《天然產(chǎn)物及提取技術(shù)》課件

天然產(chǎn)物及提取技術(shù)課程大綱第一部分：天然產(chǎn)物概述什么是天然產(chǎn)物？天然產(chǎn)物的特點(diǎn)天然產(chǎn)物的來(lái)源第二部分：天然產(chǎn)物的提取常見(jiàn)的提取方法溶劑提取法超臨界流體提取法膜分離技術(shù)吸附分離技術(shù)離心分離技術(shù)色譜分離技術(shù)第三部分：天然產(chǎn)物的分離純化柱層析分離技術(shù)薄層色譜技術(shù)液相色譜技術(shù)氣相色譜技術(shù)毛細(xì)管電泳技術(shù)第四部分：天然產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)鑒定紫外-可見(jiàn)光譜分析紅外光譜分析核磁共振波譜分析什么是天然產(chǎn)物？天然產(chǎn)物是指從自然界中直接獲得的物質(zhì)，包括植物、動(dòng)物、微生物等來(lái)源。天然產(chǎn)物的特點(diǎn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜天然產(chǎn)物通常具有復(fù)雜的化學(xué)結(jié)構(gòu)，含有各種官能團(tuán)，例如，碳環(huán)、雜環(huán)、酯、醚、酮、醛、醇等。生物活性多樣天然產(chǎn)物具有多種生物活性，例如，抗氧化活性、抗菌活性、抗腫瘤活性、免疫調(diào)節(jié)活性、神經(jīng)調(diào)節(jié)活性等。資源豐富天然產(chǎn)物在自然界中廣泛分布，種類(lèi)繁多，資源豐富，具有可持續(xù)開(kāi)發(fā)的潛力。天然產(chǎn)物的來(lái)源植物植物是天然產(chǎn)物的重要來(lái)源，包括草藥、樹(shù)木、花卉等。微生物微生物，如細(xì)菌、真菌、酵母等，也是天然產(chǎn)物的來(lái)源，可以生產(chǎn)抗生素、酶等。動(dòng)物動(dòng)物來(lái)源的天然產(chǎn)物包括動(dòng)物毒素、蜂毒、蛇毒等，具有特殊的藥理活性。植物天然產(chǎn)物1生物堿生物堿是一類(lèi)含有氮的環(huán)狀化合物，具有多種藥理活性，例如，嗎啡、奎寧、阿托品等。2萜類(lèi)化合物萜類(lèi)化合物是一類(lèi)由異戊二烯單元組成的化合物，具有抗菌、抗炎、抗氧化等活性，例如，薄荷醇、樟腦、維生素A等。3黃酮類(lèi)化合物黃酮類(lèi)化合物是一類(lèi)具有抗氧化、抗炎、抗癌等活性的化合物，例如，蘆丁、槲皮素、黃芩素等。4多糖多糖是天然產(chǎn)物中常見(jiàn)的一類(lèi)化合物，具有免疫調(diào)節(jié)、抗氧化等活性，例如，人參多糖、靈芝多糖等。微生物天然產(chǎn)物抗生素抗生素是由微生物產(chǎn)生的具有殺菌或抑制細(xì)菌生長(zhǎng)的物質(zhì)，例如，青霉素、鏈霉素等。酶酶是由微生物產(chǎn)生的具有催化作用的蛋白質(zhì)，例如，蛋白酶、淀粉酶等。維生素維生素是由微生物產(chǎn)生的具有重要生理功能的微量有機(jī)化合物，例如，維生素B12、維生素K2等。動(dòng)物天然產(chǎn)物動(dòng)物毒素動(dòng)物毒素是一類(lèi)由動(dòng)物產(chǎn)生的具有毒性作用的物質(zhì)，例如，蛇毒、蝎毒等。1蜂毒蜂毒是蜜蜂產(chǎn)生的毒液，具有抗炎、抗菌、鎮(zhèn)痛等作用。2動(dòng)物激素動(dòng)物激素是由動(dòng)物體內(nèi)分泌的具有調(diào)節(jié)生理功能的物質(zhì)，例如，性激素、生長(zhǎng)激素等。