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1、（The Medicinal Chemistry of Natural Products）,天然药物化学,第一章 总论 (introductions),第一节 绪论,一、天然药物化学的名称：,天然药物化学 （The Medicinal Chemistry of Natural Products） 植物化学 （Phytochemistry） 中药化学 （The Chemistry of Traditional Chinese Medicine） 中草药成分化学 （The Chemistry of Traditional Chinese Herbal Drugs）,二、天然药物化学的定义与研究内容
2、,（一）天然药物的定义： 由动、植物、矿物和微生物原料发酵形成的药物通俗地称之为中草药，是传统药、民间药、民族药的总称。,天然药物,植物：87%，如人参、甘草等 动物：12.3%，牛黄、鹿茸等 矿物：0.6%，石膏、朱砂等,（二）天然药物化学的定义： 运用现代科学理论与方法研 究天然药物中化学成分的一门 学科。,有效成分： 具有生理活性的单体物质，能用一定 分子式表示，有一定的物理常数。 有效成分与无效成分的相对性： 有效部位： 具有生理活性的群体物质。,天然药物中分离出有效成分：制剂 如：颠茄、曼陀罗：莨菪碱（阿托品）； 穿心莲：穿心莲内酯 天然药物中分离出有效部位： 如：银杏叶的提取物银杏
3、黄酮 地奥心血康8种甾体皂苷,天然药物的化学成分（主要是生理活性成分或药效成分）的: 结构特点、理化性质、提取分离方法及主要类型化学成分的结构鉴定知识等，此外，还有主要类型化学成分的生物合成途径。,(三）天然药物化学研究的内容：,三、 天然药物化学在医药 事业中的作用,（一）探讨天然药物治病的 物质基础 有效成分,（二）控制天然药物及其 制剂的质量,影响天然药物防病治病的主要因素： 有效成分的含量、 产地、采收季节、 加工方法、贮存条件,（三）减低原植物毒性，并提高疗效,寻找有效成分，除去无效而有毒成分， 以降低其毒性，提高疗效。,（四）扩大天然药物的资源,中国中药资源志要科学出版社，1994
4、 介绍： 国内天然药物12694种 植物药：11020种 动物药：1590种 矿物药：84种 目前常用的药物400500种 黄连小檗碱 代用品：三颗针小檗碱,（五）进行新化合物的研究导致 化学合成或结构改造,临床新药的来源途径 ： 合成一系列化合物，进行药理实验筛选。 中药中筛选活性成分，再合成新药或 制备衍生物。,例： 青蒿 青蒿素 二氢青蒿素、蒿甲醚等。 古柯叶中分离的古柯碱：局部麻醉，但毒性较大，合成了普鲁卡因：结构简单，毒性低,四、天然药化的发展与动向,（一）我国古代 本草纲目记载：发酵法 从五倍子中的到没食子酸,（二）国外的研究的状况,1796 酒石（酒石酸钾钠） 酒石酸,19世纪
5、1804 法国药学家Derdsone 1806 德国药学家Serturner 鸦片 吗啡碱 ALK 1810 Gomez 金鸡纳树皮 ： 奎宁、金鸡纳碱 1817 Pelletiere 吐根碱,Roubiquet 提纯：苦杏仁苷 黑芥子苷 1842 Weisz发现了： 芦丁,1861 Gorup发现了：甘草皂苷 Fraser发现了：K-毒毛旋花子苷 1874 Schmiedeberg ：洋地黄毒苷,20世纪50年代：蛇根木 利血平（发现、确定结构 合成仅4年） 吗啡碱（1804-6发现、1925定结构、1952年合成） 60-70年代：美登木 美登木碱,国外研究热点,美国：热点是抗癌和抗艾滋病
