天然药物化学(药学专业整理)

1（注：波谱方面的汇总在最后几页，因老师说考黄酮类和蒽醌类，故重点整理这两个）第一章总论（6学时）掌握：1.常用的天然化学成分的提取、分离、纯化方法溶剂提取法提取水蒸气蒸馏法（适用于具有挥发性的、能随水蒸气蒸馏而不被破坏、且难溶或不溶于水的成分）升华法溶剂法离子交换树脂法沉淀法分离纯化结晶法色谱法超临界流体萃取超滤法、透析法、分馏法天然药物化学成分按其生物合成途径划分：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2.溶剂提取法与水蒸气蒸馏法的原理、操作及其特点溶剂提取法·根据被提取成分的性质和溶剂性质浸渍法渗漉法煎煮法提取方法回流提取法连续回流提取法超临界流体萃取法超声波提取法微波提取法·溶剂极性由弱到强的顺序如下：石油醚(低沸点→高沸点)二硫化碳四氯化碳苯二氯甲烷乙醚氯仿醋酸乙酯正丁醇丙酮乙醇甲醇水乙酸·选择溶剂的要点：能有效的提取成分；相似相溶，沸点适中易回收；低毒安全。·水蒸气蒸馏法的原理：这类成分有挥发性，在100℃时有一定蒸汽压，当水沸腾时，该类成分一并随水蒸汽带出，再用有机溶剂萃取，既可分离出。石油醚或汽油（可提取油脂、蜡、叶绿素、挥发油、游离甾体及三萜化合物）三氯甲烷或乙酸乙酯（可提取游离生物碱、有机酸及黄酮、香豆素的苷元等中等极性化合物）丙酮或乙醇、甲醇（可提出苷类、生物碱盐以及鞣质等极性化合物水（可提出氨基酸、糖类、无机盐等水溶性成分）23.层析方法（硅胶、聚酰胺、葡聚糖凝胶、离子交换树脂、大孔树脂法及分配层析）和两相溶剂萃取法的原理及方法。吸附剂分离原理吸附规律应用硅胶吸附原理弱酸性、极性吸附剂化合物极性越大、吸附能力强（难洗脱）溶剂极性越小，吸附力越强广泛（酸、碱及中性成分均可）氧化铝吸附原理碱性、极性吸附剂吸附规律同上碱性、中性成分（酸性成分与铝络合）活性炭吸附原理非极性吸附剂吸附规律与与硅胶、氧化铝相反从稀水溶液中富集微量物质；脱色（脂溶性色素）聚酰胺氢键吸附（1）形成氢键的基团数目越多，则吸附力越强；（2）易形成分子内氢键，其在聚酰胺上的吸附力即减弱；（3）分子中芳香化程度高，吸附力增强。（4）各种溶剂对聚酰胺的洗脱能力：水甲醇丙酮氢氧化钠液甲酰胺二甲基甲酰胺尿素水液酚类、黄酮类化合物的分离，特别适于制备性分离。此外还适于一些极性物质与非极性物质的分离。大孔吸附树脂法范德华引力或氢键对非极性大孔树脂，洗脱液极性越小，洗脱能力越强；对极性中等和较大的化合物来说，选用极性较大的溶剂。广泛应用于天然产物的分离和富集工作，如脱糖处理、生物碱的精制(甜叶菊苷的提取分离)等。离子交换树脂法离子交换有两个化合物，酸性AB，当通过弱碱性离子树脂柱时，哪个先洗脱？——B适用于分离酸性、碱性及两性基团的分子葡聚糖凝胶分子筛原理生成的凝胶颗粒网孔大小取决于所用交联剂的数量及反应条件。只适合在水中应用，且不同规格适合分离不同分子量的物质溶剂分配法分配系数差·系统分离法（先极性小的溶剂）：石油醚→Et2O→EtOAc→EtOH→水。·正相正相分配柱色谱：固定相的极性＞流动相，极性小的先流出，适合极性大的物质。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、木脂素等苯丙素类化合物;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;3熟悉：1.天然药物化学的发展史、研究内容及其与其它课程的关系2.天然药物化学成分主要的生物合成途径和结构研究的主要程序及采用的主要方法.