第一章总论天然产物课件

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1、天然产物化学,教师：迪丽菲嘎尔,新疆师范大学化学化工学院,结构特征 理化性质 生理活性 提取分离 结构鉴定,第一章 总论 第二章 糖和苷 第三章 苯丙素类 第四章 醌类化合物 第五章 黄酮类化合物 第六章 萜类和挥发油 第七章 三萜及其苷类 第八章 甾体及其苷类 第九章 生物碱,第一章 总论 第一节 绪论 1、天然产物化学的学科性质：天然药物化学是一门运用现代化学及其它科学的理论和方法，来研究天然产物化学成分和有效成分的学科。 2、天然产物化学学习和研究内容：天然药物化学主要研究天然产物中的化学成分和有效成分的化学结构、物理化学性质、提取、分离、检识和结构鉴定方法。其次是生物合成途径和必要的化

2、学结构的修饰或改造，以及构效关系等。,3、研究对象： 本学科主要学习和研究天然产物、特别是 植物来源天然药物的化学成分。 4、关于天然产物化学成分的复杂性： 天然产物中的化学成分是十分复杂的。某 一种天然产物可能含有几种类型的成分，而每 一个类型又可能含有少则几种、多则十几种、 几十种化学成分。一种天然产物如此，复方天 然产物就更复杂了。,由于生源途径的关系，一种天然产物中往往存在母核相同、取代基不同的同一类型成分，也有不同类型的成分， 例如，天然产物人参中就含有20余种三萜皂苷类成 分，其都有相同或类似的母体，同时人参中又有黄酮 类、多糖及挥发油等类成分。天然产物中成分的复杂 性及多种天然产

3、物的配伍应用，即构成了天然产物功 效的多样性,是天然产物常具有多方面功效或多种药理 作用的物质基础。,举例：大黄中的5种蒽醌苷元成分： 苷元名称 R1 R2 大黄酸 -COOH H 大黄素 -CH3 -OH 芦荟大黄素 -CH2OH H 大黄素甲醚 -CH3 -OCH3 大黄酚 -CH3 H,5、相关概念 （1）单体： 即化合物。指具有一定分子量、分子式、 理化常数和确定的化学结构式的化学物质 。 （2）有效成分：具有生物活性、能起防病治病作用的化学成分。 （3）无效成分：没有生物活性和防病治病作用的化学成分。 （4）有效部位：在天然产物化学中，常将含有一种主要有效成分 或一组结构相近的有效成

4、分的提取分离部分，称为有效部位。如人 参总皂苷、苦参总生物碱、银杏叶总黄酮等。,（5）有效部位群：含有两类或两类以上有效部位的天然产物提取或分离部分。 （6）一次代谢产物：也叫营养成分。指存在于生物体中的主要起营养作用的成分类型；如糖类、蛋白质、脂肪等。 （7）二次代谢产物：也叫次生成分。指由一次代谢产物代谢所生成的物质，次生代谢是植物特有的代谢方式，次生成分是植物来源天然药物的主要有效成分。,有效成分和无效成分的关系： 二者的划分也是相对的。一方面，随着科学的发展和人们对客观世界认识的提高，一些过去被认为是无效成分的化合物，如某些多糖、多肽、蛋白质和油脂类成分等，现已发现它们具有新的生物活性

5、或药效。,另外，一些天然产物中的化学成分本身不具 有生物活性、也不能起防病治病的作用，但是， 它们受采收、加工、炮制或制剂过程中一些条件 的影响而产生的次生产物，或它们口服后经人体 胃肠道内的消化液或细菌等的作用后产生的代谢 产物，以及它们以原型的形式被吸收进入血液或 被直接注射进入血液后在血液中产生的代谢产物 却具有防病治病的作用，这些化学成分无疑也应 被视为有效成分。另一方面，某些过去被认为是 有效成分的化合物，经研究证明是无效的。如麝 香的抗炎有效成分，近年来的实验证实是其所含 的多肽而不是过去认为的麝香酮等。,第二节 天然产物化学在中医药现代化和天然产物产 业化中的意义和作用 1 阐明

6、天然产物的药效物质基础，探索天然产物防治疾病的原理 通过对天然产物进行有效成分的研究，不仅可以 阐明天然产物产生功效的究竟为何物物质，也为探索天 然产物防治疾病的原理提供了前提和物质基础。 如：现代研究证明，麻黄中的挥发油成分-松油醇是 其发汗散寒的有效成分；其平喘的有效成分是麻黄碱和 去甲麻黄碱；而利水的有效成分则是伪麻黄碱。,2 促进天然药物药效理论研究的深入 如：对于天然药物的化学成分与天然药物药性之间 的关系的探讨。研究发现，温热药附子、细辛、丁香 等都含有消旋去甲乌药碱，此成分为-受体激动剂， 具有加强心肌收缩力，加快心率，促进脂肪、糖代谢 等一系列作用，这些作用与热性药的药性基本一

