1、天然药物化学,张艳华 ,Chemistry of Natural Medicine,第一章 总论,第一节 绪论 第二节 天然药物中主要化学成分简介 第三节 生物合成 第四节 提取分离方法 第五节 结构研究法,第一节 绪 论,一、内涵和研究内容 二、研究对象 三、研究方法 四、国内外研究的历史进展 五、研究发展趋势 六、研究意义 七、如何学习天然药物化学,定义：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：研究天然产物的化学成分的： 结构特点 物理化学性质 提取分离方法 主要类型化学成分的结构鉴定 生物合成途径等。成分结构合成、修饰。,一、内涵和研究内容,相关
2、学科1. 有机化学2. 分析化学（有机分析 / 仪器分析） 3. 生药学 / 药用植物学 4. 生物化学5. 有机化合物波谱分析6. 植物化学/中药化学 /天然产物化学7. 药物化学,注意：各门学科的相关性,二、研究对象：天然药物,天然药物,植物（为主） 87%,动物,微生物,矿物,（如土鳖虫、斑蝥等）12.3%,（如石膏CaSO42H2O） 0.6%,（如青霉菌、放线菌等）,世界范围,高等植物1315万种，其中药用植物约14500种以上。活性筛选仅占5%，化学成分研究则更少。,中 国,我国自然资源丰富，植物品种繁多，其中种子植物就有25700余种，药用植物11800多种，常用5000余种。,
3、植物药,评价：民族药是一块未开垦的处女地。 海洋生物海洋占整个地球的表面的71%，蕴藏着极其丰富的生物资源，是巨大的天然库，现在已成为研究的热点。 微生物,民族药民族药是中国传统医药学的重要组成部分。如：藏、蒙、维药.等约有1500余种。,曾毓麟主编： 中国民族药志,三、研究方法,1. 调查研究2. 成分分离 （1）单体化合物:指具有一定分子量、分子式、理化常数和确定的化学结构式的化学物质。 （2）有效成分:具有生物活性且能起到防治疾病作用的单体化合物。 （3）无效成分:与有效成分共存的其它成分。 （4）有效部位:含有一种主要有效成分或一组结构相近的有效成分的提取分离部分。如人参总皂苷、银杏总
4、黄酮等。 （5）有效部位群:含有两类或两类以上有效部位的中药提取或分离 部分。3. 成分鉴定 4. 结构改造,小蘗碱（Berberine）,注释：辩证理解上述术语的相互关系。,国内发展史： 1575年,明代李挺医学入门，发酵法从五倍子中得到没食子酸的过程。 1518-1592，李时珍本草纲目，轻粉由汞 (Hg)、白砂KH(SO4)2、食盐(NaCl)配伍，经升华而得。 1637年，宋应星天工开物，锌的冶炼和氧化锌(亚铅华)的制备。 1711年，洪遵集验方，升华法制备纯化樟脑过程。 评价：医药化学源于中国,四、国内外研究的历史进展,我国外藉院士、英国学者李约瑟孜孜不倦研究中国古代科技史五十余年，
5、在其巨著中国科学技术史中写道：“现代人之所以更为优秀，是因为他们发现了印刷术、黑火药、和磁罗盘，我们把它归功于中国人。要是没有这种贡献，就不可能有我们西方文明的整个发现历程。” “在欧洲十六世纪帕拉尔(Paracelsus, 14931541)将水银、锑、铋等矿物作药物 (原来公认草药) 的时候，存在着很大的争议，而中国在那时已使用矿物药有许多世纪。”中国药物化学从11世纪到17世纪处于一个灿烂的 时期。,国外学者的评价,二十年代 主要成就是麻黄碱的研究同时还对闹羊花、莽草、延胡索等开展了一些研究工作。 2) 三十年代 进行了中药延胡索、防己、贝母、陈皮、细辛、钩吻、洋金花、除虫菊、雷公藤、三