3天然產(chǎn)物的提取1目的從天然產(chǎn)物原料中分離出具有特定生物活性的目標(biāo)化合物。2方法選擇合適的提取方法，根據(jù)不同的天然產(chǎn)物原料和目標(biāo)化合物進(jìn)行提取。3技術(shù)應(yīng)用各種提取技術(shù)，如溶劑提取法、超臨界流體提取法、膜分離技術(shù)等。常見(jiàn)的提取方法溶劑提取法利用溶劑將目標(biāo)化合物從原料中溶解出來(lái)，常用的溶劑包括乙醇、甲醇、丙酮等。超臨界流體提取法利用超臨界流體作為提取劑，具有選擇性高、效率高、安全性高等優(yōu)點(diǎn)。膜分離技術(shù)利用膜材料的選擇透過(guò)性，將目標(biāo)化合物從其他物質(zhì)中分離出來(lái)。吸附分離技術(shù)利用吸附劑的選擇性吸附作用，將目標(biāo)化合物從其他物質(zhì)中分離出來(lái)。溶劑提取法優(yōu)點(diǎn)操作簡(jiǎn)單，成本低缺點(diǎn)溶劑殘留，選擇性不高應(yīng)用廣泛應(yīng)用于植物、動(dòng)物和微生物等天然產(chǎn)物的提取超臨界流體提取法優(yōu)點(diǎn)選擇性高，效率高，安全性高缺點(diǎn)設(shè)備成本高，操作復(fù)雜應(yīng)用適用于提取脂溶性物質(zhì)，例如，茶多酚、咖啡因、香精油等。膜分離技術(shù)優(yōu)點(diǎn)能耗低，操作簡(jiǎn)單，無(wú)污染缺點(diǎn)膜材料易堵塞，分離效率受限應(yīng)用適用于分離不同分子量大小的物質(zhì)，例如，蛋白質(zhì)、多糖、色素等。吸附分離技術(shù)優(yōu)點(diǎn)選擇性高，效率高，易于再生缺點(diǎn)吸附劑成本高，吸附容量有限應(yīng)用適用于分離特定的物質(zhì)，例如，重金屬離子、有機(jī)污染物等。離心分離技術(shù)優(yōu)點(diǎn)分離效率高，操作簡(jiǎn)單，應(yīng)用范圍廣缺點(diǎn)設(shè)備成本高，易產(chǎn)生熱量應(yīng)用適用于分離固體和液體，例如，細(xì)胞、沉淀物等。色譜分離技術(shù)優(yōu)點(diǎn)選擇性高，分離效率高，應(yīng)用范圍廣缺點(diǎn)設(shè)備成本高，操作復(fù)雜，耗時(shí)較長(zhǎng)應(yīng)用適用于分離和純化各種天然產(chǎn)物，例如，生物堿、萜類(lèi)、黃酮等。天然產(chǎn)物的分離純化1天然產(chǎn)物提取后往往含有多種成分，需要進(jìn)行分離純化，才能得到目標(biāo)化合物。2分離純化技術(shù)是天然產(chǎn)物研究的重要環(huán)節(jié)，可以提高目標(biāo)化合物的純度，以便進(jìn)行結(jié)構(gòu)鑒定和生物活性評(píng)價(jià)。柱層析分離技術(shù)原理利用不同物質(zhì)在固定相和流動(dòng)相中的分配系數(shù)不同，使不同物質(zhì)分離。優(yōu)點(diǎn)分離效率高，操作簡(jiǎn)單，成本低缺點(diǎn)分離時(shí)間較長(zhǎng)，固定相的選擇性有限應(yīng)用廣泛應(yīng)用于天然產(chǎn)物、藥物、生物材料等的分離和純化。薄層色譜技術(shù)原理利用不同物質(zhì)在薄層板上展開(kāi)的速度不同，使不同物質(zhì)分離。優(yōu)點(diǎn)操作簡(jiǎn)便，快速，成本低缺點(diǎn)分離效果受薄層板和展開(kāi)劑的影響較大應(yīng)用主要用于天然產(chǎn)物的快速分離、定性分析和追蹤。