齐鲁医学天然药化总论.pptx
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1、1天然药物化学是天然药物化学是药学类的一门专业课药学类的一门专业课,通过,通过该课程该课程的的教学,教学,同学们能够同学们能够掌握天然药物中的主要类型成分的掌握天然药物中的主要类型成分的结构特征、理化性质、提取、分离,精制及结构鉴定的结构特征、理化性质、提取、分离,精制及结构鉴定的基本理论和技能。基本理论和技能。能够能够了解天然药物化学成分结构测定了解天然药物化学成分结构测定的一般原则和方法,以及寻找的一般原则和方法,以及寻找研究天然药物的研究天然药物的有效成分有效成分的途径,为开发研究新药奠定基础。的途径,为开发研究新药奠定基础。2教材及参考书教材及参考书34567第一节、绪论第一节、绪论第
2、二节、生物合成第二节、生物合成第三节、提取分离的方法第三节、提取分离的方法第四节、结构研究方法第四节、结构研究方法第一章第一章 总论总论81、掌握天然药物化学的含义、研究对象、性质与任务;、掌握天然药物化学的含义、研究对象、性质与任务;2、掌握天然药物有效成分提取分离的一般原理及常用方法;、掌握天然药物有效成分提取分离的一般原理及常用方法;3、掌握天然化合物结构研究的一般步骤和常用方法;、掌握天然化合物结构研究的一般步骤和常用方法;4、熟悉不同的生物合成途径;、熟悉不同的生物合成途径;5、了解天然药物化学的发展历史、研究成就及发展趋势;、了解天然药物化学的发展历史、研究成就及发展趋势;6、了解
3、天然药物化学与药学相关学科的关系。、了解天然药物化学与药学相关学科的关系。教学要求教学要求9l天然药物化学的研究内容天然药物化学的研究内容l天然药物化学的简要发展历程天然药物化学的简要发展历程l天然药物化学天然药物化学学习重点学习重点第一节第一节 绪绪 论论10一、一、天然药物化学的研究内容天然药物化学的研究内容定义:定义:天然药物化学是天然药物化学是药物化学药物化学的一个分支学科。是应用现代科的一个分支学科。是应用现代科学理论和方法研究学理论和方法研究天然药物天然药物(包括动物、植物、海洋生物、(包括动物、植物、海洋生物、微生物代谢产物等)中微生物代谢产物等)中化学成分化学成分的一门学科。的
4、一门学科。第一节第一节 绪绪 论论11天然药物中化学成分天然药物中化学成分结构特点结构特点理化性质理化性质提取分离提取分离结构测定结构测定生物合成生物合成研究内容:研究内容:12(1 1)植物药物)植物药物(2 2)动物药物)动物药物(3 3)矿物药物)矿物药物(4 4)海洋生物)海洋生物(5 5)微生物及内源性生物活性物质)微生物及内源性生物活性物质2.天然药物的来源天然药物的来源13第一节第一节 绪论绪论 有关一些概念:有关一些概念:中草药成分化学中草药成分化学 天然有机化学天然有机化学天然产物化学天然产物化学 植物化学植物化学化学成分化学成分 有效成分有效成分生物活性成分生物活性成分 有
5、效部位有效部位1415化学成分化学成分:天然药物中含有的各种化学物质。如生物:天然药物中含有的各种化学物质。如生物碱、黄酮类化合物、皂苷、挥发油等。碱、黄酮类化合物、皂苷、挥发油等。如中药如中药麻黄麻黄中含有左旋麻黄素等多种生物碱以及挥发油、中含有左旋麻黄素等多种生物碱以及挥发油、淀粉、树脂、叶绿素、纤维素、草酸钙等化学成分;淀粉、树脂、叶绿素、纤维素、草酸钙等化学成分;中药中药甘草甘草中则含有甘草酸等多种皂苷以及黄酮类、淀粉、中则含有甘草酸等多种皂苷以及黄酮类、淀粉、纤维素、草酸钙等化学成分。纤维素、草酸钙等化学成分。16有效成分有效成分:即药材中代表其:即药材中代表其功效功效的化学成分。的
