1、天 然 药 物 化 学,Natural Pharmaceutical Chemistry,讲课人:典灵辉 E-mail: Tel: 13537139736,第一章 总 论,学什么,?,第一节 绪 论,1.1天然药物化学的概念和主要研究内容,一、天然药物与天然药物化学,1基本学科地位,2与其他学科的关系,学什么 ?,三、学科地位 和 性质,二、天然药物化学成分的类别,1.1天然药物化学的概念和主要研究内容,一、天然药物与天然药物化学,1、天然药物,来源于天然资源的药物,药物的重要组成部分,,亦是创新药物和先导物的重要来源,1.1天然药物化学的概念和主要研究内容,一、天然药物与天然药物化学,2、
2、天然药物化学,现代科学理论、方法和技术,研究天然药物中化学成分、,寻找药效成分,一门学科,1.1天然药物化学的概念和主要研究内容,3、主要研究对象和学习内容,图片:,一、天然药物与天然药物化学,花 鸟 鱼 虫 草 木 金 石,采药悬崖峭壁,天然药物 化学成分,研究对象:,天然药物 化学,结构近似成分 精细分离(合成方法、生物合成途径等,略),结构,性质,提取,分离,检测,孤 立,研究内容:,有效成分(Effective Constituents)指具有生理活性、有药效,能治病的成分。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) 具有生物活性,有效部位( Effectiv
3、e Extracts)指含有一种主要有效成分或一组结构相近的有效成分的部位,称为有效部位。如:总生物碱、总皂苷或总黄酮等。 无效成分( Inffective Constituents)指无生理活性、无药效,不能治病的成分。 有毒成分:指能导致疾病的成分。,toxic compound,有效成分与无效成分的划分是相对的、发展的 A. 不同类型成分,在不同天然药物中作用不同 B. 原来视为无效成分,可能成为有效成分 C. 过去视为有效成分,被修正、完善麝香 抗炎成分 麝香酮多肽丹参 扩冠 丹参醌丹参酚酸 D. 加工、代谢等过程,可转化非活性成分为活性成分,正确理解成分的划分,二、天然药物化学成分的
4、类别,化学结构、,生理活性、,来源、,生源关系,1、分类方法,生源结合化学等,糖和苷、,脂肪酸和聚酮、,苯丙素类、,醌类化合物、,黄酮类化合物、,萜类和挥发油、,三萜及其苷、,甾体及其苷、,肽与氨基酸衍,生物碱、,2、天然药物化学成分的类型,三、天然药物化学的学科地位和性质,化学:属于天然有机的范畴, (有机化学的重要分支:天然产物化学 天然药物化学) 药学:药物化学 天然药物化学 有机化学 的 重要分支 药物化学 的 主要内容之一,天然 药物 化学,本课程 是一门 边缘学科、交叉学科,研究内容:有机化学 方法:分析化学 对象:医学、药学内容、方法 研究对象、目的,介于二者之间边缘学科交叉学科
5、,淘金场,化学 生命科学,?,“天然药物”与“中药”的关系,联系 区别 ?,宝贵的历史遗产 中药正面临着空前的发展机遇 中药现代化,中药:天然药物,的,中医理论指导 下 使用,为什么 学,3、 学习目的和意义 ( 实用价值),?,3、 学习目的和意义,(一) 本课程 是一门重要的专业基础课(其它课的前修课程)例如:药剂学等,(二)本课程 也是一门应用很广, 需求很强的专业课程,可以直接作为 专业 技术 加以应用 例如: 精细化工产品:天然 食用 色素:(辣椒红) 其它天然 食品 添加剂化妆品: 防晒霜, 槲皮素(黄酮类)保健食品: 茶多酚, 人参皂苷等,(三)本课程 是制药工程师的必备工作知识
