天然产物结构修饰PPT课件
活性天然产物的结构修饰与创新药物研究 ppt课件
• 抗老年痴呆新药石杉碱甲是从我国特有植物千层塔中提取的 一种生物碱,其疗效和安全性均好于上世纪90年代以来在美 国上市的抗老年痴呆药物,引起国际上很大的关注,近年来 我国科研工作者又合成了其新衍生物—希普林,现已在法国 等国家28家医院进入II期临床实验,有望在未来2-3年成为 我国打入国际市场的新药。
创新药物---新药发现研究
1、药物靶标(target)的发现和确认 2、药物筛选
3、药物设计
4、筛选样品库
新药发现研究
5、生物活性化合物(hit)的发现和 优化
6、先导化合物(leading compound) 的发现和优化
7、新药临床前研究候选化合物 (candidate)的发现和确认等。
新药发现研究可归纳为四个阶段:
活性天然产物的结构修饰与创新药物 研究
活性天然产物的结构修饰 与创新药物研究
引言 活性天然产物的结构修饰 创新药物研究
引言
B, 43%
新药来源一览图 C, 5%
A, 52%
据统计全世界范围内,在1981~2002年间批准上市的1031种药物中, C.5%的药物为天然化合物的直接应用; B.43%创新药物是以活性天然产物为先导结构经过结构修饰研制而成; A.其他
新药发现研究示意图
新靶标 化合物库
高通量筛 选
先导化合 物
基因组 蛋白质组 生物信息学 靶点确认 筛选方法研究
合成化合物
天然产物及组分 微生物代谢产物 肽类及其他生物技术来源样品
计算机 辅助设计 药物设计
结构优化
候选化合 物
筛选
药物化学 化学合成
新药开发研究
概念:验证临床前研究候选化合物安全、有效、稳定、 质量可控,直至获准新药上市的过程为新药开发研究。
《天然产物综述》课件
05 天然产物的应用与开发
CHAPTER
在食品工业中的应用
天然食品添加剂
利用天然产物如植物提取物、微生物代谢产物等作为食品添加剂, 如天然色素、香精、防腐剂等,以提高食品的感官品质和延长保质 期。
功能性食品
利用天然产物的生物活性,开发具有特定功能如抗氧化、降血糖、 降血脂等的保健食品,满足消费者对健康的需求。
详细描述
单糖是最简单的糖类化合物,是构成多糖的基本单位。低聚糖由2-10个单糖分子脱水缩合而成,具有 调节免疫、改善肠道功能等作用。多糖是由多个单糖分子聚合而成的大分子化合物,具有抗病毒、抗 肿瘤、抗炎等生物活性。
脂类化合物
总结词
脂类化合物是天然产物的重要组成部分 ,主要包括脂肪酸和甘油酯等。
VS
《天然产物综述》ppt课件
目录
CONTENTS
• 天然产物的定义与分类 • 天然产物的提取与分离 • 天然产物的化学组成与结构 • 天然产物的生物活性与功能 • 天然产物的应用与开发 • 天然产物研究的发展趋势与展望
01 天然产物的定义与分类
CHAPTER
天然产物的定义
总结词
天然产物是指自然界中产生的、未经加工或仅经过初步加工 的物质。
黄酮类化合物的提取与分离
采用溶剂提取法和色谱分离法,从植物中提取黄酮类化合物,如芦丁、槲皮素 等。
挥发油的提取与分离
采用溶剂提取法和蒸馏分离法,从植物中提取挥发油,如薄荷油、丁香油等。
03 天然产物的化学组成与结构
CHAPTER
糖类化合物
总结词
天然糖类化合物主要包括单糖、低聚糖和多糖,具有多种生物活性。
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。
天然产物结构修饰
生物修饰
