天然药化ppt课件

天然天然药药物化学物化学 Medicinal Chemistry of Natural Products 1 第一章第一章 总论总论总论总论 一、天然药药物化学的内涵 （一）定义义 （二）主要内容 （三）相关概念 （四）相关的术语术语 （五）相关课课程 （六）天然药药物化学在药药学专业专业 中的作用与地位 二、天然药药化的研究对对象及其任务务 （一）主要研究对对象 （二）主要研究任务务 三、天然药药化发发展简简史 （一）国际发际发 展史 （二）国内发发展史 四、天然药药化研究发发展趋趋 势势 （一） 化学结结构研究的发发展 （二） 研究领领域的重大转变转变 （三） 组织组织 培养 （四） 注重结结构改造和仿生合成 五、天然药药物化学的学习习方法 2 第一节节 绪绪 论论 2 一、天然一、天然药药药药物化学的内涵物化学的内涵 （一）定义义 天然药药物化学是运用现现代科学理论论与方法研究天然药药物 中化学成分的一门门学科。 化学理论论和方法 化学理论论是基础础 物理学方法 有机化合物波谱谱学 3 （二）主要内容 主要化学 成分类类型 主要研究二次代谢产谢产 物 结结构特征 理化性质质 提取分离 结结构测测定 生物合成 1. 中草药药成分化学（Chemistry of Constituents of Chinese Traditional and Herbal Drugs ） 中 草 药药 中 药药 （三级标级标 准收载载） 草 药药 （地方、民间习间习 用） 植物药药 动动物药药 矿矿物药药 海洋生物 微生物 天然 药药物 （三）相关概念 植 物 化 学 与农农、 工、 林、牧有关 （国计计民生） 与医药药有关 （生物活性成分） 一次代谢产谢产 物 二次代谢产谢产 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 2. 植物化学 （Phytochemistry） (三) 相关联联的概念 3. 天然产产物化学（Chemistry of Natural Products) (IUPAC) 4. 天然有机化学 (Chemistry of Natural Organic Compounds) 本课程主要学习中草药有效成分，尤其是中草药有效成分研究的基本方法和技 术（包括中草药有效成分的预试验、中草药有效成分的经典提取分离方法、结 晶、重结晶和有效成分纯度的判断、色谱分离方法简介、中草药有效成分的鉴 定、送动物试验样品的制剂配制方法等）、介绍各种中草药有效成分（包括生 物碱、强心甙、皂甙、黄酮体等中性成分、萜类、有机酸、氨基酸、氰甙类、 多糖类、蛋白质和酶）的结构、性能、分布及提取分离方法、并介绍天然香料 （包括动物性香料和植物性香料）的生产方法及用途等。 2. 有效部位（Active Extracts） 指具有生物活性的有效部位，如：总总生物碱、总总皂苷或总总黄酮酮等。 3. 无效成分（Anactive Constituents ） 与有效成分共存的其它成分 4. 杂杂 质质 *注释释：辩证辩证 理解上述术语术语 的相互关系。 小蘗碱（Berberine ） (四) 相关的术语术语 1. 有效成分（Active Constituents） 单单体化合物：1） 能用分子式和结结构式表示 2 ） 具有一定的理化常数 3 ） 具有生物活性 （五）相关（五）相关课课课课程程 1. 有机化学 / 无机化学 2. 分析化学（有机分析 / 仪仪器分析） 3. 生药药学 / 药药用植物学 4. 有机化合物波谱谱分析 5. 其他学科 *注意：各门门学科的相关性 天然药物化学是药学专业必修的一门专业课 ，需要多 学科的系统知识。它设置在有机化学、分析化学、光谱解 析等课程之后。与下列课程有关： *据1981年统计统计 ，建国以来研制新药药104种，其中来自植物、动动物有效成分及 改构共61种，占58.6% 。 2. 整理、发发掘祖国医药药学宝 库库 生物活性成分或指标标性成分 防病治病原理的探索、新资资源的开发发和利 用、合理采集、妥善贮贮藏、合理炮炙、剂剂 型改进进、真伪鉴别伪鉴别 、质质量控制 3. 植物化学分类类学的研究 利用植物的亲缘亲缘 相关性 改变传统变传统 的形态态分类类方法 4. 发发展和丰富天然有机化学理论论 可卡因(Cocaine)普鲁鲁卡因(Procaine) （六）天然药药物化学在药药学专业专业 中的作用与地 位 1. 寻寻找新药药或活性先导导化合 物 二、天然二、天然药药药药化的研究化的研究对对对对象及其任象及其任务务务务 （一）主要研究对对象 1. 植物药药 世界范围围 中 国 高等植物1315万种，其中药药用植物约约14500种以上。 活性筛选仅筛选仅 占 5%，化学成分研究则则更少。 我国自然资资源丰富，植物品种繁多，其中种子植物就 有25700余种，药药用植物11800多种，常用5000余种。 评评价：民族药药是一块块未开垦垦的处处女地。 3. 