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1、天然药物化学天然药物化学1-51-5第一章第一章 总论总论 Pandect1.IntroductionChapter6alkaloidsChapter7saccharideChapter8glucosideChapter9phenylpropanoidsChapter10quinonesChapter11Chapter12terpenoidsChapter13steroidsChapter14tanninChapter15marinenaturalproductsflavonoids黄酮黄酮1.IntroductionChapter6alkaloidsChapter7saccharideCha
2、pter8glucosideChapter9phenylpropanoidsChapter10quinonesChapter11flavonoidsChapter12Chapter13steroidsChapter14tanninChapter15marinenaturalproductsterpenoids萜类萜类1.IntroductionChapter6alkaloidsChapter7saccharideChapter8glucosideChapter9phenylpropanoidsChapter10quinonesChapter11flavonoidsChapter12terpen
3、oidsChapter13Chapter14tanninChapter15marinenaturalproductssteroids甾体甾体天然药物化学研究的意义天然药物化学研究的意义：一、天然化合物是治疗疾病药物的重要来源：一、天然化合物是治疗疾病药物的重要来源：自古以来，天然药物就是人类与疾病作斗争的有利武器。目前，自古以来，天然药物就是人类与疾病作斗争的有利武器。目前，天然来源的药物可分为：天然来源的药物可分为：原始天然化合物、原始天然化合物、天然产物的半合成天然产物的半合成化合物、化合物、基于天然产物的全合成化合物。基于天然产物的全合成化合物。美国的处方药中美国的处方药中25%含有来源
4、于植物的活性成分，含有来源于植物的活性成分，13%和和3%分别来源于微生物和动物。分别来源于微生物和动物。1991年最畅销的药物中有一半是天然化合物或其衍生物。年最畅销的药物中有一半是天然化合物或其衍生物。尤其是对于威胁人类健康的几大杀手：癌症、心血管病、爱滋尤其是对于威胁人类健康的几大杀手：癌症、心血管病、爱滋病和老年痴呆症的治疗中，天然化合物的作用非常突出。病和老年痴呆症的治疗中，天然化合物的作用非常突出。1.IntroductionMorphine Papaver Somniferum L.止痛，止痛，麻醉麻醉1.Introductionl-ephedrineEphedraspp.平喘、
5、解痉作用平喘、解痉作用1.Introduction1.IntroductionRutin降低血管脆性，防高血压和动脉硬化的治疗辅助药降低血管脆性，防高血压和动脉硬化的治疗辅助药.CocaineFolium CocoeProcaine1.IntroductionCamptothecinCamptotheca acuminataDecne.抗肿瘤抗肿瘤1.IntroductionTaxolTaxusspp.治疗治疗肺癌、卵巢癌、乳腺癌肺癌、卵巢癌、乳腺癌Qinghaosu Artemisia annua L.抗恶性疟疾抗恶性疟疾1.Introduction1.IntroductionGuanfub
