天然有机化学绪论ppt课件

《天然有机化学绪论ppt课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《天然有机化学绪论ppt课件（139页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、天然有机化学,课程简介 1.计划学时:24. 2.参考教材:卫生部规划教材(第4版) 人民卫生出版社 吴立军主编 3.主讲教师:李春远 博士 副教授 Tel: 15302290592 E-mail: chunyuanliscau.edu.n,第一章 绪论,天然产物是包括了存在于陆生动植物、海洋生物和微生物体内各类物质成分，甚至还可以包括人与动物体内许多内源性成分（包括天然药物、天然树脂、天然精油、天然高分子、天然香精、天然色素等等），是由各种化学成分所组成的复杂体系。,一、 天然产物化学的含义及研究内容,在陆生植物体内的主要成分就有：生物碱、萜类、甾体、苷类、黄酮类、蒽醌类、糖类、蛋白质、脂类

2、等等。,第一节 简介,天然产物的来源1、植物2、动物3 、微生物 、矿物,还魂草,青霉菌,眼镜王蛇,海葵,天然有机化学 是运用现代科学理论与方法研究 天然产物中化学成分的一门学科。 天然产物化学的研究内容：各类天然产物的化学成分(主要是生理活性 成分或药效成分)的结构特征、理化性质、提 取分离方法、主要类型化学成分结构测定 以及生物合成途径等。,生理活性成分并不一定真正代表有效成分 有效成分与无效成分的划分是相对的、发展的 A. 不同类型成分，在不同天然药物中作用不同 例如: 鹧鸪菜中具有驱虫作用的是氨基酸;天花粉中起引产作用的是蛋白质;猪苓具有抗肿瘤作用的是多糖。 B. 原来视为无效成分，可

3、能成为有效成分,正确理解成分的划分,C. 过去视为有效成分，被修正、完善麝香 炎成分 麝香酮多肽丹参 扩冠 丹参醌丹参酚酸D. 加工、代谢等过程，可转化非活性成分为活性成分,二 、天然产物研究的发展史,1、1769年瑞典化学家舍勒从酒石分离出酒石酸。 苯甲酸 （1775）、乳酸（1785）、没食子酸（1786）等有机酸类物质。,2、明代李延的医学入门（1575）中记载了用发酵法从五倍子中得到没食子酸的过程。书中谓“五倍子粗粉，并矾、曲和匀，如作酒曲样，入瓷器遮不见风，侯生白取出。”,3、本草纲目卷39中则有“看药上长起长霜，则药已成矣”的记载。这里的“生白”、“长霜”均为没食子酸生成之意，是世

4、界上最早制得的有机酸，比舍勒的发明早了二百年。,4、本草纲目卷34下详尽记载了用升华法等制备、纯化樟脑的过程。欧洲直至18世纪下半叶才提出了樟脑的纯品。,五倍子,没食子酸,5、从药用动植物中提取活性成分则始于19世纪。第一个被提取的成分是吗啡碱（一种异喹啉生物碱），于1806年由法国化学家F泽尔蒂纳自鸦片中提取。,7、20世纪50年代先后自印度萝芙木中获得降压活性成分利血平，以及从降血糖药长春花中获得抗癌活性成分春花碱，成为两个很有价值的药物，引起了各方的重视。,6、此后的数十年间发掘了大量民间药中的活性成分，如土根碱、奎宁、辛可宁、番木鳖碱、咖啡因、阿托品毛地黄强心苷、毒毛旋花苷、蟾蜍等，以

5、生物碱居多，都具有显著的生理活性，可以代表其原生药，多数至今仍用作药物。但当时只能利用分馏和重结晶来纯化单体成分。,8、 1960年左右开始了对海洋天然产物的研究,9、20世纪80年代以来，由于分子生物技术的迅猛发展，为有效成分的提取和功能研究提供了新方法。,海星,某海洋微生物,天然有机化学的发展有两个转折点。其一是1930年前后，由于微量元素分析法的导入，试料量降至毫克水平，推进了天然成分的分析工作。其二是1960年代前后，各种层析方法的兴起，使微量天然新成分的分离纯化简便易行。同时红外光谱、核磁共振、质谱等新技术问世，结构研究工作趋向微量，快速和准确。新技术的兴起使研究天然产物化学成分的周

6、期大大缩短。,天然产物化学研究的发展趋势 （1）研究速度大大加快例如: 吗啡: 150年; 利血平: 4年 （2）研究成果丰富例如:生物碱1952年以前 总共950种。19521962年 1100种；19621972年 3443种。迄今 10000多种。,（3）研究工作进入微量与超微量水平例如：从50万只蚕蛾中得到12mg有效成分蚕蛾醇.又如: 从500kg蚕蛹中才分离出25mg结晶的蜕皮激素.,（4）结构鉴定水平空前提高例如：沙海葵毒素，平均分子量达2680，分子式为C129H223N3O54，其中有64个C*,(5) 天然药物的合成研究蓬勃发展 例如：植物抗癌药物紫杉醇的全合成.,第二节