海洋生物 海洋占整个地球的表面的71%，蕴蕴藏着极其丰富的生物资资源， 是展现现在人们们面前的巨大天然库库，现现在已成为为研究的热热点。 4. 微生物 （一）主要研究对对象 2. 民族药药 我国有56个兄弟民族，其中少数民族55个， 民族药药是中国传统传统 医药药学的重要组组成部分。 如：藏、蒙、维药维药 . 等约约有1500余种。 曾毓麟主编编： 中国民族药药志 1. 创创新药药物的研究（包括先导导化合物的改构与全合成） 抗肿肿瘤药药物 心脑脑血管药药物 糖尿病药药物 爱爱滋病药药物 抗病毒药药物 老年性疾病药药物 免疫调节药调节药 物 计计划生育药药物 急性热热病类药类药 物 2. 功能性食品用及相关产产品 功能食品 天然色素 香料 美容化妆妆品 3. 中药现药现 代化的研究 1) 中药资药资 源的开发发利用及其品质评质评 价的研究（包括仿生 ） 2) 复方中药药活性物质质及其作用机理的研究 3) 中药药材规规范化种植（GAP）研究 4) 中药标药标 准提取物及质质量标标准的研 究 （二）主要研究任务务 三、天然三、天然药药药药化化发发发发展展简简简简史史 古代发发达与文明的发发祥地 尼罗罗河 Nile 底格里斯- 幼发发拉底河 埃及 希腊 印度河 Indus Tigris- Euphrates 黄河 Yellow River 中国 印度 国际发际发 展史 1. 天然药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 (脲脲) 席勒 (K. W. Sheller) 柏格曼 (Bargmann) 1822 瑞香苷 1830 苦杏仁苷 观观点1: “植物中只有酸性物质质” 卢卢勒 (Rouelle) 1776 尿酸 (脲脲) 国际发际发 展史 1. 天然药药物化学的建立与形成 观观点3. “生物碱的研究是天然 药药物化学发发展的开端。” 1803 1806 吗吗啡(鸦鸦片) 德罗逊罗逊 (Derosen) 斯托勒 (Sertrner) 1818 士的宁碱 1820 咖啡因 1820 喹喹宁 1828 尼古丁 1831 阿托品 1833 乌头乌头 碱 morphine 国际发际发 展史 2. 天然有机合成化学的建立与发发展 1）“生命力”学说说的提出 瑞典化学家贝泽贝泽 留斯(Berzelius)认为认为 ： “有机化合物的变变化只能受生命力所支配”。 2）有机化合物的合成 1828年德国化学家弗列德里奇.奥勒(Friedrich woler) 在实验实验 室用无机化合物合成了脲脲 2KOCN + (NH4)2SO4 K2SO4 + 2NH4OCN NH4OCN H2NCONH2 氰酸钾硫酸铵 氰酸铵 德国化学家科尔贝贝(Kolbe)又合成了醋酸。 由此促进进了有机合成化学的发发展。 国际发际发 展史 3. 天然药药物化学的兴兴衰 1）合成药药物的工业业化生产产制约约了天然药药物化学研究 二十世纪纪：三十年代 磺胺药药 (1935)、维维生素问问世 四十年代 盘盘尼西林的使用 五十年代 形成了新药药上市的黄金时时代 2）药药害震惊全球 Thalidomide 西德1956年出售镇镇静药药 “反应应停”肽肽胺哌啶酮哌啶酮 到1962年就引起数千例 畸胎。 美登木碱 (Maytansine)抗癌 利血平 (Reserpine)降压 紫杉醇 (Taxol)抗癌 长长春碱 (Vinblastine) 长长春新碱 (Vincristine)抗癌 3）大规规模寻寻找天然活性物质质 （二）国内发发展史 1. 古代“本草化学”的实实践经验经验 和发现阶发现阶 段 1）冶金的实实践 古代的“冶金术术”、“炼炼丹术术”、“点金术术”创创造了许许多实验实验 方法， 开拓了化学研究途径。 上古时时代就有金、银银、铜铜、铁铁、锡锡、铅铅、汞、硫、碳等元素 的记载记载 ，如： 宋应应星著： 天工开物 记载记载 有锌锌的冶炼炼和氧化 锌锌(亚铅华亚铅华 )的制备备。 明崇祯十年 (1637年) 我国明确记载锌记载锌 的冶 炼炼，其后经经印度传传至西欧。 黄降汞(HgO)、白降汞HG(NH2)Cl软软膏、甘汞等一直作为为 世界药药物用到现现在。 朱砂(HgS)至今仍是中国药药典药药材。 李时时珍 (1518-1592) 本草纲纲目 6Hg + 2KH(SO4)2 + 6NaCl + 2O2 K2SO4 + 3Na2SO4 +3Hg2Cl2 记载记载 ：轻轻粉由汞 (Hg)、白砂KH(SO4)2、食盐盐 (NaCl)配伍，经经升华华而得。这这是一个伟伟 大的化学实实践。 2） 炼炼丹与无机合成药药物的实实践 世界上最早的无机合成化学药物： 水银 (Hg)、升丹(HgO)、朱砂(HgS)、轻粉(Hg2Cl2) 3） 炼炼丹术术与升华药华药 物的实实践发现发现 炼炼丹术发术发 展了升华华法，如樟脑脑的精制： 李时时珍 (1518-1592) 本草纲纲目 洪遵 (1176年) 经验经验 方 才提出樟脑纯脑纯 品。 详细记载详细记载 樟脑脑有关提炼炼和升华华 精制的操作。 “樟脑脑”始见见于经验经验 方， 由马马可波罗带罗带 到西方。 明弘治 (1505年) 本草品汇汇精要 有樟脑记载脑记载 。 欧洲18世纪纪 下半叶 4）汞齐齐法技术术的实实践 汞齐齐法曾用为为冶金术术。 “银银”在名医别录别录 中被列为为中品，用作镇镇惊剂剂。 “银银膏”是“用白锡锡和银铂银铂 及水合成之，凝硬如“银银”，用于 “补补牙齿齿缺落”。至今仍沿用于补补牙。 记载记载 着唐本草的制银银屑法： “银铂银铂 以水银银消之为为泥，合硝石 及盐为盐为 粉，烧烧出水银银，淘去盐盐石，为为 粉及细细”。 李时时珍 (1518-1592) 本草纲纲目 硝石列为上品，硫磺列为中品药。神农农本草经经 本草纲纲目 当时加火炼制而发现“烟火”和“炸药”，从而成为世界上制造弹药、 爆破剂、火箭的先导。 其产生爆炸的原因是： 5）黑火药药的配伍实实践 黑火药能治“疮癣杀 虫、辟淫气湿变”。 “黑火药药”配方 主要组成为硝石(KNO3)、硫磺(S)、 木炭(C)三者的粉末混合物。 2KNO3 3CS N2 + 3CO2 + K2S 1694卡 商周(前256 前1766)酿酿酒业业十分成盛行 6）酶解、酸解、碱解及氧化制品的实实践 诗经诗经 (前476776年 ) 记载记载 有纤维纤维 (纸纸原料)、油脂、饴饴糖的文字 记载记载 有从马蓝马蓝 、蓼蓝蓝、菘蓝蓝、木蓝蓝植物， 经经酶、酸、碱水解下制备备青黛的制备备方法。 齐齐民要术术(五世纪纪) 圣惠方(932992年) 用“百药药煎”制革，它是由五倍子等粗末经经曲 发发酵制得的没食子酸。 记载记载 ：“看药药上长长起长长霜，药则药则 已成矣”。长长 霜即没食子酸结结晶，此是世界上最早制得的 有机酸结结晶，较较之瑞典化学家席勒的工作要 早二百多年。 发发酵法制备备没食子酸。近代可用各种没食子 酸鞣质资质资 源生产产没食子酸。 本草纲纲目(1518- 1592) 改正日本药药局方注释释 (第六版)(1953年) 在 “射网” 的制备备下记载记载 ：取新鲜鲜草乌乌汁， 经经沉淀，过滤过滤 ，清液置碗中日晒蒸发发， 至瓶口现现“黑砂点子”；再放炉内低温蒸发发， 直到下层为层为 稠膏，上层现层现 白如砂糖状的结结晶。 此种“砂糖样样”物质质，上箭最快，到身数步即死”。 这这种极毒的砂糖样结样结 晶即乌头乌头 碱， 在欧洲1833年提出，1860年才制得结结晶。 提取分离纯纯化方法制取纯纯成分的实实践 除上述樟脑脑的提取和升华华精制外，有关烧烧酒、 葡萄酒的蒸馏馏、药药酒的浸提，丹参用羊脂浸提。 关于“秋石”的制备备中有煎熬、溶解、 过滤过滤 、浓缩浓缩 、结结晶等操作。 本草纲纲目拾遗遗 (1765年) 本草纲纲目 (1518-1592) 我国外藉院士、英国学者李约约瑟孜孜不倦研究 中国古代 科技史五十余年，在其巨著中国科学技术术史中写道： “现现代人之所以更为优为优 秀，是因为为他们发现们发现 了印刷术术、 黑火药药、和磁罗盘罗盘 ，我们们把它归归功于中国人。要是没 有这这种贡贡献，就不可能有我们们西方文明的整个发现历发现历 程。” 他指出“在欧洲十六世纪纪帕拉尔(Paracelsus, 14931541) 将水银银、锑锑、铋铋等矿矿物作药药物 (原来公认认草药药) 的时时候， 存在着很大的争议议，而中国在那时时已使用矿矿物药药有许许多 世纪纪。” 他还还指出：“ 中国药药物化学从11世纪纪到17世纪处纪处 于 一个灿烂灿烂 的时时期。” 国外学者的评评价： （二）国内发发展史 2. 近代天然药药物化学的引进进和创创建阶阶段 1) 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。 赵承嘏、黄呜龙 等：延胡索延胡索乙素(dl-Tetrahydropalmatine) 庄长恭等：粉防己防己诺林碱(Fangchinoline)；粉防己碱(Tetrandrine) 延胡索乙素（镇镇痛） 粉防己碱 R=CH3镇镇痛、消炎、 防己诺诺林碱 R=OH降压、抗癌等 （二）国内发发展史 2. 近代天然药药物化学的引进进和创创建阶阶段 3) 四十年代 主要研究了常山的抗疟疟有效成分，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绩。另对对羊角拗。远远志、 前胡、丹参。射干、使君子等也做了许许多工作。 这这三、四十年中，我国科学家虽虽然在有效成分及药药理方面做 了一些艰艰苦的工作，但在化学成分结结构的研究上却较较少突破， 新成分的发现发现 也较较少。 （二）国内发发展史 3. 现现代天然药药物化学的建立和发发展阶阶段 五十年代以后 1）利用丰富药药源生产药产药 物 麻黄素、芦丁、洋地黄毒苷、 咖啡因、黄连连素、粉防己碱、加兰兰他敏、山道年等。 2）减少进进口、自给给自足药药物 地高辛、西地兰兰、麦角新碱、 秋水仙碱、阿托品、东东茛菪碱、长长春碱、长长春新碱、 薯蓣蓣皂苷元等。 3）民间间草药发药发 掘药药物 颅颅痛定、岩白菜素、天花粉素、 川楝素、黄藤素、鹤鹤草酚、焊焊菜素、亮菌甲素、棉酚、 羟羟基喜树树碱等。 （二）国内发发展史 3. 现现代天然药药物化学的建立和发发展阶阶段 4）特色天然化学药药物 如青蒿素、三尖杉酯酯碱、 山茛菪碱、天麻素、靛玉红红、齐齐墩果酸、丁公藤碱II、 高乌头乌头 碱、石杉碱甲、川芎嗪嗪等。 5）改构药药物 如抗痫痫灵、常咯啉、联联苯双酯酯等。 6）合成药药物 如黄连连素、延胡索乙素、山茛菪碱、 天麻素、咖啡因、靛玉红红、川芎嗪嗪、大蒜新素、罂罂粟碱等。 天然天然药药物化学家物化学家 第一代（30-40年代） 赵赵承嘏 黄鸣龙鸣龙 庄长长恭 高怡生 第二代（50-60年代） 朱子清 林启寿 邢其毅 梁晓晓天 黄 量 姜达衢 周维维善 王宪宪楷 赵赵守训训 第三代（70-80年代） 徐任生 姚新生 于德泉 周 俊 孙孙南君 陈陈耀祖 贾贾忠健 陈陈延庸 张张如意 潘德济济 陈陈英杰 闵闵知大 第四代（80-90年代） 陈陈仲良 孙汉孙汉 董 吴厚民 王锋鹏锋鹏 四、天然四、天然药药药药化研究化研究发发发发展展趋势趋势趋势趋势 (一) 化学结结构研究 1. 快速 morphine 发发 现现 确 定 结结 构 人工合成证实证实 Reserpine 提取分离: 1803-1806 提出结结构: 1925 合成证实证实 : 1952 1952-1956 2. 微量 生物碱 (Alkaloids) 1803-1952 950 950 1952-1962 1107 2057 1962-1972 3443 5500 1972-1987 4500 10000 莲莲心碱 (Liensinine) (一) 化学结结构研究 3. 准确 经经典化学方法现现代波谱谱方法 50年代 I R 60年代 1H-NMR 70年代 13C-NMR 80年代 2D-NMR MS X-ray 四、天然四、天然药药药药化研究化研究发发发发展展趋势趋势趋势趋势 (二) 研究的重大转变转变 病理模型 动动物模型 离休气管 分子水平 酶 水 平 血清药药理 粗总总皂苷: 天 然 4.1 % 组织组织 培养 21 % 薯蓣蓣皂苷元: 天 然 1. 5 % 组织组织 培养 2. 5 % (四) 注重结结构改造和仿生合成 1) 解决植物活性成分含量偏少 2) 合理保护药护药 用资资源 1. 活性成分研究转转向微量、水溶性、大分子成分 2. 由单纯单纯 化学转转向生物活性成分研究 3. 由单单味中药转药转 向复方中药药 4. 生物活性检测转检测转 向分子水平 (三) 组织组织 培养 五、学五、学习习习习天然天然药药药药物化学物化学方方 法法 （一）基本骨架（一）基本骨架类类类类型及其型及其结结结结构特征构特征 1. 1. 基本骨架基本骨架2.2. 主要活性化合物主要活性化合物 （二）各（二）各类类类类成分的理化性成分的理化性质质质质 1. 1. 共性共性 1) 1) 鉴别鉴别鉴别鉴别 反反应应应应 (1) (1) 沉淀反沉淀反应应应应 (2) (2) 显显显显色反色反应应应应 2) 2) 溶解性溶解性 3) 3) 酸碱性酸碱性 2. 2. 特性特性 （三）各（三）各类类类类成分的提取分离方法成分的提取分离方法 1. 1. 利用不同溶解度利用不同溶解度2. 2. 利用不同酸碱性利用不同酸碱性 3. 3. 利用利用层层层层析分离法析分离法 （四）各（四）各类类类类成分的成分的结结结结构构测测测测定方法定方法 1. 1. 各各类类类类成分的主要化学反成分的主要化学反应应应应 2. 2. 主要成分的波主要成分的波谱谱谱谱特征特征 理理 论论论论 和和 实实实实 践践 并并 重重 特特别别别别注意注意 第二第二节节节节 生物合成生物合成 (Biosynthesis)(Biosynthesis) 生物合成假生物合成假说说说说 植物代植物代谢谢谢谢及其代及其代谢产谢产谢产谢产 物物 “ “植物植物亲缘亲缘亲缘亲缘 相关性学相关性学说说说说” ”与与“ “植物化学分植物化学分类类类类学学” ” 生物合成途径生物合成途径 了解生物合成的意了解生物合成的意义义义义 一、生物合成假一、生物合成假说说说说 生物合成假说说的提出 1. 植物化学家的强烈的科学愿望 2. 由各类类同化合物的积积累而产产生联联想 3. 某些成分已能初步解释释 一、生物合成假一、生物合成假 说说说说 二、植物代二、植物代谢谢谢谢及其代及其代谢产谢产谢产谢产 物物 (一) 一次代谢谢及其代谢产谢产 物 1. 一次代谢谢 维持植物机体生命活动的代谢过程叫一次代谢。维维持植物机体 生命活动动的代谢过谢过 程叫一次代谢谢。 2. 一次代谢产谢产 物(primary metabolites) (primary metabolites) 糖类 蛋白质 脂质 核酸 类类 蛋白质质 脂质质 核酸 3. 