天然药物化学课件(上)-吴立军

溶剂提取是指溶剂进入生物体细胞，溶解或分散其有用物质而变成浸出物的全 过程。 包括浸润、解吸和扩散三个阶段。
浸润：渗透阶段 溶剂通过细胞壁渗透到细胞中。 解吸：溶解阶段 细胞内容物与细胞组织之间有亲和 力，溶剂破除这种亲和力。 扩散：置换阶段 利用细胞内的渗透力产生的压差而抽提出来，用溶剂占领内容物的位置 而将内容物置换出来。 石油醚→油脂、蜡、叶绿素、挥发油、游离甾体及三萜类化合物 氯仿或醋酸乙酯→游离生物碱、有机酸及黄酮、香豆素的苷元 丙酮或乙醇、甲醇→苷类、生物碱盐、鞣质等 水→氨基酸、糖类、无机盐等
天然药物化学成分的主要类型：
1.一般成分：用于维持动植物生长的必
需物质（如糖类、蛋白质、酯类、色素、 油脂、无机盐等），这些成分大多数是 天然药物中共有的，通常视为无效成分。 2.特殊成分：动植物在生长过程中为了适 应环境的变化而产生的特殊成分（如生 物碱、苷类、萜类、甾体、挥发油、有 机酸等），这些成分并不是所有的天然 药物都有，存在于不同天然药物的不同 部位。
相对介电常数 1.8 2.3 极 4.3 性 逐 5.2 渐 6.1 增 17.5 大 21.5 26.0 31.2
80.0
基本知识
溶剂的极性
溶剂 相对介电常数
两者能以任意比例混 溶
亲水性有机溶 剂 水
Me2OH EtOH MeOH H2O
21.5 26.0 31.2 80.0
基本知识
溶剂的极性
3. 天然药物化学的研究内容

结构特点
理化性质

结构修饰
构效关系 生物转化 体内代谢过程等
提取分离方法
结构鉴定方法
生物合成
三、天然药物化学发展历史沿革和现状
大体分为以下3个阶段： 1. 原始和萌芽阶段（——18世纪末） 2. 学科真正形成阶段（19世纪） 3. 学科迅速发展时期（20世纪——）
1.原始和萌芽阶段（——18世纪末）

天然药物识别、使用经验——巫术、迷信色彩
文明的进步——对疾病、天然药物的认识趋于客观
231—341，晋，葛洪，《抱卜子》 1575， 1711, 明，李， 《医学入门》，没食子酸
清，洪遵，《集验方》，樟脑
1769-1786，舍勒，酒石酸、
苯甲酸、乳酸、苹果酸、没食子酸
成分的复杂性： 不同药物所含成分类型不同
每种类型成分的数目相当多
同种药物所含成分结构、性质各异
2．天然药物化学的研究对象

生理活性成分 active compound / constituent 非生理活性成分 inactive compounds

有效成分
无效成分 有效部位 active fraction 一种主要有效成分/一组结构相近的有效成分 有毒成分 toxic compound
第一节 绪 论
一、天然药物及其相关术语
二、天然药物化学的定义、研究对象、研究内容
三、天然药物化学发展历史沿革和现状
四、天然药物化学在中药现代化中的作用
一、天然药物及其相关术语

1.天然药物的定义： 天然来源 2.天然药物的来源：
植物
动物
矿物
微生物
海洋天然药物
3.天然药物相关术语

天然药物 natural medicine 中草药 chinese herbal medicine
日本， 15%
4. 天然药物研究现状

世界各地加强天然药物研发的投入
1983-1994年，上市522种新药，44%天然来源
1984-1995，FDA，31种抗癌新药，61%天然来源
93种抗感染新药，63%天然来源

