天然药物化学

天然药物化学(NaturalMedicinalChemistryorPhytochemistry)

第一节概述一﹑天然药物化学的性质：

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、天然药物化学的研究内容：

各类天然药物的化学成分(主要是生理活性成分或药效成分)的结构特征、理化性质、提取分离方法、主要类型化学成分结构测定以及生物合成途径等。三﹑天然药物的来源1、植物2、动物3、矿物质4、海洋生物四、天然药物化学的主要任务

1.探明天然药物作为药效物质基础的化学成分及生源途径。2.研究天然药物化学成分的类型、理化性质以及提取分离方法。3.研究天然药物中主要类型的化学成分的结构鉴定.4.新药的创制。※几个术语:

1.生理活性成分经过不同程度的药效试验或生物活性实验，包括体外（invitro）及体内（invivo）实验，证明对机体具有一定生理活性的成分。

※生理活性成分并不一定是真正代表天然药物临床疗效的有效成分。

2.有效成分（ActiveConstituents):

即单体化合物,具以下特点:

(1).能用分子式和结构式表示;(2).具有一定的理化常数;(3).具有一定的生理活性.3.有效部位（ActiveExtracts）

具有生理活性的多种化学成分的混合物

4.无效成分：与有效成分共存的无生理活性的其它成分;※

有效成分与无效成分的概念是相对的.例如:鹧鸪菜中具有驱虫作用的是氨基酸;天花粉中起引产作用的是蛋白质;猪苓具有抗肿瘤作用的是多糖。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。1952~1962年1100种；1962~1972年3443种。迄今10000多种。（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.又如:从500kg蚕蛹中才分离出25mg结晶的蜕皮激素.

（4）结构鉴定水平空前提高

例如：沙海葵毒素，平均分子量达2680，分子式为C129H223N3O54，其中有64个C*

(5)天然药物的合成研究蓬勃发展例如：植物抗癌药物紫杉醇的全合成.

第二节、天然药物化学研究意义1、探索中药防治疾病的药效物质基础;2、改进传统药物剂型,提高临床疗效;3、控制中药及其制剂的质量;4、提供中药炮制的现代科学依据；5、扩大药物新资源。5、创制新药

①从天然药物中研制开发新药（包括先导化合物的结构修饰与改造、全合成），是学习天然药物化学的主要目的。②来源于天然的先导化合物很有希望成为治疗疑难病症的新药;③不少天然活性化合物，因为存在某些缺陷，本身并无直接开发利用的前途。第三节

提取分离方法一、中草药有效成分的提取

目的物为已知成分或已知化学结构类型者; 文献跟踪分离目的物为未知有效成分或有效部位. 活性跟踪分离（一）常用提取方法

1.升华法①原理：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。②适用范围：具有升华性质，而且化学结构遇热稳定、不易被破坏的化合物。③具有特异性高，所得化学成分较纯.④应用范围窄是该法缺点。⑤操作方法：常压升华；减压升华2.水蒸汽蒸馏法：①原理：利用某些挥发性成分能随水蒸气蒸发的性质。②适用范围：能随水蒸气蒸发而且化学结构遇热稳定、不易被破坏的的挥发油、小分子生物碱或酚类化合物。③优点：对于具有挥发性，而且化学结构遇热稳定、不易被破坏的化合物，该方法特异性高，所得化学成分较纯。3.溶剂提取法①原理：利用天然药物的化学成分在特定溶剂中能够溶解的性质。②天然药物多数情况下采用溶剂提取法。（二）溶剂提取法1、溶剂选择的依据—“相似者相溶”原则；2、常用溶剂（按亲水性增加排列如下）：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。●极性最大的有机溶剂：甲醇●极性最小的有机溶剂：环己烷●溶解范围最广的有机溶剂：乙醇选择的溶剂被提取成分石油醚脱脂（脂类、色素、萜类等）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、糖溶剂选择与被提取成分对照表3、溶剂选择的原则①目标成分易溶，杂质成分难溶；②惰性，不与目标成分反应，即使发生反应也应该属于可逆性的；③经济、安全、后续操作容易进行。4、根据提取溶剂的种类不同，可以将溶剂提取法分为四种（1）水提取法适用范围：适用于水溶性成分。如：苷类、生物碱盐、有机酸盐、糖、蛋白质、氨基酸、鞣质等化学成分的提取。优点：经济、安全、无毒。缺点：(1)含杂质多，不易纯化；(2)体积大，沸点高，不好浓缩；(3)容易发霉；难过滤；(4)加热时易糊化等。（2）醇提取法

※常用的醇:甲醇、乙醇以及不同浓度的甲醇、乙醇水溶液※适用范围：除蛋白质和多糖以外的其他各种水溶性和脂溶性成分。※优点：较为便宜易得，醇兼有亲水性和亲脂性，对植物细胞渗透力强，可提多种成分。※缺点：易燃，甲醇有一定毒性。（3）亲脂性有机溶剂提取法※常用有机溶剂：正丁醇、乙酸乙酯、氯仿、乙醚、苯以及石油醚等※适用范围：有机溶剂种类不同，提取成分不同。通常规律如下：◆正丁醇——苷类；◆乙酸乙酯——黄酮类；◆氯仿——生物碱类及苷元类；◆乙醚、苯——游离的黄酮、香豆素、蒽醌、甾类、萜类等苷元以及挥发油等；◆石油醚——挥发油、脂类、色素、树脂※优点：选择性强，可除去水溶性杂质。※缺点：◆价格昂贵；多数易燃，特别是乙醚；◆有些毒性大，如苯和氯仿(现多为甲苯,CH2Cl2代替)；◆不适于大规模生产。

（4）超临界流体萃取技术※超临界流体（SCF）：当一种物质处于其临界温度与临界压力以上的状态时，将形成既非液体又非气体的单一相态。※超临界流体特点:兼有气、液两重性，即密度接近于液体，而粘度和扩散系数又与气体相似，因而它不仅具有与液体溶剂相当的萃取能力，而且具有优良的传质效果。※实际操作过程:控制体系的压力和温度萃取出所需要的物质，然后通过降压或升温的方法，降低超临界流体的密度，使萃取物得到分离。※常用作超临界流体的物质：二氧化碳等

※适用范围：挥发油及脂溶性成分※缺点：所需仪器设备价格昂贵◆二氧化碳作为超临界流体具有下列优点：

1）临界温度为31.2℃（近于室温）；2）临界压力在73个大气压，易于操作；3）安全、不燃烧、化学上安定；4）可防止被萃取物的氧化；5）无毒；

6）价廉易得。◆超临界流体萃取技术的优点：1）操作范围广，便于调节；2）选择性好；3）萃取、分离一步完成；4）溶剂回收简便，且可循环使用；5）萃取效率高，速度快；6）低温操作，特别适合于热敏性组分；7）可以调节萃取物的粒度；8）无有机溶剂残留。5、中药材的预处理如无特殊规定，药材须干燥并适当粉碎，以利增大与溶剂的接触面积，提高萃取效率。6、根据操作方法不同将溶剂法分为：（1）煎煮法：※适用范围：以水为溶剂的体系（2）浸渍法(浸泡法)※适用范围：以水、醇或稀醇为溶剂的体系（3）渗漉法※适用范围：一般是以水、醇或稀醇为溶剂时采用此法，使用其他有机溶剂时也可采用。（4）连续回流提取法（索氏提取）※适用范围：以醇或其他有机溶剂为溶剂的体系.（5）超声法

※适用范围：适用于任何溶剂提取体系。7、提取液的浓缩方法（1）常压蒸馏※一般是浓缩低沸点有机溶剂时使用（2）减压蒸馏

※浓缩较高沸点溶剂时可以使用

（3）旋转蒸发※浓缩较高沸点溶剂如甲醇、乙醇、正丁醇、水等时使用。

（4）薄膜蒸发※一般是浓缩较大量溶剂时使用此法，并可用于大生产。（5）喷雾干燥※工业化生产经常采用喷雾干燥浓缩水溶液。（6）冷冻干燥※一般是浓缩水溶液时使用此法，由于是低温干燥，尤其适用对热敏感化学成分的浓缩.二、中草药有效成分的分离与精制1、常规分离两相溶剂萃取法、酸碱法、沉淀法、盐析法、制备衍生物、透析、分馏法、结晶法、吸附法、2、色谱分离1、常规分离法（一）两相溶剂萃取法1.原理：利用混合物中各组分在两相溶剂中的分配系数不同进行纯化分离.2.适用范围：在两相溶剂中分配系数不同的混合物中各组分的纯化分离。3.操作过程：取粗提物，选用二、三种不同极性的溶剂，由低至高分步进行提取。4.其他萃取方法简介：

◆

A、B两种溶质在同一溶剂系统中分配系数的比值称为分离因子β。β=KA/KB（KA＞KB）◆当β≥100，一次萃取可分离；◆10≤β＜100，10-12次；β≤2，100次；◆当β≌1时，则KA≌KB，意味着两种溶质性质极其相近，无法实现分离。◆

一般：β>50时，简单萃取；

β<50时，逆流分溶法。◆

β值可借助纸色谱法测定的Rf值求出。①逆流分溶法（CCD）※是一种多次、连续的液-液萃取分离过程。②液滴逆流分配法（DCCC）※使流动相呈液滴形式垂直上升或下降，通过固定相的液柱，实现物质的逆流色谱分离。

（二）酸碱法

1.原理：根据酸性化合物溶于碱水，碱性化合物溶于酸水，酸水碱水均不溶的为中性化合物的原理分离酸性、碱性和中性化合物。2.适用范围：含有酸性、碱性成分或酸碱度有差异的混合物中各组分的分离。（三）沉淀法

