天然药物化学：第一章 绪论

1、天然药物化学主要参考书目： 1、肖崇厚等. 中药化学. 上海：上海科学技术出版社，1997 2、徐任生等. 天然产物化学. 北京：科学出版社，2004 3、姚新生等. 有机化合物波谱解析. 北京：中国医药科技出版社，1997 4、于德泉,杨峻山. 分析化学手册. 第七分册：核磁共振波谱分析北京：化学工业出版社，1999 5、药典 第一章 总论第二章 糖和苷第三章 苯丙素类第四章 醌类化合物第五章 黄酮类化合物第六章 萜类和挥发油第七章 三萜及其苷类第八章 甾体及其苷类第九章 生物碱 第一章总 论 一、绪论三、提取分离方法四、结构研究法二、生物合成第一章 总论 天然药物化学：药物化学的一门分支学

2、科，是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科学；研究内容包括自天然药物中所分离得到的各类型化学成分的结构特点、物理化学性质、提取分离方法、结构鉴定、生物合成途径等。 天然药物来源: 植物（为主）、动物、矿物、微生物；中草药与中医一起构成中华民族文化的瑰宝。 物质基础：有效成分（生理活性成分或药效成分）、无效成分或杂质。 第一节 绪 论 概 念有效成分能用分子式表示，有一定的物理常数，从化学结构上看为单体，临床上有效的成分，如甘草中的甘草酸。有效部位为混合成分，可能是一类或几类成分组成，在临床上共同发挥药效，如人参中的人参总皂苷。生理活性成分经过不同程度药效试验或生理活性试验，包括

3、体内及体外试验，证明对机体具有一定生理活性的成分。但是，它们并不一定是真正代表天然药物临床疗效的有效成分。无效成分 天然药物中分离有机化学成分国外：1769年 舍勒 酒石酸国内：没食子酸 明代医学入门 五倍子 发酵法 本草纲目“生白” “长霜” 樟脑 集验方 本草纲目升华法 医药化学源于中国 由于现代科学技术进步，特别是将波谱解析方法（NMR、MS、IR、UV、 X晶体衍射）用于推导化合物的结构，以及分离手段的进步，天然药化的发展速度大为加快，所发现的新化合物数目大为增加，微量成分、水溶性成分的分离、提纯，稳定性差的活性物资的分离等也不再是难题。 天然药物化学本身也已不再是原先简单的分离提取、

4、结构鉴定，而是逐步发展成生物活性指导下的分离提取、结构鉴定，及半合成修饰和全合成紧密结合的一门学科。 第二节 生物合成 一、一次代谢与二次代谢一次代谢过程：维持植物生命活动不可缺少的，几乎存在于所有的绿色植物中。 光合作用 糖 ATP、NADPH、丙酮酸（有机酸、氨基酸）、PEP、E.4.P、核糖（核酸）。 一次代谢产物：对植物机体生命活动来说不可缺少的物质。 糖、蛋白质、脂质、核酸等二次代谢过程：在特定的条件下，一些重要的一次代谢产物作为原料或前体，如乙酰辅酶A、丙二酸单酰辅酶A、莽草酸及一些氨基酸，又进一步经历不同的代谢过程，生成如生物碱、萜类等化合物。 非所有植物都能发生，对维持植物生命

5、活动来说不起重要作用。 二次代谢产物：结构富于变化，大多具有明显的生理活性。 天然药物化学的主要研究对象。 二、生物合成假说的提出设想：天然化合物结构之间的联系，它们与重要的一次代谢产物之间的关系。意义：有利于结构分类，推测化合物结构，植物分类学研究，寻找新的天然药物资源，仿生合成。如：萜类中不断重复出现的C5单位骨架（异戊二烯法则），意味着它们具有某种共同的生物合成途径。首先学会在天然化合物中发现隐藏着的一次代谢产物，从而推测它们的生物合成途径及来源。 组成天然化合物的基本单位类型（1）C2单位（醋酸单位）：如脂肪酸、酚类、苯醌等聚酮类化合物。（2）C5单位（异戊烯单位）：如萜类、甾类等化合

6、物。（3）C6单位：如香豆素、木脂素等苯丙素类化合物。（4）氨基酸单位：如生物碱类化合物。（5）复合单位：由上述单位复合构成。 三、主要的生物合成途径（一）醋酸-丙二酸途径 （acetate-malonate pathway, AA-MA途径） （1）脂肪酸类 （2）酚类 （3）蒽酮类 （1）脂肪酸类碳链为偶数：乙酰辅酶A；丙二酸单酰辅酶A；缩合和还原反应碳链为奇数：丙酰辅酶A；丙二酸单酰辅酶A；缩合和还原反应支链脂肪酸：异丁酰辅酶A、-甲基丁酰辅酶A、甲基丙二酸单酰辅酶A；丙二酸单酰辅酶A；缩合和还原反应不饱和脂肪酸：先经生物学氧化为羟基衍生物，再经脱水后生成（2）酚类乙酰辅酶A丙二酸单酰辅

