天然产物化学第一章绪论

1、,主讲人：李音 生化学院化工系 重点实验室201,天然产物化学,课堂纪律和考核方法,期末考核：60 % 考查：开卷考试 平时成绩：40 % 出勤率 平时作业 课堂发言及做小型报告,参考书目：,1徐任生主编，天然产物化学（第二版），科学出版社，2004版 2徐任生等编，中草药有效成分提取与分离，上海科技出版社，1989版 3孙文基等编，天然药物成分提取分离与制备，中国医药科技出版社，1994版 4北京医学院主编，中草药成分化学，人民卫生出版社，1980版 5杜灿屏等主编，21世纪有机化学发展战略，化学工业出版社，2002版,教学内容：,1 绪论 2 天然产物的提取分离和结构鉴定 3 生物碱类化合

2、物 4 醌类化合物 5 黄酮类化合物 6 苯丙素芬类化合物 7 糖类及苷类化合物 8 萜类化合物 9 甾族化合物 10 其他类型天然产物 11 生物转化在天然产物研究中的应用 12 天然产物的化学合成,第一章 绪论,了解天然产物化学的含义及研究内容,1,2,3,主要内容：,了解天然产物研究的发展史和研究现状,掌握研究天然产物的一般方法和程序,电影中，王宝把一种植物的叶子嚼碎敷在徐朗被蛇咬伤的伤口上，为什么这么做？,为什么这种叶子能解毒？,天然产物化学的含义及研究内容,小蛇苔 主要成分： 黄酮、萜类、甾体等,八角莲 主要成分： 苯丙素、黄酮、醌类等,能治蛇毒的草药及它们的主要成分,瓜子金 主要成

3、分： 三萜皂苷、黄酮、甾体等,天然 产物,天然产物化学的含义及研究内容,来自植物的,如阿片、人参（大补元气，复脉固脱，补脾益肺，生津止渴，安神益智 ）、大黄(清热解毒、行瘀通经、清热除湿、止血、杀菌 )等;,天然产物化学的含义及研究内容,来自动物的,如牛黄（清热解毒）、鹿茸（滋补强壮）、蟾酥（解毒，止痛，开窍醒神）、海马（强身健体、补肾壮阳、舒筋活络、消炎止痛、镇静安神、止咳平喘）等;,天然产物化学的含义及研究内容,来自人类的,如紫河车等;（补气，养血，益精）,天然产物化学的含义及研究内容,来自矿物的:如石膏、朱砂、雄黄等。 雄黄（四硫化四砷）：败毒抗癌、祛痰镇惊、杀虫疗疮、消炎退肿。,解肌清

4、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、清热解毒,天然产物化学的含义及研究内容,马铃薯发芽，为什么不能吃？ 龙葵碱,天然产物化学的含义及研究内容,什么是天然产物？ 为什么我们要研究天然产物？ 什么是天然产物化学？ “天然产物化学”中我们将研究什么？,？,天然产物化学绪论,天然产物： 广义：自然界的所有物质 化学学科内：指动物、植物、昆虫、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。,天然产物化学的含义及研究内容,天然产物化学的含义及研究内容,一次代谢,植物、昆虫或微生物体内的生物细胞,光合作用,碳水化合物代谢,柠檬酸代谢,生物体

5、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（多糖类、蛋白质、脂类、RNA、DNA）、乙酰辅酶A等的代谢过程,对各生物来说基本相同，其代谢产物广泛分布于生物体内。,天然产物化学的含义及研究内容,二次代谢,一次代谢产物,特殊生物化学反应,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：天然产物。,注意：一次代谢、二次代谢有时候不能严格区分。,天然产物化学的含义及研究内容,二次代谢对生物体的影响尚待深入研究。 二次代谢产物的生成与生物所处的外界环境密切相关 （如植物中的鞣酸）。 对不同生物来说，具有不同的特征，且在生物体内的分布具有局限性。,天然产物化学的含义及研

6、究内容,二次代谢产物的生物合成途径,1 莽草酸途径：酚、氨基酸 2 -多酮途径：多炔类等 3 甲羟戊酸途径：萜类、甾体 4 氨基酸途径：青霉素、头孢、生物碱 5 混合途径：黄酮、生物碱,二次代谢 产物,苷 类 非苷类 （苷元） + 糖 挥发油,脂肪族 萜 类 芳香酚类,酸性物质 碱性物质 中性物质,脂肪族 芳香族,香豆素类 木脂素类 木质素类,苯丙素类 黄酮类 醌 类 鞣 质,植物甾醇 强 心 苷 皂 苷,单 萜 倍 半 萜 二 萜 二倍半萜 萜 多 萜,甾 族 萜 类,生物碱 N 族,油 脂,天然产物化学的含义及研究内容,生物碱,醌类（萘醌）,黄酮,我们在日常生活中接触到那些天然产物呢？,黄

