植物天然产物开发)
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OCOCH3 COOCH3
Cl CH3O
O O CH3 O
OH
N
CH3
Fra Baidu bibliotek
CH3
CH3
H
O
NO
HO H
CH3
OCH3
美登木碱 (Maytansine)
紫杉醇 (Taxol)
研究天然产物化学的意义
❖研究天然产物有助于人类从分子层面全面了解 和认识天然产物，从而通过人工培养或人工合 成的方式定向获得大批量的目标产物并造福人 类。
思考
❖海鲜+维生素C=砒霜?
三、天然产物研究的发展史
❖在19世纪以前，制药的手段比较原始。 ❖据国外文献记载，从天然药物中分离其中所
含的有机化学成分，始于1769年瑞典化学 家舍勒从酒石分离出酒石酸、苯甲酸 （1775）、乳酸（1785）、没食子酸 （1786）等有机酸类物质。
三、天然产物研究的发展史
二者的不同点
❖ 一次代谢过程对于各种生物来说，基本上是相同 的，其代谢产物广泛分布于生物体内 ；二次代谢 及其产物对于不同族、种的生物来说，常具有不 同的特征，而且二次代谢产物的体内分布具有局 限性，不像一次代谢产物那样分布广泛。
❖ 对于一次代谢及其产物的研究归属于生物化学的 领域，而对二次代谢及其产物的研究已扩展到天 然产物化学、化学生态学、植物分类学等学科。
❖3、越来越偏重于生物技术的研究
•植物细胞组织培养生产天然产物 •基因工程合成天然产物 •微生物和酶法生产天然产物 •天然产物的仿生合成
作业 ❖ 什么是一次代谢和二次代谢？二者有何不同？ ❖ 简述天然药物开发的发展趋势。
Thanks！
三、天然产物研究的发展史
❖ 20世纪50年代先后自印度萝芙木中获得降压活性 成分利血平，以及从降血糖药长春花中获得抗癌 活性成分长春花碱，成为两个很有价值的药物， 引起了各方的重视。
❖ 1960 年左右开始了 对海洋天 然产物的 研究 。如 ： 从被囊类动物中分离得到的具有细胞毒活性的吲 哚生物碱；从一些海绵中分离的具有抗白血病的 双吲哚物质。
大规模寻找和改造天然活性物质
N
CH3O
NH
H
N
H
H
OCH3
H
CH3OCO
) 利血平 (Reserpine
OCO OCH3
OCH3 OCH3
O CH3 N CH3
CH3O
长春碱 (Vinblastine) 长春新碱 (Vincristine)
OH N
C2H5
H COOCH3
N H
N H
RHO
C2H5
花生 (<<0.1%)
实例3
葡萄和葡萄酒 （<0.02%)
虎杖 (<0.3%)
桑葚(<<0.1%)
白藜芦醇
几个容易混淆的概念
❖ 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 目前我国药用植物总数，15000余种
参考书目
1、《天然药物化学》
吴立军 主编
人民卫生出版社 2004.4第四版
2、《天然产物化学》
刘湘 主编
化学工业出版社 2010.1第二版
3、《天然产物化学实验技术》 李炳奇 主编
化学工业出版社 2012.1第一版
第一章 绪 论
1．植物天然产物开发的研究内容 2．一次代谢和二次代谢 3. 植物天然产物开发的发展史 4. 植物天然产物开发的发展动向
三、天然产物研究的发展史
❖过去，一个天然化合物从天然药物中分离、 纯化、到确定结构、人工合成需要很长时间。
❖吗啡（morphine），1805年发现、1925年 提出正确结构，1952年人工合成，花了约 150年时间。而利血平（reserpine）从发现、 确定结构，到人工合成，只用了4年的时间 （1952-1956）。
大自然是一个天然药库
❖来自植物
如大黄、人参等
大自然是一个天然药库
❖来自动物
如牛黄、鹿茸、蟾酥、海马等
大自然是一个天然药库
❖来自人类 如紫河车（补气、养血、益精）
大自然是一个天然药库
❖来自矿物
如石膏、朱砂、雄黄等
其他实例
毒箭木
断肠草
夹竹桃
鸩
鹤顶红
鹤顶红,三氧化二砷，也 就是著名的砒霜。“鹤顶 红”不过是古时候对砒霜 的一个隐晦的说法而已。 砷进入人体后，会和蛋白 质的硫基结合，使蛋白质 变性失去活性。
三、天然产物研究的发展史
