1、天然药物化学天然药物化学 Nature Medicinal chemistry 武汉理工大学化工学院制药工程系武汉理工大学化工学院制药工程系Department of Pharmaceutical EngineeringWuhan University of Technology 第一章第一章 总论总论 第一节第一节 绪论绪论 1、天然药物化学的学科性质：天然药物化学的学科性质：天然药物化学是一门运用现代天然药物化学是一门运用现代化学及其它科学的理论和方法，来研究天然药物化学成分和化学及其它科学的理论和方法，来研究天然药物化学成分和有效成分的学科。有效成分的学科。2、天然药物化学学习和研究内容
2、：天然药物化学学习和研究内容：天然药物化学主要研究天天然药物化学主要研究天然药物中的化学成分和有效成分的化学结构、物理化学性质、然药物中的化学成分和有效成分的化学结构、物理化学性质、提取、分离、检识和结构鉴定方法。其次是生物合成途径和提取、分离、检识和结构鉴定方法。其次是生物合成途径和必要的化学结构的修饰或改造，以及构效关系等。必要的化学结构的修饰或改造，以及构效关系等。3、研究对象：研究对象：本学科主要学习和研究天然药物、本学科主要学习和研究天然药物、特别是植物来源天然药物的化学成分。特别是植物来源天然药物的化学成分。4、关于天然药物化学成分的复杂性：关于天然药物化学成分的复杂性：天然药物中
3、天然药物中的化学成分是十分复杂的。某一种天然药物可的化学成分是十分复杂的。某一种天然药物可能含有几种类型的成分，而每一个类型又可能能含有几种类型的成分，而每一个类型又可能含有少则几种、多则十几种、几十种化学成分。含有少则几种、多则十几种、几十种化学成分。一种天然药物如此，复方天然药物就更复杂了。一种天然药物如此，复方天然药物就更复杂了。n由于生源途径的关系，一种天然药物中往往存在母核由于生源途径的关系，一种天然药物中往往存在母核相同、取代基不同的同一类型成分，也有不同类型的相同、取代基不同的同一类型成分，也有不同类型的成分，例如，天然药物人参中就含有成分，例如，天然药物人参中就含有20余种三萜
4、皂苷余种三萜皂苷类成分，其都有相同或类似的母体，同时人参中又有类成分，其都有相同或类似的母体，同时人参中又有黄酮类、多糖及挥发油等类成分。天然药物中成分的黄酮类、多糖及挥发油等类成分。天然药物中成分的复杂性及多种天然药物的配伍应用，即构成了天然药复杂性及多种天然药物的配伍应用，即构成了天然药物功效的多样性物功效的多样性,是天然药物常具有多方面功效或多种是天然药物常具有多方面功效或多种药理作用的物质基础。药理作用的物质基础。举例：大黄中的举例：大黄中的5种蒽醌苷元成分：种蒽醌苷元成分：苷元名称苷元名称 R1 R2 大黄酸大黄酸 -COOH H 大黄素大黄素 -CH3 -OH 芦荟大黄素芦荟大黄素
5、 -CH2OH H 大黄素甲醚大黄素甲醚 -CH3 -OCH3 大黄酚大黄酚 -CH3 HOOOHOHR1R2 5、相关概念相关概念 （1）单体：单体：即化合物。指具有一定分子量、分子即化合物。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式、理化常数和确定的化学结构式的化学物质。（2）有效成分：有效成分：具有生物活性、能起防病治病作具有生物活性、能起防病治病作用的化学成分。用的化学成分。（3）无效成分：无效成分：没有生物活性和防病治病作用的没有生物活性和防病治病作用的化学成分。化学成分。（4）有效部位：有效部位：在天然药物化学中，常将含有一在天然药物化学中，常将含有一种主要有
6、效成分或一组结构相近的有效成分的提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，称为有效部位。如人参总皂苷、苦取分离部分，称为有效部位。如人参总皂苷、苦参总生物碱、银杏叶总黄酮等。参总生物碱、银杏叶总黄酮等。（5）有效部位群：有效部位群：含有两类或两类以上有效部位的含有两类或两类以上有效部位的天然药物提取或分离部分。天然药物提取或分离部分。（6）一次代谢产物：一次代谢产物：也叫营养成分。指存在于生物也叫营养成分。指存在于生物体中的主要起营养作用的成分类型；如糖类、蛋白体中的主要起营养作用的成分类型；如糖类、蛋白质、脂肪等。质、脂肪等。（7）二次代谢产物：二次代谢产物：也叫次生成分。指由
