天然產(chǎn)物化學(xué)第一章

天然產(chǎn)物化學(xué)第一章第1頁/共32頁第一章

緒論第二章

天然產(chǎn)物的提取分離和結(jié)構(gòu)鑒定

第三章

糖和苷第四章

生物堿第五章

黃酮類化合物第六章

萜類和揮發(fā)油第七章

甾體及其苷類第八章

多糖第九章

其他類型化合物第2頁/共32頁緒論第一章

第3頁/共32頁

一、概述三、天然產(chǎn)物化學(xué)與藥物開發(fā)四、天然產(chǎn)物化學(xué)發(fā)展動向二、天然產(chǎn)物的生物合成第一章緒論第4頁/共32頁1.天然產(chǎn)物定義

廣義的講，自然界的所有物質(zhì)都稱為天然產(chǎn)物。在化學(xué)學(xué)科內(nèi)，天然產(chǎn)物專指由動物、植物和微生物（陸地、海洋）體內(nèi)分離出來的生物次級代謝產(chǎn)物及生物體內(nèi)源性生理活性化合物，這些物質(zhì)也許只在某種或幾種生物物種中才存在。例：青霉素來自于真菌，抗癌藥紫杉醇來自紅豆杉、杉樹類或其內(nèi)生菌），也可能分布極為廣泛（甾體類化合物、萜類等）。一、概述第5頁/共32頁2.研究內(nèi)容天然產(chǎn)物化學(xué)是藥物化學(xué)的一個分支學(xué)科。它主要用現(xiàn)代科學(xué)理論和技術(shù)方法研究天然化學(xué)物資；具體內(nèi)容包括主要天然化學(xué)成分的結(jié)構(gòu)類型、提取分離方法、結(jié)構(gòu)測定等。

3.研究目的目的是希望從中獲得有益于人類身體健康或可治療人類疾病的先導(dǎo)化合物，作為先導(dǎo)藥物用于醫(yī)藥、農(nóng)藥、食品等領(lǐng)域。

一、概述第6頁/共32頁4.性質(zhì)天然產(chǎn)物化學(xué)是植物化學(xué)、藥物化學(xué)、生物化學(xué)、農(nóng)業(yè)化學(xué)的基礎(chǔ)，它與生物學(xué)、化學(xué)、藥物學(xué)、農(nóng)藝學(xué)等學(xué)科密切相關(guān)。它的成果可廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、食品、輕工、化工等領(lǐng)域。我國自然資源豐富，又有幾千年傳統(tǒng)防止疾病的經(jīng)驗積累，在中國大力發(fā)展天然產(chǎn)物化學(xué)的研究有著重要的現(xiàn)實意義。天然藥物中的活性成分是其藥效的物質(zhì)基礎(chǔ)。一、概述第7頁/共32頁例如：L-ephedrine左旋麻黃素麻黃Ephedraspp.中，平喘、解痙一、概述第8頁/共32頁

一、概述Rutin蘆丁來源：槐花米Sophorajaponica

的花蕾中作用：降低血管脆性，防高血壓和動脈硬化的治療輔助藥第9頁/共32頁

由于現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)進步，特別是將波譜解析方法（NMR、MS、IR、UV）用于推導(dǎo)化合物的結(jié)構(gòu)，甚至用X－Ray晶體衍射來確定化合物結(jié)構(gòu)的發(fā)展，以及分離手段的進步，天然產(chǎn)物化學(xué)的發(fā)展速度大為加快，發(fā)現(xiàn)的新化合物數(shù)目大為增加，微量成分、水溶性成分的分離、提純；穩(wěn)定性差的活性物資的分離等也不再是難題了。天然產(chