天然药物化学考点与简答题集

天然药物化学考点与简答题集天然药物化学作为药学、中药学等专业的核心课程，其知识体系围绕“化学成分的结构-性质-提取分离-鉴定-活性应用”展开。本文结合学科核心考点与典型考核方向，梳理考点框架并解析高频简答题，助力学习者构建系统的知识网络。一、核心考点梳理（一）化学成分结构类型与特征1.生物碱类需重点把握不同母核类型的结构与理化性质：吡啶类（如槟榔碱，含吡啶环，碱性弱）、莨菪烷类（阿托品，莨菪烷母核，酯键易水解）、异喹啉类（吗啡的菲核结构、小檗碱的季铵碱特性）、吲哚类（长春碱的吲哚环与喹啉环骈合）。碱性规律（季铵碱＞脂肪胺碱＞芳胺碱）与溶解性（游离碱溶于亲脂性溶剂，盐溶于水）是核心考点。2.黄酮类以C₆-C₃-C₆母核为基础，按C环氧化程度、取代基分类：黄酮（醇）的C₂-C₃双键与苯环共轭（显黄色）、二氢黄酮（醇）的C₂-C₃单键（无色，具旋光性）、异黄酮的B环连接于C₃位（与雌激素结构相似）、查耳酮的开环结构（顺反异构）。颜色、溶解性、显色反应（如四氢硼钠反应鉴别二氢黄酮）与结构的关联是重点。3.萜类与挥发油萜类按异戊二烯单位数（n）分类：单萜（n=2，如薄荷醇的单环结构、龙脑的双环结构）、倍半萜（n=3，如青蒿素的过氧桥键）、二萜（n=4，如紫杉醇的四环二萜骨架）。挥发油由萜类、芳香族、脂肪族成分组成，具挥发性、亲脂性，其化学组成与理化性质（如折光性、旋光性）常作为考点。4.甾体类甾体母核（环戊烷并多氢菲）的结构共性与分类差异：强心苷（甲型强心苷元含五元不饱和内酯环，乙型含六元环）、甾体皂苷（螺甾烷型F环为螺缩酮结构，呋甾烷型F环开环为羟基）。苷元与糖的连接方式、苷键类型（如2-去氧糖的鉴别）是考核重点。（二）提取分离技术1.提取方法溶剂提取法遵循“相似相溶”，水提（适用于多糖、苷类）、醇提（兼顾极性与非极性成分）、亲脂性溶剂（如氯仿、乙醚，适用于游离生物碱、萜类）的选择需结合成分极性。水蒸气蒸馏法仅适用于挥发性、热稳定的成分（如挥发油、麻黄碱）；超临界流体萃取（SFE-CO₂）因低温、选择性强，常用于热敏感成分（如青蒿素）的提取。2.分离方法色谱分离：硅胶柱（正相，极性成分用甲醇-氯仿梯度洗脱）、聚酰胺柱（氢键吸附，黄酮类分离的关键：酚羟基数目越多，吸附力越强）、大孔树脂（吸附-解吸，皂苷类的富集与纯化）。化学分离：pH梯度萃取（利用生物碱碱性差异，如从总碱中分离小檗碱（季铵碱）与吗啡（芳胺碱））；酸性差异分离黄酮（5-OH黄酮酸性弱于7-OH黄酮，萃取时先被碱液萃取）；内酯环反应（甲型强心苷与碱性苦味酸反应显色，乙型无此反应）。结晶法：溶剂选择（良溶剂溶解、不良溶剂析晶，如樟脑用乙醇-水体系结晶），温度对溶解度的影响是结晶纯化的核心逻辑。（三）波谱解析基础1.UV光谱黄酮类的带Ⅰ（300-400nm，B环取代基影响）与带Ⅱ（240-280nm，A环取代基影响）；生物碱的共轭体系（如吡啶类的UV特征峰）。通过位移试剂（AlCl₃、NaOAc）的光谱变化，可判断羟基位置（如7-OH黄酮加NaOAc后带Ⅱ红移）。