天然药物化学改1课件

天然药物化学第5版吴立军主编生物教研室第一章总论

第一节绪论一、天然药物化学的概念1.定义：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.天然药物的来源：天然药物是指来源于动物、植物、矿物及微生物等自然资源的药物。天然来源的药物可分为:原始天然化合物、天然产物的半合成化合物和基于天然产物的全合成化合物。

二、天然药化的研究对象及内容

研究对象：天然药物中的化学成分（主要是生理活性成分或有效成分）

研究内容：1）结构特点；2）理化性质；3）提取分离方法；主要类型化学成分的

4）结构鉴定；5）生物合成途径等。四、天然药物化学的发展

1、起源：1575年明《医学入门》中记载了从五倍子中得没食子酸的过程。1769年K.Wschelle从酒石中制得酒石酸。“生物碱的研究是天然药物化学发展的开端”

morphine

1803~1806吗啡(鸦片)

德罗逊(Derosen)

斯托勒(Sertürner)

1818士的宁碱1820咖啡因1820喹宁1828尼古丁1831阿托品1833乌头碱

目前已分离10000多种2、进展：1804–1952年，药物学家从罂栗中提取得到吗啡并进行了结构测定和化学全合成。3、快速发展：20世纪50年代后，随着色谱、光谱、计算机应用，天然药物进入到快速发展阶段。

五、我国天然药物的地位和前景

1、HPLC、GC、MS、NMR等现代分离分析设备、新材料、新试剂、新技术的引进为天然药物化学研究工作的开展奠定了必要的物质基础。2、在新药开发中占重要地位。3、在中药现代化的进程中发挥着重大作用。

第二节生物合成一、一次代谢与二次代谢（一）一次代谢及其代谢产物

1.一次代谢

维持植物机体生命活动的代谢过程叫一次代谢。

2.一次代谢产物(primarymetabolites)糖类蛋白质脂质核酸

3.一次代谢产物的作用1）植物的营养物质2）人类赖以生存的物质基础植物一次代谢与生物合成过程三羧酸循环（TCA）丁酮二酸α-酮戊二酸丁二酸CO2H2Ohυ

/叶绿素磷酸烯醇式丙酮酸甲戊二羟酸丙酮酸乙酰辅酶A丙二酸单酰辅酶A赤藻糖4-磷酸葡萄糖代谢莽草酸苯丙素类芳香族氨基酸脂肪族氨基酸嘌呤、嘧啶脂肪酸类δ-氨基乙酰丙酸（二）二次代谢及其代谢产物

1.二次代谢

以一次代谢产生的代谢产物为原料（或前体），经不同途径进一步合成的过程叫二次代谢。

2.二次代谢产物(secondarymetabolites)产生结构千变万化、千奇百怪、珣丽多姿的化学物质。

3.二次代谢产物的作用

1）维持植物的特性与特征2）重要的药物资源二次代谢产物归类二次代谢产物苷类非苷类（苷元）+糖挥发油*脂肪族萜类芳香酚类酸性物质碱性物质中性物质脂肪族芳香族香豆素类木脂素类木质素类苯丙素类黄酮类醌类鞣质植物甾醇强心苷皂苷单萜倍半萜二萜二倍半萜三萜多萜甾族萜类生物碱N族油脂二、生物合成假说的提出三、主要的生物合成途径（复合）

(一)醋酸-丙二酸途径(acetate-malonatepathway)(二)甲戊二羟酸途径(mevalonicacidpathway)(三)桂皮酸途径(cimmanicacidpathway)及莽草酸途径(shikmicacidpathway)(四)氨基酸途径(aminoacidpathway)(五)其他途径

第三节提取分离方法一、中草药有效成分的提取1、提取的概念：提取是指将有效成分或活性成分从原药材中提出的过程。2、提取的方法：(1)溶剂提取法

(2)水蒸气蒸馏法(3)升华法提取工艺：浸渍、煎煮、渗漉、回流、连续回流、超临界流体萃取技术(SuperiticalFluidExtraction，SFE)、超声提取、微波辅助提取等。（2）水蒸气蒸馏法所提取的成分应具备3个特点：挥发性、热稳定性、水不溶性。

