第二節(jié) 中藥化學(xué)成分理化性質(zhì)

中藥化學(xué)成分結(jié)構(gòu)的多樣性決定了其理化性質(zhì)的差異性。中藥化學(xué)成分的物理性質(zhì)包括性狀、溶解性、揮發(fā)性、升華性、旋光性和熒光性等。化學(xué)性質(zhì)包括酸性、堿性、顯色反應(yīng)、沉淀反應(yīng)和水解反應(yīng)等。此外還有一些特殊性質(zhì)如發(fā)泡性和溶血性等。

中藥化學(xué)成分的骨架、取代基等結(jié)構(gòu)特點決定了化合物的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)，如母核相同，化合物極性與分子結(jié)構(gòu)中所含有的極性基團的種類和數(shù)目有關(guān)；含有羧基或酚羥基的化合物大多顯酸性；含有共軛體系及助色團的化合物大多具有一定顏色且多具有熒光性等。因此，具有相似化學(xué)結(jié)構(gòu)的化合物大多具有相似的理化性質(zhì)，具有特殊化學(xué)結(jié)構(gòu)的化合物通常具有特殊的理化性質(zhì)。

研究各類成分的物理化學(xué)性質(zhì)，可為設(shè)計提取分離方法、檢識化合物結(jié)構(gòu)類型及鑒定化合物結(jié)構(gòu)等提供依據(jù)；為明確中藥的藥效物質(zhì)基礎(chǔ)和遣藥組方提供依據(jù)；在新藥研發(fā)中為藥物劑型的選擇、分析方法的建立、穩(wěn)定性研究及藥理研究等提供依據(jù)；為解決中藥研發(fā)、生產(chǎn)、銷售和臨床使用中出現(xiàn)的各種問題提供依據(jù)。

一、物理性質(zhì)

（一）性狀

中藥化學(xué)成分的性狀是指單體的形態(tài)、顏色、嗅味等物理性質(zhì)。

1.形態(tài)　一般情況下，各類化學(xué)成分的苷元大多數(shù)為不同形狀的結(jié)晶，苷大多數(shù)為無定形粉末。有個別化合物為液態(tài)，如煙堿、毒芹堿、檳榔堿等。

2.顏色　中藥化學(xué)成分的顏色與其結(jié)構(gòu)中共軛體系的長短、助色團的多少和位置有關(guān)。同時含有共軛體系和助色團的化合物大多具有顏色，如黃芩苷為淡黃色，小檗堿、蛇根堿為黃色，大黃素為橙黃色。一般情況下，共軛鏈越長或助色團越多的化合物顏色越深。有些化合物隨著溶液的pH值不同，呈現(xiàn)不同顏色，如黃酮類中花色素，在pH＜7時呈紅色，pH=8.5時呈紫色，pH＞8.5時呈藍(lán)色。

3.嗅味　中藥化學(xué)成分大多數(shù)無嗅味，少數(shù)有特殊氣味。游離小分子香豆素類具有芳香氣味；單萜、倍半萜及揮發(fā)油大多具有特異性氣味，如魚腥草揮發(fā)油、大蒜揮發(fā)油等。單糖和低聚糖類大多味甜；萜類、三萜類和生物堿類多味苦；強心苷C-17位側(cè)鏈為β型時多味苦；個別苷類化合物味甜，如甜菊苷、甘草酸和甜菜堿等。

（二）溶解性

中藥化學(xué)成分的溶解性與其分子結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。通常，溶解性具有以下規(guī)律：

1.取代基極性對溶解性的影響　兩種化合物母核相同，其分子結(jié)構(gòu)中極性基團的極性越大或數(shù)目越多，則整個分子的極性越大，親水性越強，親脂性越弱；反之，分子中非極性基團越多或極性越小，則整個分子的極性越小，親脂性越強而親水性越弱。如苷與其苷元相比，由于苷的結(jié)構(gòu)中含有糖基，極性基團多，因此親水性較強，一般易溶于水或醇。

