绪论天然药物化学课件

第一章 总论 n第一节 绪论 一、概述 、学科性质 天然药物化学定义 天然药物 中药 草药 传统药物 民族药 海洋药物 、天然药物化学学习和研究内容 ： 天然药物化学主要研究天然药物中 的化学成分和有效成分的化学结构、物 理化学性质、提取、分离、检识和结构 鉴定方法。其次是生物合成途径和必要 的化学结构的修饰或改造，以及构效关 系等。 、关于天然药物化学成分的复杂 性 天然药物中的化学成分是十分复杂 的。某一种天然药物可能含有几种类型 的成分，而每一个类型又可能含有少则 几种、多则十几种、几十种化学成分。 n由于生源途径的关系，一种天然药物中 往往存在母核相同、取代基不同的同一类型成 分，也有不同类型的成分，例如，人参中含有 20余种三萜皂苷类成分，它们都有相同或类似 的母体，同时人参中又有黄酮类、多糖及挥发 油等类成分。 n 举例：大黄中的5种蒽醌苷元成分： n n 苷元名称 R1 R2 n 大黄酸 -COOH H n 大黄素 -CH3 -OH n 芦荟大黄素 -CH2OH H n 大黄素甲醚 -CH3 - OCH3 n 大黄酚 -CH3 H 、相关概念 （1）单体： 即化合物,指具有一定分子 量、分子式、理化常数和确定的化学结构式的 化学物质 。 （2）有效成分:具有生物活性且能起到防 治疾病作用的化学成分。 （3）无效成分：没有生物活性和防病治 病作用的化学成分。 （4）有效部位：在中药化学中， 常将含有一种主要有效成分或一组结构 相近的有效成分的提取分离部分，称为 有效部位。如人参总皂苷、苦参总生物 碱、银杏总黄酮等。 （5）有效部位群：含有两类或两 类以上有效部位的中药提取或分离部分 。 三、学习天然药化的目的和意义 1、去粗取精，增强疗效 2、控制质量，保证疗效 3、改进剂型，合理炮制采集 4、探索中药治病原理，追踪有效成 分 5、改进结构，化学合成，创制新药 第二节 生物合成 Biosynthesis 一、一次代谢及二次代谢 一次代谢过程：对维持植物生命活 动来说是不可缺少的过程，且几乎存在 于所有的绿色植物中。 一次代谢产物：糖、蛋白质、脂质 、核酸等这些对植物机体生命活动来说 不可缺少的物质。 二次代谢过程：并非在所有的植物 中都能发生，对维持植物生命活动来说 又不起重要作用的过程。 二次代谢产物： 二、生物合成假说 三、主要的生物合成途径 （一）醋酸 丙二酸途径 （AAMA 途径） （二）甲戊二羟酸途径（mevalonic acid pathway） （三） 桂皮酸及莽草酸途径 （ cinnamic acid pathway） （四） 氨基酸途径（amino acid pathway） （五） 复合途径 n第三节 提 取 分 离 方 法 n一、天然药物有效成分的提取 n溶剂法、水蒸气蒸馏法、升华 n(一) 溶剂法 n1、原理 n2、溶剂选择:相似相溶 n 三原则 n 溶剂选择的三原则 （1）对有效成份溶解 度大，对杂质溶解度小。 （2）不与成份起化学 反应。 （3）要经济，易得， 使用安全。 相似相溶 n分子极性 n溶剂极性 n规律 n极性溶剂（如水）易溶解极性物质 n非极性溶剂（如苯、汽油、四氯化碳 、酒精等）能溶解非极性物质 n含有相同官能团的物质互溶，如水中 含羟基（OH）能溶解含有羟基的醇、 酚、羧酸。 