中南大学天然药物分离与提纯天然产物化学资料绪论.ppt

天然产物化学 南通大学化学化工学院朱金第一章绪论 1 天然产物化学的研究内容 2 天然产物的生物合成 3 天然产物化学的发展史 4 天然产物化学的发展动向 在化学学科内 天然产物专指由动物 植物及海洋生物和微生物体内分离出来的生物二次代谢产物及生物体内源性生理活性化合物 是由各种化学成分所组成的复杂体系 一 天然产物化学的研究内容 广义地讲 自然界的所有物质都称为天然产物 金鸡纳 奎宁 天然产物有效成分 天然产物有效成分 有效成分 activecompound 在药理和生物学角度来看是指有生物活性的物质 这种物质在化学上能用分子式和结构式来表示 并具有一定的物理常数 在食品领域中 有效成分的范畴可扩展到除生物活性成分 功效成分之外 如 营养成分 天然食品添加剂成分等 天然产物化学 天然产物化学 是以各类生物为研究对象 以有机化学为基础 以化学和物理方法为手段 研究生物二次代谢产物的提取 分离 结构 功能 生物合成 化学合成与修饰及其用途的一门科学 是生物资源开发利用的基础研究 一次代谢与二次代谢一次代谢 植物 昆虫或微生物体内的生物细胞通过光合作用 碳水化合物代谢和柠檬酸代谢 生成生物体生存繁殖所必须的化合物 如糖类 氨基酸 脂肪酸 核酸及其聚合衍生物 如多糖类 蛋白质 酯类 DNA RNA 等的代谢过程 这些化合物称为一次代谢产物 二次代谢 从某些一次代谢产物作为起始原料 通过一系列特殊生物化学反应生成表面上看来似乎对生物本身无用的化合物 如萜类 甾体 生物碱 多酚类等 这些二次代谢产物就是人们熟知的天然产物 二 天然产物的生物合成 大自然是一个天然药库 来自植物的 如阿片 人参 大黄等 大自然是一个天然药库 来自动物的 如牛黄 鹿茸 蟾酥 海马等 大自然是一个天然药库 来自人类的 如紫河车等 补气 养血 益精 大自然是一个天然药库 来自矿物的 如石膏 朱砂 雄黄等 雄黄三硫化二砷 败毒抗癌 祛痰镇惊 杀虫疗疮 消炎退肿 解肌清热 除烦止渴清热泻火 消肿止痛 丹药 用于心神不宁心悸失眠镇惊安神 三 天然产物研究的发展史 断肠草 见血封喉 毒箭木 三 天然产物研究的发展史 鸩 夹竹桃 鹤顶红 鹤顶红 三氧化二砷 也就是著名的砒霜 鹤顶红 不过是古时候对砒霜的一个隐晦的说法而已 砷进入人体后 会和蛋白质的硫基结合 使蛋白质变性失去活性 三 天然产物研究的发展史 海鲜 维生素C 砒霜 银针验毒 三 天然产物研究的发展史 在19世纪以前 制药的手段比较原始 据国外文献记载 从天然药物中分离其中所含的有机化学成分 始于1769年瑞典化学家舍勒从酒石分离出酒石酸 苯甲酸 1775 乳酸 1785 没食子酸 1786 等有机酸类物质 三 天然产物研究的发展史 但古代中国早在这之前就有了明确的记载 明代李延的 医学入门 1575 中记载了用发酵法从五倍子中得到没食子酸的过程 书中谓 五倍子粗粉 并矾 曲和匀 如作酒曲样 入瓷器遮不见风 侯生白取出 本草纲目 1596 卷39中则有 看药上长起长霜 则药已成矣 的记载 这里的 生白 长霜 均为没食子酸生成之意 是世界上最早制得的有机酸 比舍勒的发明早了二百年 三 天然产物研究的发展史 樟脑的记载在中国最早见于1711年洪遵著的 集验方 一书 后由马可波罗传至西方 本草纲目 卷34下详尽记载了用升华法等制备 纯化樟脑的过程 欧洲直至18世纪下半叶才提出了樟脑的纯品 医药化学源于中国 不含萘和对二氯苯 安全 高效 对人体无毒无害80 六分之一 三 天然产物研究的发展史 从药用动植物中提取活性成分则始于19世纪 第一个被提取的成分是吗啡碱 一种异喹啉生物 于1805年由法国化学家F 泽尔蒂纳自鸦片中提取 吗啡 罂粟 结构改造 含量 毒性 天然药物占临床使用药物的50 来源于高等植物的约25 天然产物药物疗效高 副作用小 天然产物始终是医药行业中新药的主要来源之一 三 天然产物研究的发展史 三 天然产物研究的发展史 此后的数十年间发掘了大量民间药中的活性成分 如土根碱 奎宁 1820 辛可宁 番木鳖碱 咖啡因 阿托品毛地黄强心苷 毒毛旋花苷 蟾蜍等 以生物碱居多 都具有显著的生理活性 可以代表其原生药 多数至今仍用作药物 但当时只能利用分馏和重结晶来纯化单体成分 三 天然产物研究的发展史 20世纪50年代先后自印度萝芙木中获得降压活性成分利血平 以及从降血糖药长春花中获得抗癌活性成分春花碱 成为两个很有价值的药物 