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medicinalchemistryofnaturalproduct刘美凤[e-mail]“十一五”国家级规划教材“十一五”卫生部规划教材pandectIntroductionBiosynthesisMethodofextractionandisolationStructureresearchglossary天然药物化学Medicinalchemistryofnaturalproduct中药化学ChemistryoftraditionalChinesemedicine植物化学Phytochemistry生药学Pharmacognosy/pharmacognosticsreferencebook肖崇厚等中药化学上海：上海科学技术出版社，1997姚新生等天然药物化学北京：人民卫生出版社，2001徐任生等天然产物化学(第二版)北京：科学出版社，2004姚新生等有机化合物波谱解析北京：中国医药科技出版社，1997于德泉、杨峻山分析化学手册第七分册：核磁共振波谱分析北京：化学工业出版社，1999Introduction天然药物化学是一门运用现代化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药物的化学成分(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结构鉴定和生物合成途径等。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。研究对象是自然界的天然药物天然药物？天然药物中药(traditionalChinesemedicine)：依据中医学理论和临床经验应用于医疗保健的药物。包括中药材和中成药。草药(herbalmedicine)：指草医用以治病或地区性口碑相传的民间药，其中也有本草记载的药物。民族药(nationalmedicine)：中草药(chineseherbalmedicine)：生药(crudedrug)：一般指取自生物的药物，兼有生货原药之意。如采用药用植物的全草或部分、分泌物或渗出物或药用动物的全体或部分、分泌物经一定方式的简单加工而得，实际指中药材。在国外生药一般不包括矿物药，但我国包含有矿物药。天然药物(naturaldrug)：广义上讲，中药材、草药或生药都是得自自然界的天然药物。学习天然药化的目的和意义阐明天然药物的药效物质基础（有效成分）麻黄素：发汗平喘，甘草酸：调和诸药去粗取精，增强疗效淀粉、蛋白质、糖、树脂、叶绿素追踪有效成分探索中药治病原理控制质量，保证疗效改进剂型，合理炮制采集黄芩有浸、烫、煮、蒸等炮制方法改进结构，化学合成，创制新药？举例pandectIntroductionBiosynthesisMethodofextractionandisolationStructureresearch植物体内的物质（代谢）一次代谢过程：对维持植物生命活动来说是不可缺少的过程，且几乎存在于所有的绿色植物中。一次代谢产物：糖、蛋白质、脂质、核酸等这些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。二次代谢产物：生物碱、萜类、黄酮、苯丙素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。无效成分：没有生物活性和防病治病作用的化学成分。有效部位：在中药化学中，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。