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TheMedicinalChemistryofNaturalProducts 天然药物化学 第一章总论 introductions 第一节绪论 一 天然药物化学的名称 天然药物化学 TheMedicinalChemistryofNaturalProducts 植物化学 Phytochemistry 中药化学 TheChemistryofTraditionalChineseMedicine 中草药成分化学 TheChemistryofTraditionalChineseandHerbalDrugs 二 天然药物化学的定义与研究内容 一 天然药物的定义 由动 植物 矿物和微生物原料发酵形成的药物通俗地称之为中草药 是传统药 民间药 民族药的总称 二 天然药物化学的定义 运用现代科学理论与方法研究天然药物中化学成分的一门学科 有效成分 具有生理活性的单体物质 能用一定分子式表示 有一定的物理常数 有效成分与无效成分的相对性 有效部位 具有生理活性的群体物质 天然药物中分离出有效成分 制剂如 颠茄 曼陀罗 莨菪碱 阿托品 穿心莲 穿心莲内酯天然药物中分离出有效部位 如 银杏叶的提取物 银杏黄酮地奥心血康 8种甾体皂苷 天然药物的化学成分 主要是生理活性成分或药效成分 的 结构特点 理化性质 提取分离方法及主要类型化学成分的结构鉴定知识等 此外 还有主要类型化学成分的生物合成途径 三 天然药物化学研究的内容 三 天然药物化学在医药事业中的作用 一 探讨天然药物治病的物质基础 有效成分 二 控制天然药物及其制剂的质量 影响天然药物防病治病的主要因素 有效成分的含量 产地 采收季节 加工方法 贮存条件 三 减低原植物毒性 并提高疗效 寻找有效成分 除去无效而有毒成分 以降低其毒性 提高疗效 四 扩大天然药物的资源 中国中药资源志要 科学出版社 1994介绍 国内天然药物12694种植物药 11020种动物药 1590种矿物药 84种目前常用的药物400 500种黄连 小檗碱代用品 三颗针 小檗碱 五 进行新化合物的研究导致化学合成或结构改造 临床新药的来源途径 合成一系列化合物 进行药理实验筛选 中药中筛选活性成分 再合成新药或制备衍生物 例 青蒿青蒿素二氢青蒿素 蒿甲醚等 古柯叶中分离的古柯碱 局部麻醉 但毒性较大 合成了普鲁卡因 结构简单 毒性低 四 天然药化的发展与动向 一 我国古代 本草纲目 记载 发酵法从五倍子中的到没食子酸 二 国外的研究的状况 1796酒石 酒石酸钾钠 酒石酸 19世纪1804法国药学家Derdsone1806德国药学家Serturner鸦片吗啡碱ALK1810Gomez金鸡纳树皮 奎宁 金鸡纳碱1817Pelletiere吐根碱 Roubiquet提纯 苦杏仁苷黑芥子苷1842Weisz发现了 芦丁 1861Gorup发现了 甘草皂苷Fraser发现了 K 毒毛旋花子苷1874Schmiedeberg 洋地黄毒苷 20世纪50年代 蛇根木利血平 发现 确定结构合成仅4年 吗啡碱 1804 6发现 1925定结构 1952年合成 70年代 美登木美登木碱 三 我国近代研究情况 有机化学家赵承嘏 30年代 麻黄麻黄素 进行了化学 建国初期 麻黄素 甘草酸 长春新碱 利血平 10年 摆脱进口局面 海南萝芙木降压灵丹参酮 A磺酸钠盐 五味子木脂素栝楼根新鲜汁水中的天花粉蛋白用于临床引产 1980 89年统计 从天然药物研究中发现新的化合物已有800多个 2000 目前 每年研究发现1000多个新的天然化合物 种类更多 应用范围更广 四 我国目前研究与国外的差距 有200多公司 数百家单位从事天然药物研究 上市药物有1 4来自天然药物 五 今后的研究方向 1 继续以活性为指标分离有效成分2 积极进行复方的化学成分研究3 进行组织培养 保护药源 第二节生物合成 一 一次代谢及二次代谢 这些是植物生存不可缺少的物质 该过程存在于所有的绿色植物中 称为一次代谢过程 产生的物质称为一次代谢产物 primarymetabolite 1 一次代谢 这些物质对植物生命活动不起主要作用 