6、,在制药工业中的应用:,研究开发新药,()制药工艺设计,天然药化 是 天然药物制药工艺 的 核心 提纯西药:麻黄碱 利血平 紫杉醇合成药物 的纯化精制 制备中药: 今后更多的是 高含量 有效成分 制剂 必用 天然药化即使 传统中药配方 的 工业化生产 也常用 天然药化手段,楷体加斜体 可记可不记,() 指导 工艺 改进 分析 解决 疑难问题,例如:提高收率(降低成本)提高纯度 降低杂质 分析质量事故原因,楷体加斜体 可记可不记,()质控标准的建立、实施 (比西药难做),检测,质量保证 提取分离(精制、纯化) 也是 天然药物分析的必备知识或 处处碰壁,步履艰难, 或 得心应手, 全在于 天然药化
7、知识 是否熟悉 是否应用得当 实例:.,楷体加斜体 可记可不记,1“中药现代化” 正在做为政府行为 组织实施,已确定 可操作性的 两大目标:,(1)与现代科学接轨; (2)被国际医药市场认可。,基础 研究,市场 开发,(四)中药现代化事业的发展 急需熟悉本课程的专门人才,除 基础研究 之外, 中药 国际市场的开发 也 定出明确的 具体要求: 开发一批 现代中药品种与 现代科学体系 接轨,确为 国际医药市场 需求和认可; 2.中药出口量在国际中草药市场的 占有率 达到15% (当时仅 5%), 3.形成和发展 若干个 跨国医药产业集团。以中药为主业的具有国际竞争力的,在国家科技部的直接组织下,
8、天津的复方丹参滴丸, 已获准直接进入美国新药期临床研究; 中草药复方制剂 获得美国FDA(食品和药品管理局)此类批准, 在国际上还是 首例;,楷体加斜体 可记可不记,在澳大利亚 已经取得 合法地位,欧美其它一些国家 对其限制也在 逐步改善。 美国 专门制定了 “植物药在美上市 批准法”, 开始接受 植物药 复方制剂 作为 治疗药物,而不是仅作为 营养补充剂 或 保健品。,楷体加斜体 可记可不记,感想 . ?,任 重道 远,天然药物化学 发展简史,鉴 似 知识 思路、方法 科学史 化学史 学科史 510 (自学,讨论,主要历程,印象、体会等),本课程的学习要求、 学习方法,及其它,定位:,有无信
9、心 ?,成功,优秀 良好 及格,能否 确保成功,目标,?,怎样学 ?,听 习 疑,四要素,三环节,及时复习 避免突击,重视看书,记好笔记,教材有增删,及时;切勿积累; 自控,习惯,出勤,时间( )h,强调 四要素:,懂,记,用,全面 理解重点 记忆 熟练 应用,“多记”,切忌,不 记,结构 框架 体系,联系 分析 习题,?,死 记,趣,?,难 度,不 难,能力,定 位,. 四要素: 懂、记、用、趣,2. 竞争意识、习惯 能力自测,3. 考试 纪律 !,1. 必须重视 三环节: 听、习、疑,考试 纪律 作弊 两种方式:抄 袭 自带小抄几乎不可能 最危险两种目的: 及 格 优秀不必要不明智,悔 !
10、,帮,?,协同作弊,结局,参考文献 1 徐任生、陈仲良中草药有效成分提取与分离上海科学出版社, 1983 2 林启寿中草药成分化学科学出版社, 1977 3 孙文基天然药物成分提取分离与制备中国医药科技出版社, 1999 4何丽一,平面色谱方法及应用 5 R 284.2-62 天然药物化学成分提取分离手册1 杨云等 其它,1.简述本课程的研究对象和主要学习内容 2.名词解释:有效成分、有效部位、无效成分3.检索 天然药物化学成分提取分离的方法有哪些?,答关键词,习题 实例 简答题 (作业),3-1天然药物的提取分离过程为什要提取、分离?(以植物为例)怎么提取、分离?提取、分离的过程?,第3章天
11、然药物化学 成分的提取方法(1),(一)天然药化学成分的构成特点,贝母,生物碱 萜 类 甾醇类,1. 同种植物含有多种结构类型的化学成分,2. 总成分含量少而种类多,长春花,总生物碱含量 1 / 千 分离生物碱单体 70多种,(一)天然药化学成分的构成特点,3. 有效成分含量低,长春碱 3 / 万,长春新碱 3 / 百万,(一)天然药化学成分的构成特点,2. 了解前人的研究工作1) 做过研究没有 2) 研究的深度和广度,(二) 提取分离前的文献调研,3. 原植物的鉴定1) 原植物的拉丁学名 2) 采集地点和时间3) 药用部位 4) 民间药用情况,(二) 提取分离前的文献调研,如果目的物为已知成