生物合成途径途径生成物醋酸-丙二酸途径（AA-MA）脂肪酸类、酚类、蒽酮类等甲戊二羟酸途径（MVA）萜类等桂皮酸及莽草酸途径苯丙素类、香豆素类、木质素类、木脂体、黄酮类等氨基酸途径生物碱类复合途径结构测定的程序方法纯度鉴定1、外观、颜色、形态是否均一；2、测定各种物理常数，例熔点、沸点等3、若可能是已知物，对照品对照测定或测共熔点，也可对照文献报导值（注意各种测定条件的一致性）4、薄层层析（三种展开系统和三种显色方法）5、高效液相层析推测母体结构类型、功能基情况分子量分子式的确定1、元素定量分析配合分子量测定（钠融法、质谱法）2、同位素丰度比法3、高分辨质谱（HR－MS）法4、计算不饱和度U=Ⅳ－Ⅰ/2+Ⅲ/2+1波谱、化学方法推测出结构式人工合成进行确认化学方法——辅助手段与特定试剂产生各种颜色或沉淀生物碱类大都能和生物碱沉淀试剂产生沉淀羟基葸醌类遇碱呈红色许多黄酮类化合物与盐酸一镁粉试剂呈色鉴别功能基的化学反应三氯化铁反应、三氯化铝反应等利用在酸水或碱水中的溶解度情况（碱性功能基或酸性功能基的存在以及有无内酯、内酰胺结构）化学降解法复杂分子氧化、还原等化学反应几个结构简单、稳定的小分子化合物通过对降解产物的结构鉴定，再按降解机理合理地推导出原来可能的化学结构式特点：需用化合物量大；反应剧烈；主要产物得率少又费时；现在较少应用，仅保留一些比较简单规律性又较强的降解反应衍生物制备-一种常用手段，对结构推定有一定意义Ⅰ为一价原子（如H、D、X）Ⅲ为三价原子（如N、P）Ⅳ为四价原子（如C、Si）4波谱方法——主要手段作用特点紫外光谱波长200～400nm之间提供基本骨架信息;样品中杂质的测定定量分析液态样品才能测定；常规紫外光谱仪价格低廉；样品用量少（只需5-10µg）红外光谱波数600～4000cm-1之间，其中1600cm-1以上为化合物的特征基团区，1000-500cm-1为指纹区三要素：位置、强度、峰形主要用于定性分析，功能基的确认，芳环取代类型的判断等任何气态、液态、固态样品均可测定；每种化合物都有红外吸收；常规红外光谱仪价格低廉；样品用量少（只需5-10µg）氢核磁共振（1H-NMR)谱：化学位移范围：在0~20ppm三大要素：化学位移(δH)、偶合常数(J)及峰面积。灵敏度高，样品用量少（1-5mg），测试时间短碳核磁共振（13C-NMR)谱：化学位移范围：在0~250ppm要素：化学位移(δC)灵敏度较低，样品用量较多（5-20mg），测试时间长质谱用于确定分子量；求算分子式；提供其他的结构信息适宜测定极性偏小和中等极性的化合物；常规质谱仪价格比较便宜，一些特殊质谱仪很昂贵；样品用量少（只需5-10µg）生色团：产生紫外吸收的不饱和基团，如C=C,C=O,O=N=O等；助色团：其本身是饱和基团（常含有杂原子），它连到生色团上时，能使后者吸收波长变长或吸收强度增加，如-OH,-NH2,-Cl等红外光谱（IR）分子振动能级谱3300~3000弱吸收烯氢、芳氢、C=N；强吸收O-H、N-H3000~2700饱和C-H2400~2100不饱和三键1900~1650C=O及其衍生物1680~1500C=C及芳香核骨架震动、C=N等1500~1300饱和C-H面内弯曲振动1000~650不饱和C-H面外弯曲振动氢核磁共振光谱化学位移δ(以四甲基硅烷TMS为内标物，将其化学位移定为0，测定各质子共振频率与它的相对距离，这个相对值称为化学位移）一般δ1-10ppmsp3δ1~2sp2δ6~8一般来说δ烯氢δ炔氢δ烷氢环己烷Jaa10~13Hz(θ=180°)Jae2~5Hz(θ=60°)Jee2~5Hz(θ=60°)偶合常数J偕偶J=16Hz左右邻偶J=6~8Hz远程偶合J=1~3Hz芳环J邻=6~10HzJ间=0~3HzJ对=0~1Hz双键J顺=7~11HzJ反=12~18Hz了解：天然化合物分子结构测定的一般方法。旋光光谱（ORD谱）与圆二色光谱（CD谱）用于解决手性问题：立体构象、构型。5第二章糖和苷（6学时）掌握：1.掌握苷键的定义和苷的结构特征、苷的分类苷类又称配糖体(glycosides)，是由糖或糖的衍生物等与另一非糖物质通过其端基碳原子联接而成的化合物。