7、酶A缩合反应，聚酮类中间体经不同途径环合特点：芳环上的含氧取代基（-OH、 -OCH3）多互为间位（3）蒽酮类聚酮类化合物根据分子结构中醋酸单位的数目： 聚戊酮类 聚己酮类 聚庚酮类（二）甲戊二羟酸途径 （mevalonic acid pathway, MVA途径）乙酰辅酶A 甲戊二羟酸（MVA） 焦磷酸异戊烯酯（IPP）、焦磷酸二甲烯丙酯（DAPP） 对应的焦磷酸酯 单萜，倍半萜，二萜乙酰辅酶A 甲戊二羟酸（MVA） 焦磷酸异戊烯酯（IPP）、焦磷酸二甲烯丙酯（DAPP） 对应的焦磷酸酯 倍半萜 反式角鲨烯 三萜，甾类（三）桂皮酸途径（cinnamic acid athway） 及莽草酸途径

8、（shikimic acid pathway） 苯丙氨酸脱氨酶苯丙氨酸 桂皮酸 C6-C3骨架化合物（苯丙素类，香豆素类，木脂体类，黄酮类） 环化、氧化、还原 C6-C2、C6-C1、C6苯丙素类 二氢黄酮类 -位聚合 木质素类（四）氨基酸途径氨基酸（鸟氨酸、赖氨酸；苯丙氨酸、 酪氨酸、色氨酸） 胺类 生物碱类 （五）复合途径（1）醋酸-丙二酸莽草酸途径（2）醋酸-丙二酸甲羟戊酸途径（3）氨基酸甲羟戊酸途径（4）氨基酸醋酸-丙二酸途径（5）氨基酸莽草酸途径 提取前： 1、明确目标，进行文献、综述的检索 2、对提取分离目标药材，进行鉴定（学名、产地、药用部位、采集时间等） 3、天然药物化学成分的

9、预试验 4、预处理：药材进行干燥，适当粉碎第三节 提取分离的方法一、中草药有效成分的提取 提取：指用选择的溶剂或适当的方法，将所要的成分溶解出来并同中药组织脱离的过程。 （一） 溶剂提取法 1、提取原理：根据中药化学成分与溶剂间“极性相似相溶”的原理，依据各类成分溶解度的差异，选择对所提成分溶解度大、对杂质溶解度小的溶剂，依据“浓度差”原理，将所提成分从药材中溶解出来的方法。 2、 溶剂的选择（1）溶剂按极性可分为三类，即水；亲水性有机溶剂；亲脂性有机溶剂。 极性大小：水(酸水、碱水)甲醇(MeOH)乙醇(EtOH)丙酮（Me2CO）正丁醇(n-BuOH)乙酸乙酯(EtOAc)乙醚(Et2O)

10、氯仿(CHCl3 ) 二氯化碳(CH2Cl2)苯（C6H6)四氯化碳(CCl4)正己烷石油醚(Pet.)这三类溶剂间互溶情况：水和亲水性有机溶剂可互溶，水和亲脂性有机溶剂间不互溶，有机溶剂间除甲醇和石油醚不互溶外，其它均互溶。（2）提取溶剂的选择原则：1）要对所提取成分溶解度大；对杂质溶解度小。2）要与所提取成分不起意外的化学变化。3）要廉价、易得、安全。（3）各类溶剂特点 水：为极性最大的溶剂，也最常用。可溶解苷类、生物碱盐、糖类、蛋白质、氨基酸、鞣质、小分子有机酸、有机酸盐、亲水性色素、无机盐。其中蛋白质不溶于热水。 缺点：用水提取易酶解苷类成分，且易霉坏变质。某些含果胶、粘液质类成分的中

11、草药，其水提取液常常很难过滤。沸水提取时，中草药中的淀粉可被糊化，而增加过滤的困难。故含淀粉量多的中草药，不宜磨成细粉后加水煎煮。 亲水性的有机溶剂：以乙醇最常用。乙醇的溶解性能比较好。亲水性的成分除蛋白质、粘液质、果胶、淀粉和部分多糖等外，大多能在乙醇中溶解。 优点：应用范围广，易过滤，不霉变，易浓缩回收。 缺点：价高、不安全，需回流设备。 亲脂性的有机溶剂：这些溶剂的选择性能强，用于亲脂性成分的提取，如游离生物碱、苷元、挥发油等。 优点：提取专属性强，易回收浓缩。 缺点：价高、易燃、有毒，穿透性差；对设备要求高。 3、 提取方法： （1） 浸渍法：也叫冷浸法。将药材粗粉以适当溶剂在常温下浸