1、原理：利用混合物中各组分溶解度的差异或通过加入化学试剂、溶剂或改变PH值等改变溶解度将混合物中某组份沉淀出来.2、适用范围：能与特定试剂生成沉淀、或溶解度有显著差异或改变条件后溶解度有显著差异的组份的分离。3、操作方法：加入化学试剂、溶剂或改变PH条件等使沉淀产生，然后分离沉淀与母液。4、常用沉淀方法：①水提取液加醇沉淀多糖和蛋白质等水溶性杂质（水/醇法）；②乙醇浓缩提取液中加水稀释沉淀除去树脂、叶绿素等脂溶性杂质（醇/水法）；③醇溶液加乙醚（醇/醚法）或丙酮（醇/酮法）沉淀皂苷。④调pH值沉淀生物碱、有机酸、氨基酸；⑤有机酸生成铅盐沉淀、生物碱作成雷氏盐沉淀等。⑥加生物碱或明胶沉淀鞣质。(四)盐析法1、原理：利用饱和盐水溶液可以降低化学成分在水中溶解度的性质，使其沉淀析出或选用适宜溶剂萃取，使其得以纯化分离。2、适用范围：在水中有一定溶解度的化合物。3、操作方法：加入氯化钠、硫酸钠、硫酸胺等无机盐使水溶液饱和，若沉淀析出，分离沉淀与母液；若没有沉淀，选择合适溶剂萃取分离。（五）制备衍生物法

1、原理：制成适宜的易于分离的衍生物后，再进一步进行分离纯化。2、适用范围：通过多种方法难以分离纯化的混合物的分离纯化。3、操作方法：不同衍生物制备的具体方法不同。

（六）透析法1.原理：利用水溶液中小分子化合物可以通过半透膜，而大分子化合物不能通过半透膜的性质进行分离纯化。2.适用范围：大分子化合物（蛋白质、肽、多糖）与小分子化合物（无机盐、单糖、双糖）的分离。例如：蛋白及多糖的纯化常用此法。(七)分馏法1、原理：利用各类成分沸点不同2、适用范围：主要用于挥发油中各类成分的分离纯化。3、操作方法：①常压分馏②减压分馏（八）结晶法1、原理：一般情况下，一种固体成分达到一定纯度，在某种条件下就会结晶析出，分离结晶与母液，从而得以纯化分离。2、适用范围：待分离成分能结晶且在结晶溶剂中热时溶解度大，冷时溶解度小，杂质在结晶溶剂中冷热均不溶或均溶解。（九）吸附法

1、原理：利用吸附材料如大孔吸附树脂、活性碳、聚酰胺等对不同化合物吸附能力的不同，不同洗脱剂对不同化合物洗脱能力的不同，来纯化分离混合物中的不同组分。2、适用范围：与吸附材料吸附力不同的化学成分的纯化分离。

3、操作方法：先吸附，后洗脱不同成分。（十）色谱法

分离结构相似的天然药物化学成分，采用前九种方法纯化分离，一般都难以得到较纯的单一化合物，只能采用色谱法来进行分离（又称层析法）。2、色谱法◆概述与分类①根据两相所处状态:液相色谱和气相色谱；②根据色谱机理:吸附色谱、分配色谱、凝胶过滤色谱、大孔吸附树脂与离子交换色谱等；③根据操作方法:TLC（薄层色谱）、柱色谱与纸色谱等（一）吸附色谱(adsorptionchromatography)

1.原理：依据吸附剂对混合物中各成分吸附性能的不同，使各成分得到分离。

2.常用吸附剂：硅胶、氧化铝、活性炭与聚酰胺.3.固-液吸附可分为:①物理吸附②化学吸附③半化学吸附。4、物理吸附的特点：①无选择性;②吸附与解吸是可逆的;③速度快;④实际应用最多。5、化学吸附的特点：①具有选择性；②吸附十分牢固,有时甚至是不可逆的。③化学吸附用得少.

6、半化学吸附的特点：①介于物理吸附与化学吸附之间的吸附过程,其吸附力较弱。②半化学吸附有一定应用价值。例如:聚酰胺与黄酮类、醌类等酚性化合物之间的氢键吸附属于半化学吸附.7、物理吸附的基本规律①常用的物理吸附剂：※硅胶、氧化铝（极性吸附剂）※活性炭（非极性吸附剂）②极性吸附剂对极性物质具有较强的亲和能力(极性强的溶质将被优先吸附),Rf值小