7、一次代谢也叫次生成分。指由一次代谢产物代谢所生成的物质，次生代谢是植物特有的代产物代谢所生成的物质，次生代谢是植物特有的代谢方式，次生成分是植物来源天然药物的主要有效谢方式，次生成分是植物来源天然药物的主要有效成分。成分。有效成分和无效成分的关系：有效成分和无效成分的关系：二者的划分也是相对的。一方面，随着科学的发二者的划分也是相对的。一方面，随着科学的发展和人们对客观世界认识的提高，一些过去被认展和人们对客观世界认识的提高，一些过去被认为是无效成分的化合物，如某些多糖、多肽、蛋为是无效成分的化合物，如某些多糖、多肽、蛋白质和油脂类成分等，现已发现它们具有新的生白质和油脂类成分等，现已发现它们
8、具有新的生物活性或药效。物活性或药效。另外，一些天然药物中的化学成分本身不具有生物活另外，一些天然药物中的化学成分本身不具有生物活性、也不能起防病治病的作用，但是，它们受采收、加工、性、也不能起防病治病的作用，但是，它们受采收、加工、炮制或制剂过程中一些条件的影响而产生的次生产物，或炮制或制剂过程中一些条件的影响而产生的次生产物，或它们口服后经人体胃肠道内的消化液或细菌等的作用后产它们口服后经人体胃肠道内的消化液或细菌等的作用后产生的代谢产物，以及它们以原型的形式被吸收进入血液或生的代谢产物，以及它们以原型的形式被吸收进入血液或被直接注射进入血液后在血液中产生的代谢产物却具有防被直接注射进入血
9、液后在血液中产生的代谢产物却具有防病治病的作用，这些化学成分无疑也应被视为有效成分。病治病的作用，这些化学成分无疑也应被视为有效成分。另一方面，某些过去被认为是有效成分的化合物，经研究另一方面，某些过去被认为是有效成分的化合物，经研究证明是无效的。如麝香的抗炎有效成分，近年来的实验证证明是无效的。如麝香的抗炎有效成分，近年来的实验证实是其所含的多肽而不是过去认为的麝香酮等。实是其所含的多肽而不是过去认为的麝香酮等。第二节第二节 天然药物化学在中医药现代化和天然药物产天然药物化学在中医药现代化和天然药物产业化中的意义和作用业化中的意义和作用 1 阐明天然药物的药效物质基础，探索天然药物防治疾阐明
10、天然药物的药效物质基础，探索天然药物防治疾病的原理病的原理 通过对天然药物进行有效成分的研究，不仅可以阐明通过对天然药物进行有效成分的研究，不仅可以阐明天然药物产生功效的究竟为何物物质，也为探索天然药天然药物产生功效的究竟为何物物质，也为探索天然药物防治疾病的原理提供了前提和物质基础。物防治疾病的原理提供了前提和物质基础。如，现代研究证明，麻黄中的挥发油成分如，现代研究证明，麻黄中的挥发油成分-松油醇是松油醇是其发汗散寒的有效成分；其平喘的有效成分是麻黄碱和其发汗散寒的有效成分；其平喘的有效成分是麻黄碱和去甲麻黄碱；而利水的有效成分则是伪麻黄碱。去甲麻黄碱；而利水的有效成分则是伪麻黄碱。2 促
11、进天然药物药效理论研究的深入促进天然药物药效理论研究的深入 如对于天然药物的化学成分与天然药物药性之间的如对于天然药物的化学成分与天然药物药性之间的关系的探讨。研究发现，温热药附子、吴茱萸、细辛、关系的探讨。研究发现，温热药附子、吴茱萸、细辛、丁香等都含有消旋去甲乌药碱，此成分为丁香等都含有消旋去甲乌药碱，此成分为-受体激动剂，受体激动剂，具有加强心肌收缩力，加快心率，促进脂肪、糖代谢等具有加强心肌收缩力，加快心率，促进脂肪、糖代谢等一系列作用，这些作用与热性药的药性基本一致，故推一系列作用，这些作用与热性药的药性基本一致，故推测去甲乌药碱可能是测去甲乌药碱可能是“热性热性”天然药物的物质基础
12、。天然药物的物质基础。3 阐明天然药物复方配伍的原理阐明天然药物复方配伍的原理 天然药物配伍中可能存在着一种天然药物有效成分与天然药物配伍中可能存在着一种天然药物有效成分与它种天然药物有效成分在药理作用方面的相互作用，也它种天然药物有效成分在药理作用方面的相互作用，也可能存在着一种天然药物有效成分与它种天然药物有效可能存在着一种天然药物有效成分与它种天然药物有效成分之间产生物理的或化学的相互作用。一般来说，后成分之间产生物理的或化学的相互作用。一般来说，后者常发生在天然药物方剂的煎煮或其它剂型制备过程中，者常发生在天然药物方剂的煎煮或其它剂型制备过程中，从而使方剂中的有效成分无论在质的方面，还