6、七、广地龙、柴胡中成分的分离工作。3) 四十年代主要研究了常山的抗疟有效成分，定出了常山生物碱的分子式、母核，并和国外学者共同研究取得一定成绩。另对羊角拗、远志、前胡、丹参、射干、使君子等也做了许多工作。,延胡索乙素,粉防己碱 R=CH3 防己诺林碱 R=OH,（4）五十年代以后1）利用丰富药源生产药物 麻黄素、芦丁、洋地黄毒苷、咖啡因、黄连素、粉防己碱、加兰他敏、山道年等。2）减少进口、自给自足药物 地高辛、西地兰、麦角新碱、秋水仙碱、阿托品、东茛菪碱、长春碱、长春新碱、薯蓣皂苷元等。3）民间草药发掘药物 颅痛定、岩白菜素、天花粉素、川楝素、黄藤素、鹤草酚、焊菜素、亮菌甲素、棉酚、羟基喜树碱
7、等。4）特色天然化学药物 如青蒿素、三尖杉酯碱、山茛菪碱、天麻素、靛玉红、齐墩果酸、丁公藤碱II、高乌头碱、石杉碱甲、川芎嗪等。5）改构药物 如抗痫灵、常咯啉、联苯双酯等。6）合成药物 如黄连素、延胡索乙素、山茛菪碱、天麻素、咖啡因、靛玉红、川芎嗪、大蒜新素、罂粟碱等。,我国天然药物化学家,第一代（30-40年代） 赵承嘏 黄鸣龙 庄长恭 高怡生 第二代（50-60年代） 朱子清 林启寿 邢其毅 梁晓天黄 量 姜达衢 周维善 王宪楷赵守训 第三代（70-80年代） 徐任生 姚新生 于德泉 周 俊孙南君 陈耀祖 贾忠健 陈延庸张如意 潘德济 陈英杰 闵知大 第四代（80-90年代） 陈仲良 孙汉
8、董 吴厚民 王锋鹏,国际发展史,1.天然药物化学的建立与形成,1769 酒石酸(酒石) 1975 苯甲酸(安息香) 1778 乳酸(酸乳) 1785 苹果酸(苹果),观点2: “植物中有机酸的研究促成有机化学及植物化学的形成”,1773 尿素 (脲),席勒 (K. W. Sheller),柏格曼 (Bargmann),1822 瑞香苷 1830 苦杏仁苷,观点1: “植物中只有酸性物质”,卢勒 (Rouelle),1776 尿酸 (脲),观点3. “生物碱的研究是天然药物化学发展的开端。”,1803 1806 吗啡(鸦片),德罗逊 (Derosen) 斯托勒 (Sertrner),1818 士
9、的宁碱 1820 咖啡因 1820 喹宁 1828 尼古丁 1831 阿托品 1833 乌头碱,morphine,2.天然有机合成化学的建立与发展,美登木碱 (Maytansine),利血平 (Reserpine),紫杉醇 (Taxol),长春碱 (Vinblastine) 长春新碱 (Vincristine),3.大规模寻找天然活性物质,分离 1804-1806年 确定结构 1925年 全合成 1952年 共用了 150年,分离 1952年 确定结构 1956年 共用了 4年,五、天然药化研究发展趋势,(一) 化学结构研究 1. 快速,2. 微量,生物碱 (Alkaloids)1803-19
10、52 950 9501952-1962 1107 20571962-1972 3443 55001972-1987 4500 10000,莲心碱 (Liensinine),3. 准确,经典化学方法,现代波谱方法,50年代 I R 60年代 1H-NMR 70年代 13C-NMR 80年代 2D-NMRMSX-ray,（二）研究方向的重大转变研究热点向微量、水溶性、大分子成分转变。 由单纯化学研究向生物活性成分研究转变。 由单味中药研究向复方中药研究转变。生物活性筛选由整体动物向分子水平、基因水平转。,蚕蛾虫 (bombykol) 10-10 ug/ml 具有明显的生物活性 从50万头雌蚕蛾中得