一次代谢产谢产 物的作用 1）植物的营养物质 2）人类赖以生存的物质基础 1）植物的营营养物质质 2）人类赖类赖 以生存的物质质基础础 植物一次代植物一次代谢谢谢谢与生物合成与生物合成过过过过程程 三羧羧酸循环环 （TCA） 丁酮酮二酸 -酮酮戊二酸 丁二酸 CO2 +H2Oh / 叶绿绿素 磷酸烯烯醇式丙酮酮酸 甲戊二羟羟酸 丙酮酮酸 乙酰辅酰辅 酶A 丙二酸单酰辅单酰辅 酶A 赤藻糖4-磷酸 葡萄糖代谢谢 莽草酸苯丙素类类 芳香族氨基酸 脂肪族氨基酸 嘌呤、嘧啶嘧啶 脂肪酸类类 -氨基乙酰酰丙 酸 二、植物代二、植物代谢谢谢谢及其代及其代谢产谢产谢产谢产 物物 (一) 二次代谢谢及其代谢产谢产 物 1. 二次代谢谢 以一次代谢产生的代谢产物为原料（或前体），经不同 途径进一步合成的过程叫二次代谢。 2. 二次代谢产谢产 物 (secondary metabolites) 产生结构千变万化、千奇百怪、珣丽多姿的化学物质。 3. 二次代谢产谢产 物的作用 1）维持植物的特性与特征 2）重要的药物资源 植物二次代植物二次代谢谢谢谢与生物合成程与生物合成程 三羧羧酸循环环 （TCA） 丁酮酮二酸 -酮酮戊二酸 丁二酸 鞣酸类类 CO2 H2O h / 叶绿绿素 磷酸烯烯醇式丙酮酮酸 甲戊二羟羟酸 丙酮酮酸 乙酰辅酰辅 酶A 丙二酸单酰辅单酰辅 酶A 赤藻糖4-磷酸 葡萄糖代谢谢 莽草酸苯丙素类类 芳香族氨基酸 脂肪族氨基酸 嘌呤、嘧啶嘧啶 脂肪酸类类萜萜 类类 甾 醇 胡萝萝卜素 类类 生物碱类类 肽肽 类类 含氮化合物 香豆素、木 脂（质质）素 黄酮类酮类 -氨基乙酰酰丙 酸 核苷 核苷酸类类 醌醌 类类 胆 碱 卟卟啉类类 前列腺素 类类 脂肪族及芳 香族聚酮类酮类 二次代二次代谢产谢产谢产谢产 物物归类归类归类归类 二次代二次代谢谢谢谢 产产产产 物物 苷苷 类类类类 非苷非苷类类类类 （苷元）（苷元） + + 糖糖 挥发挥发挥发挥发 油油 * * 脂肪族脂肪族 萜萜萜萜 类类类类 芳香酚芳香酚类类类类 酸性物酸性物质质质质 碱性物碱性物质质质质 中性物中性物质质质质 脂肪族脂肪族 芳香族芳香族 香豆素香豆素类类类类 木脂素木脂素类类类类 木木质质质质素素类类类类 苯丙素苯丙素类类类类 黄黄 酮酮酮酮 类类类类 醌醌醌醌 类类类类 鞣鞣 质质质质 植物甾醇植物甾醇 强强 心心 苷苷 皂皂 苷苷 单单单单 萜萜萜萜 倍倍 半半 萜萜萜萜 二二 萜萜萜萜 二倍半二倍半萜萜萜萜 三三 萜萜萜萜 多多 萜萜萜萜 甾甾 族族 萜萜萜萜 类类类类 生物碱生物碱 N N 族族 油油 脂脂 植物体内的物植物体内的物质质质质代代谢谢谢谢与生物合成与生物合成过过过过程程 三羧羧酸循环环 （TCA） 丁酮酮二酸 -酮酮戊二酸 丁二酸 鞣酸类类 CO2 H2O h / 叶绿绿素 磷酸烯烯醇式丙酮酮酸 甲戊二羟羟酸 丙酮酮酸 乙酰辅酰辅 酶A 丙二酸单酰辅单酰辅 酶A 赤藻糖4-磷酸 葡萄糖代谢谢 莽草酸苯丙素类类 芳香族氨基酸 脂肪族氨基酸 嘌呤、嘧啶嘧啶 脂肪酸类类萜萜 类类 甾 醇 胡萝萝卜素 类类 -氨基乙酰酰丙 酸 核苷 核苷酸类类 醌醌 类类 胆 碱 卟卟啉类类 前列腺素 类类 脂肪族及芳 香族聚酮类酮类 生物碱类类 肽肽 类类 含氮化合物 香豆素、木 脂（质质）素 黄酮类酮类 三、三、“ “植物植物亲缘亲缘亲缘亲缘 相关性学相关性学说说说说” ”与与“ “植物化学分植物化学分类类类类学学” ” 1. “1. “植物植物亲缘亲缘亲缘亲缘 相关性学相关性学说说说说” ” 同科同属植物往往含有骨架相同或同科同属植物往往含有骨架相同或结结构构类类似的化学成分。如：似的化学成分。如： 2. “2. “植物化学分植物化学分类类类类学学” ” 按照化学成分的按照化学成分的类别类别 ( (骨架骨架类别类别 ) ) 进进行分行分类类。是原来按照形。是原来按照形 态态 特征分特征分类类的另一种分的另一种分类类方法。方法。 C-non-D-homo-steroidC-non-D-homo-steroid 湖北湖北贝贝贝贝 母母 梭砂梭砂贝贝贝贝 母母 HupehenineHupehenine 百合科百合科 贝贝贝贝母属母属 四、主要的生物合成途径四、主要的生物合成途径 (一）基本结结构单单位 氨基酸 萜萜 类类 甾 醇 生物碱类类 香豆素 木质质素 木脂体 黄酮类酮类 脂肪族类类 苯酚、苯 醌醌、蒽醌醌 等聚酮类酮类 异戊烯单烯单 元糖单单元 氨基酸单单元 1. 醋酸丙二酸途径 (acetate-malonate pathway) 合成成分类别类别 ：脂肪酸类类 （二）主要的生物合成途径（二）主要的生物合成途径 脂肪酸类类生物合成途径 （二）主要合成途径（二）主要合成途径 苯酚、苯醌醌、蒽酮酮和蒽醌类醌类 生物合成途径 1. 醋酸丙二酸途径 (acetate-malonate pathway) 合成成分类别类别 ：酚类类、蒽酮酮、蒽醌类醌类 化合物。 （二）主要合成途径（二）主要合成途径 萜萜、甾族类类生物合成途径 2. 甲戊二羟羟酸途径 (mevalonic acid pathway) 合成成分类别类别 ：萜萜 类类、甾体类类化合物 3. 