中藥化學第九單元結晶課件

第九單元結晶第九單元結晶1結晶法

鑒定中藥化學成分，研究其化學結構，必須首先將中藥成分制備成單體純品。在常溫下，物質本身性質是液體的化合物，可分別用分餾法或層析法進行分離精制。通常情況下大多數(shù)天然藥物化學成分在常溫下是固體物質，具有結晶的通性。若物質能夠形成結晶，則代表其純度達到了相當程度。研究中藥化學成分時，一旦獲得結晶，就能有效地進一步精制成為單體純品。純化合物的結晶有一定的熔點和結晶學的特征，有利于鑒定。如果鑒定的物質不是單體純品，不但不能得出正確的結論，還會造成工作上的浪費。獲得結晶并制備成單體純品，是鑒定天然產物成分、研究其分子結構的重要一步。結晶法是分離純化固體成分的重要方法之一。結晶法2晶體的特性:（1）晶體的自范性。（2）晶體的均勻性（3）晶體的各向異性晶體的特性:3（1）晶體的自范性。

晶體具有自發(fā)地生長成為結晶多面體的可能性，即晶體常以平面作為與周圍的分界面，這種性質稱為晶體的自范性。

晶體為化學性質均一的固體，且具有規(guī)則的晶型。晶體在形成過程中，其分子、原子或離子按一定方式排列，形成有規(guī)則的多面體外形，稱為結晶多面體。（1）晶體的自范性。4

（2）晶體的均勻性

晶體中每一宏觀質點的物理性質和化學組成以及每一宏觀質點的內部晶格都相同，這種特性稱為晶體的均勻性。（2）晶體的均勻性5（3）晶體的各向異性晶體的幾何特性及物理效應一般說來常隨方向的不同而表現(xiàn)出差異，這種性質稱為各向異性。（3）晶體的各向異性6

不同物質具有不同的晶型。同一物質由于結晶條件不同，所形成晶體的形狀、大小、顏色等也可能不同，其溶解度也不同。在結晶過程中，根據(jù)物質的不同溶解度與不同的晶型，創(chuàng)造相應的結晶條件，可使物質從溶液中以純凈結晶析出。注：而有些物質從水溶液中析出結晶時，以具有一定晶型的晶體水合物析出。如葡萄糖含有一分子結晶水(C6H12O·H2O)、氨茶堿含有兩分子結晶水(C16H24O4N10·2H2O)、硫酸鎂含有七分子結晶水(MgSO4·7H2O)。

不同物質具有不同的晶型。同一物質由于結晶7結晶基本原理

利用不同溫度可引起物質溶解度改變的性質來分離混合物中的不同成分。結晶：不是結晶狀態(tài)的固體物質處理成結晶狀態(tài)的操作稱為結晶。此時，形成的晶體一般還含有較多的雜質。重結晶：不純的結晶進一步精制成較純的結晶的過程稱為重結晶。結晶基本原理8結晶過程的相平衡

主要是指溶液中固相與液相濃度之間的關系，該平衡關系可用固體在溶液中的溶解度來表示。溶解度飽和溶液不飽和溶液過飽和溶液結晶過程的相平衡9溶解度：

在一定溫度下，任何一種物質溶解在某一定量的溶劑中，都有一個最大限度，即只能達到一個最大濃度。通常規(guī)定在一定溫度下，某物質在100g溶劑中所能溶解的最大克數(shù)，為該物質在此溫度下的溶解度。也稱為飽和濃度。該狀態(tài)的溶液稱為飽和溶液。

溶解度：10影響物質的溶解度的因素：物質的化學性質pH值溫度溶劑的種類溶劑的組成離子強度

影響物質的溶解度的因素：11當某一物質在特定的溶劑中溶解時，其溶解度主要隨pH值、溫度而變化。大多數(shù)物質的溶解度隨溫度的升高而增大。也有一些物質對溫度不敏感。還有少數(shù)物質(如螺旋霉素的溶解度隨溫度升高而下降。當某一物質在特定的溶劑中溶解時，其溶解度主要隨12飽和溶液：如果溶液中溶質的含量等于溶解度，則此溶液稱為飽和溶液，

此時溶液處于飽和狀態(tài)，既沒有固體溶解，也沒有溶質從液相析出，溶液仍呈單一液相。飽和溶液：13不飽和溶液：在一定溫度下，如果溶液中溶質的含量小于溶解度，該溶液稱為不飽和溶液。

此種情況下溶質完全溶解在溶劑中，溶液呈單一液相狀態(tài)。不飽和溶液：14過飽和溶液：如果溶質含量超過溶解度，則此溶液稱為過飽和溶液，

此時溶液處于過飽和狀態(tài)。過飽和狀態(tài)下的溶液是不穩(wěn)定的，也可稱為“介穩(wěn)狀態(tài)。一旦遇到振動、攪拌、摩擦、加晶種甚至落人塵埃，都可能使過飽和狀態(tài)破壞而立即析出結晶，直到溶液達到飽和狀態(tài)后，結晶過程才停止。過飽和溶液：15

溶液的過飽和狀態(tài)是物質從溶液中析出結晶的必要條件。溶液的過飽和程度(即過飽和溶液濃度與溶解度之差)是結晶過程的推動力。而結晶收率則取決于溶解度的大小，溶解度越小，結晶收率越高。溶液的過飽和狀態(tài)是物質從溶液中析出結晶的必要條16

當分散在溶劑中的溶質粒子小到微米級時，其溶解度不僅是溫度的函數(shù)，也是粒度的函數(shù)。用熱力學方法，可推導出它們之間的定量關系，即Kelvin公式：lnC1/C2=2Mσ/RTρ（1/r1—1/r2）式中：C1，C2——分別表示溶質半徑為/r1和/r2的溶解度；R——氣體常數(shù)；T——熱力學溫度；M——溶質的分子量；σ——固體顆粒與溶液間的界面張力。當分散在溶劑中的溶質粒子小到微米級時，其溶解度17