11、到12mg,蜕皮激素 (ecdyson) 从500Kg蚕蛹中得到25mg,粗总皂苷: 天 然 4.1 %组织培养 21 %,薯蓣皂苷元: 天 然 1. 5 %组织培养 2. 5 %,(四)注重结构改造和仿生合成,1) 解决植物活性成分含量偏少 2) 合理保护药用资源,(三)组织培养,我国目前的天然药物化学水平，已在世界天然药物研究中占有一定的地位（昆植所，上海药物所、医学科学院药物所，高等学校如中国药大、沈阳药大等）。,六、研究意义,1.探讨中药及民族药物防治疾病的药效物质基础；2.改进传统药物剂型，提高临床疗效；3.控制中药材及制剂的质量,为中药炮制提供科学依据；4.整理、发掘祖国医药学宝库
12、，扩大药物新资源，为新药开 发提供新的化合物；5.新药创制（包括先导化合物的改构与全合成）；6.植物化学分类学的研究：利用植物的亲缘相关性 改变传统的形态分类方法7.功能性食品用及相关产品（功能食品、天然色素、香料、 美容化壮品）。,七、如何学习天然药物化学,（一）基本骨架类型及其结构特征1. 基本骨架2. 主要活性化合物 （二）各类成分的理化性质1. 共性1) 鉴别反应：沉淀反应、显色反应2) 溶解性3) 酸碱性2. 特性 （三）各类成分的提取分离方法1. 利用不同溶解度2. 利用不同酸碱性3. 利用色谱分离法 （四）各类成分的结构测定方法1. 各类成分的主要化学反应2. 主要成分的波谱特征
13、,理 论 和 实 践 并 重,特别注意,中草药有效成分提取与分离，徐任生，陈仲良，1983，上海科学出版社。 天然产物化学，徐任生主编，1997，科学出版社。 现代中草药成分化学，吴寿金主编，2002年版，中国医药科技出版社。 分析化学手册第七分册：核磁共振波谱分析于德泉，杨峻山主编，1999，化学工业出版社。 有机化合物波谱分析，姚新生主编，人民卫生出版社 2001年7月第1版。 中药化学，匡海学主编，2003，中国中医药出版社。 天然药物化学学习指导，(人民卫生出版社)，吴继洲主编，阮汉利、张勇慧参编。,主要参考书目,生物碱：,黄酮：,醌类：,第二节 天然药物中主要化学成分简介,香豆素：,
14、强心苷：,皂苷：,萜类：,理化性质：如溶解度、极性、酸碱性、鉴别反应等。,第三节 生物合成,一、一次代谢与二次代谢,一次代谢过程：对维持植物生命活动来说是不可缺少的过程，且几乎存在于所有的绿色植物中。 一次代谢产物：指糖、蛋白质、脂质、核酸等。 作用： 1）植物的营养物质；2）人类赖以生存的物质基础。 二次代谢过程：以一次代谢产生的代谢产物为原料（或前体），经不同途径进一步合成的过程。 二次代谢产物：也叫次生成分。次生代谢是植物特有的代谢方式。 作用： 1）维持植物的特性与特征；2）重要的药物资源。,二次代谢产物归类,二次代谢 产 物,苷 类非苷类 （苷元）+ 糖挥发油,脂肪族 萜 类 芳香酚
15、类,酸性物质碱性物质中性物质,脂肪族芳香族,香豆素类 木脂素类 木质素类,苯丙素类 黄 酮 类 醌 类 鞣 质,植物甾醇 强 心 苷 皂 苷,单 萜 倍 半 萜 二 萜 二倍半萜 三 萜 多 萜,甾 族萜 类,生物碱 N 族,油 脂,基本结构单位,氨基酸,萜 类,甾 醇,生物碱类,香豆素 木质素 木脂体,黄酮类,脂肪族类 苯酚、苯 醌、蒽醌等聚酮类,异戊烯单元,糖单元,氨基酸单元,二、主要的生物合成途径,脂肪酸类生物合成途径,1、醋酸-丙二酸途径（AA-MA） 脂肪酸类、酚类、蒽酮类等由此途径生成。,苯酚、苯醌、蒽酮和蒽醌类生物合成途径,2、甲戊二羟酸途径（ MVA ） 萜类、甾体等。 3、桂
16、皮酸及莽草酸途径 苯丙素类、香豆素类、木质素类、木脂体 黄酮类等。 4、氨基酸途径 生物碱类 5、复合途径,许多天然化合物均由特定的生物合成途径生成，但有少数化合物例外，如在植物中广泛分布的没食子酸在不同的植物中生合成途径不同。,了解生物合成的意义,(一)利用植物亲缘相关1. 推测天然化合物的结构2. 定向寻找天然活性成分3. 植物化学分类 (二)组织培养1. 工业生产有效成分2. 生物调控，提高活性成分含量,第四节 提取分离方法,一、概述 二、中草药有效成分的提取 三、中草药有效成分的分离与精制,(一) 中草药化学成分的构成特点 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