利用生物酶或微生物对天然产物进行 转化或结构修饰,如微生物发酵、酶 催化等。
天然产物结构修饰的应用
药物研发
通过对天然药物分子进行结构 修饰,发现新药先导物,提高
药物疗效和降低副作用。
农业
通过结构修饰改进农作物的抗 逆性、抗病性、产量和品质等 。
食品
对食品中的天然成分进行结构 修饰,以提高食品的营养价值 、感官品质和稳定性。
黄酮类化合物的结构修饰
总结词
黄酮类化合物是天然产物中一类重要的化合 物,具有多种生物活性,如抗氧化、抗炎、 抗肿瘤等。对其结构进行修饰可以改善其生 物活性或提高其稳定性。
详细描述
黄酮类化合物的结构修饰主要涉及改变其连 接方式、氧化程度、糖基化等。例如,通过 改变黄酮醇的氧化程度,可以获得具有更强 抗氧化活性的黄酮醇衍生物。此外,通过糖 基化或酰基化修饰,可以提高黄酮类化合物 的水溶性和稳定性。
详细描述
环化反应通常在加热或催化剂的作用下进行,形成新的环状化合物,如苯环、环 醚等。
水解反应
总结词
水解反应是通过水分子与天然产物中的特定基团反应,以改 变其结构的过程。
详细描述
水解反应通常在酸、碱或酶的作用下进行,将酯基、肽键等 水解成相应的醇、羧酸等。
酯化与酰胺化反应
总结词
酯化与酰胺化反应是通过将羧酸或羧 酸酯与醇、胺等亲核试剂反应,形成 酯或酰胺的过程。
择性的药物分子,减少副作用。
05
CATALOGUE
天然产物结构修饰的未来展望
提高修饰效率与选择性
高效合成
通过优化反应条件和催化剂设计 ,提高天然产物结构修饰的反应 速率和选择性,减少副产物的生
成。
精准定位
2 天然产物的提取分离和结构鉴定课件PPT
15
1溶剂法
1、溶剂提取法及其原理
溶剂提取法:是根据天 然产物中各种成分在溶 剂中的溶解性质,选用 对活性成分溶解度大, 对不需要溶出成分溶解 度小的溶剂,而将有效 成分从药材组织内溶解 出来的方法。
原理:根据“相似相溶” 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。
Chapter 2
天然产物的提取分离和结构 鉴定
2021/3/10
1
教学目的与要求:
•了解天然产物化学的预实验与提取 •掌握天然产物化学成分提取分离的原理及方法 •掌握色谱分离方法 •了解天然产物化学结构的测定方法
2021/3/10
2
主要内容
❖ 一、天然产物化学成分的预实验与提取 ❖ 二、色谱分离分析方法 ❖ 三、结晶和重结晶 ❖ 四、天然产物化学成分的结构鉴定
2021/3/10
26
煎煮法
操作方法
将天然物原料 粗粉加水加热煮 沸,使其成分提 取出来的方法。
特点
此法简便,原料中大部 分成分被不同程度地提出, 但含挥发性成分及有效成分 遇热易破坏的原料不宜用此 法,对含有多糖类原料,煎 煮后,溶液比较粘稠,过滤 比较困难
2021/3/10
27
回流提取法:
应用有机溶剂加热提取,需采用回流加热装置,以免 溶剂挥发损失。小量操作时,可在圆底烧瓶上连接 回流冷凝器。溶剂浸过药材表面约1~2cm。在水浴 中加热回流,一般保持沸腾约1小时后放冷过滤,再 在药渣中加溶剂,作第二、三次加热回流分别约半 小时,或至基本提尽有效成分为止。此法提取效率
•极性最大的有机溶剂:甲醇
课天然产物结构修饰与改造演示文稿
➢ 多含手性中心。 Lovering F et al. J Med Chem, 2009, 52:752
➢ 对人体的顺应性:往往不受类药5原则的限制,如环孢素A,万古霉素等。Clardy J and Walsh C.
