天然药化绪论-课件

天然药物化学MedicinalChemistryofNaturalProducts天然药物化学MedicinalChemistryof1第一节绪论

一、天然药物化学的内涵

（一）定义（二）主要内容（三）相关概念（四）相关的术语（五）相关课程（六）天然药物化学在药学专业中的作用与地位二、天然药化的研究对象及其任务

（一）主要研究对象（二）主要研究任务

三、天然药化发展简史

（一）国际发展史（二）国内发展史

四、天然药化研究发展趋势

（一）化学结构研究的发展（二）研究领域的重大转变（三）组织培养（四）注重结构改造和仿生合成五、《天然药物化学》的学习方法第一节绪论一、天然药物化学的内涵（一）定义2一、天然药物化学的内涵

（一）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。

化学理论和方法——化学理论是基础

物理学方法——有机化合物波谱学一、天然药物化学的内涵（一）定义3

（二）主要内容

主要研究二次代谢产物主要化学成分类型

结构特征

理化性质

提取分离

结构测定

生物合成

（二）主要内容主要研究二次代谢产物主要化学结构特征理41.中草药成分化学（ChemistryofConstituentsofChineseTraditionalandHerbalDrugs）中草药中

药（三级标准收载）草

药（地方、民间习用）植物药动物药矿物药海洋生物微生物天然药物（三）相关概念1.中草药成分化学（ChemistryofConst5植物化学与农、

工、林、牧有关（国计民生）与医药有关（生物活性成分）一次代谢产物二次代谢产物中草药成分化学天然药物化学植物药品化学植物生物化学2.植物化学

（Phytochemistry）(三)相关联的概念3.天然产物化学（ChemistryofNaturalProducts)(IUPAC)4.天然有机化学

(ChemistryofNaturalOrganicCompounds)植与农、工、与医药有关一次代谢产物二次代谢产物中草药6

2.有效部位（ActiveExtracts）

3.无效成分（AnactiveConstituents）

4.杂

质小蘗碱（Berberine）(四)相关的术语1.有效成分（ActiveConstituents）

单体化合物：1）

能用分子式和结构式表示2.有效部位（ActiveExtracts）37（五）相关课程

1.有机化学/无机化学

2.分析化学（有机分析/仪器分析）3.生药学/药用植物学

4.有机化合物波谱分析5.其他学科

*注意：各门学科的相关性

天然药物化学是药学专业必修的一门专业课，需要多学科的系统知识。它设置在有机化学、分析化学、光谱解析等课程之后。与下列课程有关：（五）相关课程1.有机化学/无机化学8

2.整理、发掘祖国医药学宝库

3.植物化学分类学的研究

4.发展和丰富天然有机化学理论可卡因(Cocaine)普鲁卡因(Procaine)（六）天然药物化学在药学专业中的作用与地位1.寻找新药或活性先导化合物2.整理、发掘祖国医药学宝库39二、天然药化的研究对象及其任务

（一）主要研究对象1.植物药

2.民族药

3.海洋生物

4.微生物

二、天然药化的研究对象及其任务（一）主要研究对象1.植10二）主要研究任务1.创新药物的研究（包括先导化合物的改构与全合成）

2.功能性食品用及相关产品

3.中药现代化的研究

二）主要研究任务1.创新药物的研究（包括先导化合物的改构11三、天然药化发展简史古代发达与文明的发祥地尼罗河Nile底格里斯--幼发拉底河埃及希腊印度河Indus

Tigris--Euphrates黄河

YellowRiver中国印度三、天然药化发展简史尼罗河Nile底格里斯--埃及希腊印度12㈠

国际发展史1.天然药物化学的建立与形成1769酒石酸(酒石)1975苯甲酸(安息香)1778乳酸(酸乳)1785苹果酸(苹果)1773尿素(脲)

席勒(K.W.Sheller)柏格曼(Bargmann)1822瑞香苷1830苦杏仁苷卢勒(Rouelle)1776尿酸(脲)

㈠国际发展史1.天然药物化学的建立与形成176913㈠

国际发展史1.天然药物化学的建立与形成

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morphine㈠国际发展史1.天然药物化学的建立与形成180314㈠

国际发展史2.天然有机合成化学的建立与发展2KOCN+(NH4)2SO4

K2SO4+2NH4OCNNH4OCN

H2N－CO－NH2㈠国际发展史2.天然有机合成化学的建立与发展2KOC15㈠

国际发展史Thalidomide

3.天然药物化学的兴衰

㈠国际发展史Thalidomide3.天然药物化学的16四、天然药化研究发展趋势(一)化学结构研究

1.快速morphine发

现确

定

结

构人工合成证实Reserpine提取分离:1803-1806提出结构:1925合成证实:19521952-1956四、天然药化研究发展趋势(一)化学结构研究172.微量生物碱