◆

Rf值=起始线至斑点中心的距离÷起始线至溶剂前沿的距离③溶剂极性越弱，则极性吸附剂对溶质表现出的吸附能力就越强。

◆

洗脱溶剂的极性增强，则极性吸附剂对溶质的吸附能力随之减弱。④溶质即使被极性吸附剂吸附，但一旦加入极性较强的溶剂时，溶质即被溶剂置换下来。⑤非极性吸附剂活性炭的吸附能力与极性吸附剂硅胶、氧化铝恰好相反。活性炭对非极性溶质在水中表现出较强的吸附能力。b.当（洗脱）溶剂的极性降低时，则活性炭对非极性溶质的吸附能力随之减弱；c.从活性炭柱上洗脱被吸附物质时，溶剂的洗脱能力将随溶剂极性的降低而增强。

8．极性及其强弱判断(1).化合物的极性：按下列官能团的顺序增强-CH2-CH2-，-CH=CH-，-OCH3，-COOR，>C=O，-CHO，-NH2，-OH，-COOH※化合物的极性：由分子中所含官能团的种类、数量及排列方式等综合因素决定。极性增强方向例如：黄花夹竹桃七种强心苷成分结构通式名称RR`R``

极性顺序黄夹苷A

CHO(D-Glc)2H①黄夹苷B

CH3(D-Glc)2H②黄夹次苷A

CHOHH⑤黄夹次苷B

CH3HH⑥黄夹次苷CCH2OHHH④黄夹次苷D

COOHHH③单乙酰黄夹次苷BCH3HCOCH3⑦黄花夹竹桃果实中的强心苷成分（2）溶剂的极性:与介电常数大小一致

环己烷1.88

苯2.29无水乙醚4.47氯仿5.20乙酸乙酯6.11乙醇26.0甲醇31.2水81.0极性递增9.吸附柱色谱法在物质分离中的应用（1）吸附柱的选择：酸性物质分离宜用硅胶柱，碱性物质分离选用氧化铝柱。（2）吸附剂的使用情况用量：为样品量的30-60倍规格：100目左右规格：15:1～20:1（高度:直径）（3）装柱：尽可能选用极性小的溶剂溶解样品及其装柱。（4）洗脱剂的选择▲一般选用TLC展开时使组分Rf值达到0.2~0.3的溶剂系统。▲实际多用混合有机溶剂系统进行洗脱。▲分离酸性物质时，常在洗脱溶剂中加入少量醋酸；分离碱性物质时，则在洗脱溶剂中加入少量氨水或吡啶或二乙胺。◆按照极性增强顺序，常用混合洗脱溶剂体系如下：

(己烷/苯)→(苯/乙醚)→(苯/乙酸乙酯)→(氯仿/乙醚)→(氯仿/乙酸乙酯)→(氯仿/甲醇)→(丙酮/水)→（甲醇/水）10、聚酰胺吸附色谱法（1）吸附原理：通过分子中的酰胺羰基与酚类、黄酮类化合物的酚羟基，或以酰胺键上的游离胺基与醌类、脂肪酸上的羰基形成氢键缔合而产生吸附。（2）适用范围：极性物质与非极性物质分离均适用。

（3）聚酰胺吸附能力的强弱：取决于各种化合物与聚酰胺形成氢键缔合的能力。▲化合物在水溶剂中聚酰胺吸附规律：

a.形成氢键的基团数目越多，则吸附能力越强,Rf值越小。b.成键位置对吸附力有影响。c.分子结构中芳香化程度高，则吸附性增强；反之，则减弱。（4）装柱：通常用水装柱（5）洗脱剂◆各种溶剂由弱至强的洗脱能力大致如下：水→甲醇→丙酮→氢氧化钠水溶液→甲酰胺→二甲基甲酰胺→尿素水溶液※最常应用的洗脱系统：乙醇/水（6）应用范围：a.特别适合于酚类、黄酮类物质制备和分离。b.脱鞣质处理；c.也可用于生物碱、萜类、甾类、糖类、氨基酸等物质的分离。

11.大孔吸附树脂（1）吸附原理：大孔吸附树脂是吸附性和分子筛性原理相结合的分离材料。（2）组成：※非极性型以苯乙烯为母体，二乙烯苯为交联剂；※中极性型以2-甲基苯烯酸甲酯为母体，二乙烯苯为交联剂。（3）影响吸附的因素

A、非极性化合物在水中易被非极性大孔树脂吸附；极性化合物在水中易被极性大孔树脂吸附。B、物质在溶剂中的溶解度大，树脂对此物质的吸附力就小；反之就大。C、能与大孔吸附树脂形成氢键的化合物易被吸附。（4）洗脱液的选择A、洗脱液:甲醇、乙醇、丙酮、乙酸乙酯等。◆（乙醇/水）最常用。B、对于非极性大孔吸附树脂，洗脱液极性越小，洗脱能力越强；C、对于中极性的大孔吸附树脂和极性较强的化合物，洗脱液应选用极性较大的溶剂。（5）应用范围

