天然产物化学
天然产物化学
天然产物化学1、天然产物是指由动物、植物及海洋生物和微生物体内分离出来的生物二次代谢产物及生物体内源性生理活性化合物。
广义：所有在自然界存在的物质。
狭义：在自然界的生物体内存在或代谢产生的有机物2、天然产物化学(Natural Products Chemisty)是以各类生物为研究对象，以有机化学为基础，以化学和物理方法为手段，研究生物二次代谢产物的提取、分离、结构、功能、生物合成、化学合成与修饰及其用途的一门科学，是生物资源开发利用的基础研究。
3、天然产物化学研究的内容：提取：从自然界的生命体中提取生命有效成分、分离、提纯结构阐明：用各种化学及仪器方法测定有效成分的化学结构功能：结合结构与天然产物的性能比较，得出其生理功能合成：用有机合成手段合成该结构的化合物生源：了解、探讨该物质的生物来源，即原料来源应用：将该物质应用到所需领域中去4、先导化合物(Lead compound)：是指具有特征结构和生理活性并可通过结构发放造优化其生理活性的化合物。
1、植物组织培养概念（狭义）指用植物各部分组织，如形成层。
薄壁组织。
叶肉组织。
胚乳等进行培养获得再生植株，也指在培养过程中从各器官上产生愈伤组织的培养，愈伤组织再经过再分化形成再生植物。
5、溶剂提取的方法以及适合那些溶剂的提取浸渍法：水或稀醇， 渗漉法：稀乙醇或水， 煎煮法：水， 回流提取法：有机溶剂连续回流提取法：有机溶剂6、聚酰胺吸附能力与哪些因素有关① 形成氢键的基团数目越多,则吸附能力越强。
② 成键位置对吸附力也有影响。
易形成分子内氢键者,其在聚酰胺上的吸附即相应减弱。
③分子中芳香化程度高者,则吸附性增强；反之,则减弱。
与溶剂也有关系：一般在水中吸附能力最强，碱性溶剂中最弱7、对天然产物化学成分进行结构测定前，如何检查其纯度1）性状观察：观察外观颜色是否均一，晶形是否一致2）物理常数测定：熔点（熔成小于2—3度），比旋光度，沸点等3）色谱方法检查：常用的有薄层色谱和纸色谱等。
【天然产物】化学
引言概述:天然产物化学是研究天然物质的组成、结构、性质、合成和生物活性的学科领域。
天然产物是指在自然界中存在的物质，它们具有多种生物活性，并且在药物、食品、化妆品等领域具有广泛的应用。
天然产物化学研究的目的是了解和利用这些物质，从而发展出更好的药物和其他生物活性化合物。
本文将从五个大点出发，分别介绍天然产物化学的相关概念、结构与性质、合成方法、生物活性以及在药物和化妆品中的应用。
正文内容：一、天然产物化学的概念和背景1. 天然产物的定义和分类- 天然产物是指存在于自然界中的有机或无机物质，包括植物、动物和微生物等生物体内产生的化合物。
- 天然产物可以根据来源和化学结构进行分类，常见的包括植物次生代谢产物、动物来源化合物和微生物来源化合物等。
2. 天然产物化学的重要性- 天然产物在药物研究和开发中具有重要的地位，许多药物的母体结构来自于天然产物，如阿司匹林等。
- 天然产物化学的研究可以揭示天然产物的结构与性质之间的关系，为药物和其他生物活性化合物的设计和合成提供指导。
二、天然产物的结构与性质1. 天然产物的结构- 天然产物的结构多样，包括多糖、生物碱、甾体、萜类化合物等。
- 天然产物的结构决定了它们的物理化学性质和生物活性。
2. 天然产物的性质- 天然产物具有多种生物活性，如抗菌、抗氧化、抗肿瘤等。
- 天然产物还具有天然的来源、低毒性和环境友好等特点。
三、天然产物化合物的合成方法1. 生物合成法- 生物合成法利用生物体内的天然酶系统来合成复杂的有机分子，如植物次生代谢产物的生物合成。
- 生物合成法的优点包括体系简单、产物多样性等。
2. 化学合成法- 化学合成法通过有机合成反应来合成复杂的天然产物化合物，如经典的金属催化反应、串联反应等。
- 化学合成法的优点是反应条件可控、产物结构可调。
四、天然产物的生物活性1. 抗菌活性- 天然产物中的一些化合物具有抑制细菌生长的功能，如β-半乳糖苷酶抑制剂。
- 抗菌活性的研究为抗生素的设计和开发提供了重要的参考。
天然产物化学
天然产物化学
