天然藥物化學(xué)沈陽藥科大學(xué)天然藥物化學(xué)-1前言課件

天然藥物化學(xué)前言課程性質(zhì)：專業(yè)選修課預(yù)修課程：有機(jī)化學(xué)有機(jī)分析化學(xué)波譜分析等教學(xué)目的：掌握天然藥物化學(xué)的理論和生物活性成分的提取、分離、純化和結(jié)構(gòu)鑒定的基本技能，具有從事天然有機(jī)藥物的生產(chǎn)和化學(xué)研究的能力。基本內(nèi)容：天然活性成分的化學(xué)結(jié)構(gòu)類型及理化性質(zhì)；天然活性成分的提取、分離及精制方法；典型天然成分結(jié)構(gòu)鑒定方法；重要天然藥物和活性成分的結(jié)構(gòu)鑒定實(shí)例。內(nèi)容和要求：1、掌握植物各類有效成分結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)、理化性質(zhì)：如溶解度、極性、酸堿性、鑒別反應(yīng)。2、掌握有效成分提取分離方法：提取方法：如溶劑法、水蒸氣蒸餾法、升華法。分離方法：如液-液萃取法、pH梯度萃取法、色譜法。3、掌握有效成分結(jié)構(gòu)鑒定：理化方法：如顏色反應(yīng)、理化常數(shù)、衍生物制備方法等。光譜方法：UV，IR，MS，NMR：1H-NMR、13C-NMR、2D-NMR天然藥物化學(xué)研究展望藥物與化學(xué)應(yīng)該說所有的藥物都是化學(xué)物質(zhì)，反過來也可以說化學(xué)源于藥學(xué)。之所以這樣說，是因?yàn)樗幬锏陌l(fā)展源于煉丹術(shù)，而化學(xué)也是源于煉丹術(shù)，而煉丹術(shù)的出發(fā)點(diǎn)是尋找長生不老藥?！盎鹚帯钡摹八帯弊志驮从诖?。中藥與化學(xué)提起中藥人們首先就會想到神農(nóng)嘗百草（公元前2700年），明代李時(shí)珍的本草綱目，但多數(shù)人不會想到化學(xué)。因?yàn)楹椭兴幈绕饋?，化學(xué)特別是有機(jī)化學(xué)晚了許多個(gè)世紀(jì)。1772、1773、1787年分別證明了化學(xué)元素氮、氧、氫，1857年完成了碳原子的四價(jià)理論，1865年確立了苯的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，1788年才知道水的化學(xué)組成。隨著人們對化學(xué)元素的認(rèn)識、有機(jī)化學(xué)的建立，人們才把中藥與化學(xué)聯(lián)系在一起，進(jìn)而建立了藥物化學(xué)，并取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。特別是1824年德國化學(xué)家維勒從無機(jī)物人工合成了有機(jī)物尿素，開辟了合成藥物和天然藥物合成的新天地。