第1章 天然药物化学课件.ppt

天然药物化学,Nature Medicinal chemistry,第一章 绪论,1、说出天然药物化学的含义及研究内容 2、描述学习天然药物化学的目的和意3、了解天然药物化学的发展概况 4、明确有效成分和无效成分的概念5、描述天然药物化学成分的类型 6、掌握天然药物化学成分的溶解情况,学习目标：,导学情景,情景描述 小丽是一名中专生，学的是药剂专业，放暑假了，她到表姐工作的药店见习。一天，一位顾客走进店里，说要购买黄连素，而表姐拿了盐酸小檗碱给她。小丽问表姐这是为什么？表姐告诉小丽，人们常说的黄连素通用名就叫盐酸小檗碱，小檗碱是黄连素治病的活性成分。小丽听了还是不明白。学前导语小丽要想完全解开这些疑问，就必须学习天然药物化学这门课程。本章概论将为你打开学习天然药物化学知识的大门。,一、天然药物化学基础课程的性质：,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的一门学科。,定义：,起源：本学科始兴于十九世纪初我国从二十世纪50年代开始研究，称之为“中药化学”。,第一节 概论,天然药物的来源,（如土鳖虫、斑蝥等）12.3%,天然药物是指动物、植物、和矿物等自然界中存在的有药理活性的天然产物。,研究天然药物中各类化学成分的：,研究内容：,结构特点,物理化学性质,提取、分离、检识方法,主要类型化学成分的结构鉴定,天然药物是在中医药理论指导下认识和使用的，所以又经常被称为中药或中草药。大多来自于植物、动物、矿物和微生物，并以植物来源为主，种类繁多 神农本草经载药365种（公元前221年）。本草纲目载药1892种（1596年）。本草纲目拾遗 载药2608种（1765年）。据19831984年全国中药资源普查结果，我国天然中草药有12807种，其中植物药11146种(占87%)，动物药1581种(占12.3%)，矿物药80种。,在我国，明代医学入门(公元1575年）中就有用发酵法从五倍子中得到没食子酸的记载。1769年舍勒从酒石当中分离制得酒石酸。1711年由洪遵所著集验方记载樟脑的制备，本草纲目详细升华法制备记录，而西方世纪下半叶才提出纯品。1805年德国人塞图尔从鸦片中分离得到吗啡。,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，从长春花中获得抗癌活性 成分长春花碱。70年代：美登木抗癌成分美登木碱90年代：紫杉醇,研究对象：本学科主要学习和研究天然药物、特别是植物来源天然药物的化学成分。关于天然药物化学成分的复杂性：天然药物中的化学成分是十分复杂的。某一种天然药物可能含有几种类型的成分，而每一个类型又可能含有少则几种、多则十几种、几十种化学成分。一种天然药物如此，复方天然药物就更复杂了。,由于生源途径的关系，一种天然药物中往往存在母核相同、取代基不同的同一类型成分，也有不同类型的成分。例如，天然药物人参中就含有20余种三萜皂苷类成分，其都有相同或类似的母体，同时人参中又有黄酮类、多糖及挥发油等类成分。天然药物中成分的复杂性及多种天然药物的配伍应用，即构成了天然药物功效的多样性,是天然药物常具有多方面功效或多种药理作用的物质基础。,举例：大黄中的5种蒽醌苷元成分：苷元名称 R1 R2 大黄酸-COOH H 大黄素-CH3-OH 芦荟大黄素-CH2OH H 大黄素甲醚-CH3-OCH3 大黄酚-CH3 H,1.有效成分：,通常把具有一定生理活性，具有治疗作用，可以用分子式和结构式表示，并具有一定的物理常数（如熔点、沸点、旋光度、溶解度等）的单体化合物，成为有效成分或活性成分,*有效成分是天然药物具有药效的物质基础,一、有效成分与有效部位,常用概念,例如：,麻黄：发汗散寒、宣肺平喘、利水消肿,黄连：抗菌,2.有效部分：,尚未分离提纯为单体化合物的有效成分的混合体。,如人参总皂苷、银杏总黄酮等。,3.无效成分：,与有效成分共存的其他成分。（杂质）,如普通的蛋白质、碳水化合物、油脂、树脂及叶绿素等。,有效成分具有：,多样性,可开发性,相对性,一种天然药物中含有多种有效成分、故可有多种临床用途。