【精品课件】天然药物化学的定义及其研究内容

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。其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。此外，也涉及主要类型化学成分的生物合成途径等内容。1.1天然药物化学的定义及其研究内容1.2化学成分化学成分：天然药物中含有的各种化学物质，如生物碱、黄酮体化合物、皂苷、挥发油等。如中药麻黄（Ephedraspp.）中含有左旋麻黄素等多种生物碱以及挥发油、淀粉、树脂、叶绿素、纤维素、草酸钙等化学成分；中药甘草（Glycyrrhizauralensis）中则含有甘草酸等多种皂苷以及黄酮体、淀粉、纤维素、草酸钙等成分。1.3生理活性成分生理活性成分：即经过不同程度药效试验或生物活性试验，包括体外（invitro）及体内（invivo）试验，证明对机体具有一定生理活性的成分。Question:何谓生理活性成分？1.4有效成分有效成分：即药材中代表其功效的化学成分。如左旋麻黄素(l-ephedrine)具有平喘、解痉作用，甘草酸(glycyrrhizin)具有抗炎、抗过敏、治疗胃溃疡的作用，分别被认为是麻黄及甘草中的代表性有效成分。Question:何谓有效成分？举例说明。紫杉醇（taxol）：今日抗癌之星二.生物合成第一章总论2.1一次代谢及一次代谢产物糖、蛋白质、脂质、核酸等对植物机体生命活动必不可少的物质，称为一次代谢产物，也称为初级代谢产物；上述物质产生过程对维持植物生命活动来说是必不可少的过程，且几乎存在于所有的绿色植物中，此过程称为一次代谢，也称为初级代谢。2.2二次代谢及二次代谢产物特定条件下，一次代谢产物作为原料或前体，又进一步经历不同的代谢过程，这一过程并非所有植物中都发生，对维持植物生命活动不起重要作用，此过程称为二次代谢，也称为次生代谢；生成的萜类、生物碱等化合物称为二次代谢产物，也称为次生代谢产物。2.3主要的生合成途径三.提取分离方法第一章总论3.1天然药物有效成分的提取主要包括：溶剂法、水蒸气蒸馏法、升华法三种。后二种方法的应用十分有限，实践中主要应用第一种方法。Question:溶剂法、水蒸气蒸馏法、升华法三种提取方法各具什么特点？用途？3.1.1溶剂提取法原理：根据相似者相溶原理理想溶剂：（1）有效成分溶解性大，无效成分溶解性小，与植物成分不起化学反应；（2）安全、成本低；萜类、甾体：氯仿、乙醚等提取；糖苷、氨基酸：水、含水醇提取；酸性、碱性及两性化合物：不同pH下的溶剂提取溶剂分类：(1)水(2)亲水性有机溶剂：如甲醇、乙醇、丙酮等(3)亲脂性有机溶剂：如石油醚、氯仿、乙醚、饱和烷烃等3.1.2水蒸气蒸馏法适用于具有挥发性、能随水蒸汽蒸馏而不被破坏、难溶或不溶于水的成分的提取，如挥发油、小分子的香豆素类、小分子的醌类成分。3.1.3升华法固体物质受热不经过熔融，直接变成蒸汽，遇冷后又凝固为固体化合物，称为升华。中草药中有一些成分具有升华的性质，可以利用升华法直接自中草药中提取出来。如樟木中樟脑的提取。3.2天然药物有效成分的分离与精制3.2.1根据物质溶解度差别进行分离3.2.2根据化合物在两相溶剂间分配比差别进行分离3.2.3根据物质吸附力差别—固-液吸附进行分离3.2.4根据分子量大小差别进行分离3.2.5根据物质解离程度不同进行分离（1）改变温度：结晶与重结晶，即利用溶剂对有效成分与杂质在冷热情况下溶解度显著差异以获得结晶的方法。（2）改变混合溶剂极性：水/醇法：水提液+醇（数倍）：可沉淀多糖、蛋白质等水溶性物质（杂质）。醇/水法：醇提液+水（数倍）：可除去叶绿素、油脂等杂质。3.2.1根据物质溶解度差别进行分离（3）改变pH值：碱提酸沉（碱/酸法）：如提取黄酮、蒽醌类酚酸性成分酸提碱沉（酸/碱法）：如生物碱类在用酸性水从药材中提出后，加碱调至碱性即可从水中沉淀析出。（4）金属盐络合法：pb2+、Ca2+等金属离子可与酸、碱性化合物生成不溶于水的沉淀而析出。