由上式可知，因2Mσ/RTρ>o，若r2>r1，則1nC1/C2>o，C1/C2＝eE>1，所以C1>C2。即半徑(r1)較小的晶體，其溶解度(C1)較大；或者說微小顆粒的溶解度比正常粒度的溶解度要大。如果r2→∞，可認為r2相當于正常顆粒，若它的溶解度C2定義為C*(溶質的正常溶解度)，于是半徑為r的粒子的溶解度C可表示為：lnC/C*=2Mσ/RTρr=lnS中藥化學第九單元結晶課件18過飽和度與顆粒大小的關系：過飽和度越大，顆粒直徑越小。若某溶液中同時存在大小不同的諸多顆粒，則經過一段時間之后，小顆粒溶質逐漸消失，而大顆粒溶質逐漸粗大整齊，這就是結晶操作中的養(yǎng)晶過程。過飽和度與顆粒大小的關系：19過飽和溶液的形成

結晶的首要條件是溶液處于過飽和狀態(tài)，其過飽和度可直接影響結晶速率和晶體質量。要想獲得理想的晶體，必須掌握過飽和溶液的形成方法。常用方法：蒸發(fā)法冷卻法真空蒸發(fā)冷卻法鹽析法反應法

過飽和溶液的形成20重結晶

是將晶體用適合的溶劑溶解后再次結晶的過程，它可提高產品純度。重結晶是利用雜質與結晶物質在不同溶劑和不同溫度下的溶解度不同，來達到物質的分離與純化。重結晶的關鍵是選擇適合的溶劑。重結晶21雜質產生的原因主要包括：某些雜質與產物的溶解度相近，產生共結晶現(xiàn)象；有些雜質會被結合到產品的晶格中；因洗滌不完全，而使晶體上帶有母液和雜質。雜質產生的原因主要包括：22結晶操作：溶劑的選擇操作過程結晶條件的控制

結晶操作：23理想的溶劑必須具備的條件：①不與被提純的成分發(fā)生化學反應；②對被提純成分的溶解度隨溫度不同有顯著差異，熱時溶解度大，冷時溶解度小；③對可能存在的雜質無論冷熱溶解度都很大或很小(冷熱都能溶的雜質，在降溫時被提純的物質析出結晶后，仍留在母液中；冷熱都不溶的雜質，可趁熱過濾以除去)；④溶劑的沸點不宜過高或過低(過高時，附著于晶體表面的溶劑不易除去；過低時則溶解度冷熱時變化不大，不利于析晶)；⑤能給出較好的結晶；⑥無毒或毒性小。理想的溶劑必須具備的條件：24溶劑的選擇方法：(1)單一溶劑的選擇

要找到合適的溶劑，一方面可查閱有關資料及參閱同類型化合物的結晶條件。另一方面也可進行一些探索，參考“相似相溶”的規(guī)律加以考慮。但所選溶劑的沸點應低于化合物的熔點，以免在進行熱溶解時化合物分解變質(若不能選擇出沸點較低的溶劑，則應在比熔點低的溫度下進行熱溶解，以免得到混入溶劑的結晶)。常用的結晶溶劑：甲醇、乙醇、丙酮和乙酸乙酯等。

溶劑的選擇方法：25摸索試驗方法：若無資料可查，且不清楚被提純物的溶解性能，需通過小量試驗來摸索。取少量試樣(約0.1g)置小試管中，用滴管逐滴加入溶劑，觀察試樣在冷熱時的溶解情況。若試樣在lml冷的溶劑中全部溶解或大部分溶解，則此溶劑的溶解度太大，不適宜做結晶溶劑；若試樣不溶或大部分不溶，但加熱至沸騰(沸點低于100℃的，則應水浴加熱)時完全溶解，冷卻，析出大量結晶，這種溶劑一般認為可用；若樣品不全溶于lml沸騰的溶劑中時，則可逐次添加溶劑，每次約加0.5ml，并加熱至沸騰。若加入的溶劑總量達3～4ml時，樣品在沸騰的溶劑中仍不溶解，表示這種溶劑不適用；反之，若樣品能溶解在3～4ml沸騰的溶劑中，則將它冷卻，觀察有無結晶析出，還可用玻璃棒摩擦試管壁或用冰水冷卻，以促使結晶析出。若仍未析出結晶，則這種溶劑也不適用；若有結晶析出，則以結晶析出的多少來選擇溶劑。按照上述方法逐一試驗不同的溶劑，將試驗結果加以比較，從中選擇最佳的溶劑。摸索試驗方法：26注:有些化合物在一般溶劑中不易形成結晶，而在某些溶劑中則易于形成結晶。例如葛根素、逆沒食子酸（ellagicacid）在冰醋酸中易形成結晶，大黃素（emodin）在吡啶中易于結晶，萱草毒素（hemerocallin）在N，N一二甲基甲酞胺（DMF）中易得到結晶，而穿心蓮亞硫酸氫鈉加成物在丙酮一水中較易得到結晶。又如蝙蝠葛堿通常為無定形粉未，但能和氯仿或乙醚形成為加成物結晶。注:27

(2)．混合溶劑的使用

當選擇不到適當?shù)膯我蝗軇r，可選用兩種或兩種以上溶劑組成的混合溶劑.要求:低沸點溶劑對被提純物的溶解度大，高沸點溶劑對被提純物的溶解度小，這樣在放置時，沸點低的溶劑較易揮發(fā)，比例逐漸減少，易達到過飽和狀態(tài)，利于結晶的形成。選擇溶劑的沸點不宜太高，要適中，可在60℃左右。沸點太低溶劑損耗大，亦難以控制；太高則不便濃縮，同時不易除去。(2)．混合溶劑的使用28一般常用的混合溶劑有:乙醇—水醋酸—水丙酮—水吡啶—水乙醚—甲醇乙醚—丙酮乙醚—石油醚苯—石油醚一般常用的混合溶劑有:29操作:一般是先將化合物溶于易溶的溶劑中，再在室溫下滴加適量的難溶的溶劑，直至溶液微呈渾濁，將此溶液微微加熱，使溶液完全澄清后放置。例如J一細辛醚重結晶時，可先溶于乙醇，再滴加適量水，即可析出很好的結晶。又如自虎杖中提取水溶性的虎杖苷時，在已精制飽和的水溶液上添加一層乙醚放置，既有利于溶出其共存的脂溶性雜質，又可降低水的極性，促使虎杖俄的結晶化。操作:30(3)重結晶選用的溶劑可參照結晶所選用的溶劑，但若形成粗結晶后溶解度有所改變，則所選溶劑也相應有所不同。(3)重結晶選用的溶劑31一般操作過程