桂皮酸 莽草酸途径 (cinnamic acid shikimic acid pathway） 合成成分类别类别 ：香豆素类类、木脂素和木质质素类类、黄酮类酮类 香豆素类类、木脂素和木质质素类类、黄酮类酮类生物合成途 径 4. 氨基酸途径 (amino acid pathway） 合成成分类别类别 ：生物碱类类、 生物碱类类生物合成途径 五、了解生物合成的意五、了解生物合成的意义义义义 (一) 利用植物亲缘亲缘 相关性 1. 推测测天然化合物的结结构 2. 定向寻寻找天然活性成分 3. 植物化学分类类 (二) 组织组织 培养 1. 工业业生产产有效成分 2. 生物调调控，提高活性成分含量 第三第三节节节节 提取分离方法提取分离方法 一、概述一、概述 (一) 中草药药化学成分的构成特点 ( (二二) ) 提取分离前的文献提取分离前的文献调调调调研研 二、中草二、中草药药药药有效成分的提取有效成分的提取 ( (一一) ) 常用提取方法常用提取方法 ( (二二) ) 溶溶剂剂剂剂提取法提取法 三、中草三、中草药药药药有效成分的分离与精制有效成分的分离与精制 ( (一一) ) 根据物根据物质质质质溶解度差溶解度差别进别进别进别进 行分离行分离 ( (二二) ) 根据物根据物质质质质分配系数差异分配系数差异进进进进行分离行分离 ( (三三) ) 根据物根据物质质质质吸附能力差异吸附能力差异进进进进行分离行分离 ( (四四) ) 根据物根据物质质质质分子大小差异分子大小差异进进进进行分离行分离 ( (五五) ) 根据物根据物质质质质解离程度差异解离程度差异进进进进行分离行分离 四、提取与分离中草四、提取与分离中草药药药药有效成分的注意点有效成分的注意点 ( (一一) ) 光照的影响光照的影响 (二) 酸碱的影响 (三) 温度的影响 (四) 溶剂剂的影响 (五) 层层析的影响 一、概一、概 述述 (一) 中草药药化学成分的构成特点 1. 同种植物含有多种结结构类类型的化学成分 苦参苦参 2. 总成分含量少而种类多 长长长长春花春花 黄黄酮类酮类酮类酮类 生物碱生物碱 贝贝贝贝母母 生物碱生物碱 萜萜萜萜 类类类类 甾醇甾醇类类类类 3. 有效成分含量低 总总总总生物碱含量生物碱含量 1 / 1 / 千千 分离生物碱分离生物碱单单单单体体 6868种种 长长长长春碱春碱 3 / 3 / 万万长长长长春新碱春新碱 3 / 3 / 百万百万美登碱美登碱 2 / 2 / 千万千万 一、概一、概 述述 ( (二二) ) 提取分离前的文献提取分离前的文献调调调调研研 1. 立题题着眼点 1) 为为什么要立题题 2) 怎样样做 2. 了解前人的研究工作 1) 做过过研究没有? 2) 研究的深度和广度 3. 原植物的鉴鉴定 1) 原植物的拉丁学名 2) 采集地点和时间时间 3) 药药用部位 4) 民间药间药 用情况 二、中草二、中草药药药药有效成分的提取有效成分的提取 (一) 常用提取方法 溶剂法、蒸馏法、升华法、压榨法 压压榨法 溶剂剂法 蒸馏馏法 原理：与水蒸气产生共沸点 范围：挥发油 升华华法 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 ( (二二) ) 溶溶剂剂剂剂提取法提取法 溶溶 剂剂剂剂溶点介电电常数 (20 oC) 溶解度 溶剂剂/水%水/溶剂剂% 石石 油油 醚醚醚醚 环环环环 己己 烷烷烷烷 30-120 80.7 1.89 2.02 苯苯 乙乙 醚醚醚醚 氯氯氯氯 仿仿 醋酸乙醋酸乙酯酯酯酯 正正 丁丁 醇醇 80 35 61 77 118 2.29 4.34 4.81 6.02 17.8 0.175 6.04 0.815 6.07 7.45 0.063 1.465 0.072 2.98 20.5 丙丙 酮酮酮酮 乙乙 醇醇 甲甲 醇醇 水水 56 78 65 100 20.7 24.3 32.6 80.4 任意混合任意混合 石油石油醚醚醚醚 环环环环己己烷烷烷烷 苯苯 氯氯氯氯仿仿 乙乙醚醚醚醚 乙酸乙乙酸乙酯酯酯酯 丙丙酮酮酮酮 乙醇乙醇 甲醇甲醇 水水 1. 1. 常用溶常用溶剂剂剂剂的性的性质质质质 2. 2. 天然天然药药药药物各物各类类类类成分的极性与提取溶成分的极性与提取溶剂剂剂剂的关系的关系 植物成分极性强弱植物成分结结构类类型适于提取溶剂剂 亲亲脂性强叶绿绿素、脂肪油、挥发挥发 油石油醚醚 亲亲脂性较较强 游离生物碱、苷元、甾类类、萜萜 类类、某些有机酸 乙醚醚、氯氯仿 中等 极性 中偏小某些苷类类 (如强心苷等)氯氯仿-乙醚醚 (2:1) 中 等某些苷类类 (如黄酮酮苷类类)乙酸乙酯酯 中偏大某些苷类类 (如蒽醌醌苷、皂苷等)正丁醇 亲亲水性较较强极性大的苷、糖类类、氨基酸等丙酮酮、乙醇、甲醇 亲亲水性强 蛋白质质、粘液汁、糖类类、氨基 酸、无机盐盐、苷类类 水 溶溶剂剂剂剂提取法提取法 溶溶剂剂剂剂提取法提取法 3. 选择选择 溶剂剂注意点 1) 对对有效成分溶解度大,对杂质对杂质 溶解度小 2) 不与化学成分起化学变变化 3) 经济经济 、易得、使用安全 4. 