藥物化學(xué)的定義、研究內(nèi)容和主要任務(wù)

1、藥物化學(xué)的定義、研究內(nèi)容和主要任務(wù)藥物化學(xué)是一門發(fā)現(xiàn)與發(fā)明新藥，合成化學(xué)藥物，闡明藥物化學(xué)性質(zhì)，研究藥物分子與機體細(xì)胞（生物大分子）之間相互作用規(guī)律的綜合性學(xué)科。 一、藥物化學(xué)的基本定義二、藥物化學(xué)的研究內(nèi)容藥物化學(xué) is now called Medicinal Chemistry, 藥物具有治療、診斷、預(yù)防、調(diào)節(jié)生理機能的物質(zhì)?；瘜W(xué)藥物已知確切結(jié)構(gòu)的單一化合物。 藥物化學(xué)的研究內(nèi)容: 1) SAR and QSAR 2)化學(xué)結(jié)構(gòu)與理化性質(zhì)的關(guān)系 3)藥物與受體(酶,核酸)的相互作用 4)藥物的代謝(藥物的吸收，轉(zhuǎn)運，分布和代謝) 5)新化學(xué)實體(New Chemical Entities,

2、 NCE)的創(chuàng)制。 三、藥物化學(xué)的主要研究任務(wù)（一）為有效利用現(xiàn)有藥物提供理論基礎(chǔ)?！芭R床藥物化學(xué)” 研究藥物的化學(xué)結(jié)構(gòu)與理化性質(zhì)的關(guān)系、藥物的構(gòu)效關(guān)系、藥物穩(wěn)定性方面的探討。 （二）為生產(chǎn)化學(xué)藥物提供經(jīng)濟合理的方法和工藝“化學(xué)制藥工藝學(xué)”學(xué)習(xí)化學(xué)合成藥物的生產(chǎn)工藝原理, 工藝路線的設(shè)計、選擇、評價和革新，熟悉實驗室研究方法和中試放大、生產(chǎn)工藝規(guī)程、安全生產(chǎn)技術(shù)、相關(guān)的環(huán)境保護知識及典型藥物的工藝研究來深入學(xué)習(xí)相關(guān)的知識。（三）尋求優(yōu)良新藥，不斷探索尋求新藥的途徑和方法創(chuàng)新藥（第一任務(wù)）生產(chǎn)化學(xué)藥物（第二任務(wù)）“新藥設(shè)計”先導(dǎo)化合物(Lead compounds)最初發(fā)現(xiàn)的具有特定生理活性和全

3、新結(jié)構(gòu)的化合物，可作為進行結(jié)構(gòu)修飾的模板，通過構(gòu)效關(guān)系、定量構(gòu)效關(guān)系和三維定量構(gòu)效關(guān)系研究，以獲得預(yù)期藥理作用的理想藥物。A lead is a representative of a compound series with sufficient potential (as measured by potency, selectivity, pharmacokinetics, physicochemical properties, novelty, and absence of toxicity) to progress to a full drug development program.

4、Lead discovery天然生物活性物質(zhì)以生物化學(xué)為基礎(chǔ)發(fā)現(xiàn)先導(dǎo)物基于臨床副作用觀察產(chǎn)生先導(dǎo)物基于生物轉(zhuǎn)化發(fā)現(xiàn)先導(dǎo)物藥物合成的中間體作為先導(dǎo)物組合化學(xué)的方法產(chǎn)生先導(dǎo)物基于生物大分子結(jié)構(gòu)和作用機理設(shè)計先導(dǎo)物反義核苷酸幸運及篩選發(fā)現(xiàn)的先導(dǎo)物四、藥物化學(xué)與其他學(xué)科的關(guān)系相關(guān)學(xué)科在藥物化學(xué)發(fā)展史上所起的作用 藥物化學(xué)的建立是以近代化學(xué)和化學(xué)工業(yè)的建立為基礎(chǔ)，而其發(fā)展則受益于生物化學(xué)!生物物理!理論有機化學(xué)及藥理學(xué)的發(fā)展,特別是近年來分子生物學(xué)!分子藥理學(xué)!量子生物化學(xué)取得的一系列成果,使人們對機體的認(rèn)識從宏觀進入到微觀的分“子水平在藥物化學(xué)的發(fā)展史中,相關(guān)學(xué)科的影響是多方面的（一）化學(xué)化學(xué)藥物的出