通常將需結晶物質置于錐形瓶中，加入較需要量略少的溶劑，于水浴上加熱至微沸。為了避免溶劑揮發(fā)及安全操作，應在裝置中接上冷凝管。若未完全溶解，可逐步添加溶劑，直至所需結晶物質剛好完全溶解(要注意判斷是否有不溶性雜質，以免誤加過多溶劑)。趁熱過濾，塞緊瓶塞，靜置，冷卻析晶。如果在室溫中可以析出結晶，就不一定放置于冰箱中，以免伴隨結晶析出更多的雜質。

一般操作過程32然后采用減壓抽濾，把結晶從母液中分離出來。晶體需用少量溶劑洗滌，以除去存在于結晶表面的母液。洗滌時，宜暫停抽氣，用刮刀小心撥動，使所有晶體潤濕，略靜置后再行抽氣。母液適當濃縮放置，又可得到一部分純度較低的晶體。上述得到的結晶仍為粗晶，仍含有雜質，需反復進行重結晶后才可得到較純晶體。若所得粗結晶尚含有多種成分，可用分步結晶的方法使各成分分步析出。將粗晶用適當溶劑溶解，濾過，放置析出晶體后，立即抽濾得第一批結晶；母液濃縮放置，可得第二批結晶；抽濾后再濃縮母液……經反復處理后得數(shù)批結晶。各部分結晶經過檢查，相同物質可合并，最后再經多次重結晶以獲得較純的晶體。然后采用減壓抽濾，把結晶從母液中分離出來。晶體33結晶條件的控制

①趁熱過濾得到的濾液應長時間靜置，逐漸冷卻，避免溫度驟降使析晶過快而帶出雜質。一般是溶液濃度高，降溫快，析出結晶的速度也快些。但是其結晶的顆粒較小，雜質也可能多些。有時自溶液中析出的速度太快，超過化合物晶核的形成分子定向排列的速度，往往只能得到無定形粉未。有時溶液太濃，粘度大反而不易結晶化。如果溶液濃度適當，溫度慢慢降低，有可能析出結晶較大而純度較高的結晶。有的化合物其結晶的形成需要較長的時間，例如鈴蘭毒苷等，有時需放置數(shù)天或更長的時間。在放置過程中，最好先塞緊瓶塞，避免液面先出現(xiàn)結晶，而致結晶純度較低。

結晶條件的控制34②若濾液久置仍無結晶析出，可采取的方法有：加入少量晶種(同種分子)，誘導晶核形成使結晶立即增長；或用玻璃棒摩擦玻璃容器內壁，產生微小顆粒代替晶核，以誘導方式形成結晶；或用玻璃棒蘸取過飽和液，在空氣中使之揮發(fā)除去部分溶劑后，再摩擦玻璃器壁；如仍無結晶析出，可打開瓶塞任溶液逐步揮散，慢慢析晶?；蛄磉x適當溶劑處理，或再精制一次，盡可能除盡雜質后進行結晶操作，或用少許干冰或置于冰箱以降低結晶溫度；或加有機可溶性鹽類鹽析。

②若濾液久置仍無結晶析出，可采取的方法有：35③因雜質的存在會阻礙結晶的形成：可通過選擇適當?shù)娜軇?，溶出雜質，或只溶出所需要的成分。或用活性炭除去有色雜質，或采用氧化鋁、硅膠、硅藻土等吸附色譜法使雜質盡可能除去。再進行制備結晶。但應用吸附劑除去雜質時，要注意所需要的成分也可能被吸附而損失。此外，層析法更是分離制備單體純品所常用的有效方法

③因雜質的存在會阻礙結晶的形成：36④有些化合物本身不易結晶：可將其制備成結晶性衍生物。如生物堿可制成鹽，有機酸制成鉀、鈉、鈣、銨鹽，羥基化合物制成乙?；苌锘虮郊柞Ｑ苌?，羰基化合物可以制成脎或腙類化合物等。分離后，再用化學方法處理使其恢復成原來化合物。美登堿在原料中含量少，且反復分離精制難以得到結晶，但制備成3一滇丙基美登堿結晶后，再經水解除去澳丙基，美登堿就能制備成為結晶。

④有些化合物本身不易結晶：37結晶純度的判斷

鑒定結晶純度的方法，一般可根據(jù)下述幾點來判斷：（1）結晶形態(tài)和色澤（2）熔點和熔距（3）色譜分析法

結晶純度的判斷38（1）結晶形態(tài)和色澤

即一個純的化合物一般都有一定的晶形和均勻的色澤。雖然晶形態(tài)可隨復結晶條件的改變而有所不同，但結晶形狀總是一致的。觀看結晶形狀可用放大鏡或顯微鏡。如看出結晶形狀不一致，那就可判斷該結晶尚不是一個單一的化合物；但是也會有例外：如葡萄糖在水溶液中加乙醇析出時，由于結晶水含量不同，先出和后析出的晶形可以不同。當然結晶形狀一致也不能完全肯定是單一化合物，還必須配合其他檢查。

（1）結晶形態(tài)和色澤39（2）熔點和熔距

一個純粹單體化合物一般都有一定的熔點和較小的熔距。鑒時要注意重結晶前后的熔點是否一致。如復結晶后比復結晶前點高，那說明還需要再一次復結晶。純化合物重結晶前后熔點應該一致。

熔距：是指開始收縮到完全熔化或分解的溫度距離。一般一個純化合物的熔距很窄，有時要求在0.5℃左右。但一般自植物提取的結晶由于本身結構原因，有時熔距會在1—2℃以內。