液相色譜技術(shù)原理利用不同物質(zhì)在固定相和流動(dòng)相中的分配系數(shù)不同，使不同物質(zhì)分離。優(yōu)點(diǎn)分離效率高，靈敏度高，應(yīng)用范圍廣缺點(diǎn)設(shè)備成本高，操作復(fù)雜，耗時(shí)較長(zhǎng)應(yīng)用廣泛應(yīng)用于天然產(chǎn)物、藥物、生物材料等的分離和純化。氣相色譜技術(shù)原理利用不同物質(zhì)在固定相和流動(dòng)相中的分配系數(shù)不同，使不同物質(zhì)分離。優(yōu)點(diǎn)分離效率高，靈敏度高，應(yīng)用范圍廣缺點(diǎn)只能分離揮發(fā)性物質(zhì)，對(duì)熱不穩(wěn)定的物質(zhì)不適用應(yīng)用主要用于天然產(chǎn)物中揮發(fā)性物質(zhì)的分析，例如，香精油、農(nóng)藥殘留等。毛細(xì)管電泳技術(shù)原理利用不同物質(zhì)在電場(chǎng)中的遷移速度不同，使不同物質(zhì)分離。優(yōu)點(diǎn)分離效率高，靈敏度高，應(yīng)用范圍廣缺點(diǎn)設(shè)備成本高，操作復(fù)雜，耗時(shí)較長(zhǎng)應(yīng)用適用于分離各種天然產(chǎn)物，例如，蛋白質(zhì)、多糖、生物堿等。天然產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)鑒定1結(jié)構(gòu)鑒定是確定天然產(chǎn)物化學(xué)結(jié)構(gòu)的過(guò)程，是天然產(chǎn)物研究的重要環(huán)節(jié)。2通過(guò)結(jié)構(gòu)鑒定，可以確定天然產(chǎn)物的分子式、結(jié)構(gòu)式、立體化學(xué)等信息，為進(jìn)一步研究其生物活性提供依據(jù)。紫外-可見(jiàn)光譜分析原理利用紫外-可見(jiàn)光照射樣品，測(cè)定樣品對(duì)不同波長(zhǎng)光的吸收情況。優(yōu)點(diǎn)操作簡(jiǎn)單，快速，靈敏度高缺點(diǎn)只能提供有限的結(jié)構(gòu)信息，無(wú)法確定結(jié)構(gòu)式應(yīng)用主要用于天然產(chǎn)物的定量分析、純度檢測(cè)和結(jié)構(gòu)推斷。紅外光譜分析原理利用紅外光照射樣品，測(cè)定樣品對(duì)不同波長(zhǎng)光的吸收情況。優(yōu)點(diǎn)能提供樣品中官能團(tuán)的信息，可用于結(jié)構(gòu)推斷缺點(diǎn)只能提供有限的結(jié)構(gòu)信息，無(wú)法確定結(jié)構(gòu)式應(yīng)用主要用于天然產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)推斷、官能團(tuán)鑒定和純度檢測(cè)。核磁共振波譜分析原理利用原子核在磁場(chǎng)中的共振現(xiàn)象，測(cè)定原子核在磁場(chǎng)中的環(huán)境。優(yōu)點(diǎn)能提供樣品中氫原子和碳原子的結(jié)構(gòu)信息，可用于確定結(jié)構(gòu)式缺點(diǎn)設(shè)備成本高，操作復(fù)雜，耗時(shí)較長(zhǎng)應(yīng)用廣泛應(yīng)用于天然產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)鑒定、構(gòu)型分析和構(gòu)象分析。