谱-质谱联用技术、乞谱-核磁共振技 术等,但是,许多场合还是不能完全脱离提取、分离,拿到其单体化合物来最 后确认。因此,提取-分离-化学结构鉴定是硏究中药有效物质基础的不可或缺的 技术和手段。 提取、分离技术是植物化学研究古老的技术之一。但是所用的具体手段和 工具,则随着时间的推移和科技的不断发展与进步而逐步提高。譬如溶剂萃取, 从直接加热回流提取、渗漉提取到遜流萃取、超声波萃取、微波萃取、超临界 二氧化碳萃取……,经过了几代人的努力不断地向前发展。分离也从液液萃取 发展到固液萃取、高速离心、超临界萃、徼孔滤膜过滤等,而且有些已经进 入工业规模的实用阶段。作为分析规模的分离萃取手段如固相微萃取(SPME 较之常规的水蒸气蒸馏作为分析样品的手段更具优点,而且应用日广,本书也 做了相应的介绍。详細的应用报告在http://www.Spmecentral-sigma Aldrich.htm网页上可以查到。书中有关分离、精制等章节中一些基本的介绍 和图例可能偏“旧”,设各肴起来“简陋”一些,这是出于各种不同层次读者的 考虑。精细的、高级的设各也是源于简陋的设各,道理应该是相通的。更为着 重的是实际应用的经验,经验是通过不断的 trial and error总结出来的,教科书 上不大看得到,但对读者是十分有益的。初学者可以学到书本上没有的内容, 熟练科技人员可以相互交流和沟通。譬如一个项目的提取分离的设计方案就是 个需要经验积累的问题,设计不周,就要走弯路。譬如有一种药材,它的主 要活性成分是水溶性较强的組分,设计实验是起始溶剂用水煎煮,浓缩到一定 程度过滤,但是由于没有经验,这一药材中还富含淀粉和黏液质,结果造成无 法过滤,而中断试验。又如大孔树脂的选型也有讲究,不是所有的药材都用譬 如υl01就可以解决问題。另外就是细心观察试验过程的細节和微妙的变化,甚 至是意外的现象都不要轻易错过。譬如广藿香酮( pogostone),是在提取广藿香 挥发油的过程中,无意之间发现意外的挥发油变色(蓝绿色)和变稠现象,像」 是油被污染,仔细(关键就在于“仔细”)观察和追溯,发现油的变色与蒸馏器 械有铜管接触所致,一般情况是作为“废品”处理,但是思之再三,不甘心于 这种“失败”,有意(原来是无意观察,现在是有意试验)在燕油时加入铜离 子,结果得到可以重现的结果,将经精制,得到蓝色的结晶,经结构测定,很 快确定了它的吡喃酮的结构。较之国外同时期用分子蒸馏获得广藿香酮要简便
得多,而且由此还设计了简单快速、专属性强、利用其与铜离子络合的特点可 以形成蓝色结晶的显微结晶鉴别试验,以及与三价铁络合形成紫色的薄层色谱 鉴别试验,收载于中国药典。这个简单的实例说明了一个道理,凡事细心,勤 于思考,手脑并用,取舍得宜;切忌志大才巯,好高骛远 植物药中常见的许多活性化学成分的结构确认现在已经基本不威问题,而 且如果液相色谱质谱在线检测,給出的信息很多可以得到答案,尤其是第一手 报道的文献数据比较齐仝的话,就更容易一些。如果目的就是要分离得到单一 的纯品,那仍然需要分离和精制,得到纯品以后,进行化学结构的测定。过去 测定结构,最常用的“四大光谱”(质谱和核磁典振应该称做波谱,四大光谱是 习惯称谓)需要的样品量比较大,测定的时间也较长。随着波谱技术和仪器的 快速发展,结构测试技术是日新月异,发展极为迅速。仅就本书着重介绍的核 磁共振技术而言,今日之NMR已非昨日之NMR。现代的波谱仪可使用的脉冲 序列已达百种之多,也就是说可以测定几百种图语。需要的样品量也越来越少 仪器的磁场已可高达800MHz,解决了过去化学位移值非常接近的峰无法进 步确认结构细节的难題。时至今日,一些很基本的波谱(包括光谱)基本知识 性的内容已无需过多地重复,我们的重点是放在实际从事结构测定时的实践经 验。本书中举出的某些结构鉴定的例子所采用的大部分图谱与一些参考书的不 同点在于这些图谱基本上都是近几年实际测定的图谱,也就是说为了反映实验 室常規测试的实际情况,有些图谱我们没有刻意地将图谱进行优化,因此没有 消除所有的假象信号,有些图谱中还存在由于样品不够纯而产生的杂质信号 由子没有进行测定参数的优化,致使弱的相关峰缺失,达在日常图谱测定中是 常见现象。这种图谱虽然不完美,但对于尚缺少经验的初学者来说是有意义的, 起码让读者知道有些2DNMR图谱(如 NOESY、 TOCSY、HMBC、 COLOC 等)往往并非一次测定就可以达到满意的果。