❖ 樟脑的记载在中国最早见于1711年洪遵著的《集验 方》一书，后由马可波罗传至西方。
❖《本草纲目》卷34下详尽记载了用升华法等制备、 纯化樟脑的过程。欧洲直至18世纪下半叶才提取 出了樟脑的纯品。
❖ 医药化学源于中国。
三、天然产物研究的发展史
❖ 从药 用 动 植物 中 提 取 活 性 成 分 则 始 于 19 世 纪 。 第 一个被提取的成分是吗啡碱（一种异喹啉生物）， 于1806年由法国化学家F·泽尔蒂纳自鸦片中提取。
CH3 N
罂粟
HO
O
OH
吗啡
三、天然产物研究的发展史
❖天然药物占临床使用药物的50% ❖来源于高等植物的约25%。 ❖天然产物药物疗效高，副作用小，天然产物
始终是医药行业中新药的主要来源之一。
三、天然产物研究的发展史
❖此后的数十年间发掘了大量民间药中的活性 成分，如土根碱、奎宁（1820）、辛可宁、 番木鳖碱、咖啡因、阿托品毛地黄强心苷、 毒毛旋花苷、蟾蜍等，以生物碱居多，都具 有显著的生理活性，可以代表其原生药，多 数至今仍用作药物。但当时只能利用分馏和 重结晶来纯化单体成分。
四、天然产物发展动向
❖1、研究方法和手段向高、新方向发展
吗啡（morphine）1803年发现－1925年结构确 认－1952年人工合成；（149年） 利血平（reserpine）1952年发现－1956年确认 结构、人工合成。（4年）
1852～1952年发现生物碱950个； 1952～1962年发现生物碱1107个； 1962～1972年发现生物碱3443个。
微量成分
复杂成分
蚕蛾醇（bombykol）50 万只蚕蛾得12mg
蜕皮激素（ecdyson） 500kg蚕蛹得到25mg
沙海葵毒素（palytoxin）分子量 2679，分子式C130H229N3O53，64 个不对称碳原子，1974年分离纯 品，1981年发表平面结构。
原因
❖ 其一是1930年前后，由于微量元素分析法的导入 ， 试料量降至毫克水平，推进了天然成分的分析工 作。
生物合成
二、天然产物的生物合成
一次代谢与二次代谢 一次代谢：植物、昆虫或微生物体内的生物细胞通过 光合作用、碳水化合物代谢和柠檬酸代谢，生成生物 体生存繁殖所必须的化合物，如糖类、氨基酸、脂肪 酸、核酸及其聚合衍生物（如多糖类、蛋白质、酯类、 DNA、RNA）等的代谢过程，这些化合物称为一次代 谢产物。 二次代谢：从某些一次代谢产物作为起始原料，通过 一系列特殊生物化学反应生成表面上看来似乎对生物 本身无用的化合物，如萜类、甾体、生物碱、多酚类 等，这些二次代谢产物就是人们熟知的天然产物。
❖ 中 药 Traditional Chinese Medicine ❖ 草 药 Herbal drug ❖ 民族药 Ethnic Medicine 蒙药 Mongolia Medicine
藏药 Tibetan Medicine 苗药 Miao drug
❖ 生 药 Crude drug
植物、动物、 海洋生物、微生物
❖ 但古代中国早在这之前就有了明确的记载。 ❖ 明代李 延 的 《医 学 入门 》（ 1575 ）中记载了用 发
酵法从五倍子中得到没食子酸的过程。书中谓 “五倍子粗粉，并矾、曲和匀，如作酒曲样，入 瓷器遮不见风，侯生白取出。” ❖ 《本草纲目》（1596）卷39中则有“看药上长起 长霜，则药已成矣”的记载。这里的“生白”、 “长霜”均为没食子酸生成之意，是世界上最早 制得的有机酸，比舍勒的发明早了二百年。
一、 研究内容
广义地讲，自然界的所有物质都称为天然产物。 在化学学科内，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。
在陆生植物体内的主要成分就有：生物碱、萜类、甾体、苷类、 黄酮类、蒽醌类、糖类、蛋白质、脂类等等。
morphine
提取分离: 1803-1806 提出结构: 1925 合成证实: 1952
CH3O
N N
H H
H
Reserpine
H
OCH3
CH3OCO
OCO
OCH3
OCH3 OCH3
发
现
确 定 结构
人工合成证实
1952-1956
三、天然产物研究的发展史
❖20世纪80年代以来，由于分子生物技术的迅 猛发展，为有效成分的提取和功能研究提供 了新方法。如细胞培养、转基因器官培养和 反义技术等。