6、aseAAconitum coreanum抗心律失常抗心律失常二、天然活性化合物的合成、半合成及生物合成技术研二、天然活性化合物的合成、半合成及生物合成技术研究提供了不依赖自然资源的新药究提供了不依赖自然资源的新药。一些植物含有高活性的化合物，但含量极微，若开发利用，一些植物含有高活性的化合物，但含量极微，若开发利用，天然资源很块就会枯竭。其合成、半合成及生物合成技术的天然资源很块就会枯竭。其合成、半合成及生物合成技术的研究是解决供需矛盾的途径之一，如抗癌药物紫杉醇的合成、研究是解决供需矛盾的途径之一，如抗癌药物紫杉醇的合成、半合成及生物合成技术的研究。半合成及生物合成技术的研究。巴卡亭巴卡亭
7、R=Ac去乙酰基巴卡亭去乙酰基巴卡亭R=H1.Introduction三、传统中药的深入研究使其在新药开发中重新发挥重三、传统中药的深入研究使其在新药开发中重新发挥重要作用。要作用。一些过去未知的植物微量成分被发现，其中不乏一些过去未知的植物微量成分被发现，其中不乏具有较强生物活性的成分，如人参和三七中的环肽，具有较强生物活性的成分，如人参和三七中的环肽，可能是一类新型活性成分；大蒜水溶性成分的研究，可能是一类新型活性成分；大蒜水溶性成分的研究，可为动脉粥样硬化疾病的新药研究提供先导化合物。可为动脉粥样硬化疾病的新药研究提供先导化合物。此外，某些植物作为药用已有较长的历史，经研此外，某些植物作
8、为药用已有较长的历史，经研究发现了其化学成分的新活性，为这些植物增加了新究发现了其化学成分的新活性，为这些植物增加了新的用途，如丹酚酸抗脂质过氧化、抗溃疡作用；苦楝的用途，如丹酚酸抗脂质过氧化、抗溃疡作用；苦楝楝烷化合物抗癌作用等。楝烷化合物抗癌作用等。1.Introduction1 1以创制新药为目标，加强基础研究以创制新药为目标，加强基础研究是创制新药的关键是创制新药的关键。2 2应用多学科的理论和技术，促进天应用多学科的理论和技术，促进天然药物化学研究的深入然药物化学研究的深入。1.Introduction天然药物化学研究发展方向展望：天然药物化学研究发展方向展望：一次代谢过程：对维持植
9、物生命活动来说是不可缺少的过程，且几乎存在于所有的绿色植物中。一次代谢产物：糖、蛋白质、脂质、核酸等这些对植物机体生命活动来说不可缺少的物质。二次代谢过程：并非在所有的植物中都能发生，对维持植物生命活动来说又不起重要作用的过程。二次代谢产物：生物碱、萜类、苯丙素类成分。天然产物化学成分的生物合成：天然产物化学成分的生物合成：1.Introduction植植物物生生物物合合成成过过程程P18 主要的生物合成途径主要的生物合成途径1 1、醋酸、醋酸-丙二酸途径（丙二酸途径（AA-MAAA-MA）脂肪酸类、酚类、蒽酮类等由此途径生成。脂肪酸类、酚类、蒽酮类等由此途径生成。2 2、甲戊二羟酸途径（、甲
10、戊二羟酸途径（MVA MVA）萜类等萜类等3 3、桂皮酸及莽草酸途径、桂皮酸及莽草酸途径 苯丙素类、香豆素类、木质素类、木脂体、黄酮类苯丙素类、香豆素类、木质素类、木脂体、黄酮类 等。等。4 4、氨基酸途径、氨基酸途径 生物碱类生物碱类5 5、复合途径、复合途径1.IntroductionChapter 1 Pandect3 13 23IntroductionExtractionandisolationtechnologystructuralresearch 2.1 研究准备：研究准备：品种鉴定（学名）、产地；文献工作；品种鉴定（学名）、产地；文献工作；已知成分：结构类型，确定提取、分离路线；
11、已知成分：结构类型，确定提取、分离路线；未知成分：系统预试验，活性跟踪；未知成分：系统预试验，活性跟踪；2.Extractionandisolationtechnology2.2 中药活性成分的提取中药活性成分的提取溶剂提取法溶剂提取法相似相溶定律相似相溶定律2.Extractionandisolationtechnology水蒸气蒸馏法水蒸气蒸馏法升华法升华法有机化合物分为三类有机化合物分为三类:水溶性水溶性亲脂性亲脂性亲水性亲水性苷类（黄酮、苷类（黄酮、苷类（黄酮、苷类（黄酮、三萜、甾体三萜、甾体三萜、甾体三萜、甾体等与糖的结等与糖的结等与糖的结等与糖的结合物）合物）合物）合物）糖类、氨基