6、药物 60年代 美登木碱（maytansine） 80-90年代 紫杉醇（taxol） 日本：热点是治疗心血管疾病和癌症的药物 人参、葛根、柴胡、甘草、芍药、桔梗等 救心丸、杜仲茶 德国：热点是治疗心血管疾病、癌症和抗衰 老及胃病的药物 tebonin,（三）我国近代研究情况,有机化学家赵承嘏：30年代：麻黄 麻黄素 建国初期：麻黄素、甘草酸、长春新碱、利血平、 （10年） 摆脱进口局面。 海南萝芙木 降压灵 丹参酮 A磺酸钠盐、五味子木脂素 栝楼根新鲜汁水中的天花粉蛋白用于临床引产,1980-89年统计：从天然药物研究中发现新的化 合物已有800多个。 2000-目前：每年研究发现1000多
7、个新的天然化合 物。种类更多，应用范围更广。,我国重点研究领域：治疗心血管疾病、抗肿瘤、抗衰老、慢性支气管等的药物,来源： 唐古特山莨菪 Anisodus tanguticus 用途： 微循环障碍引起的疾病,代表性成果,来源：Artemisia annua,（四）我国目前研究与国外的差距,有200多公司，数百家单位从事天然药物研究，上市药物有1/4来自天然药物。,（五）今后的研究方向,1. 继续以活性为指标分离有效成分 2. 积极进行复方的化学成分研究 3. 进行组织培养、保护药源,第二节 生物合成,一、 一次代谢及二次代谢,这些是植物生存不可缺少的物质，该过程存在于所有的绿色植物中，称为一次
8、代谢过程，产生的物质称为一次代谢产物（primary metabolite）。,1一次代谢：,这些物质对植物生命活动不起主要作用，该过程不是存在所有的绿色植物中，产生的生物碱、萜类等化合物称为二次代谢产物（secondary metabolites）。,2二次代谢：,二、天然产物生物合成途径,醋酸-丙二酸（AA-MA）途径： 脂肪酸类、 酚类、蒽醌类 2. 甲戊二羟酸类（MVA）途径： 萜类、甾类 3.桂皮酸（cinnamic acid pathway）及莽草酸（shikimic acid pathway）途径： 苯丙素类、黄酮类,（一）醋酸-丙二酸途径（AA-MA途径） 脂肪酸类、蒽酮类、酚
9、类化合物由此途径生成,主要的生物合成途径,（二）甲戊二羟酸途径（MVA途径） 甾体及萜类化合物由此途径生成。,（三）莽草酸途径及桂皮酸途径 天然产物中具有C6- C3 结构的香豆素、木质素、苯丙素及C6- C3 - C6结构的黄酮类成分由此途径产生；,（四）氨基酸途径（AA途径） 天然产物中生物碱类成分由此途径产生。,五、复合途径,4.氨基酸（amino acid pathway）途径： 生物碱 5.复合途径：复杂的化合物 （1）醋酸-丙二酸-莽草酸途径（AA-MA-SA） （2）醋酸-丙二酸-甲羟戊酸途径（AA-MA-MVA） （3）氨基酸-甲羟戊酸途径（A.A-MVA） （4）氨基酸-醋酸
10、-丙二酸（A.A-AA-MA） （5）氨基酸-莽草酸途径（A.A-SA）,第三节 提取分离方法,一、中草药有效成分的提取分离,(一） 提取方法： 按提取原理分类： 溶剂法、水蒸气蒸馏法、升华法。 溶剂法最为常用。水蒸气蒸馏法、升华法、超临界流体萃取法将在挥发油一章介绍.,溶剂提取法 1溶剂提取法的原理： 依据天然产物中各种成分的溶解性能，选用对有效成分溶解度大，对杂质溶解度小的溶剂将有效成分从药材内溶解出来的方法。,（1）常用溶剂,乙酸乙酯氯仿乙醚苯己烷（石油醚） 亲脂性有机溶剂,水、亲水性有机溶剂、亲脂性有机溶剂。,其极性大小如下： 水 甲醇乙醇丙酮 亲水性有机溶剂,（2）常见官能团极性比较
