药学导论-天然药化

天然药物化学 （ Chemistry of Natural Medicines ）,药学教研室 教师：李飞飞,性质与任务,1,天然药化的作用,2,天然药化的药效物质基础,3,天然药化成分提取分离,4,5,天然药化成分结构鉴定,天然药化的发展,6,Contents,天然药化的性质,1、概念：是应用现代科学理论与方法研究天然药物中的化学成分的学科. 2、性质：从分子水平研究天然药物的药效物质基础及防治疾病规律综合性学科。药学二级学科药物化学下设置的三级学科.药学类专业规定设置的一门主要专业课程.,二、天然药物的主要来源1、来源于植物的药物 植物举例,人 参,枸 杞,灵 芝,（1）中药：中医理论指导下的用药 明代本草纲目1892种 清代赵学敏本草纲目拾遗1021种 1994年我国已确认12807种（2）草药：民间用药中疗效较好者（无统计）,2、来源于动物的药物：如地龙（蚯蚓）、牛黄、熊胆、蟾酥、阿胶等。,牛黄: 牛科动物黄牛或水牛的胆囊结石,熊胆 :为熊科动物黑熊或棕熊的胆囊,蟾酥: 中华大蟾蜍的干燥分泌物,阿胶: 驴皮经煎煮浓缩制成的固体胶.,3、来源于矿物质的药物,石膏: CaSO4.2H2O（清热泻火）,芒硝: Na2SO4.10H2O (泻热通便),炉甘石: ZnCO3+ZnO（解毒、收湿与止痒）,朱砂: HgS (安神解毒),4、来源于海洋生物的药物,珍珠: 含碳酸钙的矿物珠粒,海马:头部像马，尾巴像猴，眼睛像变色龙，鼻子，身体像有棱有角的木雕（强身健体、补肾壮阳、舒筋活络等 ）,紫菜: 海中互生藻类的统称,天然药物化学的任务,1.探明天然药物作为药效物质基础有效成分。 例如：中药麻黄草具有平喘、解茎作用的有效成分是左旋麻黄素。 又如：甘草根具有抗炎、抗过敏、治疗胃溃疡等作用的有效成分是甘草酸,2.研究对应中药临床功能主治的主要活性部位与活性成分 目的在于控制质量、开发二类中药乃至一类新药,例如: 鸦片 吗啡 呱替定（度冷丁）,3.研究天然药化成分的类型、理化性质.4.研究天然药物中主要类型化学成分的结构鉴定.5.探讨天然药物有效成分生源途径与生物合成过程,天然药化在发扬祖国医药学中的作用,1、探讨中药防病治病的药效物质基础2、改进传统药物剂型，提高临床疗效3、控制中药材及其制剂的质量4、为中药炮制提供科学依据5、扩大药物新资源,即根据有效成分的结构结合植物亲缘关系开辟药物资源。6、新药创制,* 传统剂型缺点: 给药途径太少 服用剂量较大 临床疗效缓慢 有些剂型使用不便* 现代中药要求： “三效” 高效、速效、长效 “三小” 剂量小、副作用小、毒性小 “五便” 服用方便、携带方便、 生产方便、运输方便、贮藏方便,天然药物的药效物质基础,天然药物中主要的化学成分类型 1、脂类：油脂 蜡 甾醇类 磷脂 2、色素 3、萜类与挥发油 4、生物碱 5、苷类 6、鞣质 7、树脂 8、糖 9、氨基酸、蛋白质和酶 10、有机酸与无机成分等,天然药化成分的提取分离方法,(一)常用提取方法 1.升华法:利用某些具有升华性质的化合物遇热汽化上升，遇冷后又凝固的性质从药材中提取该类成分。 例如：从茶叶中提取咖啡因、从樟木中提取樟脑。,升华装置,2.水蒸汽蒸馏法: 利用某些挥发性成分能随水蒸气蒸发的性质，从药材中提取该类化学成分。,3.