天然藥物化學

CHEMISTRYOFNATURALPRODUCTS第一章總論一、參考書：1、《天然藥物化學》吳立軍主編人民衛(wèi)生出版社2004.4第四版2、《中藥化學》肖崇厚主編上?？萍汲霭嫔?997.6第一版3、《天然藥物化學》王憲楷主編人民衛(wèi)生出版社1986.4第一版第一節(jié)緒論一、天然藥物化學的內(nèi)涵

（1）定義：《天然藥物化學》是一門運用現(xiàn)代化科學理論與方法研究天然藥物中化學成分的一門學科。第一章總論天然藥物天然產(chǎn)物中草藥中藥草藥植物、動物、礦物、海洋生物、微生物（3）相關(guān)概念（4）相關(guān)詞匯和定義天然藥物化學：Themedicinalchemistryofnaturalproduct中藥化學：Thechemistryoftraditionalchinesemedicine植物化學：Phytochemistry一次代謝產(chǎn)物(植物營養(yǎng)物質(zhì))：植物生物化學二次代謝產(chǎn)物：天然藥物化學、中藥化學、中草藥成分化學、天然產(chǎn)物化學、植物藥品化學、天然有機化學…（5）相關(guān)術(shù)語有效成分

有效部位

標記成分

無效成分

雜質(zhì)生藥(crudedrug)：一般指取自生物的藥物，兼有生貨原藥之意。如采用藥用植物的全草或部分、分泌物或滲出物或藥用動物的全體或部分、分泌物經(jīng)一定方式的簡單加工而得，實際指中藥材。在國外生藥一般不包括礦物藥，但我國包含有礦物藥。天然藥物(naturaldrug)：廣義上講，中藥材、草藥或生藥都是得自自然界的天然藥物。

（6）天然藥物化學的地位和作用尋找新藥尋找活性先導化合物整理、發(fā)掘祖國醫(yī)藥寶庫植物化學分類學的研究發(fā)展和豐富天然有機化學理論二、天然藥化的研究對象及其任務(wù)（一）主要研究對象植物藥民族藥海洋生物動物藥物礦物藥物微生物尼羅河Nile底格里斯--幼發(fā)拉底河埃及巴比倫印度河Indus

Tigris--Euphrates黃河

YellowRiver中國印度三、天然藥物化學的發(fā)展簡史▲古代發(fā)達與文明的發(fā)祥地（一）歷史對比1575年李梃（明）《醫(yī)學入門》記載發(fā)酵法從五倍子中得到?jīng)]食子酸；1170年洪遵（宋）《集驗方》記載樟腦1578年李時珍（明）《本草綱目》詳盡記載樟腦純化過程1769年K.W.Schelle從酒石中制備酒石酸1786年K.W.Schelle制得沒食子酸18世紀下半葉歐洲分離樟腦純品（二）國際發(fā)展史1、天然藥物化學的建立與形成“植物中有機酸的研究促成有機化學及植物化學的形成”。嗎啡（Morphine）為第一個從天然界分離的生物活性成分，生物堿的研究是天然藥物化學發(fā)展的開端。2、天然有機合成化學的建立與形成3、天然藥物化學的興衰

合成藥工業(yè)化生產(chǎn)制約了天然藥物化學研究、藥害震驚全球、大量特殊生物活性天然物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)。四、天然藥物化學的發(fā)展趨勢

（1）科技進步帶動天然藥化發(fā)展嗎啡（morphine）1804年發(fā)現(xiàn)－1925年結(jié)構(gòu)確認－1952年人工合成；（148年）利血平（reserpine）1952年發(fā)現(xiàn)－1956年確認結(jié)構(gòu)、人工合成。（4年）1852～1952年發(fā)現(xiàn)生物堿950個；1952～1962年發(fā)現(xiàn)生物堿1107個；1962～1972年發(fā)現(xiàn)生物堿3443個。微量成分復(fù)雜成分蠶蛾醇（bombykol）50萬只蠶蛾得12mg蛻皮激素（ecdyson）500kg蠶蛹得到25mg沙海葵毒素（palytoxin）分子量2680，分子式C129H223N3O54，64個不對稱碳原子，1974年分離純品，1981年發(fā)表平面結(jié)構(gòu)。（2）研究方向的重大轉(zhuǎn)變研究熱點向微量、水溶性、大分子成分轉(zhuǎn)變由單純化學研究向生物活性成分研究轉(zhuǎn)變由單味中藥研究向復(fù)方中藥研究轉(zhuǎn)變生物活性篩選由整體動物向分子水平、基因水平轉(zhuǎn)變第二節(jié)生物合成