Fischer式：（C1与C5的相对构型）C1-OH与原C5或C4-OH，顺式为α，反式为β。Haworth式：C1-OH与C5（或C4），同侧为β，异侧为α。葡萄糖Glcglucose半乳糖Galgalactose甘露糖Manmannose鼠李糖Rharhamnose木糖Xylxylose果糖Frufructose阿拉伯糖Araarabinose苷元(配基)：非糖的物质，常见的有黄酮，蒽醌，三萜等苷类苷键：将二者连接起来的化学键，可通过O,N,S等原子或直接通过C-C键相连。糖(或其衍生物，如氨基糖，糖醛酸等)苷类化合物的分类：根据生物体内的存在形式：分为原生苷、次级苷。根据连接单糖基的个数：单糖苷、二糖苷、三糖苷……。根据苷元连接糖基的位置数：单糖链苷、二糖链苷……。根据苷元化学结构的类型：黄酮苷、蒽醌苷、生物碱苷、三萜苷……。根据苷键原子的不同：氧苷、硫苷、氮苷、碳苷。低聚糖：根据是否含有游离的醛基或酮基可分为还原糖和非还原糖。具有游离醛基或酮基的糖称为还原糖。6氧苷苷元与糖基通过氧原子相连天麻苷醇苷醇羟基与糖端基脱水而成的苷比较常见，如皂苷、强心苷均属此类。例：红景天苷酚苷苷元的酚羟基与糖端基脱水而成的苷。较常见，如黄酮苷、蒽醌苷多属此类。例：天麻苷氰苷主要是指α-羟基腈的苷例：苦杏仁苷水解生成的苷元很不稳定，很快分解成醛或酮和氢氰酸。酯苷苷元的羧基与糖端基脱水而成的苷酯苷的特点：苷键既有缩醛的性质，又有酯的性质，易为稀酸和稀碱水解。例：山慈菇苷吲哚苷指吲哚醇和糖形成的苷粗制靛蓝，民间用以外涂治疗腮腺炎，有抗病毒作用硫苷是糖的端基OH与苷元上巯基缩合而成的苷如萝卜中的萝卜苷氮苷糖的端基碳与苷元上氮原子相连的苷称氮苷是生物化学领域中的重要物质。如核苷类化合物碳苷是一类糖基和苷元直接相连的苷，在各类溶剂中溶解度均小，难于水解获得苷元。组成碳苷的苷元多为酚性化合物，如黄酮、查耳酮、色酮、蒽醌和没食子酸等。尤其以黄酮碳苷最为常见Klyne法将苷和苷元的分子旋光差与组成该苷的糖的一对甲苷的分子旋光度进行比较，数值上相接近的一个便是与之有相同苷键的一个。2.掌握苷的一般性状、溶解度和旋光性溶解性味觉糖——小分子极性大，水溶性好聚合度增高→水溶性下降。单糖~低聚糖——甜味。多糖难溶于冷水，或溶于热水成胶体溶液。多糖——无甜味（聚合度增高→甜味减小）苷——亲水性（与连接糖的数目、位置有关）苷元——亲脂性苷类——苦（人参皂苷）、甜（甜菊苷）等旋光性及其在构型测定中的应用多数苷类呈左旋。利用旋光性→测定苷键构型（即α、β苷键）3.掌握苷键的酸催化水解法和酶催化水解法苷键断裂方法：酸催化水解反应乙酰解反应碱催化水解和β消除反应酶催化水解反应氧化开裂法（Smith降解法）OOH红景天苷CH2OHOglc7△酸催化水解反应（苷键属于缩醛结构，易为稀酸催化水解）反应机制：苷键原子断键—→阳碳离子或半椅型的中间体糖△酸水解的规律：⑴苷原子不同，酸水解难易顺序：CSON（C-苷最难水解，从碱度比较亦如此）⑵呋喃糖苷较吡喃糖苷易水解。（因五元呋喃环的颊性使各取代基处在重叠位置，形成水解中间体可使张力减小，故有利于水解）⑶酮糖较醛糖易水解（酮糖多为呋喃结构，而且酮糖端基碳原子上有-CH2OH大基团取代，水解反应可使张力减小）⑷吡喃糖苷中：①吡喃环C5-R越大越难水解，水解速度为：五碳糖甲基五碳糖六碳糖七碳糖②C5上有-COOH取代时，最难水解（因诱导使苷原子电子密度降低）⑸氨基取代的糖较-OH糖难水解，-OH糖又较去氧糖难水解。2,6-二去氧糖2-去氧糖3-去氧糖羟基糖2-氨基糖⑹N-苷易接受质子，但当N处于酰胺或嘧啶位置时，N-苷也难于用矿酸水解。(吸电子共轭效应，减小了N上的电子云密度)⑺芳香属苷较脂肪属苷易水解。如：酚苷萜苷、甾苷（因苷元部分有供电结构，而脂肪属苷元无供电结构）⑻苷元为小基团时：苷键横键比竖键易水解(ea)（横键易质子化）苷元为大基团时：苷键竖键比横键易水解(ae)（苷的不稳定