《天然药物化学》教案定稿

三、课程的性质和任务天然药物化学是运用现代科学理论和方法研究天然药物中化学成分的一门学科。天然药物化学是药学专业的必修专业课，学生在具备有机化学、分析化学、光谱解析、药用植物学基础知识后，通过本课程的教学，使学生系统掌握天然药物化学成分（主要是生物活性成分或药效成分）的结构特征、理化性质、提取分离方法以及主要类型化学成分的生源途径、结构鉴定的基本理论和基本技能，培养学生具有从事天然药物的化学研究、新药开发和生产的能力，为继承、整理祖国传统医药学宝库和全面弘扬、提高祖国药学事业水平奠定基础。四、所用教材和参考书(一)理论课教材普通高等教育“十五”国家级规划教材《天然药物化学》(人民卫生出版社)第四版，吴立军主编，吴继洲副主编。(二)实验教材《天然药物化实验指导》，吉林化工学院自编(三)辅助教材、教学参考书(1)《天然药物化学》姚新生主编，1997年版，人民卫生出版社(2)《天然药物化学》王宪楷主编，1988年版，人民卫生出版社(3)《中药化学》肖崇厚主编，上海科学技术出版社1997年6月第1版(4)《天然产物化学》徐任生主编，1997年版，科学出版社(5)《现代中草药成分化学》吴寿金主编，2002年版，中国医药科技出版社(6)《有机化合物波谱分析》姚新生主编人民卫生出版社2001年7月第1版(7)《中草药成分化学》林启寿科学出版社1977年5月第1版第一章总论目的要求：1.掌握天然药物化学的含义、研究对象、性质与任务；2.掌握天然药物有效成分提取分离的一般原理及常用方法；3.掌握层析分离法的分类及其原理、各种层析分离要素、相关因素及应用技术；4.掌握天然化合物结构研究的一般步骤和常用方法；5.熟悉不同的生物合成途径与各类二次代谢产物生成的相关性6.了解天然药物化学的发展历史、近代研究成就及发展趋势；7.了解天然药物化学与药学相关学科的关系；8.了解天然药物化学在国民经济和药学专业中的作用和地位。9.了解生药及生药学定义重点和难点1.重点：性质、任务、提取分离、结构鉴定。2.难点：提取分离原理。讲授的基本内容和要点一、中草药有效成分的提取生药：是指天然来源的、未经加工或只经简单加工的植物、动物和矿物类药材。生药学：是应用本草学、植物学、动物学、化学（包括植物化学、药物分析化学、生物化学等）、药理学、中医学、临床医学和分子生物学等学科理论知识和现代科学技术来研究生药（药材）的名称、来源、生产、采制、鉴定、化学成分、品质评价、细胞组织培养、医疗用途及资源开发与利用等方面的科学。植物代谢过程包括：（1）初生代谢：合成生命活动必须物质的代谢过程。所生成的物质有蛋白质类、氨基酸类、脂肪类、RNA、DNA等，这些产物称初生代谢产物。（2）次生代谢：利用初生代谢产物产生对植物本身无明显作用的化合物，如：苷类、生物碱类、萜类、内酯类、酚类化合物等，他们被称为次生代谢产物，这个代谢过程称为次生代谢。生药的化学成份分为三类：（1）有效成份：具有显著生理活性和药理作用，在临床上有一定应用价值的成份。（2）辅成份：具有次要生理活性和药理作用的成份，有时候他们在临床上也有一定应用价值。有些辅成份能促进有效成份的吸收，增强疗效。（3）无效成份：无生理活性临床上无医疗作用的成份。（一）常用溶剂的特点：环己烷,石油醚,苯，氯仿，乙醚，乙酸乙酯，正丁醇，丙酮，乙醇，甲醇极性：小————大亲脂性：大————小亲水性：小————大1.比水重的有机溶剂：氯仿2.与水分层的有机溶剂：环己烷~正丁醇3.能与水分层的极性最大的有机溶剂：正丁醇4.与水可以以任意比例混溶的有机溶剂：丙酮~甲醇5.极性最大的有机溶剂：甲醇6.极性最小的有机溶剂：环己烷7.介电常数最小的有机溶剂：石油醚8.常用来从水中萃取苷类、水溶性生物碱类成分的有机溶剂：正丁醇9.溶解范围最广的有机溶剂：乙醇（二）各种提取方法：常见的提取方法有：溶剂提取法、水蒸气蒸馏法、升华法。其中，溶剂提取法应用最广。