12、糖类、氨基糖类、氨基糖类、氨基酸蛋白质、酸蛋白质、酸蛋白质、酸蛋白质、盐类盐类盐类盐类未成盐的生物未成盐的生物碱，未成苷的碱，未成苷的黄酮、蒽醌、黄酮、蒽醌、萜类、甾体。萜类、甾体。2.Extractionandisolationtechnology有机溶剂分为三类有机溶剂分为三类:亲水性有机溶剂亲水性有机溶剂水水与溶剂的结构有关，常与溶剂的结构有关，常见溶剂极性强弱顺序：见溶剂极性强弱顺序：(P34):(P34):石油醚、苯、氯仿、石油醚、苯、氯仿、乙醚、乙酸乙酯、乙醚、乙酸乙酯、正丁醇、正丁醇、丙酮、乙丙酮、乙醇、甲醇、醇、甲醇、水水2.Extractionandisolationtech
13、nology亲脂性有机溶剂亲脂性有机溶剂 溶剂的选择：溶剂的选择：溶解度溶解度溶解度溶解度化学性质稳定化学性质稳定化学性质稳定化学性质稳定安全、价廉、易回收安全、价廉、易回收安全、价廉、易回收安全、价廉、易回收2.Extractionandisolationtechnology2.Extractionandisolationtechnology浸渍法浸渍法（冷浸）（冷浸）煎煮法煎煮法（热提）（热提）回流法回流法（有机溶剂（有机溶剂）连续提取法连续提取法渗漉法渗漉法（连续冷浸）（连续冷浸）提取方法提取方法:水蒸气水蒸气蒸馏法蒸馏法2.2分离精制常用方法原理分离精制常用方法原理:2.Extract
14、ionandisolationtechnology4.物质分子大小差异进行分离物质分子大小差异进行分离3.物质的吸附性差别进行分离物质的吸附性差别进行分离2.物质在两相溶剂中的分配比不物质在两相溶剂中的分配比不 同进行分离同进行分离1.物质溶解度差别进行分离物质溶解度差别进行分离2.Extractionandisolationtechnology1.利用溶解利用溶解度差别进度差别进行分离行分离:1利用温度不同引起溶解度的改变利用温度不同引起溶解度的改变利用温度不同引起溶解度的改变利用温度不同引起溶解度的改变2改变混合溶剂的极性改变混合溶剂的极性改变混合溶剂的极性改变混合溶剂的极性3调节溶液的调
15、节溶液的调节溶液的调节溶液的pHpH值值值值4沉淀法沉淀法沉淀法沉淀法5盐析法盐析法盐析法盐析法2.物质在两相溶剂中的分配比不同物质在两相溶剂中的分配比不同 A、液、液-液萃取法液萃取法 B、逆流连续萃取法、逆流连续萃取法 C、逆流分配法（、逆流分配法（CCD）D、液滴逆流色谱法（、液滴逆流色谱法（DCCC）E、高速逆流色谱法（、高速逆流色谱法（HSCCC）F、气液分配色谱（、气液分配色谱（GC或或GLC）G、液、液-液分配色谱（液分配色谱（LC或或LLC）LC分配色分配色谱载体主要有体主要有-硅胶、硅藻土、硅胶、硅藻土、纤维素素等；有正反相之分；等；有正反相之分；压力有低、中、高之分；力有低
16、、中、高之分；载量有分量有分析、制析、制备之分。之分。2.Extractionandisolationtechnology3.物质的吸附性差别进行分离物质的吸附性差别进行分离2.Extractionandisolationtechnology物理吸附物理吸附化学吸附化学吸附半化学吸附半化学吸附在天然有机化合在天然有机化合物分离及精制工物分离及精制工作中，吸附现象作中，吸附现象利用得十分广泛。利用得十分广泛。其中又以其中又以固固-液液吸附吸附用得最多，用得最多，分为：分为：A.物理吸附物理吸附液液-固物理吸附色谱固物理吸附色谱运用较多的一种方法，特别适用于很多中等分子量的样品运用较多的一种方法，
