天然药物化学 第1章 总论

7 研制开发新药、扩大药源
1）天然药物化学在天然药物新药研制中的作 用 2）天然药物化学在扩大药源、寻找天然药物 代用品中的作用
第三节 中药化学成分及生物合成简介及天然药物有效成 分的提取方法
一、天然药物化学成分及生物合成简介
（一） 天然药物化学成分类型简介 本小节主要介绍各类成分的基本概念，了解天 然药物中一般都有那些类型的化学成分。重点掌 握各类成分的一般溶解性，为理解提取、分离一 般方法打基础。各类成分的详细内容在各论中具 体学习。
4 糖类：为天然药物中普遍存在的成分类型，包括单糖、 低聚糖、多糖。单糖是糖的基本单位；低聚糖是由2~9个单 糖脱水缩合而成的化合物。多糖是由10个以上至上千个单 糖脱水缩合而成的高聚物。 5 有机酸：广义的有机酸泛指分子中有羧基的化合物。 在植物中多以金属离子或生物碱盐的形式存在。按分子大 小又分为小分子有机酸和大分子有机酸。前者极性大，具 亲水性；后者极性小，具亲脂性。
由于生源途径的关系，一种天然药物中往往存在母核 相同、取代基不同的同一类型成分，也有不同类型的 成分，例如，天然药物人参中就含有20余种三萜皂苷 类成分，其都有相同或类似的母体，同时人参中又有 黄酮类、多糖及挥发油等类成分。天然药物中成分的 复杂性及多种天然药物的配伍应用，即构成了天然药 物功效的多样性,是天然药物常具有多方面功效或多种 药理作用的物质基础。
1）酚和醌类 这类物质的生物合成过程中只发生缩合 反应。乙酰辅酶A直线聚合后再进行环合生成各种酚类化合 物。
CH3-CO-S-CoA
乙酰辅酶A
+
3
丙二酸单酰辅酶A
CH3-CO-CH2-CO-CH2-CO-CH2-CO-------Enz
上述多酮环合则生成各种醌类化合物或聚酮类化合 物。 2 甲戊二羟酸（MVA）途径 起始物质为MVA，在ATP作用下，按如下路线合成：
8 鞣质：又称单宁或鞣酸，为一类分子较大、结构复 杂的多元酚类化合物的总称。可与蛋白质结合成难溶于 水的鞣酸蛋白。为亲水性物质。 9 植物色素：为植物中具有颜色的成分的总称。依溶 解性又分为水溶性和脂溶性色素；前者主要指一些有颜 色的苷、花青素，后者主要包括叶绿素、胡罗卜素等 10 油脂和蜡：油脂为一分子甘油和三分子脂肪酸脱水 结合形成的酯。主要在种子中。常温下为液体。蜡为高 级不饱和脂肪酸和一元醇生成的酯。主要在植物茎、叶 的表面。常温下为固体。均为亲脂性成分
天然药物化学
Nature Medicinal chemistry
武汉理工大学化工学院制药工程系 Department of Pharmaceutical Engineering Wuhan University of Technology
第一章 总论
第一节 绪论
1、天然药物化学的学科性质：天然药物化学是一门运用现代 化学及其它科学的理论和方法，来研究天然药物化学成分和 有效成分的学科。 2、天然药物化学学习和研究内容：天然药物化学主要研究天 然药物中的化学成分和有效成分的化学结构、物理化学性质、 提取、分离、检识和结构鉴定方法。其次是生物合成途径和 必要的化学结构的修饰或改造，以及构效关系等。
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，药效试验表明5-HMF具有抗 心肌缺血作用,可代表生脉散的疗效。
第二节 天然药物化学在中医药现代化和天然药物产 业化中的意义和作用
1 阐明天然药物的药效物质基础，探索天然药物防治疾 病的原理 通过对天然药物进行有效成分的研究，不仅可以阐明 天然药物产生功效的究竟为何物物质，也为探索天然药 物防治疾病的原理提供了前提和物质基础。 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；而利水的有效成分则是伪麻黄碱。
举例：大黄中的5种蒽醌苷元成分：
苷元名称 大黄酸 大黄素 芦荟大黄素 大黄素甲醚 大黄酚 R1 R2 -COOH H -CH3 -OH -CH2OH H -CH3 -OCH3 -CH3 H
5、相关概念 （1）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 。 （2）有效成分：具有生物活性、能起防病治病作 用的化学成分。 （3）无效成分：没有生物活性和防病治病作用的 化学成分。 （4）有效部位：在天然药物化学中，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 取分离部分，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。
（2）蛋白质、多肽：蛋白质为二十多种α-氨基酸通过肽键 首尾相连而成的高分子化合物，多肽亦为。但二者分子量不 同 ， 一 般 将 分 子 量 在 5×103 以 下 称 为 多 肽 ， 而 介 于 5×103~1×107之间称为蛋白质。蛋白质在冷水中溶解且成胶 体，在热水、60%以上乙醇及其它有机溶剂中变性沉淀。 （3）酶：是有机体内具有催化作用的蛋白质，其催化作 用具有专属性，如特定的酶可催化水解特定的苷。酶的性质 和蛋白质相同。
2 促进天然药物药效理论研究的深入 如对于天然药物的化学成分与天然药物药性之间的 关系的探讨。研究发现，温热药附子、吴茱萸、细辛、 丁香等都含有消旋去甲乌药碱，此成分为β-受体激动剂， 具有加强心肌收缩力，加快心率，促进脂肪、糖代谢等 一系列作用，这些作用与热性药的药性基本一致，故推 测去甲乌药碱可能是“热性”天然药物的物质基础。
各类成分的性质在概念中只介绍极性，溶解性在后面以 列表形式介绍。 1 生物碱：为一类存在于生物体内分子中含有氮原子的有 机化合物的总称；一般具有碱性，可与酸成盐。游离生物碱 具亲脂性；生物碱盐具亲水性。 2 苷类：为一类经水解后可产生糖和非糖两部分的化合物。 非糖部分叫苷元。苷具亲水性，苷元具亲脂性。 3 挥发油：为一类可随水蒸气蒸馏出来的与水不相混溶的 油状液体的总称。具有香味或特殊气味的天然药物往往都含 有挥发油。挥发油具亲脂性。 以上三类为主要的有效成分类型。