如：挥发油、小分子的香豆素类、小分子的醌类成分。（3）升华法用于提取具升华性的成分，如樟脑、咖啡因、游离蒽醌类等。固体物质受热直接气化，遇冷后又凝固成固体，称为升华。

方法二：溶剂沉淀法原理：在提取液中加入另一种溶剂以改变混合溶剂的极性，使一部分物质沉淀下来，从而实现分离。举例：板蓝根的水煎煮液浓缩后，加入2倍量90%乙醇，使糖、蛋白质等杂质沉淀析出。

方法三：酸碱沉淀法原理：对酸、碱性或两性化合物，可通过加入酸或碱以调节提取液的pH值，改变物质的存在状态，从而改变溶解度而实现分离。举例：B＋

H+BH+OH-B＋H2O生物碱的分离方法四：盐沉淀法原理：在溶液中加入沉淀剂，使某些成分生成水不溶性的盐类沉淀析出，过滤后与其他成分分离。举例：蒽醌类化合物的提取液中加入饱合醋酸铅溶液，蒽醌苷可与醋酸铅生成沉淀，将沉淀物悬浮于水中，通硫化氢进行脱铅，过滤后蒸干可得蒽醌苷。

2.分离因子β

β＝KA/KB（注KA＞KB）β越大越容易分离。①β≥100，仅作一次简单萃取就可实现基本分离；②100>β≥10，则须萃取10-12次；③β≤2，须萃取100次以上才能完成；④β≈1，则KA=KB，无法分离。

3.pH值对分配比的影响以酸性物质（HA）为例，其在水中的离解平衡及离解常数如下：(2）分配柱色谱（HPLC）正相色谱（极性：固定相>流动相）

适用：水溶性或极性较大的成分分离载体：硅胶、硅藻土、纤维素固定相：强极性溶剂(水、缓冲液等)

流动相：弱极性有机溶剂(氯仿、乙酸乙酯等)

先导：TLC或PC

监控：TLC反相色谱（极性：流动相>固定相）适用：脂溶性成分分离载体：硅胶、硅藻土、纤维素固定相：强亲脂性物质(石蜡油等)流动相：强极性溶剂(水、甲醇等)先导：RPTLC监控：TLC(3）逆流分溶法(CCD)

当分离因子β较小，简单萃取无法完成分离时，通常采用逆流分溶法。(4）液滴逆流色谱(DCCC)及高速逆流色谱(HSCCC)

(三)根据物质吸附能力差异进行分离

方法：柱层析固-液吸附的种类：

物理吸附：无选择性，过程可逆，应用最广。化学吸附：有选择性，过程不可逆，用得最少。半化学吸附：有选择性，过程可逆。1.物理吸附基本规律：“相似者易于吸附”基本特点：无选择性、可逆吸附、快速物理吸附原理：吸附与解吸附的循环往复基本要素：吸附剂、被分离物质、溶剂

A物质分子B物质分子溶剂分子固定相（吸附剂）流动相（溶剂）常见的吸附剂

极性吸附剂：硅胶、氧化铝非极性吸附剂：活性碳反相吸附剂：C-8硅胶、C-18硅胶其中硅胶应用最广，适宜于亲脂、弱亲脂、酚酸性成分、碱性成分(生物碱时需调节pH)；反相硅胶适宜于极性成分(溶剂多用甲醇/水；乙氰/水)

被分离物质极性判断：

亲水性基团及数目与极性成正比；亲脂性基团及数目与极性成反比。COOH>ArOH>ROH>RNH2,RNHR’,RNR’R”>RCONR’R”>RCHO>RCOR’>RCOOR’>ROR’>RH

