植物化学绪论

《植物化学绪论》由会员分享，可在线阅读，更多相关《植物化学绪论（26页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、植 物 化 学,西北农林科技大学农学院,主讲: 夏志华 韩清芳,一、植物化学的研究内容与任务 1.研究内容与任务： 植物化学是植物学与有机化学相结合而形成的一门交叉学科，它是运用有机化学的知识与方法，对植物的化学成分（,第一章 绪 论,第一节 植物化学及其研究与 应用发展概况,1.了解植物化学的概念、研究内容与任务、发展简史及其应用等； 2.了解植物化学成分的生物合成。 重点：研究内容与任务。,目的与要求:,主要是具有药用价值的生物或生理活性成分）进行提取分离、结构鉴定、化学合成与结构改造，从而揭示植物次生代谢产物的生物合成、分布、功能与用途。从某种意义上来讲，植物化学也可以说是研究药用植物的

2、化学。,2.当前植物化学研究热点： 从药用植物中，寻找新的天然药物，筛选生理活性物质，作为合成药物的先导化合物或目标化合物。即使香料、饮料、天然色素等领域，近年也以发现对健康有益的功能化学成分为主要研究方向。,先导化合物：如以鬼臼毒素研究开发的半合成抗癌药物依托泊苷和替泥泊苷；从古柯叶中得到的可卡因则为合成普鲁卡因等一系列局麻药的先导化合物。 目标化合物：如从红豆杉属植物中分离得到的紫杉醇。,当前，科学工作者的注意力主要集中在那些微量甚至超微量的活性成分，以期从中发现新的化合物或者新的骨架类型。,超微量成分：如从50万只蚕蛾中得到12 mg的 蚕蛾醇NABS衍生物（10-10g/mL即对蚕的雄

3、性成虫有明显引诱活性）。,3.我国植物化学研究同发达国家存在的差距： (1) 植物化学同其生物活性的研究脱节，或者说同其用途脱节； (2) 植物化学研究同我国丰富的植物资源种类，特别是同药用植物应用的历史经验相结合方面欠缺深度和广度； (3) 与植物学等相关学科的交叉渗透不够。,4.我国植物化学应加强以下三方面的研究： (1) 加强生物活性研究； (2) 充分利用我国资源优势，建立有中国特色的植物化学； (3) 密切与相关学科（如植物学、生物化学、分子生物学、植物分类学、 生态学等）渗透交叉，促进植物化学发展； (4) 不断引进国际新技术、新仪器。,5.植物化学有关概念： 单体：即化合物,指具

4、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 。 有效成分: 具有生物活性且能起到防治疾病作用的化学成分。 无效成分：没有生物活性和防病治病作用的化学成分。相对 有效部位：常将含有一种主要有效成分或一组结构相近的有效成分的提取分离部分，称为有效部位。如人参总皂苷、苦参总生物碱、银杏总黄酮等。,有效部位群：含有两类或两类以上有效部位的植物提取或分离部分。,二、植物化学发展简史 我国是从天然药物中分离所含有机化学成分最早的国家。,明代李挺的医学入门(1575)中记载了发酵法从五倍子中得到没食子酸的过程。“五倍子粗粉，并砚、曲和匀，如作酒曲样，如瓷器遮不见风，候生白取出”。 明代李时珍

5、的本草纲目(1596)中有世界上最早制得没食子酸的记载。 “看药上生白长霜，药则已成灾”。 1769年，瑞典化学家舍勒将酒石酸氢钾转化为钙盐，再用硫酸分解制得酒石酸；随后，他又用类似方法从天然物中得到苯甲酸(1775)、乳酸(1780)、苹果酸(1785)、没食子酸(1786)等。,19世纪中期，主要利用化学方法提取天然药物中的有效成分（如吗啡、可卡因、士的宁、奎宁、阿托品等）。此时，不仅可更精确地进行药理试验和临床应用，还可较精确地确定其理化性质和化学结构，进而利用化学合成方法大量制取。 上世纪20年代末30年代初是我国植物化学研究的萌芽时期。以赵承嘏、曾广方为代表的植物化学家开始投身中草药

6、化学成分的提取、分离研究，先后对30多种中草药进行化学成分分析（结构鉴定被视为艰巨的工作）。黄鸣龙在德国实验室鉴定了延胡索乙素，这是我国植物化学首例结构鉴定成果。 上世纪50年代，随着新技术、新方法的发展，各种层析技术应用于分离纯化，各种光谱和物理方法应用于结构阐明，使得植物化学成分的分离纯化和结构鉴定有了长足发展，大部分有意义的新结构都实现了全合成。同时，与植物分类、植物生理生化等相关学科的交叉得到进一步加强。,近年来，由于方法技术的进步，植物有效成分的提取分离、结构研究，逐渐成为常规工作，过去无法获得也不愿探索的植物微量成分得到重视。需要指出的是，目前所发现的大量新成分都属小分子物质，这也

