1、天然产物开发与研究主讲教师：张睿钦主讲教师：张睿钦课程的性质与教学目的n 在已较为系统地掌握了生物学、有机化学基础理在已较为系统地掌握了生物学、有机化学基础理论的基础上，论的基础上，掌握一些常用的分离、纯化原理、掌握一些常用的分离、纯化原理、方法与检测手段，并能够对实验结果加以分析，方法与检测手段，并能够对实验结果加以分析，得出合理的结论得出合理的结论。n 本课程是在本课程是在有机化学、植物学、生物化学及天然有机化学、植物学、生物化学及天然药物化学药物化学等课程学习的基础上，进一步对其进行等课程学习的基础上，进一步对其进行基本原理及方法等方面的培养，使学生了解并掌基本原理及方法等方面的培养，使
2、学生了解并掌握天然产物常用的提取、分离及理化鉴定的原理握天然产物常用的提取、分离及理化鉴定的原理与方法，为今后更深入的学习与工作奠定基础。与方法，为今后更深入的学习与工作奠定基础。目录天然产物化学实验技术原理天然产物化学实验技术原理1天然产物成分研究各论天然产物成分研究各论2天然产物化学实验操作与实验安全防护天然产物化学实验操作与实验安全防护常规提取与分离纯化技术简介常规提取与分离纯化技术简介现代提取技术现代提取技术现代分离分析技术现代分离分析技术有效成分的分离纯化与鉴定有效成分的分离纯化与鉴定天然活性成分的定量分析天然活性成分的定量分析综合实验综合实验设计型实验设计型实验绪论主要研究内容主要
3、研究内容1天然产物的生物合成天然产物的生物合成2天然产物研究的发展史天然产物研究的发展史3天然产物开发利用概况天然产物开发利用概况4常用的提取分离技术常用的提取分离技术51.研究内容概述n 天然产物天然产物 广义地讲，自然界的所有物质都称为天然产物。广义地讲，自然界的所有物质都称为天然产物。在化学学科内，天然产物专指由在化学学科内，天然产物专指由动物、植物及海洋生物和动物、植物及海洋生物和微生物微生物体内分离出来的体内分离出来的生物二次代谢产物及生物体内源性生物二次代谢产物及生物体内源性生理活性化合物生理活性化合物。是由各种化学成分所组成的。是由各种化学成分所组成的复杂体系复杂体系。n 有效成
4、分有效成分（active compound）在药理学和生理学角度）在药理学和生理学角度来看是指来看是指具有生物活性的物质具有生物活性的物质，这种物质在化学上能用分，这种物质在化学上能用分子式或结构式来表示，并且有一定的物理常数。在食品领子式或结构式来表示，并且有一定的物理常数。在食品领域中，有效成分的范畴可扩展到除生物活性成分、功效成域中，有效成分的范畴可扩展到除生物活性成分、功效成分之外，如：分之外，如：营养成分、天然食品添加剂成分等。等。2.天然产物的生物合成一次代谢与二次代谢一次代谢与二次代谢 一次代谢一次代谢：植物、昆虫或微生物体内的生物细胞通过光合：植物、昆虫或微生物体内的生物细胞通
5、过光合作用、碳水化合物代谢和柠檬酸代谢，生成生物体生存繁作用、碳水化合物代谢和柠檬酸代谢，生成生物体生存繁殖所必须的化合物，如糖类、氨基酸、脂肪酸、核酸及其殖所必须的化合物，如糖类、氨基酸、脂肪酸、核酸及其聚合衍生物（如多糖类、蛋白质、酯类、聚合衍生物（如多糖类、蛋白质、酯类、DNADNA、RNARNA）等的代谢过程，这些化合物称为一次代谢产物。等的代谢过程，这些化合物称为一次代谢产物。 二次代谢二次代谢：从某些一次代谢产物作为起始原料，通过一系：从某些一次代谢产物作为起始原料，通过一系列特殊生物化学反应生成表面上看来似乎对生物本身无用列特殊生物化学反应生成表面上看来似乎对生物本身无用的化合物
