天然產(chǎn)物化學第一章緒論

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

2、取與分離》，上?？萍汲霭嫔?，1989版3．孫文基等編，《天然藥物成分提取分離與制備》，中國醫(yī)藥科技出版社，1994版4．北京醫(yī)學院主編，《中草藥成分化學》，人民衛(wèi)生出版社，1980版5．杜燦屏等主編，《21世紀有機化學發(fā)展戰(zhàn)略》，化學工業(yè)出版社，2002版,,,教學內(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)物研究中的應用12 天然產(chǎn)物的化學合成,第一章 緒論,,,,了解天然產(chǎn)物化學的含義及研究內(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)物化學的含義及研究內(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)物化學的含義及研究內(nèi)容,來自植物的,如阿片、人參（大補元氣，復脈固脫，補脾益肺，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)物化學的含義及研究內(nèi)容,來自動物的,如牛黃（清熱解毒）、鹿茸（滋補強壯）、蟾酥（解毒，止痛，開竅醒神）、海馬（強身健體、補腎壯

5、陽、舒筋活絡、消炎止痛、鎮(zhèn)靜安神、止咳平喘）等;,天然產(chǎn)物化學的含義及研究內(nèi)容,來自人類的,如紫河車等;（補氣，養(yǎng)血，益精）,天然產(chǎn)物化學的含義及研究內(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)物化學的含義及研究內(nèi)容,馬鈴薯發(fā)芽，為什么不能吃？龍葵堿,天然產(chǎn)物化學的含義及研究內(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？“天然產(chǎn)物化學”中我們將研究什么？,？,天然產(chǎn)物化學緒論,,,天然產(chǎn)物：廣義：自然界的所有物質(zhì)化學學科內(nèi)：指動物、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)物化學的含義及研究內(nèi)容,天然產(chǎn)物化學的含義及研究內(nèi)容,,一次代謝,植物、昆蟲或微生物體內(nèi)的生物細胞,,,,,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)物化學的含義及研究內(nèi)容,,二次代謝,一次代謝產(chǎn)物,,,特殊生物化學反應,,似乎對生物本身無用的化合物,如萜類、甾體、生物堿、多酚類等：天然產(chǎn)物。,,,注意：一次代謝、二次代謝有時候不能嚴格區(qū)分。,天然產(chǎn)物化學的含義及研究內(nèi)容,二次代謝對生

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 （如植物中的鞣酸）。對不同生物來說，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)物化學的含義及研究內(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 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)物化學的含義及研究內(nèi)容,生物堿,醌

10、類（萘醌）,黃酮,我們在日常生活中接觸到那些天然產(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？“天然產(chǎn)物化學”中我們將研究什么？,？,天然產(chǎn)物化學導論,,,紅豆杉,紫杉醇,青蒿,青蒿素,銀杏內(nèi)酯,銀杏,天然產(chǎn)物化學的含義及研究內(nèi)容,天然產(chǎn)物的特點：獨特的化學結(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？“天然產(chǎn)物化學”中我們將研究什么？,？,天然產(chǎn)物化學緒論,,,什么是天然產(chǎn)物化學？,,天然產(chǎn)物

12、化學,以各類生物為研究對象，以有機化學為基礎，以化學和物理方法為手段，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、化學合成與修飾及其用途的一門科學，是生物資源開發(fā)利用的基礎研究。,什么是天然產(chǎn)物化學？,,研究目標：生物堿、揮發(fā)油、黃酮、糖苷類、萜類、苯丙素類、有機酸、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、植物生長激素、其他具有經(jīng)濟價值的物質(zhì)。,,了解天然產(chǎn)物化學的含義及研究內(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）等有機酸類物質(zhì)。2、明代李延的《醫(yī)學入門》（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，侯生白取出?！?、《本

14、草綱目》卷39中則有“看藥上長起長霜，則藥已成矣”的記載。這里的“生白”、“長霜”均為沒食子酸生成之意，是世界上最早制得的有機酸，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世紀下半葉才提出了樟腦的純品。,5 從藥用動植物中提取活性成分則始于19世紀。第一個被提取的成分是嗎啡堿（一種異喹啉生物堿），于1806年由法國化學家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年左右開始了對海洋天然產(chǎn)物的研究9、20世紀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、長春花中獲得抗癌活性成分長春花堿，成為兩個很有價值的藥物，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)物化學發(fā)展的兩個轉(zhuǎn)折點：其一是1930年前后，由于微量元素分析法的導入，試料量降至毫克水平，推進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便易行。同時紅外光譜、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，快速和準確。新技術(shù)的興起使研究天然產(chǎn)物化學成分的周期

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識天然產(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產(chǎn)物并造福人類。這些目標產(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)物化學發(fā)展方向,,,,研究方法、手段,新分離技術(shù)、新結(jié)構(gòu)測定方法、新合成方法,微量成分 ：蠶蛾醇（bombykol）50萬只蠶蛾得12mg蛻皮激素（ecdyson）500kg蠶蛹得到25mg,復雜成分：沙

18、?？舅兀╬alytoxin）分子量2680，分子式C129H223N3O54，64個不對稱碳原子，1974年分離純品，1981年發(fā)表平面結(jié)構(gòu)。,,天然產(chǎn)物化學發(fā)展方向,,,,資源開發(fā),實用化：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？“天然產(chǎn)物化學”中我們將研究什么？,？,天然產(chǎn)物化學緒

19、論,,了解天然產(chǎn)物化學的含義及研究內(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)效關系評價,,,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)驗證,檢識反應,,,物理常數(shù)測定,1,2,一般程序,,已知化合物：熔點、混熔點、色譜比移值、光譜數(shù)據(jù)等與標準品對照,,,天然產(chǎn)物有效成分的構(gòu)效關系評價,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,,,載體,,,,結(jié)構(gòu)單元往往和藥理作用密切相關。,本身為非活性部分，在體內(nèi)經(jīng)吸收、運轉(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。,,,天然產(chǎn)物有效成分的構(gòu)效關系評價,,,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)效關系評價,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