7、依然是植物化学工作者追求的目标。对于蛋白质、多糖等大分子化合物，虽然也能依据其生理活性加以收集，但其提取分离和结构研究仍是一项需要长年累月进行的繁重工作。,三、新中国成立后，我国植物化学的发展与成就,新中国成立后，我国创制的新药（不含制剂）约140种，其中半数以上是中草药的有效成分及其衍生物。比较典型的如： 抗疟药青蒿素（菊科黄花蒿）、杀虫剂印楝素（楝科）、治疗老年性痴呆的石杉碱甲（石杉）、治疗偏头痛药天麻素（天麻）、香茶菜二萜(香茶菜属)、紫杉醇及其衍生物（红豆杉属）、五味子中的木脂素（五味子属）等。此外，还有论文。,四、植物化学主要研究领域及其作用,新药研制的一般程序： （1）根据疾病的发

8、病机制，确定药物作用靶点，建立相应 的新药筛选模型； （2）筛选不同来源的化合物，发现先导化合物； （3）对其进行结构修饰，开发成新药。,（一）植物化学在新药研发中的作用,1.研究探索植物药的有效成分：,复方植物药最具我国特色，有些复方已临床使用了数百年甚至数千年，并确有疗效。但是，当前植物药有效成分研究仍偏重于单味药化学成分，对复方药有效成分、成分间相互作用、动态变化等均未涉及，这也是今后植物化学研究工作需要加强的。,2.控制植物药及其制剂的质量：,植物药之所以能够防病治病，其物质基础在于所含的有效成分。然而，其品种、产地、采收季节、储存条件、加工过程等都可影响制剂有效成分的含量，这就需要建

9、立相应的质量标准，严格控制制剂的质量。例如：在欧美市场上畅销的10种植物药的销售额占植物药总销售额的55%左右，正是因为这些药物都有严格的质控标准和确切疗效。,（二）植物化学在植物源农药研发中的作用,1.植物源农药的研究应用现状：,植物源农药和化学农药一样主要分为杀虫剂、杀菌剂、除草剂等，但与后者相比具有选择性高、低毒、易降解、不易产生抗性等优点。国内学者对植物源杀虫剂的研究一般集中在楝科、卫矛科、柏科、豆科、菊科、唇形科、蓼科等植物。当前，植物精油和光活化毒素（如呋喃香豆素、醌类等）是其研究热点。,目前已经开发成功的植物源农药如：“0.5%印楝素杀虫乳油”、“0.2%苦皮藤素乳油”等。,2.

10、植物源农药的发展前景：,在人类越来越关注生活质量和环境质量的今天，大力发展和应用选择性高、低毒、易降解、不易产生抗性的植物源农药已逐渐成为一种趋势，市场对无公害化植物源农药的需求量也将与日俱增。,（三）植物化学在保健食品研发中的作用,1.保健食品的定义及功能：,保健食品是指具有特定保健功能的食品。它除了提供普通食品的营养和感觉两大功能外，还具有调节机体功能（如：抗衰老、抗疲劳、调节血脂或血糖、美容、护发等）的作用。 目前已经开发的保健食品主要有：茶多酚、黄酮类、谷维醇、二十八烷醇等。,（四）植物化学在保健化妆品研发中的作用,2.保健食品加工发展趋势：,继承发掘中华医药宝库中的宝贵经验，将食品科

11、学、生理学、营养学、医学、药学、免役学、生物化学、生物工程学等学科的理论与技术有机结合起来，深入研究保健食品中生物活性成分的化学本质、调节机体功能的本质以及量效关系等，有针对性地设计出适于不同人群的具有不同保健功能的食品配方，生产出真正意义上的高档次营养保健食品，加快开发我国第二代、第三代保健食品的步伐。,早在2000多年前，我国古代人们就已懂得将动植物用于美容化妆，如用凤仙花染指甲，用青黛描眉，用动植物油脂护肤等。由于化学药品往往有较大的毒性和刺激性，自上世纪70年代以来，用天然原料制成的化妆品越来越受到消费者的青睐。在国外，芦荟植物的凝胶几个世纪以来一直被用作润肤剂。,消炎、止痒：这类植物

