天然药物化学总论专家讲座

天然药物化学总论
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天然药物化学总论
《神农本草经》列为上品，主
补五脏，安精神，定魂魄，止
惊悸，明目，开心益智，久服
有轻身延年之功效。
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白果是银杏俗称，被称 作为是植物中活化石。白果 含白果醇、白果酸，含有杀 菌功效，有化痰、止咳、补 肺、通经、止浊、利尿等疗 效。
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天然药品化学 （第四版）
第一章 总论
（Generation）
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基本内容
• 天然药品化学概念、研究范围、研究目标与任务。 • 有效成份与无效成份概念。 • 各类天然药品化学成份介绍。 • 一次代谢与二次代谢概念，主要生物合成路径。 • 1H-NMR、 13C-NMR基本概念及常见13C-NMR
对天然化合物结构分类，结构推测；植物化学分类 学；仿生合成及组织培养等有指导意义。
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本章内容
• 第一节 概述 • 第二节 各类成份介绍 • 第三节 生物合成 • 第四节 提取分离方法 • 第五节 结构研究方法
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第四节 提取分离方法
一、提取法：
1.溶剂提取法（solvent extraction） 原理：相同相溶 理想溶剂（ideal solvents ）： （1）对有效成份溶解度大； （2）对无效成份溶解度小； （3）与有效成份不起化学反应； （4）安全，成本低，易得。
滤纸套筒 虹吸管
样品 蒸汽上升管
索氏提取器 第27页
第四节 提取分离方法
2.水蒸气蒸馏法（watersteam distillation ）
提取含有挥发性，能
冷凝
随水蒸气蒸馏而不被破坏
成份，如挥发油。
挥发油测定
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药材+水
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第四节 提取分离方法
3.升华法（ sublimation ）
糖：单糖，低聚糖，多糖（淀粉、纤维素、甲壳素、 果胶、树胶、粘液质）
苷：糖+苷元： 酸性
黄酮 OH 香豆素
O OH O
O Glc
OHO OH
OH
H4 H3
OO
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蒽醌
COOH O
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三萜皂苷 COOGlc
皂苷 Glc O
甾体皂苷
Glc O O
强心苷
HO
3.挥发油
O OH
OH
CH2
C H
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第四节 提取分离方法
• 或用PC法求β值，选择理想分离条件。 • 纸色谱（PC）也叫纸分配色谱（PPC，
Paper Partition Chromatography）。
=
（ 纸色谱定数）
Rfa，Rfb为A，B两物质在PC上Rf值
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第四节 提取分离方法
2.1 影响分离原因 ② pH值 对于酸性、碱性、两性化合物，pH值可改 变它们存在状态（游离型和解离型），分配比受 pH值影响，因为
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微波提取法特点和装置
• 优点含有穿透力强、 选择性高、加热效率 高、试剂用量少等显 著特点，而且其操作 简便、快速、节能、 高效。
• 缺点：工业化设备少、 成份改变造成生物活 性改变。
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工业生产用微波提取罐
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第四节 提取分离方法
二 分离方法
1. 依据溶解度差异进行分离
缺点：提取效率低， 溶剂用量大
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渗漉法装置图
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第四节 提取分离方法
工业生产用渗漉装置
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第四节 提取分离方法
2) 热提：煎煮法（Decoction） 回流（Refluxing） 连续回流（Continuous Refluxing）
冷凝
回流提取 法装置
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本章内容
• 第一节 概述 • 第二节 各类天然药品化学成份介绍 • 第三节 生物合成 • 第四节 提取分离方法 • 第五节 结构研究方法
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第二节 各类成份介绍 O
O
N CH3
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
一. 化学成份分类
OH
1. 生物碱类（Alkaloids)：含N原子，多呈碱性。
2.糖和苷(Saccharides and Glycosides):
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第一节 绪论