6、化学成分。如左旋麻黄素如左旋麻黄素(l-ephedrine)具有平喘、解痉作用,甘具有平喘、解痉作用,甘草酸草酸(glycyrrhizin)具有抗炎、抗过敏、治疗胃溃疡的具有抗炎、抗过敏、治疗胃溃疡的作用,分别被认为是麻黄及甘草中的代表性有效成分。作用,分别被认为是麻黄及甘草中的代表性有效成分。17生理活性成分生理活性成分:即经过不同程度药效试验或生物活性:即经过不同程度药效试验或生物活性试验,包括试验,包括体外体外(in vitro)及)及体内体内(in vivo)试验,)试验,证明对机体具有一定生理活性的成分。证明对机体具有一定生理活性的成分。18有效部位:有效部位:指指一味中药一味中药或
7、或复方中药复方中药提取物中的提取物中的一类一类或或几几类类化学成分被认为是有效成分时,该化学成分被认为是有效成分时,该一类或几类化学成分一类或几类化学成分的混合体被认为是的混合体被认为是有效部位,如:总生物碱、总皂苷或总有效部位,如:总生物碱、总皂苷或总黄酮等。黄酮等。19二、天然药物化学的发展简史二、天然药物化学的发展简史20(1)天然药物化学的建立与形成天然药物化学的建立与形成“植物中有机酸的研究促成有机化学及植物化学的形成植物中有机酸的研究促成有机化学及植物化学的形成”国外国外17691769年年 酒石酸酒石酸17751775年年 苯甲酸苯甲酸17781778年年 乳酸乳酸1785178
8、5年年 苹果酸苹果酸17861786年年 没食子酸没食子酸中国古代中国古代15751575年年 没食子酸没食子酸17111711年年 樟脑樟脑医学医学入门入门集验方集验方舍勒舍勒211803 1806吗啡吗啡(鸦片鸦片)德罗逊德罗逊 (Derosen)斯托勒斯托勒 (Sertrner)1818 1818 士的宁碱士的宁碱1820 1820 咖啡因咖啡因1820 1820 喹宁喹宁1828 1828 尼古丁尼古丁1831 1831 阿托品阿托品1833 1833 乌头碱乌头碱morphine MorphineMorphine为第一个从天然界分离的生物活性成分,生物碱的为第一个从天然界分离的生物活
9、性成分,生物碱的研究是天然药物化学发展的开端研究是天然药物化学发展的开端 。221)合成药物的工业化生产制约了天然药物化学研究)合成药物的工业化生产制约了天然药物化学研究 二十世纪二十世纪 三十年代:磺胺药三十年代:磺胺药(1935)、维生素问世、维生素问世 四十年代:盘尼西林的使用四十年代:盘尼西林的使用 五十年代:形成了新药上市的黄金时代五十年代:形成了新药上市的黄金时代 2)药害震惊全球药害震惊全球Thalidomide西德西德19561956年出售镇静药年出售镇静药“反应反应停停”肽胺哌啶酮肽胺哌啶酮到到19621962年就年就引起数千例畸胎。引起数千例畸胎。(2)天然药物化学的兴衰天
10、然药物化学的兴衰 23利血平利血平 (Reserpine)(3 3)大规模寻找天然活性物质)大规模寻找天然活性物质大量特殊生物活性天然物质的发现大量特殊生物活性天然物质的发现241 1、微量物质、微量物质2 2、水溶性物质、水溶性物质3 3、不稳定物质、不稳定物质4 4、海洋生理活性物质、海洋生理活性物质5 5、生物体内源性生理活性物质、生物体内源性生理活性物质天然药物化学的发展趋势天然药物化学的发展趋势天然药物化学的发展趋势天然药物化学的发展趋势25morphinemorphine从从18031803年分离到年分离到19521952年合成计年合成计150150年年,ReserpineRese