常见见溶剂剂提取工艺艺 1) 浸渍渍法 2) 渗滤滤法 3) 煎煮法 4) 热热回流提取法 影响提取效率 的 因 素 1) 原料粉碎度 2) 提取时间时间 3) 提取温度 4) 设备设备 条件 1）浸渍法 将药材粗粉置于适当容器中，加入适量溶 剂如稀醇、酸性醇、水、酸水或碱水等溶 剂，时常振摇或搅拌，室温下浸提1-2天后 ，过滤。一般可重复提取2-3次，第2、3次 浸渍的时间可缩短。合并浸渍液，浓缩后 得提取物。 本法适用于提取遇热易破坏的成分或含大 量淀粉、粘液质、果胶、树胶等多糖的药 材。 因提取在室温及静态下进行，提取效率低 、耗时长，特别是用水作溶液，提取液易 发霉变质，必要时可加入适量防腐剂。 2）渗漉法 是将药材粗粉置渗漉筒内，使溶剂自上而 下匀速流动，达到渗透浸取天然产物的一 种浸出法。因溶剂一直处于动态，造成了 浓度差，使扩散能较好的进行，故本法浸 出效率较浸渍法高。 因在常温下渗漉，适于遇热易破坏成分的 提取。 常用溶剂有不同浓度的乙醇、酸性乙醇、 碱性乙醇、酸水、碱水和水等。 操作步骤为浸润、装筒、排气、浸渍和渗 漉。 装筒均习、松紧合适、充分浸渍和控制流 速是关键。一般流速以2-5ml/min为宜。通 常收集渗漉液约为药材重量的8-10倍，或 以成分鉴别试验决定渗漉终点。 生产上，则可将后期的稀渗漉液套用来提 高溶剂的浸出效率，溶剂消耗量大和提取 时间长是本法的不足之点。 3）煎煮法 将药材粗粉或薄片等置适当容器（避免用 铁器）中，加水加热煮沸。一般煎煮2-3次 ，第1次1小时，第2、3次可酌减煎煮时间 。 含挥发性成分及遇热易破坏成分的天然药 物不宜用此法。含多糖类量大的药材因煎 煮后，淀粉等多糖呈糊状，使提取液粘稠 ，过滤困难，也不适宜。 4）回流提取法 将药材粗粉置于圆底烧瓶中，添加乙醇或 其它低沸点有机溶剂至烧瓶容量的1/2-2/3 处，接上冷凝管，置水浴上加热回流适时 ，趁热滤取提取液，药渣再用新溶剂回流2 -3次，若遇成分在溶剂中不易溶解或药材 质地坚实不易溶出时，需适当延长每次提 取时间或增加提取次数，合并滤液，浓缩 即得提取物。 本法提取效率较高，但溶剂用量较大，操 作也较麻烦。因药材与水浴接触受热温度 较高、时间较长，不适用于遇热不稳定成 分的提取。 5）连续回流提取法 （索氏提取法） 索氏提取器弥补了分次加热提取法中需要 溶剂量大并操作麻烦的不足，但提取时间 较长，一般约需4-10小时，才能提取完全 ，因此，对热不稳定成分慎用。为防止成 分破坏，可在提取过程中提取1-2小时后转 移出提取液，另加新溶剂再继续提取。 6）超声提取法 超声波是一种弹性机械振动波，是听觉阈以外的 声振动。本法利用其高频率的振动，产生并传递 强大的能量给药材和溶剂，使它们作高速度的运 动，产生的穿透效应比电磁波深。由于大能量的 超声波作用在液体里，当振动处于稀疏状态时， 液体被撕裂成许多小空穴，待其瞬间闭合时，产 生高达数百毫帕的瞬时压力，这一现象称作空化 现象。这种空化现象可击碎药材，加速药材中的 成分溶入溶剂，使其进一步提取，从而增加了提 出效率。因此，超声提取法的提取效率优于前述 各提取法。 本法操作简便，适用于各种溶剂的提取， 提取时间短，一般只需数十分钟即可完成 。不需加温即可达到提取目的，故也适用 于对热不稳定成分的提取。 7）超临界流体萃取法 超临界流体是物质处于临界温度和临界压 力以上时所形成的一种特殊的相态，其物 理性质介于液体和气体之间，具有密度接 近液体，粘度接近于气体，扩散系数为液 体的百倍，介电常数也随着压力增大而增 加等特性，从而呈现出较液体溶剂易于穿 透到样品介质中的优点。超临界流体萃取 法是利用超临界流体作为萃取剂从液体或 固体样品中萃取成分的方法。 应用本法提取天然产物，常用的萃取剂是 超临界CO2。其具有操作范围广（常用压力 8Mpa-30Mpa，温度35-80），便于调节， 尤适合于对光、热不稳定成分的萃取；可 通过控制压力和温度达到选择性地提取各 类成分的目的，通过降低流体的压力使被 萃取的成分凝析而分离，使萃取到分离一 步完成。 CO2具有无毒、无味、不燃烧、不残留、价 廉易得、可循环使用等优点。超临界CO2对 亲脂性成分溶解性能与二氯甲烷相当。对 极性大、分子量大的成分萃取需加入夹带 剂如水、甲醇、乙醇、戊醇等改变选择性 ，提高溶解度。超临界CO2萃取技术虽已显 示诸多优点，但由于工艺技术要求高，属 高压设备，投资较大，目前尚处于发展阶 段。 水蒸气蒸馏法 只适用于具挥发性，能随水蒸气馏出而不 被破坏，与水不 发生反应而又难溶于水的 天然产物的提取。如挥发油、小分子挥发 性成分如麻黄碱、丹皮酚、蓝雪醌的提取 。 升华法 某些固体物质如水杨酸、苯甲酸、樟脑等 受热在低于其熔点的温度下，不经过熔化 就可直接转化为蒸气，蒸气遇冷后又凝结 为固体称为升华。中药中有一些成分具有 升华性质，能利用升华的方法直接从中药 中提取出来。 