Nature, 2004, 432:829
➢ 结构优化的必要性:达到活性强度和选择性的标准,满足成药性要求。
第四页,共40页。
天然药物结构改造的要旨
➢ 根据天然产物的分子大小和复杂程度,采取不同的化学 处置方式。 1. 去除复杂天然产物多余原子:东西南北中或序贯剖 裂操作。中间体和简化物的活性与成药性。 2. 分子尺寸适中的作类似物的合成。
3. 尺寸小的天然产物可加入片段。
➢ 研究构效关系,提取药效团,实现骨架迁越,获得新结 构类型分子。
Jackson K L, Henderson J A, Phillips A J. The halichondrins and E7389 . Chem Rev, 2009,
109 :3044-3079
优化药效和药代:
钠
葡萄糖共转运蛋白抑制剂
➢ 钠葡萄糖共转运蛋白(SGLT2)对肾脏葡萄糖重吸收 起重要作用。
N
H3C
O
N
Cl
N
O
OH O
Elomotecan phase II, 罗氏
第十九页,共40页。
提高溶解度/生物利用度:青蒿素的结构修饰
过氧键必需,可还原内酯制成缩酮或半缩酮酯
CH3
CH3
O
H3C
O
O
O
H3C
O
O
O CH3
O
O O
H3C
CH3
青蒿素
蒿甲醚
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内容:
• 天然产物的概念 • 新药创制途径 • 天然产物结构修饰的内容
2
天然产物的概念
• 天然产物:即是指动物、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。主要包括蛋白质、氨基酸、核 酸、维生素、黄酮、糖苷类、萜类等天然 存在的化学成分。
为其可以使患者平均寿命延长超过2个月。
21
提高溶解度:
H3C
CH3
O OO
O
O
青蒿素
H3C CH3
CH3
O OO
O CH3
O H3C
蒿甲醚
152 - 157 C
86~90℃
22
抗疟药 青蒿素
CH3
O
H3C
O
O
O CH3
O
• 20世纪70年代我国科 技工作者发现了与以 往抗疟药结构完全不 同的倍半萜内酯-青蒿 素(artemisinin)
6
提高选择性作用:
石杉碱甲
• 我国科学家从中草药蛇 足石杉中分离得到的新 生物碱,经药理试验证 明它对乙酰胆碱酯酶有 高选择性抑制症(简称 AD)病人学习与记忆能力的丧失有直接的 关系。
• 对脑内AChE的抑制和提高ACh水平的作用 持续达6h
8
5-Cl-ovanillin
• 这一过程已经成为新药创制的重要途
径,而且已经取得了丰硕的成果。在
当代竞争激烈的药物研究中,天然产
物提供的分子多样性和生物活性具其
独特的性质,是创制新药不可替代的
源泉。
5
天然产物结构修饰的内容
提高选择性作用; 提高产率; 提高溶解度; 改善生物化学性质; 提高药理活性; 延长药物作用时间;
• 大约60%的世界人口依赖草药和天然药物 来治疗疾病,天然产物长期以来被认为是 有效治疗药物的重要来源。
3
39%
天然产物或衍自
天然产物
其他
61%
从1983~1994年间生产上市的520种新 药
20%
天然产物
80%
天然产物的 衍生物
上述图表39%天然产物或者衍生自天然产物
4
新药创制途径
• 以天然产物为先导化合物,结合结构 与生物活性关系和代谢研究进一步进 行结构修饰和类似物合成,以提高药 效和降低毒性,往往从一个有效的天 然先导化合物可以衍生出一系列新药。
等恶性肿瘤细胞也有
抑制作用
12
白桦脂酸目前的主要来源:
• 第一,从天然植物蒲桃树叶、白桦树皮、 酸枣仁中提取分离得到。这种方式消耗大 量溶剂,得率低,杂质不易分离,故很少 采用;
• 第二,以白桦脂醇为前体,通过有机合成 得到白桦脂酸。
• 第三,以白桦脂醇为前体,通过微生物转 化生成白桦脂酸。这种方式代表了未来植 物提取行业的新方向,但是目前还存在很 多技术难题未能解决
希普林
9