11、rpine只花了只花了4 4年年morphine提取分离提取分离:1803-1806提出结构提出结构:1925合成证实合成证实:1952结构鉴定技术的进步推动了学科的飞速发展结构鉴定技术的进步推动了学科的飞速发展26发发 现现确确 定定 结结 构构人工合成证实人工合成证实Reserpine1952-195627沙海葵毒素(沙海葵毒素(C129H223N3O54)28三、天然药物化学与新药发现三、天然药物化学与新药发现第一节第一节 绪论绪论v青蒿青蒿 青蒿素的化学结构青蒿素的化学结构 立体结构立体结构2930世界卫生组织统计数据显示,目前世界植物世界卫生组织统计数据显示,目前世界植物药市场年销售
12、额超过世界卫生组织统计数据显示,药市场年销售额超过世界卫生组织统计数据显示,目前世界植物药市场年销售额超过目前世界植物药市场年销售额超过 160 160 亿。亿。日本的汉方药:日本的汉方药:8080韩国的韩药:韩国的韩药:1515中国中草药:中国中草药:3 3-5-531第二节第二节 天然化合物的生物合成天然化合物的生物合成一、一次代谢及二次代谢一、一次代谢及二次代谢二、生物合成的基本构建单元二、生物合成的基本构建单元三、生物合成途径三、生物合成途径 四、生物合成的意义四、生物合成的意义32 这些是这些是植物生存不可缺少的物质植物生存不可缺少的物质,该过程存在于所,该过程存在于所有的绿色植物中
13、,称为一次代谢过程,产生的物质称为有的绿色植物中,称为一次代谢过程,产生的物质称为一一次代谢产物。次代谢产物。1、一次代谢:、一次代谢:二氧化碳、水二氧化碳、水各种代谢各种代谢糖和氧气糖和氧气糖、蛋白质、脂质、核酸糖、蛋白质、脂质、核酸光合作用光合作用第二节第二节 天然化合物的生物合成天然化合物的生物合成一、一次代谢及二次代谢:一、一次代谢及二次代谢:33植物体内的物质代谢与生物合成程植物体内的物质代谢与生物合成程植物体内的物质代谢与生物合成程植物体内的物质代谢与生物合成程三羧酸循环三羧酸循环(TCATCA)丁酮二酸丁酮二酸-酮戊二酸酮戊二酸丁二酸丁二酸鞣酸类鞣酸类CO2 H2Ohh /叶绿素
14、叶绿素磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸甲戊二羟酸甲戊二羟酸丙酮酸丙酮酸 丙二酸单酰辅酶丙二酸单酰辅酶A A赤藻糖赤藻糖4-4-磷酸磷酸葡萄糖代谢葡萄糖代谢莽草酸莽草酸苯丙素类苯丙素类芳香族氨基酸芳香族氨基酸脂肪族氨基酸脂肪族氨基酸嘌呤、嘧啶嘌呤、嘧啶 脂肪酸类脂肪酸类萜萜 类类甾甾 醇醇胡萝卜素类胡萝卜素类生物碱类生物碱类肽肽 类类含氮化合物含氮化合物香豆素、木香豆素、木脂(质)素脂(质)素黄酮类黄酮类-氨基乙酰丙酸氨基乙酰丙酸核苷核苷核苷酸类核苷酸类醌醌 类类胆胆 碱碱卟啉类卟啉类前列腺素类前列腺素类脂肪族及芳香脂肪族及芳香族聚酮类族聚酮类乙酰辅酶乙酰辅酶A A34 这些物质对植物生命活动不
15、起主要作用,该过程不这些物质对植物生命活动不起主要作用,该过程不是存在所有的绿色植物中,产生的生物碱、萜类等化合物是存在所有的绿色植物中,产生的生物碱、萜类等化合物称为称为二次代谢产物二次代谢产物二次代谢产物二次代谢产物。2、二次代谢:、二次代谢:一次代谢产物一次代谢产物特定条件特定条件生物碱、萜类生物碱、萜类黄酮、蒽醌等黄酮、蒽醌等第二节第二节 生物合成生物合成35二、生物合成的基本构建单元二、生物合成的基本构建单元1 1、C C1 1单元:多来源于单元:多来源于L-L-蛋氨酸的蛋氨酸的S-S-甲基(如甲基)甲基(如甲基)2 2、C C2 2单元:多为乙酰辅酶单元:多为乙酰辅酶A A的两碳单
