天然产物化学绪论.ppt

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1、天天 然然 产产 物物 化化 学学Natural Products Chemistry刘湘 汪秋安 编著 考核方式：考核方式：课堂表现+考勤+平时作业第一章第一章 绪论绪论第二章第二章 糖苷类化合物糖苷类化合物第三章第三章 生物碱类化合物生物碱类化合物第四章第四章 黄酮类化合物黄酮类化合物第五章第五章 萜类化合物萜类化合物第一章第一章 绪绪 论论 以各类生物为研究对象，以有机化学为基础，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，化学物的提取、分离、结构、功能、生物合成，化学合

2、成与修饰及其用途的一门科学，是生物资源开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。发利用的基础研究。什么是天然产物化学？什么是天然产物化学？研究内容：研究内容：生物二次代谢产物的提取、分离、结构及功能生物二次代谢产物的提取、分离、结构及功能 这些是这些是植物生存不可缺少的物质植物生存不可缺少的物质，该过程，该过程存在于所有的绿色植物中，称为一次代谢过存在于所有的绿色植物中，称为一次代谢过程，产生的物质称为程，产生的物质称为一次代谢产物。一次代谢产物。1 1一次代谢：一次代谢：二氧化碳、水二氧化碳、水各种代谢各种代谢糖和氧气糖和氧气糖、蛋白质、脂质、核酸糖、蛋白质、脂质、核酸光

3、合作用光合作用 这些物质对植物生命活动不起主要作用，这些物质对植物生命活动不起主要作用，该过程不是存在所有的绿色植物中，产生的该过程不是存在所有的绿色植物中，产生的生物碱、萜类等化合物称为生物碱、萜类等化合物称为二次代谢产物二次代谢产物。2二次代谢：二次代谢：一次代谢产物一次代谢产物生物碱、萜类、黄酮、蒽醌等生物碱、萜类、黄酮、蒽醌等特定条件特定条件天然产物化学与药物开发天然产物化学与药物开发天然产物研究的发展史天然产物研究的发展史1 1、17691769年瑞典化学家舍勒从酒石分离出年瑞典化学家舍勒从酒石分离出酒石酸酒石酸。苯甲酸苯甲酸 （17751775）、乳酸（）、乳酸（17851785）

4、、没食子酸（）、没食子酸（17861786）等有机酸类）等有机酸类物质。物质。2 2、明代李延的、明代李延的医学入门医学入门（15751575）中记载了用发酵法从）中记载了用发酵法从五倍子中得到五倍子中得到没食子酸没食子酸的过程。的过程。3 3、本草纲目本草纲目卷卷3434下详尽记载了用升华法等制备、纯化下详尽记载了用升华法等制备、纯化樟脑樟脑的过程。欧洲直至的过程。欧洲直至1818世纪下半叶才提出了樟脑的纯品。世纪下半叶才提出了樟脑的纯品。l吗啡是鸦片中最主吗啡是鸦片中最主要的生物碱要的生物碱(含量约含量约10-15%)10-15%)，18061806年法年法国化学家国化学家FF泽尔蒂泽尔蒂

5、纳首次从鸦片中分纳首次从鸦片中分离出来。离出来。治疗疟疾紫杉醇抗肿瘤红豆杉Taxus chinese石杉碱甲治老年性痴呆蛇足石杉蛇足石杉(千层塔千层塔)银杏内酯，治疗血小板活化因子引起的休克状障碍。阿司匹林阿司匹林乙酰水杨酸乙酰水杨酸 人们对阿司匹林的认识可追人们对阿司匹林的认识可追溯到古埃及法老时代。当时，溯到古埃及法老时代。当时，通过浸泡柳树皮获取了一种物通过浸泡柳树皮获取了一种物质，哥伦布发现新大陆之前，质，哥伦布发现新大陆之前，美洲人经常使用金鸡纳树的树美洲人经常使用金鸡纳树的树皮作镇痛药。西班牙人来到那皮作镇痛药。西班牙人来到那里以后发现这种树的树皮还可里以后发现这种树的树皮还可以降

6、低病人的体温。以降低病人的体温。18001800年，人们才从柳树皮中年，人们才从柳树皮中提炼出了具有解热镇痛作用的提炼出了具有解热镇痛作用的有效成分有效成分水杨酸水杨酸 18981898年，德国化学家霍夫曼年，德国化学家霍夫曼用水杨酸与醋酐反应，合成了用水杨酸与醋酐反应，合成了乙酰水杨酸乙酰水杨酸 。18991899年，德国拜年，德国拜仁药厂正式生产这种药品，取仁药厂正式生产这种药品，取商品名为商品名为Aspirin Aspirin 解热镇痛药，用于治疗伤解热镇痛药，用于治疗伤风、感冒、头痛、发烧、神经风、感冒、头痛、发烧、神经痛、关节痛及风湿病等。近年痛、关节痛及风湿病等。近年来，又证明它具

