天然药物化学 绪论
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天然药物化学 绪论
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。
24
COOH
O
O
HO HO
O
O
[O]
O
O
OH OH
OH
HO OH O
OH
O
O H
O
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。
11
母核相同、取代基不同的同一类型成分，也 有不同的化合物。例如：中药人参中含有20余 种三萜皂苷类成分，它们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。 天然药物成分的复杂性及多位天然药物的配 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。
16
二、 天然药物化学研究的目的和意义
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
可阐明天然药物产生功效的究竟为何物
质。
为探索天然药物防治疾病的原理提供了
前提和物质基础。
17
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。
29
7. 研制开发新药、扩大药源
1）天然药物化学在中药新药研制中的作用 如香菇中的香菇嘌呤具有降低胆固醇的生 物活性，若将香菇嘌呤分子中的羧基变为酯 的结构，其降胆固醇的活性可提高10倍。 又如吗啡的代用品—— 度冷丁，既保留了 吗啡中镇痛有效的结构部分，又降低了吗啡 的成瘾性。
天然药物化学-绪论
3．学科迅速发展时期（20世纪——） 世纪——） 学科迅速发展时期（20世纪
特点三：研究深度、广度、速度发生了革命性的变化 特点三：研究深度、广度、
深度、广度：机体内源活性物质 微量、水溶性、不稳定、大分子 速度：吗啡————1804速度：吗啡————1804-1925 利血平———1952利血平———1952-1956 生物碱：1952前100年，95个 生物碱：1952前100年，95个 1952-1962，1107个 1952-1962，1107个 1962-1972，3443个 1962-1972，3443个
1.原始和萌芽阶段（——18世纪末） 1.原始和萌芽阶段（——18世纪末） 18世纪末 原始和萌芽阶段
天然药物识别、使用经验——巫术 巫术、 天然药物识别、使用经验——巫术、迷信色彩 文明的进步——对疾病 文明的进步——对疾病、天然药物的认识趋于客观 对疾病、
231—341， 231—341，晋，葛洪，《抱卜子》 葛洪， 抱卜子》 1575， 1575， 1711, 明，李， 《医学入门》，没食子酸 医学入门》
海洋天然药物
3.天然药物相关术语 3.天然药物相关术语
天然药物 natural medicine 中草药
chinese herbal medicine
《本草纲目》，1892种 / 《本草纲目拾遗》，1021种 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 目前我国药用植物总数，15000余种
3．学科迅速发展时期（20世纪——） 世纪——） 学科迅速发展时期（20世纪
特点四: 特点四:生物活性测试普遍开展 单纯的化合物分离————活性跟踪分离 单纯的化合物分离————活性跟踪分离 小规模测试——高通量筛选 小规模测试——高通量筛选 HTS high throungput screening
天然药化-绪论
相似相溶原则
（一）
有效 成分 的提
➢ 萜类、甾体等脂环类及芳香类化合物极性较 小，易溶于氯仿、乙醚等脂溶性溶剂中；
➢ 糖苷、氨基酸、短肽等成分极性较大，易溶 于水及含水醇中；
➢ 酸性、碱性及两性化合物，存在状态随溶液 pH不同而不同，故溶解度随溶液pH而改变。
取
（一）
有效 成分 的提
取
2、水蒸气蒸馏法
合
成
基本结构单位 二
C2单位(醋酸单位)：如脂肪酸、酚类、
生
苯醌等聚酮类化合物;
C5单位(异戊烯单位)：如萜类、甾类等;
物 C6单位：如香豆素、木脂体等苯丙素类
化合物;
合 氨基酸单位：如生物碱类化合物;
复合单位：由上述单位复合构成
成
主要的生物合成途径
二
很多研究人员注意到天然化合物结
生 构间的联系，许多化合物都有某些组成
概
天然药物来自植物、动物、矿物、微生
物和海洋生物，当今是以植物来源为主，种
述
类繁多。据资料记载，世界有250000种高等
植物，进行过研究和活性筛选的不足10％，
因此，天然药物研究的潜力是巨大的。
天然药物为什么能治病？
一
物质基础是其中所含的有效成分
一种天然药物有多种的临床用途，有效成
概
分可以有一个，也可以有很多个
水溶性：多糖类－淀粉、纤维素、 树胶、果胶、粘液质；鞣质
