天然药物化学总结

绪论

1、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。

研究内容：各类天然药物化学成分（主要是生理活性成分或药效成分）的结构特点、物理化学性质、提取分离纯化方法、结构鉴定、生物合成途径。

2、天然药物：指人类在自然界中发现并可直接供药用的植物、动物、矿物、海洋生物、微生物等，以及基本不改变其药理化学属性的加工品。

3、

（1）一次代谢产物（primary metabolites)：糖类、脂质、蛋白质、核酸等对机体生命活动来说不可缺少的物质，普遍存在于动物、植物及微生物中。

（2）二次代谢产物（secondary metabolites)：某个属、种或系统的生物所特有的，主要在植物、微生物中比较常见的物质。这类化合物结构富于变化，多数具有明显的生理活性。如生物碱、黄酮类、苷（甙）类、醌类、萜类、挥发油、苯丙素类、甾体类、鞣质、树脂、色素等。

4、天然药物的化学成分 特点：（1）化学成分复杂；（2）具有多种临床用途。 分类：

（1）有效成分（Active Constituents）：经过不同程度的药效试验或生物活性试验，包括体外和体内试验，证明对机体具有一定生理活性的成分。

一般是单体化合物：1. 能用分子式和结构式表示；2. 具有一定的理化常数；3. 具有一定的生理活性。 （2）有效部位（Active Extracts）：指具有生理活性的多种化学成分的混合物。 （3）无效成分：与有效成分共存的无生理活性的其它成分。 （4）有毒成分

生物合成

1、聚酮类化合物可根据分子结构中醋酸单位（C2单位）的数目进行命名，如聚庚酮类、聚己酮类等。 2、氨基酸途径作为前体的氨基酸：

（1）脂肪族：鸟氨酸、赖氨酸（α-酮酸还原氨化生成）

（2）芳香族：苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸（莽草酸途径生成） 3、复合途径：

（1）一个化合物分子有来自2个或2个以上不同生物合成途径的单元。常见有： 1. 醋酸-丙二酸-莽草酸途径 2. 醋酸-丙二酸-甲戊二羟酸途径 3. 氨基酸-甲戊二羟酸途径 4. 氨基酸-醋酸-丙二酸途径 5. 氨基酸-莽草酸途径

（2）一个化合物分子在不同植物中有不同的生物合成途径。 4、基本途径

莽草酸途径：从赤藓糖-4-磷酸出发生成苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸和邻氨基苯甲酸的生物合成途径。 途径 醋酸-丙二酸途径（AA-MA）

过程 起始物 乙酰CoA 乙酰CoA 延伸物 丙二酸单酰CoA 丙二酸单酰CoA 具体过程 缩合-还原交替进行 只缩合不还原 产物 聚酮类 脂肪酸类 酚类、蒽单位 C2

酮类 途径 过程 产物 单位 甲戊二羟酸途径（MVA） 萜类、甾类、类胡萝卜素类 C3 桂皮酸途径 氨基酸途径（AA） 苯丙氨酸经苯丙氨酸脱氨酶（PAL）脱氨后生成桂皮酸，进而得到苯丙素类化合物。再经环化、氧化、还原等，可得到黄酮类（C6-C3-C6骨架）等化合物。 氨基酸脱羧成胺类，再经甲基化、氧化、还原、重排等系列反应得到生物碱。本途径仅存在于植物、微生物中，是其特有氮代谢方式。 苯丙素类（C6-C3骨架） 生物碱 C6 AA 提取分离方法

1、准备工作

（1）明确研究材料的学名、产地来源、采集时间与方法、使用部位（全体/部分）、材料的状态（新鲜品/干燥品）。 新鲜品不宜用与水不互溶的溶剂；而干燥品的干燥程度取决于目标化合物的稳定性。一般情况下，样品要充分干燥、尽可能粉碎，提取效率高，提取操作、提取液的浓缩均较易进行。注意样品不能粉碎过细，以20~60目为宜。

（2）明确研究目标

提取分离已知成分或已知化学结构类型：查阅文献，找出该成分或该类结构类型成分的各种提取分离方案，再根据具体情况加以选用。

提取分离未知有效成分或有效部位：生理活性指导下提取分离；化学结构类型的理化性质指导下提取分离；根据化合物极性大小的不同系统提取分离。

2、注意问题

（1）有效成分的丢失：含量高且有效、含量高且无效、含量低但有效

（2）精制不纯：理化性质相近的化合物不易分离，对进一步的化学研究及药理试验产生影响。 3、提取

（1）溶剂提取法

1. 根据天然药物中各种成分在不同溶剂中的溶解度不同，选用对有效成分溶解度大、对杂质成分溶解度小的溶剂，将有效成分从药材组织中溶解出来的方法。

溶剂通过扩散、渗透作用不断透过细胞壁、细胞膜进入细胞内，溶解可溶性成分，造成细胞内外的浓度差。 2. 溶剂选择的依据——“相似相溶”