17、特别适用于很多中等分子量的样品（分子量小于（分子量小于1 1，000000的低挥发性样品）的分离，尤其是脂的低挥发性样品）的分离，尤其是脂溶性成分。一般不适用于高分子量样品如蛋白质、多糖或溶性成分。一般不适用于高分子量样品如蛋白质、多糖或离子型亲水性化合物等的分离。离子型亲水性化合物等的分离。2.Extractionandisolationtechnology吸附色谱的分离效果，决定于吸附色谱的分离效果，决定于:吸附剂吸附剂(硅胶、氧化铝、活性炭硅胶、氧化铝、活性炭）、溶剂和）、溶剂和被分离化合物的性质这三个因素。被分离化合物的性质这三个因素。2.Extractionandisolationt
18、echnology硅胶是酸性吸硅胶是酸性吸附剂，适用于附剂，适用于中性或酸性成中性或酸性成分的色谱。同分的色谱。同时硅胶也可吸时硅胶也可吸附碱性化合物附碱性化合物色谱用硅胶为一色谱用硅胶为一多孔性物质，分多孔性物质，分子中具有硅氧烷子中具有硅氧烷的交链结构，同的交链结构，同时在颗粒表面又时在颗粒表面又有很多硅醇基。有很多硅醇基。吸附剂：硅胶吸附剂：硅胶 P58P58 吸附剂：氧化铝吸附剂：氧化铝2.Extractionandisolationtechnology氧化铝氧化铝带有碱性，对于分离一些碱性中草带有碱性，对于分离一些碱性中草药成分，如生物碱类的分离颇为理想。不宜用药成分，如生物碱类的分
19、离颇为理想。不宜用于醛、酮、酸、内酯等类型的化合物分离。于醛、酮、酸、内酯等类型的化合物分离。吸附剂的特点吸附剂的特点:对极性物质具有较强的亲和能力。故同为溶质，对极性物质具有较强的亲和能力。故同为溶质，极性强者将被优先吸附。极性强者将被优先吸附。溶剂极性越弱，则吸附剂对溶质将表现出越强的溶剂极性越弱，则吸附剂对溶质将表现出越强的吸附能力。溶剂极性增强，则吸附剂对溶质的吸吸附能力。溶剂极性增强，则吸附剂对溶质的吸附能力即随之减弱。附能力即随之减弱。溶质即使被硅胶、氧化铝吸附，但一旦加入极性溶质即使被硅胶、氧化铝吸附，但一旦加入极性较强的溶剂时，又可被后者置换洗脱下来较强的溶剂时，又可被后者置换
20、洗脱下来。2.Extractionandisolationtechnology 洗脱溶剂的选择：洗脱溶剂的选择：2.Extractionandisolationtechnology须根据被须根据被分离物质分离物质与所选用的与所选用的吸附剂性质吸附剂性质这这两者结合起来加以考虑。两者结合起来加以考虑。被分离物质极性被分离物质极性弱极性弱极性强极性强极性吸附剂极性较弱吸附剂极性较弱弱极性弱极性强极性强极性洗脱剂极性洗脱剂极性化合物的极性及其强弱判断化合物的极性及其强弱判断2.Extractionandisolationtechnology官能团的种官能团的种类、数目、类、数目、排列方式排列方式官能
21、团的极官能团的极性强弱性强弱官能团官能团极性极性R-COOH大大Ar-OHR-OHR-NH2,R-NH-R,R-N-R2R-CO-NR2R-CHOR-CO-RR-CO-ORR-O-R小小2.Extractionandisolationtechnology大体上溶剂极性的大大体上溶剂极性的大小可以根据介电常数的小可以根据介电常数的大小来判断。介电常数大小来判断。介电常数越大，极性越强。越大，极性越强。溶剂的极性溶剂的极性溶剂溶剂介电常数介电常数 极性极性己烷己烷1.88弱弱苯苯2.29乙醚乙醚（无水）（无水）4.47氯仿氯仿5.20乙酸乙酯乙酸乙酯6.11乙醇乙醇26.0甲醇甲醇31.2水水81
22、.0强强2.Extractionandisolationtechnology柱色谱（柱层析）柱色谱（柱层析）2.Extractionandisolationtechnology一般为样品量的一般为样品量的3060倍。样品极性小、倍。样品极性小、难以分离者，吸附剂难以分离者，吸附剂用量可适当提高到样用量可适当提高到样品量的品量的100200倍倍。柱色谱用的硅胶及氧柱色谱用的硅胶及氧化铝通常以化铝通常以100200目或目或200 300目为宜，目为宜，或甚至直接采用薄层或甚至直接采用薄层色谱用规格。色谱用规格。己烷己烷-苯苯极极性性递递增增苯苯-乙醚乙醚苯苯-乙酸乙酯乙酸乙酯氯仿氯仿-乙醚乙醚氯仿
