大学之道—格物致知主讲：丁长江主讲：丁长江教授教授电话：电线邮箱：邮箱：dcjiang@163comdcjiang@163comQQQQ：：387（独钓寒江）有机化学实验有机化学实验实验目的：天然产物的制备与开发利用天然产物的制备与开发利用天然产物的主要成分天然产物的主要成分天然产物制备的一般方法和过程天然产物制备的一般方法和过程生物碱的制备方法生物碱的制备方法实验技术与方法实验技术与方法提取方法提取方法————溶剂萃取法溶剂萃取法分离与纯化技术与方法分离与纯化技术与方法——纯度检测与结构鉴定技术与方法纯度检测与结构鉴定技术与方法——科学实验的基本能力和素质科学实验的基本能力和素质20192019年年11月月1515日日22天天为造物之主！天然产物天然产物是指由动物、植物、海洋生物和微生物体内分离出来的生物次级代谢产物，以及生物体内源生理活性化合物。天然产物的研究天然产物的研究是生物资源开发利用的基础性研天然产物化学天然产物化学是以各类生物为研究对象，以有机化学为基础，以化学和物理方法为手段，研究生物次级代谢产物的提取、分离、结构功能、化学合成、化学修饰和用途的一门科学。20192019年年11月月1515日日3311（（11）糖和苷类：20192019年年11月月1515日日44（（22）苯丙素类：20192019年年11月月1515日日55（（33）醌类化合物：）醌类化合物：20192019年年11月月1515日日66（（44）黄酮类化合物：）黄酮类化合物：20192019年年11月月1515日日77（（55）萜类和挥发油：）萜类和挥发油：萜类：泛指由甲戊二羟酸MevalonicAcidMevalonicAcid衍生而来，且分子是符合Cn通式的衍生物挥发油：挥发油：指存在于植物体内的一类具有挥发指存在于植物体内的一类具有挥发性、可随水蒸气蒸馏、与水不相混溶的挥发性性、可随水蒸气蒸馏、与水不相混溶的挥发性油状液体的总称。含小萜类（半、单、倍半油状液体的总称。含小萜类（半、单、倍半萜）、芳香族、脂肪族易挥发物质等。萜）、芳香族、脂肪族易挥发物质等。20192019年年11月月1515日日88C15H22O5在中医记载中，对青蒿的使用是在中医记载中，对青蒿的使用是““熬汤熬汤””，温度超，温度超6060度之后对治疟有效的青蒿素分解失效。在度之后对治疟有效的青蒿素分解失效。在19711971年下年下半年，屠呦呦提出用提取青蒿素（的沸点半年，屠呦呦提出用提取青蒿素（的沸点为为346346度），提取物抗疟作用率达度），提取物抗疟作用率达95%95%到到100%100%，，此法对证明青蒿粗提物有效性起到关键作用。此法对证明青蒿粗提物有效性起到关键作用。20192019年年11月月1515日日9919691969－－19721972年间，年间，屠呦呦屠呦呦领导的领导的523523课题组发现并从课题组发现并从黄花蒿黄花蒿中提中提取了青蒿素。屠呦呦也因此获得取了青蒿素。屠呦呦也因此获得20112011年年拉斯克奖拉斯克奖临床医学奖临床医学奖。。20192019年年11月月1515日日1010（（77）甾体苷类：20192019年年11月月1515日日1111（（88）生物碱类：）生物碱类：是一类存在于生物体内的含氮的碱性有机化合物，一般均具有很强的生理活性。多数以盐的多数以盐的形式存在，少数以游离形式存在，也有以酯、形式存在，少数以游离形式存在，也有以酯、苷及NNOO化合物的形式存在。化合物的形式存在。20192019年年11月月1515日日121222研究天然产物的一般过程：研究天然产物的一般过程：提取提取分离纯化分离纯化结构鉴定结构鉴定提取方法：提取方法：溶剂萃取法溶剂萃取法、水蒸汽蒸馏法、升华法等、水蒸汽蒸馏法、升华法等溶剂萃取法：溶剂萃取法：加热萃取、微波和超声波辅助萃取、超临界二加热萃取、微波和超声波辅助萃取、超临界二氧化碳萃取等氧化碳萃取等溶剂选择最重要溶剂选择最重要20192019年年11月月1515日日9年年11月月1515日日1414正正丁丁醇醇大大亲脂性亲脂性大大小小亲水性亲水性小小大大33（（11）咖啡因等嘌呤碱的结构与性质）咖啡因等嘌呤碱的结构与性质20192019年年11月月1515日日15151,3,71,3,7－三甲基－－三甲基－2,62,6－二氧嘌呤。－二氧嘌呤。弱碱性；弱碱性；含结晶水含结晶水咖啡因无色针状晶体，无水咖啡因熔点为咖啡因无色针状晶体，无水咖啡因熔点为23452345溶于溶于氯仿氯仿125125％％、水22％％、乙醇、乙醇22％％等，室温苯中溶解等，室温苯中溶解度约为度约为11％，热苯中可达％，热苯中可达55％；％；受热具升华性，受热具升华性，100100即即失结晶水开始升华，失结晶水开始升华，120120显著，显著，178178升华很快。升华很快。（（22）茶叶中的茶多酚）茶叶中的茶多酚（（GreenTeaPolyphenolsGreenTeaPolyphenols，简称，简称GTPGTP））是茶叶中儿茶素类、黄酮类、酚酸类和花色素类化是茶叶中儿茶素类、黄酮类、酚酸类和花色素类化合物的总称，约占茶叶干重的合物的总称，约占茶叶干重的1515％～％～2525％。