11、：,羧基酚羟基醇羟基氨基酰氨基醛、酮酯基醚基烯基烷基,（3）化合物的极性判断：,由分子中官能团的种类、数目、 及排列方式等综合因素决定。,分子较小，极性基团多的物质： 亲水性较强易溶于亲水性溶剂,分子较大，极性基团少的物质： 亲脂性较强易溶于亲脂性溶剂,（4）溶解规律： 相似相溶天然产物中提取有效 成分的重要依据之一。,选择溶剂的原则：对有效成分溶解度大，而对共存杂质的溶解度最小。,2溶剂的选择,常用溶剂可分为以下三类： 水可以溶解： 氨基酸、糖类、无机盐等。,甲醇、乙醇、丙酮（与水任意比例混溶 ）： 苷类、生物碱、鞣质等。 特点： 介电常数较大，水溶性较大 对植物细胞穿透能力较强 对许多成分
12、的溶解性能好，提取完全 毒性低，价格便宜，回收方便。 乙醇提取天然产物成分是目前最常用的方法。,挥发油、油脂、叶绿素、树脂、内酯、 某些生物碱及一些苷元。 特点：沸点低，浓缩回收方便， 易燃，有毒，价贵，设备要求较高， 穿透药材组织的能力较差， 有局限性。,亲脂性有机溶剂可溶解：（与水不能任意混溶）,3溶剂提取顺序：,（1）溶剂递增的顺序,石油醚或汽油油脂、蜡、叶绿素、挥发油、 游离甾体及三萜类化合物 氯仿或乙酸乙酯游离的生物碱、有机酸、 黄酮、香豆素等甙元 甲醇、乙醇、丙酮甙类、生物碱、鞣质 水氨基酸、糖类、无机盐,提取液浓缩成膏，拌硅藻土等辅料，减压干燥成粉再以不同溶剂进行分步洗脱。,（2
13、）先用乙醇提取,溶剂提取的方法： 水、亲水性有机溶剂： 浸渍法、渗漉法、回流法；水为溶剂还可以用煎煮法。, 亲脂性有机溶剂： 易挥发，多以索氏 提取器采用连续回流法。 特点： 节省溶剂 新鲜溶剂不断加入，保持较高的浓度差，提取效率高 不适合热敏成分,二、中草药有效成分的分离与精制,（一）根据物质溶解度差异进行分离 结晶与沉淀法,1. 结晶及重结晶法： 结晶法： 利用混合物中各成分在溶剂中因温度不同引起溶解度的改变，使部分成分析出结晶。 重结晶：选择适当的溶剂让结晶再一次溶解和析出结晶的过程。,利用溶液中加入另一种溶剂使极性改变，某些成分溶解度改变而析出沉淀。,2. 溶剂沉淀法：,某些酸、碱或两
14、性化合物可采用加入酸、碱调节溶液的pH值，分子的状态（游离型或解离型）变化，使其溶解度改变。,3. 酸碱沉淀法：,某些酸、碱性化合物还可以通过加入沉淀试剂生成水不溶性盐类沉淀析出。,4. 沉淀试剂沉淀法：,如： 生物碱的酸性液 + 加入生物碱沉淀试剂 生物碱难溶性复盐 鞣质 + 明胶、蛋白质溶液 复合物,水提液中，加入无机盐至饱和，有效成分沉淀析出，其它水溶性杂质溶于水。 如： 三七的水提液中加硫酸镁三七皂甙乙 三颗针中提取小檗碱氯化钠或硫酸铵盐析。,5. 盐析法：,(二)根据物质在两相溶剂中的 分配比不同进行分离萃取法,1. 常见的萃取方法： 液-液萃取法 反流分布法（CCD） 液滴逆流层析
15、法（DCCC） 高速逆流层析法（HSCCC） 气液分配层析法（GC或GLC） 液-液分配层析法（LC或LLC）,2. 液-液萃取法原理： 是利用混合中各成分在两种互不相溶的溶剂中，分配系数不同而达到的分离方法。 分配系数K = C上 / C下 萃取时，各成分在两相溶剂中分配系数差异越大，则分离效果越好。,（1）正相分配色谱： 载体：硅胶等 （硅胶吸水超过17，不作 吸附剂，而作为载体） 固定相：强极性溶剂，如水、缓冲液等 流动相：氯仿、乙酸乙酯等弱极性有机溶剂 洗脱规律：极性小成分先洗下 极性大成分后洗下,3. 液-液分配色谱法,（2）反相分配色谱： 亲脂性有机溶剂固定相， 水或亲水性溶剂移动相。 固定相：可用石蜡油 反