7、生物合成 一、一次代谢与二次代谢1、一次代谢过程绿色植物光合作用将CO2与H2O合成为糖类代谢出ATP、NADPH、核糖、丙酮酸等 代谢成核酸、蛋白质、脂质类等。,例如：丙酮酸氧化、脱羧乙酰辅酶A 三羧酸循环有机酸、丙二酸单酰辅酶A 固氮反应氨基酸2、二次代谢过程 一次代谢产物在特定的条件下，或作为原 料或作为前体，又进一步经历不同的代谢过程， 生成生物碱、萜类等化合物的过程。,二次代谢过程并非在所有的植物中都能 发生。 二次代谢产物结构富于变化，其中不少 物质具有明显的生理活性。 二、生物合成假说的提出 1、二次代谢产物众多，必须分类研究。 2、凡结构相似者可能意味着在生物合成上 为同一起源

8、。,罂粟碱,小檗碱,木兰碱,多巴,三、主要的生物合成途径 常见的生物合成基本单位： （1）C2单位(醋酸单位)如构成脂肪酸； （2）C5单位(异戊烯单位) 如形成萜类、甾类等； （3）C6单位 如形成香豆素等； （4）氨基酸单位如形成生物碱等 （5）复合单位：由上述四种单位复合构成。,(一)醋酸-丙二酸途径（AA-MA途径）1、脂肪酸类：天然饱和脂肪酸类均由AA-MA途径生成。 偶数饱和脂肪酸的出发单位是乙酰辅酶A.奇数饱和脂肪酸的出发单位是丙酰辅酶A. 碳链的延伸是由缩合与还原两个步骤交替来完成的.,2、酚类：出发单位也是乙酰辅酶A，但碳链延伸过程中只有缩合过程. 3、蒽酮类：可归入聚酮类化

9、合物中，也是由AA-MA途径生成。 (二)甲戊二羟酸途径 （mevalonic acid pathway,MVA途径）1、萜类物质由MVA途径生成。2、MVA途径说明：, 出发单位是乙酰辅酶A； 中间产物是MVA. MVA转变为IPP（焦磷酸异戊烯酯） 与DAPP（焦磷酸二甲烯丙酯），这两者 （IPP是DAPP的异构体）是生物体内真正的异戊烯基单位。 IPP与DAPP相互以头-尾相接或尾-尾相接，,再经过氧化、还原、脱羧、环合或重排，即生成各种萜类物质。 萜类化合物不符合异戊二烯法则者多因 在环合过程中发生了重排。 （三）桂皮酸途径及莽草酸途径1、苯丙素类化合物，包括具有C6-C3骨架 的香豆

10、素类、木质素类与黄酮类(C6-C3-C6) 物质，是通过桂皮酸途径生物合成的。,2、桂皮酸途径说明： 出发单位是苯丙氨酸； 经PAL（苯丙氨酸脱氨酶）脱去氨后生成桂皮酸； 苯丙素类与丙二酸单酰辅酶A结合， 可生成黄酮类物质； 两分子苯丙素类通过-位聚合可生成 木质素类化合物., 桂皮酸途径以前被称为莽草酸途径， 现在已更正为桂皮酸途径（因为莽草酸也是 酪氨酸、色氨酸的前体化合物，而酪氨酸、 色氨酸又与生物碱的生物合成关系密切）。 (四)氨基酸途径 1.出发单位是氨基酸，包括鸟氨酸、赖氨酸 、苯丙氨酸、酪氨酸与色氨酸等。,莽草酸,苯丙氨酸,鸟氨酸,酪氨酸,色氨酸,2. 有些氨基酸是先经过脱羧成为

11、胺类，再 经过一系列反应(包括甲基化、氧化、还原、 重排等)后再转变为生物碱的。3.有些生物碱，从其结构可看出前体氨基酸的轮廓。 （五）复合途径1.结构稍为复杂的天然化合物，其分子中不同部位将来自于不同的生物合成途径。,2.复合途径主要有： AA-MA桂皮酸途径； AA-MAMVA途径； 氨基酸MVA途径； 氨基酸AA-MA途径； 氨基酸桂皮酸途径。,四、有关生物合成说明 1、少数天然化合物的生物合成可能循几种途径; 2、生物合成是天然药物化学的一个重要领域。了解目的物质的生物合成途径，可大大提高目的物质的收率。,第三节 提取与分离精制,第一步：提取 水蒸汽蒸馏法：挥发性 升华法 ：升华性 溶

