天然药物化学绪论ppt课件

天然药物化学天然药物化学 NATURAL MEDICINALCHEMISTRYNATURAL MEDICINALCHEMISTRY 天然药物化学（54学时） 第一章 . 总论 第二章 . 糖和苷 第三章 . 苯丙素类 第四章 . 醌类化合物 第五章 . 黄酮类化合物 第六章 . 萜类和挥发油 第七章 . 三萜及其苷类 第八章 . 甾体及其苷类 第九章 . 生物碱 第十章 . 天然药物的开发 第一章第一章 总总 论论 第一节 绪 论 l天然药物化学的内涵 l天然药化的研究对象及其任务 l天然药化发展简史 l天然药化研究发展趋势 l天然药物化学的学习方法 一、天然药物化学的内涵 （一）定义： 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 。 （二）主要内容 围绕天然药物中的二次代谢产物，研究： 化学成分类型； 化学成分结构特征； 化学成分的理化性质； 各类化学成分提取分离方法； 化学成分的结构鉴定； 主要化学成分类型的生物合成途径。 天 然 药 物 天然产物 中草药 中 药 草 药 植物、动物、矿物、 海洋生物、微生物 （三）相关概念 中草药成分化学(Chenmistry of Chinese Traditional Medicine and Herbal Drugs) 中药化学(Chemistry of Chinese Traditional Medicine) 植物化学(Phytochemistry) l一次代谢产物(植物营养物质)： 植物生物化学 l二次代谢产物：天然药物化学、中药化学、中草药 成分化学、天然产物化学、植物药品化学、天然有机 化学 （四）相关术语 有效成分 有效部位 标记成分 无效成分 杂质 （五）相关课程 天然药物化学是药学专业必修的专业课程， 是多学科交叉的前沿学科，需要具有全面系统 的药学知识。 l生药学/药用植物学 l有机化学/无机化学/物理化学 l分析化学(有机及分析)/有机波谱分析 l药理学 l药剂学等 （六）天然药物化学的地位和作用 1、寻找新药 2、寻找活性先导化合物 3、整理、发掘祖国医药宝库 4、植物化学分类学的研究 5、 发展和丰富天然有机化学理论 二、天然药化的研究对象及其任务 （一）主要研究对象 1、植物药 2、民族药 3、海洋生物 4、动物药物 5、矿物药物 6、微生物 （二）主要任务 1、新药物研究 2、功能性食品及相关产品 3、中药现代化研究 尼罗河 Nile 底格里斯- 幼发拉底河 埃及 希腊 印度河 Indus Tigris- Euphrates 黄河 Yellow River 中国 印度 三、天然药物化学的发展简史 古代发达与文明的发祥地 （一）国际发展史 1、天然药物化学的建立与形成 “植物中有机酸的研究促成有机化学及植物化学 的形成”。 Morphine为第一个从天然界分离的生物活性成 分，生物碱的研究是天然药物化学发展的开端 。 2、天然有机合成化学的建立与形成 3、天然药物化学的兴衰 合成药工业化生产制约了天然药物化学研究、 药害震惊全球、大量特殊生物活性天然物质的 发现 （二）国内发展史 1、古代“本草化学”的实践经验和发现阶段 2、“本草化学”实践阶段 3、“本草化学”实践阶段 炼丹术与升华药物的实践发现、汞齐法技术的 实践、黑火药的配伍实践、酶解、酸解、碱解 及氧化制品的实践、提取分离纯化方法制取纯 成分的实践 “现代人之所以更为优秀，是 因为他们发现了印刷术、黑火药、和磁罗盘， 我们把它归功于中国人。要是没有这种贡献， 就不可能有我们西方文明的整个发现历程。” 4、创建阶段 v20世纪20年代：点燃了天然药物化学的星星 之火。 v20世纪40年代：做了大量而艰苦的工作，但 少有突破。 v20世纪50年代以后：有了长足的发展。 我国目前的天然药物化学水平，已在世界天 然药物研究中占有不可低估的地位。 