天然药物化学 总论

天然药物化学总论第1页，共67页，2023年，2月20日，星期四本章内容第一节绪论第二节生物合成第三节提取分离方法第四节结构研究法第2页，共67页，2023年，2月20日，星期四第一节绪论一、天然药物来源于天然界的用于防治疾病的物质。植物、动物、矿物、微生物等来源的药物。第3页，共67页，2023年，2月20日，星期四人参银杏芍药山茱萸第4页，共67页，2023年，2月20日，星期四（As2O3）雄黄冬虫夏草（AsS

、As2S2

、As4S4

）雌黄（As2S3）砒霜第5页，共67页，2023年，2月20日，星期四牛黄朱砂硫化汞,HgS第6页，共67页，2023年，2月20日，星期四第一节绪论二、天然药物化学的概念1.天然药物化学：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学科。2.研究内容：主要指天然药物的化学成分（多为有效成分）的结构特点、理化性质、提取分离方法、结构鉴定及生合成途径。第7页，共67页，2023年，2月20日，星期四第一节绪论三、相关学科1.药物化学（MedicinalChemistry）：合成药物、构效关系2.植物生理学（PlantPhysiology）：活性成分的生合成途径。3.中药化学（ChemistryofTCM）：中药中含有的化学成分第8页，共67页，2023年，2月20日，星期四第一节绪论四、基本概念1.有效成分:天然药物中具有一定的生物活性、能代表天然药物临床疗效的单一化合物。2.生物活性成分：经过药效试验或生物活性实验，证明对机体有一定生理活性的成分。3.有效部位：为混合物，临床有效。如人参总皂苷。第9页，共67页，2023年，2月20日，星期四第一节绪论五、学习天然药物化学的目的和意义1.探索中药防病治病的机理；2.改进剂型、提高疗效；3.提高中药及制剂的质量；4.提供中药炮制现代科学依据；5.开辟药源、开发新药。第10页，共67页，2023年，2月20日，星期四第一节绪论六、天然药物化学的研究方法1.整理调查a．原植物：品种，科，属，学名，来源，产地b．文献：近源植物具有相似的成分。2.成分分离系统分离法，活性跟踪法3.成分鉴定理化性质，色谱方法，波谱方法4.结构改造发现和创制新药第11页，共67页，2023年，2月20日，星期四第一节绪论七、化学成分分类1.生物碱类（Alkaloids)：多呈碱性、结构含有N原子。2.糖苷(Glycosides):

糖：单糖，低聚糖，多糖苷：糖+苷元：黄酮

酸性香豆素蒽醌

第12页，共67页，2023年，2月20日，星期四第一节绪论七、化学成分分类三萜皂苷皂苷甾体皂苷（中性）强心苷

3.挥发油第13页，共67页，2023年，2月20日，星期四第一节绪论七、化学成分分类4.有机酸：含COOH,多以盐的形式存在。5.树脂：为组成复杂的混合物，多与挥发油、树胶、有机酸混合。如：安息香、乳香等。6.其它成分：(1)氨基酸、蛋白质。(2)鞣质：多酚类化合物。(3)色素类叶绿素、胡萝卜素等。(4)油脂和腊油脂多为一分子甘油与水分子脂肪酸成的酯。

(5)无机成分第14页，共67页，2023年，2月20日，星期四本章内容第一节绪论第二节生物合成第三节提取分离方法第四节结构研究法第15页，共67页，2023年，2月20日，星期四第二节生物合成一、基本概念一次代谢过程：对维持植物生命活动来说是不可缺少的过程，且几乎存在于所有的绿色植物中，故习惯上称之为一次代谢过程。一次代谢产物：糖、蛋白质、脂质、核酸等对植物机体生命活动来说不可缺少的物质。第16页，共67页，2023年，2月20日，星期四第二节生物合成一、基本概念二次代谢过程：并非在所有的植物中都能发生，对维持植物生命活动来说又不起重要作用，故称之为二次代谢过程。二次代谢产物：生物碱、萜、香豆素、黄酮、醌类等对维持植物生命活动不起重要作用，且并非在所有植物中都能产生。由一次代谢产物产生，常为有效成分。第17页，共67页，2023年，2月20日，星期四第二节生物合成二、天然化合物的主要生物合成途径1.醋酸-丙二酸途径（AA－MA途径）