希普林的作用
• 实验结果说明希普林对体外大鼠乙酰胆碱 酯酶的选择性抑制作用大于石杉碱甲。
• 对多种来源的乙酰胆碱酯酶均有较强的抑 制作用。
• 希普林对乙酰胆碱酯酶的抑制作用是可逆 的。
• 改善记忆功能比石杉碱甲强1倍。 • 无染色体畸变作用。希普林致突变阴性,
对心血管和神经系统也几无影响。
26
• 对青蒿素进行人体内代谢转化研究,发现 疟疾病人口服青蒿素后体内代谢转化研究 结果证明大部分以原型药排出,提示其口 服吸收不好。
27
• 从尿中分离得到的代谢物均无抗疟活性, 说明是失活化代谢,经研究发现代谢物均 失去过氧基团。
氢化
所以稳定过氧 键,可望提高 疗效。
28
无抗疟活性
二氢青蒿素
1992年,Kishi 研究小组首次报道了化合 物 halichondrinB 的全合成,但却要经过 100多步反应。
17
• 构效关系研究表明 化合物的右半边分 子其主要作用。
18
关键步骤
通常是以ER-076349 为原 料经过甲磺化再氨解得到
艾日布林
19
CH3
CH3
H O
HHH
O
O
H
OH H O
10
提高产率1:
白桦脂醇
均为羽扇烷型三萜类化合物。 白桦脂酸
有消炎、抗病毒
抑制头发纤维中蛋白质溶解
改善受损头发光泽
促进头发生长等活性
11
(白桦脂酸结构式)
白桦脂酸的作用:
A、选择性地杀死人 类黑色素瘤细胞而不 杀伤健康细胞
B、对HIV-1型感染 有抑制作用
C、近期的研究表明
白桦脂酸对脑瘤、神
经外胚层瘤、白血病
15
Halicondrin B的作用
• 具有强烈抗肿瘤活性。 • 对接种 B16 黑色素瘤细胞及
P388 白血病的小鼠,能延长寿命 分别为 244%和236%
16
Halicondrin B的来源
1993年展开系统的海洋环境调查,确定了 该种海绵仅分布于不足5平方千米的海域范 围内,要获得足够的化合物进行临床研究 至少需要15吨海绵。
13
由白桦脂醇转化为白桦脂酸的过程
14
提高产率2:
CH3
CH3
H O
HHH
O
O
H
OH H O
OH
O
OO O
HHH
H
H
O H
HO
H
O H
CH3
O OO
CH3
OH
O
• 软海绵素B(Halicondrin B)。1985年,日本首 次报道从大田软海绵中分离得到。含60个碳的长 链聚醚大环顺式连接的船式吡喃环。
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青蒿素的作用
• 对氯喹敏感株和抗性株的恶性疟和间日疟 均有很好的效果
• 能快速独特地杀灭疟原虫早期配子体,并能 抑制各期配子体生长,对未成熟配子体可中 断其发育
• 开辟了抗疟药的新领域
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2020/1/16
25
修饰目的:
• 在水和油中几乎不溶解。 • 口服吸收不好。 • 难于制成合适的制剂。 • 口服复燃率高(28天复燃率为45.8%)
蒿甲醚
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蒿甲醚
• 油溶性极好,易制成油针剂。 • 28天复燃率为6.7%。 • 无明显毒副作用 • 无致突变,致癌、致畸作用。 • 临床验证共1088例疟疾病人,其中恶性
829例,间日疟259例,在恶性疟中有凶险 型脑型病44例,疗效100%。
30
• 治疗后测定肝、肾功能和心电图均未发现 明显毒副反应。
OH
O
OO O
HHH
H
H
O H
HO
H
O H
CH3
O OO
CH3
OH
O
Halicondrin B
H3C O H
H
OH
H2N
简化物艾日布林 (Eribulin )的 活性基本未变,将酯基用等排
O H
O
OO H
H
O H
OO CH3
O
艾日布林
体亚甲基酮替代。
20
• 延长了半衰期。 • 2010年FDA批准上市,治疗乳腺癌。 • 为晚期乳腺癌患者提供了更佳的选择,因