第二节 中药化学成分理化性质

中药化学成分结构的多样性决定了其理化性质的差异性。中药化学成分的物理性质包括性状、溶解性、挥发性、升华性、旋光性和荧光性等。化学性质包括酸性、碱性、显色反应、沉淀反应和水解反应等。此外还有一些特殊性质如发泡性和溶血性等。

中药化学成分的骨架、取代基等结构特点决定了化合物的物理性质和化学性质，如母核相同，化合物极性与分子结构中所含有的极性基团的种类和数目有关；含有羧基或酚羟基的化合物大多显酸性；含有共轭体系及助色团的化合物大多具有一定颜色且多具有荧光性等。因此，具有相似化学结构的化合物大多具有相似的理化性质，具有特殊化学结构的化合物通常具有特殊的理化性质。

研究各类成分的物理化学性质，可为设计提取分离方法、检识化合物结构类型及鉴定化合物结构等提供依据；为明确中药的药效物质基础和遣药组方提供依据；在新药研发中为药物剂型的选择、分析方法的建立、稳定性研究及药理研究等提供依据；为解决中药研发、生产、销售和临床使用中出现的各种问题提供依据。

一、物理性质

（一）性状

中药化学成分的性状是指单体的形态、颜色、嗅味等物理性质。

1.形态　一般情况下，各类化学成分的苷元大多数为不同形状的结晶，苷大多数为无定形粉末。有个别化合物为液态，如烟碱、毒芹碱、槟榔碱等。

2.颜色　中药化学成分的颜色与其结构中共轭体系的长短、助色团的多少和位置有关。同时含有共轭体系和助色团的化合物大多具有颜色，如黄芩苷为淡黄色，小檗碱、蛇根碱为黄色，大黄素为橙黄色。一般情况下，共轭链越长或助色团越多的化合物颜色越深。有些化合物随着溶液的pH值不同，呈现不同颜色，如黄酮类中花色素，在pH＜7时呈红色，pH=8.5时呈紫色，pH＞8.5时呈蓝色。

3.嗅味　中药化学成分大多数无嗅味，少数有特殊气味。游离小分子香豆素类具有芳香气味；单萜、倍半萜及挥发油大多具有特异性气味，如鱼腥草挥发油、大蒜挥发油等。单糖和低聚糖类大多味甜；萜类、三萜类和生物碱类多味苦；强心苷C-17位侧链为β型时多味苦；个别苷类化合物味甜，如甜菊苷、甘草酸和甜菜碱等。

（二）溶解性

中药化学成分的溶解性与其分子结构密切相关。通常，溶解性具有以下规律：

1.取代基极性对溶解性的影响　两种化合物母核相同，其分子结构中极性基团的极性越大或数目越多，则整个分子的极性越大，亲水性越强，亲脂性越弱；反之，分子中非极性基团越多或极性越小，则整个分子的极性越小，亲脂性越强而亲水性越弱。如苷与其苷元相比，由于苷的结构中含有糖基，极性基团多，因此亲水性较强，一般易溶于水或醇。

2.立体结构对溶解性的影响　两种化学成分的结构类型相似，一般情况下，分子平面性越强，亲脂性越强。如不同类型的黄酮类苷元，黄酮（醇）由于分子中存在交叉共轭体系，平面性强，则亲脂性强；二氢黄酮（醇）由于C环双键被氢化，平面性被破坏，其亲水性明显增强。

3.酸碱基团对溶解性的影响　分子中含有酸性或碱性基团，常可与碱或酸反应生成盐而增大水溶性。如生物碱可溶于酸水，羟基蒽醌可溶于碱水。

4.特殊溶解性　皂苷类化合物极易溶解于水饱和正丁醇中；碳苷类化合物在各类溶剂中的溶解度都较低；花色素类虽为平面型分子，但因以离子形式存在，具有盐的通性，故在水中溶解度较大；一些含有内酯环的化合物发生碱化开环而溶于碱水。