同时有意把所采用的NMR实验 服制在实验室常规测定的一些技术项目内,并且这些技术已证明在波谱仪上不 需要复杂的实验操作(比如需要多次优化实验参数)和不需要耗费大多的实验 时间,同时图谱的解析也比较容易。本书期望能够证明,这些为数不多的基本 实验在结构分析中具有巨大的潜力。除常规实验外,书中还介绍了更为复杂的 NMR实验如 HMQC- TOCSY等,事实证明这些NMR实验对解决复杂天然物结 构具有强大的威力。尤其第三篇第十章结构测定的战略战术,内容尽量结合实 际深入浅出地通过实例说明当遇到一个结构测定任务时首先如何做到胸有成竹, 如何处理背景信息,特别是一些看似蛛丝马迹的信息,如何搜集和验证,恰当 地评价和综合使用,这些都需要经验的积累。尤其有的文献报道的数据有问题 时更是考验自己工夫深浅的关键问題,譬如现在不少GC-MS分析中药挥发油的 文章,因为GC-MS有相当强大的MS数据库可以在线检测并给出匹配结果,但 是有些时候,给出的结釆从常识判断都会发现值得怀疑的情形,但是如果不结
合样品的实际情况、不深入地查阅文献并加以反复核对和思考,对仪器给出的 结果“照单全收”并公之于众,很可能出现麻烦。有些文献报道的核磁共振波 谱数据,可能因为较早发表,当时的仪器性能不高,有的数据可能有误或者不 够精确而导致结构推导的错误,运用起来就要慎重,特别用波谱比较法推导结 构细节时尤为重要。而对于没有多少数据信息可资参考的化合物,如何设计分 予片断结构的确认的策略就很要紧。如果有人委托你测定一个化合物的结构, 而没有提供任何线索,推斷分子的骨架就成了首当其冲的任务,从策略上讲, 首先应该是根据可以测得的常数数据和理化特性,大致提出一个假定骨架结构, 再从获得的波谱图,如NMR图谱中有规律可循的化学位移和谱线分布特征判断 其结构骨架类型。第十章中的一个例子就是一个一无所知的“盲样”如何一步 步地初步推断其化学结构的骨架和细节的经验。第十一章的举例对如何进行 结构测定的具体描述,对开始从事结构测定的新手是很有用的内容。总之,面 对一个化合物的结构测定,如何运筹帷幄,剥茧抽丝,综合分析,是一个结构 测定“将才”所必须具备和长期积累的必备条件。 中药活性成分的提取、分离、提纯、结构测定都是手段,手段必须服从于 目的。我们研究中药的目的是阐述长期的中医临床实践经验的究竟,用于生产 实践的指引;作为我掘新药的资源;为了更有效地控制质量。如何恰如其分地 利用这些技术手段,多快好省地达到我们预期的目的,希望本书有助于这一目 的的这到
第一篇天然有机化合物提取技术 天然有机化合物的提取方法很多,按形成的先后和应用的普遍程度可分为经典 提取方法和现代提取方法。经典提取方法是指出现比较早,技术较成熟,已经得到 普遍应用的传统提取方法。经典提取方法主要冇溶剂提取法、水蒸气蒸馏法、分子 蒸馏法等。溶剂提取法有浸漬法、渗漉法、煎煮法、回流提取法、连续提取法等。 经典提取方法往往不需要特殊的仪器,因此应用比较普遍。现代提取方法是以现代 先进的仪器为基础或新发展起来的提取方法。主要有超临界流体革取技术、超声波 提取技术、微波提取技术、仿生提取技术、酶法提取技术、加压流提取法、因相 微萃取技术等。本篇将对这些提取方法的基本原理、操作技术及实际应用进行比较 详细的潮述。 第一章经典提取技术 第一节溶剂提取法 溶剂提取是根据原料中被提取成分的极性、共存杂质的理化特性,遵循相似相溶的原 则,使有效成分从原料固体表面或组织内部向溶剂中转移的传质过程。即溶剂从溶剂主体传 递到固体或组织的表面,溶剂扩散渗入固体内部和内部微孔隙内,化学成分溶解进入溶剂, 通过固体徽孔隙通道中的溶液扩散至表面,成分从固体表面传递到溶剂主体。 近年来随着现代科学技术的发展,超临界提取、超声波提取、微波提取、酶法提取、仿 生提取、富集提取、絮凝提取、空气爆破等新的提取技术在医药、化工、农业、食品、石油 等领域已逐步得到应用,大大缩短了对天然产物有效成分提取时间,提高了提取效率。但由 于这些提取方法往往需要先进的仪器或严格的操作技术,目前尚未得到普及应用,因此经典 提取方法仍然非常重要。 、提取溶剂的选择 (一)溶剂的选择依据 用溶剂提取活性成分时,选择适宜的溶剂是关键,溶剂选择合适就能顺利地把有效成分 提取出来,如果选择不当很难把有效成分提取完全甚至提不出来。适宜的溶剂应符合以下要 求:对目标成分溶解性大,对共存杂质溶解性小;不与目标成分起化学反应;价廉、易得 5