12、分,简单如果目的物为未知有效成分或部位,复杂,(三)提取、分离的过程,四个阶段,提取 extraction,分段 fractionation,分离纯化 isolation and purification,定量评价 quantification,3-2 提取方法,溶剂法,蒸馏法,原理:与水蒸气产生共沸点 范围:挥发油,升华法,原理:遇热挥发,遇冷凝固 范围:游离蒽醌,原理:相似者相溶 范围:所有化学成分,一、经典提取法,1浸渍法 2渗漉法 3煎煮法 4回流提取法 5连续回流提取法,常用方法,1. 浸 渍 法 maceration,操作 粗粉装容器, 加适当溶剂(水或稀醇 多用 ),浸透,稍过量
13、; 常振摇或搅拌, 放置一日以上, 过滤; 浸过的原料另加新溶剂,再提。 第二、三次浸提, 时间可缩短。 合并提取液,浓缩, 得提取物。,通常不需加热,(必要时温热),特点: 冷提 + 静态 . 利 装置 较简单,溶出 杂质少, 液清适合 热敏物质。 弊 效率低, 提取时间长, 注意: 水提 液 易发霉变质,必要时 加适量 防腐剂。,适用于 ? 1. 热敏成份 2. 富含淀粉、树胶、果胶、粘液质等多糖成分量大的原料。(冷提法溶出杂质少),2渗 漉 法 percolation,操作 (常用乙醇)粗粉 溶剂润湿膨胀 ,装 渗漉 筒 ,上方 不断 加 新溶剂,下口 收 提取液。,渗漉装置,弊溶剂 耗
14、量大,费时长,操作仍嫌麻烦。,特点: 动态. + 冷提 利 1. 提取效率较高, 易提尽 原理 ?可随时保持 相当的 浓度差 2. 浸出液较澄清,杂质少,3煎煮法,水 加热煮沸 提取法。,操作 听懂 理解即可 只记录强调部分 带下划线粗粉放容器中(如砂锅、金属夹层锅等, 应避免铁器) 充分 浸泡加水浸过粗粉面,煎煮 直火或蒸气 加热,一般煮 2 - 3次,每次 1/2 - 1h,煎煮次数、时间可适当增减据投料量及原料质地而异。,特 点:热提 + 静态 水 . 优点:简便,溶出成分多 缺点: 3 不 宜1. 含挥发 性成分的原料 不宜热敏 成份的原料 不宜遇热易破坏的成分2. 含较多 淀粉 等多
15、糖类 的原料 不宜煎液 较 稠,过滤 较 难。,1 防 焦糊 三 不宜,挥发 热敏 多淀粉,注意:,4回流提取法,用 有机溶剂 加热提取 时, 需用 回流装置, 以免溶剂挥发。,小量操作: 原料粉 装烧瓶(其量为烧瓶容量的 1/3 - 1/2), 加溶剂 浸过原料面 1 - 2cm , 接冷凝器, 水浴 加热,沸腾后溶剂蒸气冷凝流回。,听懂 理解即可 只记录强调部分 带下划线部分, 特点: 热提 + 静态 有机 溶媒 优点: 提取效率较冷浸法高, 缺点: 不宜?热敏成分不宜 ,溶剂耗量大,操作麻烦。,注意: 1 热敏不宜 2 防火水浴 加热,回流1小时,滤出 提取液, 加新溶剂 重回流 1/2
16、 h ,通常重复两次。合并 提取液,浓缩 得提取物。 大量生产亦可采用类似的装置。,回流装置,改进 ?,5连续回流提取法,为了弥补回流提取法中需要溶剂量大,操作较繁 的不足, 可采用连续回流提取法。 装置:索氏提取器 (实验室内常用),(索氏提取法,连续提取法),特点: ?动态提取 + 受热长 有机溶媒 优点: ?溶剂量少,操作较简便 缺点: ?热敏 成分 不宜 (受热 时间 长),四、常用提取方法简介 小结掌握:分类及特点5种提取法 的 主要 优缺点和 适用范围怎样选择提取方法 ? 原料:组成, 淀粉 性质, 热敏 溶媒: 水, 有机溶剂效率,其它 ,一. 实验室常用装置,二. 原理,三.