常用提取溶剂及其极性强弱顺序：石油醚≈正己烷＜四氯化碳＜苯＜二氯甲烷＜无水乙醚＜氯仿＜乙酸乙酯＜正丁醇＜丙酮＜乙醇＜甲醇＜水＜吡啶＜乙酸

3. 溶剂的选择原则 根据材料的状态

目标成分易溶，杂质成分难溶

惰性，不与目标成分反应，或反应可逆 经济安全、后续操作容易进行

4. 传统提取方法

5. 现代提取方法

微波辅助提取法（microwave-assisted extraction）

微波辅助提取是利用微波能来提高提取率的一种新技术。在微波场中，微波辐射导致植物细胞内的极性物质 （水分子）吸收微波能，产生大量热量，使细胞内温度迅速上升，液态水汽化产生的压力将细胞膜和细胞壁冲破，形成微小的孔洞。进一步加热，导致细胞内部和细胞壁水分减少，细胞收缩，表面出现裂纹。孔洞和裂纹的存在使胞外溶剂容易进入细胞内，溶解并释放出胞内物质。

微波场中吸收微波能力的差异使得基体物质的某些区域或萃取体系中的某些组分被选择性加热，从而使得被萃取物质从基体或体系中分离，进入到介电常数较小、微波吸收能力相对较差的萃取剂中。

a）微波加热热效率高，升温快速而均匀，可显著缩短提取时间，提高提取效率。 b）设备简单、适用范围广、重现性好、节省试剂、污染小等。 超声提取法

空化作用：当超声波在液体中传播时，使液体介质 不断受到压缩和拉伸，拉伸时会在液体内部产生 近似真空的小空洞；而压缩时，这些空洞发生崩溃，会使液体微粒间发生猛烈的撞击作用。崩溃时空洞内部最高瞬时压力可达几万个大气压，同时还将产生局部的高温以及放电现象等。微粒间这种剧烈的相互作用，起到很好的搅拌、分散，并使液体的温度骤然升高，从而使两种不相溶的液体发生乳化，加速溶质的溶解，促进化学反应。

利用超声波的空化作用，破坏细胞壁结构，使其在瞬间破裂，植物细胞内的成分得以释放，直接进入溶剂，加速植物有效成分的浸出提取；另外，超声波的次级效应，如机械振动、乳化、扩散、击碎、化学效应等也能加速欲提取成分的扩散释放并充分与溶剂混合，利于提取。

优点：提取时间短、提取效率高、无需加热等。 注意：提取瓶的放置位置、瓶壁的厚薄等会影响提取效果。 超临界流体萃取法

超临界流体：温度、压力均高于临界点的流体。其对物质的溶解能力随温度和压力的改变而在相当宽的范围内变动。

超临界流体相对接近液体的密度，使它有较高的溶解度；而其相对接近气体的粘度，使它具有较好的流动性、扩散性，对所需萃取的物质组织有较好的渗透性。从而提高了溶质进入超临界流体的传质速率。为提高选择性，可加入夹带剂。

优点：可以在近常温的条件下提取分离，几乎保留产品中全部有效成分，无有机溶剂残留，产品纯度高，操作简单、节能。 酶法提取

通过酶反应较温和的将植物组织分解，加速有效成分的释放提取；将影响液体制剂的杂质如淀粉、蛋白质、

果胶等分解去除，提高中药液体制剂的澄清度；将某些极性低的脂溶性成分转化为糖苷类易溶于水的成分，从而有利于提取。

注意：使用酶的浓度、底物、抑制剂、激动剂等；药材与水的比例、pH值、温度、时间等。 仿生提取法

模拟口服药经胃肠道环境转运的原理而设计的提取方法。尽可能地保留原药中的有效成分（包括在体内有效的代谢物、水解物、螯合物或新的化合物）。 6. 系统溶剂分步提取

根据提取要求、目的成分及杂质的性质差别、溶剂的溶解能力来确定提取方法： a）将固体药材按极性递增方式用不同溶剂依次提取。

石油醚、汽油：油脂、蜡、叶绿素、挥发油、游离甾体及三萜类等 氯仿、乙酸乙酯：游离生物碱、有机酸、黄酮苷元、香豆素等 丙酮、乙醇、甲醇：苷类、生物碱盐、鞣质等 水：氨基酸、糖类、无机盐等水溶性成分

b）将药材直接用乙醇、含水乙醇或含水丙酮提取，提取液浓缩成浸膏，拌以硅藻土等辅料，减压干燥成粉后，再用不同极性溶剂分步处理。

7. 影响因素

a）中草药成分间的相互作用对溶解度的影响（增溶、沉淀） b）粉碎度 c）提取时间 d）提取温度

（2）水蒸气蒸馏法

适用于具有挥发性的、能随水蒸汽蒸馏而不被破坏、与水不发生反应且难溶或不溶于水的成分的提取。

原理：两种互不相溶的液体共存时，其总蒸汽压等于各组分同一温度下蒸汽压之和。由于体系的总蒸汽压比任一纯组分的蒸汽压高，所以混合物的沸点要比任一纯组分的沸点低。

（3）升华法

适用于具有升华性质的化合物的提取与提纯。

简单易行，但回收不完全，并常伴有分解现象，产率低，适用于微量物质的精制，很少用于大规模生产制备。 （4）压榨法 4、分离与精制 （1）方法

根据物质溶解度差别进行分离：结晶法、沉淀法、盐析法

根据物质在两相溶剂中的分配比不同进行分离：液-液萃取法、逆流分溶法（CCD）、液滴逆流色谱法（DCCD）、高速逆流色谱法（HSCCC）、气液分配色谱法（GC或GLC）、液液分配色谱法（LC或LLC）