13、是在量的从而使方剂中的有效成分无论在质的方面，还是在量的方面都与单味药有所改变。方面都与单味药有所改变。生脉散为中医古典精方，古代医家用于抢救热伤元气，生脉散为中医古典精方，古代医家用于抢救热伤元气，脉微欲绝等危重病人。经研究，其三味药单用均不如复方。脉微欲绝等危重病人。经研究，其三味药单用均不如复方。以红参以红参-麦冬麦冬-五味子（五味子（1：3：1.5）水煎，发现生成一种新）水煎，发现生成一种新物质，经结构测定为物质，经结构测定为5-羟甲基糠醛（羟甲基糠醛（5-HMF），该物质三），该物质三味药中只有五味子少量含有，药效试验表明味药中只有五味子少量含有，药效试验表明5-HMF具有抗具有抗心
14、肌缺血作用心肌缺血作用,可代表生脉散的疗效。可代表生脉散的疗效。4 阐明天然药物炮制的原理阐明天然药物炮制的原理 研究重要天然药物炮制前后化学成分或有效成分的变化，研究重要天然药物炮制前后化学成分或有效成分的变化，将有助于阐明天然药物炮制的原理、改进传统的炮制方法、将有助于阐明天然药物炮制的原理、改进传统的炮制方法、制定控制炮制品的质量标准、丰富天然药物炮制的内容。制定控制炮制品的质量标准、丰富天然药物炮制的内容。如对于黄芩炮制的研究。黄芩有浸、烫、煮、蒸等炮制如对于黄芩炮制的研究。黄芩有浸、烫、煮、蒸等炮制方法。过去南方认为方法。过去南方认为“黄芩有小毒，必须用冷水浸泡至色黄芩有小毒，必须用
15、冷水浸泡至色变绿去毒后，再切成饮片，叫淡黄芩变绿去毒后，再切成饮片，叫淡黄芩”。而北方则认为。而北方则认为“黄芩遇冷水变绿影响质量，必须用热水煮后切成饮片，黄芩遇冷水变绿影响质量，必须用热水煮后切成饮片，以色黄为佳以色黄为佳”。经天然药物化学的研究表明，黄芩在冷水。经天然药物化学的研究表明，黄芩在冷水浸泡过程中，其有效成分黄芩苷可被药材中的酶水解成黄浸泡过程中，其有效成分黄芩苷可被药材中的酶水解成黄芩素，后者不稳定易氧化成醌类化合物而显绿色。芩素，后者不稳定易氧化成醌类化合物而显绿色。黄芩苷黄芩苷 黄芩素（黄色）黄芩素（黄色）醌类（绿色）醌类（绿色）可见用冷水浸泡的方法炮制，使有效成分损失导致
16、抑菌可见用冷水浸泡的方法炮制，使有效成分损失导致抑菌活性降低，而用烫、煮、蒸等方法炮制时，由于高温破坏活性降低，而用烫、煮、蒸等方法炮制时，由于高温破坏了酶的活性，使黄芩苷免遭水解，故抑菌活性较强，且药了酶的活性，使黄芩苷免遭水解，故抑菌活性较强，且药材软化易切片。因此，认为黄芩应以北方的蒸或用沸水略材软化易切片。因此，认为黄芩应以北方的蒸或用沸水略煮的方法进行炮制。煮的方法进行炮制。OOOHOOHOHOHOHCOOHOOOHOHOHOOOOOHO 5 改进药物制剂剂型，提高药物质量和临床疗效改进药物制剂剂型，提高药物质量和临床疗效 为了研制开发出高效、优质、安全、稳定为了研制开发出高效、优质
17、、安全、稳定的的“三效三效”（高效、速效、长效）、（高效、速效、长效）、“三小三小”（剂量小、毒性小、副作用小）、（剂量小、毒性小、副作用小）、“三便三便”（贮存、携带、服用方便）的新型天然药物，（贮存、携带、服用方便）的新型天然药物，天然药物化学在天然药物制剂的研制中，起着天然药物化学在天然药物制剂的研制中，起着十分重要的作用。十分重要的作用。6 建立和完善中药材和中成药的质量标准建立和完善中药材和中成药的质量标准 为了更好地控制天然药物的质量，在严格按照天然药物材为了更好地控制天然药物的质量，在严格按照天然药物材栽培质量管理规范（栽培质量管理规范（GAP）的要求进行天然药物材栽培、生）的要
18、求进行天然药物材栽培、生产，以及严格按照药品生产质量管理规范（产，以及严格按照药品生产质量管理规范（GMP）的要求进）的要求进行天然药物制剂生产的同时，现在越来越多地应用天然药物化行天然药物制剂生产的同时，现在越来越多地应用天然药物化学的检识反应、鉴别方法、各种色谱法以及各种波谱法对天然学的检识反应、鉴别方法、各种色谱法以及各种波谱法对天然药物材及其制剂进行定性鉴别和含量测定，并尽可能对其生产药物材及其制剂进行定性鉴别和含量测定，并尽可能对其生产的全过程进行监控。的全过程进行监控。在天然药物材和中成药的质量控制中，如果能确定其有效在天然药物材和中成药的质量控制中，如果能确定其有效成分，则应以其
19、有效成分为指标，建立定性鉴别和含量测定的成分，则应以其有效成分为指标，建立定性鉴别和含量测定的方法，以此来控制质量。如果其有效成分还不清楚时，可以采方法，以此来控制质量。如果其有效成分还不清楚时，可以采用该主要化学成分或标志性化学成分为指标进行。用该主要化学成分或标志性化学成分为指标进行。7 研制开发新药、扩大药源研制开发新药、扩大药源 1 1）天然药物化学在天然药物新药研制中的作）天然药物化学在天然药物新药研制中的作用用 2 2）天然药物化学在扩大药源、寻找天然药物）天然药物化学在扩大药源、寻找天然药物代用品中的作用代用品中的作用 第三节第三节 中药化学成分及生物合成简介及天然药物有效成中药
