天然药物化学总论讲义

第一章总论
教学时数：6学时
目的与要求：掌握天然药物化学的概念、研究内容；掌握天然药物化学成分提取别离的原理与方法；了解天然药物生物合成途径；熟悉天然药物化学成分结构研究的主要程序与采用的方法；了解天然药物化学的开展史、现状与开展和学习天然药物化学的重要意义。

重点与难点：天然药物化学的概念、研究内容；天然药物化学成分提取别离的原理与方法；天然药物化学成分结构研究的主要程序与采用的方法。

§ 1－1 绪论
一、天然药物化学的含义与研究内容
1、天然药物化学的含义与研究内容
天然药物化学是运用现代科学的理论与方法研究天然物中有效成分的结构特点，理化性质，提取别离方法，结构鉴定与生物合成途径等内容的一门实践性科学。

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，甚至用X－晶体衍射来确定化合物结构的开展，以与别离手段的进步，天然药化的开展速度大为加快，发现的新化合物数目大为增加，微量成分、水溶性成分的别离、提纯；稳定性差的活性物资的别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别离提取、结构鉴定，而是逐步开展成生物活性测定指导下的别离提取、结构鉴定，与半合成修饰和全合成严密结合的一门学科。

目前我国天然药物化学研究依其目的不同可分为3个方面：①以说明药用生物有效成分，获得具有新结构的化合物或具有生物活性的单体为目的，进展提取别离条件、结构鉴定、一般活性研究；②以解决自然资源有限的活性化合物或其前体的来源为目的，进展半合成与生物转化研究；③以获得高效低毒的创新药为目的，以天然活性化合物为先导物，合成一系列结构类似物进展构效关系研究。

由此可见，天然药物研究已经从最初对天然来源活性化合物被动全盘地承受到积极主动地改良，研究在不断深入。

单体：即化合物。

指具有一定分子量、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、能起防病治病作用的化学成分。

无效成分：没有生物活性和防病治病作用的化学成分。

有效部位：在中药化学中，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别离局部，称为有效部位。

如人参总皂苷、苦参总生物碱、银杏叶总黄酮等。

有效部位群：含有两类或两类以上有效部位的中药提取或别离局部。

有毒成分：能导致疾病的化学成分。

有效成分和无效成分的关系：二者的划分也是相对的。

一方面，随着科学的开展和人们对客观世界认识的提高，一些过去被认为是无效成分的化合物，如某些多糖、多肽、蛋白质和油脂类成分等，现已发现它们具有新的生物活性或药效。

另外，一些中药中的化学成分本身不具有生物活性、也不能起防病治病的作用，但是，它们受采收、加工、炮制或制剂过程中一些条件的影响而产生的次生产物，或它们口服后经人体胃肠道内的消化液或细菌等的作用后产生的代谢产物，以与它们以原型的形式被吸收进入血液或被直接注射进入血液后在血液中
产生的代谢产物却具有防病治病的作用，这些化学成分无疑也应被视为有效成分。

另一方面，某些过去被认为是有效成分的化合物，经研究证明是无效的。

如麝香的抗炎有效成分，近年来的实验证实是其所含的多肽而不是过去认为的麝香酮等。

2、天然药物与中药的区别
天然药物：是指人类在自然界中发现并可直接供药用的植物、动物或矿物，以与根本不改变其药理化学属性的加工品。

中药：但凡以中国传统的医药学理论〔如四气五味、升降浮沉、归经、补泻润燥、配伍反畏等〕为指导，来解释其作用和用途而用以防病、治病、保健的药物，均可称为中药。

传统中药复方：严格按中医根底理论组方，按中医的征候用药，通常方中用药多是传统的中药材，采用的剂型多为传统剂型〔丸、散、膏丹、汤剂等〕。

现代复方中药：按照中医理论下组方，但功能主治采用非传统术语表述或制剂工艺采用现代方法〔如醇提、提挥发油等〕制备。

现代复方中药处方中包括中药材和中药提取物。

我们都能够理解中医和西医的区别。

尽管中医和西医研究的都是人的健康问题，都是要把非健康的人变成健康的人。

但是由于研究的理论和方法的区别，而成为两种医学。

同样道理，中药和天然药物虽然经常都在面对自然界中的动植物，都想把它们用来解决人的健康问题，但是它们在研究理论方法上存在着明显的差异，这种差异就是某些中药研究者呼吁要改变的东西。