17、种类多 3. 有效成分含量低 (二) 提取分离前的文献调研 1.立题着眼点 1) 为什么要立题 2) 怎样做 2.了解前人的研究工作做过研究没有? 2）研究的深度和广度 3）目的物已知还是未知 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)用药部位 4)民间药用情况,一、概述,1.有效成分 碱性化合物：生物碱酸性化合物：两性化合物：氨基酸、蛋白质 中性化合物：萜类和挥发油、甾体等,二、中草药有效成分的提取 提取：指选择适当的溶剂或适当的方法，将所要的成分溶解出来并同原料脱离的过程。,提取方法,溶剂提取法,水蒸气蒸馏法,升华法,(应用最广),2.无效成分 脂溶性：蜡、脂肪油、植物
18、色素 水溶性：多糖类、鞣质,环己烷 石油醚 苯 二氯甲烷 乙醚 氯仿 乙酸乙酯 正丁醇 丙酮 乙醇 甲醇 水,原理：相似者相溶 范围：所有化学成分 溶剂分为:极性溶剂和非极性溶剂 极性溶剂能够溶解离子化合物以及能离解的共价化合物，而非极性溶剂则只能够溶解非极性的共价化合物。 常用溶剂的性质：,(一)溶剂提取法,极 性,由小到大,可与水任意比例混溶,比水重,与水分层,常用来从水中萃取苷类、水溶性生物碱类,天然药物各类成分的极性与提取溶剂的关系,选择溶剂注意点 对有效成分溶解度大,对杂质溶解度小 不与化学成分起化学变化 经济、易得、使用安全,溶剂提取法分类,影响提取效率的因素： 原料粉碎度、 提取
19、时间、提取温度、设备条件,渗漉法,回流法,索氏提取法,超临界流体萃取,物质处于临界温度和临界压力以上状态时，成为单一相态，称超临界状态。 兼具有气液两相性质： 液体相近的密度，强穿透力； 气体相近的扩散力，提取速率高。,化工纺织,超声波提取,提供能量，物理过程。“空化效应”和“机械作用”一方面可有效地破碎药材的细胞壁，使有效成分呈游离状态并溶入提取溶媒中，另一方面可加速提取溶媒的分子运动，使得提取溶媒和药材中的有效成分快速接触，相互溶合、混合。 优势：提取温度低、提取率高、提取时间短、适应性广、操作简单的独特优势。,微波提取法,微波是一种能量形式。微波辐射高频电磁波穿透萃取介质，到达物料的内部
20、维管束和腺胞系统。细胞内部温度迅速上升，内部压力超过细胞壁膨胀承受能力，细胞破裂。,优势：较低的温度条件，强穿透力，高效。 缺点：高能量，提取物易发生变化。,可作为传统提取方法的辅助提取。,原理：被提取成分和水一起加热时，其蒸汽压与水蒸气压总和为一个大气压，液体沸腾，水蒸气将挥发性成分一并带出。 范围：难溶于水或不溶于水的挥发性成分，加热不被破坏。如：挥发油、小分子的香豆素类、小分子的醌类成分。,(二)水蒸气蒸馏法：,共水蒸馏法（即直接加热法）,通水蒸气蒸馏法,原理：遇热挥发，遇冷凝固。 范围：游离蒽醌、樟脑、咖啡因等。 中草药中有一些成分具有升华的性质，可以利用升华法直接自中草药中提取出来。
21、如樟脑、咖啡因。,(三)升华法：,(一) 根据物质溶解度差别进行分离1.原理: 相似者相溶2.方法: 1)结晶及重结晶法温度不同，溶解度不同2)混合溶剂法:改变溶液的极性去杂(H2O-EtOH 、EtOH-H2O 、EtOH-Et2O),三、中草药有效成分的分离与精制,样品,少量易溶样品溶剂,样品溶液,滴加难溶样品溶剂,放置,沉淀,粗组份,3)酸碱法,4)沉淀法,酸水液,无机酸盐,H2O,H2S,有机酸盐,重金属硫化物,有机酸,有机溶剂萃取,有机溶剂萃取,生物碱,酸提碱沉法：生物碱 碱提酸沉法：黄酮、蒽醌类酚酸性成分,酸性成分形成铅盐、钙盐、钡盐沉淀； 碱性成分形成苦味酸盐、苦酮酸盐、雷氏盐沉