合成脂肪酸类、酚类、蒽醌类2.甲戊二羟酸途径（MVA途径）

主要生成萜类、甾体类化合物3.莽草酸途径

形成具C6-C3骨架的化合物，如香豆素、木脂素等。第18页，共67页，2023年，2月20日，星期四第二节生物合成二、天然化合物的主要生物合成途径4.氨基酸途径：合成生物碱5.复合途径(1)醋酸-丙二酸-莽草酸途径如：二氢黄酮(2)醋酸-丙二酸-甲戊二羟酸途径(3)氨基酸-甲戊二羟酸途径(4)氨基酸-醋酸-丙二酸途径(5)氨基酸--莽草酸途径第19页，共67页，2023年，2月20日，星期四本章内容第一节绪论第二节生物合成第三节提取分离方法第四节结构研究法第20页，共67页，2023年，2月20日，星期四第三节提取分离方法一、提取法1.溶剂提取法（extractionwithsolvent）

原理：相似相溶常用提取溶剂极性顺序：环己烷、甲苯<石油醚（30~60℃、60~90℃）<乙醚<氯仿<乙酸乙酯<正丁醇<丙酮<乙醇<甲醇<水

第21页，共67页，2023年，2月20日，星期四第三节提取分离方法一、提取法理想溶剂（idealsolvents）：（1）对有效成分溶解度大；（2）对无效成分溶解度小；（3）与有效成分不起化学反应；（4）安全，成本低，易得。

多种成分之间存在助溶作用，常用小极性溶剂脱脂，然后再使用溶剂法提取。如：脱叶绿素等第22页，共67页，2023年，2月20日，星期四第三节提取分离方法一、提取法渗漉法装置图

1)冷提：适用于受热不稳定的成分。浸渍法(Maceration)

渗漉法（Percolation）优点：适用于热敏物质，操作简单缺点：提取效率低，溶剂用量大第23页，共67页，2023年，2月20日，星期四第三节提取分离方法一、提取法2)热提：煎煮法（Decoction）

回流提取法（Refluxing）

连续回流提取法（ContinuousRefluxing）第24页，共67页，2023年，2月20日，星期四第三节提取分离方法一、提取法3)超临界流体萃取法（supercriticalfluidextraction)

利用溶剂在超临界条件下特殊的流体性能对样品进行提取，为20世纪80年代迅速发展起来的一种提取方法。

稳定的纯物质都可以有超临界状态（化学性质稳定，在达到临界温度不会分解）。

用这种技术提取芳香挥发油，具有防止氧化、热解及提高品质的突出优点。常用CO2，NO2、

乙烷、丙烷等，无色、无毒、无味，不易燃，化学惰性，价廉。优点：提取效率高；成分不被破坏（不需加热）；无残留溶剂；可选择性分离。第25页，共67页，2023年，2月20日，星期四第三节提取分离方法一、提取法4)超声提取法（ultrasonicextraction)为物理过程，无化学反应，生物活性不减。大能量的超声波产生的极大压力造成植物物细胞壁及整个生物体破裂，胞内物质的释放、扩散及溶解。实验室用小型超声仪第26页，共67页，2023年，2月20日，星期四第三节提取分离方法一、提取法5)微波提取法（microwaveextraction）具有穿透力强、选择性高、加热效率高等显著特点，而且其操作简便、快速、节能、高效。缺点：工业化设备少、成分变化、生物活性变化。工业生产用微波提取罐第27页，共67页，2023年，2月20日，星期四第三节提取分离方法一、提取法2.水蒸气蒸馏法（water-steamdistillation

）

提取具有挥发性，能随水蒸气蒸馏而不被破坏的成分，如挥发油。第28页，共67页，2023年，2月20日，星期四第三节提取分离方法一、提取法3.升华法（sublimation）