中
草
药
药
天
然
中草药
药 物
天然产物
学科
植物天然产物开发：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。
提取分离
用途
结构功能
二次代谢产物
化学合成与修饰
研究天然产物化学的意义
❖这些目标产物可能是药物，用于帮助人类与 疾病作斗争，保障人类的健康，提高人类的 生存质量；也可能是有特种功能的物质，对 人类生活提供方便，也为我们更好地认识自 然和利用自然，提供了一个渠道。
研究天然产物化学的意义
❖21世纪的今天，人们已经充分认识到天然产 物及其改性产物所具有的独特性质与功效是 人类社会可持续发展的根本保证。
❖ 其二是1960年代前后，各种层析方法的兴起，使 微量天然新成分的分离纯化简便易行。同时红外 光谱、核磁共振、质谱等新技术问世，结构研究 工作趋向微量，快速和准确。新技术的兴起使研 究天然产物化学成分的周期大大缩短。
❖2、偏重资源开发的实用化
• 研究热点向微量、水溶性、大分子成分转变 • 由单纯化学研究向生物活性成分研究转变 • 由单味中药研究向复方中药研究转变
天然药物化学的发展有两个转折点
❖ 其一是1930年前后，由于微量元素分析法的导入 ， 试料量降至毫克水平，推进了天然成分的分析工 作。
❖ 其二是1960年代前后，各种层析方法的兴起，使 微量天然新成分的分离纯化简便易行。同时红外 光谱、核磁共振、质谱等新技术问世，结构研究 工作趋向微量，快速和准确。新技术的兴起使研 究天然产物化学成分的周期大大缩短。
实例1
金鸡纳
奎宁
实例2
鸦片
吗啡
毒品
❖ 从毒品的来源看，可分为天然毒品、半合成毒品 和合成毒品三大类。天然毒品是直接从毒品原植 物中提取的毒品，如鸦片。半合成毒品是由天然 毒品与化学物质合成而得，如海洛因。合成毒品 是完全用有机合成的方法制造，如冰毒。
❖ 从毒品对人中枢神经的作用看，可分为抑制剂、 兴奋剂和致幻剂等。抑制剂能抑制中枢神经系统， 具有镇静和放松作用，如鸦片类。兴奋剂能刺激 中枢神经系统，使人产生兴奋，如苯丙胺类。致 幻剂能使人产生幻觉，导致自我歪曲和思维分裂， 如麦司卡林。
Cl CH3O
O O CH3 O
OH
N
CH3
Fra Baidu bibliotek
CH3
CH3
H
O
NO
HO H
CH3
OCH3
美登木碱 (Maytansine)
紫杉醇 (Taxol)
研究天然产物化学的意义
❖研究天然产物有助于人类从分子层面全面了解 和认识天然产物，从而通过人工培养或人工合 成的方式定向获得大批量的目标产物并造福人 类。
思考
❖海鲜+维生素C=砒霜?
三、天然产物研究的发展史
❖在19世纪以前，制药的手段比较原始。 ❖据国外文献记载，从天然药物中分离其中所
含的有机化学成分，始于1769年瑞典化学 家舍勒从酒石分离出酒石酸、苯甲酸 （1775）、乳酸（1785）、没食子酸 （1786）等有机酸类物质。
三、天然产物研究的发展史
二者的不同点
❖ 一次代谢过程对于各种生物来说，基本上是相同 的，其代谢产物广泛分布于生物体内 ；二次代谢 及其产物对于不同族、种的生物来说，常具有不 同的特征，而且二次代谢产物的体内分布具有局 限性，不像一次代谢产物那样分布广泛。
❖ 对于一次代谢及其产物的研究归属于生物化学的 领域，而对二次代谢及其产物的研究已扩展到天 然产物化学、化学生态学、植物分类学等学科。
❖3、越来越偏重于生物技术的研究
•植物细胞组织培养生产天然产物 •基因工程合成天然产物 •微生物和酶法生产天然产物 •天然产物的仿生合成
作业 ❖ 什么是一次代谢和二次代谢？二者有何不同？ ❖ 简述天然药物开发的发展趋势。
Thanks！
三、天然产物研究的发展史
❖ 20世纪50年代先后自印度萝芙木中获得降压活性 成分利血平，以及从降血糖药长春花中获得抗癌 活性成分长春花碱，成为两个很有价值的药物， 引起了各方的重视。
❖ 1960 年左右开始了 对海洋天 然产物的 研究 。如 ： 从被囊类动物中分离得到的具有细胞毒活性的吲 哚生物碱；从一些海绵中分离的具有抗白血病的 双吲哚物质。
大规模寻找和改造天然活性物质
N
CH3O
NH
H
N
H
H
OCH3