但事实上，这种差异已经把中药和天然药物区分开了，成为了两种概念：
〔1〕解决的问题不同
中药要解决的是中医临床诊断后所认定的症结，服务于辩证施治的需要。

天然药物要解决的是现代医学诊断出的疾病，服务于现代医学临床的需要。

〔2〕研究对象不同
中药研究的对象包括天然动植物药，也包括矿物药，甚至包括化学药品：升红丹、轻粉等。

中药研究的对象还包括一些生化药品：豆豉、神曲等。

天然药物的研究对象就是指天然的动植物药材。

〔3〕研究的方法不同
中药研究是按照升降浮沉特征、对应人体的变化、采用君臣佐使的配伍方式制备的。

天然药物研究是按照和现代化学药物研究同样的方式来进展的。

〔4〕研究人员不同
不懂得中医的根本道理就无法研究中药；不懂得现代药物研究就不能研究天然药物。

换句话说，研究天然药物的人可以对中医一无所知，研究中药的可以不熟悉现代药物研究。

二、天然药物化学的研究目的与意义
1、探讨天然药物防病治病的原理〔物质根底〕。

通过对天然药物特别是中草药进展有效成分的研究，不仅可以说明产生成效的终究为何物物质，也为探索防治疾病的原理提供了前提和物质根底。

如，现代研究证明，麻黄中的挥发油成分α-松油醇是其发汗散寒的有效成分；其平喘的有效成分是麻黄碱和去甲麻黄碱；而利水的有效成分那么是伪麻黄碱。

如：民间草药鹤草芽驱蛔，其成分鹤草酚也是我国发现，现已合成成功。

说明中药复方配伍的原理
中药配伍中可能存在着一种中药有效成分与它种中药有效成分在药理作用方面的相互作用，也可能存在着一种中药有效成分与它种中药有效成分之间产生物理的或化学的相互作用。

一般来说，后者常发生在中药方剂的煎煮或其它剂型制备过程中，从而使方剂中的有效成分无论在质的方面，还是在量的方面都与单味药有所改变。

生脉散为中医古典精方，古代医家用于抢救热伤元气，脉微欲绝等危重病人。

经研究，其三味药单用均不如复方。

以红参-麦冬-五味子〔1：3：1.5〕水煎，发现生成一种新物质，经结构测定为5-羟甲基糠醛〔5-HMF〕，该物质三味药中只有五味子少量含有，药效试验说明5-HMF具有抗心肌缺血作用,可代表生脉散的疗效。

说明中药炮制的原理
研究重要中药炮制前后化学成分或有效成分的变化，将有助于说明中药炮制的原理、改良传统的炮制方法、制定控制炮制品的质量标准、丰富中药炮制的内容。

如对于黄芩炮制的研究。

黄芩有浸、烫、煮、蒸等炮制方法。

过去南方认为“黄芩有小毒，必须用冷水浸泡至色变绿去毒后，再切成饮片，叫淡黄芩〞。

而北方那么认为“黄芩遇冷水变绿影响质量，必须用热水煮后切成饮片，以色黄为佳〞。

经中药化学的研究说明，黄芩在冷水浸泡过程中，其有效成分黄芩苷可被药材中的酶水解成黄芩素，后者不稳定易氧化成醌类化合物而显绿色。

可见用冷水浸泡的方法炮制，使有效成分损失导致抑菌活性降低，而用烫、煮、蒸等方法炮制时，由于高温破坏了酶的活性，使黄芩苷免遭水解，故抑菌活性较强，且药材软化易切片。