質(zhì)譜分析原理利用電場(chǎng)或磁場(chǎng)使帶電的分子或離子按質(zhì)荷比分離，測(cè)定不同離子的豐度。優(yōu)點(diǎn)靈敏度高，可以測(cè)定樣品的分子量和碎片信息缺點(diǎn)只能提供分子量和碎片信息，無(wú)法確定結(jié)構(gòu)式應(yīng)用主要用于天然產(chǎn)物的分子量測(cè)定、結(jié)構(gòu)推斷和純度檢測(cè)。天然產(chǎn)物的生物活性1天然產(chǎn)物具有多種生物活性，是開(kāi)發(fā)新藥、農(nóng)藥、食品添加劑等的重要來(lái)源。2生物活性評(píng)價(jià)是天然產(chǎn)物研究的重要內(nèi)容，可以評(píng)估天然產(chǎn)物的藥用價(jià)值和應(yīng)用潛力?？寡趸钚栽硖烊划a(chǎn)物中的一些成分可以清除自由基，延緩氧化過(guò)程。應(yīng)用天然抗氧化劑可用于食品、化妝品、醫(yī)藥等領(lǐng)域，預(yù)防氧化損傷?？咕钚栽硖烊划a(chǎn)物中的一些成分可以抑制細(xì)菌的生長(zhǎng)或殺死細(xì)菌。應(yīng)用天然抗菌劑可用于食品、醫(yī)藥、日用品等領(lǐng)域，抑制細(xì)菌生長(zhǎng)，預(yù)防感染?？鼓[瘤活性原理天然產(chǎn)物中的一些成分可以抑制癌細(xì)胞的生長(zhǎng)或殺死癌細(xì)胞。應(yīng)用天然抗腫瘤藥物可用于治療癌癥，提高患者的生存率。免疫調(diào)節(jié)活性原理天然產(chǎn)物中的一些成分可以調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)功能，增強(qiáng)機(jī)體抵抗力。應(yīng)用天然免疫調(diào)節(jié)劑可用于提高機(jī)體免疫力，預(yù)防感染和疾病。神經(jīng)調(diào)節(jié)活性原理天然產(chǎn)物中的一些成分可以影響神經(jīng)系統(tǒng)功能，例如，鎮(zhèn)痛、鎮(zhèn)靜、抗焦慮等作用。應(yīng)用天然神經(jīng)調(diào)節(jié)劑可用于治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病，例如，抑郁癥、失眠癥等。天然產(chǎn)物在醫(yī)藥中的應(yīng)用1天然產(chǎn)物是開(kāi)發(fā)新藥的重要來(lái)源，具有豐富的藥理活性，可以用于治療各種疾病。2從古代草藥到現(xiàn)代藥物，天然產(chǎn)物在醫(yī)藥領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用，為人類(lèi)健康作出了重大貢獻(xiàn)?？垢腥舅幬锴嗝顾厍嗝顾厥怯汕嗝咕a(chǎn)生的抗生素，具有廣譜抗菌活性，可以用于治療多種細(xì)菌感染。鏈霉素鏈霉素是由鏈霉菌產(chǎn)生的抗生素，可以用于治療結(jié)核病、麻風(fēng)病等疾病。紅霉素紅霉素是由紅霉菌產(chǎn)生的抗生素，可以用于治療呼吸道感染、皮膚感染等疾病?？鼓[瘤藥物紫杉醇紫杉醇是由紅豆杉樹(shù)皮中提取的一種抗癌藥物，可以用于治療乳腺癌、卵巢癌等疾病。喜樹(shù)堿喜樹(shù)堿是由喜樹(shù)樹(shù)皮中提取的一種抗癌藥物，可以用于治療白血病、肺癌等疾病。長(zhǎng)春新堿長(zhǎng)春新堿是由長(zhǎng)春花中提取的一種抗癌藥物，可以用于治療多種癌癥，例如，白血病、淋巴瘤等。心血管藥物洋地黃洋地黃是由毛地黃植物中提取的一種強(qiáng)心苷，可以用于治療心力衰竭。