23、氯仿-乙酸乙酯乙酸乙酯氯仿氯仿-甲醇甲醇丙酮丙酮-水水甲醇甲醇-水水实验室中最常应用的实验室中最常应用的混合溶剂混合溶剂混合溶剂混合溶剂洗洗脱脱用用溶溶剂剂的的极极性性宜宜逐逐步步增增加加，跳跳跃跃不不能能太太大大。2.Extractionandisolationtechnology 聚酰胺吸附色谱法聚酰胺吸附色谱法聚酰胺（聚酰胺（poliamide）吸附属于氢键吸附，是一种用途十分广）吸附属于氢键吸附，是一种用途十分广泛的分离方法，极性物质与非极性物质均可适用，但特别泛的分离方法，极性物质与非极性物质均可适用，但特别适合适合分离酚类、醌类、黄酮类分离酚类、醌类、黄酮类化合物。化合物。2.Ex
24、tractionandisolationtechnology 聚酰胺与酚类、醌类形成氢键缔合的能力在水中最强，在聚酰胺与酚类、醌类形成氢键缔合的能力在水中最强，在含水醇中随着醇浓度的含水醇中随着醇浓度的 增高而减弱，在高浓度醇或其它有机增高而减弱，在高浓度醇或其它有机溶剂中则几乎不缔合。溶剂中则几乎不缔合。聚酰胺氢键吸附能力聚酰胺氢键吸附能力 大大小小2.Extractionandisolationtechnology 各种溶剂在聚酰胺柱上的洗脱能力由弱至强顺序：各种溶剂在聚酰胺柱上的洗脱能力由弱至强顺序：水水 甲醇甲醇 丙酮丙酮 氢氧化钠水溶液氢氧化钠水溶液 甲酰胺甲酰胺 二甲基甲酰二甲基甲
25、酰 胺胺 尿素水溶尿素水溶液液2.Extractionandisolationtechnology 大孔吸附树脂大孔吸附树脂2.Extractionandisolationtechnology吸附性：范德华引力吸附性：范德华引力或生成氢键的结果。或生成氢键的结果。筛选原理：本身多孔筛选原理：本身多孔性结构所决定。性结构所决定。.大孔吸附树脂是吸附性大孔吸附树脂是吸附性和分子筛性原理相结合和分子筛性原理相结合的分离材料，根据吸附的分离材料，根据吸附力的不同及分子量的大力的不同及分子量的大小，在大孔吸附脂上经小，在大孔吸附脂上经一定的溶剂洗脱而分开。一定的溶剂洗脱而分开。树脂洗脱液的选择树脂洗脱液
26、的选择 2.Extractionandisolationtechnology对非极性大孔吸对非极性大孔吸附树脂，洗脱剂极性附树脂，洗脱剂极性越小，洗脱能力越强。越小，洗脱能力越强。对中等极性大孔树脂对中等极性大孔树脂和极性较大的化合物和极性较大的化合物来说，则用极性较大来说，则用极性较大的洗脱剂为佳。的洗脱剂为佳。根据吸附力强弱根据吸附力强弱选用不同的洗脱剂及选用不同的洗脱剂及浓度。为达到满意的浓度。为达到满意的效果，可通过几种洗效果，可通过几种洗脱剂浓度的比较来确脱剂浓度的比较来确定最佳洗脱浓度。实定最佳洗脱浓度。实际工作中甲醇、乙醇、际工作中甲醇、乙醇、丙酮应用较多。丙酮应用较多。4.物质
27、分子大小差异进行分离物质分子大小差异进行分离 凝胶渗透色谱法（凝胶渗透色谱法（gel permeation chromatography）分子筛过滤（分子筛过滤（molecular sieve filtrationmolecular sieve filtration）排阻色谱排阻色谱排阻色谱排阻色谱 (exclusion chromatography(exclusion chromatography）2.Extractionandisolationtechnology利用利用分子筛分子筛分离物质的一种方法。样品混合分离物质的一种方法。样品混合物中各个成分因分子大小各异，渗入至凝胶颗粒物中各个成