2.立體結(jié)構(gòu)對溶解性的影響　兩種化學(xué)成分的結(jié)構(gòu)類型相似，一般情況下，分子平面性越強，親脂性越強。如不同類型的黃酮類苷元，黃酮（醇）由于分子中存在交叉共軛體系，平面性強，則親脂性強；二氫黃酮（醇）由于C環(huán)雙鍵被氫化，平面性被破壞，其親水性明顯增強。

3.酸堿基團對溶解性的影響　分子中含有酸性或堿性基團，常可與堿或酸反應(yīng)生成鹽而增大水溶性。如生物堿可溶于酸水，羥基蒽醌可溶于堿水。

4.特殊溶解性　皂苷類化合物極易溶解于水飽和正丁醇中；碳苷類化合物在各類溶劑中的溶解度都較低；花色素類雖為平面型分子，但因以離子形式存在，具有鹽的通性，故在水中溶解度較大；一些含有內(nèi)酯環(huán)的化合物發(fā)生堿化開環(huán)而溶于堿水。

由于生物堿類化合物結(jié)構(gòu)類型多，母核骨架復(fù)雜多樣，其溶解性依化學(xué)結(jié)構(gòu)不同差異也較大，各類生物堿類化合物溶解性基本情況見表2-1。

（三）揮發(fā)性與升華性

具有揮發(fā)性的化學(xué)成分類型有小分子苯醌及萘醌類、小分子游離香豆素類、單萜及倍半萜類、揮發(fā)油和少數(shù)生物堿，如麻黃堿、煙堿等。具有升華性的化學(xué)成分類型有游離醌類、小分子游離香豆素類和少數(shù)生物堿，如咖啡因、川芎嗪等。

（四）旋光性

含有手性碳原子且不形成分子內(nèi)消旋的化合物具有旋光性。天然的糖類大多右旋；苷類大多左旋；醌類、香豆素類、黃酮（醇）類苷元由于分子結(jié)構(gòu)中無手性碳原子而無旋光性；二氫黃酮（醇）、黃烷醇和二氫異黃酮類有手性碳原子而具有旋光性；生物堿類、萜類、揮發(fā)油類、三萜類、甾類多具有旋光性；生物堿等化合物其旋光性與手性碳原子的構(gòu)型、溶解樣品所用溶劑種類、溶液pH值大小、濃度和溫度有關(guān)。如麻黃堿在三氯甲烷中為左旋，在水中為右旋；北美黃連堿在中性溶液中為左旋，在酸性溶液中為右旋，在高濃度乙醇（＞95%）中為左旋，在低濃度乙醇中為右旋。

（五）熒光性

含有共軛體系和助色團的化合物通常具有熒光性，在紫外燈下可呈現(xiàn)不同顏色的熒光。共軛鏈越長或助色團越多，熒光顏色越深。香豆素類、醌類和黃酮類大多具有共軛體系和助色團而具有熒光性。

（六）其他物理性質(zhì)

1.油斑反應(yīng)　揮發(fā)油滴在紙片上可自行揮發(fā)，不留油斑，可與脂肪油加以區(qū)別。

2.析腦　揮發(fā)油主成分在低溫下可析出結(jié)晶，此過程稱為“析腦”，析出物習(xí)稱為“腦”，如薄荷腦、樟腦。

二、化學(xué)性質(zhì)

（一）酸性

中藥化學(xué)成分是否具有酸性取決于其化學(xué)結(jié)構(gòu)中是否具有酸性基團，如酚羥基、羧基。中藥中的酸性成分主要包括有機酸類、醌類、黃酮類、三萜皂苷及鞣質(zhì)等。化學(xué)成分酸性強弱與分子內(nèi)酸性基團的種類、數(shù)目和位置有關(guān)。以醌類及黃酮類化合物為例，介紹其酸性規(guī)律。