7、有抑制血小板来，又证明它具有抑制血小板凝聚的作用，其治疗范围又进凝聚的作用，其治疗范围又进一步扩大到预防血栓形成，治一步扩大到预防血栓形成，治疗心血管疾患。疗心血管疾患。l2020世纪：世纪：青霉素青霉素-青霉菌，青霉菌，19291929年，英国弗莱明发现。年，英国弗莱明发现。人类治疗细菌性感染的第一个武器。人类治疗细菌性感染的第一个武器。是一种高效、低毒、临床应用广泛的重要抗生素。是一种高效、低毒、临床应用广泛的重要抗生素。它的研制成功大大增强了人类抵抗细菌性感染的能力，带它的研制成功大大增强了人类抵抗细菌性感染的能力，带动了抗生素家族的诞生。动了抗生素家族的诞生。先导化合物先导化合物：是指

8、具有特征结构和生理活是指具有特征结构和生理活性并可通过结构改造优化其生理性并可通过结构改造优化其生理活性的化合物。活性的化合物。l1980-891980-89年统计：从天然产物研究中发现新的年统计：从天然产物研究中发现新的化合物已有化合物已有800800多个。多个。l2000-2000-目前：每年研究发现目前：每年研究发现10001000多个新的天然多个新的天然化合物。种类更多，应用范围更广。化合物。种类更多，应用范围更广。治病治病防病防病健美健美长寿长寿其他领域（食品、饮料、化妆品、其他领域（食品、饮料、化妆品、牙膏、卷烟等牙膏、卷烟等）怎样学好天然产物化学？怎样学好天然产物化学？对每一个具

9、体的结构类型对每一个具体的结构类型,要掌握下面的主线要掌握下面的主线：来源 结构特点 理化性质 提取分离l结构测定 l生物活性 在在理理解解的的基基础础上上，用用自自己己的的语语言言来来消消化化和和记记忆忆，善于归纳和总结，做到触类旁通，举一反三；善于归纳和总结，做到触类旁通，举一反三；天然产物的提取分离和结构鉴天然产物的提取分离和结构鉴定定第二节第二节 天然药物活性成分的研究程序天然药物活性成分的研究程序提取化学成分的两种情况提取化学成分的两种情况1 已已 知知 成成 分分2 对有效成分的性质对有效成分的性质一无所知一无所知溶剂法溶剂法 水蒸气蒸馏法水蒸气蒸馏法升华法升华法分馏法分馏法沉淀法

10、沉淀法 提取天然产物的常用方法提取天然产物的常用方法一、溶剂法一、溶剂法 根据相似相溶相似相溶原则，按极性化合物易溶于极性溶剂，非极性化合物易溶于非极性溶剂来选择溶剂。1.原理：原理：溶剂提取法是根据天然产物中各种成分在溶剂中的溶解性质溶解性质，选用对活性成分溶解度大，对不需要溶出成分溶解度小的溶剂，而将有效成分溶解出来的方法。石斛石斛：有一定解热镇痛作有一定解热镇痛作用，能促进胃液分泌用，能促进胃液分泌,助消助消化，有增强新陈代谢、抗化，有增强新陈代谢、抗衰老等作用。衰老等作用。2 2、溶剂提取法、溶剂提取法 浸渍法浸渍法渗漉法渗漉法煎煮法煎煮法回流提取法回流提取法浸渍法浸渍法：浸渍法是将天

11、然产物粉末或碎块装人适当的容器中，加入适宜的溶剂（如乙醇、稀醇或水），浸渍药材以溶出其中成分的方法。渗漉法渗漉法：渗漉法是将天然产物粉末装在渗漉器中，不断添加新溶剂，使其渗透过药材，自上而下从渗漉器下部流出浸出液的一种浸出方法。煎煮法煎煮法：煎煮法是我国最早使用的传统的浸出方法。所用容器一般为陶器、砂罐或铜制、搪瓷器皿，不宜用铁锅，以免药液变色。直火加热时最好时常搅拌，以免局部药材受热太高，容易焦糊。回流提取法回流提取法：应用有机溶剂加热提取，需采用回流加热装置，以免溶剂挥发损失。此法提取效率较冷浸法高，大量生产中多采用连续提取法。二、二、水蒸气蒸馏法水蒸气蒸馏法 适于随水蒸汽蒸馏而不被破坏的

12、成分。将适于随水蒸汽蒸馏而不被破坏的成分。将油层分出后，再以石油醚、乙醚萃取。油层分出后，再以石油醚、乙醚萃取。此类化合物沸点多在此类化合物沸点多在100oC以上；与水不以上；与水不互溶或仅微溶；在互溶或仅微溶；在100oC有一定的蒸汽压。液有一定的蒸汽压。液体就开始沸腾，水蒸气将挥发性物质一并带出。体就开始沸腾，水蒸气将挥发性物质一并带出。例如例如:挥发油、某些小分子生物碱的提取。挥发油、某些小分子生物碱的提取。三三、升华法升华法 优点：简便易行缺点：成分分解；焦油状物不易除去天然产物有效成分的分离与精制天然产物有效成分的分离与精制 根据物质溶解度差别进行分离 根据物质在两相溶剂中的分配系数

