植物化学课件第一章

植物化学(phytochemistry)教材（指定参考书）：《植物化学成分》陈业高主编，化学工业出版社计划课时：3学时/周，12周教学方式：研究型课程讲授：核心的、最具迁移价值的知识点，深讲；把握学科的思维方式和研究方法；双向交流的过程。课程作业：多做多练(强化科学训练）；综合开放的题目；自我提出问题，自我设计综合性、开放性、设计性的题目。六要素：课程论文：围绕课程知识点广泛阅读，自学研读。课程教材：开放性体系，吸取现行教材的精华，补充教学。课程考试：学习过程评价与教学目标评价相结合。课程教师：教学科研结合型考核方式：课程论文与课程考试结合撰写课程论文一篇（自定题目）学习方式：课堂听课、团队合作教学目的：知识、能力、素质综合发展素质——将获取的知识、能力内化于身心，升华为品质与素养知识——掌握植物化学基本理论能力——运用植物化学基本理论发现、提出、解决植物化学问题的能力；获取知识、发展与创新知识的能力学而不思则罔，思而不学则殆（论语）学而问，问而思，思而行，行而果（四库全书——中庸）参考书：植物成分分析，科学出版社，谭仁祥主编天然药物化学，人民卫生出版社，吴立军主编植物化学，科学出版社，高锦明主编植物化学分类学，上海科学技术出版社，周荣汉主编2007级意见和建议：重点：植物化学成分提取、分离、纯化、结构鉴定多讲实例，少讲植物属性增加实验操作，提供动手机会介绍国际、国内的研究进展，开发创新能力和科研敏感性，讲授开展研究的方法内容太多，应有所侧重安排一个实验，可以让我们接触仪器补充一些化学的基础知识某些章节让学生讲，然后讨论到中草药生产企业参观，带中草药标本进课堂考查以考试为主，不必开卷不必考试，提高课程论文要求，如：20篇外文文献实行点名制，作为平时成绩，不然，成绩没有区分度。第一章植物化学概论需要解决3个问题：1、植物与化学怎样联系在一起？2、植物中有哪些化合物？3、植物化学研究些什么？第一节植物化学的研究内容、意义和目的一、植物化学的研究内容定义：植物化学——植物学与有机化学相结合而形成的一门交叉学科；天然有机化学和天然产物化学（naturalproductchemistry）的主要组成部分；在分子水平上揭示植物奥秘。狭义认为：研究植物体内具有药用价值的生物或生理活性成分，亦称研究药用植物的化学•植物是一个：•高效（酶促，常温，常压），•洁净（主要释放CO2，O2，H2O），•美丽的化工厂。应用现代化学理论和方法研究植物中的化学成分，是植物化学（Phytochemistry）的研究内容。植物化学除了研究植物的化学成分外，还包括研究动物、昆虫、海洋生物和微生物的代谢产物，是在分子水平上揭示植物奥秘的学科，也是植物资源合理利用的基础。植物化学是植物学与有机化学相结合而形成的一门交叉学科，是天然有机化学或天然产物化学（NaturalProductChemistry)的重要组成部分。主要是具有生理活性的次生代谢产物的提取、分离纯化、结构鉴定、理化性质、以及主要结构类型化合物的生物合成途径和生物转化等。有机化学----天然产物靛蓝----板兰根吗啡----鸦片奎宁----金鸡纳青霉素链霉素利血平----蛇根草长春碱长春新碱----长春花紫杉醇----红豆杉青蒿素----黄花蒿阿斯匹林乙酰水杨酸COOHOCCH3OCOOHOH水杨酸青霉素杂环有机酸NSHNCOROHHCH3CH3COOHR：CH2青霉素GR：HOCHNH2羟胺苄青霉素冰毒CH2CHCH3NHCH3CHCHCH3NHCH3OH甲基苯丙胺麻黄碱去氧麻黄碱摇头丸：3,4-亚甲二氧基苯丙胺OOCH2CHCH3NH2MDAOOCH2CHCH3NHCH3MDMA3,4-methylenedioxymethamphetamine1-(benzo[d][1,3]dioxol-5-yl)-N-methylpropan-2-amine3,4-亚甲基二氧甲基苯丙氨分子式：C11H15NO23,4-亚甲基二氧甲基安非他明或化学名：安非他明（amphetamine）类衍生物一般认为植物化学研究的仅是那些主要成分以外的、含量较少并属于中小分子量（一千以下或一千左右）的物质，如：甾体、生物碱和萜类等。