天然產(chǎn)物化學(xué)第一章緒論

1、,,主講人：李音生化學(xué)院化工系cherryli1986@126.com重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室201,天然產(chǎn)物化學(xué),,,課堂紀(jì)律和考核方法,期末考核：60 % 考查：開卷考試 平時(shí)成績(jī)：40 % 出勤率 平時(shí)作業(yè) 課堂發(fā)言及做小型報(bào)告,,,參考書目：,1．徐任生主編，《天然產(chǎn)物化學(xué)》（第二版），科學(xué)出版社，2004版2．徐任生等編，《中草藥有效成分提

2、取與分離》，上海科技出版社，1989版3．孫文基等編，《天然藥物成分提取分離與制備》，中國(guó)醫(yī)藥科技出版社，1994版4．北京醫(yī)學(xué)院主編，《中草藥成分化學(xué)》，人民衛(wèi)生出版社，1980版5．杜燦屏等主編，《21世紀(jì)有機(jī)化學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略》，化學(xué)工業(yè)出版社，2002版,,,教學(xué)內(nèi)容：,1 緒論2 天然產(chǎn)物的提取分離和結(jié)構(gòu)鑒定3 生物堿類化合物4 醌類化合物5 黃酮類化合物6 苯丙素芬類化合物7 糖類及苷類化合物8 萜類化合

3、物9 甾族化合物10 其他類型天然產(chǎn)物11 生物轉(zhuǎn)化在天然產(chǎn)物研究中的應(yīng)用12 天然產(chǎn)物的化學(xué)合成,第一章 緒論,,,,了解天然產(chǎn)物化學(xué)的含義及研究?jī)?nèi)容,1,,2,,3,,,主要內(nèi)容：,了解天然產(chǎn)物研究的發(fā)展史和研究現(xiàn)狀,掌握研究天然產(chǎn)物的一般方法和程序,?,電影中，王寶把一種植物的葉子嚼碎敷在徐朗被蛇咬傷的傷口上，為什么這么做？,為什么這種葉子能解毒？,天然產(chǎn)物化學(xué)的含義及研究?jī)?nèi)容,,小蛇苔主要成分：黃酮、萜類、甾體等,八

4、角蓮主要成分：苯丙素、黃酮、醌類等,能治蛇毒的草藥及它們的主要成分,瓜子金主要成分：三萜皂苷、黃酮、甾體等,,,,天然 產(chǎn)物,天然產(chǎn)物化學(xué)的含義及研究?jī)?nèi)容,來自植物的,如阿片、人參（大補(bǔ)元?dú)?，?fù)脈固脫，補(bǔ)脾益肺，生津止渴，安神益智 ）、大黃(清熱解毒、行瘀通經(jīng)、清熱除濕、止血、殺菌 )等;,,,,,天然產(chǎn)物化學(xué)的含義及研究?jī)?nèi)容,來自動(dòng)物的,如牛黃（清熱解毒）、鹿茸（滋補(bǔ)強(qiáng)壯）、蟾酥（解毒，止痛，開竅醒神）、海馬（強(qiáng)身健體、補(bǔ)腎壯

5、陽(yáng)、舒筋活絡(luò)、消炎止痛、鎮(zhèn)靜安神、止咳平喘）等;,天然產(chǎn)物化學(xué)的含義及研究?jī)?nèi)容,來自人類的,如紫河車等;（補(bǔ)氣，養(yǎng)血，益精）,天然產(chǎn)物化學(xué)的含義及研究?jī)?nèi)容,來自礦物的:如石膏、朱砂、雄黃等。雄黃（四硫化四砷）：敗毒抗癌、祛痰鎮(zhèn)驚、殺蟲療瘡、消炎退腫。,解肌清熱，除煩止渴清熱瀉火、消腫止痛,丹藥：用于心神不寧、心悸失眠、鎮(zhèn)驚安神、清熱解毒,天然產(chǎn)物化學(xué)的含義及研究?jī)?nèi)容,馬鈴薯發(fā)芽，為什么不能吃？龍葵堿,天然產(chǎn)物化學(xué)的含義及研究?jī)?nèi)容,

6、,什么是天然產(chǎn)物？為什么我們要研究天然產(chǎn)物？什么是天然產(chǎn)物化學(xué)？“天然產(chǎn)物化學(xué)”中我們將研究什么？,？,天然產(chǎn)物化學(xué)緒論,,,天然產(chǎn)物：廣義：自然界的所有物質(zhì)化學(xué)學(xué)科內(nèi)：指動(dòng)物、植物、昆蟲、海洋生物和微生物體內(nèi)分離出來的生物二次代謝產(chǎn)物及生物體內(nèi)源性生理活性化合物。,天然產(chǎn)物化學(xué)的含義及研究?jī)?nèi)容,天然產(chǎn)物化學(xué)的含義及研究?jī)?nèi)容,,一次代謝,植物、昆蟲或微生物體內(nèi)的生物細(xì)胞,,,,,光合作用,碳水化合物代謝,檸檬酸代謝,,