A、苷类与糖类的分离；

B、生物碱的精制；

C、多糖、黄酮类、三萜类化合物的分离等。※注意事项：A、大孔吸附树脂使用前需要用乙醇预处理；B、水溶液上柱，醇梯度洗脱。

（二）分配色谱(partitionchromatography)

1、正相分配色谱（1）固定相：水、缓冲溶液等强极性溶剂。（2）流动相：氯仿、乙酸乙酯、丁醇等弱极性有机溶剂。（3）适用范围：用于分离水溶性或极性较大的成分，如生物碱、苷类、糖类、有机酸等。（4）洗脱顺序：化合物极性越小，越先出柱；化合物极性越大，越后出柱。2、反相分配色谱(reversephasepartitionchromatography)（1）固定相：石蜡油等弱极性有机溶剂。（2）流动相：水、甲醇等强极性有机溶剂（3）应用：适合于分离脂溶性化合物，如高级脂肪酸、油脂、游离甾体等。（4）洗脱顺序：化合物极性越大，越先出柱；化合物极性越小，越后出柱。（5）反相分配色谱常用支持剂—改性硅胶亲油性表面亲水性表面硅胶化学修饰3．加压液相柱色谱法（1）依据压力大小分类：

A、快速柱色谱（约2.02×105Pa）B、Lobar低压柱色谱（<5.05×105Pa）C、中压柱色谱（5.05-20.2×105Pa）D、分析、制备用HPLC（>20.2×105Pa）（2）固定相：RP-2、RP-8或RP-18（3）流动相：水/甲醇或水/乙腈体系(4).洗脱顺序：化合物极性越大，越先出柱；化合物极性越小，越后出柱。(5).应用范围：分离水溶性或极性较大的成分，如苷类、酚性化合物等。（6）色谱用载体材料：

Zorbax类全多孔硅胶微球。

※

常见Zorbax系列HPLC填充柱型号

柱子名称键合固定相组成适用分离方式ZorbaxODS

十八烷基组，-C18H37

反相ZorbaxC8

辛基组，-C8H17

反相ZorbaxTMS三甲基硅组，-Si(CH3)3

反相（三）凝胶过滤色谱（gelfiltrationchromatography）1、原理：系利用分子筛原理分离物质的一种方法，其中所用载体为葡聚糖凝胶等。2、出柱顺序：按分子由大到小顺序先后流出并得到分离。3、常用洗脱溶剂：①碱性水溶液（0.1mol/LNH4OH）、

含盐水溶液（0.5mol/LNaCl等）②醇及含水醇，如甲醇、甲醇/水③其他溶剂：如含水丙酮，甲醇/氯仿等4、凝胶的种类与性质①

葡聚糖凝胶SephadexG交联葡聚糖结构◈由平均分子量一定的葡聚糖及交联剂（如环氧氯丙烷）交联而成。◈葡聚糖凝胶颗粒网孔大小取决于所用交联剂的数量及反应条件。◈商品用葡聚糖凝胶是根据交联度大小分类，并以吸水量多少表示。

例如：SephadexG-25，

G为凝胶，后附数字=吸水量×10。

②羟丙基葡聚糖凝胶SephadexLH-20※

SephadexLH-20为SephadexG-25经羟丙基化处理后得到的产物（具醚键形式）-OH→-OCH2CH2CH2OH※

SephadexLH-20分子中-OH数量无改变，但碳原子所占比例却相对增加了；※

不仅可以在水中应用，也可在极性有机溶剂或它们与水组成的混合溶剂中膨润使用。◙SephadexLH-20保留了SephadexG-25原有的分子筛特性；在由极性与非极性溶剂组成的混合溶剂中常常起到反相分配色谱的作用；◙SephadexLH-20可以反复再生使用。5、应用范围①SephadexG主要用于分离糖、蛋白、苷。②SephadexLH-20多用于分离苷和苷元。（四）离子交换色谱1、离子交换法分离物质的原理利用被分离组分与固定相之间发生离子交换的能力差异来实现分离。①固定相为离子交换树脂，其分子结构中存在许多可以电离的活性中心。待分离组分中的离子会与这些活性中心发生离子交换，从而在流动相与固定相之间形成分配。②固定相的固有离子与待分离组分中的离子之间相互争夺固定相中的离子交换中心，并随着流动相的运动而运动，最终实现分离。

2、离子交换树脂的性质

3、离子交换树脂的组成▲由两部分构成：（1）母核部分由苯乙烯通过二乙烯苯交联而成的大分子网状结构，网孔大小用交联度（即加入的交联剂的百分比）来表示。▼离子交换树脂的等级表（2）离子交换基团

