11天然药物化学绪论

天然药物化学第一章总论(introductions)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）（一）天然药物的定义？●天然药物–人类在自然界中发现并可直接供药用的植物、动物或矿物，以及基本不改变其物理、化学属性的加工品。“中药”、“草药”和“民族药”除极少数（如铅丹等）为人工合成药外，绝大多数均同天然药物范畴。–天然药物来自植物、动物、矿物、微生物和海洋生物，当今是以植物来源为主，种类繁多。二、天然药物化学的定义与研究内容中药=天然药物？●药物-----用于治疗和预防疾病的物质–按来源可分为天然药物、化学合成药物和生物药物●中药-----广义的概念，包括传统中药、民间药（草药）和民族药–传统中药是指在全国范围内广泛使用，并作为商品在中药市场流通，载于中医药典籍，以传统中医药学理论阐述药理作用并指导临床应用、有独特的理论体系和使用形式，加工炮制比较规范的天然药物及其加工品。二、天然药物化学的定义与研究内容天然药物包含了中药但并不等于是中药-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。二、天然药物化学的定义与研究内容（二）天然药物化学的定义？化学成分相关概念（1）单体：即化合物,指具有一定分子量、分子式、理化常数和确定的化学结构式的化学物质。（2）有效成分:具有生物活性的单体物质，能用一定分子式表示，有一定的物理常数。（个体）（3）无效成分：没有生物活性和防病治病作用的化学成分。（4）有效部位：在中药化学中，常将含有一种主要有效成分或一组结构相近的有效成分的提取分离部分，称为有效部位。如人参总皂苷、苦参总生物碱、银杏总黄酮等。（群体）（5）有效部位群：含有两类或两类以上有效部位的中药提取或分离部分。有效成分和无效成分的关系：二者的划分也是相对的。一方面，随着科学的发展和人们对客观世界认识的提高，一些过去被认为是无效成分的化合物，如某些多糖、多肽、蛋白质和油脂类成分等，现已发现它们具有新的生物活性或药效。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●研究内容-包括各类天然药物化学成分(主要是生理活性成分或药效成分)的★结构特点、★物理化学性质、★提取分离方法以及主要类型化学成分的★结构鉴定知识；-涉及主要类型化学成分的生物合成途径；-目的：其目的是探索安全高效的天然产物及衍生的新化合物。为开发和创制新药奠定基础。二、天然药物化学的定义与研究内容（三）天然药物化学研究内容？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。例如：乌头原碱乌头碱（毒性降低）水解炮制三、天然药物化学在医药事业中的作用（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——小檗碱三、天然药物化学在医药事业中的作用（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：①合成一系列化合物，进行药理实验筛选。②中药中筛选活性成分，再合成新药或制备衍生物。例：①青蒿青蒿素二氢青蒿素、蒿甲醚等。②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，毒性低三、天然药物化学在医药事业中的作用四、天然药物化学在新药研发中的地位药理、毒理作用一定的剂型质量标准临床前新药天然药物化学有效部位或有效成分药理学药剂学药物分析学药物化学（一）我国天然药物的种类和资源●神农尝百草，公元前2700年●商代伊尹用药草而为汤液的记载●西周已有食医、疾医(内科)、疡医(外科)、兽医分工，公元前1027年●《诗经》中记有到现在还应用的药草50余种，●《山海经》中有药物139种，公元前770-220●《神农本草经》中有药物365种，公元前221年，●《本草经集注》收药730种，南北朝五、天然药物化学的发展与动向（一）我国天然药物的种类和资源●《唐本草》载药844种，公元659年●《经史证类备急本草》收药1300多种，宋朝●《本草纲目》载药1892种，公元1596●《本草纲目拾遗》载2608种，清朝●《神农本草经》中有药物365种，公元前221年，●全国性的药用植物资源普查，目前已知天然药物资源有12807种，上世纪80年代《中国中药资源志要》1994年12694种五、天然药物化学的发展与动向（二）我国古代天然药物化学的实践我国古代本草药物的研究中，创造出不少新的天然药物和研究方法，●冶金、酿酒、制醋、染色、造纸的实践和发现●炼丹实践中发展汞制药物、锌制药物●炼丹与升华药物：制备樟脑《本草纲目》---水银加以硫磺升而为银珠（HgS）●冶金—炼丹，发展了制药技术：如升华、干馏、蒸馏法●炼丹与黑火药的配伍：硝石、硫黄、木炭，“治疮癣杀虫，辟湿气”炉甘石亚铅O2亚铅华ZnCO3ZnZnO白色粉末外用五、天然药物化学的发展与动向英国学者李约瑟研究中国古代科技史50余年，著有《中国科学技术史》巨著，他在文章中写到：“现代人之所以更优秀，是因为他们发明了印刷术、黑火药和磁罗盘，我们把它归功于中国人，要是没有这种贡献，就不可能有我们西方文明整个发展历程”他的学生-罗伯特坦普尔曾写了《中国，发现与文明的摇篮》一书，他们考证了古代中国有许多发现、发明领先于世界。