12、剂提取法：最常用,溶剂提取法 1.选择溶剂考虑因素：,溶剂尽可能多地溶出有效成分,杂质少溶或不溶 有效成分、杂质、溶剂的极性：相似相溶原理 溶剂的安全性、价廉易得、回收方便等,2. 常见溶剂的种类及其特点,环己烷，石油醚，苯，氯仿，乙醚，乙酸乙酯，正丁醇，丙酮，乙醇，甲醇，水 极性： 亲脂性： 亲水性： 比水重的有机溶剂： 与水可以以任意比例混溶的有机溶剂： 与水分层的有机溶剂： 能与水分层的极性最大的有机溶剂： 常用来从水中萃取苷类、水溶性生物碱类成分的有机溶剂： 溶解范围最广的有机溶剂：,溶剂选择与被提取成分对照表, 3.常用溶剂提取方法,浸渍法： 水/稀醇，冷提 渗漉法： 乙醇，冷提提取

13、效率高，但溶剂用量大 超声提取：各种溶剂，可加热，但所需温度低 煎煮法： 水 回流提取：有机溶剂溶剂用量大 连续回流提取：有机溶剂，索氏提取器溶剂反复利用, 4.影响溶剂提取效率的因素,溶剂 方法 粉碎度 温度 时间,提取液的浓缩方法 （1）常压蒸馏 一般是浓缩低沸点有机溶剂时使用 （2）减压蒸馏 浓缩较高沸点溶剂时可以使用 （3）旋转蒸发 浓缩较高沸点溶剂如甲醇、乙醇、正丁醇、水等时使用。,（4）薄膜蒸发 一般是浓缩较大量溶剂时使用此法，并可 用于大生产。 （5）喷雾干燥 工业化生产经常采用喷雾干燥浓缩水溶液。 （6）冷冻干燥 一般是浓缩水溶液时使用此法，由于是低 温干燥，尤其适用对热敏感化

14、学成分的浓缩.,第二步、分离与精制,分离依据：共存成分的性质差异 1. 溶解度差异 2. 分配比不同 3. 吸附性差异 4分子大小差异 5离解程度不同,1. 根据物质的溶解度差异进行分离,调节温度 改变混合溶剂的极性 调节PH 加入某种沉淀试剂,根据物质的溶解度差异进行分离 （1）调节温度,温度不同溶解度改变 结晶、重结晶,加另一种极性相差较大的溶剂混合溶剂极性改变部分物质沉淀析出A 水/醇法：除去水提液中的水溶性杂质B 醇/水法：除去醇提液中的脂溶性杂质C 醇/醚法（醇/丙酮法）：纯化皂苷,根据物质的溶解度差异进行分离 （2）改变混合溶剂极性,A 水/醇法除去水提液中的水溶性杂质,B 醇/水

15、法：除去醇提液中的脂溶性杂质,C 醇/醚法（醇/丙酮法）：纯化皂苷,酸、碱、两性成分 调节PH改变的分子存在状态改变溶解度,根据物质的溶解度差异进行分离 3.调节PH,解离型/离子态,H+,BH+,B,OH-,H+,A-,HA,OH-,脂溶性,水溶性,酸、碱、两性成分 调节PH改变分子存在状态改变溶解度 A酸/碱法（酸提取碱沉淀法）：生物碱的提取、纯化 B碱/酸法（碱提取酸沉淀法）：黄酮、蒽醌等酚性成分的提取、纯化 C. 调节PH至等电点，沉淀蛋白,根据物质的溶解度差异进行分离 3.调节PH,A酸/碱法（酸提取碱沉淀法）生物碱的提取、纯化,B碱/酸法（碱提取酸沉淀法）黄酮、蒽醌等酚性成分的提取

16、、纯化,酸、碱成分加入某种沉淀试剂水不溶性盐 A酸性成分 Pb2+、Ba2+ 、Ca2+ 水悬浮，通H2S 母液（） B. 碱性化合物 苦味酸/苦酮酸，磷钼酸/磷钨酸/镭氏盐 强H+ ，Et2O萃取 H2O层（）,1.根据物质的溶解度差异进行分离 （4）加沉淀剂,2. 根据物质在两相溶剂中的分配比不同进行分离,分配比K K=CU / CL 分离因子 =KA / KB （KA KB）100 1次萃取，基本分离 10100 1012次2 100次以上1 无法分离,（1）简单液液萃取法 （2）逆流分溶法（ CCD， countercurrent distribution） （3）纸色谱（PC，paper chromatography） （4）液液分配柱色谱 （5）液滴逆流色谱（DCCC，droplet countercurrent chromarography）（6)高速逆流色谱 (HSCCC，high speed countercurrent chromarography）,