第十六章
中药提纯辅料在萜类成分的提取和分离纯化中的应用

第一节　萜类成分概述

萜类化合物（terpenoids）是一类骨架庞杂、种类繁多、数量巨大、结构千变万化又具有广泛生物活性的一类重要的天然药物化学成分。从化学结构来看，它是异戊二烯的聚合体及其衍生物，其骨架一般以五个碳为基本单位，少数也有例外。但是，大量的实验研究证明，甲戊二羟酸（mevalonic acid，MVA）才是萜类化合物生物合成途径中关键的前体物，而不是异戊二烯。因此，凡由甲戊二羟酸衍生且分子式符合（C ₅ H ₈ ） _n 通式的衍生物均称为萜类化合物。

萜类化合物常常根据分子结构中异戊二烯单位的数目进行分类，如单萜、倍半萜、二萜等（表16-1）。同时再根据各萜类分子结构中碳环的有无和数目的多少，进一步分为链萜、单环萜、双环萜、三环萜、四环萜等，例如链状二萜、单环二萜、双环二萜、三环二萜、四环二萜。萜类多数是含氧衍生物，所以萜类化合物又可分为醇、醛、酮、羧酸、酯及苷等萜类。

萜类化合物在自然界分布广泛，种类繁多，除主要分布于植物外，近年来从海洋生物中发现了大量的萜类化合物。据不完全统计，萜类化合物超过22 000种。在天然药物化学成分的研究中，萜类成分的研究一直是较为活跃的领域，亦是寻找和发现天然药物生物活性成分的重要来源。

本章主要介绍单萜、倍半萜、二萜、二倍半萜等萜类以及挥发油类化合物。三萜在自然界分布亦很广泛，一些常用的中药，如人参、甘草、柴胡、桔梗、远志等都含有三萜及其皂苷。由于三萜或三萜皂苷类化合物多含有一些特殊的生物活性，性质又独特，已另立专章叙述。

1.单萜类

单萜类（monoterpenoids）是由2个异戊二烯单位构成，含10个碳原子的化合物类群，广泛分布于高等植物的腺体、油室和树脂等分泌组织中，是植物挥发油的主要组成成分，在昆虫激素及海洋生物中也有存在。它们的含氧衍生物多具有较强的生物活性和香气，是医药、化妆品和食品工业的重要原料。有些单萜在植物体内以苷的形式存在，则不具有挥发性，不能随水蒸气蒸馏出来。

2.环烯醚萜类

环烯醚萜（iridoids）为蚁臭二酸（iridoidial）的缩醛衍生物。从化学结构看，环烯醚萜又是含有环戊烷结构单元，其性质具有一定特点的环状单萜衍生物。该类化合物含有取代环戊烷环烯醚萜（iridoid）和环戊烷开裂的裂环环烯醚萜（secoiridoid）两种基本碳架。

环烯醚萜及其苷类在植物界分布较广，以双子叶植物，尤其是唇形科、茜草科、龙胆科等植物中的分布相当广泛。据不完全统计，已从植物中分离并鉴定结构的环烯醚萜类化合物超过800种，其中大多数为苷类成分，非苷环烯醚萜仅占60余种，裂环环烯醚萜类30种。

3.倍半萜类

倍半萜类（sesquiterpenoids）是由3个异戊二烯单位构成，含15个碳原子的化合物类群。倍半萜主要分布在植物界和微生物界，多以挥发油的形式存在，是挥发油高沸程部分的主要组成成分，在植物中多以醇、酮、内酯或苷的形式存在，亦有以生物碱形式存在。

4.二萜类

二萜类（diterpenoids）是由4个异戊二烯单位构成，含20个碳原子的化合物类群。二萜广泛分布于植物界，植物分泌的乳汁、树脂等均以二萜类衍生物为主，尤以松柏科植物最为普遍。许多二萜的含氧衍生物具有多方面的生物活性，如紫杉醇、穿心莲内酯、丹参酮、银杏内酯、雷公藤内酯、甜菊苷等都具有较强的生物活性，有的已是重要的药物。除植物外，菌类代谢产物中也发现有二萜，而且从海洋生物中也分离到为数较多的二萜衍生物。

5.二倍半萜类

二倍半萜类化合物（sesterterpenoids）是由5个异戊二烯单位构成、含25个碳原子的化合物类群。1965年发现第一个二倍半萜。这类化合物在生源上是由焦磷酸香叶基金合欢酯（geranyl farnesyl pyrophosphate，GFPP）衍生而成，多为结构复杂的多环化合物。

