天然产物的提取

第四章 天然产物的提取

天然产物种类繁多，广泛存在于自然界中。多数天然产物的提取物具有特殊的生理效能，可用作药物、香料和染料。天然产物的分离、提纯和鉴定是有机化学中一个十分活跃的领域。 我国有着独特和丰富的天然中药资源，因而对中药有效成分的分离和研究十分重要。随着现代色谱和波谱技术的发展，对天然产物的分离和鉴定变得更为有利和方便。本章选择介绍了几种较为典型的天然产物的提取分离方法。

实验二十四 从茶叶中提取咖啡因

一、实验目的

1. 学习从天然产物—茶叶中提取咖啡因的原理和方法。

2. 了解索氏提取器的使用和升华的基本操作。

二、实验原理

茶叶中含有多种生物碱，丹宁酸、茶多酚、纤维素和蛋白质等物质。咖啡因是其中一种生物碱，是熔点为 234℃～237℃的无色针状结晶，100℃失去结晶水，178℃升华，在茶叶中含量为 1%～5%，属于杂环化合物嘌呤的衍生物，化学名称为 1,3,7-三甲基-2,6-二氧嘌呤，结构式如下： N N

N

N O O C H 3H 3C

H 3 含结晶水的咖啡因系无色针状结晶，味苦，能溶于水、乙醇、氯仿等。在 100℃时即失去结晶水，开始升华，120℃时升华相当显著，至 178℃时升华很快。

提取茶叶中的咖啡因，可利用适当的溶剂（氯仿、乙醇等）在脂肪提取器（又称索氏提取器）中连续抽提，然后蒸去溶剂，即得粗咖啡因。粗咖啡因中还含有其他一些生物碱和杂质，利用升华可进一步提纯。

三、仪器与试剂

仪器： 图4.1，图2.24。

试剂： 茶叶 1Og ，95% 乙醇 8OmL ，生石灰 4g 。

四、实验步骤

称取 1Og 茶叶，放入索式提取器的滤纸筒内（1），在烧瓶内加入 8OmL95% 的乙醇，索氏提取器见图4.1。用水浴加热，连续抽提 2～3h 后（2）

，待冷凝液刚好虹吸下去时，立即停止加热。换蒸馏装置（注意补加沸石），加热蒸馏，回收大部分乙醇（3）。然后将残液倾入蒸发皿中，加入 4g 生石灰粉（4），在蒸气浴上蒸干，最后将蒸发皿移至石棉网上，加热焙炒片刻，使水分全部除去（5）。冷却后擦去沾在蒸发皿边上的粉末，以免升华时污染产物。 取一刺有许多小孔的滤纸（孔刺向上），盖在蒸发皿上，上罩一支合适的玻璃漏斗，在

第四章天然产物的提取

石棉网上小心加热升华（6），见图2.24（a）。当纸上出现白色毛状结晶时，暂停加热，冷至100℃左右，拿开漏斗和滤纸，将咖啡因用小刀刮下。残渣搅拌后用较大的火继续加热片刻，使升华完全。合并两次升华制得的咖啡因，测定熔点。若产品不纯时，可用少量热水结晶提纯，或用减压升华装置再次升华。

无水咖啡因的熔点为234℃～237℃。

本实验约需 6h。

图4.1 索氏提取器

五、注释

（1）滤纸套大小既要紧贴器壁，又能方便取放，其高度不得超过虹吸管。滤纸包茶叶末要严防漏出，以免堵塞虹吸管。纸套上面折成凹形，以保证回流液均匀浸润被萃取物。

（2）当提取液颜色很淡时，即可停止提取。

（3）瓶中乙醇不可蒸得太干，否则残液很粘，转移时损失较大。

（4）生石灰起吸水和中和作用，可以除去部分杂质。

（5）如留有少量水分，会在升华开始时带来一些烟雾，污染器皿。焙炒切不能过火。

（6）升华过程中始终都应小火间接加热，温度太高会使滤纸炭化变黑，影响产品的纯度。第二次升华时，火也不能太大，否则会使被烘物大量冒烟，影响产品的纯度和产量。

六、思考题

1.总结提纯固体物质的方法和使用范围。

2.简要说明索氏提取器的萃取原理。

3.提取咖啡因时加入生石灰起什么作用？

实验二十五从麻黄草中提取麻黄碱

一、实验目的

1.学习从天然产物一麻黄草中提取麻黄碱的原理和方法。

2.了解并掌握熟悉水蒸气蒸馏的基本操作。

二、实验原理

有 机 化 学 实 验

麻黄为麻黄科植物麻黄草或木贼麻黄（山麻黄）的干燥草质茎，是一种常用中草药，苦涩， 具有发汗解表、止咳平喘、消水肿的能力。同时也是提取麻黄生物碱的主要原料。中药麻黄约含有 1%～2% 的生物碱，其中主要是 D-(-)麻黄碱（占全碱重的 80% 左右）和 L-(+)假麻黄碱。它们都具有相同的分子式 C 10H 15NO ，而天然产物中 L-(+)假麻黄碱却含量很少。