天然产物化学是一门关于天然产物的化学研究，它利用色谱技术、结构鉴定技术、生物活性筛选技术以及其他有机合成技术，去探索自然界中的大量天然物质，发现它们的化学结构和生物活性，催化合成及进行改造，对当前认识进行修正，以建立关于天然产物类别和结构，以及其关于生物功能的规律性的系统理论。
正是由于这些规律性的系统理论，使得天然产物化学家可以更加有效的利用天然资源，探索其潜在的物质和生物活性及其关系，沿着自然资源保护及医药资源利用的理念，把天然资源发挥最大价值，从而维护和改善人类的健康。
最近，经过多年的研究，科学家已经发现，自然界中存在着大量有效的天然资源，其中包括植物体内的抗疾病物质、动物体内的生物活性物质以及海洋植物体内的营养物质等等。
抗疾病物质是天然产物中最为重要的类别，它们可以作为药物的活性成分，用于抗病毒、抗细菌、抗真菌以及抗肿瘤等方面的药物研究，是目前以及未来现代药物的重要来源之一。
此外，还有很多天然产物可以用于食品、化妆品、保健品等等方面的应用，这些天然产物可以用色谱技术和结构鉴定技术进行筛选，从而提高产品的有效性和安全性，也为实现健康快乐的美好生活提供了良好的保障。
因此，天然产物化学可以说是一门极具发展前景的学科，它不仅能够有效利用自然界的天然资源，而且还可以为人们提供一些有效的
治疗和预防措施，使得当前的药物研究取得更大的进展，使得人们的生活更加安全健康美好。
因此，现在和将来，多种类别的天然产物化学家都将埋头苦干，利用各种有机合成技术去探索自然界中所存在的大量天然资源，以期研发出更多有效的天然产物，更好的改善人类的健康和生活质量。
天然产物化学课件全套pdf
天然产物化学课件全套PDF天然产物化学是一门研究自然界中有机化合物的来源、结构、性质、提取、分离、鉴定和应用的科学。
本课件全套PDF旨在为读者提供全面、系统的天然产物化学知识，使读者能够深入理解天然产物化学的基本原理和实际应用。
第一部分：引言天然产物化学是化学的一个重要分支，涉及天然有机化合物的提取、分离、鉴定和应用。
自然界中存在着丰富的有机化合物，其中许多具有独特的生物活性和药理作用。
因此，天然产物化学在药物研发、食品添加剂、化妆品等领域具有重要的应用价值。
第二部分：天然产物的来源和分类1. 来源天然产物主要来源于植物、动物和微生物。
植物是自然界中最丰富的天然产物来源，其中包括了草本植物、灌木、树木等。
动物来源的天然产物包括海洋生物、昆虫、哺乳动物等。
微生物包括真菌、细菌等。
2. 分类天然产物可以根据其化学结构和生物活性进行分类。
化学结构分类包括糖类、脂类、蛋白质、核酸、生物碱、酚类等。
生物活性分类包括抗生素、抗肿瘤、抗炎、抗氧化等。
第三部分：天然产物的提取和分离1. 提取提取是天然产物化学研究的基础步骤，目的是从天然原料中提取出目标化合物。
常用的提取方法包括溶剂提取、超声波提取、微波提取等。
2. 分离分离是将提取液中的目标化合物与其他杂质分离开来的过程。
常用的分离方法包括柱层析、薄层色谱、高效液相色谱等。
第四部分：天然产物的鉴定鉴定是对分离得到的化合物进行结构分析和生物活性测试的过程。
常用的鉴定方法包括质谱、核磁共振、红外光谱、紫外光谱等。
第五部分：天然产物的应用天然产物在药物研发、食品添加剂、化妆品等领域具有重要的应用价值。
例如，许多抗生素、抗肿瘤药物、抗炎药物都是从天然产物中提取得到的。
此外，天然产物还可以用于食品添加剂、化妆品等方面。
第六部分：展望随着科学技术的不断发展，天然产物化学的研究将更加深入和广泛。
未来，天然产物化学的研究将更加注重于化合物的生物活性、作用机制和应用前景。
同时，新技术、新方法的应用也将为天然产物化学研究带来更多的机遇和挑战。
天然产物化学
天然产物化学第一章第一章概论概论第二章第二章研究目的与步骤研究目的与步骤第三章第三章成分预试方法成分预试方法第四章第四章成分提取成分提取第五章第五章成分分离成分分离第六章第六章化学成分鉴定化学成分鉴定第七章第七章各论各论天然产物化学一一..天然产物化学的产生天然产物化学的产生天然产物的化学成为一门学科起始于己于天然产物的化学成为一门学科起始于己于1919世纪是从对鸦片中世纪是从对鸦片中的镇痛成分吗啡与金鸡钠树皮中的抗疟疾成分奎宁开始。