(Alkaloids)1803-19529509501952-1962110720571962-1972344355001972-1987450010000莲心碱(Liensinine)(一)化学结构研究3.准确经典化学方法现代波谱方法50年代IR60年代

1H-NMR70年代

13C-NMR80年代2D-NMRMSX-ray2.微量1803-195218四、天然药化研究发展趋势(二)研究的重大转变

病理模型动物模型离休气管分子水平酶

水

平血清药理粗总皂苷:天

然4.1%

组织培养21%薯蓣皂苷元:天

然1.5%

组织培养2.5%(四)注重结构改造和仿生合成1)解决植物活性成分含量偏少2)合理保护药用资源1.活性成分研究转向微量、水溶性、大分子成分2.由单纯化学转向生物活性成分研究3.由单味中药转向复方中药4.生物活性检测转向分子水平(三)组织培养四、天然药化研究发展趋势(二)研究的重大转变病理模型19五、学习《天然药物化学》方法（一）基本骨架类型及其结构特征（二）各类成分的理化性质（三）各类成分的提取分离方法（四）各类成分的结构测定方法理论和实践并重特别注意五、学习《天然药物化学》方法（二）各类成分的理化性质（三）各20第二节生物合成(Biosynthesis)生物合成假说

植物代谢及其代谢产物

“植物亲缘相关性学说”与“植物化学分类学”生物合成途径

了解生物合成的意义第二节生物合成(Biosynthesis)21一、生物合成假说

生物合成假说的提出

1.植物化学家的强烈的科学愿望2.由各类同化合物的积累而产生联想3.某些成分已能初步解释一、生物合成假说生物合成假说的提出22一、生物合成假说一、生物合成假说23二、植物代谢及其代谢产物(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二、植物代谢及其代谢产物(一)一次代谢及其代谢产物24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-氨基乙酰丙酸植物一次代谢与生物合成过程三羧酸循环磷酸烯醇式丙酮酸甲戊二25二、植物代谢及其代谢产物(一)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、植物代谢及其代谢产物(一)二次代谢及其代谢产物26植物二次代谢与生物合成程三羧酸循环（TCA）丁酮二酸α-酮戊二酸丁二酸鞣酸类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、嘧啶脂肪酸类萜

类甾

醇胡萝卜素类生物碱类肽

类含氮化合物香豆素、木脂（质）素黄酮类δ-氨基乙酰丙酸核苷核苷酸类醌

类胆

碱卟啉类前列腺素类脂肪族及芳香族聚酮类植物二次代谢与生物合成程三羧酸循环鞣酸类CO227二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族油脂二次代谢产物归类二次代谢苷类*脂肪族酸性物质脂28植物体内的物质代谢与生物合成过程三羧酸循环（TCA）丁酮二酸α-酮戊二酸丁二酸鞣酸类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、嘧啶脂肪酸类萜

类甾

醇胡萝卜素类δ-氨基乙酰丙酸核苷核苷酸类醌

类胆

碱卟啉类前列腺素类脂肪族及芳香族聚酮类生物碱类肽

类含氮化合物香豆素、木脂（质）素黄酮类植物体内的物质代谢与生物合成过程三羧酸循环鞣酸类CO229三、“植物亲缘相关性学说”与“植物化学分类学”1.“植物亲缘相关性学说”

同科同属植物往往含有骨架相同或结构类似的化学成分。如：2.“植物化学分类学”

按照化学成分的类别(骨架类别)进行分类。是原来按照形态特征分类的另一种分类方法。C-non-D-homo-steroid湖北贝母梭砂贝母

Hupehenine百合科

贝母属三、“植物亲缘相关性学说”与“植物化学分类学”1.“30四、主要的生物合成途径(一）基本结构单位氨基酸萜

类甾

醇生物碱类香豆素木质素木脂体黄酮类脂肪族类苯酚、苯醌、蒽醌等聚酮类异戊烯单元糖单元氨基酸单元四、主要的生物合成途径(一）基本结构单位氨基酸萜类甾311.醋酸—丙二酸途径

(acetate-malonatepathway)

合成成分类别：脂肪酸类（二）主要的生物合成途径脂肪酸类生物合成途径1.醋酸—丙二酸途径(acetate-malonate32（二）主要合成途径苯酚、苯醌、蒽酮和蒽醌类生物合成途径1.醋酸—丙二酸途径

(acetate-malonatepathway)

合成成分类别：酚类、蒽酮、蒽醌类化合物。（二）主要合成途径苯酚、苯醌、蒽酮和蒽醌类生物合成途径1.33（二）主要合成途径萜、甾族类生物合成途径2.甲戊二羟酸途径(mevalonicacidpathway)