20、化学成分及生物合成简介及天然药物有效成分的提取方法分的提取方法一、一、天然药物化学成分及生物合成简介天然药物化学成分及生物合成简介（一）一）天然药物化学成分类型简介天然药物化学成分类型简介 本小节主要介绍各类成分的基本概念，了解天本小节主要介绍各类成分的基本概念，了解天然药物中一般都有那些类型的化学成分。重点掌然药物中一般都有那些类型的化学成分。重点掌握各类成分的一般溶解性，为理解提取、分离一握各类成分的一般溶解性，为理解提取、分离一般方法打基础。各类成分的详细内容在各论中具般方法打基础。各类成分的详细内容在各论中具体学习。体学习。各类成分的性质在概念中只介绍极性，溶解性在后面以各类成分的性质
21、在概念中只介绍极性，溶解性在后面以列表形式介绍。列表形式介绍。1 生物碱生物碱：为一类存在于生物体内分子中含有氮原子的有：为一类存在于生物体内分子中含有氮原子的有机化合物的总称；一般具有碱性，可与酸成盐。游离生物碱机化合物的总称；一般具有碱性，可与酸成盐。游离生物碱具亲脂性；生物碱盐具亲水性。具亲脂性；生物碱盐具亲水性。2 苷类苷类：为一类经水解后可产生糖和非糖两部分的化合物。：为一类经水解后可产生糖和非糖两部分的化合物。非糖部分叫苷元。苷具亲水性，苷元具亲脂性。非糖部分叫苷元。苷具亲水性，苷元具亲脂性。3 挥发油挥发油：为一类可随水蒸气蒸馏出来的与水不相混溶的：为一类可随水蒸气蒸馏出来的与水
22、不相混溶的油状液体的总称。具有香味或特殊气味的天然药物往往都含油状液体的总称。具有香味或特殊气味的天然药物往往都含有挥发油。挥发油具亲脂性。有挥发油。挥发油具亲脂性。以上三类为主要的有效成分类型。以上三类为主要的有效成分类型。4 糖类：为天然药物中普遍存在的成分类型，包括单糖、糖类：为天然药物中普遍存在的成分类型，包括单糖、低聚糖、多糖。单糖是糖的基本单位；低聚糖是由低聚糖、多糖。单糖是糖的基本单位；低聚糖是由29个单个单糖脱水缩合而成的化合物。多糖是由糖脱水缩合而成的化合物。多糖是由10个以上至上千个单个以上至上千个单糖脱水缩合而成的高聚物。糖脱水缩合而成的高聚物。5 有机酸：广义的有机酸泛
23、指分子中有羧基的化合物。有机酸：广义的有机酸泛指分子中有羧基的化合物。在植物中多以金属离子或生物碱盐的形式存在。按分子大在植物中多以金属离子或生物碱盐的形式存在。按分子大小又分为小分子有机酸和大分子有机酸。前者极性大，具小又分为小分子有机酸和大分子有机酸。前者极性大，具亲水性；后者极性小，具亲脂性。亲水性；后者极性小，具亲脂性。6 树脂：为植物组织中树脂道的分泌物。性脆，受热时树脂：为植物组织中树脂道的分泌物。性脆，受热时先软化而后变为液体，燃烧时发生浓烟并有明火。树脂先软化而后变为液体，燃烧时发生浓烟并有明火。树脂具亲脂性。按结构又分为树脂酸（主要为二萜酸、三萜具亲脂性。按结构又分为树脂酸（
24、主要为二萜酸、三萜酸及其衍生物）、树脂醇（分子中具羟基）、树脂烃酸及其衍生物）、树脂醇（分子中具羟基）、树脂烃（为一类结构复杂的含氧中性化合物）类。（为一类结构复杂的含氧中性化合物）类。7 氨基酸、蛋白质和酶：氨基酸、蛋白质和酶：（1）氨基酸：分子中含有氨基的羧酸。构成蛋白质的）氨基酸：分子中含有氨基的羧酸。构成蛋白质的多为多为-氨基酸。为亲水性。在等电点时，溶解度最小。氨基酸。为亲水性。在等电点时，溶解度最小。（2）蛋白质、多肽：蛋白质为二十多种）蛋白质、多肽：蛋白质为二十多种-氨基酸通过肽键氨基酸通过肽键首尾相连而成的高分子化合物，多肽亦为。但二者分子量不首尾相连而成的高分子化合物，多肽亦
25、为。但二者分子量不同，一 般 将 分 子 量 在同，一 般 将 分 子 量 在 5 1 03以 下 称 为 多 肽，而 介 于以 下 称 为 多 肽，而 介 于51031107之间称为蛋白质。蛋白质在冷水中溶解且成胶之间称为蛋白质。蛋白质在冷水中溶解且成胶体，在热水、体，在热水、60%以上乙醇及其它有机溶剂中变性沉淀。以上乙醇及其它有机溶剂中变性沉淀。（3）酶：是有机体内具有催化作用的蛋白质，其催化作用）酶：是有机体内具有催化作用的蛋白质，其催化作用具有专属性，如特定的酶可催化水解特定的苷。酶的性质和具有专属性，如特定的酶可催化水解特定的苷。酶的性质和蛋白质相同。蛋白质相同。8 鞣质：又称单宁