用于具有升华性的成分提取，如部分香豆素，蒽醌，樟脑等。第29页，共67页，2023年，2月20日，星期四第三节提取分离方法二、分离法1.根据溶解度差别进行分离结晶法（纯化时常用）条件：浓度；合适的溶剂；沉淀法：a溶剂沉淀法：改变极性，如水提醇沉法b酸碱沉淀法：改变pH，处理酸、碱、两性成分；c沉淀试剂法：如铅盐沉淀法，酸性、酚性成分加中性PbAc2，形成沉淀。第30页，共67页，2023年，2月20日，星期四第三节提取分离方法二、分离法2.根据物质在两相溶剂中的分配比不同进行分离2.1影响分离的因素①分配系数KK=CU/CL（CU,CL被分离物质在上相和下相中浓度）②分离因子β

β=KA/KBKA>KB,

根据β值的大小可决定分离采用的方法:β≥100，简单的一次萃取，可基本分离.100＞β≥10，约10次以上萃取。β≤2，约100次以上萃取。第31页，共67页，2023年，2月20日，星期四第三节提取分离方法二、分离法2.根据物质在两相溶剂中的分配比不同进行分离2.1影响分离的因素③pH值对于酸性、碱性、两性化合物，pH值可改变它们的存在状态（游离型和解离型），分配比受pH值的影响。应用：pH梯度萃取法第32页，共67页，2023年，2月20日，星期四第三节提取分离方法二、分离法2.根据物质在两相溶剂中的分配比不同进行分离2.2液-液萃取分离常用方法逆流分溶法(CCD)：是一种多次连续的液-液萃取分离过程。

特点：条件温和，样品易回收，适用于中等极性、不稳定物质的分离。第33页，共67页，2023年，2月20日，星期四第三节提取分离方法二、分离法2.根据物质在两相溶剂中的分配比不同进行分离2.2液-液萃取分离常用方法0123n

CCD法的分离过程示意图逆流分溶法(CCD)：第34页，共67页，2023年，2月20日，星期四第三节提取分离方法二、分离法2.根据物质在两相溶剂中的分配比不同进行分离2.2液-液萃取分离常用方法纸色谱法(PC)：也叫纸分配色谱。固定相：滤纸纤维中含有的5-7%水流动相：有机溶剂h1h2Rf=h2/h1注意：如果流动相为缓冲盐溶液，则PC为非极性吸附色谱（纤维素色谱）第35页，共67页，2023年，2月20日，星期四第三节提取分离方法二、分离法2.根据物质在两相溶剂中的分配比不同进行分离2.3液-液分配柱色谱①正相色谱：固定相极性大，如水、缓冲液等；流动相极性小，如氯仿、乙酸乙酯等。载体：硅胶（含水可达17%），硅藻土，纤维素等。分离极性大或水溶性成分，如苷类、糖、生物碱等。洗脱顺序：极性小的物质先被洗脱出来。第36页，共67页，2023年，2月20日，星期四第三节提取分离方法二、分离法2.根据物质在两相溶剂中的分配比不同进行分离2.3液-液分配柱色谱②反相色谱：固定相极性小于流动相。如HPLC反相柱，反相TLC薄层色谱。固定相：硅胶硅醇基结合烷基，如RP-2，RP-8，RP-18（ODS）。亲脂性：RP-18>RP-8>RP-2。流动相(洗脱剂)：MeOH-H2O，CH3CN-H2O洗脱顺序：分离极性大的成分，极性大者先洗脱下来第37页，共67页，2023年，2月20日，星期四第三节提取分离方法二、分离法2.根据物质在两相溶剂中的分配比不同进行分离2.3液-液分配柱色谱②反相色谱：固定相极性小于流动相。如HPLC反相柱，反相TLC薄层色谱。第38页，共67页，2023年，2月20日，星期四第三节提取分离方法二、分离法2.根据物质在两相溶剂中的分配比不同进行分离2.3液-液分配柱色谱③加压液相柱色谱法普通柱色谱：固定相粒径大柱效低耗时长溶剂用量大加压柱色谱：固定相粒径小柱效高时间短溶剂用量小第39页，共67页，2023年，2月20日，星期四第三节提取分离方法二、分离法3.根据物质的吸附性差别进行分离——吸附色谱法3.1吸附分类：物理吸附：相似相吸，吸附－解析发生迅速。吸附剂如硅胶、氧化铝、活性炭等；化学吸附：不可逆性。如碱性氧化铝对酚酸性成分的吸附，硅胶对生物碱的吸附等。半化学吸附：聚酰胺对酚酸类、醌类的氢键吸附。第40页，共67页，2023年，2月20日，星期四第三节提取分离方法二、分离法3.根据物质的吸附性差别进行分离——吸附色谱法3.1吸附分类：物理吸附：影响吸附过程的三要素：吸附剂（固定相）：硅胶、氧化铝、活性炭溶质（被分离物质）溶剂（洗脱剂，展开剂，流动相）第41页，共67页，2023年，2月20日，星期四第三节提取分离方法二、分离法3.根据物质的吸附性差别进行分离——吸附色谱法3.2硅胶、氧化铝：极性吸附剂：载样量大，吸附力强