合成成分类别：萜类、甾体类化合物（二）主要合成途径萜、甾族类生物合成途径2.甲戊二羟酸途径343.桂皮酸

—

莽草酸途径

(cinnamicacid–shikimicacidpathway）

合成成分类别：香豆素类、木脂素和木质素类、黄酮类

香豆素类、木脂素和木质素类、黄酮类生物合成途径3.桂皮酸—莽草酸途径(cinnamicacid354.氨基酸途径

(aminoacidpathway）

合成成分类别：生物碱类、生物碱类生物合成途径4.氨基酸途径(aminoacidpathway36五、了解生物合成的意义(一)利用植物亲缘相关性

1.推测天然化合物的结构2.定向寻找天然活性成分3.植物化学分类(二)组织培养1.工业生产有效成分2.生物调控，提高活性成分含量五、了解生物合成的意义(一)利用植物亲缘相关性37第三节提取分离方法一、概述(一)中草药化学成分的构成特点

(二)提取分离前的文献调研

二、中草药有效成分的提取(一)常用提取方法(二)溶剂提取法三、中草药有效成分的分离与精制(一)根据物质溶解度差别进行分离

(二)根据物质分配系数差异进行分离(三)根据物质吸附能力差异进行分离

(四)根据物质分子大小差异进行分离(五)根据物质解离程度差异进行分离四、提取与分离中草药有效成分的注意点(一)光照的影响(二)酸碱的影响

(三)温度的影响

(四)溶剂的影响(五)层析的影响第三节提取分离方法一、概述38一、概述(一)中草药化学成分的构成特点

1.同种植物含有多种结构类型的化学成分苦参2.总成分含量少而种类多长春花黄酮类生物碱贝母生物碱萜

类甾醇类3.有效成分含量低总生物碱含量1/千分离生物碱单体68种长春碱

3/万长春新碱

3/百万美登碱

2/千万一、概述(一)中草药化学成分的构成特点苦参2.总39一、概述(二)提取分离前的文献调研

1.立题着眼点1)为什么要立题2)怎样做2.了解前人的研究工作1)做过研究没有?2)研究的深度和广度3.原植物的鉴定1)原植物的拉丁学名2)采集地点和时间3)药及部位4)民间药用情况一、概述(二)提取分离前的文献调研40二、中草药有效成分的提取(一)常用提取方法

溶剂法、蒸馏法、升华法、压榨法压榨法溶剂法蒸馏法原理：与水蒸气产生共沸点范围：挥发油升华法原理：相似者相溶范围：所有化学成分原理：遇热挥发，遇冷凝固范围：游离蒽醌原理：机械挤压范围：新鲜药材、种籽植物油二、中草药有效成分的提取(一)常用提取方法压榨法溶剂法41(二)溶剂提取法溶

剂溶点介电常数(20oC)溶解度溶剂/水%水/溶剂%石

油

醚环

己

烷30-12080.71.892.02苯乙

醚氯

仿醋酸乙酯正

丁

醇803561771182.294.344.816.0217.80.1756.040.8156.077.450.0631.4650.0722.9820.5丙

酮乙

醇甲

醇水56786510020.724.332.680.4任意混合石油醚>环己烷>苯>氯仿>乙醚>乙酸乙酯>丙酮>乙醇>甲醇>水1.常用溶剂的性质(二)溶剂提取法溶剂溶点介电常数溶解度422.天然药物各类成分的极性与提取溶剂的关系

植物成分极性强弱植物成分结构类型适于提取溶剂亲脂性强叶绿素、脂肪油、挥发油石油醚亲脂性较强游离生物碱、苷元、甾类、萜类、某些有机酸乙醚、氯仿中等极性中偏小某些苷类(如强心苷等)氯仿-乙醚(2:1)中

等某些苷类(如黄酮苷类)乙酸乙酯中偏大某些苷类(如蒽醌苷、皂苷等)正丁醇亲水性较强极性大的苷、糖类、氨基酸等丙酮、乙醇、甲醇亲水性强蛋白质、粘液汁、糖类、氨基酸、无机盐、苷类水溶剂提取法

2.天然药物各类成分的极性与提取溶剂的关系植物成分极性强43溶剂提取法3.选择溶剂注意点

1)对有效成分溶解度大,对杂质溶解度小2)不与化学成分起化学变化3)经济、易得、使用安全4.常见溶剂提取工艺

1)浸渍法2)渗滤法3)煎煮法4)热回流提取法影响提取效率的

因

素1)原料粉碎度2)提取时间3)提取温度4)设备条件溶剂提取法3.选择溶剂注意点4.常见溶剂提取工艺影响44三、中草药有效成分的分离与精制(一)根据物质溶解度差别进行分离1.原理:相似者相溶2.方法:

1)重结晶法

利用温度差异对样品溶解度的不同达到分离2)混合溶剂法H2O-EtOH、EtOH–H2O、EtOH-Et2O

粗组份

少量易溶样品溶剂样品溶液

滴加难溶样品溶剂放置结晶

3)pH调整法4)沉淀法样品

酸水液无机酸盐H2OH2S有机酸盐重金属硫化物有机酸有机溶剂萃取有机溶剂萃取生物碱三、中草药有效成分的分离与精制(一)根据物质溶解度差别进45(二)根据物质分配系数的不同进行分离1.原理:利用物质在两种互不相溶的溶剂中的分配系数的不

同达到分离

2)分离因子（

b值）与分离难易的关系K=CU/CLb=KA/KBK值与萃取次数成反比，即K值越大，萃取次数越少，反之越多b值越大，越易分离；b1时，无法分离

1)分配系数（K值）与萃取次数的关系(二)根据物质分配系数的不同进行分离1.原理46B.Ka

与

pKa

表示酸碱性化合物酸碱性强弱,而

pH值变化则可改变化合的存在状态。(二)根据物质分配系数的不同进行分离3)酸碱度（pH值）对分配比的影响A.游离型与解离型

1.原理:物质

因素KapKapH<3pH>12亲脂溶剂亲水溶剂酸性物质越大越小游离型解离型游离型化合物分配比大解离型化合物分配比大碱性物质越小越大解离型游离型B.Ka与pKa(二)根据物质分配系数的不同进行47(三)根据物质吸附能力差异进行分离1.吸附层析的种类

2.物理吸附1）基本规律：“相似者易于吸附”2）基本特点：无选择性、可逆吸附、快速

3）基本原理：吸附与解吸附的往复循环4）

三要素—

吸附剂

、溶质(被分离物)、溶剂

物

理

吸

附化

学

吸

附半化学吸附

固—液吸附

吸附再吸附解吸再解吸直至分离吸附剂溶

质溶

剂强弱强强中弱弱中中极性吸附剂

吸附剂的吸附力一定时，溶质极性越强，洗脱剂的极性也应越强。非极性吸附剂

吸附剂的吸附力一定时，溶质极性越强，洗脱剂的极性越弱。(三)根据物质吸附能力差异进行分离1.吸附层析的种类482.物理吸附5）极性强弱的判断(与功能基的种类、数目多少和排列方式有关)(1)亲水性基团与极性成正比，亲脂性基团与极性成反比；(2)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；6）溶剂的极性—依据介电常数来决定3.化学吸附1）基本特点：有选择性、不可逆吸附

2）基本原理：产生化学反应

(1)酸性物质与Al2O3发生化学反应(2)碱性物质与硅胶发生化学反应(3)Al2O3容易发生结构的异构化3）应尽量避免4.半化学吸附

1）基本特点：介于物理吸附和化学吸附之间

2）基本原理：以氢键的形式产生吸附(三)根据物质吸附能力差异进行分离2.物理吸附(三)根据物质吸附能力差异进行分离49(三)根据物质吸附能力差异进行分离聚酰胺吸附层析原理聚酰胺吸附层析原理(三)根据物质吸附能力差异进行分离聚酰胺吸附层析原理聚酰50(三)根据物质分子大小差异进行分离1.基本原理

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)2.三要素

载体(葡聚糖凝胶)、溶质(被分离物)、洗脱剂3.分离物质范围

糖苷类成分(三)根据物质分子大小差异进行分离1.基本原理51(三)根据物质解离程度差异进行分离1.基本原理

利用酸、碱化合物在解离状态时与阴、阳离子树脂产生离子交换的原理达到分离的方法。2.三要素

固定相(离子交换树脂)、溶质(被分离物)、洗脱剂3.分离物质范围

酸、碱类化合物(三)根据物质解离程度差异进行分离1.基本原理521.酸的影响1)四、提取与分离中草药有效成分的注意点(二)酸碱的影响2)2.碱的影响1.酸的影响四、提取与分离中草药有效成分的注意点(二)53四、提取与分离中草药有效成分的注意点(一)光照的影响四、提取与分离中草药有效成分的注意点(一)光照的影响541.酸的影响1)四、提取与分离中草药有效成分的注意点(二)酸碱的影响2)2.碱的影响1.酸的影响四、提取与分离中草药有效成分的注意点(二)55(三)温度的影响

高温、高热会引起化合物的氧化、聚合、树脂化等结构变化，颜色加深。

四、提取与分离中草药有效成分的注意点(四)溶剂的影响(三)温度的影响四、提取与分离中草药有效成分的注意点(四56(五)层析的影响

注意在Al2O3

柱层析时可能引起被分离物的结构异构化、分子重排等到变化，得到的是次生产物，而不是原生产物。如：四、提取与分离中草药有效成分的注意点(五)层析的影响四、提取与分离中草药有效成分的注意点57第四节天然产物结构研究法一、化学结构研究的目的与意义二、结构研究步骤与方法

(一)查阅文献

(二)化合物纯度的测定1.