常见：磺酸基(-SO3-H+)、-N+(CH3)3Cl-、-COOH、-NH2、亚氨基等等级阳离子交换树脂阴离子交换树脂

低交联度3%~6%2%~3%中等交联度7%~12%4%~5%高交联度13%~20%8%~10%离子交换树脂的等级

4、离子交换树脂的分类（1）阳离子交换树脂：

◆强酸性阳离子交换树脂（-SO3-H+）◆弱酸性阳离子交换树脂（-COO-H+）

（2）阴离子交换树脂◆强碱性阴离子交换树脂（-N+(CH3)3Cl-）

◆弱碱性阴离子交换树脂例如：-NH2、仲胺、叔胺基等第四节结构研究法▓结构研究的必要性▓天然药物结构研究中的困难①结构事先很难作出某种程度的预测；②经典的化学方法难于满足研究天然药物结构的需要；▓天然药物结构研究的主要手段：波谱学分析方法第四节结构研究法▓结构研究的必要性▓天然药物结构研究中的困难①结构事先很难作出某种程度的预测；②经典的化学方法难于满足研究天然药物结构的需要；▓天然药物结构研究的主要手段：波谱学分析方法一、化合物的纯度测定方法1、在显微镜下观察晶形2、测熔点3、应用TLC检识

4、应用HPLC检识二、结构研究的主要程序1、确定化合物结构的程序①先推测被确定成分的结构类型②然后推测取代基类型、位置和分子式③确定结构式2、确定化合物结构常用的方法①化学法②波谱法（UV、IR、NMR、MS）和CD、ORD、X-射线结晶衍射法等3、未知天然化合物结构研究程序①

初步推断化合物的类型②测定分子式，计算不饱和度

③

测定分子中含有的官能团，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(构型与构象)

4、已知天然化合物的结构研究程序①研究过程大为简化②无固定模式与程序5、结构研究中文献检索的重要性◆

贯穿于化合物结构研究的全过程①按植物拉丁学名或中药学名，利用主题索引或通过计算机系统查阅C.A；②检索内容包含：同属同种植物的药用部位、使用溶剂名称、提取的部位、分离的方法、单体化合物的性质、分子式、颜色反应、光谱学数据等等。

三、结构研究中采用的主要方法（一）确定分子式的常用方法1.元素分析配合分子量测定（1）元素分析包括定性分析与定量分析例如：从刺果甘草根中分得某白色晶体，元素定性分析表明该白色晶体只含C、H、O三元素,元素定量分析的结果如下,C:79.35%;H:10.21%。O元素的含量=(100-79.35-10.21)%=10.44%※三种元素在分子结构中所占比例为：

C：79.35÷12=6.61H:10.21÷1=10.21O:10.44÷16=0.65※

化合物分子结构中原子个数比为：6.61:10.21:0.65=10.16:15.58:1≈10：16：1※该化合物实验式为：C10H16O

分子式为：(C10H16O)nn=1,2,3….(2)分子量测定方法有：◆冰点下降法（固体物质）◆沸点上升法（液体物质）◆黏度法◆凝胶滤过法◆质谱法（最常用）例如：采用电子轰击质谱（EI-MS）测得上述化合物的分子离子峰为456。那么，n=456÷152=3

结合实验式C10H16O

得上述化合物的分子式为：C30H48O3.（C30H48O3

代表刺果甘草皂苷元）2、高分辨率质谱（HR-MS）法◈高分辨率质谱仪可将物质的质量精确到小数点后第三位。◈例如：C8H12N4、C9H12N2O、C10H12O2、C10H16N2四个化合物的分子量同为164，但精确质量则并不相同，在高分辨率质谱仪中很容易进行区别。序号分子式精确质量M1C8H12N4

164.1063M2C9H12N2O164.0950M3C10H12O2

164.0837M4C10H16N2

164.13153、同位素丰度比法①组成有机化合物的主要元素C、H、O、N等均由相对丰度比一定的同位素所组成。②大多数MS图中，如能见到稳定的分子离子峰[M]+.，则在高出其1-2个质荷比处可见到[M+1]+与[M+2]+的同位素峰。③对于一定的化合物，分子离子峰与其同位素峰的相对强度为一确定值。同位素原子质量丰度比（%）1H1.00782599.98552H2.014100.014512C12.00000098.829213C13.003351.108014N14.0030799.63515N15.000110.0365※化合物不饱和度u的计算Ⅰ：一价原子（如X、H）的数目Ⅲ：三价原子（如N、P）的数目Ⅳ：四价原子（如C、S）的数目（二）确定化合物结构类型和取代基的主要方法1．注意观察试样在提取分离过程中的行为2．测定其有关理化常数，如不同pH、不同溶剂中的溶解度及色谱行为、灼烧实验、化学定性反应等。3.结合文献调研。4、官能团定性与定量分析5、测定并解析化合物的有关光谱学数据（三）红外光谱（IR）1、红外光谱：研究分子运动的吸收光谱，反映分子中原子间的振动和变角运动。2、红外光谱所涉及的区域为中红外区，波长在2-25μm之间，频率为5000-400cm-1.3、波长与频率的关系如下：4、分子振动类型（1）伸缩振动：分为对称与不对称伸缩振动（2）弯曲振动：分为面内与面外弯曲振动5、红外光谱的吸收强度基团极性越大，吸收强度就越大6、红外光谱的分区◆4000～1500cm-1为特征频率区，每一红外吸收峰都与一定的官能团相对应。.例如：①3600-3200cm-1出现强的宽峰，表示有-OH存在；②2200-2100cm-1出现吸收峰，