现已成为有机的镇痛成分吗啡与金鸡钠树皮中的抗疟疾成分奎宁开始。
现已成为有机化学的重要分枝。
化学的重要分枝。
二二..天然产物化学的定义天然产物化学的定义天然产物化学是运用近代科学技术和方法来研究动物、植物、昆天然产物化学是运用近代科学技术和方法来研究动物、植物、昆虫、海洋生物及微生物代谢产物化学成分的学科它甚至包括人虫、海洋生物及微生物代谢产物化学成分的学科它甚至包括人与动物体内许多源源性成分的化学研究因此它是在分子水平与动物体内许多源源性成分的化学研究因此它是在分子水平上研究自然奥秘的学科。
上研究自然奥秘的学科。
三三天然产物化学的研究范畴天然产物化学的研究范畴天然产物研究主要仍是提取与结构阐明两大范围天然产物研究主要仍是提取与结构阐明两大范围但近年来已但近年来已深入到有机合成、半合成及结构改造方面。
所研究的天然产物一深入到有机合成、半合成及结构改造方面。
所研究的天然产物一般包括分子量一千以下或一千左右的化合物。
般包括分子量一千以下或一千左右的化合物。
四四我国发展状况我国发展状况创立于二十年代基本达到或接近国际上同类水平面临任务繁创立于二十年代基本达到或接近国际上同类水平面临任务繁重。
重。
五天然产物化学研究的意义五天然产物化学研究的意义新技术在天然产物化学的应用使从事天然产物的研究领域不仅新技术在天然产物化学的应用使从事天然产物的研究领域不仅涉及动植物的微量活性成分而且涉及海洋生物、昆虫及其它各种生涉及动植物的微量活性成分而且涉及海洋生物、昆虫及其它各种生物的微量成分化学。
天然产物化学
③ 偶合普遍存在，分裂不一定发生
2、13C-NMR
13C的信号分裂：
H对13C的偶合影响突出，仍遵守N+1律
13C的化学位移：
幅度宽，约200ppm，信号重叠少，易 识别。
常见13C-NMR谱类型及特征： ①噪音去偶谱：又叫全氢去偶谱（COM）或宽 ①噪音去偶谱 带去偶谱（BBD）：所有碳信号作为单峰出现
天然产物化学
第一章
总 论
第一节 绪论
基本概念
天然产物 有效成分 一次代谢和二次代谢
一、各大类常见结构
O
生物碱：
O
N CH3 OH
OH
O O OH O
OH Glc
黄 酮：
OH O
OH
醌 类：
COOH O
香豆素：
H4 H3 O O
O
O
强心苷：
OH HO
O
O
OH HO
O
皂 苷：
COOGl c Glc O
I = + 1/2
I = − 1/2
1、核磁共振基本原理
进动频率：
γ ν= ·H0 2π
ν ∝ H0
γ 为磁旋比，是核的常数。
1、核磁共振基本原理
z
在外加磁场的 情况下，原子 核的核磁矩在 磁场中的取向 不是任意的。
B0 H
0
m = +1/2
m = − 1/2
I = 1/2
1、核磁共振基本原理
（ B）
第二讲 天然产物的结构鉴定
一.天然产物化学成分的一般鉴定方法
已知化合物鉴定的一般程序 1.测定样品的熔点，与已知品的文献值对照，比较是否一致 或接近。 2.测样品与标准品的混熔点，所测熔点值不下降。 3.将样品与标准品共薄层色谱或纸色谱，比较其Rf值是否一 致。 4.测样品的红外光谱图，和标准图谱比较，是否一致。
08天然产物化学
核磁共振波谱法
原理
利用原子核在外磁场中的自旋能级跃迁产生的共振信号来推断分子 结构的方法，主要包括氢谱、碳谱等。
应用范围
适用于各种天然产物的结构鉴定，尤其对于复杂分子的立体结构和 构象分析具有重要意义。
优缺点
能够提供详细的分子结构和构象信息，但仪器价格昂贵，操作复杂， 需要专业人员操作。
质谱法
原理
如含有红曲霉素、植物甾醇等成分的 产品。
抗氧化保健食品
如富含维生素C、维生素E、硒等成 分的产品。
其他特定功能的保健食品
如针对老年人骨质疏松的保健食品、 改善记忆力的保健食品等。
其他应用
在饮料中的应用
如天然果汁、茶饮料等，提供天 然风味和营养。
在烘焙食品中的应用
如使用天然酵母、果干等制作的 面包、蛋糕等，增加口感和营养 价值。