第二节　萜类成分的理化性质

一、物理性状

1.形态　单萜和倍半萜类多为具有特殊香气的油状液体，在常温下可以挥发，或低熔点的固体。单萜的沸点比倍半萜低，并且单萜和倍半萜随分子量和双键的增加，功能基的增多，化合物的挥发性降低，熔点和沸点相应增高。可利用该规律性，采用分馏的方法将它们分离开来。二萜和二倍半萜多为结晶性固体。

2.味　萜类化合物多具有苦味，有的味极苦，所以萜类化合物又称苦味素。但有的萜类化合物具有强的甜味，如具有对映-贝壳杉烷骨架（ent-kaurane）的二萜多糖苷甜菊苷的甜味是蔗糖的300倍，其相关的甜味二萜葡萄糖苷的开发应用正受到重视。

3.旋光和折光性　大多数萜类具有不对称碳原子，具有光学活性，且多有异构体存在。低分子萜类具有较高的折光率。

4.萜类化合物亲脂性强，易溶于醇及脂溶性有机溶剂，难溶于水，但单萜和倍半萜类能用水蒸气蒸馏。随着含氧功能团的增加或具有苷的萜类，则水溶性增加。具有内酯结构的萜类化合物能溶于碱水，酸化后，又自水中析出，此性质用于具内酯结构的萜类的分离与纯化。

萜类的苷化合物含糖的数量均不多，但具有一定的亲水性，能溶于热水，易溶于甲醇、乙醇溶液，不溶于亲脂性的有机溶剂。

应注意，萜类化合物对高热、光和酸碱较为敏感，或氧化，或重排，引起结构的改变。在提取分离或氧化铝柱色谱分离时，应慎重考虑。

二、化学性质

1.加成反应

含有双键和醛、酮等羰基的萜类化合物，可与某些试剂发生加成反应，产物往往是结晶性的。这不仅可供识别萜类化合物分子中不饱和键的存在及不饱和的程度，还可借助加成产物完好的晶型，用于萜类的分离与纯化。

2.氧化反应

不同的氧化剂在不同的条件下，可将萜类成分中各种基团氧化，生成各种不同的氧化产物。常用的氧化剂有臭氧、铬酐（三氧化铬）、四醋酸铅、高锰酸钾和二氧化硒等，其中以臭氧的应用最为广泛。例如臭氧氧化萜类化合物中的烯烃反应，既可用来测定分子中双键的位置，亦可用于萜类化合物的醛酮合成。

3.脱氢反应

脱氢反应在研究萜类化学结构中是一种很有价值的反应，特别是在早期研究萜类化合物母核骨架时具有重要意义。在脱氢反应中，环萜的碳架因脱氢转变为芳香烃类衍生物，所得芳烃衍生物容易通过合成的方法加以鉴定。脱氢反应通常在惰性气体的保护下，用铂黑或钯做催化剂，将萜类成分与硫或硒共热（200～300℃）而实现脱氢，有时可能导致环的裂解或环合。

4.分子重排反应

萜类化合物中，特别是双环萜在发生加成、消除或亲核性取代反应时，常常发生碳架的改变，产生Wagner-Meerwein重排。目前工业上由α-蒎烯合成樟脑的过程，就是应用Wagner-Meerwein重排，再氧化制得。

第三节　萜类成分的提纯辅料及其应用方法

一、萜类成分的提纯辅料

萜类成分的提纯辅料包括溶剂（常用水、乙醇、甲醇、正丁醇提取，用氯仿、石油醚、乙醚、乙酸乙酯、异丙醇、正己烷等有机溶剂分离纯化）、吸附剂及色谱支持剂（常用氧化铝、硝酸银、硅胶、大孔树脂、聚酰胺、离子交换树脂等）、澄清剂（常用101果汁澄清剂、科阳1+1、ZTC1+1天然澄清剂）、无机酸碱类、助滤剂及过滤材料等几大类。

二、萜类成分提纯辅料的应用方法

萜类化合物虽然都由活性异戊二烯基衍变而来，但种类繁多、骨架庞杂、结构包容极广。其中低分子萜类多为挥发油，单萜中的环烯醚萜多为苷类；倍半萜除构成挥发油的组分外，以内酯多见；乌头烷型二萜却以二萜生物碱的形式存在。因此，萜类结构的千变万化，提取分离的方法也就因其结构类型的不同而呈现多样化。

（一）提取辅料的应用方法

在萜类化合物中，环烯醚萜以苷的形式较多见，而其他萜类则少见。环烯醚萜苷多以单糖苷的形式存在，苷元的分子较小，且多具有羟基，所以亲水较强，一般易溶于水、甲醇、乙醇和正丁醇等溶剂，而难溶于一些亲脂性强的有机溶剂，故多用甲醇或乙醇为溶剂进行回流提取。