表示可能有C≡N或C≡C键存在；③1850-1650cm-1出现强的吸收峰，且受其他峰的影响小，这是-C＝O的标志；④1600-1500cm-1出现弱的吸收峰，表示有-C＝C-存在。

◆1500-600cm-1为指纹区，①虽然指纹区内一些吸收峰也与一定的官能团对应，但大量的吸收峰并不特定官能团对应。②结构上的细微变化都会引起指纹区吸收的变化，不同化合物的指纹吸收是不同的。7、红外吸收可分为四个区域①4000-2500cm-1X-H伸缩振动区②2500-2200cm-1

三键伸缩振动区③2000-1500cm-1

双键伸缩振动区◆羰基—最强峰或次强峰◆双键—中强峰④1500-600cm-1C-H弯曲振动信息8、有标准物IR图可资对照查询。（四）紫外-可见吸收光谱（UV）1、原理：是分子中某些价电子吸收了一定波长（200～700nm）的紫外-可见光，由低能级跃迁到高能级而产生的一种光谱。2、含有共轭双键、发色团及具有共轭体系的助色团分子在紫外-可见光区域可产生吸收。3、常用于含共轭双键、α，β-不饱和羰基结构的化合物以及芳香族化合物的结构鉴定。（五）质谱1、基本原理：有机化合物在高温真空中受热汽化，受到50～100eV的电子束轰击后，会失去电子变成带正电荷的分子离子。该分子离子在电子流进一步轰击下，又会发生键的断裂而形成各种碎片离子。这些离子在电场和磁场的综合作用下，按照质荷比的大小顺序被记录下来，所形成的图谱即MS。2、MS图①横坐标是m/z，纵坐标是离子峰的相对强度.②MS图中相对强度最大的离子峰称为基峰，其强度定为100%，其他离子峰的强度分别以它们对基峰的相对强度百分比来表示。③离子峰的强度与对应离子的数量成正比，

离子的数量越多，峰的强度越大。3、MS中常见的几种离子峰①

分子离子峰M+.

②碎片离子峰③同位素离子峰常出现在分子离子峰的右边1-2个质量单位，用M+1、M+2表示。4、容易汽化的小分子，遇热不易分解的化合物多采用EI-MS确定其分子量、求算分子式以及提供一些结构信息。●裂解的一般规律1、共价键的极化度越大，越容易发生裂解；2、产生的碎片离子越稳定，越利于裂解；3、常见的裂解方式：（1）单纯裂解—只发生共价键的单纯断裂，产生一个碎片离子和一个中性碎片基团。例如：烯烃分子离子裂解，优先产生稳定的烯丙基型碳正离子。又例：带有侧链的芳香环化合物，裂解后产生强度很大的苄基离子峰。再例：含有杂原子的分子容易发生α-裂解或β-裂解。（2）重排裂解—在共价键断裂过程中伴随有原子或基团的迁移重排。例如：最常见的麦氏重排裂解。凡是具有γ-H的醛、酮、链烯、酰胺、酯、腈、芳香环化合物均可发生麦氏重排裂解5、场解析质谱(FD-MS)简介（fielddesorptionionization）①该法中样品无须加热汽化，直接在10kV高电压下发生电离，特别适合于对热不稳定、极性大、难挥发化合物的MS测定。②本法灵敏度高达10-11g，谱图也较单纯。③糖苷、氨基酸、肽类、核酸及抗生素等在FD-MS谱中均显示一系列明显的吸收峰:[M+H]+（M+1）、[M+Na]+（M+23）、[M+K]+（M+39）峰，并随发射丝电流强度的降低，碎片离子峰越来越少。④糖苷FD-MS谱中可见到由[M+H]+或[M+Na]+依次脱去糖的碎片。肽类FD-MS谱中可见到由[M+H]+或[M+Na]+依次脱去氨基酸的碎片。6、快速原子轰击质谱FAB-MS简介(fastatombombardment)①该法中因高速中性粒子撞击试样后使之电离，得到分子离子及其进一步裂解的碎片。②碎片类型基本与FD-MS相同。③FAB-MS图谱中既包含阳离子质谱，也包含阴离子质谱，信息来源广阔，可弥补FD-MS的不足。

④p41表1-12说明※FD-MS在高质量区（分子量与糖的碎片离子）提供的信息比较详尽；※FAB-MS不仅提供高质量区的信息（分子量与糖的碎片离子信息），还能给出低质量区苷元的结构碎片信息。（六）核磁共振谱（NMR）1、核磁共振基本原理

自旋核在外加磁场中存在两种能量状况，通常处于低能级的核比处于高能级的核稍多一些.如果在垂直于外加磁场的方向上增加一个电磁场，当电磁场的能量与核磁能级差相等时，处于低能级的多余的磁核就会吸收电磁波能量而跃迁到高能级，即产生核磁共振.