法
三 常用 的提 取分 离方
法
天然药物化学的研究是从有效成分或生物 活性化合物的提取、分离工作开始。在提 取之前，应对所用材料的基原（种、属、 学名），产地、药用部位等进行考查，并 系统查阅文献，以充分利用，了解前人的 经验，以便少走弯路。
（一）
有效 成分 的提
➢ 萜类、甾体等脂环类及芳香类化合物极性较 小，易溶于氯仿、乙醚等脂溶性溶剂中；
➢ 糖苷、氨基酸、短肽等成分极性较大，易溶 于水及含水醇中；
➢ 酸性、碱性及两性化合物，存在状态随溶液 pH不同而不同，故溶解度随溶液pH而改变。
取
（一）
有效 成分 的提
取
2、水蒸气蒸馏法
合
成
基本结构单位 二
C2单位(醋酸单位)：如脂肪酸、酚类、
生
苯醌等聚酮类化合物;
C5单位(异戊烯单位)：如萜类、甾类等;
物 C6单位：如香豆素、木脂体等苯丙素类
化合物;
合 氨基酸单位：如生物碱类化合物;
复合单位：由上述单位复合构成
成
主要的生物合成途径
二
很多研究人员注意到天然化合物结
生 构间的联系，许多化合物都有某些组成
概
天然药物来自植物、动物、矿物、微生
物和海洋生物，当今是以植物来源为主，种
述
类繁多。据资料记载，世界有250000种高等
植物，进行过研究和活性筛选的不足10％，
因此，天然药物研究的潜力是巨大的。
天然药物为什么能治病？
一
物质基础是其中所含的有效成分
一种天然药物有多种的临床用途，有效成
概
分可以有一个，也可以有很多个
水溶性：多糖类－淀粉、纤维素、 树胶、果胶、粘液质；鞣质
法
三 常用 的提 取分 离方
法
天然药物化学的研究是从有效成分或生物 活性化合物的提取、分离工作开始。在提 取之前，应对所用材料的基原（种、属、 学名），产地、药用部位等进行考查，并 系统查阅文献，以充分利用，了解前人的 经验，以便少走弯路。
天然药物化学绪论
发展迅猛的原因-技术进步
● 如利血平（reserpine）, 5年时间
H3CO
N
N
H H
H
H H3CO2C
OCO OCH3
蛇根木中成分，降压
OCH3 OCH3天的时间，且 所需要的样品量也减少
---分子量小于1000，只需1mg的样品
五、天然药物化学的发展与动向 （四）我国近代研究情况
由治病
防病
健美 长寿
其他领域（食品、饮料、化妆品、 牙膏、卷烟等）
五、天然药物化学的发展与动向 （五）研究方向及发展趋势
● 微量物质 ● 水溶性物质 ● 不稳定物质
1.继续以活性为指标分离有效成分 2. 积极进行复方的化学成分研究 3. 进行组织培养、保护药源
● 海洋生理活性物质
● 生物体内源性生理活性物质
五、天然药物化学的发展与动向
（一）我国天然药物的种类和资源
● 《唐本草》载药844种，公元659年 ● 《经史证类备急本草》收药1300多种， 宋朝 ● 《本草纲目》载药1892种，公元1596 ● 《 本草纲目拾遗 》载2608种，清朝 ● 《神农本草经》中有药物365种，公元前221年， ● 全国性的药用植物资源普查，目前已知天然药物
天然药物化学成分的划分
酸性
● 按成分的酸碱性： 碱性
中性
非极性(亲脂性)
● 按成分的溶解性： 中等极性
极性(亲水性)
● 按成分的生物合成途径：
一级代谢物（糖类、蛋白质等），这类物质是每种药 物都含有，是维持生物体正常生存的必需物质；
二级代谢物（生物碱、黄酮、皂甙等）这些物质不是 每种药物都有，是生物体通过各自特殊代谢途径产生， 反映科、属、种的特性物质；
天然药物化学-绪论
(四)天然药物化学发展历史沿革和现状
• 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 • 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 • 特点三：生源合成途径、本质的揭示 生源前体的识别：萜类———MVA
提取中药的挥发油、某些小分子生物碱如：麻 黄碱、烟碱、槟榔碱以及某些小分子的酚类如：牡 丹酚等。
第三节 提取分离方法
• 超临界流体萃取(supercritical fluid SFE)
What is…?
Supercritical Fluid Extraction (SFE)
第三节 提取分离方法
Phase Diagram
研究植物的系统发育。
(三) 天然药物化学在药学专业中的作用与地位 4. 功能性食品用及相关产品
功能食品 银耳、苦荞等
香料 natural perfume 美容化妆品 人参、珍珠、黄芪、当归、何首乌、白芷
天然色素
辣椒红色素 ----辣椒 叶黄素 ----万寿菊 紫草红----紫草根 姜黄素----姜黄
例：
紫杉醇（taxol）：今日抗癌之星
1963年美国化学家M.C. Wani和Monre E. Wall首次从太平洋杉（Pacific Yew）树 皮和木材中分离到了紫杉醇的粗提物。
红豆杉 Taxus mairei