26、或鞣酸，为一类分子较大、结构复鞣质：又称单宁或鞣酸，为一类分子较大、结构复杂的多元酚类化合物的总称。可与蛋白质结合成难溶于杂的多元酚类化合物的总称。可与蛋白质结合成难溶于水的鞣酸蛋白。为亲水性物质。水的鞣酸蛋白。为亲水性物质。9 植物色素：为植物中具有颜色的成分的总称。依溶植物色素：为植物中具有颜色的成分的总称。依溶解性又分为水溶性和脂溶性色素；前者主要指一些有颜解性又分为水溶性和脂溶性色素；前者主要指一些有颜色的苷、花青素，后者主要包括叶绿素、胡罗卜素等色的苷、花青素，后者主要包括叶绿素、胡罗卜素等 10 油脂和蜡：油脂为一分子甘油和三分子脂肪酸脱水油脂和蜡：油脂为一分子甘油和三分子脂肪酸脱
27、水结合形成的酯。主要在种子中。常温下为液体。蜡为高结合形成的酯。主要在种子中。常温下为液体。蜡为高级不饱和脂肪酸和一元醇生成的酯。主要在植物茎、叶级不饱和脂肪酸和一元醇生成的酯。主要在植物茎、叶的表面。常温下为固体。均为亲脂性成分的表面。常温下为固体。均为亲脂性成分成分类型成分类型 水水 醇类醇类 亲脂性有机溶剂亲脂性有机溶剂 游离生物碱游离生物碱 +生物碱盐生物碱盐 +苷类苷类 +苷元苷元 +挥发油挥发油 +糖类（单糖低聚糖）糖类（单糖低聚糖）+（多糖）（多糖）有机酸（大分子）有机酸（大分子）+（小分子）（小分子）+树脂树脂 +氨基酸氨基酸 +蛋白质、酶蛋白质、酶 鞣质鞣质 +色素（亲水性）
28、色素（亲水性）+（亲脂性）（亲脂性）+油脂、蜡油脂、蜡 +：单糖：无水醇难溶；多糖；对醇：单糖：无水醇难溶；多糖；对醇60%以上难溶。蛋白质、酶；对水热水沉以上难溶。蛋白质、酶；对水热水沉淀；对醇淀；对醇60%以上沉淀。以上沉淀。（二）（二）天然药物化学成分的主要生物合成途径天然药物化学成分的主要生物合成途径 1 乙酸乙酸-丙二酸（丙二酸（AA-MA）途径）途径 以乙酰辅酶以乙酰辅酶A为起始物质，丙二酸单酰辅酶为起始物质，丙二酸单酰辅酶A起延伸碳链的起延伸碳链的作用。通过这一途径能生成脂肪酸类、酚类、醌类等化合物。作用。通过这一途径能生成脂肪酸类、酚类、醌类等化合物。1）酚和醌类这类物质的生物
29、合成过程中只发生缩合）酚和醌类这类物质的生物合成过程中只发生缩合反应。乙酰辅酶反应。乙酰辅酶A直线聚合后再进行环合生成各种酚类化合直线聚合后再进行环合生成各种酚类化合物。物。CHCH3 3-CO-S-CoA +3-CO-S-CoA +3 乙酰辅酶乙酰辅酶A A 丙二酸单酰辅酶丙二酸单酰辅酶A A CHCH3 3-CO-CH-CO-CH2 2-CO-CH-CO-CH2 2-CO-CH-CO-CH2 2-CO-Enz-CO-Enz 上述多酮环合则生成各种醌类化合物或聚酮类化合上述多酮环合则生成各种醌类化合物或聚酮类化合物。物。2 甲戊二羟酸（甲戊二羟酸（MVA）途径）途径 起始物质为起始物质为MV
30、A，在，在ATP作用下，按如下路线合成：作用下，按如下路线合成：COOHCH2-CO-S-CoAOOHHOOCOHP2O5H2OHOOCOHOP2O5H2CO22ATP 2ADP ATP ADPOP2O5H2甲戊二羟酸甲戊二羟酸（MVA）焦磷酸二甲烯丙酯焦磷酸二甲烯丙酯 焦磷酸异戊烯酯焦磷酸异戊烯酯 甲戊二羟酸甲戊二羟酸5焦磷酸焦磷酸 萜类、甾类化合物均由这一途径生成。萜类、甾类化合物均由这一途径生成。3 莽草酸途径莽草酸途径 具有具有C6-C3及及C6-C1基本结构的化合物由这一途径衍化生成。如由此途径基本结构的化合物由这一途径衍化生成。如由此途径生成的苯丙氨酸，经脱氨及氧化反应等分别生成桂
31、皮酸，再由桂皮酸、苯生成的苯丙氨酸，经脱氨及氧化反应等分别生成桂皮酸，再由桂皮酸、苯甲酸生物合成各种含甲酸生物合成各种含C6-C3及及C6-C1结构的天然化合物如苯丙素类、木脂素结构的天然化合物如苯丙素类、木脂素类、香豆素类等。类、香豆素类等。此途径由莽草酸通过苯丙氨酸，生成桂皮酸，再由桂皮酸生成各种苯丙此途径由莽草酸通过苯丙氨酸，生成桂皮酸，再由桂皮酸生成各种苯丙素类化合物。现也被称为桂皮酸途径素类化合物。现也被称为桂皮酸途径。以香豆素生合成简图示意本途径如下：以香豆素生合成简图示意本途径如下：莽草酸莽草酸 苯丙氨酸苯丙氨酸 桂皮酸桂皮酸 香豆素香豆素OHOHOHCOOHCOOHHNH2CO