该过程不是存在所有的绿色植物中 产生的生物碱 萜类等化合物称为二次代谢产物 secondarymetabolites 2 二次代谢 二 主要的生物合成途径 醋酸 丙二酸 AA MA 途径 脂肪酸类 酚类 蒽醌类2 甲戊二羟酸类 MVA 途径 萜类 甾类3 桂皮酸 cinnamicacidpathway 及莽草酸 shikimicacidpathway 途径 苯丙素类 黄酮类 4 氨基酸 aminoacidpathway 途径 生物碱5 复合途径 复杂的化合物 1 醋酸 丙二酸 莽草酸途径 AA MA SA 2 醋酸 丙二酸 甲羟戊酸途径 AA MA MVA 3 氨基酸 甲羟戊酸途径 A A MVA 4 氨基酸 醋酸 丙二酸 A A AA MA 5 氨基酸 莽草酸途径 A A SA 第三节提取分离方法 一 中草药有效成分的提取分离 一 提取方法 按提取原理分类 溶剂法 水蒸气蒸馏法 升华法 溶剂法最为常用 水蒸气蒸馏法 升华法 超临界流体萃取法将在挥发油一章介绍 溶剂提取法1 溶剂提取法的原理 依据天然产物中各种成分的溶解性能 选用对有效成分溶解度大 对杂质溶解度小的溶剂将有效成分从药材内溶解出来的方法 1 常用溶剂 乙酸乙酯 氯仿 乙醚 苯 己烷 石油醚 亲脂性有机溶剂 水 亲水性有机溶剂 亲脂性有机溶剂 其极性大小如下 水 甲醇 乙醇 丙酮 亲水性有机溶剂 2 常见官能团极性比较 羧基 酚羟基 醇羟基 氨基 酰氨基 醛 酮 酯基 醚基 烯基 烷基 3 化合物的极性判断 由分子中官能团的种类 数目 及排列方式等综合因素决定 分子较小 极性基团多的物质 亲水性较强 易溶于亲水性溶剂 分子较大 极性基团少的物质 亲脂性较强 易溶于亲脂性溶剂 4 溶解规律 相似相溶 天然产物中提取有效成分的重要依据之一 选择溶剂的原则 对有效成分溶解度大 而对共存杂质的溶解度最小 2 溶剂的选择 常用溶剂可分为以下三类 水可以溶解 氨基酸 糖类 无机盐等 甲醇 乙醇 丙酮 与水任意比例混溶 苷类 生物碱 鞣质等 特点 介电常数较大 水溶性较大对植物细胞穿透能力较强对许多成分的溶解性能好 提取完全毒性低 价格便宜 回收方便 乙醇提取天然产物成分是目前最常用的方法 挥发油 油脂 叶绿素 树脂 内酯 某些生物碱及一些苷元 特点 沸点低 浓缩回收方便 易燃 有毒 价贵 设备要求较高 穿透药材组织的能力较差 有局限性 亲脂性有机溶剂可溶解 与水不能任意混溶 3 溶剂提取顺序 1 溶剂递增的顺序 石油醚或汽油 油脂 蜡 叶绿素 挥发油 游离甾体及三萜类化合物氯仿或乙酸乙酯 游离的生物碱 有机酸 黄酮 香豆素等甙元甲醇 乙醇 丙酮 甙类 生物碱 鞣质水 氨基酸 糖类 无机盐 提取液浓缩成膏 拌硅藻土等辅料 减压干燥成粉再以不同溶剂进行分步洗脱 2 先用乙醇提取 溶剂提取的方法 水 亲水性有机溶剂 浸渍法 渗漉法 回流法 水为溶剂还可以用煎煮法 亲脂性有机溶剂 易挥发 多以索氏提取器采用连续回流法 特点 节省溶剂新鲜溶剂不断加入 保持较高的浓度差 提取效率高不适合热敏成分 二 中草药有效成分的分离与精制 一 根据物质溶解度差异进行分离 结晶与沉淀法 1 结晶及重结晶法 结晶法 利用混合物中各成分在溶剂中因温度不同引起溶解度的改变 使部分成分析出结晶 重结晶 选择适当的溶剂让结晶再一次溶解和析出结晶的过程 利用溶液中加入另一种溶剂使极性改变 某些成分溶解度改变而析出沉淀 2 溶剂沉淀法 某些酸 碱或两性化合物可采用加入酸 碱调节溶液的pH值 分子的状态 游离型或解离型 变化 使其溶解度改变 3 酸碱沉淀法 某些酸 碱性化合物还可以通过加入沉淀试剂生成水不溶性盐类沉淀析出 4 沉淀试剂沉淀法 如 生物碱的酸性液 加入生物碱沉淀试剂生物碱难溶性复盐 鞣质 明胶 蛋白质溶液复合物 水提液中 加入无机盐至饱和 有效成分沉淀析出 其它水溶性杂质溶于水 如 三七的水提液中加硫酸镁 三七皂甙乙 三颗针中提取小檗碱 氯化钠或硫酸铵盐析 5 盐析法 二 根据物质在两相溶剂中的分配比不同进行分离 萃取法 1 常见的萃取方法 液 液萃取法反流分布法 CCD 液滴逆流层析法 DCCC 高速逆流层析法 HSCCC 气液分配层析法 