Biosynthesis

一、植物代謝及其代謝產(chǎn)物(一)一次代謝及其代謝產(chǎn)物

一次代謝

維持植物機體生命活動的代謝過程叫一次代謝。

一次代謝產(chǎn)物

(primarymetabolites)

糖類蛋白質(zhì)脂質(zhì)核酸

一次代謝產(chǎn)物的作用

植物的營養(yǎng)物質(zhì),人類賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)。植物一次代謝與生物合成過程三羧酸循環(huán)（TCA）丁酮二酸α-酮戊二酸丁二酸CO2+H2Ohυ/葉綠素磷酸烯醇式丙酮酸甲戊二羥酸丙酮酸乙酰輔酶A丙二酸單酰輔酶A赤藻糖4-磷酸葡萄糖代謝莽草酸苯丙素類芳香族氨基酸脂肪族氨基酸嘌呤、嘧啶脂肪酸類δ-氨基乙酰丙酸植物二次代謝與生物合成程三羧酸循環(huán)（TCA）丁酮二酸α-酮戊二酸丁二酸鞣酸類CO2H2Ohυ

/葉綠素磷酸烯醇式丙酮酸甲戊二羥酸丙酮酸丙二酸單酰輔酶A赤藻糖4-磷酸葡萄糖代謝莽草酸苯丙素類芳香族氨基酸脂肪族氨基酸嘌呤、嘧啶

脂肪酸類萜類甾醇胡蘿卜素類生物堿類肽類含氮化合物香豆素、木脂（質(zhì)）素黃酮類δ-氨基乙酰丙酸核苷核苷酸類醌類膽堿卟啉類前列腺素類脂肪族及芳香族聚酮類乙酰輔酶A二次代謝產(chǎn)物苷類

非苷類（苷元）+糖

揮發(fā)油脂肪族萜類芳香酚類酸性物質(zhì)

堿性物質(zhì)

中性物質(zhì)脂肪族

芳香族香豆素類木脂素類木質(zhì)素類苯丙素類黃酮類醌類鞣質(zhì)植物甾醇強心苷皂苷單萜倍半萜二萜二倍半萜萜多萜甾族

萜類生物堿N族油脂二次代謝產(chǎn)物歸類二、“植物親緣相關(guān)性學說”同科同屬植物往往含有骨架相同或結(jié)構(gòu)類似的化學成分。

三、“植物化學分類學”1、醋酸-丙二酸途徑（AA-MA）脂肪酸類、酚類、蒽酮類2、甲戊二羥酸途徑（MVA）

萜類3、桂皮酸及莽草酸途徑

苯丙素類、香豆素類、木質(zhì)素類、木脂體、黃酮4、氨基酸途徑

生物堿類5、復(fù)合途徑

二酚酸、查耳酮、二氫黃酮、復(fù)雜天然化合物四、主要的生物合成途徑五、生物合成的意義有利于天然化合物的結(jié)構(gòu)分類；有利于天然化合物的結(jié)構(gòu)推測；指導植物化學分類學；指導仿生合成；指導組織培養(yǎng)生物活性物質(zhì)；定向?qū)ふ疑锘钚猿煞郑簧镎{(diào)控，提高活性成分的含量。第三節(jié)提取分離方法

MethodsofExtractionandIsolation一、概述二、天然藥物化學成分的提取三、天然藥物化學成分的分離與精制四、提取與分離天然藥物化學成分注意事項

一、概述(一)天然藥物化學成分的構(gòu)成特點同種植物含有多種結(jié)構(gòu)類型的化學成分總成分含量少、種類多有效成分含量低(二)提取分離前的文獻調(diào)研立題著眼點了解前人的研究工作原藥材鑒定二、天然藥物化學成分的提取(一)常用提取方法

溶劑法蒸餾法升華法壓榨法(二)溶劑提取法

常用溶劑的性質(zhì)常用溶劑極性大小順序天然藥物各類成分的極性與溶劑的關(guān)系選擇溶劑注意點常見的溶劑提取方法三、天然藥物化學成分的分離與精制(一)根據(jù)物質(zhì)溶解度差別進行分離

原理方法(二)根據(jù)物質(zhì)分配系數(shù)的不同進行分離原理：利用兩種互不相溶的溶劑中分配系數(shù)的不同達到分離分配系數(shù)（K值）與萃取次數(shù)的關(guān)系分離因子（β值）與分離難易的關(guān)系(三)根據(jù)物質(zhì)吸附能力差異進行分離吸附層析的種類