5、現(xiàn)是藥物化學(xué)發(fā)展史上的一大進步,而化學(xué)藥物之所以出現(xiàn),又是由于染料化學(xué)和其他化學(xué)工業(yè)的發(fā)展 。通過借鑒或直接應(yīng)用有機化學(xué)結(jié)構(gòu)理論和反應(yīng)機理,可以很好地解釋藥物分子同體內(nèi)生物大分子間的相互作用以及分析其構(gòu)效關(guān)系用量子化學(xué)的方法計算藥物分子的軌道參數(shù)!能量和電荷密度,用物理化學(xué)和物理有機化學(xué)的方法分析能量過程和分子的軌道參數(shù),這些都已成為藥物分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)的重要表達(dá)方式 （二） 醫(yī)學(xué)研究的基礎(chǔ)科學(xué)藥理學(xué)!毒理學(xué)和藥物代謝動力學(xué)對評價藥物的活性!安全性和在體內(nèi)的處置過程,提供了動物模型! 分子藥理學(xué)和分子生物化學(xué),則從分子水平上研究藥物的作用與過程,解析藥物與受體部位的相互作用。 生理學(xué)和病理學(xué)的研

6、究提示了正常組織與器官同病態(tài)的組織器官之間的結(jié)構(gòu)與功能的變化和差異,這種差異為合理地設(shè)計新藥,尤其是研制具有特異性選擇作用的新藥,提供了依據(jù)。（三）計算機技術(shù) 應(yīng)用各種理論計算方法和分子圖形模擬技術(shù)進行計算機輔助藥物設(shè)計,可將構(gòu)效關(guān)系的研究和藥物設(shè)計提高到新的水平 。X-線結(jié)晶學(xué)!計算化學(xué)和計算機圖形學(xué)相結(jié)合,可以反映藥物分子與受體分子在三維空間中的相互位置和作用,為研究藥物分子的藥效構(gòu)象!誘導(dǎo)契合和與受體作用的動態(tài)過程,提供了方便而直觀的手段。 （四）現(xiàn)代生物技術(shù) 建立在分子生物學(xué)基礎(chǔ)上的現(xiàn)代生物學(xué)技術(shù)在醫(yī)藥領(lǐng)域中的應(yīng)用。幫助人們從整體水平到分子水平的各個層次上認(rèn)識機體的生理和病理本質(zhì),研究

7、藥物分子怎樣與機體內(nèi)的生物大分子相互作用。隨著受體學(xué)說的證實,藥物作用的確切靶位日益明確,由此來指導(dǎo)藥物的結(jié)構(gòu)和功能研究,不僅幫助克服了化學(xué)模式的缺陷,而且為化學(xué)理論和技術(shù)在藥學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用開辟了廣闊的天地。 第二節(jié) 藥物化學(xué)的歷史與現(xiàn)狀藥物化學(xué)的起源近現(xiàn)代的藥物化學(xué)一、藥物化學(xué)的歷史回顧（一）藥物化學(xué)的 起源 煉丹術(shù)、煉金術(shù)對藥物化學(xué)的貢獻(xiàn)中國的煉丹術(shù)在中國的奴隸社會轉(zhuǎn)入封建社會的時期，生產(chǎn)普遍獲得了發(fā)展，其中釀造、制陶、采礦、冶金等工業(yè)都迅速發(fā)展起來。由于生產(chǎn)的發(fā)展，統(tǒng)治階級不僅希望提高物質(zhì)享受，而且希望長生不死。在這樣的時代背景下，煉丹術(shù)就應(yīng)運而生了。據(jù)史書記載，早在公元前四世紀(jì)的戰(zhàn)國時

8、期，我國就有煉丹方士，秦、漢時，煉丹術(shù)得到進一步發(fā)展。秦始皇統(tǒng)一六國之后，曾派人到海上求仙人不死之藥。漢武帝本人就熱衷于神仙和長生不死之藥。這時煉丹術(shù)興起來了，不僅是尋找自然界的長生不死之藥，而且要煉制長生不死之藥。到了東漢煉丹術(shù)得到進一步發(fā)展，出現(xiàn)了著名的煉丹術(shù)家魏伯陽，著書周易參同契以闡明長生不死之說。他說巨勝（胡麻）尚延年，還丹可入口。金性不敗朽，故為萬物寶。術(shù)士取食之，壽命保長久。繼后，晉代煉丹述家陶弘景著書真誥。到了唐代，煉丹術(shù)跟道教結(jié)合起來而進入全盛時期，這時煉丹術(shù)家孫思邈，著作丹房訣要。這些煉丹術(shù)著作都有不少化學(xué)知識，據(jù)統(tǒng)計共有化學(xué)藥物六十多種，還有許多關(guān)于化學(xué)變化的記載。阿拉伯