四、天然药物化学的发展趋势 （一）化学结构研究 快速：morphine从1803年分离到1952年合成 计150年、 Reserpine只花了4年 微量 以前：数mg数g（主要靠降解）、如今：几 mg（波谱技术） 准确 （二）研究方向的重大转变 研究热点研究热点向微量、水溶性、大分子成分转变 由单纯化学研究向生物活性成分研究转变 由单味中药研究向复方中药研究转变 生物活性筛选由整体动物向分子水平、基因 水平转变 （三）组织培养 解决植物活性成分含量偏少 合理保护药用资源 （四）结构改造和仿生合成 （一）基本骨架类型及其结构特征 （二）各类成分的理化性质 （三）各类成分的提取分离原理、方法、 层析分离原理与技术 （四）各类成分的结构测定方法，尤其是 主要成分的波谱特征 五、五、天然药物化学天然药物化学学习重点学习重点 选-第二节 生物合成 (Biosynthesis) l生物合成假说 l植物代谢及其代谢产物 l植物亲缘相关性学说与植物化学分类学 l生物合成途径 l了解生物合成的意义 一、生物合成假说 二、植物代谢及其代谢产物 (一) 一次代谢及其代谢产物 一次代谢 维持植物机体生命活动的代谢过程叫一次 代谢。 一次代谢产物 (primary metabolites) 糖类 蛋白质 脂质 核酸 一次代谢产物的作用 植物的营养物质 人类赖以生存的物质基础 植物一次代谢与生物合成过程 三羧酸循环 （TCA） 丁酮二酸 -酮戊二酸 丁二酸 CO2 + H2O h / 叶绿素 磷酸烯醇式丙酮酸 甲戊二羟酸 丙酮酸 乙酰辅酶A 丙二酸单酰 辅酶A 赤藻糖4-磷酸 葡萄糖代谢 莽草酸苯丙素类 芳香族氨基酸 脂肪族氨基酸 嘌呤、嘧啶 脂肪酸类 -氨基乙酰丙酸 (二) 二次代谢及其代谢产物 二次代谢 以一次代谢产物为原料（或前体），经不同途 径进一步合成的过程叫二次代谢。 二次代谢产物 (secondary metabolites) 产生结构千变万化、千奇百怪、珣丽多姿的 化学物质。 二次代谢产物的作用 维持植物的特性与特征 重要的药物资源 植物二次代谢与生物合成程植物二次代谢与生物合成程 三羧酸循环 （TCA） 丁酮二酸 -酮戊二酸 丁二酸 鞣酸类 CO2 H2O h / 叶绿素 磷酸烯醇式丙酮酸 甲戊二羟酸 丙酮酸 丙二酸单酰辅酶A 赤藻糖4-磷酸 葡萄糖代谢 莽草酸苯丙素类 芳香族氨基酸 脂肪族氨基酸 嘌呤、嘧啶 脂肪酸类 萜 类 甾 醇 胡萝卜素类 生物碱类 肽 类 含氮化合物 香豆素、木 脂（质）素 黄酮类 -氨基乙酰丙酸 核苷 核苷酸类 醌 类 胆 碱 卟啉类 前列腺素类 脂肪族及芳香 族聚酮类 乙酰辅酶A 二次代谢二次代谢 产产 物物 苷 类 非苷类 （苷元） + 糖 挥发油 脂肪族 萜 类 芳香酚类 酸性物质 碱性物质 中性物质 脂肪族 芳香族 香豆素类 木脂素类 木质素类 苯丙素类 黄 酮 类 醌 类 鞣 质 植物甾醇 强 心 苷 皂 苷 单 萜 倍 半 萜 二 萜 二倍半萜 三 萜 多 萜 甾 族 萜 类 生物碱 N 族 油 脂 二次代谢产物归类二次代谢产物归类 二次代谢产物的意义 二次代谢过程并非所有植物均发生； 二次代谢产物对维持植物生命活动不起重要 作用； 二次代谢产物对维持植物性状特征十分重要 ； 二次代谢产物结构富于变化，瑰丽多彩； 二次代谢产物不少具有明显的生理活性； 二次代谢产物是天然药物化学主要研究对象 。 三、“植物亲缘相关性学说” 同科同属植物往往含有骨架相同或结 构类似的化学成分。 四、 “植物化学分类学” 醋酸丙二酸途径 (acetate-malonate pathway) 合成成分类别：脂肪酸类 五、主要生物合成途径 醋酸丙二酸途径 (acetate-malonate pathway) 合成成分类别：酚类、蒽酮、蒽醌类 甲戊二羟酸途径(mevalonic acid pathway) 合成成分类别：萜类、甾体类 桂皮酸 莽草酸途径 (cinnamic acid shikimic acid pathway) 合成成分类别：木脂素类、黄酮类 氨基酸途径 (amino acid shikimic acid pathway)合成成分类别：生物碱类 有利于天然化合物的结构分类； 有利于天然化合物的结构推测； 指导植物化学分类学； 指导仿生合成； 指导组织培养生物活性物质； 定向寻找生物活性成分； 生物调控，提高活性成分的含量。 