22、淀。,1.原理:利用物质在两种互不相溶的溶剂中的分配系数的不同达到分离,2)分离因子（值）与分离难易的关系,K = CU / CL,b = KA / KB,K值与萃取次数成反比，即K值越大， 萃取次数越少，反之越多,1)分配系数（K值）与萃取次数的关系,（二）根据物质在两相溶剂中的分配比不同进 行分离,（KAKB）, 100 一次萃取可基本分离 10 100 10-12次萃取可基本分离 2 100次以上萃取可基本分离,液液萃取条件（可通过纸色谱确定）纸色谱是一种分配色谱(相当于多次萃取），可借助纸色谱求值，并选择理想的分离条件。,K=CO/Cw=1/rRf/(1-Rf) r: 纸色谱定数(当纸
23、色谱 湿重为干重的1.5倍时r=2)CO: 在有机相中的浓度Cw: 在水相中的浓度=KA/KB=,1/rRfa/(1-Rfa),1/rRfb/(1-Rfb),Rfa(1-Rfb),Rfb(1-Rfa),=,将纸色谱的Rf值代入即可求出，进行多次纸色谱就可找出最佳分离条件,B. Ka 与 pKa表示酸碱性化合物酸碱性强弱,而pH 值变化则可改变化合的存在状态。,3)酸碱度（pH值）对分配比的影响,A. 游离型与解离型,逆流分溶法(CCD) 特点： 条件温和，试样易回收。 溶质浓度越低，分离效果越好。 试样极性过大过小、分配系数受温度浓度影响过大、易 乳化不宜采用。 适用：中等极性、不稳定成分分离
24、。 液滴逆流色谱(DCCC)、高速逆流色谱(HSCCC) 特点：分离条件温和，无死吸附，样品易回收，不易 乳化，分离效果较好。 适用：极性大的成分如皂苷、糖类等。,液-液分配柱色谱：,支持剂：硅胶(含水可达17%) 、硅藻土、纤维素粉等。,（1）正相分配色谱： 固定相：水、缓冲溶液 流动相：氯仿、乙酸乙酯、丁醇等弱 极性有机溶剂 洗脱顺序：极性小先出柱。 应用：分离水溶性或极性较大的成分。 （2）反相分配色谱： 固定相：化学键合固定相亲脂性： Rp-18Rp-8Rp-2 流动相：水或甲醇等强极性有机溶剂常用：甲醇-水，乙腈-水,（三）根据物质的吸附性差别进行分离,固-液吸附,物理吸附化学吸附半
25、化学吸附,1.吸附层析的种类,2.物理吸附1）基本规律：“相似者易于吸附”。2）基本特点：无选择性、可逆吸附、快速。 3）基本原理：吸附与解吸附的往复循环。4）三要素 吸附剂、溶质(被分离物)、溶剂。 常用吸附剂：硅胶、氧化铝、活性碳。硅胶：使用面宽，对碱性弱的生物碱也可使用。氧化铝：有酸性、中性、碱性之分。具有载样量大，吸附力强等优点，多用于生物碱的分离。,极性吸附剂,非极性吸附剂,活性碳,吸附力与吸附剂，洗脱剂，分离物质的关系： a、极性吸附剂对极性大的溶质易吸附；极性大溶剂洗脱能力强； b、非极性吸附剂对极性小的溶质易吸附；极性大溶剂洗脱能力弱； c、溶质即使被硅胶和氧化铝吸附，但一旦加
26、入极性较强的溶剂时，又可被后者置换洗脱下来。,吸附剂 含水量 吸附力 洗脱易 Rf值洗脱剂 极 性 洗脱力 洗脱易 Rf值 分离物 极 性 吸附力 洗脱难 Rf值,溶剂的极性依据介电常数来决定。,环己烷 石油醚 苯 乙醚 氯仿 乙酸乙酯 1.88 1.89 2.29 4.47 5.20 6.11 正丁醇 丙酮 乙醇 甲醇 水17.8 20.7 26.0 31.2 81.0,分离物质极性顺序： COOHArOHROHRNH2,RNHR,RNRR” RCONRR”RCHORCORRCOORRORRH,极性,极性强弱的判断： 与功能基的种类、数目多少和排列方式有关。 a、游离型化合物极性弱、具亲脂性