16、位(如脂肪酸、酚类、的两碳单位(如脂肪酸、酚类、苯醌等聚酮类)苯醌等聚酮类)3 3、C C5 5单元:来源于甲戊二羟酸或去氧木酮磷酸酯代谢产单元:来源于甲戊二羟酸或去氧木酮磷酸酯代谢产物(如萜类、甾类)物(如萜类、甾类)364 4、C C6 6C C3 3单元:多由单元:多由L-L-苯丙氨酸和苯丙氨酸和L-L-酪氨酸转化酪氨酸转化5 5、C C6 6C C2 2N N单元:前体为单元:前体为L-L-苯丙氨酸和苯丙氨酸和L-L-酪氨酸酪氨酸6 6、吲哚、吲哚C C2 2N N单元:单元:L-L-色氨酸中吲哚环色氨酸中吲哚环7 7、C C4 4N N单元:来源单元:来源L-L-鸟氨酸鸟氨酸8 8、
17、C C5 5N N单位:单位:二、生物合成的基本结构单元二、生物合成的基本结构单元37(一)醋酸(一)醋酸丙二酸途径(丙二酸途径(AA-MA途径)途径)1.1.脂肪酸类脂肪酸类2.2.聚酮类聚酮类3.3.酚及芳聚酮类酚及芳聚酮类三、生物合成途径三、生物合成途径38(二)甲戊二羟酸途径和脱氧木酮磷酸酯途径(二)甲戊二羟酸途径和脱氧木酮磷酸酯途径1.1.甲戊二羟酸途径甲戊二羟酸途径(MVA(MVA途径)途径)合成成分类别:萜类、甾体类合成成分类别:萜类、甾体类2.脱氧木脱氧木酮糖磷酸酯途径(酮糖磷酸酯途径(DXPDXP途径)途径)三、生物合成途径三、生物合成途径39(三)莽草酸途径(三)莽草酸途径
18、1.1.芳香氨基酸和简单苯甲酸类芳香氨基酸和简单苯甲酸类2.2.桂皮酸途径(苯丙酸、香豆素、木脂素、黄酮)桂皮酸途径(苯丙酸、香豆素、木脂素、黄酮)3.3.醌类化合物醌类化合物(四)氨基酸途径(四)氨基酸途径 生物碱类生物碱类三、生物合成途径三、生物合成途径40(五)复合途径(五)复合途径三、生物合成途径三、生物合成途径41四、生物合成的意义四、生物合成的意义有利于天然化合物的结构分类;有利于天然化合物的结构分类;有利于天然化合物的结构推测;有利于天然化合物的结构推测;指导植物化学分类学;指导植物化学分类学;指导仿生合成;指导仿生合成;指导组织培养生物活性物质;指导组织培养生物活性物质;定向寻
19、找生物活性成分;定向寻找生物活性成分;生物调控,提高活性成分的含量。生物调控,提高活性成分的含量。42 一、天然药物有效成分的提取一、天然药物有效成分的提取 二、天然药物化学成分的分离与精制二、天然药物化学成分的分离与精制 第三节第三节 提取分离方法提取分离方法43一、天然药物有效成分的提取一、天然药物有效成分的提取提取方法:提取方法:v 溶剂提取法溶剂提取法v 水蒸气蒸馏法水蒸气蒸馏法v 升华法升华法44(一)、溶剂提取法:(一)、溶剂提取法:1.溶剂提取法原理:溶剂提取法原理:渗透,溶出,扩散渗透,溶出,扩散平衡平衡影响提取效率影响提取效率:原料的粉碎度、提取时间、提取温度、设备条件原料的
20、粉碎度、提取时间、提取温度、设备条件等因素等因素一、天然药物有效成分的提取一、天然药物有效成分的提取452.2.溶剂的选择:溶剂的选择:1.1.水水:2.2.亲水性有机溶剂(甲醇、乙醇、丙酮):亲水性有机溶剂(甲醇、乙醇、丙酮):3.3.亲脂性有机溶剂(石油醚、苯、乙醚、亲脂性有机溶剂(石油醚、苯、乙醚、氯仿):氯仿):(一)、溶剂提取法(一)、溶剂提取法46常用的溶剂的极性:常用的溶剂的极性:石油醚(低沸点石油醚(低沸点-高沸点)二硫化碳四氯化碳三高沸点)二硫化碳四氯化碳三氯乙烯苯二氯甲烷乙醚三氯甲烷乙酸乙酯氯乙烯苯二氯甲烷乙醚三氯甲烷乙酸乙酯正丁醇丙酮乙醇甲醇乙腈水吡啶醋酸正丁醇丙酮乙醇甲