,随着科技进步，一些原本被认为是无效成分的化合物得到开发利用，成为有效成分。如氨基酸、蛋白质、多糖等。,猪苓,天花粉,使君子,可开发性,有效成分和无效成分的划分是相对的，不是绝对的。应根据临床用途决定取舍。,相对性,二、天然药物化学发展历史沿革和现状,大体分为以下3个阶段：1.原始和萌芽阶段（18世纪末）2.学科真正形成阶段（19世纪）3.学科迅速发展时期（20世纪）,1.原始和萌芽阶段（18世纪末）,天然药物识别、使用经验巫术、迷信色彩文明的进步对疾病、天然药物的认识趋于客观 231341，晋，葛洪，抱卜子 1575，明，李，医学入门，没食子酸 1711,清，洪遵，集验方，樟脑 1769-1786，舍勒，酒石酸、苯甲酸、乳酸、苹果酸、没食子酸,2.学科真正形成阶段（19世纪）,特点一：以化学成分的发现和分离为主 1806，阿片吗啡（morphine）1820，金鸡纳树皮奎宁(quinine)1828,烟草烟碱（nicotine）1885，麻黄麻黄碱（ephedrine）吐根碱、士的宁、小檗碱，阿托品、可卡因等,特点二：结构鉴定以化学方法为主 氧化、还原等降解反应推导结构 碎片合成、全合成证明结构,特点三：生源合成途径、本质的揭示 生源前体的识别：萜类MVA 生物碱-Aa 生源合成本质的揭示：生物细胞内多步酶促反应 有机反应理论来解释机制 生物合成物质用于结构确定,3学科迅速发展时期（20世纪）,特点一：色谱技术用于天然化合物的分离和纯化 1906，俄，Tsweet，碳酸钙为吸附剂，石油醚为洗脱剂，1931，德，Kuhn and Lederer，氧化铝、碳酸钙为吸附剂，1940，提出了液液色谱法，如逆流分配 1952，James and Martin，提出气液色谱理论 20世纪60年代，高效液相色谱出现,天然化合物的分离向高效、快速、微量发展,特点二:波谱技术用于天然化合物的结构鉴定 IR：1944，Pekin-Elmer公司，第一台红外光谱仪 MS：20世纪，质谱仪 EI、CI，FD，FAB，ESI，MALDI ESI-TOF，MALDI-TOF NMR：1953，30MHZ的连续波核磁共振仪 70年代，脉冲傅立叶变换核磁共振仪 1D NMR2D NMR 3060100300MHz 400500600800900MHz UV，X-ray，ORD，CD等,特点三：研究深度、广度、速度发生了革命性的变化 深度、广度：机体内源活性物质 微量、水溶性、不稳定、大分子 速度：吗啡1804-1925 利血平1952-1956 生物碱：1952前100年，95个 1952-1962，1107个 1962-1972，3443个,特点四:生物活性测试普遍开展 单纯的化合物分离活性跟踪分离 小规模测试高通量筛选 HTS high throungput screening,（一）研制开发新药、扩大药源 从亲缘科属植物甚至从其他科属植物中寻找同一有效成分。小檗碱,（抗菌消炎）,芸香科黄柏,防己科古三龙,毛茛科黄连,小檗属三颗针,三、研究天然药物化学的作用,（二）阐明天然药物的药效物质基础，探索天然药物防治疾病的原理 通过对天然药物进行有效成分的研究，不仅可以阐明天然药物产生功效的究竟为何物质，也为探索天然药物防治疾病的原理提供了前提和物质基础。如，现代研究证明，麻黄中的挥发油成分-松油醇是其发汗散寒的有效成分；其平喘的有效成分是麻黄碱和去甲麻黄碱；而利水的有效成分则是伪麻黄碱。华陀用“麻沸散”作麻醉剂（其主要成分为：茛菪碱）,（三）控制天然药物及其制剂的质量（有效成分定性、定量分析）,品种、产地、采收、贮藏、加工等同名异物、同物异名现象测定中草物制剂中有效成分的含量,影响中草药质量的因素：,银黄注射液：金银花（绿原酸）黄芩（黄芩苷）,高效液相色谱法,（四）改进药物制剂剂型，提高药物质量和临床疗效 为了研制开发出高效、优质、安全、稳定的“三效”（高效、速效、长效）、“三小”（剂量小、毒性小、副作用小）、“三便”（贮存、携带、服用方便）的新型天然药物，天然药物化学在天然药物制剂的研制中，起着十分重要的作用。