7、生物體生存繁殖所必須的化合物,如糖類、氨基酸、脂肪酸、核酸及其聚合衍生物（多糖類、蛋白質(zhì)、脂類、RNA、DNA）、乙酰輔酶A等的代謝過程,,,對(duì)各生物來說基本相同，其代謝產(chǎn)物廣泛分布于生物體內(nèi)。,天然產(chǎn)物化學(xué)的含義及研究?jī)?nèi)容,,二次代謝,一次代謝產(chǎn)物,,,特殊生物化學(xué)反應(yīng),,似乎對(duì)生物本身無(wú)用的化合物,如萜類、甾體、生物堿、多酚類等：天然產(chǎn)物。,,,注意：一次代謝、二次代謝有時(shí)候不能嚴(yán)格區(qū)分。,天然產(chǎn)物化學(xué)的含義及研究?jī)?nèi)容,二次代謝對(duì)生

8、物體的影響尚待深入研究。二次代謝產(chǎn)物的生成與生物所處的外界環(huán)境密切相關(guān) （如植物中的鞣酸）。對(duì)不同生物來說，具有不同的特征，且在生物體內(nèi)的分布具有局限性。,,天然產(chǎn)物化學(xué)的含義及研究?jī)?nèi)容,,二次代謝產(chǎn)物的生物合成途徑,1 莽草酸途徑：酚、氨基酸2 β-多酮途徑：多炔類等……3 甲羥戊酸途徑：萜類、甾體4 氨基酸途徑：青霉素、頭孢、生物堿5 混合途徑：黃酮、生物堿,二次代謝產(chǎn)物,苷 類 非苷類 （苷元） +

9、糖 揮發(fā)油,脂肪族 萜 類 芳香酚類,,酸性物質(zhì) 堿性物質(zhì) 中性物質(zhì),,脂肪族 芳香族,,香豆素類 木脂素類 木質(zhì)素類,,苯丙素類 黃酮類 醌 類鞣 質(zhì),,,植物甾醇 強(qiáng) 心 苷 皂 苷,單 萜 倍 半 萜 二 萜 二倍半萜 萜 多 萜,甾 族 萜 類,,生物堿 N 族,,,油 脂,,,天然產(chǎn)物化學(xué)的含義及研究?jī)?nèi)容,生物堿,醌

10、類（萘醌）,黃酮,我們?cè)谌粘Ｉ钪薪佑|到那些天然產(chǎn)物呢？,黃酮、萜類,偽麻黃堿（生物堿）,,什么是天然產(chǎn)物？為什么我們要研究天然產(chǎn)物？什么是天然產(chǎn)物化學(xué)？“天然產(chǎn)物化學(xué)”中我們將研究什么？,？,天然產(chǎn)物化學(xué)導(dǎo)論,,,紅豆杉,紫杉醇,青蒿,青蒿素,銀杏內(nèi)酯,銀杏,天然產(chǎn)物化學(xué)的含義及研究?jī)?nèi)容,天然產(chǎn)物的特點(diǎn)：獨(dú)特的化學(xué)結(jié)構(gòu),,為什么我們要研究天然產(chǎn)物？,具有特殊的香氣(香精香料),大多具有生物活性(藥物),具有獨(dú)到的功能(天

11、然橡膠、食品添加劑、化妝品),具有鮮艷的顏色（天然色素),,天 然 藥 物,天然產(chǎn)物,中草藥,中 藥,草 藥,,,,,,,,,植物、動(dòng)物、礦物、 海洋生物、微生物,迄今為止，已在臨床投入使用的藥物中，1/3以上來源于天然產(chǎn)物。,為什么我們要研究天然產(chǎn)物？,,什么是天然產(chǎn)物？為什么我們要研究天然產(chǎn)物？什么是天然產(chǎn)物化學(xué)？“天然產(chǎn)物化學(xué)”中我們將研究什么？,？,天然產(chǎn)物化學(xué)緒論,,,什么是天然產(chǎn)物化學(xué)？,,天然產(chǎn)物

