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天然药物化学复习（第五版）药学教研室赵子剑一、基本概念•天然药物化学；有效成分；有效部位；单体；有效部位群；一次代谢产物；二次代谢过程；正相色谱；反向色谱；苷化位移；苷类、苯丙素类、醌类、黄酮类、萜类、挥发油、生物碱的定义•天然药物化学：是一门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，研究内容包括各类天然产物的化学成分(主要是生理活性成分或药效成分)的结构类型，物理化学性质、提取分离方法，以及主要类型化学成分的鉴定和生物合成途径等。其目的是探索安全高效的天然产物及衍生的新化合物。为开发和创制新药奠定基础。•单体：即化合物。指具有一定分子量、分子式、理化常数和确定的化学结构式的化学物质。•有效成分：具有生物活性、能起防病治病作用的化学成分。•有效部位：在天然药物化学中，常将含有一种主要有效成分或一组结构相近的有效成分的提取分离部分，称为有效部位。如人参总皂苷、苦参总生物碱、银杏叶总黄酮等。•有效部位群：含有两类或两类以上有效部位的中药提取或分离部分。•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。•二次代谢过程：并非在所有的植物中都能发生，对维持植物生命活动来说又不起重要作用的过程。•正相色谱：固定相极性大于流动相极性，用于分离水溶性或极性较大的成分如生物碱、苷类、糖类、有机酸等•反相色谱：固定相极性小于流动相极性，用于分离脂溶性成分苷类又称配糖体(glycoside)，是由糖或糖的衍生物等与另一非糖物质通过其端基碳原子联接而成的化合物。•苷化位移：糖与醇（苷元）结合形成糖苷时，苷元的醇碳（“a碳”）和它的邻位碳（b碳）的化学位移值发生变化，糖的端基碳的化学位移也发生改变，但与糖苷键距离远的碳的化学位移值基本不发生变化。这样的化学位移值的改变称为苷化位移•苯丙素是天然存在的一类含有一个或几个C6-C3基团的酚性物质。常见的有苯丙烯、苯丙酸、香豆素、木脂素等•醌类化合物：是指分子内具有不饱和环二酮结构（醌式结构）或容易转变成这样结构的天然有机化合物。•黄酮：指两个苯环（A环与B环）通过中央三碳链相互联结而成的一系列化合物萜类：凡由甲戊二羟酸衍生、且分子式符合（C5H8)n通式的衍生物均称为萜类化合物。•挥发油：又称精油，是一类具有芳香气味的油状液体的总称。•生物碱：是含负氧态氮原子，存在于生物有机体中的环状化合物。二、天然药物化学成分生物合成途径•（一）乙酸-丙二酸（AA-MA）途径（脂肪酸类、酚类、醌类等）（二）甲戊二羟酸（MVA）途径（萜类、甾类）•(三)桂皮酸及莽草酸途径（C6-C3、C6-C1、C6-C3-C6）•(四)氨基酸途径（生物碱）•(五)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。三、化学成分的结构及分类•（一）糖及苷类•糖：单糖（五碳醛糖、六碳醛糖、六碳酮糖、甲基五碳糖、支碳链糖、氨基糖、去氧糖、糖醛酸）；低聚糖（寡糖）；多糖•（二）苯丙素类•苯丙酸•香豆素（简单、呋喃、吡喃、其他香豆素类）•木脂素（二苄基丁烷、二苄基丁内酯、芳基萘类、四氢呋喃、马并双四氢呋喃、联苯环辛烯类木脂素）；新木脂素；降木脂素，杂类木脂素•（三）醌类•苯醌；萘醌；菲醌；蒽醌•蒽醌（大黄素型、茜草素型）蒽酚蒽酮衍生物，二蒽酮类衍生物•（四）黄酮类（黄酮、黄酮醇、二氢黄酮、二氢黄酮醇、异黄酮、二氢异黄酮、查尔酮、二氢查尔酮、橙酮类、异橙酮类、高异黄酮类、花色素、黄烷-3-醇、黄烷-3、4-二醇等）•（五）萜类•单贴（链状、单环、双环、三环、罩酚酮、环烯醚萜等）•倍半萜；二萜；二倍半萜，三萜，四萜等•（六）三萜•四环三萜（达玛烷型、羊毛脂烷型、甘遂烷型、环阿屯烷型、葫芦烷型、楝烷型）302726252423