1.溶剂提取法1（1）溶剂提取法的原理：根据相似者相溶原理，选择与化合物极性相当的溶剂将化合物从植物组织中溶解出来，同时，由于某些化合物的增溶或助溶作用，其极性与溶剂极性相差较大的化合物也可溶解出来。（2）各种溶剂提取法溶剂提取法一般包括浸渍法、渗漉法、煎煮法、回流提取法、连续回流提取法等，其使用范围及特点见下表。提取方法溶剂操作提取效率使用范围备注浸渍法水或有机溶剂不加热效率低各类成分，尤遇热不稳定成分出膏率低，易发霉，需加防腐剂渗漉法有机溶剂不加热—脂溶性成分消耗溶剂量大，费时长煎煮法水直火加热—水溶性成分易挥发、热不稳定不宜用回流提取法有机溶剂水浴加热—脂溶性成分热不稳定不宜用，溶剂量大连续回流提取法有机溶剂水浴加热节省溶剂效率最高亲脂性较强成分用索氏提取器，时间长（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）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。如樟脑、咖啡因。二、分离与精制：（一）根据物质溶解度差别进行分离1.结晶及重结晶法利用不同温度可引起物质溶解度的改变的性质以分离物质。将不是结晶状态的固体物质处理成结晶状态的操作称结晶；将不纯的结晶进一步精制成较纯的结晶的过程称重结晶。（1）溶剂选择的一般原则：不反应；冷时对所需要的成分溶解度较小，而热时溶解度较大；对杂质溶解度很大或很小；沸点低，易挥发；无毒或毒性小。若无理想的单一溶剂时，可以考虑使用混合溶剂。一般常用甲醇、丙酮、氯仿、乙醇、乙酸乙酯等。（2）结晶操作：结晶操作实际是进一步分离纯化过程，一般是应用适量的溶剂在加热至沸点的情况下将化合物溶解，制成过饱和溶液，趁热过滤去除不溶性杂质，放置冷处，以析晶。（3）结晶纯度的判定：结晶形态和色泽：单一化合物的结晶具有结晶形状均一和均匀的色泽。熔点和熔距：单一化合物具有一定的熔点和较小的熔距，结晶前后的熔点应一致，熔距很窄，在1℃2℃的范围内。但要注意双熔点，如汉防己乙素、芫花素及一些与糖结合的苷类化合物。色谱法：单一化合物在薄层色谱或纸色谱层析中经三种不同的溶剂系统展开，均为一个斑点者。2．溶剂分离法：（1）在中草药提取液中加入另一种溶剂以改变混合物溶剂的极性，使一部分物质沉淀析出，从而实现分离。如：水—醇法除多糖、蛋白质等水溶性杂质；醇—水法除树脂、叶绿素等水不溶性杂质；醇—醚法或醇—丙酮法使苷类成分，而脂溶性树脂等杂质则存留在母液中。（2）对酸性、碱性或两性有机化合物来说，通常通过加入酸、碱以调节溶液的pH，以改变分子的存在状态（游离型或解离型），从而改变溶解度而实现分离。如：酸提碱沉法，碱提酸沉法等。（3）沉淀法：酸性或碱性化合物还可通过加入某种沉淀试剂使之生成水不溶性的盐类沉淀等析出。如加入铅盐、雷氏铵盐等。（二）根据物质在两相溶剂中的分配比不同进行分离。1．两相溶剂萃取法（1）原理：利用混合物中各成分在两相互不相溶的溶剂中分配系数的不同而实现分离。萃取时如果各成分在两相溶剂中分配系数相差越大，则分离效率越高。①分配系数K值（即分配比）：溶质在两相溶剂中的分配比（K）在一定温度及压力下为一常数②分离难易与分离因子：分离因子可以表示分离的难易。分离因子可定义为A、B两种溶质在同一溶剂系统中分配系数的比值。一般情况下，≥100，仅作一次简单萃取就可实现基本分离；但100≥≥10时，则需萃取10～12次；≤2时，要实现基本分离，需作100次以上萃取才能完成。≌1时，则KA≌KB，意味着两者性质及其相似，即使作任意次分配也无法实现分离。实际工作中，尽量选择分离因子值大的溶剂系统，以求简化分离过程，提高分离效率。③分配比与pH：对酸性、碱性及两性化合物来说，分配比还受溶剂系统的影响。因为pH的变化可以改变它们的存在状态（游离型或解离型），从而影响在溶剂系统中的分配比。