（2）熔點和熔距40化合物結晶的形狀和熔點往往因所用溶劑不同而有差異。原托品堿在氯仿中形成棱往狀結晶，熔點207℃；在丙酮中則形成半球狀結晶，熔點203℃；在氯仿和丙酮混合溶劑中則形成以上兩種晶形的結晶。又如N一氧化苦參堿，在無水丙酮中得到的結晶熔點208℃，在稀丙酮（含水）析出的結晶為77～80℃。所以文獻中常在化合物的晶形、熔點之后注明所用溶劑。化合物結晶的形狀和熔點往往因所用溶劑不同而有差異。原托品堿在41

當某化合物的結晶有一定的結晶形狀、色澤、熔點和熔距，一般可以作為鑒定的初步依據(jù)。這是非結晶物質所沒有的物理性質。當某化合物的結晶有一定的結晶形狀、色澤、熔點和熔距42注；一般熔距較長則表示化合物不純。但也不能絕對化，特別是分解點.一些化合物分解點的距離比較長，另外有一些化合物的分解點不容易看清楚。有一些化合物僅有分解點，而熔點不明顯。如有些結晶化合物在加熱過程中色澤逐步變深，最后到分解，看不清明顯的收縮點。還有一些情況是，有些化合物結晶前后熔點是一致的，熔距也是很短的，但不是單一純粹的化合物,特別是立體異構體和結構非常類似的混合物。常有這樣的現(xiàn)象。如土槿皮酸晶形、熔點、熔距來看都認為是純的，但從色層法檢查發(fā)現(xiàn)是三種單體的混合物；又如烏頭中烏頭堿、次烏頭堿和新烏頭堿三者的混合結晶，從晶形、熔點和熔距來看也可誤認為是純的。這些均加以注意。在測熔點和熔距時要注意有些化合物有雙熔點特性，即在某一溫度已經全部熔化，當溫度繼續(xù)上升時又固化，再在某一更高溫度時又熔化或分解。如漢防己乙素在176℃時熔化后繼續(xù)加熱至近200℃時又固化，再在242℃時分解。又如芫花素(Genkwanin)和一些與糖結合成的苷類化合物，也有雙熔點現(xiàn)象。注；43（3）色譜分析法

色譜分析法發(fā)展后已成為鑒定結晶純度的一種常用工具。一般常用的有：紙層析紙上電泳薄層層析高效薄層色譜氣相色譜高效液相色譜。質譜核磁共振

（3）色譜分析法44薄層層析法（TLC）：1.一個單一的純化合物在紙層或薄層點樣后經過展開和顯色，一般只應有一個斑點。如操作條件適當，層層顯色可以看到不拖尾的近于圓形的一個斑點。2.要鑒定一個結晶化合物是否純，往往需經過幾種不同溶劑系統(tǒng)展層，然后顯色，或在紫外燈下觀察，如只看到一個斑點（比移值在0.3～0.7之間），可證明是一個單一化合物；再輔以熔點、晶形和色澤的觀察，肯定純度就更為可靠。薄層層析法（TLC）：45中藥成分經過同一溶劑進行三次重結晶，其晶形及熔點一致，同時在薄層層析或紙層層析法經數(shù)種不同展開劑系統(tǒng)檢定，也為一個斑點者，一般可以認為是一個單體化合物。中藥成分經過同一溶劑進行三次重結晶，其晶形及46但應注意:1.有的化合物在一般層析條件下，雖然只呈現(xiàn)一個斑點，但并不一定是單體成分。例如鹿含草中主成分為高熊果苷，異高熊果苷極難用一般方法分離，經反復結晶后，在紙層及聚酞胺薄層上都只有一個斑點，易誤認為單一成分，但測其熔點在115～125℃，熔距很長。經制備其甲醚后，再經紙層層析檢定，可以出現(xiàn)兩個斑點，異高熊果苷的比移值大于高熊果苷。又如水菖蒲根莖揮發(fā)油中的α一細辛醚和β一細辛醚，在一般薄層上均為一個斑點，前者為結晶，熔點63℃，后者為液體沸點296℃，用硝酸銀薄層或氣相層析很容易區(qū)分。2.有時由于層析條件選擇不當，單純化合物也會出現(xiàn)兩個或兩個以上的斑點。遇到這種情況可以用厚質層析濾紙，點樣可稍多，展層后不顯色，將主要斑點的相應位置剪下，用溶劑洗下濃縮后再按同樣條件用普通層析濾紙展層，如果仍顯出一個以上斑點，那末可說明該單體在這樣層析條件下有部分分解。有時采用同一種溶劑系統(tǒng)雙向展開，也能達到同樣目的。3.有時個別化合物（如氨基酸）可能部分地與層析紙或薄層上的微量金屬離子（如Cu）、酸或堿形成絡合物、鹽或分解而產生復斑。因此，判定結晶純度時，要依據(jù)具體情況加以分析。如一些氨基酸往往具有復斑點。但應注意:47

液體的純度是以它的沸點來確定的，純化合物的沸距應在1℃的范圍內。有時需要制成它的固體衍生物，將固體反復結晶后再回到液體，進行蒸餾，觀察其沸點有否改變，不變者為純化合物。非晶形固體最好能制成其結晶性的衍生物，進行反復結晶后再回到原來狀態(tài)。如始終無法結晶，那就只能根據(jù)紙層析、薄層層析的結果加以判斷。液體的純度是以它的沸點來確定的，純化合物的沸距48氣相色譜:往往也是判斷純度的重要方法之一，主要適用于在高真空和一定加熱條件下能氣化而不被分解的物質，因此對液體樣品、低熔點固體、能升華的物質，都可考慮試用。氣相色譜:49高效液相色譜法:也可以用作判斷有效成分純度的一種重要手段．有用量省、時間快、靈敏度高及準確的優(yōu)點，而且不受氣相色譜那樣的要求限制。

判斷:1.在不同色譜條件下為單一色譜峰,且無色譜峰重疊(DAD檢測)2.在大樣品進樣量(例:20μg/μl)條件下,采用歸一化法計算純度.