天然藥物化學(xué)的發(fā)展史略中國古代就已人工合成了紅升丹（HgO）、靈砂（HgS）、輕粉（Hg2Cl2）等，用升華法煉制樟腦、用提取法制備草烏結(jié)晶、用酶解、酸堿水解制備青黛等。16世紀(jì)歐洲科學(xué)家用水蒸氣蒸餾法從芳香植物制得揮發(fā)油，從百里香得到百里香油，又從中制得百里香酚，而后又從八角茴香油中分離得到茴香腦。1546年在阿拉伯地區(qū)以及歐洲用干餾法從琥珀中得到琥珀酸，1560年從安息香中得到安息香酸，用不同的方法得到純的酒石和蔗糖等。1769年舍勒在瑞典斯德歌爾摩科學(xué)院運(yùn)用酸堿化學(xué)反應(yīng)制備了酒石酸，從檸檬汁中制得檸檬酸，還用同樣的方法制備了草酸、蘋果酸、苯甲酸、乳酸，從沒食子中制得沒食子酸，再經(jīng)加熱升華法制得焦性沒食子酸。舍勒第一次利用酸堿的化學(xué)方法制備了多種有機(jī)酸，后來人們稱這是天然有機(jī)化學(xué)、植物化學(xué)的起點(diǎn)。1804年法國藥師Dersone從鴉片浸液中加堿得到一種堿性的鎮(zhèn)痛成分，兩年后德國人F.W.A.Sertuner證明該物質(zhì)本身就是堿性物質(zhì)，Gay-Lussae證明該物質(zhì)可以成鹽，并命名Morphine（嗎啡）。1918年Meiszner稱此類物質(zhì)為alkaloids（生物堿）。嗎啡為強(qiáng)的鎮(zhèn)痛藥物，因此人們稱嗎啡的發(fā)現(xiàn)是天然藥物化學(xué)的開端。嗎啡的發(fā)現(xiàn)，激發(fā)了人們從各種植物中用同類的方法，獲得了一系列活性強(qiáng)的生物堿類成分，形成了生物堿發(fā)展史的一個(gè)輝煌時(shí)期。僅1817－1837年的20年間就相繼發(fā)現(xiàn)了吐根堿、吐的寧、胡椒堿、翠雀花堿、奎寧、咖啡因、白屈菜堿、芥子堿、延胡索素甲、小檗堿、毒芥堿、煙堿、阿托品、奎寧定、莨菪堿、烏頭堿、秋水仙堿、芥藜蘆胺、駱駝蓬堿等，這些生物堿類化合物都是具有重要的藥用活性，最具代表性的天然有機(jī)化合物。生物堿類成分的提取、分離、純化以及結(jié)構(gòu)鑒定創(chuàng)立了許多新的方法和技術(shù)，為天然藥物化學(xué)的發(fā)展開創(chuàng)了新紀(jì)元，除有機(jī)酸、生物堿外黃酮、萜類、甾體類、香豆素類、糖苷類都取得了迅猛的發(fā)展。天然藥物：植物：87%，如人參、甘草等；動(dòng)物：12.3%，牛黃、鹿茸等；礦物：0.6%，石膏、朱砂等。天然藥物化學(xué)：運(yùn)用現(xiàn)代科學(xué)理論與方法研究天然藥物中化學(xué)成分的一門學(xué)科。9糖類：中藥中普遍存在，為多羥基醛或酮及其縮聚物，可分為單糖、低聚糖、多聚糖：單糖、低聚糖2-10個(gè)單糖組成，如蔗糖、多糖10個(gè)以上單糖組成，如淀粉10氨基酸、蛋白質(zhì)和酶：氨基酸鑒別茚三酮反應(yīng)，紫色。蛋白質(zhì)多種氨基酸組成的大分子。沉淀反應(yīng)鹽析無機(jī)鹽入NaSO4