27、，解离型化合物极性强，具亲水性。 b、对于骨架相同的化合物，根据所含取代基的极性判断分子的极性强弱。亲水性基团与极性成正比，亲脂性基团 与极性成反比； c、骨架相同，取代基数目和种类不同，如果数目相差不大，含有极性最大官能团的化合物的极性最强。,d、骨架不同，取代基数目相差较大时，要具体情况具体分析。,CHO,CH2OH,OH,OH,OH,HO,CH3(CH2)14COOH,极性,1,2,3,5,7,4,6,活性碳常用于黄酮苷的纯化、杂质的除去(脱色)、污水处理以及从水中富集化学成分等。吸附力与结构的关系：分子量大分子量小芳香族脂肪族吸附力与洗脱剂的关系(洗脱能力)：吡啶15%酚/醇7%酚/水
28、醇含水醇水甲醇提取液 活性碳,搅拌,静置,上清液无黄酮反应为止,活性碳,7%酚水,15%酚醇,洗脱液,乙醚,乙醚(残余酚),黄酮苷(用吡啶可将苷元洗脱下来),第一章 总论,色谱柱应用注意事项 装柱前吸附剂的选用和用量：酸性成分，碱性成分吸附剂的粒度：常压、加压色谱柱的选用 装柱时尽量少的极性小的装柱溶剂溶解试样和装柱如在装柱溶剂中不易溶解，可用少量极性大的溶剂溶解拌样装柱一次成功，柱子均匀结实洗脱时洗脱溶剂多用混合溶剂，极性逐渐增大，跳跃不能太大；分离酸碱性物质时防止拖尾；洗脱条件选择 TLC,3.化学吸附1）基本特点：有选择性、不可逆吸附。 2）基本原理：产生化学反应。酸性物质与Al2O3发
29、生化学反应；碱性物质与硅胶发生化学反应；Al2O3容易发生结构的异构化。3）应尽量避免。 4.半化学吸附1）基本特点：介于物理吸附和化学吸附之间； 2）基本原理：以氢键的形式产生吸附；3）吸附剂：聚酰胺。,3 聚酰胺吸附色谱法,聚酰胺的性质及吸附原理：聚酰胺是高分子聚合物，不溶于水、甲醇、乙醇、乙醚等常用溶剂，对碱较稳定。对酸尤其是无机酸稳定性较差，可溶于浓盐酸、冰醋酸及甲酸。一般属于氢键吸附。适合分离酚类、醌类、黄酮类。,结构与吸附力的关系a、形成氢键的基团数目越多，吸附能力越强；,b、易形成分子内氢键者，吸附力降低；,c、芳香化程度高，吸附力强；,d、苷元相同；苷元 单糖苷 双糖苷 三糖苷
30、,(3) 洗脱剂的洗脱能力尿素/水 二甲基甲酰胺 甲酰胺 碱水溶液 丙酮 甲(乙) 醇 水常用的溶剂: 水 乙醇一般不用含氯的溶剂(可溶解聚酰胺或其中的交联剂)。,(4) 应用 一般酚类、黄酮类 吸附可逆鞣质 不可逆尚用于生物碱、萜类、甾体、糖类、氨基酸,大孔吸附树脂（1）性质和吸附原理：性质：不溶于酸碱及有机溶剂中，对有机物选择性 大，不受无机盐和低分子化合物的影响。机理：氢健、分子筛。（2）影响吸附的因素： 树脂的因素：极性、比表面积、孔径。 溶剂的性质 化合物的性质、分子量、极性、形成氢键的能力。（3）应用：主要用于活性部位的富集，有效部位或单 体化合物的分离，极性化合物的分离等。,（四
31、）根据物质分子大小差别进行分离,1.凝胶过滤法：凝胶渗透、分子筛滤过、排阻色谱 （1）原理：分子筛原理凝胶是在水中不溶，但可膨胀的球形颗粒并具有三维空间的网状结构，利用分子筛的过滤作用将化合物按分子量大小不同进行分离。适用于糖苷类成分的分离。,（2）出柱顺序：分子量由大到小。,（3）常用的载体:葡聚糖凝胶（Sephadex G-25 ）是由葡聚糖和甘油基通过醚桥 相交链而成的多孔性网状结构，只适用于在水中应用。羟丙基葡聚糖凝胶(Sephadex LH-20)不但可在水中用，也可在有机溶剂中用或在水与有机溶剂的混合溶剂中使用。-OH -OCH2CH2CH2OH,羟丙基化,（五）根据物质解离程度不