GC或GLC 液 液分配层析法 LC或LLC 2 液 液萃取法原理 是利用混合中各成分在两种互不相溶的溶剂中 分配系数不同而达到的分离方法 分配系数K C上 C下萃取时 各成分在两相溶剂中分配系数差异越大 则分离效果越好 1 正相分配色谱 载体 硅胶等 硅胶吸水 超过17 不作吸附剂 而作为载体 固定相 强极性溶剂 如水 缓冲液等流动相 氯仿 乙酸乙酯等弱极性有机溶剂洗脱规律 极性小成分先洗下极性大成分后洗下 3 液 液分配色谱法 2 反相分配色谱 亲脂性有机溶剂 固定相 水或亲水性溶剂 移动相 固定相 可用石蜡油反相硅胶RP 18 RP 8 RP 2流动相 则用水或甲醇等强极性溶剂洗脱规律 极性大成分先洗下极性下成分后洗下 三 根据物质吸附性差异进行分离 色谱法 吸附的类型 物理吸附 physicaladsorption 也称表面吸附 常见如硅胶 氧化铝 活性炭吸附 化学吸附 chemicaladsorption 如黄酮与酚酸与碱性氧化铝 半化学吸附 semi chemical adsorption 聚酰胺对黄酮 醌类的氢键吸附 物理吸附基本规律 相似者易于吸附吸附三要素 吸附剂 溶质 溶剂 吸附法分离的依据 化合物极性差异大 吸附性差异大 分离效果愈好 常用的吸附剂有 硅胶 氧化铝 活性炭 聚酰胺 大孔吸附树脂等 1 活性炭 是非极性吸附剂 对非极性物质具有较强的亲和力 吸附规律 芳香族化合物吸附力 脂肪族化合物 分子量大的化合物吸附力 分子量小 水中对溶质的吸附力 有机溶剂中对溶质的吸附力 2 硅胶 氧化铝 为极性吸附剂 吸附原理 硅醇基与化合物形成氢键硅醇基与水形成氢键硅胶吸附的水分愈多 吸附其他化合物的能力愈弱 吸水量超过17 不能作为吸附剂了 加热到100 110 时即可除去水 恢复吸附活力 这一过程称为硅胶的活化 对极性物质的亲和力强于弱极性物质 溶剂极性弱 吸附剂对溶质吸附力强 溶剂极性增强 吸附剂对溶质吸附力弱 溶质被硅胶 氧化铝吸附 当加入极性较强的溶剂时 又可被后者置换洗脱下来 其吸附特点是 为了避免化学吸附 分离酸性物质 如分离醌类宜用硅胶分离碱性物质宜用氧化铝 缓解化学吸附 薄层层析分离酸性 碱性 物质时 展开剂中加入适量的醋酸 氨 乙二胺 以克服拖尾现象 问 如何判断极性 1 各官能团的极性顺序 2 化合物的极性由分子中官能团的种类 数目 及排列方式等综合因素决定 3 溶剂的极性可根据介电常数 的大小判断 3 聚酰胺 属于氢键吸附 不但适用极性物质也适用于非极性物质的分离 特别适合酚类 醌类 黄酮类 鞣质的分离 吸附规律 被分离物质与聚酰胺形成氢键的的数目越多 吸附力越强 形成氢键的数目 越多 吸附力越强 分子内氢键 被分离物质形成分子内氢键的吸附力减弱 芳香程度 分子中芳香程度化高者 吸附力强 4 大孔吸附树脂 大孔吸附树脂是一种没有可解离基团具有大孔结构的高分子吸附剂 分为非极性与中等极性两类 吸附性与分子筛原理相结合的分离材料 吸附原理 影响因素 大孔吸附树脂的特性 被分离物质及溶剂的性质均影响着分离结果 1 分子极性极性大成分 易被极性树脂吸附 被分离成分与大孔树脂形成氢键的基团越多 吸附力越强 极性大的有机溶剂合适 极性小的成分 易被非极性树脂附 极性小洗脱剂 洗脱能力强 2 分子体积对非极性大孔树脂而言 化合物体积越大 吸附力越强 这与大体积分子的疏水性有关 型号选择 分离大分子 大孔的树脂分离小分子 小孔的树脂 3 溶液的pH酸 碱 性化合物 适当的酸 碱 性溶液中吸附 中性化合物 中性溶液中可被充分吸附 4 洗脱剂水 醇类 丙酮 乙酸乙酯等 应用 天然化合物的分离与富集工作 如糖类 生物碱 黄酮 皂苷等 四 根据物质的分子大小进行分离 透析法 小分子物质 无机盐 氨基酸等 在溶液中可通过半透膜 而大分子物质如多糖 蛋白不能通过半透膜的性质达到分离的方法 2 超滤法 利用分子大小不同引起的扩散速度差异进行分离的 3 超速离心法 利用溶质在超速离心作用下具有不同的沉降性或浮游性而分离 4 凝胶过滤法 也称分子筛过滤法 凝胶渗透色谱法 利用凝胶的三维网状结构的分子筛滤过作用使分子大小不同的物质得以分离 型号 葡聚糖凝胶 Seph