天然产物化学-第一章-bai.ppt

天然药物化学 第一章总论 天然药物化学是运用现代科学理论和方法研究天然药物资源中化学成分的一门学科 主要研究内容为天然药物资源中化学成分的结构及分类物理和化学性质提取分离方法结构测定方法合成途径 生物活性以及天然药物的研究与开发等 中草药在中国 天然药物资源主要是中草药 包括植物 如种子植物人参 大枣 真菌类植物灵芝 并以植物来源为主 动物 如地龙 蚯蚓 牛黄等矿物 如石膏等 一 天然药物资源 目前已鉴定的中药有8千多种 少数民族用药 如藏药 傣药 壮药 苗药 朝药等达3千余种 还有其他民间用草药 已进入科学记载的中国植物达42200种 这些都是我国的宝贵财富 我国著名的早期药书 神农本草经 出版于公元前一世纪西汉末年 后又经唐 宋 元 明 清中各代药学家的完善形成了浩瀚的文献资料 明代李时珍的 本草纲目 1590 1596年 是最重要的 堪称药学巨著 现已译成英 日 德 法等多种语言文字 成为世界性的重要药学文献之一 多数中药具有疗效显著 毒性低等特点 中医药正在走向世界 显示了其强大的生命力 海洋生物 海洋中有50多万种动物 1万多种植物 如海绵 藻类 珊瑚等 植物 昆布 海带 动物 如珍珠 海马 微生物经过发酵 分离和纯化而得到代谢产物 由微生物产生而且能抵抗其他微生物的物质 抗生素等 生物技术产物生物技术在扩大药用资源方面的应用主要有 1 小植物的大规模培养 建立珍稀濒危植物的快速繁殖 主要是通过植物器官胚等形成植株 2 悬浮培养细胞 以产生大量次生代谢产物 3 由农杆菌感染的植物组织形成的毛状根等是继培养细胞系统之后又是一重要培养系统 目前已有人参 青蒿 丹参等近50种植物建立了毛状根培养系统 4 生物转化 经动物体内代谢或组合生物催化合成结构独特化合物 以进行活性成分筛选研究 总结 天然药物资源 中草药陆地植物 动物 矿物海洋生物微生物生物技术产物 二 化学成分 天然药物资源中所含化学成分复杂 其主要是 一 脂类 lipids 1 油脂为混合物 甘油脂肪酸酯等2 腊脂肪酸和脂肪醇生成的固体酯类3 甾醇类如 谷甾醇4 磷脂中草药成分化学林启寿1977 P39 薏苡仁酯 脂类易溶于石油醚等亲酯性溶剂 难溶于水 薏苡仁酯薏苡仁酯 coixenolide 是从禾本科植物薏米仁 CoixLachryma jobi 得到的油 用艾氏腹水癌小鼠模型测试 确定其为有效成分 CH3 CH O CO CH2 9 CH CH CH2 5 CH3CH3 CH O CO CH2 7 CH CH CH2 5 CH3 二 萜类 terpenesorterpenoids 按照 实验的异戊二烯法则 认为萜类是由异戊二烯聚合而成的化合物 有单萜 多萜 是天然界最多的一类化合物 已有2万多个化合物结构被确定 穿心莲内酯 抗炎 二萜 C20 薄荷醇为薄荷挥发油的主要成分 具有镇痛和止痒作用 薄荷醇 萜和挥发油为亲脂性化合物 易溶于石油醚 乙醚等溶剂 难溶于水 挥发油 单萜 倍半萜 三 生物碱 alkaloids 来源于生物的一类含氮的化合物 多数化合物N在环内 与酸可成盐 奎宁 游离碱难溶于水 可溶于氯仿等有机溶剂 生物碱盐易溶于水 难溶于亲脂性有机溶剂 四 苷类 glycosides 苷 配糖体 甙 非糖类化合物与糖通过苷键 缩醛键 结合生成的一类化合物叫苷 苷遇酸和酶可水解为苷元和糖 苷 极性大 易溶于热水 醇 苷元 极性小 难溶于水 野樱苷 次级苷 酶 或H 苦杏仁苷 原生苷 酶或H HCN 苷元 aglycone 五 鞣质 tannins 复杂的多元酚类化合物 因其可鞣皮故称为鞣质 分为三类 1 可水解鞣质糖 或多元醇 和酚类以酯键或苷键结合 在酸 碱或酶作用下可被水解 常见的酚类如下 可水解鞣质 地榆鞣质H 5 2 缩合鞣质 多聚体 不能被水解 遇酸等可缩合成鞣酐 黄烷醇类为该种鞣质前体 如 儿茶酚3 新型鞣质 鞣质易溶于水 醇 丙酮 乙酸乙酯等 缩合鞣质 天然药物化学 3 姚新生2001 P241 一 脂类 lipids 六 糖 二 萜类 terpenoids 七 氨基酸 蛋白质 三 生物碱 alkaloids 八 有机酸 四 苷类 glycosides 九 无机成分 五 鞣质 tannins 生物合成途径 物理和化学性质 各章论述 总结 化学成分 三 提取分离 一 提取 extract 