高效液相色譜法:50核磁共振:由于分離所得的有效成分結晶或單體化合物一般需要進行光譜分析來鑒定是否為已知或未知化合物。某些光譜，特別核磁共能幫助判斷有效成分的純度，但必須在該成分大致為何物或某些類型的化合物已基本搞清，或者該成分的可能雜質為何物也有所知的情況下，判斷純度才有意義。一般來講應該效成分已經分離純化后才進行這些光譜分析，并不是利用這些手段來判斷是否已純。但往往在解析光譜圖譜時，有時會發(fā)現(xiàn)認為已經純的有效成分并不純，而是夾雜了一定的“雜質’，而“雜質”往往是該有效成分的同類型化合物或同系物，物化性較接近，難于分離。在核磁共振圖譜上如出現(xiàn)不該有的質子信號，那就說明夾有“雜質”。

核磁共振:51如在譜上，有甲氧基、碳甲基、氮甲基、次甲氧基、鏈烯質子或芳香質子等信號，它們的積分線所表現(xiàn)的相對質子數(shù)如不到應有的質子數(shù)目，這就說明不純，而且根據(jù)積分線所表現(xiàn)的相對質子數(shù)，可以粗略地估計其純度百分比。例如在分離甲氧基喜樹堿過程中，開始分到的認為已經純的樣品，其核磁共振圖譜，在芳香甲氧基的甲基質子信號，其積分線所表現(xiàn)的相對質子數(shù)只有2—左右，說明不純，其中夾有喜樹堿類的雜質，而且能估計出甲氧基喜樹堿的純度僅約70%左右。因此需要進一步純化。如在譜上，有甲氧基、碳甲基、氮甲基、次甲氧基、52質譜:在質譜圖譜上，在分子離子峰附近除M一1、M+1及M+2外不應有其他峰，如有，就可能不純；另外也可以注意有否M+14、M+14+14或M一14、M一14—14的峰，如有也表示該化合物不純，而混有同系物高位同族體或低位同族體：如在分離三尖杉酯堿和高三尖杉酯堿時，分得的三尖杉酯堿的質諾圖譜除M+53l外，另有M+545較弱的峰，這說明在三尖杉酯堿的樣品中混有少量高三尖杉酯堿。同樣，高三尖杉酯堿樣品的質譜圖譜除M+545外，也有較弱的m／e531碎片峰，也同樣說明高三尖杉酯堿樣品中混有少量三尖杉酯堿。因為在質譜中不可能有M一14的斷裂，從這就告訴我們還需要進一步分離純化。

質譜:53總之，判斷一個有效成分純度的手段很多，但要結合起來考慮，單靠某一方法就來肯定，顯然是不夠的。而且隨著檢查手段，特別是物化方法的發(fā)展，有些本來在當時的條件下，檢查判斷認為是純的，而在以后新的檢查條件下又可能發(fā)現(xiàn)為不純。特別在化學結構未完全測定的情況下，回過頭來重新檢查，有時是會發(fā)現(xiàn)問題的.

總之，判斷一個有效成分純度的手段很多，但要結合起來考慮，單靠54第九單元結晶第九單元結晶55結晶法

鑒定中藥化學成分，研究其化學結構，必須首先將中藥成分制備成單體純品。在常溫下，物質本身性質是液體的化合物，可分別用分餾法或層析法進行分離精制。通常情況下大多數(shù)天然藥物化學成分在常溫下是固體物質，具有結晶的通性。若物質能夠形成結晶，則代表其純度達到了相當程度。研究中藥化學成分時，一旦獲得結晶，就能有效地進一步精制成為單體純品。純化合物的結晶有一定的熔點和結晶學的特征，有利于鑒定。如果鑒定的物質不是單體純品，不但不能得出正確的結論，還會造成工作上的浪費。獲得結晶并制備成單體純品，是鑒定天然產物成分、研究其分子結構的重要一步。結晶法是分離純化固體成分的重要方法之一。結晶法56晶體的特性:（1）晶體的自范性。（2）晶體的均勻性（3）晶體的各向異性晶體的特性:57（1）晶體的自范性。

晶體具有自發(fā)地生長成為結晶多面體的可能性，即晶體常以平面作為與周圍的分界面，這種性質稱為晶體的自范性。

晶體為化學性質均一的固體，且具有規(guī)則的晶型。晶體在形成過程中，其分子、原子或離子按一定方式排列，形成有規(guī)則的多面體外形，稱為結晶多面體。（1）晶體的自范性。58

（2）晶體的均勻性

晶體中每一宏觀質點的物理性質和化學組成以及每一宏觀質點的內部晶格都相同，這種特性稱為晶體的均勻性。（2）晶體的均勻性59（3）晶體的各向異性晶體的幾何特性及物理效應一般說來常隨方向的不同而表現(xiàn)出差異，這種性質稱為各向異性。（3）晶體的各向異性60

不同物質具有不同的晶型。同一物質由于結晶條件不同，所形成晶體的形狀、大小、顏色等也可能不同，其溶解度也不同。在結晶過程中，根據(jù)物質的不同溶解度與不同的晶型，創(chuàng)造相應的結晶條件，可使物質從溶液中以純凈結晶析出。注：而有些物質從水溶液中析出結晶時，以具有一定晶型的晶體水合物析出。如葡萄糖含有一分子結晶水(C6H12O·H2O)、氨茶堿含有兩分子結晶水(C16H24O4N10·2H2O)、硫酸鎂含有七分子結晶水(MgSO4·7H2O)。

不同物質具有不同的晶型。同一物質由于結晶61結晶基本原理

利用不同溫度可引起物質溶解度改變的性質來分離混合物中的不同成分。結晶：不是結晶狀態(tài)的固體物質處理成結晶狀態(tài)的操作稱為結晶。此時，形成的晶體一般還含有較多的雜質。重結晶：不純的結晶進一步精制成較純的結晶的過程稱為重結晶。結晶基本原理62結晶過程的相平衡

主要是指溶液中固相與液相濃度之間的關系，該平衡關系可用固體在溶液中的溶解度來表示。溶解度飽和溶液不飽和溶液過飽和溶液結晶過程的相平衡63溶解度：

在一定溫度下，任何一種物質溶解在某一定量的溶劑中，都有一個最大限度，即只能達到一個最大濃度。通常規(guī)定在一定溫度下，某物質在100g溶劑中所能溶解的最大克數(shù)，為該物質在此溫度下的溶解度。也稱為飽和濃度。該狀態(tài)的溶液稱為飽和溶液。