五、天然药物化学的发展与动向2009年摄于广州白云山中药厂----神农草堂（三）国外的天然药化大事●1769年，将酒石（酒石酸氢钾），用钙盐硫酸法分解制得酒石酸（K.W.Schelle，瑞典）●1804年,鸦片中得到吗啡（Dorosone，法）●1806年,鸦片中得到吗啡（Serturner，德）●1810年,金鸡纳碱、奎宁碱（Gomez）●1817Pelletiere吐根碱1830Roubiquet提纯：苦杏仁苷黑芥子苷1842Weisz发现了：芦丁五、天然药物化学的发展与动向1861Gorup发现了：甘草皂苷1872Fraser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1806-1860年,生物碱历史的灿烂时期随后各国医药的交流促使天然药物进入了一个快速发展的时期（三）国外的天然药化大事发展迅猛的原因-技术进步●过去，一个天然化合物从天然药物中分离、纯化，到确定结构、人工合成需要很长的时间。●如从鸦片中（Opium）得到的吗啡（morphine）1804年，发现1918年，确定结构1952年，人工合成ONHHHOCH3HOH发展迅猛的原因-技术进步●如利血平（reserpine）,5年时间●现在只要短短几年的时间甚至几天的时间，且所需要的样品量也减少---分子量小于1000，只需1mg的样品NHNOCOOCH3HH3COHH3CO2CHOCH3OCH3OCH3蛇根木中成分，降压（四）我国近代研究情况有机化学家赵承嘏：30年代：麻黄麻黄素建国初期：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Ⅱ—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五、天然药物化学的发展与动向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。由治病防病健美长寿其他领域（食品、饮料、化妆品、牙膏、卷烟等）（四）我国近代研究情况（五）研究方向及发展趋势●微量物质●水溶性物质●不稳定物质●海洋生理活性物质●生物体内源性生理活性物质目的----从中发现新的化合物或者新的骨架类型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、保护药源五、天然药物化学的发展与动向第二节生物合成一、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：二氧化碳、水各种代谢糖和氧气糖、蛋白质、脂质、核酸光合作用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：一次代谢产物生物碱、萜类、黄酮、蒽醌等特定条件二、主要的生物合成途径1.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）天然药物化学成分的划分●从物质基本类型分：●按有无活性划分：●按组成元素、骨架母核分：生物碱、甙、蒽醌、甾、萜等；●按结构母核与生物活性、物理性状等混合划分：黄酮类、强心甙、皂甙、生物碱等；无机物有机物矿物药，植物药，动物药植物药，动物药雄黄--As2S3朱砂-HgS活性成分无效成分相对性天然药物化学成分的划分●按成分的酸碱性：●按成分的溶解性：●按成分的生物合成途径：一级代谢物（糖类、蛋白质等），这类物质是每种药物都含有，是维持生物体正常生存的必需物质；二级代谢物（生物碱、黄酮、皂甙等）这些物质不是每种药物都有，是生物体通过各自特殊代谢途径产生，反映科、属、种的特性物质；酸性碱性中性非极性(亲脂性)中等极性极性(亲水性)生物合成Biosynthesis一种天然药物所含成分多种多样，这些成分究竟是怎样产生的?它们之间又有什么联系呢?植物化学分类学Chemotaxonomy●经典分类学：形态学、解剖学和植物地理学●化学分类学：依据植物化学成分、充实和修正经典分类学主要内容●一定条件下，每种植物都产生自己具有的生理生化特征性成分;●相近的植物在漫长的历史发展过程中，它们的化学成分发生变化，但母核不变，只是侧链异构化;●一个类群的化学成分反映出这个类群在系统转化中的方向和位置;●亲缘关系越近的植物具有相似的化学成分；亲缘关系越近，化学成分越相似;●一些结构相似的化合物在生物合成上可能为同一起源，这对开展植物化学分类学研究、寻找新的天然药物资源很有好处。如：在萜类化合物结构中，常可看到不断重复出现的C5骨架,也意味着它们具有某种共同的生物合成途径，即所谓异戊二烯(isoprene)规则。基本结构单位●C2单位(醋酸单位)：如脂肪酸、酚类、苯醌等聚酮类化合物;●C5单位(异戊烯单位)：如萜类、甾类等;●C6单位：如香豆素、木脂体等苯丙素类化合物;●氨基酸单位：如生物碱类化合物;●复合单位：由上述单位复合构成;主要的生物合成途径●很多研究人员注意到天然化合物结构间的联系，许多化合物都有某些组成单位按照不同的方式组合，于是提出天然化合物生物合成假说，