28、分因分子大小各异，渗入至凝胶颗粒内部的程度也不尽相同，故在经历一段时间流动内部的程度也不尽相同，故在经历一段时间流动并达到动态平衡后，即按分子由大到小顺序先后并达到动态平衡后，即按分子由大到小顺序先后流出并得到分离。流出并得到分离。凝胶的种类与性质凝胶的种类与性质 葡聚糖凝胶（葡聚糖凝胶（Sephadex）羟丙基葡聚糖凝胶（羟丙基葡聚糖凝胶（Sephadex LH-20）丙烯酰胺凝胶（丙烯酰胺凝胶（Bio-Gel P）琼脂糖凝胶（琼脂糖凝胶（Sepharose Bio-Gel A）羧甲基交联葡聚糖凝胶（羧甲基交联葡聚糖凝胶（SP-Sephadex）苯胺乙基交联葡聚糖凝胶（苯胺乙基交联葡聚糖凝胶
29、（QAe-Sephadex）2.Extractionandisolationtechnology根据物质分子的大小进行分离根据物质分子的大小进行分离-分子排阻法分子排阻法如葡萄糖凝胶如葡萄糖凝胶(SephadexGandLH-20)过滤法等过滤法等OHOCH2CH2CH2OH大分子化合物先滤出，小分子化合物后滤出。大分子化合物先滤出，小分子化合物后滤出。2.Extractionandisolationtechnology5.根据物根据物质解离程度不同的分离法解离程度不同的分离法-离子交离子交换法法强酸：酸：-SO3H强碱：碱：-N+(CH3)3Cl-弱酸：弱酸：-CO2H弱碱：弱碱：-NH2(
30、NH,N)2.Extractionandisolationtechnology2.Extractionandisolationtechnology引起人工产物的因素：1）酶解影响2）溶剂的影响3）酸碱的影响4）色谱行为的影响5）光照的影响原生产物与人工产物原生产物与人工产物3 13 23IntroductionExtractionandisolationtechnologystructuralresearch Chapter1Pandect3.structuralresearch从天然物中分离到化合物单体后从天然物中分离到化合物单体后,需进行需进行结构鉴定结构鉴定,方法有文献调研、化学法、波谱
31、法方法有文献调研、化学法、波谱法等。等。1）纯化和干燥化合物的样品纯化和干燥化合物的样品 a)均一晶形、明确敏锐熔点均一晶形、明确敏锐熔点b)三种展开系统均显示单一斑点三种展开系统均显示单一斑点c)HPLC、GC分析分析3.structuralresearch4）Ultraviolet absorption spectra（UV）提供共轭提供共轭双键、双键、,-不饱和羰基、不饱和羰基、芳环等信息。芳环等信息。2）通过文献调研，理化常数和化学定性分析等初步判断）通过文献调研，理化常数和化学定性分析等初步判断化合物结构类型化合物结构类型3）测定分子式、计算不饱和度）测定分子式、计算不饱和度a)元素
32、分析元素分析b)同位素丰度比率同位素丰度比率c)HR-MS 不饱和度：U=-/2+/2+1例：例：C30H48O3，=77）MassSpectrum(MS)离子源：电子轰击（离子源：电子轰击（EI),化学电离（化学电离（CI),电喷雾（电喷雾（ESI)等等3.structuralresearch5）Infraredspectra（IR)提供结构中官能团、骨架等信息；提供结构中官能团、骨架等信息；4000-1500cm-1特征频特征频率区；率区；1500-600cm-1指纹区。指纹区。6）Nuclearmagneticresonanecspectra（NMR)1H-NMR:化学位移（化学位移（），峰面积，裂分与偶合常数（），峰面积，裂分与偶合常数（J）13C-NMR2DNMR3.structuralresearch8）推断并确定分子的平面结构）推断并确定分子的平面结构化学沟通等化学沟通等9）推断并确定分子的主体结构）推断并确定分子的主体结构构型与构象构型与构象CD、NOE谱、谱、X-Ray衍射、人工合成衍射、人工合成结束语结束语谢谢大家聆听！谢谢大家聆听！64