21、醇乙腈水吡啶醋酸(一)、溶剂提取法(一)、溶剂提取法473.3.溶剂提取方法分类:溶剂提取方法分类:浸渍法、渗漉法、煎煮法、回流提取法、连续提取浸渍法、渗漉法、煎煮法、回流提取法、连续提取法、法、超临界流体萃取法、超声波提取技术、微波提超临界流体萃取法、超声波提取技术、微波提取法取法(一)、溶剂提取法(一)、溶剂提取法48(一)、溶剂提取法(一)、溶剂提取法浸渍法浸渍法491 1、烧瓶、烧瓶 2 2、渗漉筒、渗漉筒 50(一)、溶剂提取法(一)、溶剂提取法煎煮法煎煮法51525354(一)、溶剂提取法(一)、溶剂提取法55常压微波回流装置示意图常压微波回流装置示意图1.微波炉微波炉 2.瓶架瓶
22、架 3.蒸馏瓶蒸馏瓶 4.搅拌器搅拌器 5.铜管铜管6.冷凝管冷凝管 7.开关开关 8.控制面板控制面板56 分离和提纯液态或固态有机物的方法。分离和提纯液态或固态有机物的方法。适用于:适用于:具有挥发性的,能随水蒸气蒸馏而不被具有挥发性的,能随水蒸气蒸馏而不被破坏,与水不发生反应,且难溶或不溶于水的成分破坏,与水不发生反应,且难溶或不溶于水的成分的提取。的提取。(二)、水蒸气蒸馏法(二)、水蒸气蒸馏法575859 固体物质如樟脑等受热在低于其熔点的温度下,固体物质如樟脑等受热在低于其熔点的温度下,不经过熔化就可直接转化为蒸气,蒸气遇冷后又凝不经过熔化就可直接转化为蒸气,蒸气遇冷后又凝结为固体
23、称之为升华。结为固体称之为升华。(三)、升华法(三)、升华法60二、天然药物有效成分的分离与精制二、天然药物有效成分的分离与精制 (一)根据物质溶解度的差别进行分离(一)根据物质溶解度的差别进行分离(二)根据物质在两相溶剂中的分配比不同进行分离(二)根据物质在两相溶剂中的分配比不同进行分离(三)根据物质的吸附性差别进行分离(三)根据物质的吸附性差别进行分离(四)根据物质分子大小的差别进行分离(四)根据物质分子大小的差别进行分离(五)根据物质离解程度不同进行分离(五)根据物质离解程度不同进行分离61(一一)根据物质溶解度差别进行分离根据物质溶解度差别进行分离1.改变温度改变温度:结晶与重结晶。:
24、结晶与重结晶。2.改变混合溶剂极性改变混合溶剂极性:水水/醇法醇法:水提液:水提液+醇(数倍):可沉淀多糖、蛋白性物醇(数倍):可沉淀多糖、蛋白性物 质(杂质)。质(杂质)。醇醇/水法水法:醇提液:醇提液+水(数倍):可除去叶绿素、水(数倍):可除去叶绿素、油脂等油脂等 杂质。杂质。623.改变改变pH值值:碱提酸沉(碱碱提酸沉(碱碱提酸沉(碱碱提酸沉(碱/酸法):如提取黄酮、蒽醌类酚酸性成分酸法):如提取黄酮、蒽醌类酚酸性成分酸法):如提取黄酮、蒽醌类酚酸性成分酸法):如提取黄酮、蒽醌类酚酸性成分 酸酸酸酸提提提提碱碱碱碱沉沉沉沉(酸酸酸酸/碱碱碱碱法法法法):如如如如生生生生物物物物碱碱碱
25、碱类类类类在在在在用用用用酸酸酸酸性性性性水水水水从从从从药药药药材材材材中中中中提出后,加碱调至碱性即可从水中沉淀析出。提出后,加碱调至碱性即可从水中沉淀析出。提出后,加碱调至碱性即可从水中沉淀析出。提出后,加碱调至碱性即可从水中沉淀析出。4.沉淀试剂:沉淀试剂:pbpb2+2+、CaCa2+2+等等等等金金金金属属属属离离离离子子子子可可可可与与与与酸酸酸酸、碱碱碱碱性性性性化化化化合合合合物物物物生生生生成成成成不不不不溶溶溶溶于水的沉淀而析出。于水的沉淀而析出。于水的沉淀而析出。于水的沉淀而析出。(一一)根据物质溶解度差别进行分离根据物质溶解度差别进行分离63常见的方法有:简单的液液萃
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