1 升华法 如咖啡因 2 水蒸汽蒸馏法 挥发油3 溶剂法4 超临界流体萃取法 2 水蒸汽蒸馏装置 3 溶剂法 1 常用溶剂 石油醚 苯 乙醚 氯仿 乙酸乙酯 正丁醇 丙酮 乙醇 甲醇 水petroleumether C6H6 Et2O CHCl3 EtOAc n BuOH Me2CO EtOH MeOH H2O极性 亲酯性 亲水性 2 溶剂的选择 石油醚 脱脂 苯 乙醚 氯仿 乙酸乙酯 甾类 萜和挥发油 生物碱 各种苷元 正丁醇 苷 乙醇 甲醇 蛋白 多糖以外的各类成分 水 苷 生物碱盐 鞣质 氨基酸 蛋白 糖 a 煎煮b 回流c 连续提取 索氏提取 Soxhlet sextraction d 浸渍法e 渗漉法f 超声法 ultrasonicextration 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 4 回收溶剂方法 3 提取操作方法 回流 连续提取 沙氏提取 索氏提取 Soxhlet sxtractor 连续提取 沙氏提取 索氏提取 粉碎好的药材放入提取用的容器中 加入溶剂使没过药面 浸泡12小时 滤出溶剂 加入新的溶剂继续提取 加入溶剂浸泡 12小时后 浸渍法 渗漉法 渗漉法 旋转蒸发 旋转蒸发 薄膜蒸发 4 超临界流体萃取法 主要用于亲脂性 小分子 低沸点成分的提取 如挥发油 超临界流体 在临界温度和临界压力时 如水 374 4 22 2MPa 主要特性 密度和其液体相似 但具有气体的扩散性性能 二氧化碳为应用最广泛的流体 新型溶剂 李卫民 中药现代化与超临界流体萃取技术 中国医药科技出版社 2002年 二 分离 isolation separation 1 溶剂法 溶解或两相溶剂萃取2 酸碱法 生物碱 有机酸 3 沉淀法 a H2O 醇 多糖 蛋白质b 皂苷 醇溶液 Et2OorEtOAcorMe2COc 调pH 生物碱 有机酸 氨基酸d 醋酸铅沉淀e 鞣质 加生物碱 明胶 二 分离 isolation separation 4 盐析法 黄连素5 制备衍生物法 生物碱 盐 皂苷 次级苷 乙酰化物等 6 透析法 蛋白及多糖纯化7 超滤法 ultrafitration 8 吸附法9 色谱法 吸附法 常用吸附剂 活性碳 硅藻土 硅胶 氧化铝 聚酰胺 大孔吸附树脂 macroporousabsorptionresin 除去叶绿素 大孔树脂RA 用EtOH洗脱 先洗出其他成分 叶绿素被吸附 皂苷纯化 大孔树脂D101 HP 20 NKA 先用水洗除糖等 再用稀EtOH洗下皂苷 总结 提取方法1 升华法 如咖啡因 2 水蒸汽蒸馏法 挥发油3 溶剂法索氏提取4 超临界流体萃取法 分离方法1 溶剂法2 酸碱法3 沉淀法4 盐析法5 制备衍生物法6 透析法7 超滤法8 吸附法9 色谱法 三 色谱法 方法 薄层色谱 TLC 柱色谱 CC 纸色谱 PC 原理 吸附色谱分配色谱凝胶过滤色谱离子交换色谱 方法 TLC 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 展开 TLC展开 Rf 原点起始线 溶剂前沿 1 基本操作 4 定位紫外灯下观察喷雾显色5 计算Rf值 TLC 紫外下观察荧色空白黄连复方 n 3 标准品 TLC定位 显色 空白三七复方 纸色谱 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 原理 根据色谱机理不同分类 主要有4类 1 吸附色谱 adsorptionchromatogramphy 用吸附剂对混合物中各成分的吸附性能不同 使各成分得到分离 常用吸附剂 硅胶 氧化铝 聚酰胺硅胶 氧化铝 均为极性吸附剂 主要用于分离亲脂性成分 聚酰胺 氢键吸附剂 主要用于分离酚和有机酸 硅胶TLC 展开剂 如CHCl3 MeOH 95 5Rf值 菠菜提取物 a b 化合物a b的极性 硅胶 极性吸附剂 硅胶色谱 硅胶色谱 影响Rf值的主要因素1 吸附剂2 展开剂 CHCl3 MeOH 9 1or8 2 3 化合物结构烷烃 烯烃 醚 酯 酮 醛 胺 醇 酚 酸 极性增加顺序 极性还和分子大小有关 野樱苷 次级苷 苦杏仁苷 原生苷 苷元 aglycone 比较苦杏仁苷 野樱苷和苷元的洗脱顺序 聚酰胺色谱 6 胺基己酸聚合物 