13、不同进行分离 根据分子的大小不同进行分离 一、根据物质溶解度差别进行分离一、根据物质溶解度差别进行分离 1 1、结晶、结晶原理原理：利用混合物中各成分在溶剂中的溶解度溶解度不 同来达到分离提纯的目的。结晶溶剂的选择结晶溶剂的选择：（1）不与有效成分发生反应（2）对欲结晶成分的溶解度随温度的不同而有明显差别。（3）对欲去除的杂质冷热时溶解度均大或均小二、根据物质在两相溶剂中的分配比不同进行分离二、根据物质在两相溶剂中的分配比不同进行分离 一、液-液萃取法基本原理 分配定律分配定律利用不同化合物分配系数的不同，达到分离的目的K相差越大，越易分离3、萃取方式分次萃取 实验室用分液漏斗，3-4次注意以

14、下几点：1）先用小试管猛烈振摇约1分钟，观察萃取后二液层分层现象。如果容易产生乳化，大量提取时要避免猛烈振摇，可延长萃取时间。2）一般萃取34次即可。3）溶剂与水溶液应保持一定量的比例，第一次提取一般为水提取液的1/3，以后的用量可以少一些，一般1/4-1/6。4、超临界流体萃取技术、超临界流体萃取技术 超临界流体萃取是以某一介质作为萃取剂，在其临界温度和临界压力之上的条件下，从液体或固体物料中萃取出待分离的组分的一种方法。3液液分配色谱柱液液分配色谱柱 将两相溶剂中的一相涂覆在硅胶等多孔载体上,作为固定相,填充在色谱管中,然后加入与固定相不相混溶的另一相溶剂(流动相)冲洗色谱柱。这样,物质同

15、样可在两相溶剂中相对作逆流移动,在移动过程中不断进行动态分配而得以分离。这种方法称之为液-液分配柱色谱法。正相色谱与反相色谱正相色谱与反相色谱三、三、根据物质分子大小差别进行分离根据物质分子大小差别进行分离 凝胶过滤法（Gel filtration）凝胶过滤法也叫凝胶渗透色谱排祖色谱，是利用分子筛分离物质的一种方法。其中所用载体，如葡聚糖凝胶，是在水中不溶、但可膨胀的球形颗粒，具有三维空间的网状结构。出柱顺序：出柱顺序：按分子由大到小顺序先后流出并得到分离。按分子由大到小顺序先后流出并得到分离。色谱分离方法色谱分离方法薄层层析薄层层析（Thin Layer Chromatography,TLC

16、）1、原理 吸附、分配2、展开剂 低沸点有机溶剂，选择原则同吸附柱层析（1）化合物结构与）化合物结构与Rf值的关系值的关系在色谱中一个化合物所移动的距离与溶剂前沿的距离之比.(0.01Rf0.99)吸附薄层层析：化合物极性小，Rf值大 展开剂极性越大，同一化合物Rf值大 若大部分斑点近于起始线，表明溶剂极性太小，应加大极性溶剂的比例。某化合物用10ml氯仿作展开剂,薄层色谱后其Rf值很小,接近于起始线,该如何处理?加大展开剂的极性:改变组成:如氯仿-丙酮，氯仿-甲醇，改变配比:如9:1,8:2,5:5(2)展开剂的选择 不与样品起化学反应 对显色剂无不良影响 组分恒定,不因温度的变化而变化 被

17、分离物的Rf值在0.05 0.85,二种成分的Rf值之差大于0.05，以免斑点重叠。鉴定单一化合物Rf值在0.4 0.6，斑点圆而集中，界线清晰，分布适中。天然药物活性成分的结构研究方法天然药物活性成分的结构研究方法一、程序1、初步推断化合物类型1）根据样品在提取、分离中的行为 2）测定有关理化性质：定性反应、PH、溶解度及熔沸点等 3）结合文献调研2、测定分子式、计算不饱和度 1）元素定量分析 +分子量测定 2）同位素峰法 3）HIMS 4）计算不饱和度3、确定分子中官能团、或结构片段或基本骨架 1）官能团定性、定量分析 2）测定并解析图谱：UV、IR、MS、H NMR、C NMR4、推断并确定分子的平面结构 1）综合解析结构 2）与已知物沟通（化学降解、衍生物、人工合成）5、推断立体结构 1）测定CD、ORD谱 2）NOE 3）X-ray 4）人工合成作业作业课本第9页第3题