2.IR光谱羟基（游离OH~3600cm⁻¹，缔合OH~3200-3400cm⁻¹）、羰基（黄酮酮羰基~1650cm⁻¹，查耳酮~1620cm⁻¹）、甾体母核的环振动（如强心苷内酯环的羰基峰）是结构判断的关键。3.NMR光谱¹H-NMR中，黄酮的A环质子（δ6.0-6.5，H-6、H-8）、B环质子（δ6.5-8.0）；生物碱的氮甲基（δ2.2-4.0，s峰）；甾体的环上质子（如强心苷元的H-3为宽峰，δ3.5左右）。¹³C-NMR可辅助判断碳的杂化状态与取代基类型。4.MS黄酮的分子离子峰（[M]⁺较强），主要裂解为RDA裂解（产生A环与B环碎片离子，如黄酮醇的[A₁]⁺为m/z152）；生物碱的基峰（如吗啡的m/z46）；萜类的异戊二烯单位裂解（如单萜的碎片离子含C₁₀H₁₆）。（四）生物合成途径1.醋酸-丙二酸途径（AA-MA）：生成脂肪酸、酚类、蒽醌类（如大黄素，由乙酰辅酶A经多轮缩合、环化形成蒽醌母核）。2.甲戊二羟酸途径（MVA）：生成萜类、甾体类（如胆固醇，由乙酰辅酶A生成MVA，再经焦磷酸化、缩合形成异戊烯基焦磷酸（IPP），最终聚合为萜类骨架）。3.莽草酸途径：生成芳香族氨基酸、苯丙素类（如香豆素的苯环由莽草酸提供，侧链由醋酸途径延伸）。4.氨基酸途径：生成生物碱（如鸟氨酸生成吡咯烷类，赖氨酸生成哌啶类）。5.复合途径：黄酮类（莽草酸途径供A环，醋酸途径供B环）；吲哚生物碱（色氨酸+MVA途径）。（五）活性成分与新药研发1.典型活性成分：青蒿素（抗疟，倍半萜内酯，过氧桥键为活性基团）、紫杉醇（抗癌，二萜，通过稳定微管蛋白发挥作用）、黄连素（抗菌，异喹啉类，季铵碱结构增强水溶性）、芦丁（抗氧化，黄酮醇苷，可改善血管通透性）。2.研发思路：从天然产物中发现先导化合物（如青蒿素），通过结构修饰（如蒿甲醚提高脂溶性）、全合成（如紫杉醇的半合成）优化活性，结合纳米制剂、靶向递送等技术提升药效。二、典型简答题及解析（一）简述pH梯度萃取法分离生物碱的原理及操作要点。解析：生物碱的碱性源于氮原子的孤对电子，不同生物碱的氮原子电子云密度（受取代基、环结构影响）不同，导致碱性强弱差异（如季铵碱＞脂肪胺碱＞芳胺碱）。pH梯度萃取利用“生物碱盐溶于酸水，游离碱溶于亲脂性溶剂”的性质，通过调节溶液pH，使不同碱性的生物碱依次游离或成盐，从而分离。操作要点：①将总生物碱溶于稀酸水（如0.5%H₂SO₄），用氯仿萃取（除去中性杂质）；②用碱液（氨水、碳酸钠溶液）调节水相pH由低到高（或由高到低，依生物碱碱性排序），每调一次pH，用氯仿萃取一次，得到不同碱性的生物碱部位（如先萃出碱性弱的芳胺碱，后萃出碱性强的季铵碱）；③回收各pH段的氯仿萃取液，得生物碱单体或部位（如从黄连总碱中分离小檗碱（季铵碱，需强酸性条件成盐）与药根碱（脂肪胺碱，弱酸性条件即可成盐））。（二）比较黄酮类与二氢黄酮类的结构差异及理化性质区别。解析：结构差异：黄酮类的C环（中间环）为不饱和酮式结构（C₂-C₃双键），二氢黄酮类的C环为饱和醇式结构（C₂-C₃单键）。理化性质区别：①颜色：黄酮（醇）因C₂-C₃双键与苯环共轭，多显黄色；二氢黄酮因共轭体系被破坏，多为无色或浅黄色。②旋光性：二氢黄酮的C₂为手性碳，具旋光性；黄酮无手性碳，无旋光。