H
CH3OCO
) 利血平 (Reserpine
OCO OCH3
OCH3 OCH3
O CH3 N CH3
CH3O
长春碱 (Vinblastine) 长春新碱 (Vincristine)
OH N
C2H5
H COOCH3
N H
N H
RHO
C2H5
花生 (<<0.1%)
实例3
葡萄和葡萄酒 （<0.02%)
虎杖 (<0.3%)
桑葚(<<0.1%)
白藜芦醇
几个容易混淆的概念
❖ 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 目前我国药用植物总数，15000余种
参考书目
1、《天然药物化学》
吴立军 主编
人民卫生出版社 2004.4第四版
2、《天然产物化学》
刘湘 主编
化学工业出版社 2010.1第二版
3、《天然产物化学实验技术》 李炳奇 主编
化学工业出版社 2012.1第一版
第一章 绪 论
1．植物天然产物开发的研究内容 2．一次代谢和二次代谢 3. 植物天然产物开发的发展史 4. 植物天然产物开发的发展动向
三、天然产物研究的发展史
❖过去，一个天然化合物从天然药物中分离、 纯化、到确定结构、人工合成需要很长时间。
❖吗啡（morphine），1805年发现、1925年 提出正确结构，1952年人工合成，花了约 150年时间。而利血平（reserpine）从发现、 确定结构，到人工合成，只用了4年的时间 （1952-1956）。
大自然是一个天然药库
❖来自植物
如大黄、人参等
大自然是一个天然药库
❖来自动物
如牛黄、鹿茸、蟾酥、海马等
大自然是一个天然药库
❖来自人类 如紫河车（补气、养血、益精）
大自然是一个天然药库
❖来自矿物
如石膏、朱砂、雄黄等
其他实例
毒箭木
断肠草
夹竹桃
鸩
鹤顶红
鹤顶红,三氧化二砷，也 就是著名的砒霜。“鹤顶 红”不过是古时候对砒霜 的一个隐晦的说法而已。 砷进入人体后，会和蛋白 质的硫基结合，使蛋白质 变性失去活性。
三、天然产物研究的发展史
❖ 樟脑的记载在中国最早见于1711年洪遵著的《集验 方》一书，后由马可波罗传至西方。
❖《本草纲目》卷34下详尽记载了用升华法等制备、 纯化樟脑的过程。欧洲直至18世纪下半叶才提取 出了樟脑的纯品。
❖ 医药化学源于中国。
三、天然产物研究的发展史
❖ 从药 用 动 植物 中 提 取 活 性 成 分 则 始 于 19 世 纪 。 第 一个被提取的成分是吗啡碱（一种异喹啉生物）， 于1806年由法国化学家F·泽尔蒂纳自鸦片中提取。
CH3 N
罂粟
HO
O
OH
吗啡
三、天然产物研究的发展史
❖天然药物占临床使用药物的50% ❖来源于高等植物的约25%。 ❖天然产物药物疗效高，副作用小，天然产物
始终是医药行业中新药的主要来源之一。
三、天然产物研究的发展史
❖此后的数十年间发掘了大量民间药中的活性 成分，如土根碱、奎宁（1820）、辛可宁、 番木鳖碱、咖啡因、阿托品毛地黄强心苷、 毒毛旋花苷、蟾蜍等，以生物碱居多，都具 有显著的生理活性，可以代表其原生药，多 数至今仍用作药物。但当时只能利用分馏和 重结晶来纯化单体成分。
四、天然产物发展动向
❖1、研究方法和手段向高、新方向发展
吗啡（morphine）1803年发现－1925年结构确 认－1952年人工合成；（149年） 利血平（reserpine）1952年发现－1956年确认 结构、人工合成。（4年）
1852～1952年发现生物碱950个； 1952～1962年发现生物碱1107个； 1962～1972年发现生物碱3443个。
微量成分
复杂成分
蚕蛾醇（bombykol）50 万只蚕蛾得12mg
蜕皮激素（ecdyson） 500kg蚕蛹得到25mg
沙海葵毒素（palytoxin）分子量 2679，分子式C130H229N3O53，64 个不对称碳原子，1974年分离纯 品，1981年发表平面结构。
原因
❖ 其一是1930年前后，由于微量元素分析法的导入 ， 试料量降至毫克水平，推进了天然成分的分析工 作。
生物合成
二、天然产物的生物合成