n 溶剂的极性 n水 n极性溶剂：甲醇、乙醇、丁醇 n中等极性溶剂：丙酮、乙酸乙酯 n弱极性溶剂：乙醚、氯仿、二氯甲烷、苯 n非极性溶剂：四氯化碳、二硫化碳、石油 醚、环已烷 n n常见的微溶于水的物质有：苯酚 C6H5 OH、苯胺 C6H5NH2、苯甲酸 C6H5COOH 、正戊醇 CH3CH2CH2CH2CH2OH（上述物质 的结构简式中“”左边的为憎水基团，右边的为 亲水基团）；乙酸乙酯 CH3COOCH2CH3（其中 CH3和CH2CH3为憎水基团，COO为亲 水基团）。 n卤代烃 R-X、硝基化合物R-NO2 ，由于其 中的烃基R、卤原子X和硝基NO2均为憎 水基团，故均难溶于水。 溶剂剂提取范围 n 亲水性化合物，极性基团多（OH，COOH ） n 亲脂性化合物，极性基团少（烃类） n 如：糖；多OH，易溶于水， n 淀粉；也有许多OH，理论上溶于水， 但实际上，不完全如此，因为分子量大，水 化现象，难溶解。（是分子的溶剂化过程） 。 n 苷，苷元部分极性小，难溶于水，苷中 糖部分多OH，易溶。 n 生物碱：游离碱水溶液性一般较小，易 溶于有机溶剂，但成盐后则易溶于水。 常用提取溶剂性能特点 提取溶剂 性能特点 适宜提取成分 提取方法 强极性溶剂 溶解范围广 生物碱盐 穿透能力强 苷类 水 易得、安全 糅质 煎煮法 糖类 渗漉法 有些脂溶性成分溶解不完全 氨基酸 有些苷类成分的酶解 蛋白质 水提液易发霉、变质 水溶性杂质多，过滤困难 沸点高，浓缩困难 亲水性有机溶剂 （和水可任意混溶） 除去多糖、 溶解范围广（不同浓度乙醇） 蛋白质外 渗滤 法（稀醇） 水溶性杂质溶出少 的大多数 浸渍法 乙醇 可抑制酶的活性 化学成分 回流法 提取液不易发霉、变质 均可 连续回 流法 大部分可回收利用 但有挥发性、易燃烧 甲醇 溶解特点与乙醇相似，但有毒 丙酮 溶解性能同乙醇，但沸点低、易挥发，作为提取溶 剂不常用； 但对色素溶解性能好，在分离、精制时常用。 亲脂性有机溶剂 对化合物溶解选择性较强， 水溶性杂质少、易纯化 ， 游离生物碱 回流法 挥发性大、易燃烧、有毒 ， 苷元 连续回流法 价格昂贵，对提取设备要求高， 某些苷类 穿透力较弱，提取时间长， 作为提取溶剂不常用。 乙醚 bp. 35，极易燃 氯仿 bp. 61、d 1. 480，不易燃，毒性大 对生物碱 溶解性好 苯 bp. 80.1，毒性大 石油醚 沸程 3060、6090、90120 脱脂、 脱色常用 于甲醇、乙醇不能任意混溶 n常用提取方法：浸渍、渗漉、煎煮、 回流、连续回流、索氏、超临界、超声 n注意事项：水的霉变 n 含淀粉多的药材 n 对温度敏感成分 n 挥发性成分 n n(二) 水蒸气蒸馏法 n(三) 升华法 n二、天然药物有效成分的分离与 精制 n1、根据物质溶解度差别进行分离 n(1)、温度 n(2)、改变溶剂极性：水提醇沉、 醇提 n 水沉、醇/ 丙酮 n(3)、利用酸碱官能团：碱溶酸沉 、酸 n 溶碱沉 n(4)、结晶、重结晶法 n(5)、金属盐沉淀法：铅盐 2、根据物质在两相溶剂中的分配系数不同进行分 离 (1)、液液萃取与分配系数 K值 (2)、分离难易与分离因子 (3)、分配比与PH对酸碱两性化合物的影 响（以酸性成分为例）（P22分离） (4)、逆流分溶法 （CCD ） (5)、液液萃取与PC (6)、液液分配柱色谱：正相与反相 高压（效）、中压、低压 (7)、Labor柱 (8)、液滴逆流色谱（DCCC）及高速逆流 色谱（HSCCC） 高效液相层折：20大气压， 用于分析，制备。 