游离型化合物极性弱、具亲脂性，解离型化合物极性强、具亲水性。对于骨架相同的化合物，根据所含取代基的极性判断分子的极性强弱。骨架相同，取代基数目和种类不同，如果数目相差不大，含有极性最大的化合物的极性最强。

>极性骨架不同，取代基数目相差较大时，要具体情况具体分析。CHOCH2OHOHOHOHHOCH3(CH2)16COOH>极性极性顺序：苷A>苷B>次苷D>次苷C>次苷A>次苷B>单乙酰次苷B溶剂的极性依据介电常数决定。水>甲醇>乙醇>丙酮>正丁醇>乙酸乙酯>氯仿>乙醚>苯>四氯化碳>石油醚>己烷例题：硅胶薄层层析，乙醚-乙酸乙酯(4：1)展开，比较大黄中的五种蒽醌苷元的Rf值。极性顺序：大黄酸>大黄素>芦荟大黄素>大黄素甲醚>大黄酚Rf值：大黄酸<大黄素<芦荟大黄素<大黄素甲醚<大黄酚吸附柱层析的操作

1）装柱吸附剂用量：试样量的30～60倍极性小难分离者100～200倍湿法和干法两种2）上样

湿法(溶液加样法)：样品用极性小的溶剂溶解干法(拌样加样法)：样品不易溶解时采用此法3）洗脱与收集

洗脱液的选择依据TLC结果而定，TLC样品主要斑点Rf=0.2～0.3时该展开系统作为柱色谱的洗脱剂4）各流分TLC跟踪鉴别，相同者合并2.化学吸附基本特点：有选择性、不可逆吸附基本原理：发生化学反应酸性物质与Al2O3发生化学反应碱性物质与硅胶发生化学反应Al2O3容易发生结构的异构化应尽量避免

3.半化学吸附

基本特点：介于物理吸附和化学吸附之间基本原理：以氢键的形式产生吸附常用的吸附剂：聚酰胺(poliamide)、大孔吸附树脂

（1）聚酰胺聚酰胺的性质：为高分子聚合物，溶于水、甲醇、乙醇、乙醚、氯仿、酮等，对碱稳定；溶于浓盐酸、冰酸、甲酸。适合酚类、醌类和黄酮类化合物的分离基本原理：以氢键的形式产生吸附1）形成氢键的基团数目越多，则吸附能力越强。

2）成键位置对吸附力也有影响。易形成分子内氢键者，其在聚酰胺上的吸附即相应减弱。吸附能力：3）分子中芳香化程度高者，则吸附性增强；反之，则减弱。吸附环境：水或低浓度醇中。洗脱能力由弱至强：水→甲醇→丙酮→氢氧化钠水溶液→甲酰胺→二甲基甲酰胺→尿素水溶液应用：酚酸性、黄酮类成分分离植物粗提物的脱鞣处理（2）大孔吸附树脂吸附原理：范德华引力及Ｈ键吸附，兼有分子筛原理常用吸附剂：Amberlite、Diaion、GDX系列(有极性、中极性和非极性之分)，国产的常用D101，AB-8等性质：理化性质稳定，不溶于酸、碱及有机溶剂。大孔吸附树脂的优点：

选择性好吸附容量大，不受无机盐类及强离子、低分子化合物的干扰解吸容易机械强度高、耐污染、流体阻力小反复多次使用，再生容易大孔吸附树脂吸附环境：水或低浓度醇中影响吸附与分离因素：大孔吸附树脂：比表面积、表面电性、形成H键与否。化合物性质：分子极性、分子大小、能否形成氢键

