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1、第十二章第十二章 天然药物活天然药物活性成分研究性成分研究一、从天然药物中开发新药的方法一、从天然药物中开发新药的方法1.经过文献文献资料或民料或民间用用药的的调研或通研或通过现代代药理学理学的的筛选研究，研究，发现某种某种动物、植物、物、植物、矿物或微生物具物或微生物具有有药用价用价值，然后将其开，然后将其开发成新成新药。2.已知某种成分或某已知某种成分或某类成分具有成分具有药用价用价值或已成或已成为新新药，根据根据动植物的植物的亲缘关系关系，寻找含有找含有这种或种或这类成分的成分的动植物，植物，进而将其开而将其开发成新成新药。第一节第一节 天然药物活性成分的研究途径和方法天然药物活性成分的
2、研究途径和方法3.将将临床床疗效明确的效明确的经典方、典方、经验方方或或经药效学研究具效学研究具有开有开发价价值的的复方中复方中药开开发成新成新药，或将，或将现有的有的药物改物改变剂型型，如由口服液改，如由口服液改为片片剂、注射、注射剂等。等。采用采用这种形式开种形式开发的新的新药：有效成分不明确，：有效成分不明确，药品品的的质量控制量控制难度度较大。但具有生大。但具有生产工工艺不太复不太复杂、成本、成本较低、比低、比较符合我国国情等特点。符合我国国情等特点。4.搞清有效成分和有效部位的基搞清有效成分和有效部位的基础上，将上，将有效部位开有效部位开发成新成新药。因有效成分已明确或基本明确，故采
3、用。因有效成分已明确或基本明确，故采用这种方种方法开法开发的新的新药具有具有药品的均一性、品的均一性、较易控制、易控制、临床床疗效效稳定、定、质量易于得到保量易于得到保证等特点。等特点。5.通通过有效成分或生物活性成分的研究，从中有效成分或生物活性成分的研究，从中发现有有药用价用价值的活性的活性单体或潜在体或潜在药用价用价值的的活性活性单体体先先导化合物化合物。通。通过先先导化合物构效关系的研究，化合物构效关系的研究，发现有有药用价用价值的化合物。的化合物。先先导化合物化合物 有一定的生物活性，但因其活性有一定的生物活性，但因其活性不不够显著或毒副作用著或毒副作用较大，无法将其开大，无法将其开
4、发成新成新药的具的具有潜在有潜在药用价用价值的化合物。的化合物。研究天然药物新药的一般过程：研究天然药物新药的一般过程：工业化工业化合合 成成药用植物药用植物提取物提取物结构阐明结构阐明纯化合物纯化合物活性筛选活性筛选 分离分离活性筛选活性筛选毒理、药理毒理、药理药剂药剂 临床临床I I-IV 期期二、天然活性成分的筛选：二、天然活性成分的筛选：以活性以活性为指指标进行追踪行追踪从天然从天然药物或中物或中药中分离活性化合物中分离活性化合物时，多在确，多在确认供供试样品的活性之后。品的活性之后。1.1.先先选择简单易行、灵敏度高、可靠的活性易行、灵敏度高、可靠的活性测试方方法作指法作指导。2 2
5、.在分离的每一在分离的每一阶段段对分离得到的各个部分分离得到的各个部分进行活行活性定量性定量评估，并追踪其中活性最估，并追踪其中活性最强部分。部分。3 3.因因为物物质分离与活性分离同步分离与活性分离同步进行，一般在最行，一般在最终阶段段总能得到某种活性成分，能得到某种活性成分，发现新化合物的可能性新化合物的可能性也很大。也很大。活性活性活性活性测试测试方法方法方法方法选择选择是活性追踪分离的关是活性追踪分离的关是活性追踪分离的关是活性追踪分离的关键键理想的体外活性理想的体外活性测试方法方法应具有的特点：具有的特点：简易、快速、不需特殊易、快速、不需特殊设备、方便、抗干、方便、抗干扰性性强、假