12、化學(xué),以各類生物為研究對(duì)象，以有機(jī)化學(xué)為基礎(chǔ)，以化學(xué)和物理方法為手段，研究生物二次代謝產(chǎn)物的提取、分離、結(jié)構(gòu)、功能、生物合成、化學(xué)合成與修飾及其用途的一門科學(xué)，是生物資源開發(fā)利用的基礎(chǔ)研究。,什么是天然產(chǎn)物化學(xué)？,,研究目標(biāo)：生物堿、揮發(fā)油、黃酮、糖苷類、萜類、苯丙素類、有機(jī)酸、酚類、醌類、內(nèi)酯、甾體化合物、鞣酸類等生物二次代謝產(chǎn)物。,,研究目的：開發(fā)藥物、農(nóng)藥、植物生長(zhǎng)激素、其他具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的物質(zhì)。,,了解天然產(chǎn)物化學(xué)的含義及研究?jī)?nèi)容

13、,1,,2,,3,,,主要內(nèi)容：,了解天然產(chǎn)物研究的發(fā)展史和研究現(xiàn)狀,掌握研究天然產(chǎn)物的一般方法和程序,?,,,天然產(chǎn)物研究的發(fā)展史和研究現(xiàn)狀,1、1769年瑞典化學(xué)家舍勒從酒石分離出酒石酸。 苯甲酸（1775）、乳酸（1785）、沒食子酸（1786）等有機(jī)酸類物質(zhì)。2、明代李延的《醫(yī)學(xué)入門》（1575）中記載了用發(fā)酵法從五倍子中得到?jīng)]食子酸的過程。書中謂“五倍子粗粉，并礬、曲和勻，如作酒曲樣，入瓷器遮不見風(fēng)，侯生白取出。”3、《本

14、草綱目》卷39中則有“看藥上長(zhǎng)起長(zhǎng)霜，則藥已成矣”的記載。這里的“生白”、“長(zhǎng)霜”均為沒食子酸生成之意，是世界上最早制得的有機(jī)酸，比舍勒的發(fā)明早了二百年。4、《本草綱目》卷34下詳盡記載了用制備、純化樟腦的過程。歐洲直至18世紀(jì)下半葉才提出了樟腦的純品。,5 從藥用動(dòng)植物中提取活性成分則始于19世紀(jì)。第一個(gè)被提取的成分是嗎啡堿（一種異喹啉生物堿），于1806年由法國(guó)化學(xué)家F·澤爾蒂納自鴉片中提取。,,,天然產(chǎn)物研究的發(fā)展史和

15、研究現(xiàn)狀,6、此后的數(shù)十年間:民間藥中的活性成分， 如土根堿、奎寧、辛可寧、番木鱉堿、咖啡因、阿托品毛地黃強(qiáng)心苷、毒毛旋花苷、蟾蜍等，以生物堿居多，都具有顯著的生理活性，可以代表其原生藥，多數(shù)至今仍用作藥物。,8、 1960年左右開始了對(duì)海洋天然產(chǎn)物的研究9、20世紀(jì)80年代以來，由于分子生物技術(shù)的迅猛發(fā)展，為有效成分的提取和功能研究提供了新方法,7、20世紀(jì)50年代先后自印度蘿芙木中獲得降壓活性成分利血平，以及從降血糖藥

16、長(zhǎng)春花中獲得抗癌活性成分長(zhǎng)春花堿，成為兩個(gè)很有價(jià)值的藥物，引起了各方的重視,,,天然產(chǎn)物研究的發(fā)展史和研究現(xiàn)狀,天然產(chǎn)物化學(xué)發(fā)展的兩個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)：其一是1930年前后，由于微量元素分析法的導(dǎo)入，試料量降至毫克水平，推進(jìn)了天然成分的分析工作。其二是1960年代前后，各種層析方法的興起，使微量天然新成分的分離純化簡(jiǎn)便易行。同時(shí)紅外光譜、核磁共振、質(zhì)譜等新技術(shù)問世，結(jié)構(gòu)研究工作趨向微量，快速和準(zhǔn)確。新技術(shù)的興起使研究天然產(chǎn)物化學(xué)成分的周期

17、大大縮短。,,,天然產(chǎn)物研究的意義,從分子層面全面了解和認(rèn)識(shí)天然產(chǎn)物，從而通過人工培養(yǎng)或人工合成的方式定向獲得大批量的目標(biāo)產(chǎn)物并造福人類。這些目標(biāo)產(chǎn)物可能是藥物，也可能是有特種功能的物質(zhì)：食品添加劑、化妝品添加劑等。,,天然產(chǎn)物化學(xué)發(fā)展方向,,,,研究方法、手段,新分離技術(shù)、新結(jié)構(gòu)測(cè)定方法、新合成方法,微量成分 ：蠶蛾醇（bombykol）50萬(wàn)只蠶蛾得12mg蛻皮激素（ecdyson）500kg蠶蛹得到25mg,復(fù)雜成分：沙