32、同进行分离,原理：离子交换原理利用酸、碱化合物在解离状态时与阴、阳离子树脂产生离子交换的原理达到分离的方法。适于分离酸、碱类化合物。 固定相：离子交换树脂流动相：水或含水溶剂,（五） 根据物质解离程度不同进行分离,R-SO3-H+ + BH+,RSO3BH+,RSO3-H+ + B,OH-,R-N+(CH3)3Cl - + RCOO-,R-N+(CH3)3-OOCR,R-N+(CH3)3Cl + RCOOH,HCl,根据离子交换基团不同分为： 阳离子交换树脂强酸性（-SO3H+）弱酸性（-COOH+） 阴离子交换树脂强碱性-N+（CH3）3Cl 弱碱性（-NH2，-NHR,-NRR ）,离子交
33、换法的应用,用于不同电荷离子的分离,强碱性阴离子交换树脂,强碱性阴离子交换树脂,强酸性阳离子交换树脂,样品,流出液 （酸性及中性化合物）,流出液 （中性化合物）,流出液 （碱性化合物）,洗脱液 （酸性化合物）,洗脱液 （两性化合物）,氨水洗脱液 碱性及两性化合物,稀ZaOH洗脱,稀HCl洗脱,用于相同电荷离子的分离 如：有三种生物碱，碱性强弱为A B C，将三者混合物的水溶液通过弱酸性树脂，随后用水洗，则流出先后顺序为：CBA,分配层析小结,第五节 结构研究法,一、化学结构研究的目的与意义 二、结构研究的程序与方法 三、中药有效成分的波谱测定,意义：为探讨有效成分的生物活性、构效关系、体内代谢
34、以及进行结构改造、人工合成等研究提供必要的依据。 前提：必须是单体化学成分，这是鉴定化学结构的前提。单体化合物的生物活性、人工合成或结构修饰等工作，均是建立在单体化合物结构明了的前提下。,一、化学结构研究的目的与意义,(一) 查阅文献(二) 化合物纯度的测定1.外观：晶型与色泽 2.Mp 3.TLC(三) 物理常数测定包括熔点、沸点、比旋度、折光率和比重等的测定。 (四)分子式的确定1.元素分析法 2.质谱法 HR-MS 3.同位素丰度法(五)不饱度的计算了解可能含有的双键数或环数 (六)分子结构骨架的测定主要依靠各类中药化学成分的呈色反应(七)功能团的判断1.化学法 2.光谱法,二、结构研究
35、的程序与方法,（一）红外光谱（IR）,分子价键因红外光照射产生伸缩振动和弯曲振动而产生红外吸收 特征频率区：40001500 cm-1（特征官能团） 指纹区：1500600 cm-1 官能团判断（羟基、氨基、羰基、芳环）,三、中药有效成分的波谱测定,各基团的红外光谱,33003000 弱吸收：烯氢、芳氢、C=N 强吸收：O-H、N-H 30002700 饱和C-H 24002100 不饱和三键 19001650 C=O及其衍生物 16801500 C=C及芳香核骨架震动、C=N等 15001300 饱和C-H面内弯曲振动 1000650 不饱和C-H面外弯曲振动,（二）紫外可见吸收光谱（UV）
36、,电子跃迁（激态到激发态）而产生的电子能级谱 解决不饱和共轭体系化合物的问题 光谱范围：波长4800nm，近紫外（200nm400nm） 远紫外（4200nm），可见（ 400nm800nm） 应用:共轭双健、,不饱和羰基化合物、芳香族化合物。,（三）质谱法,确定分子式、分子量、碎片离子峰 EI-MS FD-MS FAB-MS,目前主要利用高分辨质谱（HI-MS），特点是被测物质的质量数可精确到小数点后第 3位。一般实测值与计算机给出的理论值相比较，取数值接近者。,（四）核磁共振波谱（NMR）,核磁共振：具有磁矩的( 1H、 13 C )原子核在磁场中吸收一定频率的无线电波而发生核自旋能级跃迁