6、、假阳性和假阴性均阳性和假阴性均较低、低、临床相关性床相关性强等等优点。但在点。但在实际工作中理想的活性工作中理想的活性测试方法往往很方法往往很难找到，只有找到，只有综合分析考合分析考虑，根据，根据实际情况、条件以及研究开情况、条件以及研究开发的的课题选择较理想的活性理想的活性测试方法。同方法。同时也要根据也要根据实践践经验积累和科学技累和科学技术的的发展，改展，改进现有的一些活性有的一些活性测试方法和建立一些新的活性方法和建立一些新的活性测试方法。方法。确保供确保供确保供确保供试试材料具有活性材料具有活性材料具有活性材料具有活性在活性追踪分离之前在活性追踪分离之前:要要采用体内体外多种方法，
7、多个指采用体内体外多种方法，多个指标对实验材料材料进行行活性活性测试，其目的是再次确，其目的是再次确证实验材料的活性材料的活性，确定，确定有无有无进一步研究的价一步研究的价值；为选择活性追踪分离所用的活性活性追踪分离所用的活性测试方法提供依据。方法提供依据。以下的流程是美国癌症研究中心（以下的流程是美国癌症研究中心（NCI）用于）用于筛选确确认植物或植物或动物粗提取物抗物粗提取物抗肿瘤活性的改瘤活性的改进方案。方案。植物粗提取物抗肿瘤活性的筛选方案植物粗提取物抗肿瘤活性的筛选方案从天然从天然药物中物中筛选追踪得到活性化合物只是一追踪得到活性化合物只是一类创新新药物研究的前期物研究的前期阶段。而
8、且不少的天然活性段。而且不少的天然活性化合物化合物还存在一定的毒副作用或因含量太低，存在一定的毒副作用或因含量太低，难以以从天然原料中取材；或因从天然原料中取材；或因结构构过于复于复杂，合成也十，合成也十分困分困难，故本身并无直接开，故本身并无直接开发利用前途。此利用前途。此时只能只能以它以它们为先先导化合物，化合物，经过一系列的化学修一系列的化学修饰或或结构改造后，才能构改造后，才能发现比比较理想的活性化合物，并开理想的活性化合物，并开发成成为新新药上市。上市。天然化合物的化学修天然化合物的化学修饰或或结构改造：构改造：喜喜树碱碱 ：抗癌活性，毒性大：抗癌活性，毒性大喜喜树碱碱10羟基喜基喜
9、树碱碱 秋水仙碱秋水仙碱：具有抑制：具有抑制肿瘤作用，但毒性瘤作用，但毒性较大。大。经结构改造后仍保持构改造后仍保持较高的抗癌作用，毒高的抗癌作用，毒性也性也较低，用于治低，用于治疗乳腺癌。乳腺癌。三、天然药物化学成分的预试验三、天然药物化学成分的预试验v（一）（一）预试验的目的和分的目的和分类v系系统预试验单项预试验v（二）（二）单项预试验v1、单项预试验溶液的制溶液的制备（1）水提取液）水提取液（2）中性醇提取液）中性醇提取液（3）酸性醇提取物）酸性醇提取物（4）石油）石油醚提取液提取液1.系系统提取分离方法提取分离方法:是研究天然是研究天然药物成分的初物成分的初步提取分离方法。用极性从低
10、到高的溶步提取分离方法。用极性从低到高的溶剂依次依次提取。提取。石油石油醚油脂、蜡、叶油脂、蜡、叶绿素、素、挥发油、游离甾油、游离甾体及三体及三萜类氯仿或醋酸乙仿或醋酸乙酯游离生物碱、有机酸及黄游离生物碱、有机酸及黄酮、香豆素的苷元香豆素的苷元丙丙酮或乙醇、甲醇或乙醇、甲醇苷苷类、生物碱、生物碱盐、鞣、鞣质等等水水氨基酸、糖氨基酸、糖类、无机、无机盐等等2.单体分离体分离四、天然四、天然药物化学成分的提取分离物化学成分的提取分离天然天然药物中生物活性成分的研究方法物中生物活性成分的研究方法对对文献、文献、文献、文献、临临床、民床、民床、民床、民间间用用用用药调药调研研研研筛选筛选A A部分部分
11、部分部分体外活性体外活性体外活性体外活性评评价价价价 确定确定确定确定药药物原材料物原材料物原材料物原材料有效部位有效部位有效部位有效部位D DC CB B体内活性体内活性体内活性体内活性评评价价价价提取，粗分（水煮、醇沉提取，粗分（水煮、醇沉提取，粗分（水煮、醇沉提取，粗分（水煮、醇沉梯度萃取）梯度萃取）梯度萃取）梯度萃取）E E第二节第二节 结构研究法结构研究法 结构研究是天然构研究是天然药物化学的一物化学的一项重要的研究内重要的研究内容。容。合成西合成西合成西合成西药药：原料已知，反原料已知，反应条件一定条件一定时，事先，事先可以可以预测得到得到产物的物的结构。构。中中中中药药化学成分化