因此，认为黄芩应以北方的蒸或用沸水略煮的方法进展炮制。

2、从天然药物中研制开发新药，开辟新的药源。

这是我们学习天然药物化学的主要目的。

有人预测，未来的天然药物将与化学药物平分秋色，与生物药一起构成三足鼎立之势。

〔1〕西药药源的扩大
在天然药物的研究中发现了各种生理活性的成分，如：抗菌消炎药，西药有抗菌素，现在发现天然药物中有很多成分有抗菌消炎的作用。

如：黄连素、双黄连粉针〔复方〕、穿心连内酯、芦荟系列药品等。

这些发现，使抗菌素的药源扩大了。

〔2〕中药药源的扩大
黄连素是黄连中的主要成分，现在又发现小檗科、防已科、芸香科的一些植物中含此成分。

所以，这些植物均可以做为提取黄连素的原料。

再如：有抗菌作用的芦荟，品种繁多，众所周知。

这些发现使中药的药源扩大了。

3、实现中药现代化的需要
改良药物剂型，提高制剂质量，提高疗效，降低毒付作用。

同时也有利于天然药物制剂的质量，药物越纯，质量越易控制。

天然药物的提取、别离、纯化的过程就是取其精华去其糟粕的过程。

也是中药现代化的过程。

改良中药制剂剂型，提高药物质量和临床疗效：
为了研制开发出高效、优质、安全、稳定的“三效〞〔高效、速效、长效〕、“三小〞〔剂量小、毒性小、副作用小〕、“三便〞〔贮存、携带、服用方便〕的新型中药，中药化学在中药制剂的研制中，起着十分重要的作用。

建立和完善中药材和中成药的质量标准：
为了更好地控制中药的质量，在严格按照中药材栽培质量管理规X〔GAP〕的要求进展中药材栽培、生产，以与严格按照药品生产质量管理规X〔GMP〕的要求进展中药制剂生产的同时，现在越来越多地应用中药化学的检识反响、鉴别方法、各种色谱法以与各种波谱法对中药材与其制剂进展定性鉴别和含量测定，并尽可能对其生产的全过程进展监控。

在中药材和中成药的质量控制中，如果能确定其有效成分，那么应以其有效成分为指标，建立定性鉴别和含量测定的方法，以此来控制质量。

如果其有效成分还不清楚时，可以采用该主要化学成分或标志性化学成分为指标进展。

GAP-中药材生产质量管理规X；GMP-药品经营管理规X；GCP-药品临床实验管理规X；GLP-药品非临床研究质量管理规X；GSP-药品供给管理规X
4、从天然物中研制高质量的保健品
这是维护身体健康，实现美好梦想的需要，随着医疗由治病到预防为主的观念转变，保健为了健康被重视，健康是人生第一财富。

要做好人体保健，必须学好天然药化。

研制出好的、真的天然保健品，为维护人类健康做出贡献。

三、天然药物化学的历史、开展与现状
1、历史
天然药物在中国起步于明代，1575年《医学入门》和《本纲》中都记载了从五倍子中得到没食子酸的过程，为世界上最早制得的有机酸，它比瑞典药师与化学家舍勒从天然药物中制得到有机酸要早200年，还有如用升华法制取樟脑的过程见于1711年，而欧州直到18世纪下半叶才提出樟脑的纯品，由此可见，古代中国的医药化学在当时世界上居于领先地位，故有“医药化学源于中国〞的高度评价，这是我们应当引以自豪的。

1769年酒石酸的别离瑞典化学家舍勒K.W. Schelle
1806年从鸦片中别离出吗啡(Morphine)
2、开展
尽管它的发明历史比拟久远，但是它真正的开展历史并不然。

所以，天然药化的开展表达了这样三个字：新、兴、快
新：
〔1〕开展历史短：天然药化做为一个学科而存在看，它是个新学科，因为它是伴随着新中国的诞生和开展而开展起来的，所以它与中草药学相比应为新学科。