③溶解性：二氢黄酮的C环为饱和结构，分子间作用力弱，水溶性略强于黄酮（如二氢槲皮素的水溶性优于槲皮素）。④显色反应：二氢黄酮与四氢硼钠（NaBH₄）反应显红-紫色（还原反应），黄酮无此反应（可用于鉴别）。（三）说明超临界流体萃取（SFE）技术提取天然药物成分的优势及适用范围。解析：超临界流体（如CO₂）的密度接近液体（溶解能力强），黏度接近气体（扩散性好），兼具气液两相的传质优势。优势：①低温提取：避免热敏感成分（如挥发油、多糖、酶）的破坏（如青蒿素的SFE提取可保留过氧桥键活性）；②选择性强：通过调节压力、温度、夹带剂（如乙醇）改变溶剂极性，针对性提取目标成分（如加乙醇可提取黄酮苷）；③萃取-分离一体化：减压后CO₂气化，无需额外分离溶剂，产品纯度高、溶剂残留少；④绿色环保：CO₂无毒、易回收，符合“绿色化学”要求。适用范围：①挥发性成分（如挥发油、香豆素）；②热不稳定成分（如生物碱盐、多酚类）；③脂溶性成分（如萜类、甾体），加入夹带剂后也可提取极性成分（如黄酮苷、皂苷）。（四）简述萜类化合物的生物合成途径（甲戊二羟酸途径）的关键步骤。解析：甲戊二羟酸（MVA）途径是萜类、甾体的主要合成途径，关键步骤如下：①乙酰辅酶A缩合：2分子乙酰辅酶A缩合生成乙酰乙酰辅酶A，再与1分子乙酰辅酶A缩合生成3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A（HMG-CoA）；②MVA生成：HMG-CoA在还原酶（NADPH供氢）作用下生成甲戊二羟酸（MVA）；③异戊烯基焦磷酸（IPP）生成：MVA经2次磷酸化生成甲戊二羟酸焦磷酸酯（MVAPP），再脱羧生成IPP；④萜类骨架形成：IPP与二甲基丙烯基焦磷酸（DMAPP，由IPP异构化生成）缩合，经多轮“头-尾”加成，形成单萜（2个IPP）、倍半萜（3个IPP）、二萜（4个IPP）等萜类的前体，最终形成萜类骨架（如薄荷醇的单环单萜骨架）。（五）如何利用波谱技术（UV、IR、NMR、MS）鉴别某一黄酮类化合物的结构？解析：需结合多谱联用，步骤如下：①UV：比较甲醇溶液与加入位移试剂（AlCl₃、NaOAc）后的光谱变化，判断羟基位置：加AlCl₃后带Ⅰ红移＞35nm，说明有邻二酚羟基（如儿茶素的B环）；加NaOAc后带Ⅱ红移＞6nm，说明有7-OH（如芹菜素的A环）。②IR：观察羰基峰（黄酮酮~1650cm⁻¹，查耳酮~1620cm⁻¹）、羟基峰（游离OH~3600cm⁻¹，缔合OH~3200-3400cm⁻¹）及苯环振动峰（~1600、1500cm⁻¹），判断母核类型（如查耳酮的羰基峰更靠低波数）。③NMR：¹H-NMR：A环质子（δ6.0-6.5，H-6、H-8，若有5-OH则化学位移低场位移）；B环质子（δ6.5-8.0，若有邻二酚羟基则H-2’、H-6’化学位移不同）；C环质子（黄酮的H-3为s峰，δ6.3左右；二氢黄酮的H-2、H-3为dd峰，δ5.0-5.5、δ2.8-3.0）。¹³C-NMR：判断碳的杂化状态（sp²碳化学位移δ100-160，sp³碳δ0-100）与取代基类型（如甲氧基碳δ50-60）。④MS：分子离子峰（[M]⁺较强），主要裂解为RDA裂解（产生