溶剂法:利用天然药物化学成分在特定溶剂中的溶解性质，将其从药材中提取出来（多数情况下采用溶剂法）,1、原理：相似者相溶2、常用溶剂：以亲水性增加的顺序排列 环己烷石油醚 苯乙醚 氯仿 乙酸乙酯正丁醇丙酮乙醇甲醇水3、溶剂法分类：（1）煎煮法 （水） （2）浸渍法（浸泡法，水/稀醇，冷提）（3）渗漉法（乙醇，冷提，提取效率高，但溶剂用量大）（4）连续回流提取法（索氏提取，有机溶剂反复利用）（5）超声法（各种溶剂，可加热，但所需温度低）（6） 超临界流体萃取法（7）微波萃取法,中草药有效成分的分离与纯化,有萃取、沉淀、结晶、盐析、膜分离、柱色谱等,一 两相溶剂萃取法 1 原理：利用混合物中各单体组分在两相溶剂中的分配系数（K）不同而达到分离的方法。 溶剂分配法的两相往往是互相饱和的水相与有机相。混合物中各成分在两相中分配系数相差越大，则分离效果越高。,分离与纯化,二 沉淀法 指于天然药物提取液中加入某些试剂或溶剂，使某些成分沉淀而使所要成分与杂质分离的方法。依据加入试剂或溶剂不同，分为下述四个方法。三 盐析法 于天然药物水提取液中加入某些无机盐至一定浓度或达到饱和状态，可使某些成分由于溶解度降低而沉淀析出。常用的无机盐有HCl、Na2SO4等。,分离与纯化,四 结晶法 1 关于结晶和重结晶概念：结晶是指由非结晶状态到形成结晶的操作过程。重结晶指由纯度低结晶处理成纯度高结晶的操作过程。二者从操作角度差别是起始物不同。 2 结晶和重结晶操作： 提取或分离物 溶于选择的溶剂,加热成饱和溶液,过滤 溶液 放置（冷藏）析晶，过滤 粗结晶 重复上述操作（重结晶） 结晶,分离与纯化,五 膜分离法 利用天然或人工合成的高分子膜，以外加压力或化学位差为推动力，对混合物溶液中的化学成分进行分离、分级、提纯和富集。六 色谱分离法 利用混合物中各成分在不同的两相中吸附，分配及亲和力的差异进行的分离。 分离效率高，易获得纯品。,分离与纯化, 色谱法按照原理分类 （1）吸附色谱:如硅胶色谱、聚酰胺色谱等 （2）分配色谱:纸色谱、HPLC （3）凝胶过滤色谱 葡聚糖凝胶 Sephadex G 羟丙基葡聚糖凝胶 Sephadex LH-20 （4）离子交换色谱 阴/阳离子交换树脂,分离与纯化,硅胶吸附柱色谱 氧化铝吸附柱色谱 A吸附剂：3060倍，有时100200倍 B装柱： 径高比（d/h）1:151:20 干法装柱/湿法装柱 C上样： 干法上样/湿法上样 D洗脱： 等度/梯度（洗脱剂极性递增） E托尾：化学吸附：硅胶碱性成分 洗脱剂中加入碱 氧化铝酸性成分 洗脱剂中加入酸 F洗脱系统的选择： TLC Rf=0.20.3,分离与纯化,聚酰胺色谱的应用醌类、黄酮类等酚性的制备和分离。脱鞣处理生物碱、萜类、甾类、糖类、氨基酸等极性与非极性化合物的分离也有用途,分离与纯化,凝胶过滤色谱法分子筛过滤 凝胶三维网状结构的分子筛作用 按分子量由大到小的顺序分离,天然药化成分结构鉴定方法,化合物的纯度测定结构研究的主要程序结构研究中采用的主要方法,结构鉴定方法,纯度检查法：a.均一的晶形（显微镜下观察）b.敏锐的熔点、沸点、折光率、比旋度（纯化合物有明确、敏锐的熔点，且熔距窄）C. TLC、PC、GC、HPLC TLC上只显示一个斑点 HPLC检识为一个对称峰形,结构鉴定方法,结构研究的主要程序1.初步推断化合物类型2.测定分子式，计算不饱和度。3.确定分子式中含有的官能团，或结构片段，或基本骨架。4.推断并确定分子的平面结构5.