天然产物定义
天然产物是指动物、植物、昆虫、海洋生物和微生物体内的组成成分或其代谢产物以及人和动物体内许许多多内 源性的化学成分统称作天然产物。
天然产物分类
天然产物可分为植物类、动物类、海洋类和微生物类等。其中，植物类天然产物包括萜类、黄酮类、生物碱类等； 动物类天然产物包括蛋白质、酶、多糖等；海洋类天然产物包括海藻多糖、鱼油、珊瑚等；微生物类天然产物包 括抗生素、维生素、氨基酸等。
黄酮类化合物
定义与结构
黄酮类化合物是一类具有苯并γ吡喃酮结构的化合物，广泛存在 于植物界中。它们通常以游离态 或与糖结合成苷的形式存在。
分类
根据结构的不同，黄酮类化合物 可分为黄酮、黄酮醇、异黄酮、 查尔酮等。
生物活性
黄酮类化合物具有多种生物活性， 如抗氧化、抗肿瘤、抗心血管疾 病等。例如，槲皮素是一种黄酮 类化合物，具有显著的抗氧化和 抗炎作用。
天然产物化学第二章
1.初步推断化合物类型
文献检索、调研工作贯穿结构研究工作 的整个过程。 利用中、外文主题索引按中药拉丁文学 名进行检索，来获得已分出化合物的种 类、个数、性质、用到的提取方法、提 取溶剂、色谱的溶剂系统、生物活性等 信息。 获得文献后，最好整理成一览表以方便 检索比较。
2.确定分子式，计算不饱和度
冷提法
1.浸渍法：是用水或醇浸渍药材一定
时间，然后合并提取液，并将其减 压浓缩的方法。该法因为一般都是 在低温( 常温或 60-80℃) 下进行的， 不用加热，所以适合于挥发性成分 及受热易分解成分的提取。但提取 的时间较长，效率低。用水浸提时 还要注意提取液的防腐问题。
2.渗漉法：是将药材装入渗漉筒中，
测定或测定它们的共熔点等；
也可对照文献报导值（注意各种测定条件的一致性
）
薄层色谱或纸色谱（三种展开系统和三种显色方法
）
气象色谱、液相色谱
（二）、结构研究的主要程序 1.初步推断化合物类型 2.测定分子式，计算不饱和度。 3.确定分子式中含有的官能团，或结 构片段，或基本骨架。 4.化合物结构的确定
（一）、溶剂提取法
溶质在溶剂当中的溶解遵循相似相
溶的原理，亲水性的化学成分易溶 于水或亲水性的有机溶剂中，亲脂 性的成分易溶于亲脂性的有机溶剂 中。
常见官能团极性比较：
羧基＞酚羟基＞醇羟基＞氨基＞酰
氨基＞醛、酮＞酯基＞醚基＞烯基
＞烷基
常见基团极性大小顺序如下： 酸＞酚＞ 醇＞胺＞醛＞酮＞酯＞醚＞烯＞烷
（六）、压榨法 有些药材的有效成分含量高，且存在于 植物的液汁中时，可将新鲜的原料直接 压榨，压出汁液，再进行提取。
压榨法主要适于新鲜药材及种子中油料的提 取。如：生姜中姜辣素的提取，甘蔗中提取 蔗糖。
1第一章 天然产物化学绪论
1、一次代谢和二次代谢
▪ 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。
▪ 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。
2、生物合成假说的提出
植物及海洋生物和微生物体内分离出来的生物二次 代谢产物及生物体内源性生理活性化合物。是由各 种化学成分所组成的复杂体系。
几个相关的概念
有效部位群
单体 有毒成分
有效部位 无效成分
有效成分
一、天然产物化学的研究内容
▪ 以各类生物为研究对象，以有机化学为基
础，以化学和物理方法为手段，研究次生代 谢产物的提取、分离、结构、功能、生物合 成、化学合成与修饰及其用途的一门科学， 是生物资源开发利用的基础研究，目的是希 望从自然界中获得具有一定价值的物质。
黄连素
中药药源的扩大
黄连素 穿心莲内酯
芦荟系列
黄连 黄柏 三颗针 伏牛花 白屈菜
四种药物成为21世纪的“新星”
蓝色药物 绿色药物 基因药物 微生物药物
新药开发中的重要作用
一些过去未知的植物微量成分被发现，其中不乏具有较 强生物活性的成分
如人参和三七中的环肽，可能是一类新型活性成分；大 蒜水溶性成分的研究，可为动脉粥样硬化疾病的新药研究 提供先导化合物。
天然化合物与次级代谢产物之,间的关系引 起人们的关注，结构相似的化合物可能生 合成途径相似.