醇析乙醇試劑苦味酸、重金屬

酶有催化能力的蛋白，又專屬性，加熱、酸堿使失活11鞣質(zhì)：單寧，多羥基酚類化合物，可與蛋白質(zhì)、重金屬鹽、多種生物堿鹽形成不溶于水的沉淀。幾種重要的天然有機(jī)化合物嗎啡，1925年確定結(jié)構(gòu)，鎮(zhèn)痛藥。青霉素，1929年英國細(xì)菌學(xué)家A.Fleming發(fā)現(xiàn)，1939年分離、純化得到，開辟了抗生素藥物研究的新天地，1942年發(fā)現(xiàn)鏈霉素，1948年發(fā)現(xiàn)金霉素、氯霉素，1950年土霉素。重要的有機(jī)化合物蘿芙木堿（利血平），鎮(zhèn)靜、降壓藥，1952年發(fā)現(xiàn)，1954年鑒定結(jié)構(gòu)，56年全合成。喜樹堿，DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶I的抑制劑（抗腫瘤），1966年確定結(jié)構(gòu)，75年全合成。長春堿，抗腫瘤，對腫瘤細(xì)胞微管聚合有抑制作用，1964年鑒定結(jié)構(gòu)，91年全合成。長春新堿，抗腫瘤，1964年鑒定，但1963年即已上市。重要的天然有機(jī)化合物海葵毒，1971年發(fā)現(xiàn)，分子量2680.13，81年確定結(jié)構(gòu)，94年全合成，有62個(gè)手性碳。赤潮毒（黑剝魚肉毒），76年發(fā)現(xiàn)，93年鑒定結(jié)構(gòu)，分子量3422，是目前發(fā)現(xiàn)海洋生物的天然產(chǎn)物中分子量最大的一個(gè)，1mg可殺死百萬只小鼠（IC50=50ng/kg）。重要的天然有機(jī)化合物鬼臼毒素，抗腫瘤，80年代開發(fā)，94年上市。青蒿素，抗瘧疾。大蒜素，抗菌、抗原蟲、抗癌防癌等。第二節(jié)生物合成二主要的生物合成途徑常見的基本單位大概有以下幾種類型：C2單位(醋酸單位)：如脂肪酸、酚類、苯醌等聚酮類化合物C5單位（異戊烯單位)：如萜類、甾類等。C6單位：如香豆素、木脂體等苯丙素類化合物。氨基酸單位：如生物堿類化合物。復(fù)合單位：由上述單位復(fù)合構(gòu)成。天然化合物的主要生物合成途徑如下所示，且大多數(shù)已用同位素示蹤試驗(yàn)得到了證明。(一)醋酸-丙二酸途徑(AA-MA途徑)脂肪酸類、酚類、葸酮類等均由這一途徑生成。(二)甲戊二羥酸途徑（MVA途徑）甾體及萜類化合物由此途經(jīng)生成提取分離方法一提?。ㄒ唬┤軇┨崛》?理想溶劑：有效成分溶解性大，無效成分溶解性小，與植物成分不起化學(xué)反應(yīng)，安全、成本低。2溶劑分類：水；親水性有機(jī)溶劑，甲醇、乙醇、丙酮；親脂性有機(jī)溶劑，石油醚、飽和烷烴。3提取方法：冷提法：浸漬法，藥材+溶劑→浸泡→提取物；滲漉法：藥材粉碎→滲漉桶中；熱提法：煎煮法；回流提取法；連續(xù)提取法。（二）水蒸氣蒸餾法揮發(fā)油多用此法，要求能揮發(fā)、與水不相混溶、遇水穩(wěn)定。（三）升華法氣態(tài)→固態(tài)（如樟木中樟腦的提取）二分離方法(一)根據(jù)物質(zhì)溶解度差別1結(jié)晶及重結(jié)晶：利用溶劑對有效成分與雜質(zhì)在冷熱情況下溶解度顯著差異以獲得結(jié)晶的方法。2改變混合溶劑的極性：水/醇法：水提液+醇（數(shù)倍）→多糖、蛋白質(zhì)除去。醇/水法：醇提液+水（數(shù)倍）→油脂、葉綠素除去。3改變pH值：堿提酸沉、酸提堿沉。4金屬鹽絡(luò)合法：Pb2+、Ca2+等金屬離子可與酸、堿性化合物生成不溶于水的沉淀。3CCD法（逆流分溶法）

是多次、連續(xù)的液-液萃取分離過程

(三)根據(jù)物質(zhì)的吸附性差別（色譜法）吸附物理吸附的基本規(guī)律：相似者易于吸附。吸附劑：強(qiáng)極性吸附劑：硅膠、氧化鋁、纖維素、凝膠、樹脂等；弱極性吸附劑：活性炭等。物理吸附：也叫表面吸附，是因構(gòu)成溶液的分子(含溶質(zhì)及溶劑)與吸附劑表面分子的分子間力的相互作用所引起。無選擇性，吸附與解吸可逆。化學(xué)吸附：通過生成化學(xué)鍵使吸附具有選擇性、牢固、有時(shí)甚至不可逆。半化學(xué)吸附：氫鍵的吸附，力量較弱，介于物理吸附與化學(xué)吸附之間。聚酰胺吸附色譜法

吸附原理：通過分子中的酰胺羰基與酚類、黃酮類化合物的酚羥基，或酰胺鍵上的游離氨基與醌類、脂肪羧酸上的羰基形成氫鍵締合而產(chǎn)生吸附。影響因素：溶質(zhì)的影響：形成氫鍵的基團(tuán)的數(shù)目越多，吸附能力越強(qiáng)；成鍵位置對吸附力有影響，易形成分子內(nèi)氫鍵者，其在聚酰胺上的吸附相應(yīng)減弱。>>

分子中芳香化程度高，吸附性增強(qiáng)，反之減弱。洗脫劑的影響：洗脫能力順序：水<甲醇<丙酮<氫氧化鈉水溶液<甲酰胺<二甲基酰胺<尿素水溶液>>>(四)根據(jù)物質(zhì)分子大小差別的分離方法凝膠色譜：分子篩，按分子由大到小順序出柱。葡聚糖凝膠只適用于水中應(yīng)用；羥丙基葡聚糖凝膠可在水及有機(jī)溶劑中使用。在由極性及非極性溶劑組成的混合溶劑中常起到反相色譜的作用。(五)根據(jù)物質(zhì)離解過程不同離子交換樹脂法：由母核（二乙烯苯）與離子交換基團(tuán)組成。有陽離子交換樹脂及陰離子交換樹脂。結(jié)構(gòu)研究方法