3.2.2根据化合物在两相溶剂间分配比差别反流分布法（countercurrentdistribution,CCD,逆流分溶法）液滴逆流色谱法（dropletcountercurrentchromatography,DCCC）高速逆流色谱（highspeedcountercurrentchromatography,HSCCC）气-液分配色谱（gas-liquidchromatography,GC或GLC）液-液分配色谱（liquid-liquidchromatography,LC或LLC）Question:CCD分离原理？各英文缩写的含义？CCD法（Countercurrentdistribution，反流分布法，逆流分溶法）：是一种多次连续的液-液萃取分离过程。DCCC(液滴逆流色谱)和HSCCC(高速逆流色谱法):是在逆流分溶法基础上创建的色谱装置，可使流动相呈液滴形式在固定相间交换，分离效果好。多用于分离皂苷、蛋白质、糖类等。液-液分配柱色谱：将两相溶剂中的一相涂覆在硅胶等多孔载体上，作为固定相，填充于色谱柱中，用流动相洗柱。常用载体：硅胶、硅藻土、纤维素等。正相色谱与反相色谱正相色谱：固定相：强极性溶剂，如水、缓冲溶液。流动相：弱极性有机溶剂，如氯仿、乙酸乙酯、丁醇等。分离对象：水溶性或极性较大的成分，如生物碱、苷类、糖类、有机酸等。反相色谱：固定相：亲脂性物质,如石蜡油等。流动相：强极性溶剂，如水、甲醇等。分离对象：脂溶性化合物，如高级脂肪酸、油脂、游离甾体等。Question:何谓正相色谱和反相色谱？3.2.3根据物质吸附力差别—固-液吸附物理吸附：也称表面吸附,由分子间力的相互作用所引起。特点：无选择性，吸附与解吸可逆，可快速进行，故在实际工作中用得最广。如硅胶、氧化铝。化学吸附：如黄酮等酚酸性物质被碱性氧化铝吸附，或生物碱被酸性硅胶吸附等。特点：有选择性，吸附牢固，有时不可逆，故很少使用。半化学吸附：如聚酰胺对黄酮类、醌类等化合物之间的氢健吸附，力量较弱，介于上述二者之间。3.2.4根据分子量大小差别凝胶色谱：分子筛，按分子由大到小顺序出柱。原理：当样品水溶液通过交换柱时，溶液中的中性分子及不与离子交换树脂上的交换基团发生交换的离子将通过柱子从柱底流出，而具有可交换的离子将与树脂上的交换基团进行离子交换并被吸附到柱上，随后改变条件，并用适当溶剂从柱上洗脱下来。Question:离子交换树脂法分离生物碱的原理及其反应式？3.2.5根据物质解离程度不同进行分离离子交换树脂分离生物碱原理(1)吸附：生物碱盐(Alk—H+)被强阳离子树脂(RSO3—H+)吸附,反应式如下：RSO3—H++Alk—H+RSO3—·Alk—H++H+(2)洗脱：将吸附树脂用NH4OH洗脱，生物碱(Alk)解吸附，此反应如下：RSO3—·Alk—H++NH4OHRSO3—·NH4+Alk+H2O四.结构研究法第一章总论4.1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分析。Question:天然药物中化学结构研究的一般步骤？4.2结构研究中采用的主要方法确定分子式，计算不饱和度不饱和度u计算公式：IIIIu=IV-＋+122I:一价原子（如H,X）的数目;III:三价原子（如N,P）的数目；IV:四价原子（C,S）的数目。质谱（MassSpectra）FD-MS(FieldDesorptionionizationMS,场解析电离质谱)FAB-MS(FastAtomBombardmentionizationMS,快速原子轰击电离质谱)与FD-MS互相补充，可得到苷和苷元分子量及其裂解碎片的重要信息红外光谱法(Infraredspectroscopy,IRspectroscopy)4000-1500cm-1特征频率区、1500-600cm-1指纹区核磁共振波谱法氢核磁共振(1)化学位移(chemicalshift,)(2)峰面积：1H-NMR积分面积与分子中的总质子数相当，故如分子式已知，可据此算出每个信号所相当的1H数。(3)信号的裂分(n+1)及偶合常数(J):如s(single,单峰)、d(doublet,二重峰)、t(triplet,三重峰)、q(quartet,四重峰)、m(multiplet,多重峰)等。碳核磁共振（13C-NMR）在决定有机化合物（也可称之为含碳化合物）的结构时，与1H-NMR相比，13C-NMR无疑起着更为重要的作用。