推断并确定分子的主体结构（构型、构象）,紫外光谱,原理 电子由基态跃迁至激发态（、n） 在紫外可见光区（200700nm）引起的吸收谱图作用 含共轭双键、,-不饱和羰基、芳香化合物的结构鉴定 骨架类型的判断 如：黄酮、香豆素、蒽醌 加诊断试剂前后谱图规律性变化取代图式的推断 如：黄酮、香豆素,红外光谱,原理： 化学键的振动在红外光区（4000625cm-1）引起的吸收谱图作用： 特征频率区（functional group region） 40001500 cm-1确定官能团类型 指纹区（fingerprint region） 1500600 cm-1构象、构型、取代模式等,红外光谱,间硝基苯酚的红外光谱图,质谱（ MS，mass spectrum ）,作用：确定分子量、分子式提供部分结构信息 丢失碎片的大小 如15、17 碎片的m/z及裂解方式常用的质谱有：电子轰击质谱（ EI - MS） 场解析电离质谱（FD-MS） 快原子轰击质谱（FAB-MS） 电喷雾电离质谱（ESI-MS）,质谱,季戊四醇的质谱图,核磁共振谱（NMR）,原理：1H、13C等具有磁矩的原子在外加磁场中受电磁波照射，吸收一定能量电磁波，产生能级变化，引起核磁共振 氢核磁共振（ 1HNMR ） 碳核磁共振（ 13C-NMR ） 二维核磁共振谱 （2D-NMR）,1H-NMR,（1）横坐标是化学位移（010ppm）; 纵坐标反映积分曲线的高度（2）1HNMR 通过化学位移、谱线的积分面积以及裂分情况提供化合物分子中1H的类型、1H的数目及相邻原子或原子团的信息。（3）化学位移 化学环境不同的1H核在NMR谱图中吸收位置存在差异，其与原点之间的相对距离称为值（4）峰面积: 与对应的质子数成正比（5）信号的裂分及偶合常数J A、初级谱裂分峰的数目符合（n+1）规律. B、J反映裂分峰之间共振吸收位置之差,苯胺的核磁共振谱图（1HNMR）,13C-NMR,(1) 13C-NMR谱比1HNMR谱作用更大。(2) 13C-NMR谱图中没有积分曲线(3) 13C-NMR 的化学位移比1H-NMR大得多(4)常规13C-NMR谱线是分离的单峰(5) 13C-NMR谱常指噪声去偶谱与选择氢核去偶谱,间硝基苯酚的13CNMR谱图,天然药化的发展,国际发展史 (1)生物碱的研究是天然药物化学发展的开端 舍勒(K.W.Sheller) 1769年 酒石 酒石酸 1775年 安息香 苯甲酸 1778年 酸乳 乳酸 1785年 苹果 苹果酸,天然药化的发展, 德罗逊(Derosen)与斯托勒(Sertrner) 1804 吗啡 1818 士的宁碱 1820 咖啡因 1820 喹宁 1828 尼古丁 1831 阿托品 1833 乌头碱,天然药化的发展,(2)合成药物的工业化生产制约了天然药物化学研究(1930-1950年代) 1930年代 磺胺药 、维生素问世 1940年代 盘尼西林(3)合成药害震惊全球(1960年代) “反应停” 别名沙利度胺或太胺呱啶酮，引起数千例畸胎(4)大规模寻找天然活性物质(1970年代起) 利血平、长春新碱、紫杉醇等,天然药化的发展,国内发展史（1）古代（医药化学源于中国） 1575年 五倍子 没食子酸 1711年 樟树 樟脑 (升华法)（2）近代: 引进和创建阶段 中药材麻黄大量出口,进口临床应麻黄素（3）现代: 建立和发展阶段 麻黄素、芦丁、西地兰 工业化生产 甾体激素类原料药（薯芋皂苷元）,天然药化的发展,（4）近年 抗癌药 羟基喜树碱 抗白血病药 高三尖杉酯碱 缩曈和治疗青光眼药 包公藤甲素 用于中期孕妇引产 天花粉蛋白 新型男性不育药 棉酚,天然药化的发展,天然药物化学研究的发展趋势（1）研究速度大大加快 例如: 吗啡: 150年; 利血平: 4年 （2）研究成果丰富 例如: 生物碱 1952年以前 总共950种 19521962年 1100种 19621972年 3443种 迄今 10000多种。,天然药化的发展,（3）研究工作进入微量与超微量水平 例如：从50万只蚕蛾中得到12mg有效成分蚕蛾醇.,天然药化的发展