非极性化合物在水中易被非极性树脂吸附；极性化合物在水中易被极性树脂吸附。上样溶剂性质：溶剂对样品成分的溶解性，溶剂pH值上样溶液浓度：吸附量与上样浓度成反比吸附流速：流速过大，吸附量下降；流速过小，吸附时间增加洗脱剂的性质：洗脱剂的种类，丙酮＞无水醇＞含水醇＞H2O；洗脱剂的pH值洗脱流速：一般0.5～5ml/min应用：苷与糖的分离，苷类、生物碱的富集，黄酮类、三萜类化合物的分离等。甜叶菊干叶提取液清液热水提取三次醇沉D101树脂床碱液洗水洗95%乙醇洗脱洗脱液脱色处理甜叶菊苷结晶例：甜叶菊苷的提取分离（四）根据物质分子大小差异进行分离常用方法

透析法(dialysis)凝胶过滤法(gelfiltration)超滤法(ultrafiltration)超速离心法(ultracentrifugation)膜分离法(membraneseparation)分离原理

透析法、膜分离法、凝胶过滤法系利用半透膜的膜孔或凝胶的三维网状结构的分子筛过滤作用。超滤法是分子大小不同引起的扩散速度上的差异。超速离心法则是利用溶质在超速离心作用下沉降性或浮游性的不同。应用范围

用于水溶性大分子化合物的精制及分离凝胶层析

利用分子筛的原理分离物质分子筛层析(molecularsievefiltrationchromatography)排阻层析(exclusionchromatography)凝胶过滤层析(gelfiltrationchromatography)常用凝胶的种类及性质葡聚糖凝胶（SephadexG)系列:G-10,15,20,25,50,75,100,200…SephadexG系列只适于在水中应用。羟丙基葡聚糖凝胶(SephadexLH)系列:LH-20…

SephadexG-25-OH→-OCH2CH2CH2OH

SephadexLH-20即能在水中也能在有机溶剂中以及水组成的混合溶剂中应用。分子筛作用，在由混合溶剂（极性和非极性）中起反相分配色谱的效果适用于黄酮、蒽醌、香豆素等分离可反复再生使用，水洗→含水醇洗→醇洗（五）根据物质解离度差异进行分离常用方法

电泳技术(electrophoreticmethod)离子交换法

(ion-exchangechromatography)原理

天然有机化合物中，具有酸性、碱性及两性基团分子在水中多呈解离状态而与离子交换树脂上的交换基团发生交换被吸附。典型的高选择性层析，分辨率高，载量大，工艺控制简单，规模容易放大具有显著的浓缩效果，能够从含量低的大量样品中捕捉目标，适合于初步纯化再生能力强离子交换树脂的结构与特点：固定离子可交换离子母体R—SO3H阳离子交换树脂:强酸性SO3H弱酸性COOH阴离子交换树脂:强碱性N+(CH3)3Cl-弱碱性NH2，NHR,NRR阴离子交换阳离子交换阳离子交换反应：Resin-SO3H+Na+=Resin-SO3Na+H+

Resin-SO3Na+H+=Resin-SO3H+Na+阴离子交换反应：Resin-N(CH3)+

3OHˉ+Clˉ=Resin-N(CH3)+3Clˉ+OHˉResin-N(CH3)

+3Clˉ+OHˉ=Resin-N(CH3)+3OHˉ+Clˉ●阳离子交换剂只与阳离子交换，阴离子交换剂只与阴离子交换。离子交换层析原理：应用：生产去离子水第四节

结构研究法一、化学成分纯度的判断三种以上的展开系统展开，TLC上均为单一斑点。具一定的晶型和均匀的色泽。具固定的熔点，熔距在1～2℃以内。具固定的比旋度。HPLC检测为一个单峰。实际工作中我们要结合上述各种方法，综合考虑。二、化学成分结构研究的主要程序初步推断化合物类型：理化性质、文献调研、TLC/PC等。测定分子式，计算不饱和度：元素分析；高分辩质谱等。确定分子中含有的官能团/结构片断/基本骨架:谱学性质等。推断并确定分子的平面结构：文献调研、光谱分析等推断并确定分子的立体结构：CD(圆二色谱)/ORD(旋光光谱)NOE/NOESY/2D-NMR、X-ray