L-(+)麻黄碱和 D-(-)假麻黄碱则是人工合成的 产物。

麻黄主要产于我国山西、河南、河北、内蒙、甘肃及新疆等地，其中以山西大同出产的质量最好。

天然产物中提取出来的麻黄碱是其四种异构体中的两个： O H

H HO H C H 3H N

C H 3

H H C H 3H N C H 3N HC H 3H HO H C H 3N HC H 3H H C H 3O H

L-(+)麻黄碱 D-(-)麻黄碱 L-(+)假麻黄碱 D-(-)假麻黄碱

（从天然产物中提取）

一般情况下，是把提取得到的 D-(-)麻黄碱做成盐保存。D-(-)麻黄碱性味微苦，是中草药麻黄的有效成分。其盐酸盐为斜方针状结晶，m.p.216～220℃。在水中的比旋光度

[α]25D

=-330。

三、仪器与试剂 仪器：见图1.6（c ），图1.10。

试剂：麻黄草 25.Og ，0.1% 盐酸，乙醚，粒状氢氧化钠，丙酮或氯仿，氯化氢的无水乙醇饱和溶液，生石灰。

四、实验步骤

（1） 溶剂提取法

在 500mL 的烧杯中加入麻黄草 25.Og ，然后用 200mL0.1%～0.5% 稀盐酸溶液浸泡一昼夜以上。刚浸泡的麻黄草溶液 pH=1，浸泡一昼夜以上为 pH 4～5，溶液呈橘黄色。滤去麻黄草及其残渣，并收集浸取液。浸取液用碳酸钠调节溶液酸度至 pH 5.5～6。再把浸取液减压浓缩至原体积的 1/3 左右。浓缩液用碳酸钠中和至 pH=10，这时浓缩液有浅橘黄色絮状沉淀析出，过滤，澄清的浸取液用氯化纳进行饱和。用 40mL 乙醚分三次提取用氯化钠饱和过的浸取液，合并乙醚提取液。乙醚提取液为无色透明液体，其 pH 8～9。最后用粒状氢氧化钠干燥。滤去干燥剂，在常压下蒸去乙醚，残余物为橘红色油状物。在残余物中加入 2～5mL 饱和的氯化氢无水乙醇溶液，即有大量斜方针状结晶析出。待结晶完全析出后，过滤，用 10mL 氯仿或丙酮分三次进行洗涤，以除去混杂在产品中的 L-（+）假麻黄碱。产品进行干燥，挑选其斜方针状结晶，测其熔点（218～221）℃。然后把干燥好的产品放于真空保干器内保存，产品可用无水乙醇重结晶。

（2） 水蒸气蒸馏法

将 25.Og 麻黄草用 200mL0.1% 的稀盐酸溶液浸泡一昼夜以上，然后滤去麻黄草及残渣，得到浸泡过的浸取液。将浸取液浓缩至一定体积后，加入石灰使呈碱性，再用食盐饱和后进行水蒸气蒸馏，收集蒸出液。在蒸出液中加入草酸使呈酸性，D-(-)麻黄碱草酸盐即沉淀析出。过滤收集沉淀，母液待处理。将沉淀放入小烧杯中，加入饱和的氯化钙水溶液进行复分解反应，D-(-)麻黄碱草酸盐就变成 D-(-)麻黄碱盐酸盐而溶解。滤去析出的草酸钙沉淀。然后把滤液浓缩到一定体积后，加入活性炭进行脱色，煮 10min 左右，趁热滤去活性

第四章天然产物的提取

炭。将滤液进行冷却，D-(-)麻黄碱盐酸盐结晶即行析出。将过滤 D-(-)麻黄碱草酸盐沉淀后的草酸母液，按类似的方法处理就可以得到 L-(+)假麻黄碱的盐酸盐结晶。

（3）麻黄碱的鉴定试验一双缩脲反应

取本品酸性水浸液，加碱后，用乙醚提取，分出乙醚液，常压蒸去乙醚，残留物溶于少量稀酸溶液中，加入硫酸铜数滴及氢氧化钠溶液至稍过量。则溶液呈现紫色。再加入乙醚数毫升，混合后加上塞子放置，则醚层显紫色，而水相显蓝色。这是由于麻黄碱分子中一CH(NH