1971年，他们才通过x-射线分析确定了 该活性成份的化学结构——一种四环二 萜化合物，并把它命名为紫杉醇 （taxol）。它能使细胞分裂停止于有丝 分裂期，阻断了细胞的正常分裂。 通过 Ⅱ-Ⅲ临床研究，紫杉醇主要适用于卵巢 癌和乳腺癌，对肺癌、大肠癌、黑色素 瘤、头颈部癌、淋巴瘤、脑瘤也都有一
第一章总论天然药物化学
5.复合途径
(1)醋酸-丙二酸-莽草酸途径
(2) 醋酸-丙二酸-甲戊二羟酸途径
(3) 氨基酸-甲戊二羟酸途径
(4) 氨基酸-醋酸-丙二酸途径
(5) 氨基酸--莽草酸途径
三、生物合成的意义：
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。
第一章总论天然药物化学
19
本章内容
第一章总论天然药物化学
17
二 天然化合物的主要生物合成途径
1.醋酸-丙二酸途径AA－MA途径） 合成脂肪酸类、酚类、蒽醌类
2.甲戊二羟酸途径（途径） 主要生成萜类、甾体类化合物
3.莽草酸途径和桂皮酸途径 形成具C6-C3骨架的化合物，如香豆素、木脂素、 黄酮等。
第一章总论天然药物化学
18
4.氨基酸途径（Amino Acid Pathway）合成生物碱
第一节 绪论
一．天然药物化学的概念：
1. 天然药物化学：是运用现代科学理论与方法研究 天然药物中化学成分及其应用的一门学科。
2. 研究内容： 各类中药的化学成分（主要是生物 活性成分或药效成分）的结构特点、理化性质、 提取分离方法、结构鉴定及生合成途径等。
第一章总论天然药物化学
5
第一节 绪论
• 二.天然药物来源 • 植物药、动物药、矿物药、以植物药为主。
• 第一节 概述
• 第二节 各类成分简介
• 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
第一章总论天然药物化学
20
第四节 提取分离方法
一、提取法：
1.溶剂提取法（solvent extraction）
原理：相似相溶
天然药物化学绪论ppt课件
萜类与挥发油的理化性质
挥发性、溶解性、稳定性等；呈色原理：无
甾体及其苷类的理化性质
溶解性、颜色反应等；呈色原理：内酯环和 酚羟基
生物碱类的理化性质
碱性、溶解性、颜色反应等；呈色原理：共 轭体系和酚羟基
提取分离方法
提取方法
溶剂提取法（水提法、醇提法）、 水蒸气蒸馏法、升华法等
分离方法
系统溶剂分离法、色谱分离法（薄 层色谱法、柱色谱法）、重结晶法 等
糖类的理化性质
醌类的理化性质
溶解性、旋光性、还原性等；呈色原 理：无
升华性、溶解性、颜色反应等；呈色 原理：共轭双键和酚羟基
苯丙素类的理化性质
溶解性、酸性、还原性等；呈色原理： 结构中的酚羟基和共轭双键
各类成分的理化性质与呈色原理
黄酮类的理化性质
溶解性、酸性、颜色反应等；呈色原理：交 叉共轭体系和酚羟基
及其衍生物。
天然药物化学的研究方法
01
02
03
04
提取分离
利用溶剂法、色谱法等方法从 天然药物中提取并分离出活性
成分。
结构鉴定
通过波谱学方法（如红外光谱、 紫外光谱、核磁共振等）对活
性成分进行结构鉴定。
生物活性筛选
通过体内或体外实验，评价活 性成分的药理作用及机制。
结构修饰与合成
对活性成分进行结构修饰或合 成，以提高药效、降低毒性或
01
02
03
单萜
由两个异戊二烯单元组成 的萜类化合物，如薄荷醇、 柠檬烯等。
倍半萜
由三个异戊二烯单元组成 的萜类化合物，如青蒿素、 山道年等。
二萜
由四个异戊二烯单元组成 的萜类化合物，如紫杉醇、 银杏内酯等。
苯丙素类
绪论(天然药化)课件
植物药的提取和制备方法有多种，如煎煮、醇提、水提等。不同提取方法会影响植 物药的成分和药效。
动物药
动物药是指从动物中提取出来的具有药用价值的物质，如蛇毒、鹿茸、 麝香等。
动物药在传统医学中应用广泛，如中医、藏医等。动物药具有独特的治 疗效果，如鹿茸可以补肾壮阳、增强免疫力；蛇毒可以治疗脑血栓等。
动物药的采集和使用需要遵循相关法律法规，保护野生动物资源和生态 环境。
海洋生物和微生物的药用研究是 当前药物研发的热点领域之一， 已经发现了许多具有治疗作用的
化合物。
这些天然药物资源的可持续利用 和保护对于人类健康和生态平衡
具有重要意义。
CHAPTER
溶剂提取法
原理
利用溶剂将天然药物中 的可溶性成分溶解出来
的方法。
分类
应用
注意事项
根据溶剂性质不同，可 分为水提取法和有机溶
应用
适用于大分子天然药物成分的分离 和纯化，如蛋白质、多糖等。
注意事项
选择合适的膜材料和操作条件，以 保证分离效率和纯度。
CHAPTER
生物碱 类
具有氮原子的复杂环状化合物
生物碱是一类具有显著生物活性的天然产物，通常具有复杂的环状结构，并含有 氮原子。它们广泛存在于植物、动物和微生物中，具有多种生物活性，如抗癌、 抗菌、抗炎和抗疟等。常见的生物碱包括麻黄碱、黄连素、长春碱等。
化学成分
是指天然产物中具有生物 活性或功能的化合物。
天然药化的发展历程
古代天然药物的使用