9、的煉金術(shù)唐代的絲綢之路將中國的煉丹術(shù)帶入阿拉伯帝國，與古希臘傳來的煉金術(shù)相融合，從而形成了阿拉伯的煉金術(shù)。伊斯蘭煉金術(shù)繼承了古代東方的煉金術(shù)傳統(tǒng)，主要是以亞力山大為中心的赫爾墨斯神智學(xué)和中國的煉金術(shù)。穆斯林最早的煉金術(shù)是倭麥亞王子哈立德伊本葉基德。 歐洲的煉金術(shù)（alchemy） 西方的煉金術(shù)可追溯到希臘化時期，最早、最可靠的代表人物是佐息摩斯。大約生活在公元350至420年的佐息摩斯相信存在著一種物質(zhì)，它能魔術(shù)般地使金屬出現(xiàn)人所企望的變化。 煉金術(shù)的意義煉金術(shù)經(jīng)過現(xiàn)代科學(xué)證明是錯誤的。但作為近代化學(xué)的先驅(qū)在化學(xué)發(fā)展史上起到了一定的積極作用。通過煉金術(shù)，人們積累了化學(xué)操作的經(jīng)驗，發(fā)明了多種實驗

10、器具，認(rèn)識了許多天然礦物。煉金術(shù)在歐洲成為近代化學(xué)產(chǎn)生和發(fā)展的基礎(chǔ) .（二）近現(xiàn)代的藥物化學(xué)發(fā)現(xiàn)階段(discovery)發(fā)展階段(development)設(shè)計階段(design)1.發(fā)現(xiàn)階段19世紀(jì)，有機化學(xué)工業(yè)從無到有發(fā)展很快。人們在煤焦油中分離出苯、萘、蒽、甲苯、苯胺等一系列新的化合物。1856年，化學(xué)家帕金(W. H. Parkin1838-1907，英)以苯胺為原料合成了苯胺紫第一個人工合成的染料。以后化學(xué)家又合成了一系列染料，發(fā)現(xiàn)了藥物和香料。 19世紀(jì)發(fā)現(xiàn)的具有藥效的生物堿有10余種 1817年，從吐根中提得吐根堿;1818年，從番木鱉中得到番木鱉堿;1820年，從金雞納樹皮中分

11、離出奎寧、辛可寧;從秋水仙種子中分離出秋水仙堿1821年，從咖啡豆中得到咖啡因;1828年，從煙草中提取出尼古丁;1832年，從鴉片中分離出那塞因與可待因;1856年，從古柯樹葉中得到古柯堿;1871年，從山道年篙中得到山道年堿;1885年，從麻黃中提取出麻黃素和偽麻黃素。 古柯堿 苯佐卡因 優(yōu)卡因 普魯卡因1856年，從古柯樹葉中得到古柯堿。1865年，化學(xué)家洛遜(Lossen)將古柯堿完全水解，得到三種成分:愛康寧(托品環(huán))、苯甲酸和甲醇。1890年，化學(xué)家制得結(jié)構(gòu)較為簡單的對氨基苯甲酸乙酯(苯佐卡因)，發(fā)現(xiàn)也有局麻作用，此藥被稱作麻因。1897年，化學(xué)家哈里斯(Harris)合成了優(yōu)卡因

12、，這是一種帶有托品環(huán)的芳香酸酯類衍生物，發(fā)現(xiàn)其麻醉作用優(yōu)于古柯堿。化學(xué)家艾因霍恩在總結(jié)局麻藥的化學(xué)結(jié)構(gòu)時說:“所有的芳香酸酯都可能產(chǎn)生局麻作用” 1904年，他在芳香酸酯基團上引入二氨基，合成了優(yōu)良的局麻藥普魯卡因。以上這一系列化學(xué)實驗給化學(xué)家一種啟示:藥物分子中有一些特殊的結(jié)構(gòu)，包括特殊基團，是發(fā)揮藥效必需的，具有相同結(jié)構(gòu)的物質(zhì)會產(chǎn)生相同的治療效應(yīng)。S 1859年，化學(xué)家利用大量易得的苯酚十分便利地合成了水楊酸， 1875年發(fā)現(xiàn)了它的解熱鎮(zhèn)痛作用，但由于它對胃有強烈的刺激作用，因此被擱置了近20年，直到1893年，化學(xué)家霍夫曼將其制成乙酰水楊酸阿司匹林，經(jīng)過六年臨床試驗后大量生產(chǎn)。目前發(fā)現(xiàn)其