物理吸附基本規(guī)律：“相似者易于吸附”基本特點：無選擇性、可逆吸附、快速物理吸附(Physicaladsorption)化學吸附(Chemicaladsorption)半化學吸附(Semi-chemicaladsorption)

固—液吸附

物理吸附原理：吸附與解吸附的循環(huán)往復(fù)基本要素：吸附劑、被分離物質(zhì)、溶劑弱強弱強弱強吸附劑被分離物質(zhì)溶劑吸附劑(adsorbents)的要求常見的吸附劑被分離物質(zhì)極性判斷溶劑的極性

化學吸附基本特點基本原理適用范圍注意事項半化學吸附基本特點基本原理常用的吸附劑應(yīng)用范圍(四)根據(jù)物質(zhì)分子大小差異進行分離常用方法透析法(dialysis)

凝膠過濾法(gelfiltration)

超濾法(ultrafiltration)

超速離心法(ultracentrifugation)

膜分離法(membraneseparation)分離原理應(yīng)用范圍凝膠層析利用分子篩的原理分離物質(zhì)分子篩層析(molecularsievefiltrationchromatography)

排阻層析(exclusionchromatography)

凝膠過濾層析(gelfiltrationchromatography)

常用凝膠的種類及性質(zhì)葡聚糖凝膠（SephadexG)系列:G-10,15,20,25,50,75,100,200…SephadexG系列只適于在水中應(yīng)用。

羥丙基葡聚糖凝膠(SephadexLH)系列:LH-20…SephadexLH-20即能在水中也能在有機溶劑中以及水組成的混合溶劑中應(yīng)用。(五)根據(jù)物質(zhì)解離度差異進行分離常用方法電泳技術(shù)(electrophoreticmethod)離子交換法(ion-exchangechromatography)原理天然有機化合物中，具有酸性、堿性及兩性基團分子在水中多呈解離狀態(tài)而與離子交換樹脂上的交換基團發(fā)生交換被吸附。四、提取與分離注意事項(一)光照的影響(二)酸堿的影響(三)溫度的影響(四)溶劑的影響(五)層析的影響TheEnd第四節(jié)結(jié)構(gòu)研究方法

IdentificationMethodsofStructures

(天然化學成分結(jié)構(gòu)研究方法)一、天然藥物化學成分研究的目的

二、結(jié)構(gòu)研究的目的

三、結(jié)構(gòu)研究步驟與方法

(一)文獻調(diào)研

(二)化合物純度的測定

(三)物理常數(shù)測定

(四)分子量的測定(四)MS法測定分子量PEAKI/BASEMASSDIFFCHNO3860.51%341.2293-3.51933053881.41%348.2268-5.9243011-3.22132043890.68%349.22883.62031143901.10%350.23855.42032143920.60%366.2378-2.8213405HR-MS法測定分子量(五)分子式的測定▲元素分析法(EA)▲質(zhì)譜法

—HR-MS、同位素豐度法▲

1H、13C-NMR法PEAKI/BASEMASSDIFFCHNO3860.51%341.2293-3.51933053881.41%348.2268-5.9243011-3.22132043890.68%349.22883.62031143901.10%350.23855.42032143920.60%366.2378-2.82134051H-NMR13C-NMR(六)不飽和度的計算(七)分子骨架的測定

▲親緣相關(guān)性

▲專屬顯色反應(yīng)

▲波譜特征

▲部分合成

▲化學降解(八)功能團的判斷

▲化學法

▲光譜法(九)光譜分析

UVC=O苯環(huán)苷鍵甲基IR1H-NMR

1H-HCOSYH-113C-NMR&DEPTC=OC=O=C-H13C-HCOSYCH2CH2CH2MS

100218

A-amyrinC30H50O=42650

426203189208231951351756981109122147161257272411

06080100120140160180200220240260280300320340360380400420440RDA三、結(jié)構(gòu)研究實例今由某藥材中分離得到一種成分，并測得下列數(shù)據(jù)：

●無色針晶，mp154~156℃，[a]–59°(EtOH)●易溶于MeOH,EtOH,H2O，難溶于CHCl3,Et2O●Molish反應(yīng)（+），F(xiàn)eCl3反應(yīng)（—）●IR(cm-1):3250~3500,1610,1590,1575,1075,1045,1020,1010,860,830?！馦S(m/z):286(M+),163,145,127,124(100%);其乙酰物m/z496(M+)●苦杏仁酶水解后得一個溶于乙醚的針晶及D-葡萄糖●酶水解后所得針晶測得下列數(shù)據(jù)：