人类在长期的生活实践中，逐渐发现 并开始使用天然药物，如草药、植物 和动物等。
近代天然药物的研究
现代天然药物的发展
随着科技的进步，人们对天然药物的 研究更加深入，发现了许多具有生物 活性的化合物，并进行了人工合成和 改造。
动物药
动物药是指从动物中提取出来的具有药用价值的物质，如蛇毒、鹿茸、 麝香等。
动物药在传统医学中应用广泛，如中医、藏医等。动物药具有独特的治 疗效果，如鹿茸可以补肾壮阳、增强免疫力；蛇毒可以治疗脑血栓等。
动物药的采集和使用需要遵循相关法律法规，保护野生动物资源和生态 环境。
海洋生物和微生物的药用研究是 当前药物研发的热点领域之一， 已经发现了许多具有治疗作用的
化合物。
这些天然药物资源的可持续利用 和保护对于人类健康和生态平衡
具有重要意义。
CHAPTER
溶剂提取法
原理
利用溶剂将天然药物中 的可溶性成分溶解出来
的方法。
分类
应用
注意事项
根据溶剂性质不同，可 分为水提取法和有机溶
应用
适用于大分子天然药物成分的分离 和纯化，如蛋白质、多糖等。
注意事项
选择合适的膜材料和操作条件，以 保证分离效率和纯度。
CHAPTER
生物碱 类
具有氮原子的复杂环状化合物
生物碱是一类具有显著生物活性的天然产物，通常具有复杂的环状结构，并含有 氮原子。它们广泛存在于植物、动物和微生物中，具有多种生物活性，如抗癌、 抗菌、抗炎和抗疟等。常见的生物碱包括麻黄碱、黄连素、长春碱等。
化学成分
是指天然产物中具有生物 活性或功能的化合物。
天然药化的发展历程
古代天然药物的使用
人类在长期的生活实践中，逐渐发现 并开始使用天然药物，如草药、植物 和动物等。
近代天然药物的研究
现代天然药物的发展
随着科技的进步，人们对天然药物的 研究更加深入，发现了许多具有生物 活性的化合物，并进行了人工合成和 改造。
药学医学天然药物化学ppt课件-第一章绪论
皂苷类
总结词
皂苷类化合物是一类由皂苷元和糖链构成的复杂化合物，具 有调节免疫、抗肿瘤等作用。
详细描述
皂苷类化合物主要分布于植物中，如人参、柴胡、甘草等。 常见的皂苷类化合物有人参皂苷、柴胡皂苷、甘草皂苷等。
强心苷类
总结词
强心苷是一类具有强心作用的天然产 物，主要存在于洋地黄植物中。
详细描述
强心苷能够增加心肌收缩力，减慢心 率，主要用于治疗慢性心功能不全等 疾病。常见的强心苷有洋地黄毒苷、 地高辛等。
离子交换法
利用离子交换剂的离子交换作用， 将天然药物中的有效成分与离子交
换剂结合，与其他杂质分离。
结晶与重结晶
结晶
通过降低温度或蒸发溶剂等方法 ，使天然药物中的有效成分结晶 析出。
重结晶
将已经结晶的化合物进行再次结 晶，以提高其纯度。
04
天然药物化学成分的分类与鉴定
生物碱类
总结词
生物碱是一类具有复杂环状结构的含 氮有机化合物，具有显著的生物活性 。
超临界流体萃取法
利用超临界流体作为萃取剂， 通过调节压力和温度，将天然 药物中的有效成分提取出来。
分离纯化方法
沉淀法
通过加入沉淀剂，使天然药物 中的有效成分沉淀下来，与其
他杂质分离。
萃取法
利用不同溶剂对天然药物中各成 分溶解度的差异，将有效成分从 一种溶剂转移到另一种溶剂中。
吸附法
利用吸附剂的吸附作用，将天 然药物中的有效成分吸附在吸 附剂上，与其他杂质分离。
使得对天然药物中化学成的研究目的和意义
总结词
天然药物化学的研究目的是为了发现和开发新的药物，提高药物疗效和降低副作用，为人类健康事业做出贡献。
详细描述
天然药物化学绪论ppt课件
③可开发性
.
18
有效成分具有：
①相对性
有效成分和无效成分的划分是相对的， 不是绝对的。根据临床用途决定取舍。
A. 相同类型成分，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. 加工、代谢等过程，可转化非活性成分为活性
成分。
.
19
有效成分具有：
②多样性
一种天然药物中含有多种有效成分、故 可有多种临床用途。
植物 （为主） 87%
动物 （如土鳖虫、地龙等）12.3%
矿物 （如石膏CaSO4•2H2O） 0.6% 微生物 （如青霉菌、放线菌等）
海洋生物 （如芋螺等）
.
3
《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。
4
白果是银杏的俗称，被 称作为是植物中的活化石。 白果含白果醇、白果酸，具 有杀菌功能，有化痰、止咳、 补肺、通经、止浊、利尿等 疗效。
溶解性
黄酮苷
易溶于热水和亲水性有机溶剂
难溶于苯、乙醚、三氯甲烷
等有机溶剂
.
25
(三)蒽醌类化合物
包括蒽醌衍生物及其氧化蒽醌、
OH O OH
蒽酚、蒽酮及蒽酮的二聚体等不同
程度的还原产物，显酸性，以游离HO
CH3
O
或苷的形式存在。
大黄素
在吡啶、N-二甲基甲酰胺中溶解度较大
溶解性
蒽醌苷元
溶于苯、三氯甲烷、和乙醚 可溶于甲醇、乙醇、丙酮
天然药物化学
第一章 总论
（Generation）
.