非苷形式的萜类化合物具有较强的亲脂性，溶于甲醇、乙醇中，易溶于氯仿、乙酸乙酯、乙醚等亲脂性有机溶剂中。这类成分一般用乙醚、石油醚、汽油等有机溶剂冷浸提取，或用甲醇或乙醇提取后，再用亲脂性有机溶剂如乙酸乙酯、乙醚等萃取。

值得注意的是，萜类化合物尤其是倍半萜内酯类化合物容易发生结构的重排，二萜类易聚合而树脂化，引起结构的变化，所以宜选用新鲜药材或迅速晾干的药材，并尽可能避免酸、碱的处理。含苷类成分时，则要避免接触酸，以防在提取过程中发生水解，而且应按提取苷类成分的常法事先破坏酶的活性。

1.溶剂提取法

（1）苷类化合物的提取：

用甲醇或乙醇为溶剂进行提取，经减压浓缩后转溶于水中，滤除水不溶性杂质，继用乙醚或石油醚萃取，除去残留的树脂类等脂溶性杂质，水液再用正丁醇萃取，减压回收正丁醇后即得粗总苷。

（2）非苷类化合物的提取：

用甲醇或乙醇为溶剂进行提取，减压回收醇液至无醇味，残留液再用乙酸乙酯萃取，回收溶剂得总萜类提取物；或用不同极性的有机溶剂按极性递增的方法依次分别萃取，得不同极性的萜类提取物，再进行分离。

2.碱提取酸沉淀法

利用内酯化合物在热碱液中开环成盐而溶于水中，酸化后又闭环，析出原内酯化合物的特性来提取倍半萜类内酯化合物。但是当用酸、碱处理时，可能引起构型的改变，应加以注意。

（二）分离纯化辅料的应用方法

1.柱色谱法

（1）活性炭柱色谱法：

苷类的水提取液上活性炭吸附柱，先用水洗除水溶性杂质后，再选用适当的有机溶剂如稀醇、醇依次洗脱，回收溶剂，可能得到纯品。如桃叶珊瑚苷用此法分离纯化，效果极佳。

（2）大孔树脂柱色谱法：

将含苷的水溶液上大孔树脂柱，然后用水、稀醇、醇依次洗脱，然后再分别处理，也可得纯的苷类化合物，如甜叶菊苷的提取与分离：

（3）柱色谱法：

分离萜类化合物多用吸附柱色谱法，常用的吸附剂有硅胶、氧化铝等，其中应用最多的是硅胶，几乎所有的萜类化合物都可以选用硅胶作柱色谱的吸附剂，待分离物与吸附剂之比为1∶30～1∶60。

由于氧化铝在色谱分离过程中可能引起萜类化合物的结构变化，故选用氧化铝作吸附剂时要慎重，一般多选用中性氧化铝，待分离物与吸附剂之比为1∶30～1∶50。

此外，亦可采用硝酸银色谱法进行分离，因萜类化合物结构中多具有双键，且不同萜类的双键数目、构型和位置不同，与硝酸银形成π络合物的难易程度和稳定性也有差别，可借此达到分离。有时可借萜类化合物性质上的差异，联合使用硝酸银-硅胶或硝酸银-中性氧化铝柱色谱分离，以提高分离效果。

萜类化合物的柱色谱分离一般选用非极性有机溶剂，如正己烷、石油醚、环己烷、乙醚、苯或乙酸乙酯作洗脱剂。但使用单一溶剂往往达不到分离的效果，故在实践中多选用混合溶剂，而且应根据分离物质的极性大小来考虑。常用的溶剂系统有：石油醚-乙酸乙酯、石油醚-异丙醇，多羟基的萜类化合物可选用氯仿-乙醇作洗脱剂。

2.结晶法

有些萜类的萃取液回收到小体积时，往往多有结晶析出，滤除结晶，再以适量的溶媒重结晶，可得纯的萜类化合物。

3.澄清剂澄清法

提取的水混浊液可先用澄清剂将悬浮颗粒沉降，过滤澄明后再用萃取法或色谱法进一步分离纯化。

4.酶解纯化

提取液加入α-淀粉酶，将淀粉、多糖类杂质分解转化，以便过滤澄清，然后再用萃取法、色谱法等进一步分离纯化。

5.利用结构中特殊功能团，选用特定的辅料和方法进行分离纯化

可利用萜类化合物含氧功能团进行分离，如倍半萜内酯可在碱性条件下开环，加酸后又环合，借此可与非内酯类化合物分离；萜类生物碱也可用酸碱法（或离子交换树脂色谱法）分离；不饱和双键、羰基等可用加成的方法制备衍生物加以分离。