2

)一CH(OH)的结构与蛋白质类似，可与铜发生双缩脲反应，产物呈紫色。其螯合物可溶于有机溶剂，故醚层呈现紫色。

本实验约需6h。

实验二十六从柑桔皮中提取橙油

一、实验目的

1.学习从柑桔皮中提取橙油的原理和方法。

2.了解并掌握水蒸气蒸馏的原理及基本操作。

二、实验原理

橙皮油是一种天然香精油，为萜烯类化合物。可从柑桔皮经水蒸气蒸馏得到，主要成

分中含有多种分子式为C

10H

16

的物质，它们均为无色液体，沸点、折光率都很相近，多具有旋

光性，不溶于水，溶于乙醇和冰醋酸。

三、仪器与试剂

仪器：图1.10所示的装置。

试剂：鲜桔皮，二氯甲烷 20mL，无水硫酸钠。

四、实验步骤

将4～6 个橙皮磨碎（1），称重后置于 500mL 圆底烧瓶中，加入 100mL 热水。安装水蒸气蒸馏装置，进行水蒸气蒸馏。控制馏出速度为每秒 1 滴，收集馏出液 100～150mL。

将馏出液移至分液漏斗中，用 1OmL 二氯甲烷萃取两次，弃去水层，用无水硫酸钠干燥。滤弃干燥剂，在水浴上蒸出大部分溶剂，将剩余液体移至一支试管中，继续在水浴上小心加热，浓缩至完全除净溶剂为止，揩干试管外壁，称重。以所用鲜桔皮重量为基准，计算橙皮油的回收重量百分率。

本实验约需 5h。

五、注释

可使用食品绞碎机将鲜桔皮绞碎后称重，以备水蒸气蒸馏使用。

六、思考题

1.能用水蒸气蒸馏提纯的物质应具备什么条件？

2.在水蒸气蒸馏过程中，出现安全管的水柱迅速上升，并从管上口喷出来等现象，这表明蒸馏体系中发生了什么故障？

3.在水蒸气发生器与蒸馏瓶之间需连接一个 T 形管，在 T 形管下口再接一根带着螺旋夹的橡皮管。请说明此装置有何用途？

4.在停止水蒸气蒸馏时，为什么一定要先打开螺旋夹，然后再停止加热？

有 机 化 学 实 验

实验二十七 油料作物种子粗脂肪的测定

一、实验目的

1. 学习油料作物种子中粗脂肪的提取方法和连续萃取的原理。

2. 进一步熟悉索氏提取器的应用和了解油脂的化学性质。

二、实验原理

测定油料作物种子内的粗脂肪，主要是采用有机溶剂连续萃取法进行萃取的。萃取是有机化学实验中用来提取或纯化有机化合物的常用手段之一，应用萃取可以从固体或液体混合物中提出所需要的物质。若所需萃取物质在有机溶剂中的溶解度小，一般要用大量溶剂和很长时间才能萃取出来。这时通常采用索氏提取器来抽提。这种方法主要是利用溶剂回流及虹吸的原理， 使所要萃取的物质，每一次都能用纯的溶剂萃取，因而溶剂用量大大减少而效率又得到提高。

三、仪器和试剂

仪器：分析天平，粉碎机，恒温水浴，索氏提取器，球形冷凝管，直形冷凝管，蒸馏头，接受弯管。

试剂：无水乙醚，研细黄豆粉，四氯化碳，3% 溴—四氯化碳溶液。

四、实验步骤

称研细的、事前已置于 105土2℃烘箱中干燥 1 小时，取出放在干燥器中冷却至室温的黄豆粉 1-2g l 份，需准确到 0.0001g ，另外再称黄豆粉 1 份测定样品中的水分。将已称好的黄豆粉放入干燥过的滤纸筒内，将包好的滤纸筒放入提取器内，将干净的提取瓶事先称恒重。加无水乙醚达到提取瓶体积的一半，连接提取器和冷凝管，然后通入冷凝水，将提取瓶放在恒温水浴锅上加热提取，在温度控制下，滴加乙醚的速度保持在 180 滴/分，提取时间为 8-10h ，到最后一次虹吸以后，停止加热，待冷却后拆下仪器，取出滤纸筒，把提取器中剩余的液体倒入提取瓶内，再改用蒸馏装置，将提取瓶再放在热水浴上进行蒸馏，回收提取瓶中的乙醚，取下提取瓶再在热水浴上蒸去残留的乙醚，将置有粗脂肪的提取瓶放入105士2℃烘箱内，烘干1 h ，放在干燥器中冷至室温后，称重再烘 30min ，直至恒重，提取瓶增加的重量即为粗脂肪的重量。提取的油应该清亮透明，否则还应重做。

