植物天然产物开发课件.ppt
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,2010.1,第二版,化学工业出版社,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,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,。,黄酮类、蒽醌类、糖类、蛋白质、脂类等等,。,在陆生植物体内的主要成分就有：,生物碱、萜类、甾体、苷类、,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,物中提取的毒品，如,合成毒品,三大类。天然毒品是直接从毒品原植,毒品与,鸦片,是完全用有机合成的方法制造，如,化学物质,合成而得，如,。半合成毒品是由天然,海洛因,冰毒,。合成毒品,。,?,从毒品对人中枢神经的作用看，可分为,兴奋剂,具有,和,致幻剂,等。抑制剂能抑制,抑制剂,、,中枢神经系统，使人产生兴奋，如苯丙胺类。致,镇静,和放松作用，如鸦片类。兴奋剂能刺激,中枢神经系统,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,。,，,实例,3,花生,(0.1%),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,?,中,药,?,草,药,Traditional Chinese Medicine,Herbal drug,?,民族药,Ethnic Medicine,蒙药,藏药,苗药,Mongolia Medicine,Tibetan Medicine,Miao drug,?,生,药,Crude drug,植物、动物、,海洋生物、微生物,中,草,药,中草药,药,天,然,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,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。,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。,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,断肠草,毒箭木,夹竹桃,鸩,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。,鹤顶红,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,（,1,7,7,5,）,、,乳,酸,（,1,7,8,5,）,、,没,食,子,酸,（,1786,）等有机酸类物质。,三、天然产物研究的发展史,?,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,。,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。,CH,3,N,H,O,O,OH,罂粟,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。,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。,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。,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,）。,morphine,提取分离,:1803-1806,提出结构,:1925,合成证实,:1952,CH,3,O,N,H,N,H,H,H,Reserpine,OCH,3,发,现,1952-1956,确,定,结,构,CH,3,OCO,OCH,3,OCO,OCH,3,OCH,3,人工合成证实,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。,大规模寻找和改造天然活性物质,CH,3,O,N,H,N,H,H,CH,3,OCO,H,OCH,3,OCH,3,OCO,OCH,3,OCH,3,H,CH,3,O,N,H,H,COOCH,3,N,N,OH,C,2,H,5,利血平,(Reserpine,),C,2,H,5,N,H,R,HO,OCOCH,3,COOCH,3,O,CH,3,N,CH,3,长春碱,(Vinblastine),长春新碱,(Vincristine),Cl,CH,3,O,N,O,O,CH,3,O,O,H,CH,3,H,O,N,O,CH,3,CH,3,CH,3,HO,H,OCH,3,紫杉醇,(Taxol),美登木碱,(Maytansine),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。,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。,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,蚕蛾醇（,bombykol,）,50,万只蚕蛾得,12mg,蜕皮激素（,ecdyson,）,500kg,蚕蛹得到,25mg,复杂成分,沙海葵毒素（,palytoxin,）分子量,2679,，分子式,C,130,H,229,N,3,O,53,，,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。,?,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,?,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,！,