一次代谢与二次代谢 一次代谢：植物、昆虫或微生物体内的生物细胞通过 光合作用、碳水化合物代谢和柠檬酸代谢，生成生物 体生存繁殖所必须的化合物，如糖类、氨基酸、脂肪 酸、核酸及其聚合衍生物（如多糖类、蛋白质、酯类、 DNA、RNA）等的代谢过程，这些化合物称为一次代 谢产物。 二次代谢：从某些一次代谢产物作为起始原料，通过 一系列特殊生物化学反应生成表面上看来似乎对生物 本身无用的化合物，如萜类、甾体、生物碱、多酚类 等，这些二次代谢产物就是人们熟知的天然产物。
❖ 中 药 Traditional Chinese Medicine ❖ 草 药 Herbal drug ❖ 民族药 Ethnic Medicine 蒙药 Mongolia Medicine
藏药 Tibetan Medicine 苗药 Miao drug
❖ 生 药 Crude drug
植物、动物、 海洋生物、微生物
❖ 但古代中国早在这之前就有了明确的记载。 ❖ 明代李 延 的 《医 学 入门 》（ 1575 ）中记载了用 发
酵法从五倍子中得到没食子酸的过程。书中谓 “五倍子粗粉，并矾、曲和匀，如作酒曲样，入 瓷器遮不见风，侯生白取出。” ❖ 《本草纲目》（1596）卷39中则有“看药上长起 长霜，则药已成矣”的记载。这里的“生白”、 “长霜”均为没食子酸生成之意，是世界上最早 制得的有机酸，比舍勒的发明早了二百年。
一、 研究内容
广义地讲，自然界的所有物质都称为天然产物。 在化学学科内，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。
在陆生植物体内的主要成分就有：生物碱、萜类、甾体、苷类、 黄酮类、蒽醌类、糖类、蛋白质、脂类等等。
morphine
提取分离: 1803-1806 提出结构: 1925 合成证实: 1952
CH3O
N N
H H
H
Reserpine
H
OCH3
CH3OCO
OCO
OCH3
OCH3 OCH3
发
现
确 定 结构
人工合成证实
1952-1956
三、天然产物研究的发展史
❖20世纪80年代以来，由于分子生物技术的迅 猛发展，为有效成分的提取和功能研究提供 了新方法。如细胞培养、转基因器官培养和 反义技术等。
中
草
药
药
天
然
中草药
药 物
天然产物
学科
植物天然产物开发：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。
提取分离
用途
结构功能
二次代谢产物
化学合成与修饰
研究天然产物化学的意义
❖这些目标产物可能是药物，用于帮助人类与 疾病作斗争，保障人类的健康，提高人类的 生存质量；也可能是有特种功能的物质，对 人类生活提供方便，也为我们更好地认识自 然和利用自然，提供了一个渠道。
研究天然产物化学的意义
❖21世纪的今天，人们已经充分认识到天然产 物及其改性产物所具有的独特性质与功效是 人类社会可持续发展的根本保证。
❖ 其二是1960年代前后，各种层析方法的兴起，使 微量天然新成分的分离纯化简便易行。同时红外 光谱、核磁共振、质谱等新技术问世，结构研究 工作趋向微量，快速和准确。新技术的兴起使研 究天然产物化学成分的周期大大缩短。
❖2、偏重资源开发的实用化
• 研究热点向微量、水溶性、大分子成分转变 • 由单纯化学研究向生物活性成分研究转变 • 由单味中药研究向复方中药研究转变
天然药物化学的发展有两个转折点
❖ 其一是1930年前后，由于微量元素分析法的导入 ， 试料量降至毫克水平，推进了天然成分的分析工 作。
❖ 其二是1960年代前后，各种层析方法的兴起，使 微量天然新成分的分离纯化简便易行。同时红外 光谱、核磁共振、质谱等新技术问世，结构研究 工作趋向微量，快速和准确。新技术的兴起使研 究天然产物化学成分的周期大大缩短。
实例1
金鸡纳
奎宁
实例2
鸦片
吗啡
毒品
❖ 从毒品的来源看，可分为天然毒品、半合成毒品 和合成毒品三大类。天然毒品是直接从毒品原植 物中提取的毒品，如鸦片。半合成毒品是由天然 毒品与化学物质合成而得，如海洛因。合成毒品 是完全用有机合成的方法制造，如冰毒。
❖ 从毒品对人中枢神经的作用看，可分为抑制剂、 兴奋剂和致幻剂等。抑制剂能抑制中枢神经系统， 具有镇静和放松作用，如鸦片类。兴奋剂能刺激 中枢神经系统，使人产生兴奋，如苯丙胺类。致 幻剂能使人产生幻觉，导致自我歪曲和思维分裂， 如麦司卡林。