第一章总论天然药物化学.

1/82第一章总论（Generation）2/82基本内容•天然药物化学的概念、研究范围、研究目的与任务。•有效成分与无效成分的概念。•各类天然药物化学成分简介。•一次代谢产物与二次代谢产物的概念，主要的生物合成途径。•常用的提取分离方法。•天然产物结构研究方法。3/82基本要求•掌握常用的提取、分离方法。•熟悉天然药物化学的研究范围，各类化合物的生物合成途径。•了解NMR谱的应用。4/82本章内容•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5/82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。6/82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。•三.相关学科•1.植物化学（Phytochemistry）•2.中药化学（NaturalProductChemistry）•3.药物化学（MedicinalChemistry）：合成药物、药物的构效关系7/82《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。8/82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。9/82穿山甲为鲮鲤科动物鲮鲤的鳞片，处方名有炮山甲、醋山甲、炮甲珠或炒甲片等。其味咸，性微寒，入肝、胃二经。《本草纲目》中记载穿山甲“除痰疟寒热，风痹强直疼痛，通经络，下乳汁，消痈肿，排脓血，通窍杀虫。”10/82雄黄，为硫化物类矿物雄黄族雄黄，主含二硫化二砷。归肝，大肠经。有毒。解毒杀虫，燥湿祛痰，截疟。用于虫积腹痛，惊痫，疟疾，痈肿，疔疮，疥癣，蛇虫咬伤。常用量0.15～0.3克，入丸散用。外用适量，研末撒或调敷患处。11/82第一节绪论四基本概念1.有效成分:天然药物中具有一定的生物活性、能起到防治疾病作用的单体化合物。2.有效部位：为具有一定生物活性的多种单体化合物的混合物。如人参总皂苷、银杏总黄酮、灵芝多糖等。12/82本章内容•第一节概述•第二节各类天然药物化学成分简介•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13/82第二节各类成分简介一.化学成分分类1.生物碱类（Alkaloids)：含N原子，多呈碱性。2.糖和苷(SaccharidesandGlycosides):糖：单糖，低聚糖，多糖（淀粉、纤维素、甲壳素、果胶、树胶、粘液质）苷：糖+苷元：酸性黄酮香豆素蒽醌14/82三萜皂苷甾体皂苷强心苷3.挥发油皂苷OHOHCH2OCH3OHCHCH215/824.有机酸：含COOH,多以盐的形式存在。5.树脂：为组成复杂的混合物，多与挥发油、树胶、有机酸共存。如：安息香、乳香等。6.其它成分：(1)氨基酸、蛋白质。(2)鞣质：多元酚类化合物。(3)色素类：叶绿素、胡萝卜素等。(4)脂类:油脂（甘油与高级脂肪酸脱水形成的酯）、蜡（高级醇与高级脂肪酸脱水形成的酯）。(5)无机成分16/82本章内容•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17/82一基本概念•一次代谢产物：糖、蛋白质、脂质、核酸等对植物机体生命活动来说不可缺少的物质。•二次代谢产物：生物碱、萜、香豆素、黄酮、醌类等对维持植物生命活动不起重要作用，且并非在所有植物中都能产生。由一次代谢产物产生，常为有效成分。18/82二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。19/824.