1
一、天然药物的来源及应用。
二、天然药物化学的学习内容。
第一章 绪论
1804年，发现 1918年，确定结构 1952年，人工合成
HO
O H HO H
35
N
CH3
发展技术迅猛的原因 ● 如利血平reserpine, 5年时间 蛇根木中成分，降压
H3CO N H H H H3CO2C OCH3 OCO OCH3 OCH3 N H OCH3
● 现在只要短短几年的时间甚至几天的时间，且所需要 的样品量也减少 ---分子量小于1000，只需1mg的样品
第一节 概述
结构特点
O
O
O
第一节 概述
理化性质
OH OH
O
O
第一节 概述
提取分离方法
O N+
O
GLUO
O
OCH3
HO
OCH3
O
小檗碱
黄芩苷
第一节 概述
结构改造
R N
CH3
H3C N
HO CH3
R =CH2CH2
HO O OH
吗啡(morphine) 止痛，成瘾，耐药性呕吐，便秘
4. 阐明中药炮制的机理
5. 建立和完善中药的质量评价标准 6. 改进中药制剂剂型，提高药物质量和临床疗效 7. 研制开发新药，扩大药源
五. 学习天然药化的任务和意义：
1. 阐明中药的药效物质基础，探索中药防治疾病的机理
OH CH3
HN
OH
CH3
麻黄碱
α-松油醇 发汗散寒
OH CH3
平喘
OH CH3
O N+Cl-
Oቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
OCH3
OCH3
黄连素
黄连 、黄柏、三颗针
天然药物化学在新药研发中的地位
HO
O H HO H
35
N
CH3
发展技术迅猛的原因 ● 如利血平reserpine, 5年时间 蛇根木中成分，降压
H3CO N H H H H3CO2C OCH3 OCO OCH3 OCH3 N H OCH3
● 现在只要短短几年的时间甚至几天的时间，且所需要 的样品量也减少 ---分子量小于1000，只需1mg的样品
第一节 概述
结构特点
O
O
O
第一节 概述
理化性质
OH OH
O
O
第一节 概述
提取分离方法
O N+
O
GLUO
O
OCH3
HO
OCH3
O
小檗碱
黄芩苷
第一节 概述
结构改造
R N
CH3
H3C N
HO CH3
R =CH2CH2
HO O OH
吗啡(morphine) 止痛，成瘾，耐药性呕吐，便秘
4. 阐明中药炮制的机理
5. 建立和完善中药的质量评价标准 6. 改进中药制剂剂型，提高药物质量和临床疗效 7. 研制开发新药，扩大药源
五. 学习天然药化的任务和意义：
1. 阐明中药的药效物质基础，探索中药防治疾病的机理
OH CH3
HN
OH
CH3
麻黄碱
α-松油醇 发汗散寒
OH CH3
平喘
OH CH3
O N+Cl-
Oቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
OCH3
OCH3
黄连素
黄连 、黄柏、三颗针
天然药物化学在新药研发中的地位
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天然药物化学
Medicinal Chemistry of Natural Products
第一章
总 论
第一节 绪 论
(一) 概念
1.天然药物的定义：指动物、植物和矿物等自然界中存在的， 有药理活性的天然产物。 2.天然药物的来源：植物、动物、矿物、微生物、海洋天然产 物 3.中药： 中医药理论指导 (性味、归经、配伍等) 4.民族药、民间药 5.天然药物研究现状：
中药甘草（Glycyrrhiza uralensis）中则含有甘草酸等 多种皂苷以及黄酮、淀粉、纤维素、草酸钙等成分。
• 生理活性成分：即经过不同程度药效试验或生物活性试验， 包括体外（in vitro）及体内（in vivo）试验，证明对机 体具有一定生理活性的成分。 成分的复杂性： 不同药物所含成分类型不同 ； 每种类型成分 的数目多。
(四)天然药物化学发展历史沿革和现状
学科迅速发展时期20世纪以来
• 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
(三) 天然药物化学在药学专业中的作用与地位
2.4 阐明中药炮制原理 炮制前后有效成分、有毒成分的变化 改进炮制工艺 制定炮制规范或标准
如：延胡索 ——醋炒—— 增加生物碱溶出——增效 乌头类——蒸煮——水解双酯型生物碱——减 毒
(三) 天然药物化学在药学专业中的作用与地位 2.5 剂型选择
——有效成分的溶解性、酸碱性、挥发性、稳 定性等 水溶性好——注射液 双黄连/参脉 口服液 生脉 颗粒剂 板蓝根 难溶于水——片、胶囊、滴丸等
无效成分 (相对性) 蛋白、多糖等
（二）天然药物化学的定义、研究对象、研究内容
• 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 如：总生物碱、总皂苷或总黄酮等。
Question: 何谓有效成分？举例说明。
（二）天然药物化学的定义、研究对象、研究内容
天然药物化学的研究内容： • • • • • • • • • 结构特点 理化性质 提取分离方法 结构鉴定方法 生物合成 结构修饰 构效关系 生物转化 体内代谢过程等
(三) 天然药物化学在药学专业中的作用与地位
2.2 促进中药药性理论研究的深入