计算公式：

100%　?=试样质量（去水分）粗脂肪质量

）粗脂肪（

1. 检定试验 在两支试管中，分别加入蒸馏水和四氯化碳各 1mL ，然后向两试管中各滴加粗脂肪 1～2滴，剧烈摇动后，溶解情况如何？为什么？

2. 不饱和性试验

将上面得到的粗脂肪的四氯化碳溶液向里面滴加3% 溴-四氯化碳溶液 2～3 滴，是否褪色？解释之。

本实验约需6h 。

五、思考题

1. 提取剂用的是无水乙醚，为确保安全，需注意哪些？

2. 蒸去残留的乙醚后，为什么还要在 105±2℃的烘箱内恒温提取瓶使提取物恒重？ 目的是什么？

3. 粗脂肪的简便鉴别方法是什么？

第四章 天然产物的提取

实验二十八 从丁香中提取丁香酚

一、实验目的

1. 掌握从丁香中提取丁香酚的原理与操作。

2. 进一步熟悉水蒸气蒸馏的技术。

二、实验原理

丁香酚又名丁子香酚，是丁香油的主要成分。它具有酚和醚的结构。它也是丁香香味的主要成分之一。具有辛辣刺激的味道，用做牙医消毒和止痛药物，工业上用它配制牙膏和作为皂用香精。

丁香酚是无色至淡黄色液体，不溶于水而易溶于乙醇、醚、氯仿等有机溶剂。沸点为 253～254℃。丁香酚与水在一起加热到 100℃左右，可以和水一起蒸出，因此，丁香酚可以通过水蒸气蒸馏提取。通过水蒸气蒸馏得到的油状物是丁香油，其中主要成分是丁香酚。丁香酚的结构如下：

C H 2O H C HC H 2O Me

可以利用丁香油中的丁香酚在氢氧化钠存在下与 2,4-二硝基氟苯作用，生成具有良好晶型和固定熔点的丁香酚 2,4-二硝基苯醚来对丁香酚进行鉴定。此反应可以证明酚羟基的存在。

三、仪器与试剂

仪器：见图1.6（c ）和图2.19。

试剂：10g 干燥丁香花蕾，氯仿，氢氧化钠，2,4-二硝基氟苯，甲醇，苯，石油醚（30～60℃）。

四、实验步骤

1.丁香酚的提取。

取 10g 完整的干燥丁香花蕾和 150mL 水，加到 500mL 蒸馏瓶中，同时装好蒸馏装置，用文火加热至沸，注意勿使沸腾物溅入冷凝器中。蒸馏至收集到的馏出液约 100mL 。注意蒸馏液的气味，记录蒸馏温度。将蒸馏液移入 125mL 分液漏斗中，用氯仿分 3 次萃取馏出液，每次 10mL [1]，将氯仿萃取液置于一干燥的 100mL 蒸馏瓶中，蒸馏至烧瓶中液体只剩 5～7mL 。冷却剩余物，并将其移入 50mL 烧杯中，用 2～3mL 氯仿洗涤烧瓶，将洗涤液并入烧杯的内容物中，用热水浴或加热套蒸发掉剩余的氯仿，烧杯中剩 500～700mg 无色或淡黄色油状物，即为丁香油，其中主要成分是丁香酚。

2.丁香酚的 2,4-二硝基苯醚的制备。

在 50mL 三角瓶中加入 10mL5% 氢氧化钠水溶液，加 10 滴丁香油，振荡使油溶解。再加入 10 滴 2,4-二硝基氟苯 [2]，用塞子塞住瓶口 充分振荡 5min ，将三角瓶置于冷水浴中冷却， 以促使丁香酚 2,4-二硝基苯醚的亮黄色结晶生成。抽滤收集结晶，用 0.5mL 甲醇洗涤。产物用 1mL 苯溶解，然后逐滴加入石油醚（30～60℃）1～2mL 进行重结晶。测定此结晶的熔点（文献值 114～115℃）。

本实验约需6h 。

五、注释

（1）氯仿密度比水大，提取液在下层。

（2）若试剂为结晶，需稍微加热，其熔点稍高于室温。

六、思考题

有机化学实验

1. 丁香酚为何溶于碱液？

2. 写出丁香酚与 2,4-二硝基氟苯在氢氧化钠存在下的反应式。

3. 丁香酚具备了什么条件，使其可以通过水蒸气蒸馏提取？