《天然药物化学》化学工业出版社 第二版第1章 ppt课件

天然药物化学MedicinalChemistryofNaturalProducts第1章总论1.1绪论1.1.1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产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（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（三）相关概念1.中草药成分化学中草药中药（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3.天然产物化学4.天然有机化学2.植物化学2.有效部位指具有生物活性的有效部位，如：总生物碱、总皂苷或总黄酮等。3.无效成分与有效成分共存的其它成分4.杂质NOOOCH3OCH3CH2小蘗碱(四)相关的术语1.有效成分单体化合物：1）能用分子式和结构式表示2）具有一定的理化常数3）具有生物活性（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应用化学专业开设的一门专业课，需要多学科的系统知识。与下列课程有关：1.1.2天然药化的研究对象及其任务（一）主要研究对象1.植物药世界范围中国高等植物13~15万种，其中药用植物约14500种以上。活性筛选仅占5%，化学成分研究则更少。我国自然资源丰富，植物品种繁多，其中种子植物就有25700余种，药用植物11800多种，常用5000余种。2.民族药我国有56个兄弟民族，其中少数民族55个，民族药是中国传统医药学的重要组成部分。如：藏、蒙、维、苗药…….等约有1500余种。3.海洋生物海洋占整个地球的表面的71%，蕴藏着极其丰富的生物资源，是展现在人们面前的巨大天然库，现在已成为研究的热点。4.微生物1.创新药物的研究（包括先导化合物的改构与全合成）抗肿瘤药物心脑血管药物糖尿病药物爱滋病药物抗病毒药物老年性疾病药物免疫调节药物计划生育药物急性热病类药物2.功能性食品用及相关产品功能食品天然色素香料美容化妆品3.中药现代化的研究1)中药资源的开发利用及其品质评价的研究（包括仿生）2)复方中药活性物质及其作用机理的研究3)中药材规范化种植研究4)中药标准提取物及质量标准的研究（二）主要研究任务㈠国际发展史1.天然药物化学的建立与形成1769酒石酸(酒石)1775苯甲酸(安息香)1778乳酸(酸乳)1785苹果酸(苹果)观点2:“植物中有机酸的研究促成有机化学及植物化学的形成”1773尿素(脲)(K.W.Scheele)(Bargmann)1822瑞香苷1830苦杏仁苷观点1:“植物中只有酸性物质”(Rouelle)1776尿酸(脲)1.1.3、天然药化发展简史观点3.“生物碱的研究是天然药物化学发展的开端。”1803~1806吗啡(鸦片)(Derosen)(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2.天然有机合成化学的建立与发展1）“生命力”学说的提出2）有机化合物的合成1828年woler在实验室用无机化合物合成了尿素（脲）2KOCN+(NH4)2SO4K2SO4+2NH4OCNNH4OCNH2N－CO－NH2氰酸钾硫酸铵氰酸铵德国化学家(Kolbe)又合成了醋酸。由此促进了有机合成化学的发展。3.天然药物化学的兴衰1）合成药物的工业化生产制约了天然药物化学研究二十世纪：三十年代磺胺药(1935)、维生素问世四十年代盘尼西林的使用五十年代形成了新药上市的黄金时代2）药害震惊全球HOOONCNCOThalidomide西德1956年出售镇静药“反应停”－肽胺哌啶酮到1962年就引起数千例畸胎。OHHONOOOCH3CH3CH3CH3NClCH3OHCH3OCH3ONOCH3HOCH3NNOCOHCH3OHCH3OCOHHOCH3OCH3OCH3OCH3NHNC2H5COOCH3OHHHC2H5OCOCH3HCOOCH3HONCH3ONR美登木碱(Maytansine)利血平(Reserpine)紫杉醇(Taxol)长春碱(Vinblastine)长春新碱(Vincristine)3）大规模寻找天然活性物质（二）国内发展史1.古代“本草化学”的实践经验和发现阶段1）冶金的实践2）炼丹与无机合成药物的实践3）炼丹术与升华药物的实践发现4）汞齐法技术的实践5）黑火药的配伍实践6）酶解、酸解、碱解及氧化制品的实践7）提取分离纯化方法制取纯成分的实践2.近代天然药物化学的引进和创建阶段1)20cn.二十年代主要成就是麻黄碱的研究同时还对闹羊花、莽草、延胡索等开展了一些研究工作。2)三十年代进行了中药延胡索、防己、贝母、陈皮、细辛、钩吻、洋金花、除虫菊、雷公藤、三七、广地龙、柴胡中成分的分离工作。ORONH3COCH3OCH3NOCH3OH3CHHH3CONH3COOCH3OCH3延胡索乙素粉防己碱R=CH3防己诺林碱R=OH3)20cn.四十年代主要研究了常山的抗疟有效成分，定出了常山生物碱的分子式、母核，并和国外学者共同研究取得一定成绩。另对羊角拗、远志、前胡、丹参。射干、使君子等也做了许多工作。这三、四十年中，我国科学家虽然在有效成分及药理方面做了一些艰苦的工作，但在化学成分结构的研究上却较少突破，新成分的发现也较少。3.现代天然药物化学的建立和发展阶段20cn.五十年代以后1）利用丰富药源生产药物麻黄素、芦丁、洋地黄毒苷、咖啡因、黄连素、粉防己碱、加兰他敏、山道年等。2）减少进口、自给自足药物地高辛、西地兰、麦角新碱、秋水仙碱、阿托品、东茛菪碱、长春碱、长春新碱、薯蓣皂苷元等。