37、的现象。 核磁共振氢谱(1H-NMR) 核磁共振碳谱(13 C -NMR) 二维核磁共振(2D-NMR),1.核磁共振氢谱(1H-NMR),化学位移 （chemical shift) 偶合常数J (coupling constant) 积分曲线（积分面积）,提供分子中1H的类型、数目及相近原子或原子团的信息。,1H-NMR化学位移（chemical shift),定义：以四甲基硅烷TMS为内标物，将其化学位移定为0，测定各质子共振频率与它的相对距离，这个相对值称为化学位移 1H周围化学环境不同（电子云密度） 1H-NMR 1-10 ppmsp3 12 sp2 68 一般来说：烯氢 炔氢 烷氢,
38、1H-NMR偶合常数J,偕 偶 J=16Hz左右邻 偶 J=68Hz远程偶合 J=13Hz因偶合使信号发生分裂,表现出不同的裂分,s (单 峰), d (二重峰), t (三重峰), q (四重峰) m（多重峰）等。,偶合常数其他简化判定方法:同核去偶 NOE 位移试剂,积分曲线（积分面积）,与分子中的总质子数相当。,1H-NMR的谱图解析 解析步骤 谱图中有几组峰？几种氢？ 各种氢核的个数？ 各峰的归属？ 常见结构的化学位移大致范围：,(苯氢),(与羰基相连 的甲基氢),(与氧原子相连 的亚甲基氢),例：指出C6H5CH2CH2OCOCH3的NMR谱图中各峰的归属。,2. 核磁共振碳谱(13
39、 C -NMR),13C谱的特点 灵敏度低，分辨力高； 谱图容易解析；,(1) 化学位移(1)范围为1250ppm，分辨率高(2)影响化学位移的因素A C杂化方式(sp3、sp2、sp)一般 sp2 sp sp3 B 取代基不同导致电子云密度不同(键结合方 式；电子流向电负性强方向移动 )一般电子云密度越小，化学位移越大；电子云密度越大，则化学位移越小。常见的有苷化位移、酰化位移,第一章 总论,常见的碳化学位移,(2)积分曲线与碳的个数成比例，与碳的种类（伯、仲、叔、季）有关,积分曲线的高度并不能准确反映C数目. (3)偶合常数J一般认为不存在，因13C自然界丰度比为1.1%， 13C相连机遇
40、极小，偶合小，埋在噪音中，J几乎观察不到。常见的为JC-H,(4) 常见的13C -NMR谱类型及特征 噪音去偶谱,全氢去偶(COM),宽带去偶(BBD),因照射1H后产生的NOE效应，连有1H的13C信号强度将 会增加 ，但季碳因不连H，将表现为弱吸收峰（矮） 最常见的碳谱, 选择氢核去偶谱(SPD)及远程选择氢核去偶谱(LSPD)对某个或某几个氢核选择照射后，以消除其偶合影响，只有相关氢的峰偶合保留，峰形简单, 无畸变极化转移技术(DEPT): 系通过改变1H 核的脉冲宽度（）或设定不同的弛豫时间，使不同类型的13C 信号在图谱上呈单峰形式分别朝上或向下伸出。= 135 时 季C信号消失
41、CH3, CH CH2 = 90 时 季C信号消失 CH3 , CH2信号消失CH = 45 时 季C信号消失，其它都向上,3 二维核磁共振光谱(2D-NMR)对角峰相关峰常见的2D-NMR有 1H -1HCOSY 13C - 1H1COSY(1H 13C 近程相关HMQC谱 , 1H 13C 远程相关谱HMBC谱 ),总论复习思考题 *1 天然药物、天然药物化学的定义和天然药物化学研究的主要内容 2 有效成分有效部位的概念 3 学习天然药物化学的目的和意义 4 天然药物化学成分常见的生物合成途径有哪些?每种途有何特点? *5 常用提取溶剂极性、提取成分范围?常见的天然药物成分提取方法?有效成分分离原理? *6 常见的柱色谱材料(硅胶、氧化铝、葡聚糖凝胶、聚酰胺、大孔树脂、离子树脂)和分离化学成分机理，各适用哪类成分? 7 正相色谱与反相色谱概念 8 天然药物化学成分结构鉴定一般程序? *9 四大光谱应用特点(应用范围) 10 碳谱COM、SPD、DEPT的特点,