一純度鑒定1物理常數(shù)：熔點(diǎn)，旋光度等2TLC(PC)：三種展開系統(tǒng)均為單一斑點(diǎn)。3GC，HPLC二化合物類型1文獻(xiàn)調(diào)研：同種、同屬及相近屬植物的成分2鑒別反應(yīng)3色譜行為：酸堿性、溶解性三化合物結(jié)構(gòu)1光譜方法：UV、IR、1H-NMR、13C-NMR、MS2化學(xué)溝通：化學(xué)降解、衍生物制備、人工合成3立體結(jié)構(gòu)：CD、ORD、2D-NMR、X-射線衍射紫外光譜（UV)最大吸收波長吸光度（摩爾吸光系數(shù)）生色團(tuán)助色團(tuán)電子躍遷類型紅外光譜（IR）分子的振動(dòng)所產(chǎn)生的吸收振動(dòng)方式：伸縮振動(dòng)，彎曲振動(dòng)。彎曲振動(dòng)：扭曲振動(dòng)，面內(nèi)搖擺振動(dòng)，扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。波數(shù)范圍：4000～666cm-1特征區(qū)：4000～1500cm-1

指紋區(qū)：1500～666cm-1核磁共振譜（NMR）核自旋產(chǎn)生核磁矩，質(zhì)子的自旋方向有兩種取向，相當(dāng)于兩個(gè)能級，在外加磁場中產(chǎn)生能級分裂，在射頻磁場的作用下，質(zhì)子吸收能量產(chǎn)生能級躍遷，產(chǎn)生核磁共振。核磁共振譜有：1H-NMR,13C-NMR,19F-NMR,31P-NMR,15N-NMR，17O-NMR等，常用的主要是1H-NMR,13C-NMR。

1H-NMR：氫同位素中1H的豐度比最大，信號靈敏度也高，故1H-NMR測定比較容易，應(yīng)用也最廣泛，1H-NMR測定中通過化學(xué)位移(δ)、譜線的積分面積以及裂分情況(重峰數(shù)及偶合常數(shù)J)可以提供分子中1H的類型、數(shù)目及相鄰原子或原子團(tuán)的信息,對有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)測定具有十分重要的意義。

1H-NMR提供的信息化學(xué)位移：信號的種類；影響化學(xué)位移的因素：化學(xué)環(huán)境，磁環(huán)境。信號的種類；積分曲線（氫個(gè)數(shù)）；信號的裂分（偶合常數(shù)J）：二面角原理，順反異構(gòu)原理。13C-NMR噪音去偶譜：也叫全氫去偶或?qū)拵ヅ甲V，所有碳信號作為單峰出現(xiàn)。選擇性照射特定氫核，分別消除相關(guān)碳信號，使峰簡化，增高。DEPT譜不同類型的13C信號在譜圖上呈單蜂并分別呈現(xiàn)正向蜂或倒置峰。2D-NMR：COSY、HMQC、HMBC、TOCSY如COSY譜可以歸屬相鄰H的信號，TOCSY譜可以將自旋系統(tǒng)內(nèi)一組H信號明確歸屬，再借助HMQC譜可以將與之相對應(yīng)的碳信號加以歸屬，HMBC譜對于判定成苷位置等，NOESY、NOE可知相對構(gòu)型（立體化學(xué)）。質(zhì)譜（MS）電子轟擊法（EI）；化學(xué)電離法（CI）；場致電離法（FI）；場解析電離法（FD）；快速原子轟擊電離（FAB）；電噴霧電離（ESI）。五旋光光譜具有光學(xué)活性的物質(zhì)溶液，可使偏振光發(fā)生旋轉(zhuǎn)，稱為旋光。用不同波長的偏振光照射光學(xué)活性化合物，用波長對比旋光度作圖，即得旋光光譜。旋光光譜的種類(1)平坦譜線：正：短波高，長波低；負(fù)：短波低，長波高。(2)單純Cotton效應(yīng)譜線：正：峰在長波，谷在短波；負(fù)：峰在短波，谷