关于天然产物的学术交流日渐活跃
二、天然药物化学的定义、研究对象、研究内容


1.定义及相关术语
3．学科迅速发展时期（20世纪——）

特点一：色谱技术用于天然化合物的分离和纯化
1906，俄，Tsweet，碳酸钙为吸附剂，石油醚为洗脱剂， 1931，德，Kuhn and Lederer，氧化铝、碳酸钙为吸附剂， 1940，提出了液液色谱法，如逆流分配 1952，James and Martin，提出气液色谱理论 20世纪60年代，高效液相色谱出现
亲脂性有机溶 剂
溶剂
两者分层，可进行萃 取 水
H2O 80.0
石油醚 C6H6 Et2O CHCl3 EtOAc n-BuOH
相对介电常数 1.8 2.3 4.3
5.2 6.1 17.5
基本知识


提取前预处理 粉碎 脱脂 根茎类 苷类
溶剂渗入
基本原理
有效成分 从细胞内溶出 细胞内 有效成分
相对密度
当以水作为参考密度时，即1g/cm3作为参考
密度(水4℃时的密度)时，过去称为比重 (specific gravity)。相对密度一般是把水在4 度的时候的密度当作1来使用，另一种物质的 密度跟它相除得到的。 相对密度只是没有单位而已，数值上与实际 密度是相同的。
目的与意义
（一）探索天然药物防病治病的原理: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）改进剂型，提高临床疗效 （四）促进天然药物的开发和应用 (1)开辟和扩大天然药物资源：如黄连——小檗碱 代用品：三颗针——小檗碱 （2）降低毒性，提高疗效 （3）提取制药原料和中间体：如薯蓣皂苷元为合成甾体激素和 甾体避孕药的原料 （4）进行结构改造和修饰，研制新药
参考教材：天然药物化学 吴立军，人民卫生出版社（第五版）
第一章 第二章
总论 糖和苷
第三章
第四章
苯丙素类
醌类化合物
第五章
第六章 第七章 第八章 第九章
黄酮类化合物
萜类和挥发油 三萜及其苷类 甾体及其苷类 生物碱
研究天然产物化学成分的基本步骤
原材料 提取
总提取物 目的化合物 初步分离 不同部位
结构修饰 人工合成
单体化合物
精细分离纯化
中草药中各类化学成分简介
一、有效成分 1. 碱性化合物： O 生物碱 O
小檗碱
N OH
+
-
OCH3 OCH3
2.酸性化合物： 结构中含有酚羟基的化合物 ——黄酮、醌类、苯丙素（香豆素、木脂素）及其苷类 结构中含有羧基的化合物 ——有机酸、葡萄糖醛酸 3.两性化合物： 结构中既有碱性基团也有酸性基团 氨基酸、蛋白质 4.中性化合物： 分子结构中既无碱性基团也无酸性 基团的化合物，如萜类和挥发油、 甾体等。 二、无效成分 1.脂溶性 蜡－高级不饱和脂肪酸（16－30碳）和 高级一元醇结合的酯 脂肪油－不饱和脂肪酸（链长短不一）与丙三醇形成的甘油酯，通常称为 混合甘油酯。 叶绿素及胡萝卜素 2.水溶性 多糖类－淀粉、纤维素、树胶、果 胶、粘液质 多元酚类化合物－鞣质
天然化合物的分离向高效、快速、微量发展
3．学科迅速发展时期（20世纪——）

特点二:波谱技术用于天然化合物的结构鉴定
IR： 1944，Pekin-Elmer公司，第一台红外光谱仪 MS： 20世纪，质谱仪 EI、CI，FD，FAB，ESI，MALDI ESI-TOF，MALDI-TOF NMR：1953，30MHZ的连续波核磁共振仪 70年代，脉冲傅立叶变换核磁共振仪 1D NMR——2D NMR 30—60—100—300MHz 400—500—600—800—900MHz UV，X-ray，ORD，CD等
2.学科真正形成阶段（19世纪）

特点二：结构鉴定以化学方法为主
氧化、还原等降解反应——推导结构
碎片合成、全合成————证明结构
2.学科真正形成阶段（19世纪）

特点三：生源合成途径、本质的揭示
生源前体的识别：萜类———MVA 生物碱——α-Aa 生源合成本质的揭示：生物细胞内多步酶促反应 有机反应理论来解释机制 生物合成物质用于结构确定
Miao drug