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，随着科学的发 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，一些天然药物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，以及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。
3 阐明天然药物复方配伍的原理
天然药物配伍中可能存在着一种天然药物有效成分与 它种天然药物有效成分在药理作用方面的相互作用，也 可能存在着一种天然药物有效成分与它种天然药物有效 成分之间产生物理的或化学的相互作用。一般来说，后 者常发生在天然药物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。
黄芩苷
黄芩素（黄色）
醌类（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 煮的方法进行炮制。
5 改进药物制剂剂型，提高药物质量和临床疗效
成分类型
游离生物碱 生物碱盐 苷类 苷元 挥发油 糖类（单糖低聚糖） （多糖） 有机酸（大分子） （小分子） 树脂 氨基酸 蛋白质、酶 鞣质 色素（亲水性） （亲脂性） 油脂、蜡 － + + － － +
＋
水
+ + + + + ± ± + + + + ± + + Baidu Nhomakorabea +
醇类
+ － － + + － － + － + － － － － + +
甲戊二羟酸 （ MVA）
焦磷酸二甲烯丙酯
焦磷酸异戊烯酯
甲戊二羟酸5－焦磷酸
萜类、甾类化合物均由这一途径生成。
3 莽草酸途径 具有C6-C3及C6-C1基本结构的化合物由这一途径衍化生成。如由此途径 生成的苯丙氨酸，经脱氨及氧化反应等分别生成桂皮酸，再由桂皮酸、苯 甲酸生物合成各种含C6-C3及C6-C1结构的天然化合物如苯丙素类、木脂素 类、香豆素类等。 此途径由莽草酸通过苯丙氨酸，生成桂皮酸，再由桂皮酸生成各种苯丙 素类化合物。现也被称为桂皮酸途径 。
4 阐明天然药物炮制的原理 研究重要天然药物炮制前后化学成分或有效成分的变化， 将有助于阐明天然药物炮制的原理、改进传统的炮制方法、 制定控制炮制品的质量标准、丰富天然药物炮制的内容。 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”。而北方则认为 “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”。经天然药物化学的研究表明，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。
亲脂性有机溶剂
－ + － + ± + + － －
±：单糖：无水醇难溶；多糖；对醇60%以上难溶。蛋白质、酶；对水热水沉 淀；对醇60%以上沉淀。
（二） 天然药物化学成分的主要生物合成途径
1 乙酸-丙二酸（AA-MA）途径 以乙酰辅酶A为起始物质，丙二酸单酰辅酶A起延伸碳链的 作用。通过这一途径能生成脂肪酸类、酚类、醌类等化合物。
3、研究对象：本学科主要学习和研究天然药物、 特别是植物来源天然药物的化学成分。
4、关于天然药物化学成分的复杂性：天然药物中 的化学成分是十分复杂的。某一种天然药物可 能含有几种类型的成分，而每一个类型又可能 含有少则几种、多则十几种、几十种化学成分。 一种天然药物如此，复方天然药物就更复杂了。

（5）有效部位群：含有两类或两类以上有效部位的 天然药物提取或分离部分。 （6）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。 （7）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天然药物的主要有效 成分。
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）的新型天然药物， 天然药物化学在天然药物制剂的研制中，起着 十分重要的作用。
6 建立和完善中药材和中成药的质量标准 为了更好地控制天然药物的质量，在严格按照天然药物材 栽培质量管理规范（GAP）的要求进行天然药物材栽培、生 产，以及严格按照药品生产质量管理规范（GMP）的要求进 行天然药物制剂生产的同时，现在越来越多地应用天然药物化 学的检识反应、鉴别方法、各种色谱法以及各种波谱法对天然 药物材及其制剂进行定性鉴别和含量测定，并尽可能对其生产 的全过程进行监控。 在天然药物材和中成药的质量控制中，如果能确定其有效 成分，则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行。
6 树脂：为植物组织中树脂道的分泌物。性脆，受热时 先软化而后变为液体，燃烧时发生浓烟并有明火。树脂 具亲脂性。按结构又分为树脂酸（主要为二萜酸、三萜 酸及其衍生物）、树脂醇（分子中具羟基）、树脂烃 （为一类结构复杂的含氧中性化合物）类。 7 氨基酸、蛋白质和酶： （1）氨基酸：分子中含有氨基的羧酸。构成蛋白质的 多为α-氨基酸。为亲水性。在等电点时，溶解度最小。