7、致， 故推测去甲乌药碱可能是“热性”天然药物的物质基础。,4 阐明天然药物炮制的原理 研究重要天然药物炮制前后化学成分或有效成分的变化，将有助于阐明天然药物炮制的原理、改进传统的炮制方法、制定控制炮制品的质量标准、丰富天然药物炮制的内容。 如对于黄芩炮制的研究。黄芩有浸、烫、煮、蒸等炮制方法。过去南方认为“黄芩有小毒，必须用冷水浸泡至色变绿去毒后，再切成饮片，叫淡黄芩”。而北方则认为“黄芩遇冷水变绿影响质量，必须用热水煮后切成饮片，以色黄为佳”。经天然药物化学的研究表明，黄芩在冷水浸泡过程中，其有效成分黄芩苷可被药材中的酶水解成黄芩素，后者不稳定易氧化成醌类化合物而显绿色。,第三节 化学产物化

8、学成分简介及天然产物有效成分的提取方法 一、天然产物化学成分简介 （一） 天然产物化学成分类型简介 本小节主要介绍各类成分的基本概念，了解天然药物中一般都有那些类型的化学成分。重点掌握各类成分的一般溶解性，为理解提取、分离一般方法打基础。各类成分的详细内容在各论中具体学习。,各类成分的性质在概念中只介绍极性，溶解性在后面以 列表形式介绍。 1 生物碱：为一类存在于生物体内分子中含有氮原 子的有机化合物的总称；一般具有碱性，可与酸成盐。 游离生物碱具亲脂性；生物碱盐具亲水性。 2 苷类：为一类经水解后可产生糖和非糖两部分的 化合物。非糖部分叫苷元。苷具亲水性，苷元具亲脂性。 3 挥发油：为一类可

9、随水蒸气蒸馏出来的与水不相混溶的油状液体的总称。具有香味或特殊气味的天然 药物往往都含有挥发油。挥发油具亲脂性。 以上三类为主要的有效成分类型。,4 糖类：为天然药物中普遍存在的成分类型，包括 单糖、低聚糖、多糖。单糖是糖的基本单位；低聚糖是 由29个单糖脱水缩合而成的化合物。多糖是由10个以 上至上千个单糖脱水缩合而成的高聚物。 5 有机酸：广义的有机酸泛指分子中有羧基的化合 物。在植物中多以金属离子或生物碱盐的形式存在。按 分子大小又分为小分子有机酸和大分子有机酸。前者极 性大，具亲水性；后者极性小，具亲脂性。,6 树脂：为植物组织中树脂道的分泌物。性脆，受热 时先软化而后变为液体，燃烧时

10、发生浓烟并有明火。树脂 具亲脂性。按结构又分为树脂酸（主要为二萜酸、三萜酸 及其衍生物）、树脂醇（分子中具羟基）、树脂烃（为一 类结构复杂的含氧中性化合物）类。 7 氨基酸、蛋白质和酶： （1）氨基酸：分子中含有氨基的羧酸。构成蛋白质 的多为-氨基酸。为亲水性。在等电点时，溶解度最小。,（2）蛋白质、多肽：蛋白质为二十多种-氨基 酸通过肽键首尾相连而成的高分子化合物，多肽亦为 。但二者分子量不同，一般将分子量在5103以下称 为多肽，而介于51031107之间称为蛋白质。蛋白 质在冷水中溶解且成胶体，在热水、60%以上乙醇及 其它有机溶剂中变性沉淀。 （3）酶：是有机体内具有催化作用的蛋白质，

11、其 催化作用具有专属性，如特定的酶可催化水解特定的 苷。酶的性质和蛋白质相同。,8 鞣质：又称单宁或鞣酸，为一类分子较大、结构复 杂的多元酚类化合物的总称。可与蛋白质结合成难溶于水 的鞣酸蛋白。为亲水性物质。 9 植物色素：为植物中具有颜色的成分的总称。依溶 解性又分为水溶性和脂溶性色素；前者主要指一些有颜色 的苷、花青素，后者主要包括叶绿素、胡罗卜素等 10 油脂和蜡：油脂为一分子甘油和三分子脂肪酸脱 水结合形成的酯。主要在种子中。常温下为液体。蜡为高 级不饱和脂肪酸和一元醇生成的酯。主要在植物茎、叶的 表面。常温下为固体。均为亲脂性成分,二、天然药物有效成分的提取方法 常用三种方法：溶剂提

