天然药化ch1绪论ppt课件

一、绪 论 二、生物合成(Biosynthesis) 三、提取分离方法 四、结构研究方法 （一）天然药物化学的内涵 （二）天然药化发展简史 （三）天然药化研究发展趋势 （四）本课程的学习方法 （一）提取 （二）分离与精制 （三）注意事项 第一章 总 论 常用的分类等级 界（Kingdom） 门（Division） 纲（Class） 目（Order） 科（Family） 属（Genus） 种（Species） 以黄连为例表明其分类等级和分类位置 生物的学名-拉丁双名法 如：黄连 Coptis chinensis Franch. 属名种加词命名人 （一）天然药物化学的内涵 1、定义： 天然药物化学是药物化学的一个分支学科。 它主要用现代科学理论和技术方法研究天然化学 物质； 2、主要内容 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。 （一）天然药物化学的内涵 5、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 （一）天然药物化学的内涵 6、相关术语 有效成分 active constituents 有效部位 active part 无效成分 杂 质 impurities 有效成分 无效成分 或生理活性成分 非生理活性成分 相对性 7、基本步骤 Separation Isolation Identification Extraction Crude Extract Extract Fractions Pure Compounds Biomass Active Lead Compound Determination of Biological Activity （一）天然药物化学的内涵 寻找新药 寻找活性先导化合物 整理、发掘祖国医药宝库 植物化学分类学的研究 发展和丰富天然有机化学理论 8、天然药物化学的地位和作用 天然药物化学在新药研发中的地 位 药理、毒理作用 一定的剂型 质量标准 临床前新药 天然药物化学有效部位或有效成分 药理学 药剂学 药物分析学 药物化学 （二）天然药化的研究对象及其任务 天然药物化学在新药研发中的地位 1、化学结构研究 快速： 微量 以前：数mg数g（主要靠化学方法） 如今：几mg（波谱技术） 准确 (三)天然药物化学的发展趋势 1804年发现Morphine，1918年确定结构, 1952年人工合成。 蛇木中的成分利血平，有降压作用, 从发现到结构鉴定，仅5年 . 2、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 活性筛选由整体动物向分子水平、基因水平转变 目的-从中发现新的化合物或者新的骨架类型 3、组织培养 解决植物活性成分含量偏少 合理保护药用资源 4、结构改造和仿生有机合成 (三)天然药物化学的发展趋势 仿生有机合成(biomimetic organic synthesis): 模拟生物体内进行化学反应的方式来合成有机化合物的过程。目 的:（1）加快有机反应的速度；（2）提高有机反应的选择性；（3 ）使一些用通常化学方式难以发生的化学反应得以发生。 2、怎样学好本课程？ 对每一个具体的结构类型：要掌 握右面的主线 在理解的基础上，用自己的语言 来消化和记忆，善于归纳和总结，做 到触类旁通，举一反三； 植物来源 结构特点 理化性质 提取分离 生物活性 （四） 本课程的学习方法 1、学习重点 1 基本骨架类型及其结构特征 2 各类成分的理化性质 3 各类成分的提取分离原理、方法 二、生物合成 (Biosynthesis) 自学 （一）生物合成假说 （二）植物代谢及其代谢产物 （三）植物亲缘相关性学说与植物化学分类学 （四）了解生物合成的途径和意义 （一）提取 1、天然药物化学成分的构成特点 同种植物含有多种结构类型的化学成分 总成分含量少、种类多 有效成分含量低 三、提取分离方法 （一）提取 （二）分离与精制 （三）注意事项 2. 提取分离前的文献调研 立题着眼点? 