108 高普考高考三級 生藥中藥基原鑑定 中藥成分分析 考古題詳解

核心觀念

本題考查超臨界流體的定義、溶劑性質，以及這些性質如何用於中藥成分萃取。物質的溫度與壓力高於其臨界溫度 $T_c$ 與臨界壓力 $P_c$ 時，稱為超臨界流體。此時液相與氣相的界面消失，流體兼具氣體的高擴散性與低黏度，以及液體的溶解能力；其密度與溶劑力可藉由調整壓力、溫度控制。

中藥萃取常用二氧化碳作為超臨界流體。二氧化碳的臨界溫度約為 $31.1^\circ\mathrm{C}$、臨界壓力約為 $7.38\ \mathrm{MPa}$，在較低溫度下即可進入超臨界狀態，適合用於熱敏性成分的萃取。

解題方法

作答可依「超臨界狀態的定義 → 溶劑性質 → 萃取操作 → 對中藥成分的適用性」說明：

1. 將二氧化碳加壓、加熱至臨界點以上，使其成為超臨界流體。
2. 超臨界二氧化碳流經中藥材，溶解適合其極性與溶解力的成分；其溶解能力主要受流體密度影響，可藉調整壓力、溫度改變選擇性。
3. 萃取流體進入較低壓力的分離槽後，二氧化碳密度與溶解力下降，溶質析出而與流體分離；二氧化碳可回收再利用。
4. 二氧化碳本身偏非極性，適合萃取脂溶性或低極性成分。若要萃取較極性的成分，可加入乙醇等極性修飾劑，調整溶劑極性與溶解力。

優點

核心觀念

本題考「呈色反應與中藥成分結構類型的對應」，重點是記住試劑所偵測的官能基，以及正反應時的顏色或沉澱。分離純化後的成分可藉此初步推測結構；呈色試驗屬於定性判斷，不能單獨作為完整結構鑑定的依據。

解題方法與各小題判讀

（一）Wagner’s reagent

• 判別成分： 生物鹼。
• 反應原理： 試劑中的碘與碘化鉀形成多碘化物，與生物鹼形成難溶的離子對。
• 正反應判定： 出現紅棕色至棕色沉澱。

（二）Fehling reagent

• 判別成分： 還原糖，亦可用於檢出具有還原性的醛基。
• 反應原理： 鹼性條件下，還原糖將藍色的銅（II）離子還原為氧化亞銅。
• 正反應判定： 加熱後出現磚紅色氧化亞銅沉澱；未反應時溶液維持藍色。

（三）Ferric chloride reagent

核心觀念

本題考核質子核磁共振（$^1$H-NMR）中，氫核周圍的電子環境如何影響化學位移。化學位移以 $\delta$ 表示，單位為 ppm；氫核周圍電子密度愈低，屏蔽效應愈弱，訊號愈向低場移動，$\delta$ 值愈大。吸電子原子、正電荷及芳香環或烯鍵的磁異向性，常使相鄰氫的化學位移增加。

解題方法

依序判斷每組甲基或溶劑質子的局部環境：

1. 先看與甲基直接相連的原子或官能基；直接連到電負度高的原子，通常較去屏蔽。
2. 再比較羰基、芳香環與烯鍵等造成的吸電子或磁異向性效應。
3. 溶劑題則比較各分子中該類氫的典型化學位移。

（一）$CH_3-O$、$CH_3-C$、$CH_3-F$、$CH_3-N$

甲基直接連到電負度較高的原子時，連結鍵的電子密度被拉低，甲基氫較去屏蔽。氟的電負度最高，其次為氧、氮；$CH_3-C$ 的甲基氫則沒有直接連到強吸電子雜原子。

由大至小排列為：

常見參考範圍約為 $CH_3-F$ 4.2 ppm、$CH_3-O$ 3.3–3.8 ppm、$CH_3-N$ 2.2–3.0 ppm、一般烷基 $CH_3-C$ 約 0.8–1.5 ppm。實際值會受分子結構、溶劑及測量條件影響。

（二）$CH_3-CH_2-C=O$、$CH_3-C=C$、$CH_3-N^+(R)_3$、$CH_3-Ar$

四者的甲基都處於較一般烷基更易去屏蔽的環境，但影響程度不同：

• $CH_3-N^+(R)_3$：甲基直接連到帶正電的氮，去屏蔽最強，$\delta$ 最大。
• $CH_3-Ar$：芳香環的磁異向性使鄰接甲基去屏蔽，常見約 2.2–2.4 ppm。
• $CH_3-C=C$：甲基連於烯碳，受烯鍵磁異向性影響，常見約 1.6–2.0 ppm。