引起了各方的重视 1960年左右开始了对海洋天然产物的研究 如 从被囊类动物中分离得到的具有细胞毒活性的吲哚生物碱 从一些海绵中分离的具有抗白血病的双吲哚物质 天然药物化学的发展有两个转折点 其一是1930年前后 由于微量元素分析法的导入 试料量降至毫克水平 推进了天然成分的分析工作 其二是1960年代前后 各种层析方法的兴起 使微量天然新成分的分离纯化简便易行 同时红外光谱 核磁共振 质谱等新技术问世 结构研究工作趋向微量 快速和准确 新技术的兴起使研究天然产物化学成分的周期大大缩短 过去 一个天然化合物从天然药物中分离 纯化 到确定结构 人工合成需要很长时间 吗啡 morphine 1805年发现 1925年提出正确结构 1952年人工合成 花了约150年时间 而利血平 reserpine 从发现 确定结构 到人工合成 只用了几年的时间 1952 1956 三 天然产物研究的发展史 20世纪80年代以来 由于分子生物技术的迅猛发展 为有效成分的提取和功能研究提供了新方法 如细胞培养 转基因器官培养和反义技术等 三 天然产物研究的发展史 四 研究天然产物的一般方法和程序 天然药物有效成分的提取 常见的提取方法有 溶剂法 水汽蒸馏法 分馏法 吸附法 沉淀法 盐析法 透析法 升华法等 天然产物有效成分的分离和纯化天然产物有效成分的分子结构鉴定天然产物有效成分毒理学 药效学评价 研究天然产物化学的意义 研究天然产物化学有助于人类从分子层面全面了解和认识天然产物 从而通过人工培养或人工合成的方式定向获得大批量的目标产物并造福人类 研究天然产物化学的意义 这些目标产物可能是药物 用于帮助人类与疾病作斗争 保障人类的健康 提高人类的生存质量 也可能是有特种功能的物质 对人类生活提供方便 也为我们更好地认识自然和利用自然 提供了一个渠道 21世纪的今天 人们已经充分认识到天然产物及其改性产物所具有的独特性质与功效是人类社会可持续发展的根本保证 研究天然产物化学的意义 蓝色药物 海洋生物 20万 矿产 2万多种 螺旋藻 海源石绿色药物 蜂胶 银杏制剂基因药物 牛 羊乳汁微生物药物 抗生素耐药性的发展及新病原体的不断出现 四种药物成为21世纪的 新星 五 天然产物发展动向 研究方法和手段向高 新方向发展偏重资源开发的实用化基于生物技术的天然产物化学研究 中药及天然药物化学的研究现状及发展前景 众所周知 从 神农尝百草 至今 中华民族几千年来之所以能够繁衍昌盛 绵延不断 靠的就是中医中药 中医中药在临床应用了几千年 其疗效经过了实践的检验 并成为世界文化的一朵奇葩 但是由于生产工艺比较落后 质量监控亟待改进 特别是中医独特的哲学思想使一般西方人难以理解 成为中药产品在全世界进一步推广发展的严重障碍 所以 新药研究与开发成为当今十分重要和紧迫的课题 中药和天然药物的研究方面仍然存在很多问题 l 某些化学家只对新化合物有兴趣 迄今所研究过的中药中 只有很小的百分比是为了研究活性化合物 2 即便是通过活性追踪方法研究的中药 通常也只是利用一种类型的活性筛选模型 无法反应中药的综合药理作用 3 大多数中药民间常用以水煎方式进行口服 然而化学工作者较少注意进行水溶性成分的研究 4 中药多作为复方形式在临床配伍应用 但中药复方发挥作用的物质基础及其组方原理基本上还没有作为天然药物化学的研究课题 中药和天然药物的研究方面仍然存在很多问题 5 中药有着多方面的药理作用 且一般通过调节人体的整体平衡发挥疗效 但迄今为止 在追踪活性成分时 人们多只采用单一的活性筛选体系 因此很难说得到的所谓 活性成分 是代表中药临床疗效的真正的活性成分 中药和天然药物的研究方面仍然存在很多问题 6 人体内源性环境对中药化学成分的影响也很少考虑或几乎不予考虑 因此 所得到的 活性化合物 可能是真正的活性成分 也很有可能仅仅是前体药物 中药和天然药物的研究方面仍然存在很多问题 7 从中药成天然药物中得到的活性成分 往往未做进一步的结构修饰或者结构改造 并就结构 活性相关问题进行深入探讨 对创新药物的贡献不大 研究成果也未能更好地用于指导中药制剂的标准化 规范化 对推动中药现代化起的作用不大 中药和天然药物的研究方面仍然存在很多问题 中国中药及天然药物化学研究的发展趋势及展望 l 化学家将更多注意研究活性成分 如 活性成分的研究将取代一般化学成分研究 比起对发现新结构来说 将更多注意发现新的活性 将会更多注意水溶性及醇溶性成分的研究 生物活性跟踪分离