13、有治療心臟病的作用，并可以抗乳腺癌、腸癌。1884年，化學(xué)家克諾爾(L. Knorr)在研究奎寧時偶然合成了氨基比林，1886年，發(fā)現(xiàn)其有退熱作用，其衍生物匹拉米洞于1893年在一個染料廠被合成出來。1886年，發(fā)現(xiàn)染料中間體苯胺及乙酰苯胺(退熱冰)有解熱鎮(zhèn)痛作用，1887年合成了其衍生物非那西丁. 去痛片氨基比林非那西丁咖啡因苯巴比妥PaulEhrlichPaul Ehrlich （德）是體液免疫的倡導(dǎo)者。由此認(rèn)為抗體的形成是機體的一種免疫應(yīng)答現(xiàn)象，主要是體液中產(chǎn)生了相應(yīng)抗體，從而確立了體液免疫學(xué)說。他和梅契尼可夫以關(guān)于抗體形成的側(cè)鏈學(xué)說共獲1908年的諾貝爾生理和醫(yī)學(xué)獎。 通過構(gòu)效關(guān)系的研

14、究發(fā)現(xiàn)撲瘧奎、阿的平等合成抗瘧藥。606抗病毒。進一步發(fā)展了對受體結(jié)合理論，認(rèn)為在哺乳動物細(xì)胞 中存在受體，藥物與受體結(jié)合后才能發(fā)揮藥效。2.發(fā)展階段百浪多息磺胺復(fù)方磺胺甲惡唑片磺胺嘧啶甾體激素類藥物如腎上腺皮質(zhì)激素和性激素的廣泛研究和應(yīng)用,對調(diào)整內(nèi)分泌失調(diào)起重要作用。以青霉素為代表的抗生素的出現(xiàn)和半合成抗生素的研究、神經(jīng)系統(tǒng)藥物、心腦血管治療藥以及惡性腫瘤的化學(xué)治療等都顯示出很大的進步。從藥物化學(xué)的角度看,這一階段的成就同有機化學(xué)的理論和實驗技術(shù)的發(fā)展有密切的關(guān)系。3.設(shè)計階段20世紀(jì)60年代至今在這期間，惡性腫瘤、心腦血管疾病和免疫性等疾病的藥物研究與開發(fā)遇到了困難，按以前的方法與途徑研究

15、開發(fā),成效并不令人滿意。物理化學(xué)和物理有機化學(xué),生物化學(xué)和分子生物化學(xué)的發(fā)展,精密的分析測試技術(shù)如色譜法、放射免疫測定、質(zhì)譜、核磁共振和X-線結(jié)晶學(xué)的進步,以及電子計算機的廣泛應(yīng)用,為闡明作用機理和深入解析構(gòu)效關(guān)系準(zhǔn)備了堅實的理論和強有力的實驗技術(shù),使藥物化學(xué)的理論與藥物設(shè)計的方法和技術(shù)不斷地升華和完善 。1964年Hansch和藤田以及Free-Wilson同時提出了定量構(gòu)效關(guān)系的研究方法,成為藥物化學(xué)發(fā)展的新的里程碑. 此外,用計算機輔助研究藥物在體內(nèi)的過程,從整體水平上為研究設(shè)計新藥提供了新的方法和參數(shù),體內(nèi)微量內(nèi)源性物質(zhì)如花生四烯酸及其代謝物,以及受體激動劑和拮抗劑的設(shè)計與合成,離子通

16、道的激動劑和阻滯劑的發(fā)現(xiàn),前藥原理和軟藥原理的廣泛應(yīng)用等,都在一定程度上把藥物化學(xué)提到了新的水平。前藥原理和軟藥原理前藥：是指一些無藥理活性的化合物，但是這些化合物在生物體內(nèi)經(jīng)過代謝的生物轉(zhuǎn)化，被轉(zhuǎn)化為有活性的藥物。 如：百浪多息硬藥：是指具有發(fā)揮藥物作用所必需的結(jié)構(gòu)特征的化合物，該化合物在生物體內(nèi)不發(fā)生代謝或轉(zhuǎn)化，可避免產(chǎn)生某些毒性代謝產(chǎn)物。軟藥是本身具有治療作用的藥物，在生物體內(nèi)作用后常轉(zhuǎn)變成無活性和無毒性的化合物。由于硬藥不能發(fā)生代謝失活，因此很難從生物體內(nèi)消除而產(chǎn)生不良反應(yīng)，很少直接應(yīng)用，常將其進行化學(xué)改造而制成軟藥后使用。二、我國藥物化學(xué)的發(fā)展現(xiàn)狀自改革開放以來，我國醫(yī)藥工業(yè)發(fā)展速度