茴香脑、丁香酚等化合物都有相同的C6-C3骨架 罂粟碱(papaverine)木兰碱(magnoline)小檗碱 (berberine)等生物碱结构中也含有多巴的结构。 萜类中含有重复的异戊二烯结构。
天然产物
天然产物：专指由动物、植物及海洋生物和微生物体内分离出来的生物二次代谢产物及生物体内的生理活性化合物。
天然产物化学：以各类生物为研究对象，研究生物样品中二次代谢产物的提取分离、理化性质、结构表征、生物活性、生物合成途径，化学合成与结构改造的一门学科，是生物资源开发利用的基础。
先导化合物：是指具有特征结构和生理活性可通过结构改造优化其生理活性的化合物。
二次代谢产物的生物合成途径：莽草酸途径、β-多酮途径、甲羟戊酸途径、氨基酸途径、混合途径（复杂的化合物）。
吸附色谱法常选用的吸附剂有硅胶、氧化铝、活性碳、硅藻土等。
聚酰胺吸附色谱法的原理为通过分子中的酰胺羰基与酚类、黄酮类化合物的酚羟基，或以酰胺键上的游离胺基与醌类、脂肪酸上的羰基形成氢键缔合而产生吸附。
适用于分离酚类、羧酸类和醌类等。
常用溶剂的亲水性或亲脂性的强弱顺序如何排列？哪些与水混溶？哪些与水不混溶？答：石油醚>苯>氯仿>乙醚>醋酸乙酯>正丁醇>丙酮>乙醇>甲醇>水。
一般定性实验可初步验证有无下述各类物质：生物碱：碘化铋钾与生物碱试剂显棕黄色或橘红色沉淀。
黄酮：将乙醇液加镁粉，滴入浓盐酸后振荡泡沫成桃红色，或与1%ALCl3乙醇液成有色荧光。
皂苷、强心苷、甾体：在乙酐溶液中与浓硫酸反应呈红紫色，皂苷水液振荡时产生大量泡沫。
氨基酸和肽：与茚三酮反应呈蓝紫色。
蛋白质：双缩脲反应显紫红色。
有机酸：与溴酚蓝反应呈黄色。
酚类：与FeCl3反应紫色、蓝色。
糖和苷：与菲林试剂作用有砖红色沉淀。
色谱分离方法：利用混合物中各成分在不同的两相中吸附、分配及其亲和力的差异而达到相互分离的方法。
凝胶色谱：凝胶色谱相当于分子筛的作用。
凝胶颗粒中有许多网眼，色谱过程中，小分子化合物可进入网眼；大分子化合物被阻滞在颗粒外，不能进入网孔，所受阻力小，移动速度快，随洗脱液先流出柱外；小分子进入凝胶颗粒内部，受阻力大，移动速度慢，后流出柱外。
第三章 天然产物化学
3.按生源结合化学分类； 如：来源于鸟氨酸的吡咯生物碱。
44
一种典型的生物碱
-----辣椒碱(Capsaicin)
45
➢ 概述
辣椒属于茄科植物，在我国种植面广，山东、四川、 云南、湖南等地均盛产尖头红辣椒。
目前我国对辣椒的利用仅仅限于调味料、少量外用药 （风湿膏药，解痉镇痛酊）。
游离生物碱等 极性较大的苷类（二糖或三糖苷）等
丙酮、甲醇、乙醇 生物碱及其盐、有机酸及其盐、苷类、 氨基酸、鞣质和某些单糖等
水
氨基酸、蛋白质、糖类、水溶性生物
碱、胺类、鞣质、苷类、无机盐等
12
实际工作中，根据水可提取极性物质、石油醚可 提取非极性物质，醇能提取大部分成分的特点，采用 石油醚、水、95%乙醇三段法进行粗分。
26
1978年德国建成利用超临界萃取技术从咖啡豆脱咖啡 因的工业装置。生产出能保持咖啡原有色、香、味的 脱咖啡因咖啡，这是其他分离技术都无法达到的效果；
紧接着几年中，采用CO2流体从啤酒花萃取酒花的大规 模工业化装置也先后在德国、美国等地投产。
27
20世纪80年代以来，国际上投入大量人力、物力进行 研究。研究范围涉及：食品、香料、医药和化工等领 域（均具有较好的环境益），并取得一系列进展。
39
第三节 生物碱
40
概述
指天然产的一类含氮的有机化合物； 多数具有碱性且能和酸结合生成盐； 大部分为杂环化合物且氮原子在杂环内； 多数有较强的生理活性。 ㈡分布
存在于一百多个科中如：豆科、茄科、防己科、 罂粟科、毛茛(gen)科等植物中。
41
存在形式 1.游离碱：碱性极弱。 2.成 盐： 有机酸有：柠檬酸、酒石酸等；特殊的酸类：乌头 酸、绿原酸等；无机酸：硫酸、盐酸等。 3.苷 类：以苷的形式存在于植物中； 4.酯 类：多种吲哚类生物碱分子中的羧基，常 以甲酯形式存在。 5.N-氧化物：植物体中的氮氧化物约一百余种。
天然产物化学
CH3 N
波诺宁 狄奥宁
CH3 N
O
O
OH
C2H5O
O CH3
OH
O O N O 四氢黄连碱 O HO