Lobar低压柱层析：小于5个 大气（CPLC）。 中压柱层析：520个大气压 。 快速层析；2个大气压。 第一次溶剂如入萃取后，进入第二号 第二号溶剂萃取一号后，浓度较低，再 进入第二号中.提高浓度，最后达到分离 。 （强心苷提取） n3、根据物质的吸附性差别进行 分离 物理吸附（表面吸附） 无选择性、吸附可逆、 可快速进行，应用较多 硅胶 极性吸附剂 氧化铝 极性吸附剂 吸附性差别 活性炭 非极性吸附剂 化学吸附 有选择性、吸附牢固或不可逆、 洗脱难， 应用较少 碱性氧化铝对酚酸类（黄酮、蒽醌）的吸附 酸性硅胶对生物碱的吸附 半化学吸附 吸附力介于上述二者之间、力 量较弱 聚酰胺 （氢键吸附） 大孔吸附树脂 吸附原理（范德华引力或产生氢键） 分子筛原理（本身多孔性结构的性质决定的 ） 吸附性差别 n(1)、吸附色谱 nA、吸附规律及极性强弱的判 断 a.吸附力与物质结构的关系， CH2CHCH=CHOCH3 COOCH3=COCHOSHNH2OHCOOH 极性增强 被分离物质的极性基团越多，吸附能 力越强。 b.双键，共轭双键越多，吸附力越强。 c.分子内部状态，取代基的位置，空间结 构，如： n 常用吸附色谱分离方法介绍 ： 吸附剂 分离原理 吸附规律 应 用 硅胶 吸附原理 弱酸性、极性吸附剂 广泛（酸 、碱及 化合物极性越大、 中性成分 均可） 吸附能力强（难洗脱） 溶剂极性越小，吸附力越强 氧化铝 吸附原理 碱性、极性吸附剂 碱性 、中性成分 吸附规律同上 （酸性成分 与铝络合） 活性炭 吸附原理 非极性吸附剂 从稀水溶液中富 集微量物质 吸附规律与上相反 脱色（脂 溶性色素） (2)、聚酰胺色谱 氢键吸附 酚类、COOH、烯醇 特点： 吸附容量大，范围广，凡能与=C=O ，NH形成氢键的成份都可用于分离， 一般说，吸附能力与形成氢键有如下关系 ： A、形成氢键的基团越多，吸附力越 强。 B.与形成氢键的基团的位置有关 ： 原因是分于内形成氢键，减弱了对聚 酰胺的吸附，故易于洗脱。 C、芳香化程度越高，吸附力越 强（共轭程度）。 不同溶剂对聚酰胺层析中洗脱能力如下： 水甲醇乙醇丙酮稀碱二甲基甲酰 胺尿素水溶液 洗脱力增强 吸附力增强 （3）、大孔吸附树脂色谱 吸附原理 非极性化合物易被非极性树脂吸附 糖与苷的分 离 分子筛原理 溶剂中溶解度增大，吸附力下降 （ 从水提液 富集苷类） 非极性树脂，极性小的溶剂洗脱力 强 生物 碱的精制 透析法 (半透膜膜孔的 分子筛作用) 凝胶色谱 (三维网状 结构的分子筛作用) 膜分离 (分子大小不同引 起的扩散速度的差别) 超速离心法 (溶质在超速 离心作用下沉降性的差别) 蛋白质的脱盐精制 蛋白、多糖的分离及 小分子化合物的分离 大分子化合物精制分离 同上 4、根据物质分子量大小差别进行分离 凝胶色谱 利用分子大小不同，象过筛一样，将 大小不同的分子分开，故称分子筛，该法 所用的载体种类较多，常用的有葡聚糖凝 胶（Sephadex G）及羟丙基葡聚糖凝胶（ Sephadex LH20）。 