222120191817161514131211109876543212928LanostanesHHH302726252423222120191817161514131211109876543212928TirucallanesHHH302726252423222120191817161514131211109876543212928CycloartanesHHHHHdammaraneHHHHCucurbitanes2829123456789101112131415161718192021222324252627308HHH9Meliacanes•五环三萜（齐墩果烷型(Oleananes）、乌苏烷型（Ursanes）、羽扇豆烷型（Lupanes）、木栓烷型（Friedelanes）Oleananes302928272625242322212019181716151413121110987654321HHHHHHHH123456789101112131415161718192021222324252627282930UrsanesLupanes3029282726252423222120191871HHHHHHH232425262728Friedelanes（七）甾体及其苷类强心苷（甲、乙型强心苷）ROHHOHOO2122232420ROHHOHOO232220甲型乙型•甾体皂苷（螺甾烷醇Spirostanols:C25为S构型、异螺甾烷醇Isospirostanols:C25为R构型、呋甾烷醇类furostanols:F环为开链式、变形螺甾烷醇类（pseudo-spirostanols）：F环四氢呋喃环)OOHO1013172220262527螺甾烷醇OOHO异螺甾烷醇25OHOOHOH252726呋甾烷醇OHOOCH2OH252627变形螺甾烷醇•（八）生物碱（有25种类型，常见氮杂环类生物碱基本母核类型：）NHNHNNHNNNH吡咯pyrrole四氢吡咯咪唑吡咯里西啶吲哚里西啶吲哚NNNNHHCH3NNNNNH蒎啶吡啶吡嗪莨菪烷喹喏里西啶嘌呤类NHNNNONN噻嗪类丫啶酮类喹啉异喹啉NN吗啡烷类苄基异喹啉原小檗碱型小檗碱型NN•黄酮类、蒽醌类、香豆素类、三萜类、生物碱类结构式为重点，应记住。•如：请写出三种类型黄酮、大黄素型蒽醌、二种类型香豆素、三种类型生物碱、二种类型三萜的母核结构四、天然药物化学成分在提取过程的状态及溶剂选择•溶剂选择的依据：“相似者相溶”•常见溶剂的极性：水(H2O)＞甲醇(MeOH)＞乙醇(EtOH)＞丙酮（Me2CO）＞正丁醇(n-BuOH)＞乙酸乙酯(EtOAc)＞乙醚(Et2O)＞氯仿(CHCl3)＞CH2Cl2＞苯（C6H6)＞四氯化碳(CCl4)＞正己烷≈石油醚水类还包括酸水、碱水；亲水性有机溶剂包括甲醇、乙醇、丙酮；•苷类：醇、水提（杀酶）•苷元：有机溶剂（利用酶）•苯丙素类：原形态（有机溶剂）；成盐（水、弱碱水提）•醌类：原形态（有机溶剂）；成盐（水、碱水提）•黄酮类：原形态（有机溶剂）；成盐（水、碱水提）•萜类：原形态（有机溶剂）；成苷（水提）•挥发油：有机溶剂、水蒸气蒸馏•三萜皂苷：中药有效成分，提苷（醇、水提）•甾体皂苷：提苷元酶解后有机溶剂提•生物碱：水或酸水（醇、酸水；碱化）-有机溶剂提•溶剂法的分类：浸渍法、渗漉法、煎煮法、回流提取法、连续回流提取法、超临界流体萃取、超声波提取技术等•特殊成分的提取：•水蒸气蒸馏法（挥发油等）•升华法（樟脑、咖啡因等）五、分离与精制•（一）根据物质溶解度差别进行分离1、利用温度不同引起溶解度的改变：•结晶法和重结晶•2、改变溶剂极性分离（醇/水法、水/醇法）•3、酸碱沉淀法•4、专属试剂沉淀法•（二）根据物质在两相中的分配比不同进行分离（萃取法、pH梯度萃取法、逆流分溶法、液-液萃取与纸色谱、液-液分配柱色谱、液滴逆流色谱、高速逆流色谱）•纸色谱中的固定相是什么？