12、学成分化学成分化学成分：未知因素很多，未知因素很多，对于微量物于微量物质难以采用化学方法确定以采用化学方法确定结构，主要靠波构，主要靠波谱分析的分析的方法解决。方法解决。一、化合物的纯度检查一、化合物的纯度检查 检查纯度的方法：度的方法：外外观、颜色、形色、形态是否均一是否均一.测定各种物理常数，如熔点、沸点、比旋光度、折定各种物理常数，如熔点、沸点、比旋光度、折光率等光率等.如果可能是已知物，用已知如果可能是已知物，用已知结构的构的对照品照品进行行对照照测定或定或测定它定它们的共熔点等的共熔点等.薄薄层色色谱、纸色色谱（三种（三种展开系展开系统均呈均呈单一斑点一斑点）气相色气相色谱、高效液相
13、色高效液相色谱.二、结构研究的主要程序二、结构研究的主要程序 对未知天然化合物的未知天然化合物的结构研究程序构研究程序 三、结构研究中采用的主要方法三、结构研究中采用的主要方法（一）确定分子式，计算不饱和度（一）确定分子式，计算不饱和度1.元素定量分析配合分子量元素定量分析配合分子量元素定量分析配合分子量元素定量分析配合分子量测测定定定定 有机化合物的元素大多由有机化合物的元素大多由C、H、O、N等等组成，成，对组成元素的种成元素的种类和比例的分析，可以通和比例的分析，可以通过元素分析的方法确元素分析的方法确定。分子量的定。分子量的测定方法目前最常用的是定方法目前最常用的是质谱法。法。2.同位
14、素丰度比法同位素丰度比法同位素丰度比法同位素丰度比法 有机化合物的主要元素均由相有机化合物的主要元素均由相对丰度比一定的同位素丰度比一定的同位素组成，且成，且质量相差量相差12。3.高分辨高分辨高分辨高分辨质谱质谱法（法（法（法（HR-MSHR-MS）可将物可将物质的的质量精确量精确测定到小数点后定到小数点后3位，通位，通过比比较精精确确质量可区分分子量相同的不同化合物。量可区分分子量相同的不同化合物。不不饱和度的和度的计算算u=/2/21 ：一价原子数：一价原子数 如如H、X ：三价原子数，如：三价原子数，如N、P ：四价原子数，如：四价原子数，如C作用：作用：用于确定分子量；求算分子式。用
15、于确定分子量；求算分子式。提供提供结构信息，构信息，推推测未知物未知物结构。构。特点：特点：应用范用范围广，广，进行同位素及化合物分析。行同位素及化合物分析。分析速度快，可与色分析速度快，可与色谱联用。用。灵敏度高，灵敏度高，样品用量少（只需品用量少（只需5-10 g）（二）质谱（二）质谱（二）质谱（二）质谱常用常用质谱技技术及特点及特点电子子轰击质谱（EI-MS，electron impact ionization）场解析解析质谱（FD-MS，field desorption ionization）快速原子快速原子轰击质谱（FAB-MS，fast atom bombardment）电喷雾质谱
16、（ESI-MS，electrospray ionization）电电子子子子轰击质谱轰击质谱（EI-MSEI-MS）：样品气化后，气品气化后，气态分子受一定能量分子受一定能量的的电子冲子冲击，使分子，使分子电离或裂解离或裂解产生各种阳离子。生各种阳离子。场场解析解析解析解析质谱质谱（FD-MSFD-MS）：试样稀液涂于稀液涂于钨丝上作阳极，上作阳极，对面面加阴极，通高加阴极，通高压，使，使电离离。p样品需加品需加热气化，离子化，得到气化，离子化，得到M+p难气化、易气化、易热解的成份解的成份测不到不到M+如糖、苷、氨基酸、如糖、苷、氨基酸、肽、蛋白、核酸、抗生素、蛋白、核酸、抗生素p难气化、易