性：热性、温热药————去甲乌药碱 肾上腺素 味：辛味药（解表、理气）————挥发油 归经：同一归经药的相同、相似化学成分
有效成分的作用靶点：
麻黄碱————解痉——肺经 伪麻黄碱———利水——膀胱经 有效成分体内代谢动力学： 川芎——川芎嗪在肝脏、胆囊分布多——归肝、
2.6 制剂工艺优化——有效成分的理化性质 2.7 制剂稳定性——有效成分的理化性质— —合适pH、适当包装
(三) 天然药物化学在药学专业中的作用与地位 2.8 先导化合物的发现
入世后化学药品受到专利保护，仿制须向创新 转轨，新的药品注册法，单纯改变剂型已不能按新 药申报创新药物研究的关键切入点：先导化合物 的发现。 从天然药物中发现先导物、创制新药——世界公认的 有效途径 从中药中发现先导物的优势：数千年临床实践——疗 效确切；丰富的资源——结构、活性的多样性
(三) 天然药物化学在药学专业中的作用与地位 4. 功能性食品用及相关产品
功能食品 银耳、苦荞等
香料 natural perfume 美容化妆品 人参、珍珠、黄芪、当归、何首乌、白芷 天然色素 辣椒红色素 ----辣椒 叶黄素 ----万寿菊 紫草红----紫草根 姜黄素----姜黄
(四)天然药物化学发展历史沿革和现状
400—500—600—800—900MHz
UV，X-ray，ORD(旋光)，CD(圆二色光谱)等
(四)天然药物化学发展历史沿革和现状
• 特点三：研究深度、广度、速度发生了革命性的变化 深度、广度：机体内源活性物质 微量、水溶性、不稳定、大分子 速度：吗啡————1804-1925
利血平———1952-1956
(三) 天然药物化学在药学专业中的作用与地位
1. 寻找新药或活性先导化合物 *据1981年统计，建国以来研制新药104种，其中来自植物、动 物有效成分及改构共61种，占58.6% 。
2. 阐明中药的药效物质基础 2.1 探索中药防治疾病机理 麻黄 功效：发汗散寒、宣肺平喘、利水消肿 物质基础： 麻黄碱—肾上腺素样作用收缩血管、兴奋中枢— 发汗 去甲麻黄碱—松弛支气管平滑肌————平喘 伪麻黄碱——升压、利尿———————消肿
(三) 天然药物化学在药学专业中的作用与地位 3. 植物化学分类学的研究(Chemotaxonomy)
利用植物的亲缘相关性 —— 改变传统的形态分类方 法。
植物化学分类学：是利用化学特征来研究植物各类群间 的亲缘关系，探讨植物界的演化规律，也可说是从分子水平上来研 究植物分类和系统演化的一门学科。 植物化学分类学的主要研究任务：是探索各分类等级(如 门、纲、目、科、属和种等)所含化学成分的特征和合成途径；探索 和研究各化学成分在植物系统中的分布规律以及在经典分类学的基 础上，从植物化学组成所表现出来的特征，并结合其他有关学科， 来进一步研究植物的系统发育。
(四)天然药物化学发展历史沿革和现状
• 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
胆经
(三) 天然药物化学在药学专业中的作用与地位
2.3 阐明中药复方配伍的科学内涵 单味药的有效成分研究 复方有效成分 ≠ 各单味药有效成分的简单加和 协同、拮抗作用 物理、化学作用 • 改变溶出度 柴胡 人参 人参皂苷增加柴胡皂苷的溶 出 甘草 甘遂 甘草皂苷增加甘遂甾萜类的 溶出 • 发生化学反应 四逆汤：附子、干姜、甘草等 乌头碱与甘草皂苷形成不溶性沉淀— —减毒
红豆杉 Taxus mairei
（二）天然药物化学的定义、研究对象、研究内容
研究对象：化学成分 特别是生理活性成分或有效成分
• 化学成分： 天然药物中含有的各种化学物质，如生物碱、 黄酮化合物、皂苷、蒽醌、香豆素、挥发油等。 如中药麻黄（Ephedra spp.）中含有左旋麻黄素等多种生物 碱以及挥发油、淀粉、树脂、叶绿素、纤维素、草酸钙等化 学成分；
(2) 显色反应
第二节 生物合成
• 一次代谢： 对维持植物生命活动不可缺少的过程 几乎所有绿色植物中都存在 糖代谢、脂肪代谢、蛋白质代谢、核酸代谢 • 一次代谢产物 Primary metabolits 对机体生命活动不可缺少的物质 糖、 脂肪、蛋白质、核酸、氨基酸 • 二次代谢：对维持植物生命活动来说不起重要作 用 并非所有植物中都存在 • 二次代谢产物 Secondary metabolits 对机体生命活动并非不可缺少的物质 生物碱、黄酮、萜类、蒽醌、香豆素等
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，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
Question: 内在本质？
（二）天然药物化学的定义、研究对象、研究内容
1.定义
天然药物化学：是运用现代科学理论与方法研究天然药物中 化学成分的一门学科。
研究内容：各类天然药物化学成分（主要是生理活性成分或 药效成分）的结构特点、物理化学性质、提取分离方法以及 主要类型化学成分的结构鉴定知识。此外，也涉及主要类型 化学成分的生物合成途径等内容。
（二）天然. 醋酸-丙二酸途径：脂肪酸、酚、 蒽酮类 2. 甲戊二羟酸途径：萜、甾体类 3. 桂皮酸途径： 苯丙素、香豆素、 木质素、木脂素、黄酮类 4. 氨基酸途径： 生物碱 5. 复合途径： 醋酸-丙二酸—莽草酸径 醋酸-丙二酸—甲戊二羟酸途径 氨基酸—甲戊二羟酸途径 氨基酸-醋酸-丙二酸途径 氨基酸—莽草酸径
What is…?