n5、根据物质解离程度不同进 行分离 n 离子交换树脂 n 氨基酸、生物碱、有机酸 的分离 阳离子交换树脂 阴离子交换树脂 离解程度不同 树脂类型 原 理 应 用 阳离子交换树脂 离子交换 从酸水溶液中吸附碱性成分（ 生物碱） 强酸性（R-SO3-H+） （阳离子） （除去酸性、中性成分） 弱酸性（-COO-H+） 阴离子交换树脂 离子交换 从碱水溶液中吸附酸性成分（ 有机酸） 强碱性（RN+(CH3)3CI-） （阴离子） （除去碱性、中性成分 ） 弱碱性 (伯、仲、叔胺) 6、其他 n(1)、冷冻干燥 n(2)、分子蒸馏 第四节 结构研究法 一、化合物纯度的判定方法 n1结晶均匀、一致。 n2熔点明确、敏锐（0.51.0） n3TLC (PPC):三种以上不同展开剂 展开，均呈现单一斑点。 n4HPLC、GC也可以用于化合物纯 度的判断。 n二、结构研究的主要程序 n三、结构研究中采用的主 要方法 UV IR MS NMR n 2D-NMR CD ORD （一）、确定分子式、计算不饱和 度 （二）、质谱 EI-MS 电子轰击质谱 ESI-MS 电喷雾电离质谱 FAB-MS 快速原子轰击电离 质谱 FD-MS 场解析电离质谱 （二）、红外光谱（IR） 分子振动能级谱 l33003000 弱吸收 烯氢、芳氢、C=N 强吸收O-H、N-H l30002700 饱和C-H l24002100 不饱和三键 l19001650 C=O及其衍生物 l16801500 C=C及芳香核骨架震动、 C=N等 l15001300 饱和C-H面内弯曲振动 l1000650 不饱和C-H面外弯曲振动 （三）、紫外可见吸收光谱 (UV) 电子跃迁而产生的电子能级谱 解决不饱和共轭体系化合物的问题 近UV200400 nm 远UV 炔氢 烷氢 nB 偶合常数J (coupling constant) 偕 偶 J=16Hz左右 邻 偶 J=68Hz 远程偶合 J=13Hz 芳环 J邻610Hz J间 03Hz J对01Hz 双键 J顺711 Hz J反1218 Hz 环己烷 Jaa 1013Hz ( =180 O ) Jae 25Hz ( =60 O ) Jee 25Hz ( =60 O ) nC 积分曲线 也称积分面积，与分子中的总 质子数相 当。 2、碳核磁共振光谱(CMR) nA 化学位移 a范围为1250ppm，分辨率高 b.影响化学位移的因素 C杂化方式(sp3、sp2、sp) 一般 sp2 sp sp3 C、基本图谱 I.一维图谱 a. 噪音去偶谱:也叫全氢去偶(COM)或 宽带去偶， BBD） b.选择氢核去偶谱（selective proton decoupling spectrum，SPD) nc. NOE效应 选择的照射一种质子使其饱和 ，则与该质子在立体空间位置上接近的另 一个或数个质子信号强度增高的效应称为 核Overhauser效应，简称NOE。 是确定分子中某些基团的位置，立 体构型和优势构象的重要手段之一。 nd. DEPT: 系通过改变1H 核的脉冲宽 度（）或设定不同的弛豫时间，使不同 类型的13C 信号在图谱上呈单峰形式分别 朝上或向下伸出。 = 135 时 季C信号消失 CH3, CH CH2 = 90 时 季C信号消失 CH3 , CH2信号消失 CH = 45 时 季C信号消失，其它 都向上 II.二维图谱(2D-NMR) na. 1H -1H