N
大老地特
O
O
黄连素
由黄连、黄柏及三颗针等植物中提取，
有抗菌作用，对痢疾杆菌、葡萄球菌和链球菌等均有抑制作用， 主要用于治疗细菌性痢疾和肠胃炎，没有抗药性和副作用是它 的最大优点。
O H2C O N OCH 3 OCH 3
H
H C CH3
麻黄碱
OH NHCH3
也叫麻黄素，麻黄科麻黄属植物中的活性 成分。 是著名的中药，用于发汗药和兴奋止咳药。 中医以茎枝入药，性温，味辛、苦，有发 汗、散寒、平喘、利水等功效，治风寒感 冒、咳喘、支气管哮喘、支气管炎、水肿。 麻黄根亦入药，性平、味甘，功能止汗， 用于治自汗、盗汗。
O H2C O H3CO HC N CH3
H3CO H3CO O CO OCH3 OCH3 那可汀 N CH2 罂粟碱
OCH3 OCH3 O H2C O N(CH3)2 CH2 OCH3 CO 那碎因 COOH OCH3 OCH3
H3CO
O N CH3 H3CO 蒂巴因
吗 啡 的 衍 生 物
AcO H3CO O H AcO N CH3 海洛因 HO O N CH3 可待因
吗啡及其衍生物的构型与它们的镇痛作用有密切的关系。吗啡 为中枢抑制药，具有镇痛、镇静、镇咳及抑制肠蠕动的作用， 但有便秘、呕吐和抑制呼吸的副作用，易上瘾。
10 1 2 3 11 12 4 9
N CH 3
14 8 7 6
H
13 5
HO
O
OH
H H
天然产物化学课件全套
有机化合物分子的结构
分子的极性
溶解性质
分子的极性官能团越多
分子极性越大
亲水性越强 亲脂性越低
分子的极性较小 分子的极性较大
表现亲脂性 表现亲水性
易溶解于低极性溶剂 �如 石油醚或 氯仿�
易溶解于高极性溶剂 �如 水 或 甲醇�
OH HO
HO
OO OH
OH O
HO OH O
溶剂的种类繁多�其极性大小如何排列�
a.先单一溶剂
• 乙醇是最常用的有机溶剂�具有溶解性能好、对 植物细胞穿透力强的特点。
• 对于提取�一般来说�冷提杂质较少�而热提效 率较高�但杂质也多�在不了解有效成分性质之 前�一般采用冷提法。
b. 多种溶剂萃取
• 将提取所得浸膏在两种互不相溶的溶剂中�由分 配系数不同而达到分离的目的。
经典的提取方法
品种 在进行植物成分研究前�应重视所用植物
的鉴定、来
源、采集季节�并查阅有关文献资料�了解前人对该植物或同属
植物中化学成分的分离条件�吸取可借鉴的地方。
第一节 经典的提取方法
• �一�溶剂法 • �二�水蒸气蒸馏法 • �三�其他
�一� 溶剂法 �主要的经典方法�
1.溶质与溶剂 �1� 溶质的溶解性质
但效率低下
HO
O N
H CH3 HO
1806�1952
历史的足迹
——当代
20世纪7、80年代开始�随着色谱技术、电子和物 理技术的进一步发展�人类对天然有机化合物的 提取、分离、鉴定开始以极高速度发展。
历史的足迹——
• 分离�由常规的重结晶法�正、反相硅胶层析、氧化铝
层析、活性碳层析——低压快速层析、逆流液滴分溶层 析、高效液相层析、气相层析�以及用于分离大小分子的 各种凝胶层析�用于分离水溶性成分的各种离子交换树脂 层析、大孔树脂层析等方法。
天然产物化学课件资料
第一章绪论天然产物是指在大自然界中生物体内存在的或由代谢产生的有机化合物。
天然产物化学是研究生物样品中有机分子的分离纯化、理化性质、结构表征、生源途径、生物活性、化学合成、结构修饰改造和构效关系的化学。
鸦片中镇痛成分研究——吗啡；金鸡纳树皮中抗疟成分——奎宁。
应用：医药业，农业、食品工业等先导化合物(Lead compound)，是指具有特征结构和生理活性并可通过结构改造优化其生理活性的化合物。
精密、准确的色谱分离方法用于天然产物的分离研究：柱色谱、快速色谱、逆流液滴分溶色谱、离心色谱、超临界流体层析、毛细管电泳、气相色谱、高效液相色谱等经典的结构研究：化学降解方法，再按照化学原理逻辑地推断其结构，最后经合成方法证明。
现代的结构研究：核磁共振二维技术，各种1H-1H与1H-13C相关谱等，质谱中的快原子轰击技术，次级电离质谱技术，场解吸质谱技术等，结合紫外与红外光谱，能很快地确定化合物的结构。