溶解度：64影響物質的溶解度的因素：物質的化學性質pH值溫度溶劑的種類溶劑的組成離子強度

影響物質的溶解度的因素：65當某一物質在特定的溶劑中溶解時，其溶解度主要隨pH值、溫度而變化。大多數(shù)物質的溶解度隨溫度的升高而增大。也有一些物質對溫度不敏感。還有少數(shù)物質(如螺旋霉素的溶解度隨溫度升高而下降。當某一物質在特定的溶劑中溶解時，其溶解度主要隨66飽和溶液：如果溶液中溶質的含量等于溶解度，則此溶液稱為飽和溶液，

此時溶液處于飽和狀態(tài)，既沒有固體溶解，也沒有溶質從液相析出，溶液仍呈單一液相。飽和溶液：67不飽和溶液：在一定溫度下，如果溶液中溶質的含量小于溶解度，該溶液稱為不飽和溶液。

此種情況下溶質完全溶解在溶劑中，溶液呈單一液相狀態(tài)。不飽和溶液：68過飽和溶液：如果溶質含量超過溶解度，則此溶液稱為過飽和溶液，

此時溶液處于過飽和狀態(tài)。過飽和狀態(tài)下的溶液是不穩(wěn)定的，也可稱為“介穩(wěn)狀態(tài)。一旦遇到振動、攪拌、摩擦、加晶種甚至落人塵埃，都可能使過飽和狀態(tài)破壞而立即析出結晶，直到溶液達到飽和狀態(tài)后，結晶過程才停止。過飽和溶液：69

溶液的過飽和狀態(tài)是物質從溶液中析出結晶的必要條件。溶液的過飽和程度(即過飽和溶液濃度與溶解度之差)是結晶過程的推動力。而結晶收率則取決于溶解度的大小，溶解度越小，結晶收率越高。溶液的過飽和狀態(tài)是物質從溶液中析出結晶的必要條70

當分散在溶劑中的溶質粒子小到微米級時，其溶解度不僅是溫度的函數(shù)，也是粒度的函數(shù)。用熱力學方法，可推導出它們之間的定量關系，即Kelvin公式：lnC1/C2=2Mσ/RTρ（1/r1—1/r2）式中：C1，C2——分別表示溶質半徑為/r1和/r2的溶解度；R——氣體常數(shù)；T——熱力學溫度；M——溶質的分子量；σ——固體顆粒與溶液間的界面張力。當分散在溶劑中的溶質粒子小到微米級時，其溶解度71

由上式可知，因2Mσ/RTρ>o，若r2>r1，則1nC1/C2>o，C1/C2＝eE>1，所以C1>C2。即半徑(r1)較小的晶體，其溶解度(C1)較大；或者說微小顆粒的溶解度比正常粒度的溶解度要大。如果r2→∞，可認為r2相當于正常顆粒，若它的溶解度C2定義為C*(溶質的正常溶解度)，于是半徑為r的粒子的溶解度C可表示為：lnC/C*=2Mσ/RTρr=lnS中藥化學第九單元結晶課件72過飽和度與顆粒大小的關系：過飽和度越大，顆粒直徑越小。若某溶液中同時存在大小不同的諸多顆粒，則經過一段時間之后，小顆粒溶質逐漸消失，而大顆粒溶質逐漸粗大整齊，這就是結晶操作中的養(yǎng)晶過程。過飽和度與顆粒大小的關系：73過飽和溶液的形成

結晶的首要條件是溶液處于過飽和狀態(tài)，其過飽和度可直接影響結晶速率和晶體質量。要想獲得理想的晶體，必須掌握過飽和溶液的形成方法。常用方法：蒸發(fā)法冷卻法真空蒸發(fā)冷卻法鹽析法反應法

過飽和溶液的形成74重結晶

是將晶體用適合的溶劑溶解后再次結晶的過程，它可提高產品純度。重結晶是利用雜質與結晶物質在不同溶劑和不同溫度下的溶解度不同，來達到物質的分離與純化。重結晶的關鍵是選擇適合的溶劑。重結晶75雜質產生的原因主要包括：某些雜質與產物的溶解度相近，產生共結晶現(xiàn)象；有些雜質會被結合到產品的晶格中；因洗滌不完全，而使晶體上帶有母液和雜質。雜質產生的原因主要包括：76結晶操作：溶劑的選擇操作過程結晶條件的控制

結晶操作：77理想的溶劑必須具備的條件：①不與被提純的成分發(fā)生化學反應；②對被提純成分的溶解度隨溫度不同有顯著差異，熱時溶解度大，冷時溶解度??；③對可能存在的雜質無論冷熱溶解度都很大或很小(冷熱都能溶的雜質，在降溫時被提純的物質析出結晶后，仍留在母液中；冷熱都不溶的雜質，可趁熱過濾以除去)；④溶劑的沸點不宜過高或過低(過高時，附著于晶體表面的溶劑不易除去；過低時則溶解度冷熱時變化不大，不利于析晶)；⑤能給出較好的結晶；⑥無毒或毒性小。理想的溶劑必須具備的條件：78溶劑的選擇方法：(1)單一溶劑的選擇

要找到合適的溶劑，一方面可查閱有關資料及參閱同類型化合物的結晶條件。另一方面也可進行一些探索，參考“相似相溶”的規(guī)律加以考慮。但所選溶劑的沸點應低于化合物的熔點，以免在進行熱溶解時化合物分解變質(若不能選擇出沸點較低的溶劑，則應在比熔點低的溫度下進行熱溶解，以免得到混入溶劑的結晶)。常用的結晶溶劑：甲醇、乙醇、丙酮和乙酸乙酯等。