6、，如萜类、甾体、生物碱、多酚类等，这些二次的化合物，如萜类、甾体、生物碱、多酚类等，这些二次代谢产物就是人们熟知的天然产物。代谢产物就是人们熟知的天然产物。天然产物有效成分天然产物有效成分金鸡纳金鸡纳奎宁奎宁天然产物有效成分研究的目的n （1）从天然产物中寻找新药先导物，进而开发成）从天然产物中寻找新药先导物，进而开发成药物，是创新药物研制的突破口。药物，是创新药物研制的突破口。n （2）开发保健食品，保健食品中应含有保健功能）开发保健食品，保健食品中应含有保健功能作用的一种或多种功效成分，功效成分的来源一作用的一种或多种功效成分，功效成分的来源一般而言都是来自天然产物。般而言都是来自天然产物
7、。3.天然产物研究的发展史n在在1919世纪以前，制药的手段比较原始。世纪以前，制药的手段比较原始。n据国外文献记载，从天然药物中分离其中据国外文献记载，从天然药物中分离其中所含的所含的有机化学成分有机化学成分，始于，始于17691769年瑞典化年瑞典化学家舍勒从酒石分离出酒石酸、苯甲酸学家舍勒从酒石分离出酒石酸、苯甲酸 （17751775）、乳酸（）、乳酸（17851785）、没食子酸）、没食子酸（17861786）等有机酸类物质。）等有机酸类物质。天然产物研究的发展史n 但古代中国早在这之前就有了明确的记载。但古代中国早在这之前就有了明确的记载。 n 明代李延的明代李延的医学入门医学入门（
8、15751575）中记载了用发）中记载了用发酵法从五倍子中得到没食子酸的过程。书中谓酵法从五倍子中得到没食子酸的过程。书中谓“五倍子粗粉，并矾、曲和匀，如作酒曲样，入五倍子粗粉，并矾、曲和匀，如作酒曲样，入瓷器遮不见风，侯瓷器遮不见风，侯生白生白取出。取出。”n 本草纲目本草纲目（15961596）卷）卷3939中则有中则有“看药上长起看药上长起长霜，则药已成矣长霜，则药已成矣”的记载。这里的的记载。这里的“生白生白”、“长霜长霜”均为没食子酸生成之意，是世界上最早均为没食子酸生成之意，是世界上最早制得的有机酸，比舍勒的发明早了制得的有机酸，比舍勒的发明早了二百年二百年。天然产物研究的发展史n
9、樟脑的记载在中国最早见于樟脑的记载在中国最早见于17111711年洪遵著的年洪遵著的集验方集验方一书，后由马可波罗传至西方。一书，后由马可波罗传至西方。n本草纲目本草纲目卷卷3434下详尽记载了用升华法下详尽记载了用升华法等制备、纯化樟脑的过程。欧洲直至等制备、纯化樟脑的过程。欧洲直至1818世世纪下半叶才提出了樟脑的纯品。纪下半叶才提出了樟脑的纯品。n医药化学源于中国医药化学源于中国.天然产物研究的发展史n 从药用动植物中提取从药用动植物中提取活性成分活性成分则始于则始于1919世纪。第一世纪。第一个被提取的成分是吗啡碱（一种异喹啉生物），于个被提取的成分是吗啡碱（一种异喹啉生物），于180
10、51805年由法国化学家年由法国化学家F F泽尔蒂纳自鸦片中提取。泽尔蒂纳自鸦片中提取。OHONCH3OH吗啡罂粟天然产物研究的发展史n 结构改造结构改造OHONHHOCH3N CH3C2H5OOC吗啡（morphine） 度冷丁（dolantin）天然产物研究的发展史n此后的数十年间发掘了大量民间药中的活此后的数十年间发掘了大量民间药中的活性成分，如土根碱、奎宁（性成分，如土根碱、奎宁（18201820）、辛可）、辛可宁、番木鳖碱、咖啡因、阿托品毛地黄强宁、番木鳖碱、咖啡因、阿托品毛地黄强心苷、毒毛旋花苷、蟾蜍等，以生物碱居心苷、毒毛旋花苷、蟾蜍等，以生物碱居多，都具有显著的生理活性，可以代
11、表其多，都具有显著的生理活性，可以代表其原生药，多数至今仍用作药物。但当时只原生药，多数至今仍用作药物。但当时只能利用分馏和重结晶来纯化单体成分。能利用分馏和重结晶来纯化单体成分。 天然产物研究的发展史n 2020世纪世纪5050年代先后自印度萝芙木中获得降压活性年代先后自印度萝芙木中获得降压活性成分利血平，以及从降血糖药长春花中获得抗癌成分利血平，以及从降血糖药长春花中获得抗癌活性成分春花碱，成为两个很有价值的药物，引活性成分春花碱，成为两个很有价值的药物，引起了各方的重视。起了各方的重视。n 19601960年左右开始了对海洋天然产物的研究。如：年左右开始了对海洋天然产物的研究。如：从被囊