18、海葵毒素（palytoxin）分子量2680，分子式C129H223N3O54，64個(gè)不對(duì)稱碳原子，1974年分離純品，1981年發(fā)表平面結(jié)構(gòu)。,,天然產(chǎn)物化學(xué)發(fā)展方向,,,,資源開發(fā),實(shí)用化：新藥的重要來源,,,生物技術(shù),基于生物技術(shù)的分子天然化合物研究：組織培養(yǎng)、基因工程合成、發(fā)酵和酶法生產(chǎn)、仿生合成,,什么是天然產(chǎn)物？為什么我們要研究天然產(chǎn)物？什么是天然產(chǎn)物化學(xué)？“天然產(chǎn)物化學(xué)”中我們將研究什么？,？,天然產(chǎn)物化學(xué)緒

19、論,,了解天然產(chǎn)物化學(xué)的含義及研究?jī)?nèi)容,1,,2,,3,,,主要內(nèi)容：,了解天然產(chǎn)物研究的發(fā)展史和研究現(xiàn)狀,掌握研究天然產(chǎn)物的一般方法和程序,?,,,1、天然產(chǎn)物有效成分的提取,,,研究天然產(chǎn)物的一般方法和程序,2、天然產(chǎn)物有效成分的分離和純化,,3、天然產(chǎn)物有效成分的分子結(jié)構(gòu)鑒定,,4、天然產(chǎn)物有效成分構(gòu)效關(guān)系評(píng)價(jià),,,天然產(chǎn)物有效成分的提取,,,,提取,,溶劑提取法,,,根據(jù)活性成分的不同采用不同的方法,,傳統(tǒng)溶劑提取法,a 水（

20、鞣質(zhì)、糖類、蛋白質(zhì)）b 醇 （乙醇、甲醇）c 丙酮、乙酸乙酯、苯等（苷元）,a 冷浸法（3-4次） b 滲漉法（10倍量） c 煎煮法（3-4次）,,水蒸氣蒸餾法,,超聲提取法,,,根據(jù)溶解度差異分離,結(jié)晶沉淀鹽析,,,根據(jù)分配比差異分離,萃?。?液液萃取 逆流萃取 超臨界萃取,,,根據(jù)吸附性差異分離,簡(jiǎn)單吸附法吸附色譜,,,天然產(chǎn)物有效成分的分離、純化,,天然產(chǎn)物有效成分的分離、純化,,,

21、,根據(jù)分子大小差異分離,凝膠過濾膜過濾鹽析,,,根據(jù)離解度差異分離,離子交換,,,根據(jù)沸點(diǎn)差異分離,分餾,天然產(chǎn)物有效成分的結(jié)構(gòu)鑒定,,,,,,3,分子式測(cè)定(質(zhì)譜),,4,,5,,結(jié)構(gòu)分析（紫外光譜、紅外光譜、質(zhì)譜、核磁譜）,結(jié)構(gòu)驗(yàn)證,檢識(shí)反應(yīng),,,物理常數(shù)測(cè)定,1,2,一般程序,,已知化合物：熔點(diǎn)、混熔點(diǎn)、色譜比移值、光譜數(shù)據(jù)等與標(biāo)準(zhǔn)品對(duì)照,,,天然產(chǎn)物有效成分的構(gòu)效關(guān)系評(píng)價(jià),化合物的生物活性依賴于分子的整體結(jié)構(gòu)。,,整體結(jié)構(gòu),

22、,,基本結(jié)構(gòu),,,潛效基團(tuán),,,載體,,,,結(jié)構(gòu)單元往往和藥理作用密切相關(guān)。,本身為非活性部分，在體內(nèi)經(jīng)吸收、運(yùn)轉(zhuǎn)等酶解或水解作用，再緩慢釋放活性部分。,本身不具有活性，但與活性基團(tuán)結(jié)合，可共同參與體內(nèi)新陳代謝，使藥物的靶向作用更強(qiáng)。,,,天然產(chǎn)物有效成分的構(gòu)效關(guān)系評(píng)價(jià),,,影響藥物生物活性的因素,溶解度與解離度,,取代基,,立體異構(gòu),,正電中心,天然產(chǎn)物有效成分的構(gòu)效關(guān)系評(píng)價(jià),酞胺哌啶酮有手性碳結(jié)構(gòu)，分為左旋體和右旋體兩種結(jié)構(gòu)。右旋體