天然产物化学的研究成果已在农业和工业生产中得到运用，如除虫菊酯类系列化合物农药，昆虫保幼激素已用于蚕业增产，甜叶菊中的甜叶菊苷及其他天然甜味剂已开始逐步替代糖精，瓜豆中的一种瓜胶多糖已用于石油工业作压裂液等。
利用植物细胞组织培养方式来大量生产天然产物，这是一种可靠、有效、并值得研究开发的方法。
利用紫草细胞生产红色萘醌类的染料shikonin，后者可用作口红原料和治疗痔疮。
微生物及酶作为生物催化剂具有很高的催化功能、底物特异性和反应特异性。
仿生有机合成就是模拟生物体内的反应来进行有机合成，以制取人们需要的物质。
青蒿素-----作用部位主要是膜系结构，其抗疟作用机理认为是干扰了疟原虫的表膜——线粒体的功能。
第二章天然产物的提取分离和结构鉴定天然产物的分离提纯是有目的地单个分离提纯生物体内存在的天然产物或排泄出的代谢产物。
主要有生物碱、黄酮类、萜类、甾体等。
定性试验检测各种成分：生物碱—碘化铋钾，黄酮—乙醇+镁粉+盐酸，皂苷，强心苷，甾体—乙醇+浓硫酸，氨基酸，肽—印三酮，蛋白质—双缩脲，有机酸—溴酚蓝，酚类—氯化铁，糖和苷—菲林试剂（具体和分离流程图见书本P11-P13）提取分离主要有以下八种方法：(1) 溶剂法（小檗碱、细辛素、川楝素、七叶苷和七叶苷内酯、山道年）常见溶剂的极性度强弱顺序可表示如下：石油醚(低沸点~高沸点)＜二硫化碳＜四氯化碳＜三氯乙烷＜苯＜二氯甲烷＜氯仿＜乙醚＜乙酸乙酯＜丙酮＜乙醇＜甲醇＜乙腈＜水＜吡啶＜乙酸。
有机天然产物的合成和天然产物化学研究
有机天然产物的合成和天然产物化学研究有机天然产物是指存在于自然界中的含碳、氢、氧、氮等元素的化合物，这些化合物具有生物活性，可以植物和动物体内进行生化作用。
天然产物一直是有机化学研究的热点之一，近年来，科学家们进行了大量的合成研究，获取了很多天然产物，丰富了有机化学的理论和应用。
1. 天然产物的来源和分类天然产物通常分为植物来源、动物来源和微生物来源。
其中，植物来源的天然产物最为广泛，包括了生根、根皮、茎皮、叶子、种子、果实、花草等。
动物来源的天然产物一般以动物的体液和腺体分泌物为代表。
而微生物来源的天然产物则是以真菌、细菌、放线菌和蓝藻等微生物产生的化合物为代表。
根据化学结构的不同，天然产物也可以分为多种不同的类型，比如生物碱、大环内酯、萜类、倍半萜类、黄酮类等等。
此外，天然产物还可以被分为单体型、二聚体型、多聚体型等不同的类型。
2. 天然产物的生物活性天然产物具有强烈的生物活性，它们对人类的健康有很大影响。
许多天然产物都具有显著的毒性或药理活性。
如鸦片、可卡因、海洛因等具有致瘾性的毒品，草果、白芷、黄芩等则具有药理活性。
这些药物的合理使用可以缓解人们的疾病痛苦，但滥用则会对人类的身体和精神健康带来严重影响。
3. 天然产物的合成方法由于天然产物来源广泛，化学结构复杂，因此天然产物合成一直是有机合成化学研究领域的难点之一。
但随着科学技术的不断提高，合成方法也愈加完善。
目前，合成天然产物的方法主要有四类。
第一类是全合成法，即通过化学合成方法，逐步构建目标天然产物的分子结构，最后得到合成产物。
第二类是半合成法，即采用天然产物的一个或多个分子骨架作为起始物，经过化学修饰得到目标产物。
第三类是生物合成法，即通过菌、酵母或真菌等有机生物合成目标产物。
第四类是短程合成法，即通过合成类似物来模拟天然产物的分子结构，并进行反应活性的研究和验证。
4. 天然产物化学研究的前沿天然产物合成和化学研究是有机化学的一个重要领域，其在医药、农药、材料和能源等领域的应用带来了一系列重要进展。
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天然产物化学
第一章绪论
1.1天然产物化学概述
研究对象：天然产物，由动物、植物及海洋生物和微生物内分离得到的生物二次代谢产物及生物体内源性生理活性化合物。
研究内容：研究天然产物的的提取、分离、结构、性质、功能、结构鉴定、生物合成、化学合成与修饰，是生物资源开发利用的基础。
应用领域：医药、食品、农药、轻工、化工等。
天然产物的存在：差别很大，一个或几个物种，也许很广。
1.2 天然产物分类
一、按组成分
