天然藥物化學(xué)沈陽(yáng)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(zhuān)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(lèi)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(lèi)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(shuō)所有的藥物都是化學(xué)物質(zhì)，反過(guò)來(lái)也可以說(shuō)化學(xué)源于藥學(xué)。之所以這樣說(shuō)，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(zhǎng)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(huì)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(huì)想到化學(xué)。因?yàn)楹椭兴幈绕饋?lái)，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(duì)化學(xué)元素的認(rèn)識(shí)、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(guó)化學(xué)家維勒從無(wú)機(jī)物人工合成了有機(jī)物尿素，開(kāi)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(guó)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(píng)果酸、苯甲酸、乳酸，從沒(méi)食子中制得沒(méi)食子酸，再經(jīng)加熱升華法制得焦性沒(méi)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(lái)人們稱(chēng)這是天然有機(jī)化學(xué)、植物化學(xué)的起點(diǎn)。1804年法國(guó)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(guó)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(chēng)此類(lèi)物質(zhì)為alkaloids（生物堿）。嗎啡為強(qiáng)的鎮(zhèn)痛藥物，因此人們稱(chēng)嗎啡的發(fā)現(xiàn)是天然藥物化學(xué)的開(kāi)端。嗎啡的發(fā)現(xiàn)，激發(fā)了人們從各種植物中用同類(lèi)的方法，獲得了一系列活性強(qiáng)的生物堿類(lèi)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(lèi)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(lèi)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(kāi)創(chuàng)了新紀(jì)元，除有機(jī)酸、生物堿外黃酮、萜類(lèi)、甾體類(lèi)、香豆素類(lèi)、糖苷類(lèi)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(mén)學(xué)科。9糖類(lèi)：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：?jiǎn)翁恰⒌途厶?-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(wú)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(zhuān)屬性，加熱、酸堿使失活11鞣質(zhì)：?jiǎn)螌?，多羥基酚類(lèi)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(guó)細(xì)菌學(xué)家A.Fleming發(fā)現(xiàn)，1939年分離、純化得到，開(kāi)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(shù)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(zhǎng)春堿，抗腫瘤，對(duì)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(zhǎng)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?？?，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(yú)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(wàn)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(kāi)發(fā)，94年上市。青蒿素，抗瘧疾。大蒜素，抗菌、抗原蟲(chóng)、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(jiàn)的基本單位大概有以下幾種類(lèi)型：C2單位(醋酸單位)：如脂肪酸、酚類(lèi)、苯醌等聚酮類(lèi)化合物C5單位（異戊烯單位)：如萜類(lèi)、甾類(lèi)等。C6單位：如香豆素、木脂體等苯丙素類(lèi)化合物。氨基酸單位：如生物堿類(lèi)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(lèi)、酚類(lèi)、葸酮類(lèi)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(lèi)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(wú)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(lèi)：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?。┒蛛x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(duì)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(guò)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(shù)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(wú)選擇性，吸附與解吸可逆?；瘜W(xué)吸附：通過(guò)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(guò)分子中的酰胺羰基與酚類(lèi)、黃酮類(lèi)化合物的酚羥基，或酰胺鍵上的游離氨基與醌類(lèi)、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(duì)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(guò)程不同離子交換樹(shù)脂法：由母核（二乙烯苯）與離子交換基團(tuán)組成。有陽(yáng)離子交換樹(shù)脂及陰離子交換樹(shù)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(kāi)系統(tǒng)均為單一斑點(diǎn)。3GC，HPLC二化合物類(lèi)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(zhǎng)吸光度（摩爾吸光系數(shù)）生色團(tuán)助色團(tuán)電子躍遷類(lèi)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(jí)，在外加磁場(chǎng)中產(chǎn)生能級(jí)分裂，在射頻磁場(chǎng)的作用下，質(zhì)子吸收能量產(chǎn)生能級(jí)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(hào)靈敏度也高，故1H-NMR測(cè)定比較容易，應(yīng)用也最廣泛，1H-NMR測(cè)定中通過(guò)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(lèi)型、數(shù)目及相鄰原子或原子團(tuán)的信息,對(duì)有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)測(cè)定具有十分重要的意義。

1H-NMR提供的信息化學(xué)位移：信號(hào)的種類(lèi)；影響化學(xué)位移的因素：化學(xué)環(huán)境，磁環(huán)境。信號(hào)的種類(lèi)；積分曲線（氫個(gè)數(shù)）；信號(hào)的裂分（偶合常數(shù)J）：二面角原理，順?lè)串悩?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(hào)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(hào)，使峰簡(jiǎn)化，增高。DEPT譜不同類(lèi)型的13C信號(hào)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(hào)，TOCSY譜可以將自旋系統(tǒng)內(nèi)一組H信號(hào)明確歸屬，再借助HMQC譜可以將與之相對(duì)應(yīng)的碳信號(hào)加以歸屬，HMBC譜對(duì)于判定成苷位置等，NOESY、NOE可知相對(duì)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(chǎng)致電離法（FI）；場(chǎng)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(chēng)為旋光。用不同波長(zhǎng)的偏振光照射光學(xué)活性化合物，用波長(zhǎng)對(duì)比旋光度作圖，即得旋光光譜。旋光光譜的種類(lèi)(1)平坦譜線：正：短波高，長(zhǎng)波低；負(fù)：短波低，長(zhǎng)波高。(2)單純Cotton效應(yīng)譜線：正：峰在長(zhǎng)波，谷在短波；負(fù)：峰在短波，谷