第四节　萜类有效成分提纯辅料及其应用方法的实例

一、穿心莲萜类有效成分的提取分离

穿心莲为爵床科植物穿心莲 Andrographis paniculata （Burm.f）Nees的干燥地上部分。原产亚热带地区，现国内华南、华东及西南均有栽培。穿心莲具有清热解毒、凉血、消肿的功效。用于感冒发热、咽喉肿痛、口舌生疮、顿咳劳嗽、泄泻痢疾、热淋涩痛、痈肿疮疡、毒蛇咬伤。

（一）主要成分及理化性质

主要含二萜内酯类化合物，以穿心莲内酯、新穿心莲内酯、去氧穿心莲内酯、脱水穿心莲内酯为主，其中穿心莲内酯含量最高。

1.穿心莲内酯（andrographolide）

异名穿心莲乙素，分子式C ₂₀ H ₃₀ O ₅ ，分子量350.44。无色方形或长方形结晶，味极苦。mp.230～231℃，易溶于丙酮、甲醇、乙醇，微溶于氯仿、乙醚，难溶于水、石油醚、苯。

2.新穿心莲内酯（neoandrographolide）

异名穿心莲丙素，穿心莲新苷。分子式C ₂₆ H ₄₀ O ₈ ，分子量480.58。无色柱状结晶，无苦味，mp.167～168℃。易溶于甲醇、乙醇、丙酮，微溶于水，较难溶于苯、乙醚、氯仿。

3.去氧穿心莲内酯（deoxyandrographolide）

异名穿心莲甲素。分子式C ₂₀ H ₃₀ O ₄ ，分子量334.44。无色片状（丙酮、乙醇或氯仿）或无色针状结晶（乙酸乙酯），mp.174～175℃，易溶于甲醇、乙醇、丙醇、氯仿，可溶于苯、乙醚。

4.脱水穿心莲内酯（dehydroandrographolide）

分子式C ₂₀ H ₂₈ O ₄ ，分子量332.42。无色针状结晶（30%或50%乙醇），mp.204℃，易溶于乙醇、丙酮，可溶于氯仿，微溶于苯，几乎不溶于水。

5.其他成分

高穿心莲内酯（homoandrographolide）、穿心莲酮（andrographon）、穿心莲烷（andrographan）、穿心莲甾醇（andrographosterin）、胡萝卜苷（daucosterol）、千层纸素A、汉黄芩素（wogonin）等。还含有甾醇皂苷、糖类、缩合鞣质等酚类物质。

（二）主要成分的提取分离

1.穿心莲中穿心莲内酯、新穿心莲内酯及去氧穿心莲内酯的提取分离

2.穿心莲中脱水穿心莲内酯等成分的提取分离

3.穿心莲内酯的提取分离

二、青蒿中萜类有效成分的提取分离

别名：臭蒿。为菊科植物黄花蒿 Artemisia annua L.的全草。分布于我国南北各地。青蒿性味苦、寒，功能清热凉血、退虚热、解暑，主治结核病潮热、疟疾、伤暑低热无汗，灭蚊。

（一）主要成分及理化性质

含多种倍半萜内酯：青蒿素、青蒿甲素、青蒿乙素、青蒿丙素、青蒿丁素、青蒿戊素，此外还有青蒿酸、青蒿酸甲酯、青蒿醇、棕榈酸、香豆素、莨菪亭、3，5-二羟基-6，7，3'，4'-四甲氧基黄酮醇、3，5，3'-三羟基-6，7，4'-三甲氧基黄酮醇、5-羟基-3，6，7，3'，4'-五甲氧基黄酮、5-羟基-3，6，7，4'-四甲氧基黄酮、廿八烷醇、廿九烷、廿五烷、廿三烷酮、β-香树脂醇乙酸酯、β-谷甾醇、豆甾醇、二肽化合物。其挥发油成分含有蒿酮，异蒿酮，桉叶酮，桉叶素，左旋樟脑，β-石竹烯，反式石竹烯，α-、β-蒎烯，莰烯，月桂烯，柠檬烯，γ-松油烷，α-松油醇，α-、β-、γ-榄香烯，反式-β-金合欢烯，顺式香苇醇，玷把烯，γ-衣兰油烯，乙酸龙脑酯，异戊酸龙脑酯等。

不同生长期，青蒿各部位的青蒿素含量是有变化的，根部不含青蒿素，茎中含量在0.1%以下，叶中5～6月含量为0.23%～0.37%，7～10月上旬为0.50%～0.72%，9月上、下旬（叶及花蕾）含量最高为0.69%及0.71%～0.72%，10月上旬果实含量为0.32%。