3）民间草药发掘药物颅痛定、岩白菜素、天花粉素、川楝素、黄藤素、鹤草酚、焊菜素、亮菌甲素、棉酚、羟基喜树碱等。4）特色天然化学药物如青蒿素、三尖杉酯碱、山茛菪碱、天麻素、靛玉红、齐墩果酸、丁公藤碱II、高乌头碱、石杉碱甲、川芎嗪等。5）改构药物如抗痫灵、常咯啉、联苯双酯等。6）合成药物如黄连素、延胡索乙素、山茛菪碱、天麻素、咖啡因、靛玉红、川芎嗪、大蒜新素、罂粟碱等。1.1.4天然药化研究发展趋势(一)化学结构研究1.快速NNOCOHCH3OHCH3OCOHHOCH3OCH3OCH3OCH3morphine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:19521952-19562.微量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-ray(二)研究的重大转变(三)组织培养(四)注重结构改造和仿生合成1.1.5学习《天然药物化学》方法（一）基本骨架类型及其结构特征1.基本骨架2.主要活性化合物（二）各类成分的理化性质1.共性1)鉴别反应沉淀反应、显色反应2)溶解性3)酸碱性2.特性（三）各类成分的提取分离方法1.利用不同溶解度2.利用不同酸碱性3.利用层析分离法（四）各类成分的结构测定方法1.各类成分的主要化学反应2.主要成分的波谱特征1.2生物合成途径与生物转化1.2.1生物合成途径1.2.2生物转化研究进展1.3天然药物提取分离方法1.3.1天然产物有效成分的传统提取、分离、精制方法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2）总成分含量少而种类多3）有效成分含量低提取分离前的文献调研1.3.1.1中草药有效成分的提取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、种籽植物油溶剂提取法常用溶剂亲脂性石油醚环己烷苯氯仿乙醚乙酸乙酯丙酮乙醇甲醇水亲水性天然药物各类成分的极性与提取溶剂的关系选择溶剂注意点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、使用安全大大小小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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5）连续提取法1)原料粉碎度2)提取时间3)提取温度4)设备条件植物原料（药料）~300g95%乙醇渗滤乙醇渗滤液浓缩残渣CHCl3-H2O(1:1)氯仿相己烷/10%H2O-MeOH己烷相10%H2O-MeOH20%H2O-MeOHCCl4相CHCl3/35%H2O-MeOHCCl4/20%H2O-MeOH35%H2O-MeOHCHCl3水相丁醇-水丁醇水极性递增1.3.1.2中草药有效成分的分离与精制根据物质溶解度差别进行分离1.原理:相似相溶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样品样品溶液结晶少量易溶样品溶剂滴加难溶样品溶剂放置3)pH调整法4)沉淀法根据物质分配系数的不同进行分离原理: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(萃取、色谱柱)根据物质吸附能力差异进行分离吸附层析的种类固—液吸附物理吸附化学吸附半化学吸附根据物质分子大小差异进行分离利用分子筛（凝胶过滤法和膜分离技术）的原理分离物质根据物质解离程度差异进行分离利用酸、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1.3.2提取及分离技术的发展1.4天然产物结构研究法1.4.1.化合物纯度的测定1.4.2结构研究步骤与方法Ω=n4–n1/2+n3/2+11.4.3结构测定常用的波谱分析1.4.3.1UV各类有机化合物的电子跃迁饱和有机化合物*吸收波长150nm在远紫外区。n*λ200nm（在远紫外区）不饱和脂肪族化合物*（K带）单烯烃近紫外区无吸收。共轭体系移向长波方向（红移）。例鉴别n*（R带）羰基等λ280~300nm（弱）芳香族化合物三个吸收带。*取代苯1.4.3.2IR红外光谱的几个区段特征峰Z-H伸缩振动区：4000-2500cm-1醇、酚、酸等3650~3580低浓度（峰形尖锐）O-H3650~32003400~3200高浓度（强宽峰）N-H3500~3100胺、酰胺等，可干扰O-H峰饱和（3000以下）与不饱和（3000以上）饱和-C-H（3000-2800）-CH3(2960，2870)-CH2(2930，2850)不饱和=C-H（3010~3040）末端=CH（3085）不饱和C-H(2890~3300)较弱（2890）、较强（3300）C-H3000左右ArC-H(3030)比饱和C-H峰弱，但峰形却更尖锐叁键及累积双键区（2500~1900cm-1）双键伸缩振动区（1900~1200cm-1）指纹区（可分为两个区）单、双键伸缩振动（不含氢）1800-900C-O（1300-1000）C-(N、F、P)，P-O，Si-O面内外弯曲振动900-650用于顺反式结构、取代类型的确定在红外分析中，通常一个基团有多个振动形式，同时产生多个谱峰（基团特征峰及指纹峰），各类峰之间相互依存、相互佐证。通过一系列的峰才能准确确定一个基团的存在。例化合物C9H10，红外光谱在3100，1650~1500cm-1（多峰）、在890、770和700cm-1有特征吸收，该化合物被KM