• 二. 相关学科 • 1. 药品化学（Medicinal Chemistry）：合
成药品、构效关系 • 2. 植物化学（Phytochemistry） • 3. 中药化学（Chemistry of TCM） • 三.天然药品 • 植物、动物、矿物、微生物等起源药品。
穿山甲为鲮鲤科 动物鲮鲤鳞片，处方 名有炮山甲、醋山甲、 炮甲珠或炒甲片等。 其味咸，性微寒，入 肝、胃二经。《本草 纲目》中记载穿山甲 “除痰疟寒热，风痹 强直疼痛，通经络， 下乳汁，消痈肿，排 脓血，通窍杀虫。”
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雄黄，为硫化物类 矿物雄黄族雄黄，主含 二硫化二砷。归肝，大 肠经。有毒。解毒杀虫， 燥湿祛痰，截疟。用于 虫积腹痛，惊痫，疟疾， 痈肿，疔疮，疥癣，蛇 虫咬伤。惯用量0.15～ 0.3克，入丸散用。外 用适量，研末撒或调敷 患处。
• 二次代谢产物：生物碱、萜、香豆素、黄酮、醌类 等对维持植物生命活动不起主要作用，且并非在 全部植物中都能产生。由一次代谢产物产生，常为 有效成份。
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二 天然化合物主要生物合成路径
1.醋酸-丙二酸路径AA－MA路径） 合成脂肪酸类、酚类、蒽醌类
2.甲戊二羟酸路径（路径） 主要生成萜类、甾体类化合物
利用溶剂在超临界条件下特殊流体性能对样品进行 提取，为20世纪80年代快速发展起来一个提取方法。 20世纪90年代用于天然药化研究。 超临界流体密度与液体很靠近，而它又含有气体
扩散性能 惯用临界流体有CO2、N2O、 乙烷、丙烷等。 如从烟草中提取尼古丁，从咖啡中提取咖啡因。
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用于含有升华性成份提取，如一些小分子香豆 素，蒽醌，樟脑等。
蒸发皿上盖上一张刺有小孔圆 滤纸，在上面罩上干燥玻璃漏 斗(漏斗颈部塞少许脱脂棉以降 低咖啡因蒸气逸出)
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升华法制备咖啡因装置图
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第四节 提取分离方法
4.超临界流体提取法（supercritical fluid extraction SFE)
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第一节 绪论
四 基本概念
1. 有效成份: 天然药品中含有一定生物活性、能 起到防治疾病作用单体化合物。 2.有效部位：为含有一定生物活性各种单体化 合物混合物。如人参总皂苷、银杏总黄酮、灵 芝多糖等。
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第一节 绪论
五. 学习天然药化目标和意义：
1. 探索中药防病治病机理； 2. 改进剂型、提升疗效； 3. 提升中药及制剂质量； 4. 提供中药炮制当代科学依据； 5. 开辟药源、开发新药。
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超声提取法特点和装置
为物理过程，无 化学反应，生物活性 不减。高能量超声波 产生强大压力造成植 物细胞壁及生物体破 裂，造成胞内物质释 放、扩散及溶解。
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试验室用小型超声仪
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工 业 生 产 用 超 声 仪
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第四节 提取分离方法
6.微波提取法（microwave extraction）
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第一节 绪论
六.天然药品化学研究方法
1. 文件整理和研究对象调研 a．原植物：科，属，种，学名，起源，产地 b．文件：近源植物含有相同成份。
2. 成份分离 系统分离法，活性跟踪法，目标化合物分离法
3. 成份判定 理化性质，色谱方法，波谱方法
4. 结构改造——发觉和创制新药
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惯用提取溶剂
水
大小
甲醇、乙醇、丙酮、正丁醇 亲水性有机溶剂
极性
乙酸乙酯、氯仿、乙醚、苯、石油醚
小
亲脂性有机溶剂
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第四节 提取分离方法
1)冷提：适合用于受热不稳定成份。
浸渍 (Maceration)
渗漉（Percolation）
优点：适合用于热敏物 质，操作简单
HA到达99%解离时，pH= pKa + 2
HA到达99%游离时，pH= pKa - 2
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第四节 提取分离方法
2.2 酸碱性成份分离—pH-梯度萃取法 按酸碱性强弱不一样分离酸性、碱性、中性
3.莽草酸路径和桂皮酸路径 形成具C6-C3骨架化合物，如香豆素、木脂素、 黄酮等。
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4.氨基酸路径（Amino Acid Pathway）合成生物碱 5.复合路径 (1)醋酸-丙二酸-莽草酸路径 (2) 醋酸-丙二酸-甲戊二羟酸路径 (3) 氨基酸-甲戊二羟酸路径 (4) 氨基酸-醋酸-丙二酸路径 (5) 氨基酸--莽草酸路径 三、生物合成意义：
2.1 影响分离原因
①分离因子β，分配系数K
β= KA/ KB
KA>KB,
K=CU/CL
（CU, CL被分离物质在上相和下相中浓度）
依据β值大小可决定分离采取方法:
β≥100，简单一次萃取，可基本分离.