六、生物合成的意义 第三节 提取分离方法 Methods of Extraction and Isolation 一、概述 二、天然药物化学成分的提取 三、天然药物化学成分的分离与精制 四、提取与分离天然药物化学成分注意事项 一、概述 二、天然药物化学成分的提取 三、天然药物化学成分的分离与精制 四、提取与分离天然药物化学成分注 意事项 一、 概 述 (一) 天然药物化学成分的构成特点 v同种植物含有多种结构类型的化学成分 v总成分含量少、种类多 v有效成分含量低 (二) 提取分离前的文献调研 v立题着眼点 v了解前人的研究工作 v原药材鉴定 二、天然药物化学成分的提取 (一) 常用提取方法 v溶剂法 v蒸馏法 v升华法 v压榨法 v常用溶剂的性质 v常用溶剂极性大小顺序 v天然药物各类成分的极性与溶剂的关系 v选择溶剂注意点 v常见的溶剂提取方法 (二) 溶剂提取法 三、天然药物化学成分的分离与精制 (一) 根据物质溶解度差别进行分离 v原理 v方法 (二) 根据物质分配系数的不同进行分离 l原理：利用两种互不相溶的溶剂中分配 系数的不同达到分离 分配系数（K值）与萃取次数的关系 分离因子（值）与分离难易的关系 l方法： Countercurrent distribution,CCD PPC与液-液萃取 LLPCC（液-液分配柱色谱） Normal phase partition chromatography Reverse phase partition chromatography Droplet Countercurrent Chromatography High Speed Countercurrent Chromatography (三) 根据物质吸附能力差异进行分离 v吸附层析的种类 v物理吸附 基本规律：“相似者易于吸附” 基本特点：无选择性、可逆吸附、快速 物理吸附(Physical adsorption) 化学吸附(Chemical adsorption) 半化学吸附(Semi-chemical adsorption) 固液 吸附 物理吸附原理：吸附与解吸附的循环往复 基本要素：吸附剂、被分离物质、溶剂 弱 强 弱 强 弱 强 吸附剂 被分离物质 溶剂 吸附剂(adsorbents)的要求 常见的吸附剂 被分离物质极性判断 溶剂的极性 v化学吸附 基本特点 基本原理 适用范围 注意事项 v半化学吸附 基本特点 基本原理 常用的吸附剂 应用范围 (四) 根据物质分子大小差异进行分离 l常用方法 透析法(dialysis) 凝胶过滤法(gel filtration) 超滤法(ultrafiltration) 超速离心法(ultracentrifugation) 膜分离法(membrane separation) l分离原理 l应用范围 v凝胶层析 利用分子筛的原理分离物质 分子筛层析 (molecular sieve filtration chromatography) 排阻层析 (exclusion chromatography) 凝胶过滤层析 (gel filtration chromatography) 常用凝胶的种类及性质 葡聚糖凝胶（Sephadex G)系列:G-10, 15, 20, 25, 50, 75, 100, 200 Sephadex G系列只适于在水中应用。 羟丙基葡聚糖凝胶(Sephadex LH)系列:LH- 20 Sephadex LH-20即能在水中也能在有机溶剂中 以及水组成的混合溶剂中应用。 (五) 根据物质解离度差异进行分离 v常用方法 电泳技术(electrophoretic method) 离子交换法 (ion-exchange chromatography) v原理 籍天然有机化合物中，具有酸性、碱性及两性 基团分子在水中多呈解离状态而与离子交换树 脂上的交换基团发生交换被吸附。 四、提取与分离注意事项 (一)光照的影响 (二) 酸碱的影响 (三) 温度的影响 (四) 溶剂的影响 (五) 层析的影响 第四节 结构研究方法 Identification Methods of Structures (天然化学成分结构研究方法) 一、天然药物化学成分研究的目的 二、结构研究的目的 三、结构研究步骤与方法 (一) 文献调研 (二) 化合物纯度的测定 (三) 物理常数测定 (四) 分子量的测定 (四) MS法测定分子量 PEAK I/BASE MASS DIFF C H N O 386 0.51% 341.2293 -3.5 19 33 0 5 388 1.41% 348.2268 -5.9 24 30 1 1 -3.2 21 32 0 4 389 0.68% 349.2288 3.6 20 31 1 4 390 1.10% 350.2385 5.4 20 32 1 4 392 0.60% 366.2378 -2.8 21 34 0 5 HR-MS法测定分子量 (五) 分子式的测定 元素分析法(EA) 质谱法 HR-MS、同位素丰度法 1H、13C-NMR法 PEAK I/BAS