17、气化、易热解的成份，可得到解的成份，可得到 分子离子相关峰：分子离子相关峰：MH+、MNa+、MK+逐个脱去糖基的碎片峰：逐个脱去糖基的碎片峰：MH-162+、MH-162-146+p苷元的碎片离子相苷元的碎片离子相对少少 快速原子快速原子快速原子快速原子轰击质谱轰击质谱（FAB-MSFAB-MS）：离子离子枪发射高能离子与另一射高能离子与另一中性粒子碰撞，交中性粒子碰撞，交换电荷，形成高速中性粒子，与荷，形成高速中性粒子，与样品碰撞，品碰撞，使其使其电离离。p难气化、易气化、易热解的成分，可得到解的成分，可得到 分子离子相关峰：分子离子相关峰：MH+、MNa+、MK+p 可得到苷元的碎片可得
18、到苷元的碎片电喷雾质谱电喷雾质谱（ESI-MSESI-MS）：强静静电场使使试样电离离p难气化、易气化、易热解、大分子、小分子，均可得到解、大分子、小分子，均可得到 分子离子相关峰：分子离子相关峰：MH+、MNa+、MK+（三）红外光谱（三）红外光谱（IR）v原理：原理：分子吸收分子吸收红外外线后引起化学后引起化学键的振的振动或或转动能能级跃迁而形成的吸收迁而形成的吸收谱图（4000625cm-1）v作用：作用：v 特征特征频率区（率区（functional group region）40001500 cm-1确定官能确定官能团类型型v指指纹区（区（fingerprint region）150
19、0600 cm-1构象、构型、取代模式等构象、构型、取代模式等特征基团区特征基团区指纹区指纹区（四）紫外（四）紫外-可见吸收光谱可见吸收光谱电子由基子由基态跃迁至激迁至激发态（、n）在）在紫外可紫外可见光区引起的吸收光区引起的吸收谱图测定范定范围：200700nm 之之间作用：作用：对含有共含有共轭双双键、,-不不饱和和羰基、芳香化合物的基、芳香化合物的结构构鉴定有重要价定有重要价值u特定的吸收特定的吸收谱特征特征骨架骨架类型的判断型的判断 如：黄如：黄酮、香豆素、蒽、香豆素、蒽醌u加加诊断断试剂前后前后谱图的的规律性律性变化化取代情况的推断取代情况的推断 如：黄如：黄酮、香豆素、香豆素 生色
20、生色团：产生紫外吸收的不生紫外吸收的不饱和基和基团，如，如C=C,C=O,O=N=O等；等；助色助色团：其本身是其本身是饱和基和基团（常含有（常含有杂原子），它原子），它连到生色到生色团上上时，能使后者吸收波，能使后者吸收波长变长或吸收或吸收强度增度增加，如加，如-OH,-NH2,-Cl等；等；红移（移（red shift）：由于基由于基团取代或溶取代或溶剂效效应，最，最大吸收波大吸收波长变长。蓝移（移（blue shift）：）：由于基由于基团取代或溶取代或溶剂效效应，最，最大吸收波大吸收波长变短。短。（四）紫外（四）紫外-可见吸收光谱可见吸收光谱（五）核磁共振谱（五）核磁共振谱 1HNMR
21、测定中通定中通过化学位移（化学位移（）、）、谱线的的积分面分面积以及以及裂分情况裂分情况（重峰数及偶合常数（重峰数及偶合常数）可以提供分子中的）可以提供分子中的1H的的类型、数目型、数目及及相相邻原子或原子原子或原子团的信息。的信息。（1）化学位移（）化学位移（chemical shift）：）：1H核因周核因周围化学化学环境不同，其外境不同，其外围电子密度以及子密度以及绕核旋核旋转时产生的磁屏蔽效生的磁屏蔽效应也不同。不同也不同。不同类型的型的1H核磁共振信号将出核磁共振信号将出现在不同的区在不同的区域，据此可以域，据此可以进行行识别。化学位移范化学位移范围：在：在010 ppm。1.氢氢核
22、磁共振核磁共振核磁共振核磁共振(1 1H-NMR)H-NMR)具有磁距的原子核在高具有磁距的原子核在高强度磁度磁场作用下，可吸收适宜作用下，可吸收适宜频率率的的电磁磁辐射，而不同分子中原子核的化学射，而不同分子中原子核的化学环境不同，境不同，将将会有不同的共振会有不同的共振频率，率，产生不同的共振生不同的共振谱。特征质子的化学位移值特征质子的化学位移值102345678910111213C3CH C2CH2 C-CH3环烷烃环烷烃0.21.5CH2Ar CH2NR2 CH2S C CH CH2C=O CH2=CH-CH31.73CH2F CH2Cl CH2Br CH2I CH2O CH2NO2