銀杏葉提取物銀杏葉提取物具有擴(kuò)張血管、改善血液循環(huán)的作用，可以用于治療心血管疾病。川芎川芎是一種中藥材，具有活血化瘀、通經(jīng)止痛的作用，可以用于治療心血管疾病。神經(jīng)系統(tǒng)藥物麻黃堿麻黃堿是由麻黃草中提取的一種生物堿，具有興奮中樞神經(jīng)系統(tǒng)的作用，可以用于治療支氣管哮喘。川芎川芎是一種中藥材，具有活血化瘀、通經(jīng)止痛的作用，可以用于治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病。丹參丹參是一種中藥材，具有活血化瘀、養(yǎng)心安神的作用，可以用于治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病。天然產(chǎn)物在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用1天然產(chǎn)物在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值，可以作為農(nóng)藥、生物肥料等，提高農(nóng)作物產(chǎn)量，改善土壤環(huán)境。2天然產(chǎn)物農(nóng)藥具有安全性高、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，是傳統(tǒng)化學(xué)農(nóng)藥的替代品，為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供了新的途徑。殺蟲(chóng)劑除蟲(chóng)菊酯除蟲(chóng)菊酯是由除蟲(chóng)菊花中提取的一種殺蟲(chóng)劑，具有高效、低毒、速效等特點(diǎn)?？鄥A苦參堿是由苦參植物中提取的一種生物堿，具有殺蟲(chóng)、殺菌等作用，可以用于防治多種害蟲(chóng)。煙堿煙堿是由煙草中提取的一種生物堿，具有殺蟲(chóng)、驅(qū)蟲(chóng)等作用，可以用于防治多種害蟲(chóng)。除草劑草甘膦草甘膦是一種廣譜除草劑，可以用于防治多種雜草。敵草快敵草快是一種選擇性除草劑，可以用于防治闊葉雜草。麥草畏麥草畏是一種選擇性除草劑，可以用于防治禾本科雜草。生物肥料菌根菌菌根菌可以與植物根系共生，促進(jìn)植物吸收養(yǎng)分和水分。固氮菌固氮菌可以將空氣中的氮?dú)廪D(zhuǎn)化為植物可以吸收利用的氮肥。磷細(xì)菌磷細(xì)菌可以促進(jìn)植物對(duì)磷的吸收利用。天然產(chǎn)物在食品中的應(yīng)用1天然產(chǎn)物在食品領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，可以作為著色劑、保鮮劑、香料、甜味劑等，提高食品的品質(zhì)和安全性。2天然產(chǎn)物食品添加劑具有天然、安全、健康等優(yōu)點(diǎn)，是化學(xué)合成食品添加劑的替代品，為食品安全提供了新的保障。天然著色劑姜黃素姜黃素是姜黃中的一種黃色色素，可以用于食品、化妝品、醫(yī)藥等領(lǐng)域。辣椒紅辣椒紅是辣椒中的一種紅色色素，可以用于食品、化妝品等領(lǐng)域?；ㄇ嗨鼗ㄇ嗨厥腔?、果實(shí)中的一種紫色色素，可以用于食品、飲料、化妝品等領(lǐng)域。天然保鮮劑茶多酚茶多酚具有抗氧化、抗菌等作用，可以延長(zhǎng)食品的保鮮期。檸檬酸檸檬酸具有抑菌、抗氧化等作用，可以用于食品保鮮。乳酸乳酸具有抑菌、抗氧化等作用，可以用于食品保鮮。天然香料香精油香精油是由植物中提取的揮發(fā)性芳香物質(zhì)，可以用于食品、化妝品、香薰等領(lǐng)域