醌類化合物由于多具有酚羥基及羧基而呈一定酸性。酸性的強弱具有以下規(guī)律：　①具有羧基的醌類化合物酸性較強。2-羥基苯醌或萘醌的醌核上有羥基時，由于受到鄰近醌式羰基的影響表現(xiàn)出與羧基相似的酸性。②β-羥基的酸性強于α-羥基的酸性。由于β-羥基受羰基的電負(fù)性影響，使羥基的電子云密度降低，故質(zhì)子的解離度增高，酸性較強，而α-羥基與相鄰的羰基形成分子內(nèi)氫鍵，降低了質(zhì)子的解離度，故酸性減弱。③酚羥基的數(shù)目越多，酸性越強。以游離蒽醌類衍生物為例，酸性強弱排列如下：　-COOH＞含兩個以上β-OH＞含1個β-OH＞含兩個α-OH＞含1個α-OH。

黃酮類化合物因分子中多具有酚羥基，故顯酸性。該類化合物的酸性強弱主要與酚羥基數(shù)目和位置有關(guān)，7位和4＇位均有酚羥基者，在p-π共軛效應(yīng)的影響下，使酸性增強；僅有5位有酚羥基者，因5-OH可與4位C=O形成分子內(nèi)氫鍵，故酸性最弱。黃酮類化合物酸性由強到弱的順序依次為：7，4＇-二OH＞7或4＇-OH＞一般酚-OH＞5-OH。

（二）堿性

在中藥化學(xué)成分中，生物堿類大多數(shù)具有堿性，此外，醌類及黃酮類化合物具有微弱的堿性。根據(jù)Lewis酸堿電子理論，凡是能給出電子的電子授體為堿。

生物堿類化合物分子中氮原子上的孤電子對能給出電子而顯堿性。生物堿的堿性強弱與氮原子的雜化方式、電子云密度、空間效應(yīng)及分子內(nèi)氫鍵的形成等因素有關(guān)。①雜化方式。不同雜化狀態(tài)下氮原子的堿性強弱順序為：sp3＞sp2＞sp。②電子云密度。氮原子周圍的電子云密度越大，堿性越強；反之，堿性越弱。③空間效應(yīng)。當(dāng)?shù)拥目臻g范圍內(nèi)有立體障礙時，會阻礙氮原子接受質(zhì)子，使其堿性降低。④分子內(nèi)氫鍵。當(dāng)生物堿成鹽后，氮原子附近若有羥基、羰基，并能形成穩(wěn)定的分子內(nèi)氫鍵時，氮原子上的質(zhì)子不易解離，則堿性增強。

各類型生物堿堿性強弱順序為胍基＞季銨堿＞N-烷雜環(huán)＞脂肪胺＞芳香胺≈N-芳雜環(huán)＞酰胺≈吡咯。

影響生物堿堿性的多種因素往往同時存在，在分析生物堿堿性強度時，常需要綜合分析。

一般來說，當(dāng)誘導(dǎo)效應(yīng)和空間效應(yīng)同時存在時，空間效應(yīng)對堿度的影響較大；當(dāng)誘導(dǎo)效應(yīng)和共軛效應(yīng)同時存在時，共軛效應(yīng)對堿度的影響較大。此外，溶劑、溫度等外界因素對生物堿的堿性也有一定的影響，在分析時也要進(jìn)行考慮。

醌類化合物由于羰基上的氧原子存在未共用的電子對，具有微弱的堿性，能溶于濃硫酸中形成鹽；黃酮類化合物由于γ—吡喃酮環(huán)上的1-位氧原子有未共用的電子對，故表現(xiàn)出微弱的堿性，可與強無機酸生成鹽，但不穩(wěn)定，加水后即分解。

（三）顯色反應(yīng)

顯色反應(yīng)是鑒別中藥化學(xué)成分結(jié)構(gòu)類型的重要手段之一。常用的顯色反應(yīng)見表2-2，以下顯色反應(yīng)也用于中藥化學(xué)成分預(yù)實驗中的各類成分的檢查。

（四）沉淀反應(yīng)