23、24.70.5(1)5.568.510.512CHCl3(7.27)4.65.9910OH NH2 NHCR2=CH-RRCOOHRCHO常用溶剂的质子常用溶剂的质子的化学位移值的化学位移值D （2）峰面）峰面积：因因为1HNMR谱上上积分面分面积与分子中的与分子中的总质子数相当，当分子式已知子数相当，当分子式已知时，就可以算出每个信号所，就可以算出每个信号所相当的相当的1H数，数，积分分值与与氢的数目成正比。如乙醇的的数目成正比。如乙醇的氢谱中中CH3与与CH2的的谱峰峰积分分值基本等与基本等与3:2。（3）信号的裂分及偶合常数：）信号的裂分及偶合常数：已知磁不等同的两个已知磁不等同的两个或
24、两或两组1H核在一定距离内会因相互自旋偶合干核在一定距离内会因相互自旋偶合干扰而使信号而使信号发生分裂，表生分裂，表现不同裂分，如：不同裂分，如：s,d,t,q,m等。裂分等。裂分间的距的距离离为偶合常数（偶合常数（J，Hz）用以表示相互干）用以表示相互干扰的的强度，其大度，其大小取决于小取决于间隔隔键的距离。的距离。（五）核磁共振谱（五）核磁共振谱1.氢氢核磁共振核磁共振核磁共振核磁共振(1 1H-NMR)H-NMR)（五）核磁共振谱（五）核磁共振谱 与与氢谱一一样，核磁共振碳，核磁共振碳谱也是采用相也是采用相对值来来表示化学位移，通常使用四甲基硅表示化学位移，通常使用四甲基硅烷（TMS）作
25、）作为13C化学位移的零点。有机化合物的化学位移的零点。有机化合物的13C共振化学位共振化学位移范移范围是是0200ppm，碳，碳谱的化学位移范的化学位移范围较氢谱广广得多，能得多，能够提供更多的信息。提供更多的信息。2.2.核磁共振碳核磁共振碳核磁共振碳核磁共振碳谱谱 （五）核磁共振谱（五）核磁共振谱13C信号的化学位移信号的化学位移：脂肪碳：脂肪碳：小于小于50连杂原子碳（原子碳（C-O，C-N，C-S）：）：50100甲氧基碳（甲氧基碳（-OCH3）：）：55左右左右糖端基碳：糖端基碳：95105芳香碳、芳香碳、烯碳：碳：98160连氧芳碳：氧芳碳：140165羰基碳：基碳：168220
26、，具体：，具体：醛：190205；酮：195220；羧酸：酸：170185；酯及内及内酯：165180；酰胺及内胺及内酰胺：胺：165180常常常常见见1313C CNMRNMR谱谱有下面几种有下面几种有下面几种有下面几种：噪音去偶噪音去偶谱：采用采用宽频电磁磁辐射照射射照射1H，使其，使其对13C偶合全部消除，偶合全部消除，13C信号以信号以单峰形式出峰形式出现 选择氢核去偶核去偶谱:对某个某个氢核核进行行选择性照射，以性照射，以消除其偶合影响，与之相关消除其偶合影响，与之相关联的的13C信号信号发生改生改变，根据，根据峰的裂分峰的裂分变化情况，化情况，结合化学位移，可以推断分子中存在合化学
27、位移，可以推断分子中存在的片段的片段结构。构。DEPT法法:通通过改改变照射照射1H核的脉冲核的脉冲宽度（度（）或）或设定不同的弛豫定不同的弛豫时间，使不同，使不同类型的型的13C在在图谱上呈上呈现单峰峰并分并分别呈呈现正向峰或倒置峰。正向峰或倒置峰。（五）核磁共振谱（五）核磁共振谱二二维核磁共振（核磁共振（2D-NMR）v1H-1H相关相关谱 （1H-1H COSY）同核的同核的 1H-1H化学位移相关化学位移相关v13C-1H相关相关谱（13C-1H COSY）异核多量子相关异核多量子相关谱（HMQC）1JC-H，1H和与其直接相和与其直接相连的的13C出出现相关峰相关峰v13C-1H远程相关程相关谱（Lr.13C-1H COSY）异核多异核多键相关相关谱（HMBC）3JC-H，1H和与其相隔和与其相隔3个化学个化学键的的13C出出现相关峰相关峰v1H-1H远程相关程相关谱 （1H-1H NOESY）1H 核之核之间NOE相关相关 对角峰相关峰