32、OHOO 4 氨基酸途径氨基酸途径 大多数生物碱类成分由此途径生成。有些氨基酸，如大多数生物碱类成分由此途径生成。有些氨基酸，如鸟氨酸、赖氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸及色氨酸等，经脱羧鸟氨酸、赖氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸及色氨酸等，经脱羧成为胺类成为胺类,再经过一系列化学反应再经过一系列化学反应(甲基化、氧化、还原、甲基化、氧化、还原、重排等重排等)生成各种生物碱。生成各种生物碱。5 复合途径复合途径 许多二级代谢产物由上述生物合成的复合途径生成。许多二级代谢产物由上述生物合成的复合途径生成。即分子中各个部分由不同的生物合成途径产生。如查耳酮即分子中各个部分由不同的生物合成途径产生。如查耳酮类、二氢黄酮
33、类化合物的类、二氢黄酮类化合物的A环和环和B环分别由乙酸环分别由乙酸-丙二酸途丙二酸途径和莽草酸途径生成，再在各种酶作用下生成黄酮。一些径和莽草酸途径生成，再在各种酶作用下生成黄酮。一些萜类生物碱分别来自甲戊二羟酸途径及莽草酸途径或乙酸萜类生物碱分别来自甲戊二羟酸途径及莽草酸途径或乙酸-丙二酸途径。丙二酸途径。二、天然药物有效成分的提取方法二、天然药物有效成分的提取方法 介绍天然药物化学成分的提取方法，主要介绍溶剂提取法。介绍天然药物化学成分的提取方法，主要介绍溶剂提取法。重点重点：溶剂提取法的原理，化学成分的极性、常用溶剂、极性大小顺序及提取溶：溶剂提取法的原理，化学成分的极性、常用溶剂、极
34、性大小顺序及提取溶剂的选择；常见的提取方法及应用范围。剂的选择；常见的提取方法及应用范围。常用三种方法常用三种方法：溶剂提取法、水蒸气蒸馏法、升华法。另外新方法还有超临界提：溶剂提取法、水蒸气蒸馏法、升华法。另外新方法还有超临界提取法。取法。提取的概念提取的概念：指用选择的溶剂或适当的方法，将所要的成分溶解出来并同天然药：指用选择的溶剂或适当的方法，将所要的成分溶解出来并同天然药物组织脱离的过程。物组织脱离的过程。（一（一）溶剂提取法溶剂提取法 1 提取原理：根据天然药物化学成分与溶剂间提取原理：根据天然药物化学成分与溶剂间“极性相似相溶极性相似相溶”的原理，依据各的原理，依据各类成分溶解度的
35、差异，选择对所提成分溶解度大、对杂质溶解度小的溶剂，依据类成分溶解度的差异，选择对所提成分溶解度大、对杂质溶解度小的溶剂，依据“浓度差浓度差”原理，将所提成分从药材中溶解出来的方法。原理，将所提成分从药材中溶解出来的方法。2 化学成分的极性：被提取成分的极性是选择提取溶剂最重要的依据。化学成分的极性：被提取成分的极性是选择提取溶剂最重要的依据。1）影响化合物极性的因素：影响化合物极性的因素：(1)化合物分子母核大小（碳数多少）：分子大、碳数多，极性小；分子化合物分子母核大小（碳数多少）：分子大、碳数多，极性小；分子小、碳数少，极性大。小、碳数少，极性大。(2)取代基极性大小：在化合物母核相同或
36、相近情况下，化合物极性大小取代基极性大小：在化合物母核相同或相近情况下，化合物极性大小主要取决于取代基极性大小。主要取决于取代基极性大小。常见基团极性大小顺序如下：酸酚醇胺醛酮酯醚烯烷常见基团极性大小顺序如下：酸酚醇胺醛酮酯醚烯烷。举例：判断下列各组化合物极性大小。举例：判断下列各组化合物极性大小。A B COHOCOCH3O 麻黄碱麻黄碱 蝙蝠葛碱蝙蝠葛碱 天然药物化学成分不但数量繁多，而且结构千差万别。所以极性问题很复天然药物化学成分不但数量繁多，而且结构千差万别。所以极性问题很复杂。但依据以上两点，一般可以判定。需要大家判断的大多数是母核相同或杂。但依据以上两点，一般可以判定。需要大家判
37、断的大多数是母核相同或相近的化合物，此时主要依据取代基极性大小。相近的化合物，此时主要依据取代基极性大小。2)常见天然药物化学成分类型的极性：常见天然药物化学成分类型的极性：极性较大的极性较大的：苷类、生物碱盐、糖类、蛋白质、氨基酸、鞣质、小分子有机：苷类、生物碱盐、糖类、蛋白质、氨基酸、鞣质、小分子有机酸、亲水性色素。酸、亲水性色素。极性小的极性小的：游离生物碱、苷元、挥发油、树脂、脂肪、大分子有机酸、亲脂：游离生物碱、苷元、挥发油、树脂、脂肪、大分子有机酸、亲脂性色素。性色素。以上不是绝对的，具体成分要具体分析。比如，有的苷类化合物极性很小，以上不是绝对的，具体成分要具体分析。比如，有的苷