17、加快，以每年約20的發(fā)展速度遞增，醫(yī)藥工業(yè)總產(chǎn)值由1978年的64億元增加到2000年的2330億元。我國大中小規(guī)模的化學(xué)制藥廠4000余家，可以生產(chǎn)24大類原料藥1400余種，制劑4000余種。我國的化學(xué)藥物品種比較齊全，可滿足臨床需要，原料藥出口在國際市場也占到了相當(dāng)?shù)谋戎?。但與發(fā)達(dá)國家相比，我國的醫(yī)藥總產(chǎn)值還相當(dāng)?shù)停酱l(fā)展?；瘜W(xué)合成藥物研究的現(xiàn)狀科研經(jīng)費嚴(yán)重不足醫(yī)藥工業(yè)規(guī)模太小，中小企業(yè)居多，大多企業(yè)無優(yōu)勢品種，生產(chǎn)利潤低微，一般掙扎在盈虧平衡線上。因此根本無力創(chuàng)建自己的研發(fā)體系。大多數(shù)企業(yè)由于資金不足，連基本科研儀器也很難配齊，儀器落后，技術(shù)落后，根本不具備仿制國外專利藥品的能力?？?/p>

18、研人才水平低，創(chuàng)新人才匱乏大專院校，科研院所和一些較大的醫(yī)藥企業(yè)盡管有自己的研發(fā)體系，也致力于合成新藥的研究。但在化學(xué)合成藥物的研究上，幾乎全部走仿制國外專利藥品（到期和未到期的）之路。 合成藥物研究選題立項水平差，重復(fù)審報頻率高大多醫(yī)藥研究單位選題能力差，只要有某一研究單位在國內(nèi)首家申報合成藥物新品種，只要臨床前的研究資料一上報，則有數(shù)家單位蜂擁而上，爭先恐后申報，導(dǎo)致即使是仿制新藥也是一上市就陷于殘酷的競爭之中。 制劑研制水平低劑型單一，技術(shù)落后，輔料品種數(shù)量和質(zhì)量上遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于國外先進企業(yè)，競爭力差，難以進入國際市場。而先進國家的醫(yī)藥總產(chǎn)值則主要來源其制劑產(chǎn)品的全球銷售。取得的成就平陽霉素

19、、創(chuàng)新霉素牛胰島素聯(lián)苯雙脂青蒿素第三節(jié) 藥物化學(xué)在新藥研究與開發(fā)中的作用世界制藥工程是一個長盛不衰的朝陽產(chǎn)業(yè)。世界藥品研究開發(fā)的年費用業(yè)已超過400億美元，比1982年的54億美元上升了8倍。在近年上市的新產(chǎn)品種中，抗感染藥物、心血管藥物、中樞神經(jīng)系統(tǒng)用藥，抗癌藥物占主導(dǎo)地位。一、新藥研究與開發(fā)的現(xiàn)狀由于發(fā)現(xiàn)藥物新分子本體的難度越來越大，世界各大制藥公司藥物研究機構(gòu)均加大投資力度，借助于高新技術(shù)尋找新的藥物新分子本體。（2000年60個新藥的銷售額達(dá)到930億美元）世界醫(yī)藥市場份額基本被發(fā)達(dá)國家瓜分。二、新藥研究方法和技術(shù)組合化學(xué)與高通量篩選技術(shù)計算機輔助藥物分子技術(shù)化學(xué)信息學(xué)和數(shù)據(jù)庫檢索技術(shù)生物技術(shù)合理藥物設(shè)計類似化合物結(jié)構(gòu)修飾的新藥模仿性創(chuàng)新天然產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)改造1.組合化學(xué)與高通量篩選技術(shù)2.計算機輔助藥物分子技術(shù) 計算機模擬已經(jīng)成為繼實驗、理論之后的第三種研究手段，在科學(xué)的各個領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用，并且發(fā)展迅速。藥物設(shè)計與分子模擬也是如此，其總體趨勢是計算精度越來越高，與實驗結(jié)合日趨緊密。近年來，國內(nèi)藥物設(shè)計與分子模擬研究工作取得了長足的進展，其中，定量構(gòu)效關(guān)系在藥物研究中的應(yīng)用廣泛，已成為藥物結(jié)構(gòu)改造的一個有力工具；分子模擬研究發(fā)展較快，計算的方法多樣化，模擬的時間、空間尺度也