溶劑的選擇方法：79摸索試驗方法：若無資料可查，且不清楚被提純物的溶解性能，需通過小量試驗來摸索。取少量試樣(約0.1g)置小試管中，用滴管逐滴加入溶劑，觀察試樣在冷熱時的溶解情況。若試樣在lml冷的溶劑中全部溶解或大部分溶解，則此溶劑的溶解度太大，不適宜做結晶溶劑；若試樣不溶或大部分不溶，但加熱至沸騰(沸點低于100℃的，則應水浴加熱)時完全溶解，冷卻，析出大量結晶，這種溶劑一般認為可用；若樣品不全溶于lml沸騰的溶劑中時，則可逐次添加溶劑，每次約加0.5ml，并加熱至沸騰。若加入的溶劑總量達3～4ml時，樣品在沸騰的溶劑中仍不溶解，表示這種溶劑不適用；反之，若樣品能溶解在3～4ml沸騰的溶劑中，則將它冷卻，觀察有無結晶析出，還可用玻璃棒摩擦試管壁或用冰水冷卻，以促使結晶析出。若仍未析出結晶，則這種溶劑也不適用；若有結晶析出，則以結晶析出的多少來選擇溶劑。按照上述方法逐一試驗不同的溶劑，將試驗結果加以比較，從中選擇最佳的溶劑。摸索試驗方法：80注:有些化合物在一般溶劑中不易形成結晶，而在某些溶劑中則易于形成結晶。例如葛根素、逆沒食子酸（ellagicacid）在冰醋酸中易形成結晶，大黃素（emodin）在吡啶中易于結晶，萱草毒素（hemerocallin）在N，N一二甲基甲酞胺（DMF）中易得到結晶，而穿心蓮亞硫酸氫鈉加成物在丙酮一水中較易得到結晶。又如蝙蝠葛堿通常為無定形粉未，但能和氯仿或乙醚形成為加成物結晶。注:81

(2)．混合溶劑的使用

當選擇不到適當?shù)膯我蝗軇r，可選用兩種或兩種以上溶劑組成的混合溶劑.要求:低沸點溶劑對被提純物的溶解度大，高沸點溶劑對被提純物的溶解度小，這樣在放置時，沸點低的溶劑較易揮發(fā)，比例逐漸減少，易達到過飽和狀態(tài)，利于結晶的形成。選擇溶劑的沸點不宜太高，要適中，可在60℃左右。沸點太低溶劑損耗大，亦難以控制；太高則不便濃縮，同時不易除去。(2)．混合溶劑的使用82一般常用的混合溶劑有:乙醇—水醋酸—水丙酮—水吡啶—水乙醚—甲醇乙醚—丙酮乙醚—石油醚苯—石油醚一般常用的混合溶劑有:83操作:一般是先將化合物溶于易溶的溶劑中，再在室溫下滴加適量的難溶的溶劑，直至溶液微呈渾濁，將此溶液微微加熱，使溶液完全澄清后放置。例如J一細辛醚重結晶時，可先溶于乙醇，再滴加適量水，即可析出很好的結晶。又如自虎杖中提取水溶性的虎杖苷時，在已精制飽和的水溶液上添加一層乙醚放置，既有利于溶出其共存的脂溶性雜質，又可降低水的極性，促使虎杖俄的結晶化。操作:84(3)重結晶選用的溶劑可參照結晶所選用的溶劑，但若形成粗結晶后溶解度有所改變，則所選溶劑也相應有所不同。(3)重結晶選用的溶劑85一般操作過程

通常將需結晶物質置于錐形瓶中，加入較需要量略少的溶劑，于水浴上加熱至微沸。為了避免溶劑揮發(fā)及安全操作，應在裝置中接上冷凝管。若未完全溶解，可逐步添加溶劑，直至所需結晶物質剛好完全溶解(要注意判斷是否有不溶性雜質，以免誤加過多溶劑)。趁熱過濾，塞緊瓶塞，靜置，冷卻析晶。如果在室溫中可以析出結晶，就不一定放置于冰箱中，以免伴隨結晶析出更多的雜質。

一般操作過程86然后采用減壓抽濾，把結晶從母液中分離出來。晶體需用少量溶劑洗滌，以除去存在于結晶表面的母液。洗滌時，宜暫停抽氣，用刮刀小心撥動，使所有晶體潤濕，略靜置后再行抽氣。母液適當濃縮放置，又可得到一部分純度較低的晶體。上述得到的結晶仍為粗晶，仍含有雜質，需反復進行重結晶后才可得到較純晶體。若所得粗結晶尚含有多種成分，可用分步結晶的方法使各成分分步析出。將粗晶用適當溶劑溶解，濾過，放置析出晶體后，立即抽濾得第一批結晶；母液濃縮放置，可得第二批結晶；抽濾后再濃縮母液……經反復處理后得數(shù)批結晶。各部分結晶經過檢查，相同物質可合并，最后再經多次重結晶以獲得較純的晶體。然后采用減壓抽濾，把結晶從母液中分離出來。晶體87結晶條件的控制

①趁熱過濾得到的濾液應長時間靜置，逐漸冷卻，避免溫度驟降使析晶過快而帶出雜質。一般是溶液濃度高，降溫快，析出結晶的速度也快些。但是其結晶的顆粒較小，雜質也可能多些。有時自溶液中析出的速度太快，超過化合物晶核的形成分子定向排列的速度，往往只能得到無定形粉未。有時溶液太濃，粘度大反而不易結晶化。如果溶液濃度適當，溫度慢慢降低，有可能析出結晶較大而純度較高的結晶。有的化合物其結晶的形成需要較長的時間，例如鈴蘭毒苷等，有時需放置數(shù)天或更長的時間。在放置過程中，最好先塞緊瓶塞，避免液面先出現(xiàn)結晶，而致結晶純度較低。

結晶條件的控制88②若濾液久置仍無結晶析出，可采取的方法有：加入少量晶種(同種分子)，誘導晶核形成使結晶立即增長；或用玻璃棒摩擦玻璃容器內壁，產生微小顆粒代替晶核，以誘導方式形成結晶；或用玻璃棒蘸取過飽和液，在空氣中使之揮發(fā)除去部分溶劑后，再摩擦玻璃器壁；如仍無結晶析出，可打開瓶塞任溶液逐步揮散，慢慢析晶?；蛄磉x適當溶劑處理，或再精制一次，盡可能除盡雜質后進行結晶操作，或用少許干冰或置于冰箱以降低結晶溫度；或加有機可溶性鹽類鹽析。