氨基酸途径（AminoAcidPathway）合成生物碱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。20/82本章内容•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21/82第四节提取分离方法一、提取法：1.溶剂提取法（solventextraction）原理：相似相溶理想溶剂（idealsolvents）：（1）对有效成分溶解度大；（2）对无效成分溶解度小；（3）与有效成分不起化学反应；（4）安全，成本低，易得。22/82常用提取溶剂乙酸乙酯、氯仿、乙醚、苯、石油醚亲水性有机溶剂甲醇、乙醇、丙酮、正丁醇亲脂性有机溶剂水大小小极性23/82第四节提取分离方法渗漉法装置图1)冷提：适用于受热不稳定的成分。浸渍(Maceration)渗漉（Percolation）优点：适用于热敏物质，操作简单缺点：提取效率低，溶剂用量大24/82第四节提取分离方法2)热提：煎煮法（Decoction）回流（Refluxing）连续回流（ContinuousRefluxing）回流提取法装置索氏提取器样品虹吸管滤纸套筒蒸汽上升管冷凝25/82第四节提取分离方法2.水蒸气蒸馏法（water-steamdistillation）提取具有挥发性，能随水蒸气蒸馏而不被破坏的成分，如挥发油。药材+水冷凝挥发油测定26/82第四节提取分离方法3.升华法（sublimation）用于具有升华性的成分提取，如某些小分子香豆素，蒽醌，樟脑等。升华法制备咖啡因装置图蒸发皿上盖上一张刺有小孔的圆滤纸，在上面罩上干燥的玻璃漏斗(漏斗颈部塞少许脱脂棉以减少咖啡因蒸气逸出)27/82第四节提取分离方法4.超临界流体提取法（supercriticalfluidextractionSFE)利用溶剂在超临界条件下特殊的流体性能对样品进行提取，为20世纪80年代迅速发展起来的一种提取方法。20世纪90年代用于天然药化的研究。超临界流体的密度与液体很接近，而它又具有气体扩散性能常用的临界流体有CO2、N2O、乙烷、丙烷等。如从烟草中提取尼古丁，从咖啡中提取咖啡因。28/82控温面板高压泵超临界CO2萃取实验装置示意图原料萃取柱玻璃珠脱脂棉超临界萃取实验装置与实验方法CO2钢瓶PCO2冷温槽恒温箱流量计接收瓶小试实验装置图实验装置－小试实验装置组分减压阀29/82•20世纪50年代初进入试验阶段，如从石油中脱沥青•70、80年代，SFE越来越多的用于食品、香料的提取•90年代，开始从植物药中提取成分，如蛇床子、茵陈蒿、桑白皮中提取成分。中小型SFE装置图30/82第四节提取分离方法5.超声提取法（ultrasonicwaveextraction)•超声波提取技术：是利用超声波产生的强烈的空化效应、机械振动、高的加速度、乳化、扩散、击碎和搅拌作用，增大物质分子运动频率和速度，增加溶剂穿透力，从而加速药物有效成分进入溶剂，促进提取的进行。31/82为物理过程，无化学反应，生物活性不减。高能量的超声波产生的强大压力造成植物细胞壁及生物体破裂，导致胞内物质的释放、扩散及溶解。实验室用小型超声仪超声提取法的特点和装置32/82第四节提取分离方法二分离方法1.根据溶解度差别进行分离1.1结晶法（纯化时常用）条件：合适的溶剂；浓度；温度1.2沉淀法：a溶剂沉淀法：改变极性，如水提醇沉法b酸碱沉淀法：改变pH，处理酸、碱、两性成分；c沉淀试剂：如铅盐沉淀法，酸性、酚性成分加中性PbAc2，形成沉淀。33/82第四节提取分离方法2根据物质在两相溶剂中的分配比不同进行分离2.1影响分离的因素①分离因子β，分配系数Kβ=KA/KBKAKB,K=CU/CL（CU,CL被分离物质在上相和下相中浓度）根据β值的大小可决定分离采用的方法:β≥100，简单的一次萃取，可基本分离.100β≥10，10-12次萃取，CCD法。