100>β≥10，10-12次萃取，CCD法。
β≤2，100次以上萃取，DCCC法。
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CH2
OH
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OCH3 OH
O O
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4.有机酸：含COOH,多以盐形式存在。 5.树脂：为组成复杂混合物，多与挥发油、树胶、
有机酸共存。如：安息香、乳香等。 6.其它成份：
(1)氨基酸、蛋白质。 (2)鞣质：多元酚类化合物。 (3)色素类：叶绿素、胡萝卜素等。 (4)脂类:油脂（甘油与高级脂肪酸脱水形成
蒿、桑白皮中提取成份。
中 小 型
SFE
装 置 图
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第四节 提取分离方法
5.超声提取法（ultrasonic wave extraction)
•超声波提取技术：是利用超声波产生强烈空 化 效应、机械振动、高加速度、乳化、扩散、击碎 和搅拌作用，增大物质分子运动频率和速度，增 加溶剂穿透力，从而加速药品有效成份进入溶剂， 促进提取进行。
超临界萃取试验装置与试验方法
试验装置－小试试验装置 超临界CO2萃取试验装置示意图
减压阀
原 料
玻 璃 珠
脱 萃取柱 脂
棉
CO2 钢 瓶
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冷温槽
P
高压泵
恒
温
箱
接
收
瓶
组分
控温面板
小试试验装置图
流量计 CO
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• 20世纪50年代初进入试验阶段，如从石油中脱沥青 • 70、80年代，SFE越来越多用于食品、香料提取 • 90年代，开始从植物药中提取成份，如蛇床子、茵陈
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本章内容
• 第一节 概述 • 第二节 各类成份介绍 • 第三节 生物合成 • 第四节 提取分离方法 • 第五节 结构研究方法
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第一节 绪论
一．天然药品化学概念：
1. 天然药品化学：是利用当代科学理论与方法研究 天然药品中化学成份及其应用一门学科。
2. 研究内容： 主要指天然药品化学成份（多为有 效成份）结构特点、理化性质、提取分离方法、 结构判定及生合成路径。
谱特征及解析方法，质谱类型及应用特点。 • 旋光光谱（ORD）在有机化合物结构测定中应用。
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基本要求
• 掌握 13C-NMR谱特征及其解析方法，惯用提取、 分离方法。
• 熟悉 天然药品化学研究范围，课程学习重点；各 类化合物生物合成路径。
• 了解 ORD谱应用范围及八区律使用方法。
酯）、蜡（高级醇与高级脂肪酸脱水 形成酯）。 (5)无机成份
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本章内容
• 第一节 概述 • 第二节 各类成份介绍 • 第三节 生物合成 • 第四节 提取分离方法 • 第五节 结构研究方法
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一 基本概念
• 一次代谢产物：糖、蛋白质、脂质、核酸等对植物 机体生命活动来说不可缺乏物质。
•微波：指频率在300 MHz 和300 kMHz 之间电磁波。 介质在微波场中分子会发生极化，将其在电磁场中所 吸收能量转化为热能。介质中不一样组分介电常数、 比热、含水量不一样，吸收微波能程度不一样，由此 产生热量和传递给周围环境热量也不相同
•微波提取技术原理就是利用不一样组分吸收微波能力 差异，使基体物质一些区域或提取体系中一些组分被 选择性加热，从而使得被提取物质从基体或体系中分 离，进入到介电常数较小、微波吸收能力相对较差提 取剂中，并到达较高产率。
1.1 结晶法（纯化时惯用）
条件：适当溶剂；浓度；温度
1.2 沉淀法：
a 溶剂沉淀法：改变极性，如水提醇沉法
b 酸碱沉淀法：改变pH，处理酸、碱、两性成份；
c 沉淀试剂：如铅盐沉淀法，酸性、酚性成份加中性
PbAc2，形成沉淀。
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第四节 提取分离方法
2 依据物质在两相溶剂中分配比不一样进行分离