7、酮、萜类,伪麻黄碱（生物碱）,什么是天然产物？ 为什么我们要研究天然产物？ 什么是天然产物化学？ “天然产物化学”中我们将研究什么？,？,天然产物化学导论,红豆杉,紫杉醇,青蒿,青蒿素,银杏内酯,银杏,天然产物化学的含义及研究内容,天然产物的特点：独特的化学结构,为什么我们要研究天然产物？,具有特殊的香气(香精香料),大多具有生物活性(药物),具有独到的功能(天然橡胶、食品添加剂、化妆品),具有鲜艳的颜色（天然色素),天 然 药 物,天然产物,中草药,中 药,草 药,植物、动物、矿物、 海洋生物、微生物,迄今为止，已在临床投入使用的药物中，1/3以上来源于天然产物。,为什么我们要研究天然产物？

8、,什么是天然产物？ 为什么我们要研究天然产物？ 什么是天然产物化学？ “天然产物化学”中我们将研究什么？,？,天然产物化学绪论,什么是天然产物化学？,天然产物化学,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。,什么是天然产物化学？,研究目标：生物碱、挥发油、黄酮、糖苷类、萜类、苯丙素类、有机酸、酚类、醌类、内酯、甾体化合物、鞣酸类等生物二次代谢产物。,研究目的：开发药物、农药、植物生长激素、其他具有经济价值的物质。,了解天然产物化学的含义及研究内容,1,2

9、,3,主要内容：,了解天然产物研究的发展史和研究现状,掌握研究天然产物的一般方法和程序,天然产物研究的发展史和研究现状,1、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。 2、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。” 3、本草纲目卷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。 4、本草纲目卷34下详尽记载了用制备

10、、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。,5 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（一种异喹啉生物碱），于1806年由法国化学家F泽尔蒂纳自鸦片中提取。,天然产物研究的发展史和研究现状,6、此后的数十年间:民间药中的活性成分， 如土根碱、奎宁、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。,8、 1960年左右开始了对海洋天然产物的研究 9、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,7、20世纪50年代

11、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长春花碱，成为两个很有价值的药物，引起了各方的重视,天然产物研究的发展史和研究现状,天然产物化学发展的两个转折点： 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。,天然产物研究的意义,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

12、的目标产物并造福人类。 这些目标产物可能是药物，也可能是有特种功能的物质：食品添加剂、化妆品添加剂等。,天然产物化学发展方向,研究方法、手段,新分离技术、新结构测定方法、新合成方法,微量成分 ： 蚕蛾醇（bombykol）50万只蚕蛾得12mg 蜕皮激素（ecdyson）500kg蚕蛹得到25mg,复杂成分： 沙海葵毒素（palytoxin）分子量2680，分子式C129H223N3O54，64个不对称碳原子，1974年分离纯品，1981年发表平面结构。,天然产物化学发展方向,资源开发,实用化：新药的重要来源,生物技术,基于生物技术的分子天然化合物研究：组织培养、基因工程合成、发酵和酶法生产、

13、仿生合成,什么是天然产物？ 为什么我们要研究天然产物？ 什么是天然产物化学？ “天然产物化学”中我们将研究什么？,？,天然产物化学绪论,了解天然产物化学的含义及研究内容,1,2,3,主要内容：,了解天然产物研究的发展史和研究现状,掌握研究天然产物的一般方法和程序,1、天然产物有效成分的提取,研究天然产物的一般方法和程序,2、天然产物有效成分的分离和纯化,3、天然产物有效成分的分子结构鉴定,4、天然产物有效成分构效关系评价,天然产物有效成分的提取,提取,溶剂提取法,根据活性成分的不同采用不同的方法,传统溶剂提取法,a 水（鞣质、糖类、蛋白质） b 醇 （乙醇、甲醇） c 丙酮、乙酸乙酯、苯等（苷

14、元）,a 冷浸法（3-4次） b 渗漉法（10倍量） c 煎煮法（3-4次）,水蒸气蒸馏法,超声提取法,根据溶解度差异分离,结晶 沉淀 盐析,根据分配比差异分离,萃取： 液液萃取 逆流萃取 超临界萃取,根据吸附性差异分离,简单吸附法 吸附色谱,天然产物有效成分的分离、纯化,天然产物有效成分的分离、纯化,根据分子大小差异分离,凝胶过滤 膜过滤 盐析,根据离解度差异分离,离子交换,根据沸点差异分离,分馏,天然产物有效成分的结构鉴定,3,分子式测定(质谱),4,5,结构分析（紫外光谱、红外光谱、质谱、核磁谱）,结构验证,检识反应,物理常数测定,1,2,一般程序,已知化合物：熔点、混熔点、色谱比移值、光谱数据等与标准品对照,天然产物有效成分的构效关系评价,化合物的生物活性依赖于分子的整体结构。,整体结构,基本结构,潜效基团,载体,结构单元往往和药理作用密切相关。,本身为非活性部分，在体内经吸收、运转等酶解或水解作用，