酚类化合物pKa值一般为9.2～10.8，羧酸类化合物的pKa值约为5。一般pH3时，酸性物质多呈非解离状态（HA）、碱性物质则呈解离状态（BH+）存在；但pH12，则酸性物质多呈解离状态（A—）、碱性物质则呈非解离状态（B）存在。据此，1可采用在不同pH的缓冲溶液与有机溶剂中进行分配的方法，使酸性、碱性、中性及两性物质的以分离。（2）各种萃取方法：①简单萃取：利用分液漏斗进行两相溶剂萃取。②逆流分配法（CCD）：又称逆流分溶法、逆流分布法或反流分布法，与两相溶剂逆流萃取法原理一致，对于分离具有非常相似性质的混合物效果较好。一般50时，简单萃取即可分离，50时，则易采用逆流分溶法。2．纸色谱（PPC）：纸色谱的原理与液—液萃取法基本相同。原理：分配原理支持剂：纤维素固定相：水流动相：水饱和的有机溶剂Rf值：化合物极性越小，Rf值越大；反之，化合物极性越大，Rf值越小。应用：用作微量分析，特别适合于亲水性较强的成分，其层析效果往往比吸附薄层色谱效果好。但纸层析一般需要较长的时间。3．液—液分配柱色谱：原理：分配原理支持剂：硅胶、硅藻土、纤维素粉等正相分配色谱：固定相：水、缓冲溶液流动相：固定相饱和的氯仿、乙酸乙酯、丁醇等弱极性有机溶剂洗脱顺序：化合物极性越小，越先出柱；反之，化合物极性越大，越后出柱。应用：通常用于分离水溶性或极性较大的成分，如生物碱、苷类、糖类、有机酸等化合物。反相分配色谱：固定相：石蜡油、化学键合固定相流动相：固定相饱和的水或甲醇等强极性有机溶剂洗脱顺序：化合物极性越大，越先出柱；反之，化合物极性越小，越后出柱。应用：适合于分离脂溶性化合物，如高级脂肪酸、油脂、游离甾体等。4．液—液分配薄层色谱法：液—液分配色谱法也可在硅胶薄层色谱上进行。因此，液—液分配柱色谱的最佳分离条件可以根据相应的薄层色谱结果（正相柱用正相薄层色谱，反相柱用反相薄层色谱）进行选定。5．化学键合固定相：常用反相硅胶薄层色谱及柱色谱的填料是普通硅胶经下列方式进行化学修饰，键合上长度不同的烃基（R）、形成亲油表面而成。其中以硅烷化键合型最为常用，其根据烃基（R）长度（—C2H5、—C8H17、—C18H37、）分别命名为：RP—2、RP—8、RP—18。三者亲脂性强弱顺序如下：RP—18RP—8RP—2。键合固定相的作用并非只是分配，也有一定的吸附作用。6．加压液相色谱法：加压相色谱法又分为：快速柱色谱（约2.02105Pa），Lobar低压柱色谱（5.05105Pa），中压柱色谱（5.0520.2105Pa），分析用HPLC，制备用HPLC（20.2105Pa）。（三）根据物质的吸附性差别进行分离其中以固—液吸附用的最多，并有物理吸附（硅胶、氧化铝、活性炭为吸附剂进行的吸附色谱）、化学吸附（黄酮等酚酸性物质被氧化铝吸附、生物碱被酸性硅胶吸附等）及半化学吸附（聚酰胺与黄酮类、醌类等酚性化合物之间的氢键吸附，吸附力较弱，介于物理吸附与化学吸附之间）之分。1．物质的吸附规律：（1）物理吸附过程一般无选择性，但吸附强弱大体遵循“相似者易于吸附”的经验规律。（2）溶剂与吸附剂、溶剂共同构成吸附层析的三要素，彼此紧密相连。常用的极性吸附剂：硅胶、氧化铝。硅胶显微酸性，适于分离酸性和中性化合物，分离生物碱时需在流动相中加入适量的有机碱；氧化铝呈碱性，适于分离生物碱等碱性成分，不宜用于分离有机酸、酚性等酸性成分。均为极性吸附剂，故有以下特点：①被分离物质极性越强，吸附力越强。强极性溶质将优先被吸附。②溶剂极性越弱，则吸附剂对溶质的吸附能力越强。随溶剂极性的增强，则吸附剂对溶质的吸附力将减弱。③当加入极性较强的溶剂后，先前被硅胶或氧化铝所吸附的溶质可被置换而洗脱出来。常用的非极性吸附剂：活性炭。对非极性物质具有较强的亲和力，在水中对溶质表现出强的吸附能力。从活性炭上洗脱被吸附的物质时，溶剂的极性越小，洗脱能力越强。2．极性及其强弱判断：（1）一般化合物的极性按下列官能团的顺序增强：—CH2—CH2—，—