从樟木中升华的樟脑，在本草纲目中 已有详细记载，为世界上最早应用升华法 制取药材有效成分的所述。 又如茶叶中的咖啡因具有升华性，可将茶 叶放在大小适宜的烧杯中，上面用圆底烧 瓶盛水冷却，然后加热，到一定温度（ 178），咖啡因可凝结于烧瓶底部，成白 色针状结晶。但中药成分一般可升华的很 少。 压榨法 影响提取的因素 1药材粉碎度 一般将其粉碎为粗粉，增加药材的表面积， 以提高提取率。但粉碎过细，表面积太大 ，表面吸附作用也随着增加，反而影响溶 剂扩散速度，同时，杂质的提出率也随之 增高。因此，一般能通过二号筛的粒度为 宜。 粗粉：能全部通过二号筛，但混有能通过四号筛不 超过40%的粉末。 粉末分为最粗粉、粗粉、中粉、细粉、最细粉、极 细粉六级规格。 2溶剂的选择 选择适当的溶剂是提取步骤的关键。 依据相似相溶的规律选择，通过欲提取成 分及其共存的极性差异来选择溶剂。 如苷元、游离生物碱常用亲脂性溶剂氯仿 、乙醚；苷类成分由于结构中含糖分子， 羟基数目增多，表现出比其它苷元有较强 的亲水性，则可选择极性较大的溶剂如乙 酸乙酯、正丁醇等。 总的来说，选择溶剂除了考虑溶解度外， 尚需顾及溶剂的价格，使用是否完全，处 理是否方便及是否与天然产物起化学变化 等其它条件。 3提取方法 提取方法的选择主要是从溶剂性质及被提 取成分遇热稳定性来考虑。 4提取时间 5提取温度 6其它 如设备条件、干燥工艺、料液比等。 三、中草三、中草药药药药有效成分的分离与精制有效成分的分离与精制 ( (一一) ) 根据物根据物质质质质溶解度差溶解度差别进别进别进别进 行分离行分离 1. 原理: 相似者相溶 2. 方法: 1) （重）结结晶法 利用温度差异对样对样 品溶解度的不同达到分离 2) 混合溶剂剂法 H2O - EtOH 、EtOH H2O 、EtOH - Et2O 粗组组份 少量易溶样样品溶剂剂 样样品溶液 滴加难难溶样样品溶剂剂放置 结结 晶 3) pH调调整法 4) 沉淀法 样样品 酸水液 无机酸 盐盐 H2O H2S 有机酸盐盐 重金属硫化物 有 机 酸 有机溶剂剂萃取 有机溶剂剂萃取 生物 碱 1）（重）结晶法 一般过程 混合物加热溶解趁热滤去不溶杂质 滤液低温放置或蒸去部分溶剂后现 低温放置结晶若含杂质则反复结 晶（重结晶） 溶剂的选择 对所需成分的溶解度随温度不同而有显著的差别 （即热时溶解，冷则析出），同时不产生化学反 应，对杂质来说应不溶或难溶；也可采用对杂质 溶解度大而对欲分离物质不溶或难溶的溶剂，则 可用洗涤法除去杂质后再用合适溶剂结晶。 沸点适中，60左右，一般应低于化合物的熔点 ，以免受热分解变质。若沸点过高则不便浓缩， 同时不易除去；若沸点太低则溶剂损耗量大，也 难以控制。 结晶条件 浓缩至适当浓度：往往要过饱和，低浓度 肯定不会有结晶，但也不要太高，否则粘 度大也不易结晶； 静置：结晶过程中不可晃动或振摇； 逐渐降温：这样才有可能析出纯度较高的 结晶，若冷却过快，则析出结晶的速度过 快，超过晶核和分子定向排列的速度，往 往只能得到无定形粉末； 结晶操作要点 浓缩 静置 逐渐降温 晶种诱导：加入少量晶种是诱导晶核形成的 有效手段； 摩擦内壁：没有晶种时，可用玻璃棒摩擦容 器内壁，产生微小颗粒代替晶核，以诱导方 式形成结晶；有时用玻棒蘸取过饱和液在空 气中挥发除去部分溶剂后再摩擦玻璃器壁； 还可采用少许干冰降低结晶温度及自然挥发 等条件促进晶核形成； 有时甚至加有机可溶性盐类盐析； 结晶纯度的确定 结晶纯度可由化合物的晶形、色泽、熔点 和熔距、薄层色谱或纸色谱等作初步鉴定 。 一个单体纯化合物一般都有一定的熔点和 较小的熔距，同时在薄层色谱或纸色谱中 经数种不同展开剂系统检定，也为一个斑 点，一般可以认为是一个单体化合物。 2）混合溶剂法（溶剂沉淀法） 在溶液中加入另一种溶剂以改变混合溶剂的极 性，使一部分物质沉淀析出，从而实现分离。 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： 使皂苷沉淀而脂溶性树脂等杂质则留在母液中 ； 3) pH调整法（酸碱沉淀法） 对酸性、碱性或两性有机化合物来说，常可 通过加入酸或碱以调节溶液的pH值，改变分子的 存在状态（游离型或离解型）从而改变溶解度而 实现分离。 酸碱法： 如生物碱类碱性成分； 碱酸法： 如黄酮、蒽醌类酚酸性成分； 等电点法： 如蛋白质类具pI的成分； 4) （试剂）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等沉淀析出 。 酸性化合物钙盐、钡盐、铅盐等； 碱性化合物如生物碱等苦味酸盐、苦酮 酸盐等有机酸盐或磷钼酸盐、磷钨酸盐、 雷氏盐等无机盐； 粗组组份 4) 沉淀法 酸水液 无机酸 盐盐 H2O H2S 有机酸盐盐重金属硫化物 有 机 酸 有机溶剂剂萃取 有机溶剂剂萃取 生 物 碱 ( (二二) ) 根据物根据物质质质质分配系数的不同分配系数的不同进进进进行分离行分离 1. 原理: 利用物质质在两种互不相溶的溶剂剂中的分配系数的不