核心觀念

本題考查以聚合酶鏈鎖反應（polymerase chain reaction, PCR）進行中藥材 DNA 分子標記鑑定的原理、操作流程，以及在藥材真偽與親緣鑑別上的應用。PCR 是體外核酸擴增技術：利用一對引子界定目標 DNA 片段，在耐熱 DNA 聚合酶作用下，反覆進行變性、引子黏合與延伸，使目標序列快速增加。

DNA 序列可作為藥材的遺傳特徵。即使藥材外觀相近、經切片或粉碎而難以形態鑑別，仍可由適當組織萃取 DNA，再針對具有分類鑑別力的序列進行擴增與分析。常用標記包括葉綠體 DNA 的 rbcL、matK、trnH-psbA 等條碼區域，以及核糖體 DNA 的 ITS 區域；實際選擇須依藥材種類、近緣物差異與檢體 DNA 品質而定。

解題方法：原理與操作流程

PCR 的基本組成

反應液通常包含：

• 模板 DNA：由藥材檢體萃取而得，含有待鑑定的目標序列。
• 一對引子：正向引子與反向引子，分別與目標區段兩端的互補序列結合，決定擴增範圍。
• 耐熱 DNA 聚合酶：例如 Taq DNA polymerase，可在高溫變性後仍保有活性。
• dNTP：合成新 DNA 鏈的原料。
• 反應緩衝液與鎂離子：維持適當反應環境；鎂離子是聚合酶反應的重要輔因子。

PCR 三個循環步驟

1. 變性（denaturation）：通常約 $94$–$95^\circ\mathrm{C}$，使雙股 DNA 分離成單股。
2. 引子黏合（annealing）：降至適當溫度，使引子與模板上互補序列結合。溫度需依引子序列及其熔解溫度調整。
3. 延伸（extension）：通常約 $72^\circ\mathrm{C}$，由耐熱 DNA 聚合酶以模板為依據，從引子端延伸合成新 DNA 鏈。

完成一個循環後，目標片段成為下一輪的模板。理想情況下每循環約倍增，經 $n$ 個循環後，產物量約與 $2^n$ 成正比；實際反應會受試劑耗竭、酵素活性及副產物等因素影響，後期不會持續完全倍增。常見反應會進行約 $25$–$40$ 個循環，並依目標片段長度與檢體狀況設定。

中藥材檢驗流程

1. 取樣與 DNA 萃取：取藥材組織並萃取 DNA。中藥材常含多醣、酚類或其他抑制物，須適當純化；加工、加熱或長期保存也可能使 DNA 降解。
2. 選擇鑑別標記並設計引子：選擇能區分目標藥材與近緣種、混用品或摻偽物的序列區域，設計專一性引子；

核心觀念

本題考查液相層析中固定相與移動相的極性配置，以及溶質因在兩相間分配、吸附能力不同而產生的分離效果。判斷正相或逆相，重點在固定相與移動相的相對極性：

• 正相層析（normal-phase chromatography）：固定相較極性，移動相較不極性。
• 逆相層析（reversed-phase chromatography）：固定相較不極性，移動相較極性。

溶質與固定相作用較強時，滯留時間通常較長；與移動相作用較強時，較容易隨流動相洗脫。此處的「正相／逆相」描述兩相的極性關係，不代表層析方向或流速。

解題方法與原理

作答時先分別交代固定相、移動相的極性，再說明樣品成分如何因極性與相間作用差異而分離，最後補上常見應用。

一、正相液相層析

正相層析使用極性固定相，例如矽膠、氧化鋁；移動相通常為低極性有機溶劑，並可逐步增加其極性以提高洗脫能力。成分與極性固定相的吸附或氫鍵等作用越強，滯留越久；與固定相作用較弱的成分則較早洗脫。

一般而言，在適合的正相系統中，較不極性的成分先洗脫，較極性的成分因與固定相作用較強而後洗脫。正相常用於脂溶性成分、異構物或極性差異明顯成分的分離，也可用於天然物粗分離及製備純化。

二、逆相液相層析

逆相層析使用非極性固定相，常見為鍵結烷基相，如 C18（十八烷基矽烷鍵結矽膠）或 C8；移動相則為水或緩衝液與甲醇、乙腈等有機溶劑的混合液。較疏水的成分與非極性固定相作用較強，通常滯留較久；較極性的成分較偏好極性移動相，通常較早洗脫。