,（五）为中药炮制提供现代科学依据炮制：可使天然药物中的化学成分发生变化，以达到提高疗效、降低毒性的目的。乌头：用蒸、煮等方法进行炮制，使乌头碱等化合物的酯键 水解，生成毒性较低的化合物如乌头原碱。,乌头碱剧毒,（防病治病主要物质基础）,四、天然药物中的部分化学成分类型,（一）生物碱：为一类存在于生物体内分子中含有氮原子的有机化合物的总称；一般具有碱性，可与酸成盐。游离生物碱具亲脂性；生物碱盐具亲水性。,生物碱类中药,（二）黄酮类化合物 黄酮类化合物是泛指两个苯环通过三碳相互连接而成的一系列化合物。,1、游离黄酮类难溶或不溶于水，易溶于亲水性和亲脂性有机溶剂2、黄酮苷类易溶于热水和亲水性有机溶剂，难溶或不溶于亲脂性有机溶剂。,（三）蒽醌类化合物：醌类化合物指具有不饱和环己二酮结构的一系列化合物；,不饱和环己二酮,游离蒽醌类苷元：极性小，溶于乙醇、乙醚、苯、氯仿等有机溶剂，难溶于水。蒽醌苷类：和糖结合成苷后，极性增大，易溶于甲醇、乙醇，溶于热水，不溶于乙醚、苯、氯仿。,（四）香豆素和木脂素类 香豆素类化合物是一类具有苯骈-吡喃酮母核的天然产物的总称，从结构上看，是顺式邻羟桂皮酸脱水而成的内酯类化合物，具芳香甜味。,游离香豆素为亲脂性化合物，不溶于冷水，可溶于沸水，易溶于甲醇、乙醇、丙酮、氯仿、乙醚、苯等有机溶剂。香豆素苷能溶于水、甲醇、乙醇，而难溶于氯仿、乙醚、苯等极性较小的有机溶剂。,木脂素是一类由两分子苯丙素衍生物聚合而成的天然化合物。少数为三聚物(倍半木脂素)和四聚物。大多呈游离状态，少数与糖结合成苷而存在于植物的木部和树脂中，故称之木脂素。游离木脂素-亲脂性 木脂素苷-水溶性增大，并易被酶或酸水解 具酚羟基木脂素-可溶于碱水中。,（五）萜类和挥发油 萜类化合物是一大类天然化合物，由二个或二个以上异戊二烯单元通过不同方式聚合而成，一般符合（C5H8）n通式 根据组成单元异戊二烯基的多少（n）不同，可将萜类分成单萜、倍半萜、二萜、三萜等。,挥发油又称精油是存在于植物体内的一类有挥发性的多组分油状液体，可随水蒸气蒸馏,大多数具有显著生理活性和芳香气味。,（六）强心苷：是存在于植物体中的具有强心作用的一类甾体苷类化合物。强心苷：可溶于水、丙酮、醇类等极性溶剂，不溶于乙醚、苯、石油醚等亲脂性溶剂；强心苷元：难溶于水，易溶于氯仿、乙醚、苯等亲脂性有机溶剂。亲水性：原生苷次生苷苷元,（七）皂苷：皂苷（Saponins）是一类结构复杂的苷类化合物,多数可溶于水，水溶液振摇后产生大量持久性、似肥皂样泡沫。,皂苷：可溶于水，易溶于热水，稀醇、热甲（乙）醇，含水正丁醇或戊醇。不溶或难溶于低极性有机溶剂,皂苷元：溶于有机溶剂，不溶于水,（八）鞣质：（削皮的苹果、茶水）又称单宁或鞣酸，为一类分子较大、结构复杂的多元酚类化合物的总称。可与蛋白质结合成难溶于水的鞣酸蛋白。为亲水性物质。因能与生兽皮中的蛋白质结合形成致密、柔韧、不易腐败、有良好透气性和难易透水的皮革，故称为鞣质。,鞣质类中药,鞣质：,五倍子,地榆,（九）有机酸：广义的有机酸泛指分子中有羧基的化合物。在植物中多以金属离子或生物碱盐的形式存在。按分子大小又分为小分子有机酸和大分子有机酸。前者极性大，具亲水性；后者极性小，具亲脂性。,有机酸类中药,有机酸：,金银花,（十）多糖：由9个以上单糖聚合而成的糖。自然界中常见的多糖有淀粉、树胶、果胶等。许多天然物中的多糖具有明显的生物活性，如香菇多糖有抗肿瘤作用，人参多糖和黄芪多糖有增强免疫作用，茶叶多糖有抗血栓、调节血脂作用。,（十一）氨基酸、蛋白质和酶：（1）氨基酸：分子中含有氨基的羧酸。构成蛋白质的多为-氨基酸。为亲水性。在等电点时，溶解度最小。（2）蛋白质、多肽：蛋白质为二十多种-氨基酸通过肽键首尾相连而成的高分子化合物，多肽亦为。但二者分子量不同，一般将分子量在5103以下称为多肽，而介于51031107之间称为蛋白质。蛋白质在冷水中溶解且成胶体，在热水、60%以上乙醇及其它有机溶剂中变性沉淀。（3）酶：是有机体内具有催化作用的蛋白质，其催化作用具有专属性，如特定的酶可催化水解特定的苷。酶的性质和蛋白质相同。,