38、类化合物极性很小，有的苷元极性很大。有的苷元极性很大。CHCH3NHCH3CHOHNOHOMeOMeOCH3HNMeOMeOCH3H 3 提取溶剂及溶剂的选择：提取溶剂及溶剂的选择：1）常用提取溶剂的分类与极性：）常用提取溶剂的分类与极性：（1）分类分类：通常分三类：水类；亲水性有机溶剂；亲脂性有机溶剂。：通常分三类：水类；亲水性有机溶剂；亲脂性有机溶剂。（2）极性大小极性大小：水：水(H2O)甲醇甲醇(MeOH)乙醇乙醇(EtOH)丙酮（丙酮（Me2CO）正丁醇正丁醇(n-BuOH)乙酸乙酯乙酸乙酯(EtOAc)乙醚乙醚(Et2O)氯仿氯仿(CHCl3)苯苯（C6H6)四氯化碳四氯化碳(CC
39、l4)正己烷正己烷石油醚石油醚(Pet.et)。水类还包括酸水、碱水；水类还包括酸水、碱水；亲水性有机溶剂包括甲醇、乙醇、丙酮；亲水性有机溶剂包括甲醇、乙醇、丙酮；亲脂性有机溶剂为正丁醇后所有的。这三类溶剂间互溶情况：水和亲水亲脂性有机溶剂为正丁醇后所有的。这三类溶剂间互溶情况：水和亲水性有机溶剂可互溶，水和亲脂性有机溶剂间不互溶，有机溶剂间除甲醇性有机溶剂可互溶，水和亲脂性有机溶剂间不互溶，有机溶剂间除甲醇和石油醚不互溶外，其它均互溶。和石油醚不互溶外，其它均互溶。（3）溶剂极性大小的实质溶剂极性大小的实质：介电常数不同，介电常数大的溶剂极性大，：介电常数不同，介电常数大的溶剂极性大，介电常
40、数小的溶剂极性小。如，己烷为介电常数小的溶剂极性小。如，己烷为1.9，氯仿为，氯仿为5.2，水为，水为80。2）提取溶剂的选择：）提取溶剂的选择：（1）提取溶剂的选择原则提取溶剂的选择原则：a 要对所提取成分溶解度大；对杂质溶解度小。要对所提取成分溶解度大；对杂质溶解度小。b 要与所提取成分不起意外的化学变化。要与所提取成分不起意外的化学变化。c 要廉价、易得、安全。其中要廉价、易得、安全。其中a 是最是最主要的。主要的。（2）提取溶剂的选择提取溶剂的选择：a 水水：为极性最大的溶剂，也最常用。可溶解苷类、生物碱盐、糖类、蛋白：为极性最大的溶剂，也最常用。可溶解苷类、生物碱盐、糖类、蛋白质、氨
41、基酸、鞣质、小分子有机酸、有机酸盐、亲水性色素、无机盐。其中质、氨基酸、鞣质、小分子有机酸、有机酸盐、亲水性色素、无机盐。其中蛋白质不溶于热水。蛋白质不溶于热水。缺点缺点：用水提取易酶解苷类成分，且易霉坏变质。某些含果胶、粘液质类成：用水提取易酶解苷类成分，且易霉坏变质。某些含果胶、粘液质类成分的中草药，其水提取液常常很难过滤。沸水提取时，中草药中的淀粉可被分的中草药，其水提取液常常很难过滤。沸水提取时，中草药中的淀粉可被糊化，而增加过滤的困难。故含淀粉量多的中草药，不宜磨成细粉后加水煎糊化，而增加过滤的困难。故含淀粉量多的中草药，不宜磨成细粉后加水煎煮。煮。b 亲水性的有机溶剂亲水性的有机溶
42、剂：以乙醇最常用。乙醇的溶解性能比较好。亲水性的成：以乙醇最常用。乙醇的溶解性能比较好。亲水性的成分除蛋白质、粘液质、果胶、淀粉和部分多糖等外，大多能在乙醇中溶解。分除蛋白质、粘液质、果胶、淀粉和部分多糖等外，大多能在乙醇中溶解。优点优点：应用范围广，易过滤，不霉变，易浓缩回收。：应用范围广，易过滤，不霉变，易浓缩回收。缺点缺点：价高、不安全，需回流设备。：价高、不安全，需回流设备。c 亲脂性的有机溶剂亲脂性的有机溶剂：这些溶剂的选择性能强，用于亲脂性成分的提取，：这些溶剂的选择性能强，用于亲脂性成分的提取，如游离生物碱、苷元、挥发油等。如游离生物碱、苷元、挥发油等。优点优点：提取专属性强，易
43、回收浓缩。：提取专属性强，易回收浓缩。缺点缺点：价高、易燃、有毒，穿透性差；对设备要求高。价高、易燃、有毒，穿透性差；对设备要求高。4 提取方法：提取方法：提取工艺流程图：提取和分离工艺多用此图表示。提取工艺流程图：提取和分离工艺多用此图表示。1）浸渍法：也叫冷浸法。将药材粗粉以适当溶剂在常温下浸泡。多以水类浸渍法：也叫冷浸法。将药材粗粉以适当溶剂在常温下浸泡。多以水类或稀醇为溶剂。适于成分遇热易破坏或含多糖较多的天然药物的提取。缺点或稀醇为溶剂。适于成分遇热易破坏或含多糖较多的天然药物的提取。缺点为浸出效果较差，水提取液易发霉，提取液体积大，浸出时间长。为浸出效果较差，水提取液易发霉，提取液
44、体积大，浸出时间长。2）渗滤法：将天然药物粗粉装于渗泸筒中，不断添加溶剂渗过药粉，从渗渗滤法：将天然药物粗粉装于渗泸筒中，不断添加溶剂渗过药粉，从渗泸筒下端不断流出渗泸液。各类溶剂均可。此法由于溶液浓度差大，浸出效泸筒下端不断流出渗泸液。各类溶剂均可。此法由于溶液浓度差大，浸出效果好，且不破坏成分。但缺点为溶液体积大，时间长。果好，且不破坏成分。但缺点为溶液体积大，时间长。3）煎煮法：为天然药物水提取最常用的方法。将天然药物粗粉用水加热煮煎煮法：为天然药物水提取最常用的方法。将天然药物粗粉用水加热煮沸，保持一定时间，成分即可浸出。煎煮法必须以水为溶剂。此法提取效率沸，保持一定时间，成分即可浸出