17、必要条件 3个,四. 主要应用,Two: 水蒸气蒸馏法,一. 实验室常用装置 *,水蒸气蒸馏装置图,二. 原理,1混合体系的总蒸汽压等于两纯组分蒸汽压之和,2各组分的蒸汽压与其纯粹状态时的 蒸汽压相等 3(另一种液体的存在并不影响它的 蒸汽压),P = P0A + P0B,P 代表 同温度下的 总蒸汽压。 P0A 代表 纯A 在某温度时的 蒸汽压; P0B 代表 纯B 在某温度时的 蒸汽压;,两种互不相溶的液体A、B 共存时, 具有下述性质:,1.挥发具挥发性, 沸点1000C,且 1000C 左右具有一定的蒸气压(至少510 mmHg) 2.难溶或不溶于水(便于分层分离) 3.不反应 不与水
18、反应,不被水蒸气破坏,三. 应用必要条件 (3个)*,天然药物中的:挥发油 某些 小分子的:生物碱 (麻黄碱、槟榔碱等)酚性物(包括苯醌、萘醌、香豆素)等,四. 主要应用,挥发油提取器,三、升 华 法 sublimation,四、现代提取方法,1. 超声提取法 2. 超临界流体提取法3. 其它 ,1、超临界流体技术 在天然产物提取分离 中的应用,超临界萃取仪,超临界 对低分子量、低极性或亲脂性的成分如油脂、萜、醚和环氧化合物等表现出优秀的溶解性,适用于对热及化学不稳定的化合物的提取,以及从混合物中提取低极性的组分; 但对极性较大、分子量较高的化合物,如皂苷类、黄酮类和多糖类等的提取较为困难。,
19、2、超声波协助溶剂提取法,超声波提取法是应用超声波强化提取植物的有效成分,是一种物理破碎过程。,超声波提取仪,利用超声波增大物质分子运动频率和速度,增加溶剂穿透力,提高药物成分溶出速度和溶出次数,缩短提取时间,从而增加了提取效率。因此,超声提取法的提取效率优于前述各提取法。,优点:本法操作简便,适用于各种溶剂的提取;提取时间短,一般只需数十分钟即可完成;不需加热即可达到提取目的,故也适用于对热不稳定成分的提取。 缺点:,3、微波协助溶剂提取法,微波是频率介于300 MHz和300 GHz之间的电磁波。 微波具有穿透力强、选择性高、加热效率高等特点。,4、加压溶剂提取法,五、提取方法和提取溶剂的
20、选择,(以植物类原料为例) (一)提取法的一般程序 (二)溶剂提取法的理论依据 (三)选择提取溶剂的一般思路 (怎样选择提取溶剂);(怎样选择提取方法) (四)影响提取效率的因素 (怎样选择提取条件),一溶剂提取法的一般程序,溶剂提取法,原料,增大接触表面,干燥 粉碎 选适当溶剂提取,提取液,(含目标成分),溶剂提取法,实例:,浸渍法图示,煎煮法图示,为了选择适宜溶剂和适宜方法有必要熟悉以下相关理论依据,二溶剂提取法的理论依据,1溶剂提取法的基本原理 (1)相似相溶原理 一般经验: 化学成分易溶于与其结构相似、极性相似的溶剂之中。,溶剂提取法,例外:提取混合物成分时,各成分间有可能存在互溶和助
21、溶作用。 例如:水提法也可能提出亲脂性成分。,溶剂提取法,(2)浓度差原理,溶剂提取法,由于扩散、渗透作用,溶剂逐渐通过细胞壁透入到细胞内。溶剂进入细胞后,溶解大量可溶性物质,造成了细胞内外的浓度差,于是细胞内的浓溶液不断向外扩散,溶剂又不断进入被提取原料组织中,可溶成分不断被提取出来。如此多次往返,直至细胞内外溶液浓度相等达到动态平衡为止。,因此,进行溶剂提取的重要前提是: 组织细胞内外存在浓度差。,试分析比较以下方法中的浓度差特点:,渗漉法 动态提取 图示,静态提取中,被提取的物料与提取液之间处于相对静止状态,例如浸渍法; 动态提取中,被提取的物料与提取液之间处于相对运动状态,例如渗漉法。