〔2〕它的研究理论和方法新，它采用现代的有机化学，分析化学等理论与当代最先进的物理方法〔例：四大光谱等〕。

就连最简单的提取现在都采用超声波、微波提取了，大家知道的中药煎煮一次至少要30分钟以上，用超声波、微波提取时间明显减少，但提取效果却增加。

〔3〕天药的成果多为新的，首次的、领先的，这在天然药化的研究论文中是常见的、多见的。

兴：
即兴盛，兴盛的标志是三多一大：研究者多、成果多、传媒宣传多、研究领域不断扩大。

〔1〕研究者多。

A、由于全世界都在研究癌症、冠心病、高血压、爱滋病、糖尿病、气管炎等，人们发现天然药物中有治疗这些疾病的药物，这就引起了研究者的兴趣。

所以，研究的人就多了。

B、另一原因是由于新技术
的采用为研究者提供了方便，快捷的条件，使药物的研究速度加快了。

因此，也吸引了不少的人。

〔2〕成果多
研究者多，所以成果就多了，各种杂志、学报、中草药等刊物大量报道着天然药化的研究成果与发现。

如：抗Ca药物美登木素别离成功，红豆杉中的紫杉醇半合成成功，大蒜和生姜的有效成分研究等等。

〔3〕传媒宣传多
电视报纸上宣传多几乎每天都会看到天然药品、化妆品、食品、饮品等信息。

这些都是天然药化工作者的汗水和结晶。

目前，国家新药报批有要求，天然药物必须完成化学成分的实验标准，否那么不能问世。

〔4〕领域扩大
A、天然化妆品类：护肤、沐浴、清洁护发等品种繁多。

70年代后期化妆品工业就有一个口号“一切返回大自然〞，人们对自然化妆品类的需求与日俱增。

B、天然食品、饮品业：以天然饮料为龙头的系列天然饮品、食品、小食品等开展迅速，势不可挡，这些领域都是我们的开发战场。

例如安利产品〔注：正确对待〕。

快：
即速度快，本学科开展速度快，真可谓日新月异的在变化着，前进着。

快的表现：
〔1〕新理论、新技术的采用，使得从前研究一种药物要十几年，现在时间可减半，有些3-4年即可完成。

从时间上看，比原来快。

〔2〕知识更新与新知识应用快，我们的教材更换频率加快；结构测定早就采用四大光谱了，近年又使用二维、三维光谱；提取已采用微波、超声波了，天然药物可以制成纳米微粒了……等等。

〔3〕内外交流快：
国内外有专门信息机构收集最新的研究成果，所以对外交流就快了。

通过网络、新媒体、电视的开展协助宣传，这几年一个可喜的现象，就是天然药化的知识已经走进千家万户普与甚广。

如：人们在购食品、水果、蔬菜时首先要问、要考虑的是营养，是含有什么物质〔东西〕。

我们的术语叫成分或营养素。

人每天吃的都是天然物质，常听到的是：西红柿含VC、茄子含Fe、香蕉含鞣质、菠菜含有机酸不能与豆付同食，否那么会导致肾结石……。

着实懂得不少，实在是社会进步了，人们的生活品味提高了，人们不再以吃的饱，而是以吃的好为准。

因为人人都希望健康长寿，所以都在关心研究保健。

这种保健意识的提高使天然药化知识逐渐被人们承受。

3、现状与开展趋势
〔1〕社会背景
a.民族药、传统药在历史上对人类的防病治病、康复保健和生育繁衍起到了巨大的作用。

b. 20世纪80年代以来，
* 化学合成药物开发愈来愈难
* “回归大自然〞浪潮高涨
* 医疗模式由单纯的“治疗医学〞、“生物医学〞向“生物—心理—社会医学〞转变
* 单纯的治疗转变为预防、保健、治疗、康复相结合
* 传统药、植物药重新受到重视
〔2〕当今世界植物药开发研究的开展趋势
* 植物药的使用方式：
药品、保健品、饮食补充剂、化妆品等
* 原料：植物药粗提物
标准化提取物
单一成分与以其为先导化合物的合成、半合成的衍生物
①利用现代别离手段和结构测定的先进技术以与现代活性筛选体系，发现新的活性化合物和先导化合物。