皂苷的水溶液可以和一些金屬鹽類如鉛鹽、鋇鹽、銅鹽等產(chǎn)生沉淀。其中，三萜皂苷可與中性醋酸鉛及堿性醋酸鉛等鹽類沉淀；甾體皂苷可與堿性醋酸鉛等堿性鹽類沉淀。用此種方法也可以分離三萜皂苷和甾體皂苷。

大多數(shù)生物堿在酸性條件下，可與某些試劑反應(yīng)生成難溶于水的復(fù)鹽或絡(luò)合物而生成沉淀，這些反應(yīng)稱為生物堿沉淀反應(yīng)，這些試劑稱為生物堿沉淀試劑。生物堿沉淀反應(yīng)不僅可以檢識中藥中是否有生物堿類成分存在，亦可用于分離純化生物堿；某些生物堿和沉淀試劑反應(yīng)產(chǎn)生的沉淀具有很好的結(jié)晶和一定的熔點，還可用于生物堿的鑒定。生物堿沉淀試劑種類較多，根據(jù)其組成可分為碘化物復(fù)鹽、重金屬鹽、大分子酸類等。常見的生物堿沉淀試劑名稱、組成及反應(yīng)現(xiàn)象見表2-3。

（五）水解反應(yīng)

苷鍵是苷類分子中連接苷元與糖的化學(xué)鍵，具有縮醛性質(zhì)。在稀酸或酶的作用下，苷鍵可發(fā)生斷裂，水解成為次生苷、苷元和糖。苷鍵的裂解是研究苷類和多糖結(jié)構(gòu)的重要方法，通過苷鍵的裂解反應(yīng)有助于了解苷元的結(jié)構(gòu)、糖的種類和組成，確定苷元與糖、糖與糖之間的連接方式。苷鍵裂解的方式有酸水解、堿水解、酶水解、乙酰解、氧化開裂法，后三種方法屬于溫和水解法，在水解過程中可以得到原苷元。在提取苷類化合物時，如果目標(biāo)產(chǎn)物為原生苷，要注意抑制酶的活性，避免苷被植物中共存的酶水解。

具有內(nèi)酯結(jié)構(gòu)的化合物（香豆素、強心苷等）也可以進(jìn)行水解反應(yīng)，內(nèi)酯環(huán)遇堿水解開環(huán)，遇酸閉環(huán)。如香豆素類化合物的分子中具有內(nèi)酯結(jié)構(gòu)，遇稀堿溶液可以開環(huán)，形成溶于水的順式鄰羥基桂皮酸鹽；酸化又發(fā)生環(huán)合，形成不溶于水的香豆素類成分。但是如果長時間將香豆素類化合物放置在堿液中或者紫外線照射，順式鄰羥基桂皮酸鹽就會轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的反式鄰羥基桂皮酸鹽，再酸化也難以閉環(huán)。

三、其他性質(zhì)

（一）發(fā)泡性

皂苷類化合物（三萜皂苷和甾體皂苷）可降低水溶液的表面張力，因此其水溶液經(jīng)強烈振搖后能產(chǎn)生持久性的泡沫，而且產(chǎn)生的泡沫不因加熱而消失，可與其他物質(zhì)如蛋白質(zhì)等產(chǎn)生的泡沫進(jìn)行區(qū)別。所以，發(fā)泡性可用于皂苷的鑒別。有些皂苷可作為清潔劑和乳化劑使用。

（二）溶血性

皂苷類化合物的溶血性是由于化合物能與紅細(xì)胞中的膽甾醇結(jié)合，生成不溶于水的分子復(fù)合物，破壞紅細(xì)胞的正常滲透，使細(xì)胞內(nèi)滲透壓增加而發(fā)生破裂，從而導(dǎo)致溶血現(xiàn)象。如人參三醇型皂苷具有溶血性，而人參二醇型皂苷具有抗溶血作用，因此人參總皂苷沒有溶血性。此外，某些植物的樹脂、脂肪酸、揮發(fā)油等也具有溶血性。