目前已经发现有十多种存在形式，结构上都是苯并目前已经发现有十多种存在形式，结构上都是苯并吡喃和没食子酯结合的衍生物。最重要成分是黄烷吡喃和没食子酯结合的衍生物。最重要成分是黄烷醇类的多种儿茶素（醇类的多种儿茶素（CatechinsCatechins）。能溶于水、乙）。能溶于水、乙醇、、乙酸乙酯，不溶于氯仿。易氧化，能与醇、、乙酸乙酯，不溶于氯仿。易氧化，能与钙、镁、锌等金属离子形成络合物沉淀。钙、镁、锌等金属离子形成络合物沉淀。20192019年年11月月1515日日9年年11月月1515日日1717（（33）咖啡因的提取工艺）咖啡因的提取工艺溶剂选择：乙醇、水、氯仿？溶剂选择：乙醇、水、氯仿？加热：电热套加热：电热套装置：索氏回流提取装置：索氏回流提取索氏提取优点：索氏提取优点：20192019年年11月月1515日日1818溶剂用量溶剂用量提取效率提取效率便于分离便于分离（（33）咖啡因的提取工艺）咖啡因的提取工艺提取步骤和技巧：提取步骤和技巧：滤纸筒（包 滤纸筒（包8g 8g茶叶末） 茶叶末） 勿忘加沸石 勿忘加沸石 如何加溶剂 如何加溶剂 加热 加热 提取时间 提取时间 2019 2019年年11月月15 15日日 19 19 提取等待期间作升华准备 提取等待期间作升华准备 （（44）咖啡因的分离与纯化 ）咖啡因的分离与纯化 蒸馏 蒸馏回收 回收大部分 大部分溶剂 溶剂——浓缩至 浓缩至55--10 10mL mL左右 左右 2019 2019年年11月月15 15日日 21 21 （（44）咖啡因的分离与纯化 ）咖啡因的分离与纯化 干燥 干燥—— ——分三步 分三步 加入生石灰： 加入生石灰： 水蒸气干燥： 水蒸气干燥： 20192019年年11月月15 15日日 22 22 开始阶段要控制温度 开始阶段要控制温度 并不断搅拌以免迸溅 并不断搅拌以免迸溅 开始阶段要控制温度 开始阶段要控制温度 并不断搅拌以免迸溅 并不断搅拌以免迸溅 咖啡因升华的关键技术要点 咖啡因升华的关键技术要点22：： 升华环节： 升华环节： 滤纸扎孔： 滤纸扎孔：范围不超过漏斗口，孔大小合适 范围不超过漏斗口，孔大小合适 漏斗： 漏斗：大小合适，颈部以脱脂棉塞堵 大小合适，颈部以脱脂棉塞堵 蒸发皿： 蒸发皿：边沿无污染，升华固体摊薄 边沿无污染，升华固体摊薄 密闭： 密闭：漏斗、滤纸、蒸发皿 漏斗、滤纸、蒸发皿 温度： 温度： 2019 2019年年11月月15 15日日 23 23 （（55）产品鉴定 ）产品鉴定 外观： 外观： 熔点测定： 熔点测定： 为防止升华，可制备其水杨酸盐（熔点 为防止升华，可制备其水杨酸盐（熔点137 137）） 光谱鉴定 光谱鉴定 2019 2019年年11月月15 15日日 24 24 下次实验：己二酸制备 技术准备：升华技术（ 技术准备：升华技术（sublimation sublimation）） 升华利用被纯化物质和杂质之间在熔点温度以下的 升华利用被纯化物质和杂质之间在熔点温度以下的 气态和固态的相变差异达到分离纯化目的的一种分 气态和固态的相变差异达到分离纯化目的的一种分 离纯化技术。 离纯化技术。 11、升华技术的基本原理： 、升华技术的基本原理： 升华技术包括升华和凝 升华技术包括升华和凝 华两个过程。一般无论 华两个过程。一般无论 气体是否经过升华，只 气体是否经过升华，只 要由气态不经液态直接 要由气态不经液态直接 凝华即为生化技术。 凝华即为生化技术。 2019 2019年年11月月15 15日日 25 25 22、升华技术的适用条件： 、升华技术的适用条件： 被提纯的固体化合物在低于熔点温度下具有较 被提纯的固体化合物在低于熔点温度下具有较 高的蒸气压（高于 高的蒸气压（高于2666Pa 2666Pa 即即20mmHg 20mmHg）； 固体化合物中杂质的蒸气压较低，有利于分固体化合物中杂质的蒸气压较低，有利于分 樟脑：樟脑：三相点温度 三相点温度179 179时蒸气压 时蒸气压49329Pa 49329Pa，其在 160160时蒸气压为 时蒸气压为291975Pa 291975Pa，在三相点温度以下 ，在三相点温度以下 蒸气压就已经很高。 蒸气压就已经很高。 萘：熔点熔点80 80时蒸气压为 时蒸气压为9333Pa 9333Pa。若将大量的萘 。若将大量的萘 全部变成蒸气需要加热到 全部变成蒸气需要加热到218 218，蒸气压达 ，蒸气压达01Kpa 01Kpa，， 萘开始沸腾。 萘开始沸腾。 熔点温度以下蒸气压较小的物质，可减压升华。 熔点温度以下蒸气压较小的物质，可减压升华。 2019 2019年年11月月15 15日日 26 26 33、升华装置与操作：控温很关键 、升华装置与操作：控温很关键 2019 2019年年11月月15 15日日 27 27 44、升华技术的特点： 、升华技术的特点： 产物纯度高 产物纯度高 损失较大，仅适于少量制备（ 损失较大，仅适于少量制备（11～～2g 2g以下 以下）） 2019 2019年年11月月15 15日日 28 28