45、。煎煮法必须以水为溶剂。此法提取效率高，但遇热破坏成分要注意。且含多糖多的成分过滤困难。高，但遇热破坏成分要注意。且含多糖多的成分过滤困难。4）回流法：用于以有机溶剂加热提取成分。优点为提取效率高，但受热）回流法：用于以有机溶剂加热提取成分。优点为提取效率高，但受热易破坏成分不宜用此法。缺点为溶剂消耗量大，需回流设备，需几次提取方易破坏成分不宜用此法。缺点为溶剂消耗量大，需回流设备，需几次提取方可提取完全。可提取完全。5）连续回流法：以索氏提取器（亦称脂肪抽出器）回流提取。克服了回）连续回流法：以索氏提取器（亦称脂肪抽出器）回流提取。克服了回流法溶剂需要量大、需几次提取的缺点。缺点为提取时间长
46、，受热破坏成分流法溶剂需要量大、需几次提取的缺点。缺点为提取时间长，受热破坏成分不能用此法。不能用此法。5 影响提取效率的因素影响提取效率的因素：1）药材粉碎度：药粉越细、表面积越大，提取效率越高。但太细，药粉对）药材粉碎度：药粉越细、表面积越大，提取效率越高。但太细，药粉对成分的吸附也越强。因此水提取宜用粗粉；用有机溶剂可细些成分的吸附也越强。因此水提取宜用粗粉；用有机溶剂可细些,以以20目为好。目为好。2）提取温度：一般热提效率高，但要考虑有些成分温度高易破坏，应选择）提取温度：一般热提效率高，但要考虑有些成分温度高易破坏，应选择适宜温度。适宜温度。3）提取时间：一般提取时间长提出量大。但
47、被提成分在细胞内外溶解一提取时间：一般提取时间长提出量大。但被提成分在细胞内外溶解一旦平衡，时间长即无意义。一般热水提以旦平衡，时间长即无意义。一般热水提以1/21h为宜，乙醇提为宜，乙醇提1h为宜。为宜。（二）（二）水蒸气蒸馏法：适于具有挥发性、可随水蒸气蒸馏水蒸气蒸馏法：适于具有挥发性、可随水蒸气蒸馏不被破坏，与水不反应、且与水分层的成分的提取。天然药不被破坏，与水不反应、且与水分层的成分的提取。天然药物中主要用于挥发油、某些挥发性生物碱、少数挥发性蒽醌物中主要用于挥发油、某些挥发性生物碱、少数挥发性蒽醌苷元、香豆素苷元的提取。苷元、香豆素苷元的提取。水蒸气蒸馏提取的装置有两种，一是水蒸气
48、蒸馏装置，二是水蒸气蒸馏提取的装置有两种，一是水蒸气蒸馏装置，二是共水蒸馏装置。共水蒸馏装置。（三）（三）升华法：天然药物中的某些固体成分在受热低于其升华法：天然药物中的某些固体成分在受热低于其熔点的温度下，不经液态直接成为气态，经冷却后又成为固熔点的温度下，不经液态直接成为气态，经冷却后又成为固态，从而与天然药物组织分离这种性质称为升华，这种提取态，从而与天然药物组织分离这种性质称为升华，这种提取方法称为升华法。天然药物成分有少量具有升华性，如游离方法称为升华法。天然药物成分有少量具有升华性，如游离羟基蒽醌类成分，一些小分子香豆素类，有机酸类成分等。羟基蒽醌类成分，一些小分子香豆素类，有机酸
49、类成分等。（四）超临界提取法。（四）超临界提取法。（SFE）1 特点：与经典溶剂提取法比较，不用有机溶剂，而是选用一种称为超临特点：与经典溶剂提取法比较，不用有机溶剂，而是选用一种称为超临界流体（界流体（SF）的物质替代有机溶剂提取。）的物质替代有机溶剂提取。2 优点：优点：1）可在低温下提取，）可在低温下提取，“热敏性热敏性”成分尤其适用。成分尤其适用。2）无溶剂残留，）无溶剂残留，对作为制剂的天然药物提取物的提取是一大优势。对作为制剂的天然药物提取物的提取是一大优势。3）提取与蒸馏合为一提取与蒸馏合为一体，无需回收溶剂。体，无需回收溶剂。4）具选择性分离。具选择性分离。3 超临界流体（超临
50、界流体（SF）：指处于临界温度（）：指处于临界温度（Tc）和临界压力（）和临界压力（Pc）以上，介）以上，介于气体和液体之间的、以流动形式存在的物质。于气体和液体之间的、以流动形式存在的物质。超临界状态是指当一种物质处于临界温度和临界压力以上的状态下，超临界状态是指当一种物质处于临界温度和临界压力以上的状态下，形成既非液体又非气体的单一状态，称为形成既非液体又非气体的单一状态，称为“SF”。此时其流体密度近似液。此时其流体密度近似液体、黏度近似气体，其扩散力比液体大增，介电常数也随压力增加而增加。体、黏度近似气体，其扩散力比液体大增，介电常数也随压力增加而增加。其浸透性优于液体，因而比液体有更