从某种意义上讲，植物化学也就是研究药用植物的化学。这些大自然生物合成的化合物结构形式多样，而其中有些化合物有较大的经济或药用价值，在医药、农药、食品和日用化工等领域应用较多，有的可能对生命的起源和生理活动的解释作出应有的贡献。尤其在药用方面，丰富的植物来源，为筛选防治疾病的药用成分提供了人类无法设计的不同化合物结构类型。实际上植物化学在很大程度上就是研究植物体内有药用价值的生物或生理活性成分（称为有效成分）。植物化学研究范围在不断扩大。一般植物化学的研究内容——植物生物化学、植物分子生物学和化学生态学等内容。为了快速有效地发掘植物成分的用途，与植物化学相关领域的研究也越来越多。植物化学工作者已意识到，仅植物成分的分离和结构研究并不能解决植物本身的动态功能问题。涉及领域：药理学、分子生物学、临床学、生物化学、生理学和体外生物技术及分析等。二、植物化学的研究意义（一）促进相关学科的发展植物化学的发展使化学家发明和创造了许多化学反应和方法，大大丰富了有机化学的内容，促进了有机化学的快速发展。早期有机化学的研究对象常常为天然产物，主要为植物来源的成分。1、促进有机化学的发展植物化学建立在有机化学、植物学、分离科学和结构分析等学科基础上，与其它学科是相互促进、互助发展的。19世纪初对鸦片中的镇痛成分吗啡与金鸡纳树皮中的抗疟成分奎宁进行的研究，吸引了上百名有机化学家先后经历几十年艰苦卓绝的努力才得以阐明它们的化学性质、结构、功能，并通过合成加以证明。从鸦片中提取生物碱吗啡已有近两个世纪的历史NH3COCHOHNCH=CH2奎宁（Quinine）——金鸡纳碱HOOHNCH3HHO吗啡(Morphine)NHNHHH3COOCOCH3OOCH3OCH3OCH3C利血平H3COO（reserpine）吲哚型生物碱。萝芙木属多种植物中，在催吐萝芙木中含量最高可达1％。NHNH3COOC长春碱R=CH3长春新碱R=CHOHOC2H5H3CONRHNHOAcHOCOOCH3长春碱——夹竹桃科植物长春花中提出的一种生物碱2、促进分离科学和波谱技术的发展植物中有效成分的含量往往较低，难以得到。得到后由于量少也难以准确鉴定其结构。这种现象促使科学家们研究和发明新的有效的分离方法和结构鉴定手段，促进了分离科学和波谱分析方法的发展。反过来，由于各种层析分离方法和波谱解析技术的广泛应用，植物化学的发展取得了显著的进步，研究工作速度大大加快，水平大大提高，研究工作的深度和高度已今非昔比。许多过去令人望而生畏、不敢涉足的领域，如微量、水溶性、不稳定以及大分子物质的分离和鉴定不再困难。结构鉴定化学方法波谱学化学样品用量≤10mg≥100mgIR,UVCNMR,HNMRMSCD,ORDX-ray3、促进植物生理学和植物分类学的发展同一植物因生长环境、采收季节和药用部位不同，有效成分的存在和含量差异很大。当人们掌握原植物在生长过程中各部位有效成分的变化规律时，就能在最适宜的季节采集其有效成分含量最高的部位。OOOOO青蒿素7月中旬至8月中旬花前盛叶期青蒿素含量最高，采集青蒿以这段时期为最佳。不同的植物由于遗传基因不同，其次生代谢产物具有个性。外界条件改变，化学特征将发生缓慢改变基团变化，如：氧化，甲基化，乙基化，苯甲酰化受伤，产生愈伤组织处于污染环境，聚积污染物当从某一植物中分离出有效成分后，根据此成分的理化特性，从亲缘科属植物甚至其它科属植物可能寻找到同一成分或结构类似物，由此扩大了药源。NOOH3COOCH3OH黄连素抑菌，用于肠道感染等从毛茛科植物黄连中提出小檗碱(黄连素)后，根据小檗碱的理化特性，又发现小檗科、防己科和芸香科的多种植物含有小檗碱，从而为小檗碱提取的原料开辟了广阔资源。