1.青蒿素（arteannuin）

异名黄花蒿素、artemisinin、qinghaosu。分子式C ₁₅ H ₂₂ O ₅ ，分子量282.14。针状结晶，mp.1 。易溶于氯仿、丙酮、乙酸乙酯，可溶于乙醇、乙醚，微溶于冷石油醚及苯，几乎不溶于水。

2.青蒿甲素（qinghaosuⅠ）

分子式C ₁₃ H ₁₈ O ₂ 。无色针状结晶，mp.190～191℃， °（C=0.02，氯仿）。

3.青蒿乙素（qinghaosuⅡ）

分子式C ₁₅ H ₂₀ O ₃ 。无色方形结晶，mp.151～153℃， °（C=1.01，甲醇）。

（二）主要成分的提取分离

1.青蒿叶中青蒿甲素与青蒿乙素的提取分离

2.青蒿叶中青蒿素与次甲基青蒿素的提取分离

3.青蒿中青蒿素的提取分离

（1）乙醚提取法

（2）稀醇提取法

（3）汽油转动浸提法

（4）二氧化碳超临界流体萃取法（SFE-CO ₂ ）：

将黄花蒿全草粉碎，装入萃取釜，采用二级分离，最佳萃取条件为：萃取压力为185MPa，萃取温度为40℃，分离器Ⅰ压力14MPa、温度60℃，分离器Ⅱ压力为6MPa、温度50℃，萃取时间以5小时为宜，二氧化碳流量以10～20kg/h为宜。

SFE-CO ₂ 萃取工艺的青蒿素平均收率比汽油提取工艺提高了1.9倍，全流程提取时间由120小时缩短约100小时，还可节约能源、劳动力及大量的有机溶剂等。

4.黄花蒿中青蒿素和豆甾醇的提取分离

三、银杏叶中萜类有效成分的提取分离

银杏树（ Ginkgo biloba L.）别名白果树、公孙树。为银杏科银杏属植物，为我国特产，以人工栽培为主，栽培地区南自广东，北至辽宁，东起江浙，西达陕西、甘肃，西南到四川、贵州、云南等省区。种子（白果）性味甘、苦、平，有毒。功能润肺、定喘、涩精、止带，主治支气管哮喘、慢性气管炎、肺结核、尿频、遗精、白带，外敷治疥疮。

（一）主要成分及理化性质

肉质的外种皮含对皮肤有刺激性的成分：白果酸、氢化白果酸、氢化白果亚酸、白果酚、白果二酚及白果醇，种仁含微量氢氰酸。叶含白果内酯A、B、C、M，银杏新内酯，黄酮类化合物：芸香苷、山柰酚-3-鼠李糖葡萄糖苷、山柰酚、槲皮素、异鼠李素、3'-O-甲基杨梅黄素-3-鼠李糖葡萄糖苷、银杏双黄酮、异银杏双黄酮、7-去甲基银杏双黄酮、5'-甲氧基-7-去甲基银杏双黄酮；其他尚含毒八角酸、甾醇、白果酮、芝麻素等。

（二）主要成分的提取分离

1.银杏叶中总黄酮提取方法

（1）溶剂法

1）丙酮提取法

2）甲醇提取法

（2）树脂色谱法

方法1：

方法2：

（3）酶解法

2.银杏内酯的提取分离

（1）溶剂萃取法

（2）树脂色谱法

四、甜叶菊中萜类有效成分的提取分离

本品为菊科植物甜叶菊 Stevia rebaudiana （Bert.）的叶。原产南美，现在我国北方地区多有引种。甜叶菊现在多作甜味剂，常用来泡茶或提取甜菊苷的原料。甜菊苷甜度高，低热、低糖、无毒，多用于食品工业及医药工业的甜味成分。

（一）主要成分及理化性质

甜叶菊中主要含四环二萜类化合物，如甜菊苷，甜菊苷A、D、E等。均具有甜味，比蔗糖甜300倍。总甜菊苷在干叶中的含量为6%。

1.甜菊苷（stevioside）

异名斯替维苷，mp.198℃，［α］ -39.3°（C=5.7，水）。吸湿性结晶。1g溶于800ml水，能溶于二氧六环，微溶于乙醇。

2.甜菊苷A、D、E

（二）主要成分的提取分离

甜叶菊中甜菊苷的提取分离

（1）大孔树脂柱色谱法

（2）离子交换树脂法 n7F/Q7ExvK5CuGLqqznL0Z9A/4htUnAHhJTFksvpxgoTtxEEbl5/Ew0p9uVJ1usy