12、取法、水蒸气蒸馏法、升华法。另 外新方法还有超临界提取法。 提取的概念：指用选择的溶剂或适当的方法，将所要的 成分溶解出来并同天然药物组织脱离的过程。 （一 ） 溶剂提取法 1 提取原理：根据天然药物化学成分与溶剂间“极性相 似相溶”的原理，依据各类成分溶解度的差异，选择对 所提成分溶解度大、对杂质溶解度小的溶剂，依据“浓 度差”原理，将所提成分从药材中溶解出来的方法。,2 化学成分的极性：被提取成分的极性是选择提取溶剂 最重要的依据。 1） 影响化合物极性的因素： (1) 化合物分子母核大小（碳数多少）：分子大、碳数 多，极性小；分子小、碳数少，极性大。 (2) 取代基极性大小：在化合物母核

13、相同或相近情况下， 化合物极性大小主要取决于取代基极性大小。 常见基团极性大小顺序如下： 酸酚醇胺醛酮酯醚烯烷。 举例：判断下列各组化合物极性大小。 A B C,麻黄碱 蝙蝠葛碱 天然药物化学成分不但数量繁多，而且结构千 差万别。所以极性问题很复杂。但依据以上两 点，一般可以判定。需要大家判断的大多数是 母核相同或相近的化合物此时主要依据取代基 极性大小。,2) 常见天然产物化学成分类型的极性： 极性较大的：苷类、生物碱盐、糖类、蛋白质、氨基酸、鞣质、小分子有机酸、亲水性色素。 极性小的：游离生物碱、苷元、挥发油、树脂、脂肪、大分子有机酸、亲脂性色素。 以上不是绝对的，具体成分要具体分析。比如

14、，有的苷类化合物极性很小，有的苷元极性很大。,3 提取溶剂及溶剂的选择： 1）常用提取溶剂的分类与极性： （1）分类：通常分三类：水类；亲水性有机溶剂；亲脂性有机溶剂。 （2）极性大小： 水(H2O)甲醇(MeOH)乙醇(EtOH)丙酮（Me2CO） 正丁醇(n-BuOH)乙酸乙酯(EtOAc)乙醚(Et2O) 氯仿(CHCl3 ) 苯（C6H6)四氯化碳(CCl4)正己烷 石油醚(Pet.et)。,水类还包括：酸水、碱水； 亲水性有机溶剂包括：甲醇、乙醇、丙酮； 亲脂性有机溶剂：正丁醇 这三类溶剂间互溶情况： 水和亲水性有机溶剂可互溶， 水和亲脂性有机溶剂间不互溶， 有机溶剂间除甲醇和石油醚

15、不互溶外，其它均互溶。 （3）溶剂极性大小的实质： 介电常数不同，介电常数大的溶剂极性大，介电常数小的 溶剂极性小。如，己烷为1.9，氯仿为5.2，水为80。,2）提取溶剂的选择： （1）提取溶剂的选择原则： a 要对所提取成分溶解度大；对杂质溶解度小。 b 要与所提取成分不起意外的化学变化。 c 要廉价、易得、安全。其中a 是最主要的。,（2）提取溶剂的选择： a 水：为极性最大的溶剂，也最常用。可溶解苷类、生物 碱盐、糖类、蛋白质、氨基酸、鞣质、小分子有机酸、有 机酸盐、亲水性色素、无机盐。其中蛋白质不溶于热水。 缺点：用水提取易酶解苷类成分，且易霉坏变质。某些含 果胶、粘液质类成分的中草药，其水提取液常常很难过滤。 沸水提取时，中草药中的淀粉可被糊化，而增加过滤的 困难。故含淀粉量多的中草药，不宜磨成细粉后加水煎煮。,b 亲水性的有机溶剂： 以乙醇最常用。乙醇的溶解性能比较好。 亲水性的成分除蛋白质、粘液质、果胶、淀粉和部分 多糖等外，大多能在乙醇中溶解。 优点：应用范围广，易过滤，不霉变，易浓缩回收。 缺点：价高、不安全，需回流设备。 c 亲脂性的有机溶剂： 这些溶剂的选择性能强，用于亲脂性成分的提取， 如游离生物碱、苷元、挥发油等。 优点：提取专属性强，易回收浓缩。