②用近代的活性筛选体系，对已发表过的天然产物样品重新进展活性筛选。

③对单一或“复方〞药用植物的提取物进展多靶点的追踪筛选。

④采用天然药物的粗提取物或标准化提取物作为保健食品或饮食补充剂。

〔3〕天然药物〔植物药〕研究的国内外现状
1)国内植物药品种的开发研究：
a. 从药用植物中提取别离单一化学成分，通过活性筛选、药理毒理等实验创制新药。

b. 提取别离植物药的有效部位或有效部位群，弄清其大局部化学成分，制成标准化提取物，研制新药。

c. 以中医理论为根底的中药复方制剂，以粗提物为主要形式，有相关化合物的质量指标。

d. 以植物的标准化提取物为原料，开发功能性食品、饮料、化妆品等。

2)国外植物药品种的开发研究：
a. 欧洲：以药用植物的复合活性成分为主，开发以标准化提取物制成的新药。

b. 美国：
* 过去：寻找单一活性化合物，或以其为先导化合物开发新药。

* 当前：研究开发植物药的复合活性组分和复方为近年来选题的热点。

〔4〕存在的主要问题和差距
存在的问题：
一、一些研究者只是单纯进展化学研究，满足于发现一些新化合物发表文章，对活性那么极不重视，很少有人进展活性成分研究。

为了能够发现新的化合物或新的结构，一些人对有临床多个经验积累的中药或民间药兴趣不大，宁可去研究寻找新的植物资源，而不管它是否有活性或是否有临床经验。

二、活性成分研究的思路和方法不当。

多半只是将别离得到的化合物在测定结构后，再送至有关活性筛选部门进展活性筛选。

较少有人采用活性指导下的导向别离方法，那些含量甚微、又难于别离的活性成分在别离途中可能丢失，丢失了也难于发觉。

三、化学家与生物学家相互脱节。

生物学家尽管不断宣布在身体机能、细胞或基因调控方面有新的发现，但未能投入实际应用，并在此根底上建立起新的灵敏、简便、可靠的活性筛选体系。

化学家即便想进展活性成分研究，也常常无法进展。

四、未能充分重视中医药的传统经验。

中药多以汤剂形式应用，但是水溶性成分很少成为化学研究者的工作对象。

迄今多沿用西方做法，将中药当作一般的植物药进展研究。

但中药很少单用，多为组方用药，中药的疗效主要是方剂的药效。

但中药方剂的有关成分的研究，化学家很少涉足。

五、多采用西医哲学思想研究中药。

西医多强调外因的作用，中医强调治本或者标本兼治，因此研究中药活性成分时如果选用的是表达西医哲学思想的活性筛选模型，用作阳性对照的又是那些符合西医对症治疗的观点、作用剧烈的西药时，那么中药活性成分的研究结果常常令人失望。

在研究常用中药、尤其是中药中的上品或其制剂时，这种情况更为多见，导致研究成效不大。

六、从中药或天然药物中得到的活性成分，往往未做进一步的结构修饰或者结构改造，并就结构－活性相关问题进展深入探讨，对创新药物的贡献不大。

研究成果也未能更好地用于指导中药制剂的标准化、
规X化，对推动中药现代化起的作用不大。

主要的差距：
1〕活性筛选方法、技术和模型相对落后
2〕产业化提取、别离、纯化的工程技术比拟薄弱。

* 大局部植物药厂具备提取、蒸发、枯燥设备
* 局部药厂具备树脂别离技术和设备
* 膜别离、低压柱层析、CO2超临界萃取等技术和设备，尚未达到工程化的程度或尚处于初期未成熟阶段
天然药化的未来开展前景是灿烂广阔的。

因为我国有着丰富的天然物资源。

从蛇分泌液中制取的抗栓酶、银杏系列药物、丹参注射液等为心脑血管疾病的常用药。

从银杏与叶子中提取的双黄酮是心血管的首选药物，银杏叶子出口，前几年价很高，富了一大批人。

在##农村当地农民称之为“摇钱树〞。

§ 1－2生物合成
一、一次代谢与二次代谢
一次代谢产物：
植物体〔绿色植物〕以二氧化碳与水为原料，通过光合作用、三羧酸循环、固氮反响等一系列物质代谢与生物合成途径，生成糖、蛋白质、脂质、核酸等植物体生命活动必需物质的过程称为一次代谢过程，产物称一次代谢产物。