Supercritical Fluid Extraction (SFE)
第三节
提取分离方法
Phase Diagram
CO2
Pressure / Atm
Solid
Pc 73
Supercritical Liquid Fluid
Gas
Supercritical Point
Temperature / °C
（二）天然药物化学的定义、研究对象、研究内容
• 有效成分：即药材中代表其功效的化学成分。 如左旋麻黄素(l-ephedrine)具有平喘、解痉作用；
HO C H C CH3
H
NHC H3
l-ephedrine 左旋麻黄素 （麻黄 Ephedra spp.中〕 平喘、解痉
甘草酸(glycyrrhizin)具有抗炎、抗过敏、治疗胃溃疡的作用， 分别被认为是麻黄及甘草中的代表性有效成分。
生物碱：1952前100年，95个 1952-1962，1107个
1962-1972，3443个
(五)天然药化研究发展趋势
• 研究内容的重大转变 1. 活性成分研究转向微量、水溶性、大分子成分 2. 由单味中药转向复方中药 3. 生物活性检测转向分子水平 （动物 器官 组织 细胞 分子水平）血清药理学 血清化学 • 组织培养 1) 解决植物活性成分含量偏少 2) 合理保护药用资源 • 注重结构改造和仿生合成
Medicinal Chemistry of Natural Products
第一章
总 论
第一节 绪 论
(一) 概念
1.天然药物的定义：指动物、植物和矿物等自然界中存在的， 有药理活性的天然产物。 2.天然药物的来源：植物、动物、矿物、微生物、海洋天然产 物 3.中药： 中医药理论指导 (性味、归经、配伍等) 4.民族药、民间药 5.天然药物研究现状：
中药甘草（Glycyrrhiza uralensis）中则含有甘草酸等 多种皂苷以及黄酮、淀粉、纤维素、草酸钙等成分。
• 生理活性成分：即经过不同程度药效试验或生物活性试验， 包括体外（in vitro）及体内（in vivo）试验，证明对机 体具有一定生理活性的成分。 成分的复杂性： 不同药物所含成分类型不同 ； 每种类型成分 的数目多。
(四)天然药物化学发展历史沿革和现状
学科迅速发展时期20世纪以来
• 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
(三) 天然药物化学在药学专业中的作用与地位
2.4 阐明中药炮制原理 炮制前后有效成分、有毒成分的变化 改进炮制工艺 制定炮制规范或标准
如：延胡索 ——醋炒—— 增加生物碱溶出——增效 乌头类——蒸煮——水解双酯型生物碱——减 毒
(三) 天然药物化学在药学专业中的作用与地位 2.5 剂型选择
——有效成分的溶解性、酸碱性、挥发性、稳 定性等 水溶性好——注射液 双黄连/参脉 口服液 生脉 颗粒剂 板蓝根 难溶于水——片、胶囊、滴丸等
无效成分 (相对性) 蛋白、多糖等
（二）天然药物化学的定义、研究对象、研究内容
• 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 如：总生物碱、总皂苷或总黄酮等。
Question: 何谓有效成分？举例说明。
（二）天然药物化学的定义、研究对象、研究内容
天然药物化学的研究内容： • • • • • • • • • 结构特点 理化性质 提取分离方法 结构鉴定方法 生物合成 结构修饰 构效关系 生物转化 体内代谢过程等
(三) 天然药物化学在药学专业中的作用与地位
2.2 促进中药药性理论研究的深入
性：热性、温热药————去甲乌药碱 肾上腺素 味：辛味药（解表、理气）————挥发油 归经：同一归经药的相同、相似化学成分
有效成分的作用靶点：
麻黄碱————解痉——肺经 伪麻黄碱———利水——膀胱经 有效成分体内代谢动力学： 川芎——川芎嗪在肝脏、胆囊分布多——归肝、
2.6 制剂工艺优化——有效成分的理化性质 2.7 制剂稳定性——有效成分的理化性质— —合适pH、适当包装
(三) 天然药物化学在药学专业中的作用与地位 2.8 先导化合物的发现
入世后化学药品受到专利保护，仿制须向创新 转轨，新的药品注册法，单纯改变剂型已不能按新 药申报创新药物研究的关键切入点：先导化合物 的发现。 从天然药物中发现先导物、创制新药——世界公认的 有效途径 从中药中发现先导物的优势：数千年临床实践——疗 效确切；丰富的资源——结构、活性的多样性
(三) 天然药物化学在药学专业中的作用与地位 4. 功能性食品用及相关产品
功能食品 银耳、苦荞等
香料 natural perfume 美容化妆品 人参、珍珠、黄芪、当归、何首乌、白芷 天然色素 辣椒红色素 ----辣椒 叶黄素 ----万寿菊 紫草红----紫草根 姜黄素----姜黄
(四)天然药物化学发展历史沿革和现状
400—500—600—800—900MHz
UV，X-ray，ORD(旋光)，CD(圆二色光谱)等
(四)天然药物化学发展历史沿革和现状
• 特点三：研究深度、广度、速度发生了革命性的变化 深度、广度：机体内源活性物质 微量、水溶性、不稳定、大分子 速度：吗啡————1804-1925
利血平———1952-1956