12、泡。多以水类或稀醇为溶剂。适于成分遇热易破坏或含多糖较多的中药的提取。缺点为浸出效果较差，水提取液易发霉，提取液体积大，浸出时间长。 （2） 渗漉法：是浸渍法的改进，将中药粗粉装于渗漉筒中，不断添加溶剂渗过药粉，从渗漉筒下端不断流出渗漉液。各类溶剂均可。此法由于溶液浓度差大，浸出效果好，提取效率高于浸渍法。但缺点为溶液体积大，时间长。 （3） 煎煮法：为中药水提取最常用的方法。将中药粗粉用水加热煮沸，保持一定时间，成分即可浸出。煎煮法必须以水为溶剂。此法提取效率高，但遇热破坏成分要注意。且含多糖多的成分过滤困难。（4） 回流法：用于以有机溶剂加热提取成分。优点为提取效率高，但受热易破坏成分不宜

13、用此法。缺点为溶剂消耗量大，需回流设备，需几次提取方可提取完全。（5） 连续回流法：是回流法的发展，以索氏提取器（亦称脂肪抽出器）回流提取。克服了回流法溶剂需要量大、需几次提取的缺点。缺点为提取时间长，受热破坏成分不能用此法。 影响提取效率的因素： 1 药材粉碎度：药粉越细、表面积越大，提取效率越高。但太细，药粉对成分的吸附也越强。因此水提取宜用粗粉；用有机溶剂可细些，以20目为好。 2 提取温度：一般热提效率高，但要考虑有些成分温度高易破坏，应选择适宜温度。 3 提取时间：一般提取时间长提出量大。但被提成分在细胞内外溶解一旦平衡，时间长即无意义。 （二） 水蒸汽蒸馏法：适于具有挥发性、可随水

14、蒸汽蒸馏、不被破坏、难溶于水的成分。中药中主要用于挥发油、某些挥发性生物碱、少数挥发性蒽醌苷元、香豆素苷元的提取。 水蒸气蒸馏提取的装置有两种，一是水蒸汽蒸馏装置，二是共水蒸馏装置。 （三） 升华法：中药中的某些固体成分在受热低于其熔点的温度下，不经液态直接成为气态，经冷却后又成为固态，从而与中药组织分离这种性质称为升华，这种提取方法称为升华法。中药成分有少量具有升华性，如游离羟基蒽醌类成分，一些小分子香豆素类，有机酸类成分等。 （四） 超临界提取法（SFE） 特点：与经典溶剂提取法比较，不用有机溶剂，而是选用一种称为超临界流体（SF）的物质替代有机溶剂提取。 优点：1）可在低温下提取，“热敏

15、性”成分尤其适用。2）无溶剂残留，对作为制剂的中药提取物的提取是一大优势。3） 提取与蒸馏合为一体，无需回收溶剂。4） 具选择性分离。 超临界状态是指当一种物质处于临界温度和临界压力以上的状态下，形成既非液体又非气体的单一状态，称为“SF”。此时其流体密度近似液体、黏度近似气体，其扩散力比液体大增，介电常数也随压力增加而增加。其浸透性优于液体，因而比液体有更佳的溶解力，有利于溶质的萃取，特别是性质不稳定、易热分解的物质的提取。 常见的SF有二氧化碳、一氧化亚氮等。 其中最常用的为二氧化碳。二氧化碳的特点：临界温度接近室温（Tc=31.3），临界压力也较低（Pc=7.37Mpa），无色、无毒、无

16、味，不易燃，化学惰性，廉价，易制成高纯度气体。故在SFE中最常用。 二氧化碳-超临界流体的溶解能力规律： 在超临界状态下，CO2对不同溶质的溶解能力差别很大。其取决于溶质的极性、沸点、分子量。 (1)对亲脂性、低沸点成分溶解能力强，如挥发油、烃类、醚类、酯类等。 (2)成分极性基团（如OH、COOH）越多，越难提取。如糖类、氨基酸的萃取压力要4104Pa以上。 (3)成分分子量越大，越难提取。 二、中草药有效成分的分离与精制（1）根据物质溶解度差别进行分离（2）根据物质在两相溶剂中的分配比不同进行分离（3）根据物质的吸附性差别进行分离（4）根据物质分子大小差别进行分离（5）根据物质离解程度不同

17、进行分离（1）根据物质溶解度差别进行分离a. 温度不同，溶解度改变 结晶，重结晶b. 改变混合溶剂的极性 水/醇法；醇/水法；醇/醚或丙酮法c. 调节溶液pH值，改变分子的存在状态 酸/碱法；碱/酸法；等电点沉淀法d. 沉淀法 酸性或碱性化合物（2）根据物质在两相溶剂中的分配比不 同进行分离a. 液-液萃取法b. 逆流分溶法（CCD）c. 液滴逆流色谱法（DCCC）d. 高速逆流色谱法（HSCCC）e. 气液分配色谱（GC或GLC）f. 液-液分配色谱（LC或LLC） a. 液-液萃取法两相：互相饱和的水相与有机相被分离物质：分配系数差异越大，分离效果越高常用系统： 极性小 石油醚水 极性大