人参皂甙：原人参二醇原人参三醇R2OR1OOHR2OHOOHOR1植物的亲缘关系大蒜百合科百合AlliumsativumL.LiliumbrowniiF.E.Brown卷丹LiliumlancifoliumThunb.属名种名命名人黄连毛茛科乌头草乌CoptischinensisFranch.AconitumcarmichaeliDebx.AconitumkusnezoffiiReichx.属名种名命名人4、植物成分是药物发现的重要源泉世界药物市场：1997：20种销售最好的药物，40%来自天然1992-1996：34%的新药来自天然1989-1995：60%的抗肿瘤药和抗感染药来自天然天然药物基本有机化工原料合成合成药物单体药物：青蒿素、紫杉醇提取物：灯盏花注射液、雷公藤总片苷中成药：银翘解毒片、六味地黄丸直接作药：三七粉、天麻片天然产物合成薯蓣皂苷元青蒿素蒿甲醚甾体药物重要药用天然化合物NNOOH3CH2COHO喜树碱抗肿瘤药OOOHOCOOOCOCH3HCH3COOHOHHCHCCOOHNHCO紫杉醇抗肿瘤红豆杉TaxuschineseH3COH3COOCH3NHCOCH3OCH3O秋水仙碱抗肿瘤药、抗痛风药HNNH2O石杉碱甲治老年性痴呆蛇足石松(千层塔)NOOH3COOCH3OH黄连素抑菌，用于肠道感染等黄连、黄檗ONCH3OHHO吗啡NHNH3COOC镇痛长春花碱,抗肿瘤OOCH2OHHOHO穿心莲内酯治疗急性痢疾、胃肠炎穿心莲OOOOOOHOR2H3CR1OR3tBu银杏根皮及叶（银杏内酯），治疗血小板活化因子引起的休克状障碍。在天然活性成分基础上合成的药物CH2O-B-GlcOH水杨甙柳树皮解热、镇痛COOHOOCCH3阿司匹林解热、镇痛青蒿素（I）还原青蒿素（II）抗癌活性比（I）高1倍OOOOOOOOOOHNaBH4OOOOOCH3CH3OH蒿甲醚（III），活性高于（I）14倍蒿乙醚，活性高于（I）31倍薯蓣皂甙元OOHOHAcOO黄体酮雄激素皮质激素孕激素孕酮从药用植物中寻找新的天然药物，筛选生理活性物质作为合成药物的先导化合物或目标化合物，仍然是当今国际植物化学最引人注目的主要研究内容之一。（二）植物化学成分在药物发现中的重要地位植物化学成分是发现新药或药物活性先导化合物的重要来源。结构新颖、类型多，疗效高、不良反应少，筛选命中率高。目前使用的很多药品都直接或间接地来源于天然产物（主要为植物成分）。目前，至少有119种抗癌化合物来自90多种植物，其中77种是天然药物。1983～1994天然药物231种，全合成药物289，天然药物占44%随着环境的恶化和人类自我保健意识的提高，人类要求回归大自然的呼声日益高涨，以天然植物为原料的药物在世界各国日益受到人们的青睐。丰富的药用植物资源是几千年来中华民族用来防病治病、保障健康、民族繁衍的重要物质基础。在长期防病、治病实践中我国积累和创造了丰富的内容和经验，形成了独特、完整的中医药理论体系。我国药用植物有11000余种，其种类和数量均为世界之最，从这些资源中研制和开发新的药物，前景十分广阔。美国市场上有25％的医药品含有植物提取物或来自高等植物的活性成分，已形成200多亿美元的市场。（三）植物化学成分在其它行业中的应用广泛应用于农业、工业、日用化工、食品、染料和化妆品等行业。AcOMeO2COTigOOOHOOHCOOMeOH3COHHOHH从印楝种子中曾分离出ＡＺ-A至ＡＺ-G7种活性化合物，其中A是最主要杀虫成分。印楝素及其制剂对昆虫具有拒食、忌避、生长调节、绝育等多种作用。目前，已知印楝素制剂对400余种昆虫表现不同的生物活性。抗癌、抗真菌等印楝素(azadirachtin,AZ)印楝树印楝果RR1COOO除虫菊酯(pyrethrin)IR=CH3,R1=(Z)-CH2-CH=CH-CH=CH2除虫菊酯IIR=-COOCH3,R1=(Z)-CH