2、氢核磁共振谱（1HNMR）A、1HNMR谱图说明：（1）横坐标：化学位移δ（2）纵坐标：积分曲线的高度（3）1HNMR谱图所提供信息：

1H的类型、1H的数目及相邻原子或原子团情况。B、化学位移（chemicalshift,δppm）55.5:22.0:32.5=5:2:3（1）化学位移概念：各个1H核共振吸收峰与原点之间的相对距离（2）原点：标准物TMS[(CH3)4Si]的核磁共振吸收峰的位置（设为0ppm)。（3）影响化学位移的主要因素：

A.电负性

B.各向异性效应

C.氢键效应等。

A、电负性如：CH3FCH3ClCH3BrCH3ICH4

4.263.052.682.160.23

B、各向异性效应

a.苯环的各向异性效应b.乙烯的各向异性效应c.乙炔的各向异性效应-CHO9~10ppm

芳环-H6~8ppm-C=C-H4.5~6.5ppm-C≡C-H2~3ppm-CH2-CH2-0.8~1.2ppm.

活泼氢不定(加D2O消失)（-OH、-NH、-SH）（4）不同类型质子化学位移的大致范围（5）峰面积吸收峰面积与其对应的质子数成正比（6）信号的裂分及偶合常数J※峰的裂分：由单峰分裂成多重峰的现象※磁不等价的两组1H核在三个单键以内因相互自旋偶合而使信号发生分裂。※裂分峰类型：s(singlet)、d(doublet)、t(triplet)、q(quartet)、m(multiplet)等。※磁等价：化学位移相同(即化学等价)并且各个自旋核与组外自旋核之间的自旋偶合也完全相同。※磁等价自旋核之间不会发生偶合作用。※化学不等价的自旋核一定是磁不等价的。※磁不等价自旋核之间会发生偶合作用。★自旋偶合规律①谱图中有几组峰，表明分子中有几组磁等价质子；②一组多重峰的中心所对应的横坐标值即为化学位移。③裂分峰之间共振吸收位置之差即为偶合常数J，单位为Hz。④裂分峰的数目符合（n+1）规律即有机化合物分子中，某质子的相邻碳上有n个磁等价的质子，那么在NMR谱中将产生一组（n+1）重峰，并且各峰的强度之比为（a+b）n展开式的系数之比。※超过三根单键以上的偶合作用可以忽略。但π系统中，仍存在弱的偶合作用Jap=1.6~2.0HzJbp=0~1.5Hz※相邻1H核的偶合影响可以利用同核去偶技术消除或部分消除。δ5.67ppm(br.t)δ5.67ppm(br.t)在不同的去偶谱中分别表现为:(1)宽单峰(br.s);(2)有细微结构的三重峰(t)δ3.07ppmδ2.34ppmδ1.24ppm3、13C-NMR谱简介(1)13C-NMR谱比1HNMR谱作用更大;(2)13C核与直接相连的1H核也会发生偶合作用;(3)最常用的去偶法是质子（噪声）去偶法。(4)13C化学位移:以TMS为内标◆影响13C化学位移值的一个重要因素——

13C核周围的电子屏蔽效应.◆

13C核化学位移值范围:0～250ppm◆

醛基碳----175～205ppm;

苯环碳----128ppm;

烯碳----100～150ppm;

炔碳------65～90ppm；

季碳------35～70ppm；

叔碳------30～60ppm；

仲碳------25～45ppm；

伯碳------0～30ppm（4）13C-NMR谱中的偶合作用

※

13C与1H之间的异核偶合十分突出;

※

裂分峰数目符合（n+1）规律;例如:13C信号分别表现为q(CH3)、t(CH2)、d(CH)及s(C).

※

13C-NMR谱的偶合常数:

1JCH=120～250Hz;2JCH=5～60Hz;3JCH=0～30Hz（6）13C-NMR谱的特点◆

13C-NMR谱图没有积分曲线;◆

13C的化学位移比1H大得多;◆

常规碳谱是去偶碳谱，13C的谱线都是彼此分离的单峰。◆

弛豫时间在碳谱的解析中用处很大.＊处于不同化学环境的碳核弛豫时间相差很大.＊弛豫时间:弛豫过程所需的时间.＊弛豫过程：激发核通过非辐射途径损失能量而恢复至基态的过程。◆弛豫时间长，谱线强度弱。（7）常见13C-NMR谱类型及其特征A、噪声去偶谱（或称全氢去偶或宽带去偶