由于生物碱类化合物结构类型多，母核骨架复杂多样，其溶解性依化学结构不同差异也较大，各类生物碱类化合物溶解性基本情况见表2-1。

（三）挥发性与升华性

具有挥发性的化学成分类型有小分子苯醌及萘醌类、小分子游离香豆素类、单萜及倍半萜类、挥发油和少数生物碱，如麻黄碱、烟碱等。具有升华性的化学成分类型有游离醌类、小分子游离香豆素类和少数生物碱，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内消旋的化合物具有旋光性。天然的糖类大多右旋；苷类大多左旋；醌类、香豆素类、黄酮（醇）类苷元由于分子结构中无手性碳原子而无旋光性；二氢黄酮（醇）、黄烷醇和二氢异黄酮类有手性碳原子而具有旋光性；生物碱类、萜类、挥发油类、三萜类、甾类多具有旋光性；生物碱等化合物其旋光性与手性碳原子的构型、溶解样品所用溶剂种类、溶液pH值大小、浓度和温度有关。如麻黄碱在三氯甲烷中为左旋，在水中为右旋；北美黄连碱在中性溶液中为左旋，在酸性溶液中为右旋，在高浓度乙醇（＞95%）中为左旋，在低浓度乙醇中为右旋。

（五）荧光性

含有共轭体系和助色团的化合物通常具有荧光性，在紫外灯下可呈现不同颜色的荧光。共轭链越长或助色团越多，荧光颜色越深。香豆素类、醌类和黄酮类大多具有共轭体系和助色团而具有荧光性。

（六）其他物理性质

1.油斑反应　挥发油滴在纸片上可自行挥发，不留油斑，可与脂肪油加以区别。

2.析脑　挥发油主成分在低温下可析出结晶，此过程称为“析脑”，析出物习称为“脑”，如薄荷脑、樟脑。

二、化学性质

（一）酸性

中药化学成分是否具有酸性取决于其化学结构中是否具有酸性基团，如酚羟基、羧基。中药中的酸性成分主要包括有机酸类、醌类、黄酮类、三萜皂苷及鞣质等。化学成分酸性强弱与分子内酸性基团的种类、数目和位置有关。以醌类及黄酮类化合物为例，介绍其酸性规律。

醌类化合物由于多具有酚羟基及羧基而呈一定酸性。酸性的强弱具有以下规律：　①具有羧基的醌类化合物酸性较强。2-羟基苯醌或萘醌的醌核上有羟基时，由于受到邻近醌式羰基的影响表现出与羧基相似的酸性。②β-羟基的酸性强于α-羟基的酸性。由于β-羟基受羰基的电负性影响，使羟基的电子云密度降低，故质子的解离度增高，酸性较强，而α-羟基与相邻的羰基形成分子内氢键，降低了质子的解离度，故酸性减弱。③酚羟基的数目越多，酸性越强。以游离蒽醌类衍生物为例，酸性强弱排列如下：　-COOH＞含两个以上β-OH＞含1个β-OH＞含两个α-OH＞含1个α-OH。

黄酮类化合物因分子中多具有酚羟基，故显酸性。该类化合物的酸性强弱主要与酚羟基数目和位置有关，7位和4＇位均有酚羟基者，在p-π共轭效应的影响下，使酸性增强；仅有5位有酚羟基者，因5-OH可与4位C=O形成分子内氢键，故酸性最弱。黄酮类化合物酸性由强到弱的顺序依次为：7，4＇-二OH＞7或4＇-OH＞一般酚-OH＞5-OH。

（二）碱性

在中药化学成分中，生物碱类大多数具有碱性，此外，醌类及黄酮类化合物具有微弱的碱性。根据Lewis酸碱电子理论，凡是能给出电子的电子授体为碱。

生物碱类化合物分子中氮原子上的孤电子对能给出电子而显碱性。生物碱的碱性强弱与氮原子的杂化方式、电子云密度、空间效应及分子内氢键的形成等因素有关。①杂化方式。不同杂化状态下氮原子的碱性强弱顺序为：sp3＞sp2＞sp。②电子云密度。氮原子周围的电子云密度越大，碱性越强；反之，碱性越弱。③空间效应。当氮原子的空间范围内有立体障碍时，会阻碍氮原子接受质子，使其碱性降低。④分子内氢键。当生物碱成盐后，氮原子附近若有羟基、羰基，并能形成稳定的分子内氢键时，氮原子上的质子不易解离，则碱性增强。