•（三）根据物质吸附性差别进行分离（硅胶、氧化铝柱色谱、活性炭、聚酰胺柱色谱、大孔吸附树脂等）•基团极性规律（P28表1-3）•溶剂的极性大小可据介电常数的大小判定P29表1-5•极性吸附剂（硅胶、氧化铝）特点：•1.对极性物质亲和力强，极性强的溶质优先吸附•2.溶剂极性弱，吸附剂对溶质表现出强的吸附力，溶剂极性增强，吸附剂对溶质的吸附力减弱•3.溶质被即使被硅胶、氧化铝吸附，但一旦加入极性较强的溶剂，又可被后者置换洗脱下来。•4.非极性吸附剂（如活性炭则相反）硅胶、氧化铝柱色谱：二者均为最常用的吸附剂。硅胶是一种中等极性的酸性吸附剂，适用于中性或酸性成分的层析。氧化铝有弱碱性，主要用于碱性或中性亲脂性成分的分离，如生物碱、甾体、萜类等成分；对于生物碱类的分离颇为理想。但是碱性氧化铝不宜用于醛、酮、酸、内酯等类型的化合物分离。请将化合物A、B与TLC中的1、2对应：NAcOHOAcOOHNAcOHOAcOOH.HClAB12SiO2GF254板CHCl3：MeOH＝95：5改良碘化铋钾试剂喷雾吸附柱色谱用于物质分离的注意事项•1.吸附剂的用量一般为试样量的30-60倍，试样极性小、难以分离者，可提高至100-200倍。吸附剂细的颗粒，分离效果好。•2.硅胶、氧化铝吸附柱色谱，应尽可能选用极性小的溶剂装柱和溶解试样，以利试样在吸附柱上形成狭窄的原始谱带。如试样在所选溶剂中不溶，可加极性较大溶剂溶解后，再用吸附剂吸收拌匀，60℃加热挥尽溶剂，干燥研粉后再上柱。•3.洗脱用溶剂的极性宜逐步增加，但跳跃不能太大。混合溶剂中强极性溶剂的影响较大，不可随意将记性差别很大的两种溶剂混合在一起使用。•4.为避免发生化学吸附，酸性物质宜用硅胶、碱性物质宜用氧化铝进行分离。分离酸性（碱性）物质时，洗脱溶剂中可加入适量乙酸（氨、吡啶、二乙胺），以防止拖尾、促进分离。•5.吸附柱色谱也可用加压方式进行，溶剂系统可通过TLC进行筛选，一般TLC的Rf为0.2-0.3时为柱色谱分离该组分的最佳溶剂系统•聚酰胺柱色谱：其与化合物间主要为氢键吸附。主要用于酚类、醌类如蒽醌类、黄酮类、鞣质类等成分的分离。•聚酰胺为高分子聚合物，不溶于水及常用有机溶剂，対碱稳定，对酸不稳定。•吸附原理：酰胺羰基与酚类、黄酮类化合物的酚羟基，酰胺键上游离胺基与醌类、脂肪羧酸上的羰基形成氢键缔合而产生吸附。•聚酰胺在含水溶剂中对一般化合物的吸附的规律：•1.化合物中能形成氢键的基团（酚羟基、羧基、羰基）多，吸附强；•2.能形成氢键的基团数目相同，处于对位和间位的吸附力强于邻位的。•3.芳香环和双键多，吸附力强洗脱规律：与吸附规律正好相反，即吸附能力越强，越难洗脱（薄层Rf越小）“双重色谱”原理——主要用于解释黄酮苷与苷元聚酰胺色谱现象正相色谱反相色谱聚酰胺：极性固定相（极性酰胺基团）非极性固定相（非极性脂肪链）洗脱剂：有机溶剂（氯仿-甲醇，极性小）含水溶剂（甲醇-水，极性大）先洗脱：游离黄酮（苷元，极性小）苷（极性大）（柱色谱分离）Rf值：苷元苷苷元苷（TLC色谱鉴别）***上述规律也适用于黄酮类化合物在聚酰胺薄层上的行为。下列化合物以聚酰胺柱层析分离，用含水醇（醇的浓度由低到高）洗脱，请排列洗脱顺序：OOOHOHOHOHOOOHOHOHOHOOOHOHOHOHOHOOOHOHOglcOHOHOOOHOHOHOHOglcrhaABCDE•大孔吸附树脂特性：•1.理化性质稳定，不容于酸、碱及有机溶剂。•2.对有机物选择性较好。•3.吸附速度快。•4.再生处理方便。吸附原理：（吸附性和分子筛性结合）•1.吸附性：大孔吸附树脂本身具有吸附性，是由范德华力或氢键吸附的结果。•2.分子筛性原理：是由大孔吸附树脂本身的多孔性所决定的。通过孔径的化合物根据分子量的大小的不同具有一定的选择性•用途：苷和糖类的分离、生物碱的精制、多糖、黄酮、三萜类化合物分离•（四）根据物质分子大小进行分离•1.膜分离【微滤（≥0.1um）、超滤（10-100nm）、纳滤（1-10nm）、反渗透