18、正丁醇水 极性中等 乙酸乙酯/氯仿/乙醚水 b. 逆流分溶法（CCD）分配系数K：一种溶质在一定温度及压力下，在两相溶剂中（互不相溶）的分配比分配因子：混合溶质中，A、B两种溶质在同一溶剂系统中分配系数的比值应用条件：值50（具有相似性质的混合物） ；中等极性、不稳定物质；K不受浓度或温度影响；不易乳化操作：分配系数差异大的两种不相混溶的溶剂为固定相，Craig逆流分溶仪（上百个萃取单元组成的全自动连续液-液萃取装置） c. 液滴逆流色谱法（DCCC） d. 高速逆流色谱法（HSCCC）在逆流分配法基础上改进的两相溶剂萃取法 溶剂系统的选择基本同逆流分配法，由流动相成液滴，通过作为固定相的液柱

19、而达到分离移动相形成液滴，在细的分配萃取管中与固定相有效地接触、摩擦不断形成新的表面，促进溶质在两相溶剂中的分配；不会产生乳化现象；用氮气压驱动移动相，被分离物质不会因遇大气中氧气而氧化e. 气液分配色谱（GC或GLC）分配色谱法以气体为流动相；将固定液（高沸点液体）涂渍在担体上而构成液态固定相 f. 液-液分配色谱（LC或LLC）两相溶剂中的一相涂覆在硅胶等多孔载体上，作为固定相填充在色谱管中，然后加入与固定相不相混溶的另一相（流动相）冲洗色谱柱。被分离物质在两相溶剂中相对作逆流移动，不断进行动态分配而得以分离。正相色谱与反相色谱：载体主要是硅胶、硅藻土及纤维素粉加压液相柱色谱：快速，低压，

20、中压，高压（3）根据物质的吸附性差异进行分离a. 物理吸附： 表面吸附，是因构成溶液的分子与吸附剂表面分子的分子间力的相互作用所引起。 无选择性、吸附与解吸过程可逆、可快速进行 硅胶、氧化铝、活性炭b. 化学吸附： 黄酮+碱性氧化铝，生物碱+酸性硅胶 具选择性、吸附十分牢固、有时不可逆c. 半化学吸附： 聚酰胺+酚羟基/羰基 氢键作用，介于物理与化学吸附之间 物理吸附基本规律三要素：吸附剂、溶质、溶剂原理：相似者易于吸附极性吸附剂硅胶、氧化铝 极性强，吸附力大 洗脱力随洗脱剂的极性增大而增大非极性吸附剂活性炭 对非极性化合物的吸附力强 洗脱力随洗脱剂的极性降低而增大 极性及其强弱判断1）官能团

21、的极性R-HR-X R-O-R R-CO-OR R-CO-R R-CHO R-CO-N-(R)R” R-NH2,R-NH-R,R-N- (R)R” R-OH H2O Ar-OH R-COOH2）分子中官能团的种类、数目及排列方式 P27实例 注意：酸性、碱性及两性极性化合物3）溶剂极性大小 己烷石油醚四氯化碳苯二氯甲烷无水乙醚氯仿乙酸乙酯正丁醇丙酮乙醇甲醇水 常用吸附剂硅胶：较广泛，天然药物各类成分均可用此进行分离氧化铝：有一定限制，主要用于碱性或中性亲脂性成分的分离，如生物碱、甾类、萜类活性炭：主要用于分离水溶性物质，如氨基酸、糖类及某些苷类; 简单吸附进行脱色、除臭聚酰胺：主要用于分离酚类、醌类、黄酮类大孔吸附树脂：主要用于有效部位的分离富集，如苷类 聚酰胺吸附色谱法性质：高分子聚合物，不溶于水、醇和有机溶剂，对碱稳定，对酸不稳定原理：形成氢键缔合而产生吸附，酰胺羰基+酚羟基(酚类、黄酮类)，酰胺胺基+羰基(醌类、羧酸) 吸附能力： 形成氢键的基团数目越多，吸附能力越强 分子中芳香程度越高，吸附能力越强 易形成分子内氢键者，吸附能力越弱 洗脱能力： 水甲醇丙酮NaOH水溶液甲酰胺二甲基 甲酰胺尿素水溶液 大孔吸附树脂性质：具多孔结构的固体高分子聚合物，不溶于水、酸、碱、溶媒原理：由于范德华力或氢键产生吸附力，由于多孔性结构产生分子筛作用 吸附能