22、 由于提取液与被提取物料的相对关系不同,进而导致其浓度差特点不同,提取效率不同,选择动态提取法,可以获得更高的提取效率。,小结 (1)相似相溶原理 可用于指导 选择提取溶剂 (2)浓度差原理 可用于指导 选择提取方法,上述“相似相溶原理”中的相似是指被溶解成分和溶剂二者之间的极性相似,因此我们还有必要熟悉以下有关化学成分的极性判断,以及溶剂的极性和其它特性。,2化学成分的极性判断及其溶解特性,(1)关于极性的概念 极性:分子中电荷不对称的程度。,(2)常见官能团的极性强弱顺序:参见教材P.28 表1-3 -C O O H - O H - NH2 - SH 羧 羟 胺 巯 强 -CHO C =
23、O -COOR -OCH3 醛 酮 酯 烷氧 -CH = CH - -CH-CH- 烯 烷 最 下 方,(3)判断化学成分极性强弱的一般规律(3条规律),a 分子越小, 碳链越短, 芳环越少,其极性越大; 分子越大, 碳链越长, 芳环越多,其极性越小,b 所含官能团极性越强, 分子极性越大;所含官能团极性越弱, 分子极性越小;,c 含 极性官能团数目越多, 分子极性越大; 含非极性官能团数目越多, 分子极性越小。,A,B,C,C,B,A,极性,极性判断(2个要点),极性 判断,a. 看分子(骨架)大小: 碳链 长短 芳环 多少 b. 看官能团特点: 极性 强弱 数目 多少,以上为化学成分极性判
24、断的 三条规律, 两个要点,(4)化学成分极性与其溶解性的关系,一般情况下, 极性越大,亲水性越强;极性越小,亲脂性越强。,3常用溶剂的极性、分类及其特性,(1)判断溶剂极性强弱的一般规律 (与上述判断化学成分的极性规律一致)。,(2)常用溶剂的极性顺序及其主要特性,极 性,弱,强,(3)常用溶剂的分类,其结构和溶解特性与水相近, 极性较大;易溶解亲水性成分 。,亲水性 溶剂,亲脂性 溶剂,其结构和溶解特性与油相近, 极性较小;易溶解亲脂性成分。,(一) 粗分,(二) 细分 (见下表),三、选择提取溶剂的一般思路,2从成本和安全性等方面考虑 廉价、易得、使用安全、易于回收。,1从溶解度考虑:
25、对目标成分溶解度大;对其他成分溶解度小。,1原料的采集及粉碎度 2温度3时间4. 溶剂用量和浓度差:,四、影响提取效率的因素,五、影响提取效率的因素,1.原料的采集及粉碎度,原料基源、产地、采收季节、贮藏,粉碎度 太粗, 表面积小,不利于溶剂扩散、渗透、溶解等提取过程。 太细, 相互吸附作用增强,反而影响扩散速度。,适中,粗粉或薄片,,有机溶剂 提取:,20目 粗粉。,通常 水 提取:,影响提取效率的因素,影响提取效率的因素,2温度:温度增高,有利于溶剂扩散、渗透和溶解,提取效率增高。 温度过高,有些成分破坏,且杂质提取也有可能增多。,适中,蛋白酶,3时间:时间 过短,提取不完全;过长,浪费时间。 使被提取物细胞内外有效成分浓度达到平衡即可,适中,影响提取效率的因素,丹参,影响提取效率的因素,3溶剂用量和浓度差: 用量多,浓缩费时; 用量少,提取率低或提取次数多。 使被提取物细胞内外有效成分浓度差越大越有利有力于提高提取效率。,原料的6-10倍,