了解前人的研究工作 原药材鉴定 （一） 提 取 提取分离方法 3、提取方法 粉碎成粗粉 溶剂法 水蒸汽蒸馏法 升华法 压榨法 溶剂 提取方法 比水重的有机溶剂： 与水分层的有机溶剂： 能与水分层的极性最大的有机溶剂： 与水以任意比例混溶的有机溶剂： 极性最大的有机溶剂： 极性最小的有机溶剂： 常用来从水中萃取苷类、水溶性生物 碱类成分的有机溶剂： 溶解范围最广的有机溶剂： 氯仿 石油醚,正丁醇 正丁醇 丙酮,甲醇 甲醇 石油醚 正丁醇 乙醇 （一）提取 煎煮法 浸渍法 渗漉法 回流提取法 连续回流提取法 超声法 溶剂提取法 （一）提取 提取分离方法 各种提取方法的比较 浸渍法 渗漉法 煎煮法 回流提取法 连续回流提 取法 水或有机溶剂 有机溶剂 水 有机溶剂 有机溶剂 不加热 不加热 直火加热 水浴加热 水浴加热 效率低 节省溶剂 效率最高 各类成分，尤 热不稳定成分 脂溶性成分 水溶性成分 脂溶性成分 亲脂性较强成 分 出膏率低，易发 霉，需加防腐剂 消耗溶剂量大 费时长 易挥发、热不稳 定不宜用 热不稳定不宜用 溶剂量大 用索氏提取器 时间长 提取方法溶剂效率操作使用范围备注 各种溶剂提取方法的比较 水蒸汽蒸馏法 用于提取能随水蒸汽蒸馏，而不被破坏的难 溶于水的成分（如挥发油、小分子的香豆素类、 小分子的醌类成分）。 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，即可分离出。 （一）提取 提取分离方法 （一）提 取提取分离方法 旋转蒸发仪 、回收溶剂方法 a、蒸馏 b、减压蒸馏 c、旋转蒸发 d、薄膜蒸发 e、喷雾干燥 f、冷冻干燥 薄膜蒸发 （一）提 取提取分离方法 1.根据物质溶解度差别进行分离 2.根据物质在两相溶剂中的分配比不同进行分离 3.根据物质的吸附性差别进行分离 4.根据物质分子大小差异进行分离 5.根据物质解离程度不同进行分离 （二）分离 提取分离方法 （二）分离与精制 提取分离方法 1.根据物质溶解度差别进行分离 v原理 v方法 a 温度不同，溶解度不同-结晶及重结晶 b 改变溶液的极性去杂 c 酸碱法 d 沉淀法 （二）分离与精制 提取分离方法 b 改变溶液的极性去杂 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； 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-丙酮法使苷类成分分离出，而脂溶性 树脂等杂质则存留在母液中。 c 酸碱法 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 酸提碱沉法 碱提酸沉法 有些化学成分能和某些试剂生成沉淀，或加入 某些试剂能改变某些成分在溶液中的溶解度而 自溶液中析出。 铅盐沉淀法 专一试剂沉淀法 盐析法 （二）分离与精制 提取分离方法 d 沉淀法 水提取液 或稀醇提取液 中性醋酸铅铅沉淀物 碱式醋酸铅沉淀物 溶液 硫化氢脱铅 （二）分离与精制 提取分离方法 2.根据物质在两相溶剂中的分配比不同进行 a. 液-液萃取法 b. 反流分布法 ? c. 液滴逆流色谱法 d. 高速逆流色谱法 e. GC法(Gas chromatography) f. LC法(Liquid chromatography) 3、根据物质的吸附性差别进行分离 （二）分离与精制 提取分离方法 a 极性吸附剂（如SiO2,Al2O3.)极性强，吸附力大 非极性吸附剂 (如活性炭对非极性化合物的吸附力 强(洗脱时洗脱力随洗脱剂的极性降低而增大) 。 b 化合物的极性大小依化合物官能团的极性大小而定; C 溶剂的极性大小可按其介电常数()大小排列 4、根据物质分子大小差别进行分离 常用方法 透析法 凝胶过滤法 超滤法 超速离心法 膜分离法 （二）分离与精制 提取分离方法 分子筛色谱 (molecular sieve filtration chromatography) 排阻色谱 (exclusion chromatography) 凝胶过滤色谱 (gel filtration chromatography) （二）分离与精制 提取分离方法 v 5、根据物质解离度差异进行分离 电泳技术 (electrophoretic method) 离子交换色谱 (ion-exchange chromatography) 见33-34页 离子交换色谱应用： 用于不同电荷离子的分离，如水提取物中的酸性 、碱性、两性化合物的分离。 用于相同电荷离子的分离，如同为生物碱，但碱 性强弱不同，仍可用离子交换树脂分离。 色谱法（Chromatography） 方法：TLC、柱色谱、纸色谱 原理：吸附色谱、分配色谱、凝胶过滤色谱 、离子交换色谱。 （二）分离与精制 提取分离方法 色谱法又称层析法，是物理化学分离分析方法，利用混 合物中各组分物理化学性质的差异，使各组分不同程度 地分布在两相中，其中一相是固定相，另一相是流动相 ，由于各个组分受固定相所产生的阻力和受流动相作用 所产生的推动力不同，从而产生差速迁移而达到分离的 目的； 正相色谱：流动相的极性小于固定相 反相色谱：流动相的极性大于于固定相 吸附色谱：硅胶、氧化铝、活性碳 分配层析：纸层析 气相色谱 手性色谱 高效液相色谱（HPLC） 色谱法 凝胶色谱：葡聚糖凝胶 a b Rf= a b 原点 起始线 1 2 3 4 ab 溶剂前沿 （二）分离与精制 提取分离方法 1、TLC 基本操作： 1薄层板制备:干法/湿法 2点样 3展开 4定位 5计算Rf值 紫外灯下观察 喷雾显色 （二）分离与精制 提取分离方法 柱色谱 基本操作： 1色谱柱制备 (干法 , 湿法) 2上样 (干法 , 湿法) 3洗脱 核磁共振谱(Nuclear Magnetic Resonance, NMR) 1945年，F. Bloch和E. M. Purcell 几乎同时发现了 核磁共振现象，获得1952年诺贝尔物理奖 核磁共振仪器的发展： 40 60 90 100 300 500 600 750MHz 核磁共振 氢核磁共振（1H-NMR)谱 碳核磁共振（13C-NMR)谱 四、结构研究方法 四种常用的波谱方法：UV，IR，NMR，MS 13C与1H的异核干扰 1HNMR谱中 13C的自然丰度小对1H的偶合干扰极小，为微弱的“卫 星峰，埋在噪音中。只需意1H-1H之间的同核偶合。 13CNMR谱中 1H对13C异核偶合却表现得十分突出。并仍遵守n+1 规律。以直接相连的1H的偶合影响为例， 13C信号 将分别表现为q(CH3)、t(CH2)、d(CH)及s(C)1JCH 约为120250Hz. 两个13C相连的几率只有0.1，故13C-13C间的 同核偶合不予考虑。 13CNMR谱中 实际上，除1JCH外，还可能存在2JCH、 3JCH 远程偶合， 13C信号进一步裂分，变更复杂微细。 常见13C-NMR谱类型及其特征 1)噪声去偶谱(proton noise decoupling spectrum)：也叫全氢去偶(proton complete decoupling )或宽带去偶(Broadband decoupling, BBD)。 即用宽频电磁辐射照射所有1H核使之饱和后 测定13C-NMR谱。1H对13C的偶合影响可全部消 除，所有的13C 信号均为单峰对判断13C信号 的化学位移十分方便。 另外，因照射1H后产生的NOF效应，连有 1H的13C信号强度将会增加，而不连有1H的季 碳信号为较弱的吸收蜂。 四、结构研究方法 即对某个(或某几个)氢核进行选择照 射，以消除其偶合影响。此时与之有偶 合关连13C蜂形发生改变。 2)选择氢核去偶谱及远程选择氢核去偶谱 例：-紫罗兰酮的9-C， (long range selective proton decoupling spectrum，LSPD) (selective proton decoupling spectrum， SPD) 可以推 断分子 中存在 下列片 段： 两组 二重 峰(e) 二 重 峰 (c) 二 重 峰 (f) 9-C仅受 10-CH3 的偶合影 响(b) 3)DEPT(distortionless enhancement by polarization transfer) DEPT即通过改变照射1H核的脉冲宽度 ()或设定不同的弛豫时间(delay time, 2D3)， 使不同类型的13C信号在谱图上呈单峰形式分 别朝上或向下伸出，故灵敏度高，信号重叠 少，已成为13C-NMR的一种常规方法。 (如 图1-35) 四、结构研究方法 -紫罗兰酮的DEPT谱 四、结构研究方法 =45时 季C峰消失， 其它向上 =90时 季C, CH3, CH2峰消失, CH =135时 季C峰消失; CH3, CH CH2 二维核磁共振谱（2D-NMR） 特点： 仪器要求比较高（超导核磁共振仪） 谱图测试价格比较贵； 测试时间长，样品用量较多(需5-20mg) 四、结构研究方法 适用范围：2D-NMR技术使一维核磁共振谱中复杂 和堆积难于分辨的信号得以识别。 常用技术: 1二维J分解谱（2D J-resolved Spectroscopy, 2DJ） 2二维化学位移相关谱（Two-Dimesional Chemical Shift Correlation Spectroscopy） 同核1H- 1H化学位移相关谱( 1H-1H COSY)。可确定 质子的化学位移以及质子之间的偶合关系和连接顺序。 异核13C- 1H化学位移相关谱(13C- 1H COSY)包括: HMQC谱 ( Heteronuclear m