12、含抗真菌和细菌的生物活性物质，如：芦荟、甘草、川穹、紫草、当归、龙胆、丹参、射干等。 软化保湿：这类植物常含有多糖、果胶、皂角苷、类胡萝卜素等，如：芦荟、甘草、黄柏、益母草、连翘、常春藤等。 收敛作用：这类植物主要含鞣质和黄酮类成分，如：芦荟、金缕梅、老鹳草、牡丹、芍药等。 调理作用：这类植物提取物含有丰富的氨基酸和皂苷等成分，如：七叶树、薏苡、芦荟、鼠尾草、当归、人参等。 防色素斑：这类植物提取物对酪氨酸酶活有较大的阻滞率，如：当归、桔梗、菟丝子、射干等。 抗晒作用：这类植物含有的活性成分在280mn左右有较强紫外吸收，如：当归、薏苡、紫草、母菊、鼠李等。,1.植物活性成分在化妆品中的功能：

13、,植物活性成分在化妆品中的作用主要表现在以下方面：,防裂作用：主要是植物油脂类，常见的有：米糠油、橄榄油、红花油、椰子油、沙棘油、茶油等。 防腐与抗氧：这类植物提取物主要有黄岑、黄柏、牛膝、白花蛇舌草、虎杖、大黄、决明、白芍、牡丹、徐长卿等。 抑汗防臭：多数含芳香油的植物有杀菌、消毒和祛臭功能。,2.植物应用于化妆品的前景：,由于植物提取物较之化学药品，具有不良反应小、安全性高的优点，同时价格也比较低廉，因此植物化妆品具有十分广阔的开发和应用前景。,五、学习植物化学的方法,基本骨架类型及其结构特征； 各类成分的理化性质； 各类成分的提取分离方法； 各类成分的主要波谱特征。,了解生物合成有关知识

14、，不仅可以揭示植物化学成分在植物体中的形成、转化及其相互关系的本质规律，帮助推断天然有机化合物的结构，而且对于利用现代生物技术进行有效成分的生产也有着重要意义。如在组织培养过程中，有目的地喂养关键的前体物质，可以大大提高目标物的产量。,第二节 植物化学成分的生物合成,一、初生代谢与次生代谢,1.初生代谢及其代谢产物：,初生代谢：指维持植物机体生命活动的代谢过程。 初生代谢产物：糖类、蛋白质、脂质、核酸等。 初生代谢的作用： 1）植物的营养物质； 2）人类生存物质基础。,植物初生代谢与生物合成过程,三羧酸循环 （TCA） 丁酮二酸 -酮戊二酸 丁二酸,CO2 H2O,h / 叶绿素,磷酸烯醇式丙

15、酮酸,甲戊二羟酸,丙酮酸,乙酰辅酶A,丙二酸单酰辅酶A,赤藻糖4-磷酸,葡萄糖代谢,莽草酸,苯丙素类,芳香族氨基酸,脂肪族氨基酸,嘌呤、嘧啶,脂肪酸类,-氨基乙酰丙酸,2.次生代谢及其代谢产物：,次生代谢：以初生代谢产物为原料（或前体），经不同途径，进一步合成对植物生长发育无明显作用化合物的过程。 次生代谢产物：如生物碱、黄酮、萜类等，结构千变万化。 初生代谢的作用： 1）维持植物的特性与特征； 2）重要的药物资源。,二次代 谢产物,苷 类 非苷类 挥发油：,酸性物质 碱性物质 中性物质,脂肪族： 芳香族,苯丙素类 黄酮类 醌类 鞣质,香豆素类 木脂素类 木质素类,油脂,甾族： 萜类,强心苷、

16、皂苷、植物甾醇,萜类、芳香酚类、脂肪族,植物二次代谢与生物合成,三羧酸循环 （TCA） 丁酮二酸 -酮戊二酸 丁二酸,鞣酸类,CO2 H2O,h / 叶绿素,磷酸烯醇式丙酮酸,甲戊二羟酸,丙酮酸,乙酰辅酶A,丙二酸单酰辅酶A,赤藻糖4-磷酸,葡萄糖代谢,莽草酸,苯丙素类,芳香族氨基酸,脂肪族氨基酸,嘌呤、嘧啶,脂肪酸类,萜 类,甾 醇,胡萝卜素类,-氨基乙酰丙酸,核 苷,核苷酸类,醌 类,胆 碱,卟啉类,前列腺素类,脂肪族及芳香族聚酮类,生物碱类,肽 类,含氮化合物,香豆素、木 脂（质）素,黄酮类,二、次生代谢物的生物合成途径,（一）乙酰辅酶A 途径,1.乙酰-丙二酸途径,(1) 脂肪酸类生物合成途径,直链奇数碳脂肪酸起始物为丙酰辅酶A； 支链脂肪酸前体为异丁酰/-甲基丁酰/甲基丙二酰辅酶A; 不饱和脂肪酸先经生