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。
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。
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。
（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。
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
二、按结构分
•糖和苷
•苯丙素
•醌类
•黄酮类
•萜类及其苷
•甾类及其苷
•生物碱
1.3 天然产物的生物合成
1.3.1 一次代谢产物与二次代谢产物：
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、核酸等。
通过光合作用、碳水化合物代谢和柠檬酸代谢，生物的生存繁衍必需的化合物。
广泛分布于生物体内。
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，即所谓的天然产物。
分布局限。
生成与物种所处的外界环境密切相关。
作用或影响：有待研究。
1.3.2 二次代谢产物的生物合成途径
二次代谢的生物合成途径：
1.乙酸-丙二酸（AA-MA）途径（β-多酮途径）
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。
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 + 3 乙酰辅酶A→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. 莽草酸途径
4-磷酸赤藓糖和磷酸烯醇式丙酮酸化合后经几步反应生成莽草酸。
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。
香豆素生物合成简图
3.甲戊二羟酸（MVA ）途径
萜类、甾类化合物均由这一途径生成。
4. 氨基酸途径
大多数生物碱类成分由此途径生成。
有些氨基酸，如鸟氨酸、赖氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸及色氨酸等，经脱羧成为胺类, 再经过一系列化学反应(甲基化、氧化、还原、重排等) 生成各种生物碱。
青霉素和头孢菌素也由此途径生成。
5. 复合途径
许多二级代谢产物由上述生物合成的复合途径生成。
即分子中各个部分由不同的生物合成途径产生。
如查耳酮类、二氢黄酮类化合物的A 环和B 环分别由乙酸-丙二酸途径和莽草酸途径生成，再在各种酶作用下生成黄酮。
一些萜类生物碱分别来自甲戊二羟酸途径及莽草酸途径或乙酸-丙二酸途径。
OH O
H OH COOH COOH
H
NH 2
2O 5H 2P 2O 5O P 2O 5H 2
1.4 天然产物化学与药物开发
可以说天然产物应用最经典的领域就是作为药物，目前也仍然是应用最多的领域。
发现新药
天然药物化学与天然产物化学内容相当。
1.5 天然产物化学发展动向
1.5.1 研究方法和手段向高、新方向发展：
•微含量分离技术：常规柱色谱——低压快速色谱——逆流液滴分流色谱——HPLC——离心色谱——气相色谱，色谱填料也不断进步
•结构测定方法不断革新：质谱、核磁共振、2D核磁共振、1H-1H与1H-13C相关谱、质谱中的快原子轰击、次级电离质谱，场解吸质谱。
结合红外、紫外
高级结构中也发展了四圆X衍射仪等
•合成方法不断创新：
1.5.2偏重资源开发的实用化
实用化是天然产物一直以来的一个特点。
直接作为新药：
药物先导物：
NIH每年搜集植物样本几千种进行抗癌活性筛选。
食品添加剂：色素、香料、其他添加剂
中药：
保健品：
化妆品
1.5.3 基于生物技术的天然产物化学研究
是天然产物研究中最有前途的部分。
以有效、实用、简便的方法生产天然产物。
•植物细胞培养：愈伤组织——悬浮培养——生物反应器
•基因工程方法的应用：
•微生物发酵和酶法生产：
•天然产物的仿生合成：对有机合成的启发。