◆mp112~115℃◆EA：C，67.4%H，6.50%◆Gibb’s反應(yīng)(—)◆FeCl3反應(yīng)(+)◆MS(m/z):124(M+)◆1H-NMR(δ):3.97(1H,t,D2O交換消失)4.51(2H,d)6.78,7.18(4H,AA’BB’系統(tǒng))8.20(1H,s,D2O交換消失)

寫出該化合物的化學結(jié)構(gòu)式，說明理由。第四節(jié)結(jié)構(gòu)研究法

化合物的純度檢驗熔點敏銳晶型單一TLC、PC（三種展開系統(tǒng)下斑點單一）HPLC（兩種色譜條件下單峰）GC（適用于能氣化并不被分解的物質(zhì)）

結(jié)構(gòu)研究的主要步驟判斷化合物類型不同pH、不同溶劑中的溶解及色譜行為、化學定性反應(yīng)等；測定分子式、計算不飽和度

元素分析、分子量測定（元素分析儀、質(zhì)譜）確定官能團、結(jié)構(gòu)片斷、基本骨架

官能團定性、定量、解析譜學數(shù)據(jù)（UV、IR、MS、NMR等）確定分子的平面結(jié)構(gòu)

綜合分析譜學數(shù)據(jù)及官能團結(jié)果、與已知化合物比較或化學溝通（化學降解、衍生化、人工合成）確定分子的立體結(jié)構(gòu)（構(gòu)型、構(gòu)象）測定CD譜、ORD譜、NOE譜、2D－NMR譜、X－射線衍射、人工合成第四節(jié)結(jié)構(gòu)研究法一、質(zhì)譜EI-MS

電子轟擊質(zhì)譜

ESI-MS電噴霧電離質(zhì)譜FAB-MS快速原子轟擊電離質(zhì)譜FD-MS場解析電離質(zhì)譜二、紅外光譜（IR）分子振動能級譜3300~3000弱吸收烯氫、芳氫、C=N強吸收O-H、N-H3000~2700飽和C-H2400~2100不飽和三鍵1900~1650C=O及其衍生物1680~1500C=C及芳香核骨架震動、C=N等1500~1300飽和C-H面內(nèi)彎曲振動1000~650不飽和C-H面外彎曲振動三、紫外可見吸收光譜(UV)電子躍遷而產(chǎn)生的電子能級譜解決不飽和共軛體系化合物的問題近UV200~400

nm遠UV<200nm四、核磁共振光譜(NuclearMagneticResonance，NMR)原子核在磁場中吸收一定頻率的無線電波而發(fā)生核自旋能級躍遷的現(xiàn)象，稱為核磁共振。（一）氫核磁共振光譜(PMR)提示：1由下圖譜中能得到什麼?2為什麼?1化學位移δ（chemicalshift)(以四甲基硅烷TMS為內(nèi)標物，將其化學位移定為0，測定各質(zhì)子共振頻率與它的相對距離，這個相對值稱為化學位移）

一般δ1-10ppmsp3δ1~2sp2δ6~8一般來說δ烯氫>δ炔氫>δ

烷氫

2偶合常數(shù)J(couplingconstant)

偕偶J=16Hz左右鄰偶J=6~8Hz遠程偶合J=1~3Hz因偶合使信號發(fā)生分裂,表現(xiàn)出不同的裂分,如s(單峰),d(二重峰),t(三重峰),q(四重峰)等。3積分曲線

也稱積分面積，與分子中的總質(zhì)子數(shù)相當。

（二）碳核磁共振光譜(CMR)1化學位移δ(1)范圍為δ1~250ppm，分辨率高(2)影響化學位移的因素

AC雜化方式(sp3、sp2、sp)

一般δsp2>δsp>δ

sp3

B取代基不同導致電子云密度不同(鍵結(jié)合方式；電子流向電負性強方向移動)

一般電子云密度越小，化學位移越大；電子云密度越大，則化學位移越小。2積分曲線與碳的個數(shù)成比例，與碳的種類（伯、仲、叔、季）有關(guān)3偶合常數(shù)J

一般認為不存在，因13C自然界豐度比為1.1%，13C相連機遇極小，偶合小，埋在噪音中，J幾乎觀察不到。六、基本圖譜（一）一維圖譜1噪音去偶譜:也叫全氫去偶(COM)或?qū)拵ヅ迹珺BD）

給一射頻覆蓋全部氫的共振頻率，氫對碳的偶合全部消失，所有13C信號均作單峰出現(xiàn)，因照射1H后產(chǎn)生的NOE效應(yīng)，連有1H的13C信號強度將會增加，但季碳因不連H，將表現(xiàn)為弱吸收峰（矮）

最常見的碳譜2選擇氫核去偶譜（selectiveprotondecouplingspect