β≤2，100次以上萃取，DCCC法。34/82第四节提取分离方法2.1影响分离的因素②pH值对于酸性、碱性、两性化合物，pH值可改变它们的存在状态（游离型和解离型），分配比受pH值的影响，因为HA达到99%解离时，pH=pKa+2HA达到99%游离时，pH=pKa-2HA+H2OA-+H3+OKa=[A-][H3+O][HA]pka=pH-log[A-]/[HA]pH=pKa+log[A-]/[HA]35/82第四节提取分离方法2.2酸碱性成分的分离—pH-梯度萃取法按酸碱性强弱不同分离酸性、碱性、中性物质，改变pH值使酸碱成分呈不同状态。2.3逆流分溶法、液滴逆流色谱、高速逆流色谱①逆流分溶法(CCD)：多次连续液-液萃取分离过程。特点：条件温和，样品易回收，适用于中等极性、不稳定物质的分离。36/82第四节提取分离方法②液滴逆流色谱(DCCC):一种液-液分配色谱，流动相呈液滴形式垂直上升或下降，通过固定相的液柱，实现物质的逆流色谱分离。特点：不易乳化，样品可定量回收，分离效果好，特别适合于分离皂苷等水溶性成分。缺点：样品处理量小。37/82第四节提取分离方法③高速逆流色谱（HSCCC）通过特定的高速行星式旋转所产生的离心力场作用，使无载体支持的固定相稳定地保留在蛇形管内，并使流动相单向、低速通过固定相，实现连续逆流萃取分离物质的目的。用于各种物质的分离，包括蛋白、酶、三萜、生物碱、皂苷等。38/82第四节提取分离方法2.4液-液分配柱色谱①正相色谱：固定相极性大，如水、缓冲液等；流动相极性小，如氯仿、乙酸乙酯等。•载体：硅胶（含水可达17%），硅藻土，纤维素等。•用途：分离极性大或水溶性成分，如苷类、糖、生物碱等。•洗脱顺序：极性小的物质先被洗脱出来。39/82第四节提取分离方法2.4液-液分配柱色谱②反相色谱：固定相极性小于流动相。如HPLC反相柱，反相板。固定相：硅胶硅醇基结合烷基，如RP-2，RP-8，RP-18。亲脂性：RP-18RP-8RP-2。流动相(洗脱剂)：MeOH-H2O，CH3CN-H2O洗脱顺序：分离极性大的成分，极性大者先洗脱下来。40/82实验室用高效液相色谱仪41/82第四节提取分离方法3根据物质的吸附性差别进行分离——吸附色谱法3.1吸附分类：物理吸附：无选择性的吸附，吸附－解析发生迅速。吸附剂如硅胶、氧化铝、活性炭等；化学吸附：不可逆性。如碱性氧化铝对酚酸性成分的吸附，硅胶对生物碱的吸附等。半化学吸附：聚酰胺对酚酸类、醌类的氢键吸附。42/82第四节提取分离方法•吸附原理：相似相吸•影响吸附过程的三要素：–吸附剂（固定相），–溶质（被分离物质），–溶剂（洗脱剂，展开剂，流动相）43/82第四节提取分离方法3.2硅胶、氧化铝：极性吸附剂：载样量大，吸附力强硅胶：应用最广，适用于各类成分分离氧化铝：有中性、酸性、碱性氧化铝。碱性氧化铝不适合于分离酸性成分，多用于分离生物碱。44/82第四节提取分离方法3.2硅胶、氧化铝：①被分离物质吸附力与结构的关系被分离物质极性大，吸附力强，Rf值小，洗脱难，后被洗脱下来。官能团极性大小排列顺序：-COOHAr-OHR-OHR-NH2,RNHR',RNR'RR-CO-NR'RRCHORCOR'RCOOR'ROR'RH45/82第四节提取分离方法3.2硅胶、氧化铝：②溶剂(洗脱剂)的极性与洗脱力的关系洗脱剂极性越大,洗脱力越强.46/823.2聚酰胺(Polyamide)是由己酰胺聚合成的一类高分子化合物。第四节提取分离方法聚酰胺吸附色谱分离原理吸附规律实际应用洗脱溶剂47/82聚酰胺吸附色谱法——分离原理CH2NCH2CH2CH2CH2CH2NCH2HOHOCH2NCH2CH2CH2CH2CH2NCH2OHOHOOOH醌酚羟基酸HOCO48/82聚酰胺吸附色谱法——吸附规律形成氢键的基团数目分子内氢键芳香化程度连糖数