各类型生物碱碱性强弱顺序为胍基＞季铵碱＞N-烷杂环＞脂肪胺＞芳香胺≈N-芳杂环＞酰胺≈吡咯。

影响生物碱碱性的多种因素往往同时存在，在分析生物碱碱性强度时，常需要综合分析。

一般来说，当诱导效应和空间效应同时存在时，空间效应对碱度的影响较大；当诱导效应和共轭效应同时存在时，共轭效应对碱度的影响较大。此外，溶剂、温度等外界因素对生物碱的碱性也有一定的影响，在分析时也要进行考虑。

醌类化合物由于羰基上的氧原子存在未共用的电子对，具有微弱的碱性，能溶于浓硫酸中形成盐；黄酮类化合物由于γ—吡喃酮环上的1-位氧原子有未共用的电子对，故表现出微弱的碱性，可与强无机酸生成盐，但不稳定，加水后即分解。

（三）显色反应

显色反应是鉴别中药化学成分结构类型的重要手段之一。常用的显色反应见表2-2，以下显色反应也用于中药化学成分预实验中的各类成分的检查。

（四）沉淀反应

皂苷的水溶液可以和一些金属盐类如铅盐、钡盐、铜盐等产生沉淀。其中，三萜皂苷可与中性醋酸铅及碱性醋酸铅等盐类沉淀；甾体皂苷可与碱性醋酸铅等碱性盐类沉淀。用此种方法也可以分离三萜皂苷和甾体皂苷。

大多数生物碱在酸性条件下，可与某些试剂反应生成难溶于水的复盐或络合物而生成沉淀，这些反应称为生物碱沉淀反应，这些试剂称为生物碱沉淀试剂。生物碱沉淀反应不仅可以检识中药中是否有生物碱类成分存在，亦可用于分离纯化生物碱；某些生物碱和沉淀试剂反应产生的沉淀具有很好的结晶和一定的熔点，还可用于生物碱的鉴定。生物碱沉淀试剂种类较多，根据其组成可分为碘化物复盐、重金属盐、大分子酸类等。常见的生物碱沉淀试剂名称、组成及反应现象见表2-3。

（五）水解反应

苷键是苷类分子中连接苷元与糖的化学键，具有缩醛性质。在稀酸或酶的作用下，苷键可发生断裂，水解成为次生苷、苷元和糖。苷键的裂解是研究苷类和多糖结构的重要方法，通过苷键的裂解反应有助于了解苷元的结构、糖的种类和组成，确定苷元与糖、糖与糖之间的连接方式。苷键裂解的方式有酸水解、碱水解、酶水解、乙酰解、氧化开裂法，后三种方法属于温和水解法，在水解过程中可以得到原苷元。在提取苷类化合物时，如果目标产物为原生苷，要注意抑制酶的活性，避免苷被植物中共存的酶水解。

具有内酯结构的化合物（香豆素、强心苷等）也可以进行水解反应，内酯环遇碱水解开环，遇酸闭环。如香豆素类化合物的分子中具有内酯结构，遇稀碱溶液可以开环，形成溶于水的顺式邻羟基桂皮酸盐；酸化又发生环合，形成不溶于水的香豆素类成分。但是如果长时间将香豆素类化合物放置在碱液中或者紫外线照射，顺式邻羟基桂皮酸盐就会转化为稳定的反式邻羟基桂皮酸盐，再酸化也难以闭环。

三、其他性质

（一）发泡性

皂苷类化合物（三萜皂苷和甾体皂苷）可降低水溶液的表面张力，因此其水溶液经强烈振摇后能产生持久性的泡沫，而且产生的泡沫不因加热而消失，可与其他物质如蛋白质等产生的泡沫进行区别。所以，发泡性可用于皂苷的鉴别。有些皂苷可作为清洁剂和乳化剂使用。

（二）溶血性

皂苷类化合物的溶血性是由于化合物能与红细胞中的胆甾醇结合，生成不溶于水的分子复合物，破坏红细胞的正常渗透，使细胞内渗透压增加而发生破裂，从而导致溶血现象。如人参三醇型皂苷具有溶血性，而人参二醇型皂苷具有抗溶血作用，因此人参总皂苷没有溶血性。此外，某些植物的树脂、脂肪酸、挥发油等也具有溶血性。