根据物质的吸附性差别进行分离：硅胶、氧化铝、活性炭及聚酰胺、大孔吸附树脂 根据物质分子大小差别进行分离：透析法、凝胶过滤法、超滤法、超速离心法 根据物质解离程度不同进行分离：离子交换法、电泳 （2）结晶法

利用温度不同引起溶解度的改变以分离精制化合物的方法，是分离精制固体化合物的重要方法之一。 通过重结晶进一步纯化化合物的结晶；

纯化合物的结晶有一定的熔点和结晶学特征，有利于化合物性质及结构的判断； 结晶法分离纯化的关键：结晶溶剂的选择和结晶条件。 1. 结晶条件

需结晶化合物在混合物中的含量 选择合适的溶剂：单一/混合

需结晶化合物在所选溶剂中的浓度

合适的温度和时间

需结晶化合物的性质：结晶性弱的化合物需要制备结晶性的衍生物或盐，如生物碱制为盐酸盐、氢溴酸盐、过氯酸盐、苦味酸盐等，羟基化合物制为乙酰化衍生物

2. 结晶溶剂选择

理想的结晶溶剂需具备的条件：不与要结晶化合物起化学反应；选择性好；其它杂质在溶剂中的溶解度对温度的依赖性小，对杂质的溶解度非常大或非常小；溶剂的粘度要小，利于固液分离，且应使要结晶化合物容易成核，生成的晶体较完善。

如何选择：查阅文献，参考同类型化合物的一般溶解性质和结晶条件；根据要结晶化合物的极性大小，利用相似相溶规律通过实验选择溶剂；无理想单一溶剂时，可使用混合溶剂（一般选择对样品溶解度很大和很小的而又能够互溶的两种溶剂混合使用）。

3. 结晶纯度的判断：晶形、色泽，熔点与熔距，薄层层析或纸层析，高效液相层析、气相层析。 （3）沉淀法

提取物中加入某些试剂使产生沉淀，以获得有效成分或除去杂质的方法。

应注意的问题：沉淀的方法和技术要具有选择性；对于一些活性物质（如酶、蛋白质等）的沉淀分离，必须考虑沉淀方法对目标成分的活性和化学结构是否破坏；残留物对人体的危害。

1. 改变溶液中混合溶剂的极性

水/醇法：沉淀除去糖类、蛋白质等水溶性杂质 醇/水法：沉淀除去树脂、叶绿素等水不溶性杂质 醇/醚法或醇/丙酮法：皂苷类成分沉淀析出 2. 改变溶液的pH

酸/碱法：生物碱类成分的分离

碱/酸法：黄酮、蒽醌类酚酸性成分的分离 等电点沉淀法：蛋白质的分离

3. 加入沉淀试剂（如钙、钡、铅盐） （4）盐析法

中草药的水提取液中，加入无机盐至一定浓度或达到饱和状态，使某些成分在水中的溶解度降低，沉淀析出或被有机溶剂提取出的分离方法。常用的无机盐：NaCl、Na2SO4、MgSO4、(NH4)2SO4等。

（5）透析法

利用小分子及小离子在溶液中可通过半透膜，而大分子及大离子不能通过的性质而达到分离的方法。常用于纯化皂苷、蛋白质、多肽和多糖等化合物，可除去其中的无机盐、单糖、双糖等。

透析膜的种类：动物性膜、火棉胶膜、羊皮纸膜（硫酸纸膜）、玻璃纸膜、蛋白胶（明胶）膜等。选择原则：根据透析膜的膜孔大小与被分离成分的分子大小来选择。

（6）分馏法

原理：利用沸点不同进行分离。分馏法则利用多次反复蒸馏以达到混合物分离。

完全互溶的、具有挥发性的两组分混合液，达到气-液平衡时，两组分在气相与液相中的相对含量不同。 （7）层析法（色谱法，Chromatography）

利用不同化合物在互不相溶的两相（固定相和流动相）中的亲和力的不同来分离物质。 分类：

1. 液相层析法（液-固、液-液）、气相层析法（气-液、气-固） 2. 柱层析法、薄层层析法、纸层析法、逆流层析法

3. 吸附层析法、分配层析法、凝胶渗透层析法（又称凝胶过滤法、分子筛过滤法、排阻层析法）、离子交换层析法、亲和色谱法

（8）吸附层析法 1. 吸附作用

物理吸附：分子间作用力，可逆、无选择性（吸附层析常用）