硅胶：应用最广，适用于各类成分分离

氧化铝：有中性、酸性、碱性氧化铝。碱性氧化铝不适合于分离酸性成分，多用于分离生物碱。第42页，共67页，2023年，2月20日，星期四第三节提取分离方法二、分离法3.根据物质的吸附性差别进行分离——吸附色谱法3.2硅胶、氧化铝：①被分离物质吸附力与结构的关系被分离物质极性大，吸附力强，Rf值小，洗脱难，后被洗脱下来。官能团极性大小相对一般排列顺序：-COOH>Ar-OH>R-OH>R-NH2,RNHR',RNR'R">R-CO-NR'R">RCHO>RCOR'>RCOOR'>ROR'>RH第43页，共67页，2023年，2月20日，星期四第三节提取分离方法二、分离法3.根据物质的吸附性差别进行分离——吸附色谱法3.2硅胶、氧化铝：②溶剂(洗脱剂)的极性与洗脱力的关系洗脱剂极性越大,洗脱力越强.名称RR’黄夹苷ACHO(D-Glc)2黄夹苷BCH3(D-Glc)2黄夹次苷ACHOH黄夹次苷BCH3H黄夹次苷CCH2OHH黄夹次苷DCOOHH第44页，共67页，2023年，2月20日，星期四第三节提取分离方法二、分离法3.根据物质的吸附性差别进行分离——吸附色谱法3.3活性炭——非极性吸附剂①吸附力与结构的关系被分离物质极性越小，吸附越牢固。②洗脱力与溶剂的关系100%醇>含水醇>H2O③应用:脱色等。第45页，共67页，2023年，2月20日，星期四第三节提取分离方法二、分离法3.根据物质的吸附性差别进行分离——吸附色谱法3.4聚酰胺(Polyamide)色谱法是由己酰胺聚合成的一类高分子化合物。第46页，共67页，2023年，2月20日，星期四第三节提取分离方法二、分离法3.根据物质的吸附性差别进行分离——吸附色谱法3.4聚酰胺(Polyamide)色谱法分离原理：主要通过酰胺键与酚羟基、酸、醌等形成氢键，产生吸附作用。吸附力取决于形成氢键缔合的能力。常用溶剂：H2O，EtOH/H2O，EtOH应用：分离黄酮类;除鞣质.第47页，共67页，2023年，2月20日，星期四第三节提取分离方法二、分离法3.根据物质的吸附性差别进行分离——吸附色谱法3.4聚酰胺(Polyamide)色谱法①吸附力与结构的关系

a.形成氢键的基团数目越多,吸附力越强;

b.形成分子内氢键者,吸附力减少;

第48页，共67页，2023年，2月20日，星期四第三节提取分离方法二、分离法3.根据物质的吸附性差别进行分离——吸附色谱法3.4聚酰胺(Polyamide)色谱法①吸附力与结构的关系c.芳香化程度越高或共轭键越多,吸附力越强②溶剂的洗脱能力水<醇<丙酮<NaOH<甲酰胺

第49页，共67页，2023年，2月20日，星期四第三节提取分离方法练习:

某植物中分得3个黄酮化合物，结构如下,比较它们的极性大小及在硅胶TLC和聚酰胺薄膜上Rf值大小顺序.A:R1=R2=HB:R1=H,R2=RhamC:R1=Glc,R2=Rham极性大小:C>B>ASiO2-TLCRf:A>B>CPolyamideTLC,Rf:C>B>A答案：第50页，共67页，2023年，2月20日，星期四第三节提取分离方法二、分离法3.根据物质的吸附性差别进行分离——吸附色谱法3.5大孔吸附树脂(macro-reticularresin)①组成:苯乙烯，二乙烯苯和致孔剂②分离原理:吸附(范德华力和氢键)和分子筛作用③树脂类型:非极性、中极性和极性三种。

非极性：由苯乙烯和二乙烯苯缩合而成，故又称芳香吸附树脂。如D101型

弱极性：如AB-8型。

极性：含酰氨基、氰基、酚羟基等含氮、氧、硫不同极性功能的吸附树脂。

第51页，共67页，2023年，2月20日，星期四第三节提取分离方法二、分离法3.根据物质的吸附性差别进行分离——吸附色谱法3.5大孔吸附树脂(macro-reticularresin)④洗脱剂:H2O及不同比例的含水醇。洗脱分离:H2O洗:糖,水溶性色素30%EtOH/H2O:极性大的成分50-75%EtOH:皂苷类95%EtOH:极性小成分⑤应用:除多糖,水溶性色素,富集苷类成分

第52页，共67页，2023年，2月20日，星期四第三节提取分离方法二、分离法4.根据物质分子大小差别进行分离—凝胶滤过法4.1主要的几种方法

透析法：半透膜,分子筛滤过作用

超滤法：分子大小不同,扩散速度不同

超速离心法：溶质在超速离心作用下具有不同的沉降性或浮游性

凝胶滤过法：分子筛的作用(凝胶渗透色谱,分子筛滤过,排阻色谱),被分离物质按

分子由大到小的顺序流出色谱柱.

第53页，共67页，2023年，2月20日，星期四第三节提取分离方法二、分离法4.根据物质分子大小差别进行分离—凝胶滤过法4.2凝胶种类:①葡聚糖凝胶(SephadexG):只适于在水中应用,分离多糖、蛋白质等.②羟丙基葡聚糖凝胶(SephadexLH-20)：适用于各类化合物的分离，除具有分子筛的特性外，还起到反相分配色谱的效果。常用溶剂有甲醇-水、氯仿-甲醇等。

第54页，共67页，2023年，2月20日，星期四第三节提取分离方法二、分离法5.根据物质离解程度不同进行分离—离子交换法固定相：离子交换树脂（聚苯乙烯高分子化合物，引入交换基团）分类：

阳离子交换树脂：强酸型RSO3-H+

弱酸型RCOO-H+阴离子交换树脂：强碱型RN+(CH3)3Cl-

弱碱型RNH2,RNHR’,RNR’R”

第55页，共67页，2023年，2月20日，星期四第三节提取分离方法二、分离法5.根据物质离解程度不同进行分离—离子交换法5.1交换原理:

阳离子交换树脂：

阴离子交换树脂：5.2应用：主要用于生物碱和有机酸的分离。

第56页，共67页，2023年，2月20日，星期四本章内容第一节绪论第二节生物合成第三节提取分离方法第四节结构研究法第57页，共67页，2023年，2月20日，星期四第四节结构研究法一、化合物纯度的鉴定1.测熔点:看熔程2.外观结晶色泽与形状:均一性3.色谱法:TLC三种组成不同的溶剂系统,单一斑点（有效Rf值）

HPLC单一峰

GC单一峰

4.核磁法

第58页，共67页，2023年，2月20日，星期四第四节结构研究法二、已知化合物鉴定

1.有标准品(或对照品):

co-TLC(共薄层)

测混合熔点(相同溶剂结晶);

测IR(考察是否重叠）

2.无标准品:

与文献值对照(相同的溶剂条件下：mp,IR,UV,1H-NMR,13C-NMR等)。

第59页，共67页，2023年，2月20日，星期四第四节结构研究法三、未知化合物－多种谱学结合的结构解析1.紫外光谱(UltravioletspectraUV)①为结构解析提供的信息用于判断结构中的共轭系统、结构骨架（如香豆素、黄酮）

UV