12、类动物中分离得到的具有细胞毒活性的吲从被囊类动物中分离得到的具有细胞毒活性的吲哚生物碱；从一些海绵中分离的具有抗白血病的哚生物碱；从一些海绵中分离的具有抗白血病的双吲哚物质。双吲哚物质。天然产物研究的发展史两个转折点：两个转折点：n 其一是其一是19301930年前后，由于微量元素分析法的导入，年前后，由于微量元素分析法的导入，试料量降至毫克水平，推进了天然成分的分析工试料量降至毫克水平，推进了天然成分的分析工作。作。n 其二是其二是19601960年代前后，各种层析方法的兴起，使年代前后，各种层析方法的兴起，使微量天然新成分的分离纯化简便易行。同时红外微量天然新成分的分离纯化简便易行。同时红
13、外光谱、核磁共振、质谱等新技术问世，结构研究光谱、核磁共振、质谱等新技术问世，结构研究工作趋向微量，快速和准确。新技术的兴起使研工作趋向微量，快速和准确。新技术的兴起使研究天然产物化学成分的周期大大缩短。究天然产物化学成分的周期大大缩短。 天然产物研究的发展史n2020世纪世纪8080年代年代以来，由于分子生物技术的以来，由于分子生物技术的迅猛发展，为有效成分的提取和功能研究迅猛发展，为有效成分的提取和功能研究提供了新方法。如提供了新方法。如细胞培养、转基因器官细胞培养、转基因器官培养和反义技术培养和反义技术等。等。4.天然产物开发利用概况n 天然药物在全球天然药物在全球80%人口中占主导作用
14、。人口中占主导作用。n 发达国家（占人口发达国家（占人口20%）50%药品来源于天然药药品来源于天然药物。物。n 美国上市药品美国上市药品25%来自于天然产物或者天然产物来自于天然产物或者天然产物衍生物。衍生物。n 50年来国际上自天然产物研制而成的药物，即由年来国际上自天然产物研制而成的药物，即由天然活性成分直接或衍生而来，大约天然活性成分直接或衍生而来，大约50种以上，种以上，如如50年代利血平、年代利血平、90年代紫杉醇及喜树碱的衍生年代紫杉醇及喜树碱的衍生物物10-羟基喜树碱和拓博替康等。羟基喜树碱和拓博替康等。中国天然产物研究优势n 中医药的优势：中医药的优势：5000年临床，中医优
15、势和特点年临床，中医优势和特点n 资源优势：相当丰富，世界前茅，植物、动物资源优势：相当丰富，世界前茅，植物、动物15000种，种，90%为植物。为植物。n 生物多样性：寒、热、湿三带地理气候多变导致生物多样性：寒、热、湿三带地理气候多变导致生物多样性生物多样性n 有毒天然资源有毒天然资源n 中国特有种、属中国特有种、属n 民间基础民间基础大自然是一个天然药库n来自植物的来自植物的,如阿片、人参、大黄等如阿片、人参、大黄等;大自然是一个天然药库n来自动物的来自动物的,如牛黄、鹿茸、蟾酥、海马等如牛黄、鹿茸、蟾酥、海马等;大自然是一个天然药库n来自人类的来自人类的,如紫河车等如紫河车等;（补气，
16、养血，益（补气，养血，益精）精）大自然是一个天然药库n来自矿物的来自矿物的,如石膏、朱砂、雄黄等。如石膏、朱砂、雄黄等。n雄黄三硫化二砷雄黄三硫化二砷 ：败毒抗癌、祛痰镇惊、：败毒抗癌、祛痰镇惊、杀虫疗疮、消炎退肿。杀虫疗疮、消炎退肿。解肌清热，除烦止渴清热泻火、消肿止痛丹药：用于心神不宁心悸失眠镇惊安神5.常用的提取分离技术溶剂提取法溶剂提取法水蒸汽蒸馏法水蒸汽蒸馏法超临界流体萃取法超临界流体萃取法两相溶剂萃取法两相溶剂萃取法沉淀法沉淀法透析法透析法分馏法分馏法盐析法盐析法色谱法色谱法结晶法与重结晶法结晶法与重结晶法浸渍法（泡药酒）浸渍法（泡药酒）渗漉法渗漉法煎煮法（煎中药）煎煮法（煎中药）回流提取法回流提取法连续回流提取法连续回流提取法