主要用于分离酚类化合物 酚 OH越多吸附力越强 Rf值越小 共轭双键越多Rf值越小 酚 OH有内氢键时吸附减弱 Rf值变大 苷 酚 OH相同 糖越多Rf值越大 聚酰胺TLCRf 5 4 3 2 1 2 分配色谱 partitionchromatogramphy 利用混合物中各成分在固定相和移动相中的分配系数不同而得到分离 有正相和反相分配两种 主要用于分离亲水性成分 1 正相分配色谱支持剂 硅胶 溶剂系统 水饱和的正丁醇 水为固定相 正丁醇为移动相 CHCl3 MeOH H2O 6 4 1 A 比较苦杏仁苷和野樱苷的洗脱顺序 B 比较1和2Rf值 12 2 反相分配色谱反相硅胶 在硅胶表面键合长度不同的烷基 R 形成亲油表面而成 SiOH X Si R Si O Si R HXRP 2 RP 8 RP 18 烷基长度为乙基 辛基 十八烷基 溶剂 H2O MeOH H2O CH3CN比较苦杏仁苷和野樱苷的洗脱顺序 Rf值 3 液滴逆流色谱 DCCC 高速逆流色谱 HSCCC 3 凝胶过滤色谱根据混合物中各成分分子大小不同得到分离的过程 大分子先被洗脱 SephadexG 糖 蛋白 苷多糖 低聚糖 氨基酸洗脱顺序 SephadexLH 20 苷 苷元 G 25经羟丙基化处理得到 OH OCH2CH2CH2OH苷 苷元洗脱顺序 还和化合物中酚羟基数目有关 酚 OH越多 越后被洗脱 4 离子交换色谱利用混合物中各成分与离子交换树脂结合力不同而得到分离的色谱 分离生物碱 有机酸 氨基酸 糖类 阳离子交换树脂 苯乙烯型树脂 磺酸型 R SO3H NH Cl HCl RSO3HN RSO3HN NaOHRSO3Na N H2O 一 吸附色谱硅胶 氧化铝 聚酰胺二 分配色谱正相 反相三 凝胶色谱SephadexG SephadexLH 20四 离子交换色谱阳离子交换树脂 阴离子交换树脂原理 溶剂系统 适合分离的化合物 洗脱顺序 小结 色谱条件选择 TLCRf 0 2 0 8结构鉴定 选择CC条件 分离CC分离化合物正相硅胶CC 干柱 选TLC条件湿柱 选TLCRf 0 3条件反相硅胶CC 选TLCRf 0 4条件萜苷生物硷酚类多糖 一 纯度检查纯度的方法 晶形 熔点 TLC HPLC 二 程序 化合物结构类型 取代基 分子式 结构式 三 方法 化学方法 波谱方法 UV IR MS NMR 四 结构鉴定 化合物结构类型 生源 文献 物理和化学性质 颜色 化学方法波谱方法 波谱特征 分子式 元素分析 高分辨质谱 HRMS IR UV MS IR 确定取代基 OH C O UV 共轭双键多化合物 黄酮 MS 分子式 分子量 结构信息 EI MS 分子量 极性小 可挥发性化合物FD MS FAB MS ESI MS TOF MS 极性大化合物 苷等 p40 DEPT 碳分类 C CH CH2 CH3 1D NMR 1HNMR 13CNMR NOE DEPT CH2 DEPT 碳分类 C CH CH2 CH3 CH3 CH2 CH CH3 CH2OH C CH CH2OH 2DNMR 1H1H COSY 1971年比利时Jeaner提出 1976年Enrst使之变为现实 现有100多种2D技术 2DNMR HSQC确定碳上连接的氢 2DNMR HMQC 确定碳上连接的氢 CH3 CH2OH C CH CH2OH 2DNMR HMBC 远程CH COSY glc1 H 4 C 2DNMR NOESY 氢和氢的空间关系 3 OCH3 C d dd 其他方法 CDORDX 结晶衍射确定构型 NOESY也用于确定构型 天然药物是药物的重要组成部分 在现代药物研究中 几乎每次具有轰动效应的药物的出现都伴随着一种或一类新型天然产物的发现 许多已用于临床的天然产物和将要用的天然药物的相关研究仍然十分活跃 五 活性及新药研究 鸦片中镇痛活性成分的研究发现了吗啡 生物碱 青霉菌中抗菌活性成分的研究得到了青霉素 对牛胰腺分泌物中化学成分的研究获得了胰岛素 疟疾的特效药奎宁最早来源于金鸡纳树皮 其原产于厄瓜多尔 据说有一个印第安人患有严重的疟疾 口渴难忍 便在一池塘边喝了许多水 后感觉病情得到好转 他发现池塘中有金鸡纳树倒在其中 接着印第安人用该树皮治疗疟疾 1826年法国药师从此树皮中提取分离得到奎宁 于是奎宁被全世界采用治疗疟疾至今 青蒿治疗疟疾已有一千多年的历