植物体内物质生物合成途径主要的生物合成途径醋酸-丙二酸途径（AA-MA）脂肪酸类、酚类、蒽酮类等由此途径生成，可共存同一植物甲戊二羟酸途径（MVA）萜类等桂皮酸及莽草酸途径苯丙素类、香豆素类、木质素类、木脂体、黄酮类等氨基酸途径：脱羧成胺，在经甲基化、氧化、还原、重排等生物碱类复合途径：两个以上的不同生物合成途径醋酸-丙二酸－－桂皮酸醋酸-丙二酸－－甲戊二羟酸途径氨基酸－－甲戊二羟酸途径氨基酸－－醋酸-丙二酸氨基酸－－桂皮酸pandectIntroductionBiosynthesisMethodofextractionandisolationStructureresearch有效成份的提取溶剂提取法:相似者相溶，被提取成分常见基团极性为酸＞酚＞醇＞胺＞醛＞酮＞酯＞醚＞烯＞烷。提取溶剂的极性（介电常数）为水(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)＞苯(C6H6)＞四氯化碳(CCl4)＞正己烷≈石油醚(Pet.et)浸渍法渗漉法煎煮法回流提取法连续回流提取法超临界流体萃取法（SFE）超声波提取法水蒸气蒸馏法升华法常见化学成分类型的极性极性较大化学成分类型：苷类、生物碱盐、糖类、蛋白质、氨基酸、鞣质、小分子有机酸、亲水性色素。极性小化学成分类型：游离生物碱、苷元、挥发油、树脂、脂肪、大分子有机酸、亲脂性色素。以上不是绝对的，具体成分要具体分析。比如，有的苷类化合物极性很小，有的苷元极性很大。THANKYOUSUCCESS2020/3/2115可编辑提取溶剂的选择提取溶剂的选择原则要对所提取成分溶解度大；对杂质溶解度小**要与所提取成分不起意外的化学变化要廉价、易得、安全提取溶剂水：为极性最大的溶剂，也最常用。可溶解苷类、生物碱盐、糖类、蛋白质、氨基酸、鞣质、小分子有机酸、有机酸盐、亲水性色素、无机盐。其中蛋白质不溶于热水。亲水性的有机溶剂：以乙醇最常用。乙醇的溶解性能比较好。亲水性的成分除蛋白质、粘液质、果胶、淀粉和部分多糖等外，大多能在乙醇中溶解。亲脂性的有机溶剂：这些溶剂的选择性能强，用于亲脂性成分的提取，如游离生物碱、苷元、挥发油等。有效成份的分离与精制根据物质溶解度差别进行分离(沉淀法)结晶和重结晶结晶用溶剂要对被结晶成分热时溶解度大、冷时溶解度小；对杂质或冷热时都溶解，或冷热时都不溶解。结晶用溶剂与被结晶成分不发生化学反应，沸点不宜太高温度低、时间长，结晶好水醇沉淀法水提浓缩液中加乙醇使含醇量达60%以上，使多糖、蛋白质沉淀醇提取浓缩液中加入10倍量以上水，可沉淀亲脂性成分皂苷乙醇浓缩液中加数倍乙醚或丙酮，使其沉淀析出得以纯化酸碱沉淀法酸提取碱沉淀：用于生物碱的提取分离碱提取酸沉淀：用于酚、酸类成分和内酯类成分的提取、分离某些试剂能选择性地沉淀某类成分，称为专属试剂沉淀法（铅）盐沉淀法根据物质在两相溶剂中的分配比不同进行分离根据物质的吸附性差别进行分离根据物质分子大小差别进行分离根据物质解离程度不同进行分离两相溶剂萃取法:分配比不同简单液－液萃取易发生乳化，破坏乳化的方法有：（1）热敷（2）将乳化层抽滤（3）长时间放置（24小时以上）pH梯度萃取以pH成梯度的酸水溶液依次萃取混合生物碱以pH成梯度的碱水溶液依次萃取混合酚、酸类逆流分溶法分离因子β50可借助PC计算β值，选择设计液－液萃取最佳方案液－液分配柱色谱：硅胶、硅藻土、纤维素粉等载体（多孔）正相分配色谱法中，流动相的极性小于固定相极性。常用的固定相有氰基与氨基键合相，主要用于分离极性及中等极性的分子型物质。反相分配色谱法中，流动相的极性大于固定相极性。常用的固定相有十八烷基硅烷（ODS）或C8键合相。流动相常用甲醇-水或乙腈-水。主要用于分离非极性及中等极性的各类分子型化合物。