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天然药物化学NATURALMEDICINALCHEMISTRY 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 第一章总论 第一节绪论天然药物化学的内涵天然药化的研究对象及其任务天然药化发展简史天然药化研究发展趋势 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 ChenmistryofChineseTraditionalMedicineandHerbalDrugs 中药化学 ChemistryofChineseTraditionalMedicine 植物化学 Phytochemistry 一次代谢产物 植物营养物质 植物生物化学二次代谢产物 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 生药学 药用植物学有机化学 无机化学 物理化学分析化学 有机及分析 有机波谱分析药理学药剂学等 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 YellowRiver 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20世纪20年代 点燃了天然药物化学的星星之火 20世纪40年代 做了大量而艰苦的工作 但少有突破 20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 天然药物化学 学习重点 选 第二节生物合成 Biosynthesis 生物合成假说植物代谢及其代谢产物植物亲缘相关性学说与植物化学分类学生物合成途径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 primarymetabolites 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 secondarymetabolites 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 三羧酸循环 TCA 丁酮二酸 酮戊二酸丁二酸 鞣酸类 CO2H2O 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 二次代谢产物 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 malonatepathway 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 malonatepathway 合成成分类别 酚类 蒽酮 蒽醌类 甲戊二羟酸途径 mevalonicacidpathway 合成成分类别 萜类 甾体类 桂皮酸 莽草酸途径 cinnamicacid shikimicacidpathway 合成成分类别 木脂素类 黄酮类 氨基酸途径 aminoacid shikimicacidpathway 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MethodsofExtractionandIsolation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 二 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 二 天然药物化学成分的提取 一 常用提取方法溶剂法蒸馏法升华法压榨法 常用溶剂的性质常用溶剂极性大小顺序天然药物各类成分的极性与溶剂的关系选择溶剂注意点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原理方法 二 根据物质分配系数的不同进行分离 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 方法 Countercurrentdistribution CCDPPC与液 液萃取LLPCC 液 液分配柱色谱 NormalphasepartitionchromatographyReversephasepartitionchromatographyDropletCountercurrentChromatographyHighSpeedCountercurrentChromatography 三 根据物质吸附能力差异进行分离 吸附层析的种类 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 Physicaladsorption 化学吸附 Chemicaladsorption 半化学吸附 Semi chemicaladsorption 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 化学吸附基本特点基本原理适用范围注意事项 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 常用方法透析法 dialysis 凝胶过滤法 gelfiltration 超滤法 ultrafiltration 超速离心法 ultracentrifugation 膜分离法 membraneseparation 分离原理应用范围 凝胶层析利用分子筛的原理分离物质分子筛层析 molecularsievefiltrationchromatography 排阻层析 exclusionchromatography 凝胶过滤层析 gelfiltrationchromatography 常用凝胶的种类及性质葡聚糖凝胶 SephadexG 系列 G 10 15 20 25 50 75 100 200 SephadexG系列只适于在水中应用 羟丙基葡聚糖凝胶 SephadexLH 系列 LH 20 SephadexLH 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 常用方法电泳技术 electrophoreticmethod 离子交换法 ion exchangechromatography 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IdentificationMethodsofStructures 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 PEAKI BASEMASSDIFFCHNO3860 51 341 2293 3 51933053881 41 348 2268 5 9243011 3 22132043890 68 349 22883 62031143901 10 350 23855 42032143920 60 366 2378 2 8213405 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 PEAKI BASEMASSDIFFCHNO3860 51 341 2293 3 51933053881 41 348 2268 5 9243011 3 22132043890 68 349 22883 62031143901 10 350 23855 42032143920 60 366 2378 2 8213405 1H NMR 13C NMR 六 不饱和度的计算 2 2 1如C30H48O3 30 48 2 0 2 1 7 七 分子骨架的测定 亲缘相关性 专属显色反应 波谱特征 部分合成 化学降解 八 功能团的判断 化学法 光谱法 九 光谱分析 UV C O 苯环 苷键 甲基 IR 1H NMR 1H HCOSY H 1 13C NMR DEPT C O C O C H 13C HCOSY CH2 CH2 CH2 MS100218A amyrinC30H50O 4265042620318920823195135175698110912214716125727241106080100120140160180200220240260280300320340360380400420440 RDA 1003311241 M Na HOAC 5331309 M K H2O 509571289