(三) 天然药物化学在药学专业中的作用与地位
1. 寻找新药或活性先导化合物 *据1981年统计，建国以来研制新药104种，其中来自植物、动 物有效成分及改构共61种，占58.6% 。
2. 阐明中药的药效物质基础 2.1 探索中药防治疾病机理 麻黄 功效：发汗散寒、宣肺平喘、利水消肿 物质基础： 麻黄碱—肾上腺素样作用收缩血管、兴奋中枢— 发汗 去甲麻黄碱—松弛支气管平滑肌————平喘 伪麻黄碱——升压、利尿———————消肿
(三) 天然药物化学在药学专业中的作用与地位 3. 植物化学分类学的研究(Chemotaxonomy)
利用植物的亲缘相关性 —— 改变传统的形态分类方 法。
植物化学分类学：是利用化学特征来研究植物各类群间 的亲缘关系，探讨植物界的演化规律，也可说是从分子水平上来研 究植物分类和系统演化的一门学科。 植物化学分类学的主要研究任务：是探索各分类等级(如 门、纲、目、科、属和种等)所含化学成分的特征和合成途径；探索 和研究各化学成分在植物系统中的分布规律以及在经典分类学的基 础上，从植物化学组成所表现出来的特征，并结合其他有关学科， 来进一步研究植物的系统发育。
(四)天然药物化学发展历史沿革和现状
• 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
胆经
(三) 天然药物化学在药学专业中的作用与地位
2.3 阐明中药复方配伍的科学内涵 单味药的有效成分研究 复方有效成分 ≠ 各单味药有效成分的简单加和 协同、拮抗作用 物理、化学作用 • 改变溶出度 柴胡 人参 人参皂苷增加柴胡皂苷的溶 出 甘草 甘遂 甘草皂苷增加甘遂甾萜类的 溶出 • 发生化学反应 四逆汤：附子、干姜、甘草等 乌头碱与甘草皂苷形成不溶性沉淀— —减毒
红豆杉 Taxus mairei
（二）天然药物化学的定义、研究对象、研究内容
研究对象：化学成分 特别是生理活性成分或有效成分
• 化学成分： 天然药物中含有的各种化学物质，如生物碱、 黄酮化合物、皂苷、蒽醌、香豆素、挥发油等。 如中药麻黄（Ephedra spp.）中含有左旋麻黄素等多种生物 碱以及挥发油、淀粉、树脂、叶绿素、纤维素、草酸钙等化 学成分；
(2) 显色反应
第二节 生物合成
• 一次代谢： 对维持植物生命活动不可缺少的过程 几乎所有绿色植物中都存在 糖代谢、脂肪代谢、蛋白质代谢、核酸代谢 • 一次代谢产物 Primary metabolits 对机体生命活动不可缺少的物质 糖、 脂肪、蛋白质、核酸、氨基酸 • 二次代谢：对维持植物生命活动来说不起重要作 用 并非所有植物中都存在 • 二次代谢产物 Secondary metabolits 对机体生命活动并非不可缺少的物质 生物碱、黄酮、萜类、蒽醌、香豆素等
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，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
Question: 内在本质？
（二）天然药物化学的定义、研究对象、研究内容
1.定义
天然药物化学：是运用现代科学理论与方法研究天然药物中 化学成分的一门学科。
研究内容：各类天然药物化学成分（主要是生理活性成分或 药效成分）的结构特点、物理化学性质、提取分离方法以及 主要类型化学成分的结构鉴定知识。此外，也涉及主要类型 化学成分的生物合成途径等内容。
（二）天然. 醋酸-丙二酸途径：脂肪酸、酚、 蒽酮类 2. 甲戊二羟酸途径：萜、甾体类 3. 桂皮酸途径： 苯丙素、香豆素、 木质素、木脂素、黄酮类 4. 氨基酸途径： 生物碱 5. 复合途径： 醋酸-丙二酸—莽草酸径 醋酸-丙二酸—甲戊二羟酸途径 氨基酸—甲戊二羟酸途径 氨基酸-醋酸-丙二酸途径 氨基酸—莽草酸径
What is…?
Supercritical Fluid Extraction (SFE)
第三节
提取分离方法
Phase Diagram
CO2
Pressure / Atm
Solid
Pc 73
Supercritical Liquid Fluid
Gas
Supercritical Point
Temperature / °C
（二）天然药物化学的定义、研究对象、研究内容
• 有效成分：即药材中代表其功效的化学成分。 如左旋麻黄素(l-ephedrine)具有平喘、解痉作用；
HO C H C CH3
H
NHC H3
l-ephedrine 左旋麻黄素 （麻黄 Ephedra spp.中〕 平喘、解痉
甘草酸(glycyrrhizin)具有抗炎、抗过敏、治疗胃溃疡的作用， 分别被认为是麻黄及甘草中的代表性有效成分。
生物碱：1952前100年，95个 1952-1962，1107个
1962-1972，3443个
(五)天然药化研究发展趋势
• 研究内容的重大转变 1. 活性成分研究转向微量、水溶性、大分子成分 2. 由单味中药转向复方中药 3. 生物活性检测转向分子水平 （动物 器官 组织 细胞 分子水平）血清药理学 血清化学 • 组织培养 1) 解决植物活性成分含量偏少 2) 合理保护药用资源 • 注重结构改造和仿生合成