亲脂性：RP-18RP-8RP-2TLC:Rf值0.2-0.3可以确定柱色谱的最佳分离条件根据物质的吸附性差别进行分离物理吸附依靠被分离物质与吸附剂间的相互作用力无选择性，吸附与解吸过程可逆硅胶（100目，30－60倍量）、氧化铝、活性炭柱色谱化学吸附具有选择性，吸附十分牢固，有时甚至不可逆碱性氧化铝吸附黄酮、酚酸酸性硅胶吸附生物碱半化学吸附依靠氢键吸附，力量较弱，介于物理吸附和化学吸附之间聚酰胺吸附黄酮、醌、酚类;氢键数目越多，吸附力越强溶剂洗脱力：水甲醇丙酮NaOH溶液甲酰胺二甲基甲酰胺大孔吸附树脂是由于范德华力或氢键的结果，是吸附性和分子筛原理相结合的分离材料硅胶、氧化铝柱色谱过程吸附剂用量一般为样品的30-60倍，分离极性小的样品可提高至100-200倍量通常100目为宜，加压柱色谱可采用更细粒度尽可能选用极性小的溶剂装柱和溶解样品，利于样品在柱上形成狭窄的原始谱带洗脱溶剂的极性应逐步增加，跳跃不能太大，调节混合溶剂的极性，达到梯度洗脱分离物质的目的为避免发生化学吸附，酸性被分离物质宜用硅胶，碱性被分离物质宜用氧化铝进行分离TLC的Rf值0.2-0.3可以确定柱色谱的最佳分离条件大孔吸附树脂为苯乙烯，二乙烯苯或а-甲基丙烯酸酯型。其中苯乙烯、二乙烯苯型为非极性树脂，2-甲基丙烯酸酯型为中极性树脂。大孔吸附树脂的结构中包含了许多微观小球组成的网状孔穴结构。一般来说，大孔树脂的色谱行为具有反相的性质。被分离物质的极性大先流出色谱柱。大孔吸附树脂本身的多孔性，在一定条件下，化合物体积越大，吸附力越强。对非极性大孔树脂，洗脱剂极性越小，洗脱能力越强，对中极性大孔树脂及极性较大化合物，则极性较大溶剂洗脱力强一般上样后先用水（或酸、碱水）洗去杂质，然后用不同浓度的含水醇、甲醇、乙醇、丙酮等依次洗脱根据物质分子大小差别进行分离凝胶滤过色谱,排阻色谱载体为葡聚糖凝胶，在水不溶，但可膨胀成具有三维空间网状结构的球形颗粒大分子不能渗入凝胶颗粒内部，随溶剂在颗粒间隙移行，先流出柱按分子由大到小的顺序先后出柱，可用于分离分子量1000以下的化合物凝胶种类SephadexG-25：网孔越稀疏，吸水后膨胀越大SephadexLH-20：SephadexG-25羟丙基化，不仅可在水中应用，也可在极性有机溶剂或他们与水的混合溶剂中膨胀使用膜分离技术微滤100nm;超滤10－100nm;纳滤1－10nm;反渗透1nm解离程度不同进行分离：离子交换色谱离子交换反应的原理是树脂与被交换成分间同种电荷离子的等当量替代作用。以离子交换树脂为固定相，水或酸水、碱水为流动相，在流动相中的离子性物质与树脂进行交换而被吸附，再用适合溶剂将被交换成分从树脂上洗脱下来即可。中药中的碱性成分可用阳离子交换树脂交换,酚\酸性成分可用阴离子交换树脂交换,然后将交换后的树脂通过调整酸碱环境使吸附物游离,选择适当溶剂将吸附物溶解出即可。由于被交换的混合物成分的酸性或碱性不同而解离度不同，与同一离子交换树脂的交换能力不同而被分离。pandectIntroductionBiosynthesisMethodofextractionandisolationStructureresearch化合物结构研究步骤确定化合物的纯度TLC或PC展开，可见、UV或显色观察三种展开系统中均呈单一斑点正、反相色谱均呈单一斑点确定分子式并计算不饱和度元素分析配合分子量的测定HR-MS:精确到小数点后3位确定化合物结构MSIRUVNMROCDMSEI-MS(electronimpactionization):电子轰击法需加热气化电离，容易发生热分解或难于气化的化合物难以测定分子离子峰或难以测定FD-MS(fielddesorptionionization):场解析电离10kv高压电使试样电离，适合热不稳定、极性大、难挥发的化合物显示明显的[M＋H]+、[M＋Na]+、[M＋K]+FAB-MS(fastatombombardment):快原子轰击电离高速中性粒子碰撞试样使之电离除给出分子量及糖的碎片信息外，在低质量区