也叫营养成分。

指存在于生物体中的主要起营养作用的成分类型；如糖类、蛋白质、脂肪等。

此外，一次代谢产物还包括乙酰辅酶A，丙二酸单酰辅酶A，莽草酸与一些氨基酸等。

二次代谢产物：
也叫次生成分。

指由一次代谢产物代谢所生成的物质，次生代谢是植物特有的代谢方式，次生成分是植物来源中药的主要有效成分。

植物体在特定的条件下，以一些重要的一次代谢产物如乙酰辅酶A、丙二酸单酰辅酶A、莽草酸与一些氨基酸等为原料和前体，经历不同的代谢途径，生成生物碱、萜类等化合物的过程称为二次代谢过程。

二次代谢产物很多都具有明显的生理活性，是天然药物化学的主要研究对象。

二、生物合成假说的提出
三、主要的生物合成途径
（一）醋酸——丙二酸途径〔AA－MA途径〕
（二）甲戊二羟酸途径〔mevalonic acid pathway〕
（三）桂皮酸途径〔cinnamic acid pathway〕
（四）氨基酸途径〔amino acid pathway〕
（五）复合途径
四、生物合成的研究意义
天然药物化学成分的生源研究主要是研究各类成分在体内生物合成的途径，各种酶在过程中所起的作用以与过程中所产生的各种中间产物的化学并测定它们的结构。

生源研究的意义:
1〕有助于对天然化合物进展结构分类或推测结构；
2〕对植物化学分类学与仿生合成等学科的开展有重要的理论指导意义；
3〕对采用组织培养方法进展物质生产有实际指导意义。

§ 1－3提取别离方法
一、有效成分的提取
〔一〕常用溶剂的特点：
环己烷，石油醚，苯，氯仿，乙醚，乙酸乙酯，正丁醇，丙酮，乙醇，甲醇
极性：小————大
亲脂性：大————小
亲水性：小————大
1、比水重的有机溶剂：氯仿
2、与水分层的有机溶剂：环己烷～正丁醇
3、能与水分层的极性最大的有机溶剂：正丁醇
4、与水可以以任意比例混溶的有机溶剂：丙酮～甲醇
5、极性最大的有机溶剂：甲醇
6、极性最小的有机溶剂：环己烷
7、介电常数最小的有机溶剂：石油醚
8、常用来从水中萃取苷类、水溶性生物碱类成分的有机溶剂：正丁醇
9、溶解X围最广的有机溶剂：乙醇
〔二〕各种提取方法：
常见的提取方法有：溶剂提取法、水蒸气蒸馏法、升华法。

其中，溶剂提取法应用最广。

1、溶剂提取法
〔1〕溶剂提取法的原理：
根据相似者相溶原理，选择与化合物极性相当的溶剂将化合物从植物组织中溶解出来，同时，由于某些化合物的增溶或助溶作用，其极性与溶剂极性相差较大的化合物也可溶解出来。

〔2〕各种溶剂提取法
溶剂提取法一般包括浸渍法、渗漉法、煎煮法、回流提取法、连续回流提取法等，其使用X围与特点见下。

浸渍法：水或有机溶剂，不加热，效率低，适用于各类成分，尤遇热不稳定成分，出膏率低，易发霉，需加防腐剂
渗漉法：有机溶剂，不加热，脂溶性成分消耗溶剂量大，费时长
煎煮法：水，直火加热，水溶性成分，易挥发、热不稳定不宜用
回流提取法：有机溶剂，水浴加热，脂溶性成分热不稳定不宜用，溶剂量大
连续回流提取法：有机溶剂，水浴加热，节省溶剂、效率最高，亲脂性较强成分，用索氏提取器，时间长
2、水蒸气蒸馏法
适用于具有挥发性、能随水蒸汽蒸馏而不被破坏、难溶或不溶于水的成分的提取，如挥发油、小分子的香豆素类、小分子的醌类成分。