生药
Crude drug
4. 天然药物研究现状

疾病谱、医疗模式、药物结构的改变
传染、感染性疾病 —— 身心疾病、现代病
治疗 —— 预防、保健、治疗、康复
化药 —— 化药 然药

国际市场对天然药物的需求日益增大 2000年全球植物药销售额，300亿美元 天然药物销售额年增长幅度，欧共体，30% 美国， 20%
有效部位： 尚未提纯，分离为单体化合物的有 效成分混合体。 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——银杏黄酮 地奥心血康——8种甾体皂苷
天然药物有效成分的特点
多样性
可开发性 相对性
注意：因其特点，对有效成分和 无效成分不能简单而机械地理解
2.研究对象

3.研究内容
1. 天然药物化学定义及相关术语：

天然药物化学 Chemistry of natural medicine Medicinal chemistry of natural products 运用现代科学理论与方法研究天然药物中化学成分 （以生理活性成分或有效成分为主）


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。 天然药物包含了中药但并不等于是中药 有效成分(活性成分）：通常把具有一定生 物活性、治疗作用，可以用分子式和结构 式表示，并具有一定物理常数（如熔点、 沸点、旋光度、溶解度等）的单体化合物。 无效成分（杂质）：与有效成分共存的其 他成分
中药化学
植物化学
Chemistry of TCM
Phytochemistry
天然产物化学 Chemistry of natural products
2．天然药物化学的研究对象

研究对象：化学成分 chemical constituents
特别是生理活性成分或有效成分
active compound

2.学科真正形成阶段（19世纪）

特点一：以化学成分的发现和分离为主 1806， 阿片——————吗啡（morphine）
1820， 金鸡纳树皮———奎宁 (quinine)
1828, 烟草——————烟碱（nicotine） 1885， 麻黄——————麻黄碱（ephedrine） 吐根碱、士的宁、小檗碱，阿托品、可卡因等
扩散过程表达式：
dc ds DF dt dt: 扩散时间 dx dc
dx
浓度差
ds: 在dt时间内的扩散量
F：扩散面积，以粉碎度表示
RT 1 D： 扩散系数 D N 6r
第一章 总 论

第一节 绪论
第二节 生物合成 第三节 提取分离方法
第四节 结构研究法
概述
由于现代科学技术进步，特别是将波谱解析方法 （NMR、MS、IR、UV）用于推导化合物的结构，甚
提取分离流程图
天然药物粗粉 提取：将有效成 分从天然药物中 提取 提出的过程 分离：将提取物 分离 中各种成分逐一 分开的过程 纯化 纯化：将有效成 分与无效成分或 鉴定 杂质分开并除去 的过程
基本知识
溶剂的极性
亲脂性有机溶 剂
溶剂
亲水性有机溶 剂 水
石油醚 C6H6 Et2O CHCl3 EtOAc n-BuOH Me2OH EtOH MeOH H2O
3．学科迅速发展时期（20世纪——）
至用X－晶体衍射来确定化合物结构的发展，以及分
离手段的进步，天然药化的发展速度大为加快，发现 的新化合物数目大为增加，微量成分、水溶性成分的 分离、提纯；稳定性差的活性物资的分离等也不再是 难题了。天然药物化学本身也已不再是原先的分离提
取、结构鉴定，而是逐步发展成生测指导下的分离提
取、结构鉴定，及半合成修饰和全合成紧密结合的一 门学科。
《本草纲目》，1892种 / 《本草纲目拾遗》，1021种 目前我国药用植物总数，15000余种

中药 草药
Traditional Chinese Medicine herbal drug
蒙药 Mongolia Medicine
民族药 Ethnic Medicine
藏药
苗药
Tibetan Medicine

正确理解成分的划分

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
B. 原来视为无效成分，可能成为有效成分
C. 过去视为有效成分，被修正、完善 麝香 丹参 抗炎成分 扩冠 麝香酮————多肽 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