②若濾液久置仍無結晶析出，可采取的方法有：89③因雜質的存在會阻礙結晶的形成：可通過選擇適當?shù)娜軇艹鲭s質，或只溶出所需要的成分?；蛴没钚蕴砍ビ猩s質，或采用氧化鋁、硅膠、硅藻土等吸附色譜法使雜質盡可能除去。再進行制備結晶。但應用吸附劑除去雜質時，要注意所需要的成分也可能被吸附而損失。此外，層析法更是分離制備單體純品所常用的有效方法

③因雜質的存在會阻礙結晶的形成：90④有些化合物本身不易結晶：可將其制備成結晶性衍生物。如生物堿可制成鹽，有機酸制成鉀、鈉、鈣、銨鹽，羥基化合物制成乙?；苌锘虮郊柞Ｑ苌?，羰基化合物可以制成脎或腙類化合物等。分離后，再用化學方法處理使其恢復成原來化合物。美登堿在原料中含量少，且反復分離精制難以得到結晶，但制備成3一滇丙基美登堿結晶后，再經水解除去澳丙基，美登堿就能制備成為結晶。

④有些化合物本身不易結晶：91結晶純度的判斷

鑒定結晶純度的方法，一般可根據(jù)下述幾點來判斷：（1）結晶形態(tài)和色澤（2）熔點和熔距（3）色譜分析法

結晶純度的判斷92（1）結晶形態(tài)和色澤

即一個純的化合物一般都有一定的晶形和均勻的色澤。雖然晶形態(tài)可隨復結晶條件的改變而有所不同，但結晶形狀總是一致的。觀看結晶形狀可用放大鏡或顯微鏡。如看出結晶形狀不一致，那就可判斷該結晶尚不是一個單一的化合物；但是也會有例外：如葡萄糖在水溶液中加乙醇析出時，由于結晶水含量不同，先出和后析出的晶形可以不同。當然結晶形狀一致也不能完全肯定是單一化合物，還必須配合其他檢查。

（1）結晶形態(tài)和色澤93（2）熔點和熔距

一個純粹單體化合物一般都有一定的熔點和較小的熔距。鑒時要注意重結晶前后的熔點是否一致。如復結晶后比復結晶前點高，那說明還需要再一次復結晶。純化合物重結晶前后熔點應該一致。

熔距：是指開始收縮到完全熔化或分解的溫度距離。一般一個純化合物的熔距很窄，有時要求在0.5℃左右。但一般自植物提取的結晶由于本身結構原因，有時熔距會在1—2℃以內。

（2）熔點和熔距94化合物結晶的形狀和熔點往往因所用溶劑不同而有差異。原托品堿在氯仿中形成棱往狀結晶，熔點207℃；在丙酮中則形成半球狀結晶，熔點203℃；在氯仿和丙酮混合溶劑中則形成以上兩種晶形的結晶。又如N一氧化苦參堿，在無水丙酮中得到的結晶熔點208℃，在稀丙酮（含水）析出的結晶為77～80℃。所以文獻中常在化合物的晶形、熔點之后注明所用溶劑?；衔锝Y晶的形狀和熔點往往因所用溶劑不同而有差異。原托品堿在95

當某化合物的結晶有一定的結晶形狀、色澤、熔點和熔距，一般可以作為鑒定的初步依據(jù)。這是非結晶物質所沒有的物理性質。當某化合物的結晶有一定的結晶形狀、色澤、熔點和熔距96注；一般熔距較長則表示化合物不純。但也不能絕對化，特別是分解點.一些化合物分解點的距離比較長，另外有一些化合物的分解點不容易看清楚。有一些化合物僅有分解點，而熔點不明顯。如有些結晶化合物在加熱過程中色澤逐步變深，最后到分解，看不清明顯的收縮點。還有一些情況是，有些化合物結晶前后熔點是一致的，熔距也是很短的，但不是單一純粹的化合物,特別是立體異構體和結構非常類似的混合物。常有這樣的現(xiàn)象。如土槿皮酸晶形、熔點、熔距來看都認為是純的，但從色層法檢查發(fā)現(xiàn)是三種單體的混合物；又如烏頭中烏頭堿、次烏頭堿和新烏頭堿三者的混合結晶，從晶形、熔點和熔距來看也可誤認為是純的。這些均加以注意。在測熔點和熔距時要注意有些化合物有雙熔點特性，即在某一溫度已經全部熔化，當溫度繼續(xù)上升時又固化，再在某一更高溫度時又熔化或分解。如漢防己乙素在176℃時熔化后繼續(xù)加熱至近200℃時又固化，再在242℃時分解。又如芫花素(Genkwanin)和一些與糖結合成的苷類化合物，也有雙熔點現(xiàn)象。注；97（3）色譜分析法

色譜分析法發(fā)展后已成為鑒定結晶純度的一種常用工具。一般常用的有：紙層析紙上電泳薄層層析高效薄層色譜氣相色譜高效液相色譜。質譜核磁共振

（3）色譜分析法98薄層層析法（TLC）：1.一個單一的純化合物在紙層或薄層點樣后經過展開和顯色，一般只應有一個斑點。如操作條件適當，層層顯色可以看到不拖尾的近于圓形的一個斑點。2.要鑒定一個結晶化合物是否純，往往需經過幾種不同溶劑系統(tǒng)展層，然后顯色，或在紫外燈下觀察，如只看到一個斑點（比移值在0.3～0.7之間），可證明是一個單一化合物；再輔以熔點、晶形和色澤的觀察，肯定純度就更為可靠。薄層層析法（TLC）：99中藥成分經過同一溶劑進行三次重結晶，其晶形及熔點一致，同時在薄層層析或紙層層析法經數(shù)種不同展開劑系統(tǒng)檢定，也為一個斑點者，一般可以認為是一個單體化合物。中藥成分經過同一溶劑進行三次重結晶，其晶形及100但應注意:1.有的化合物在一般層析條件下，雖然只呈現(xiàn)一個斑點，但并不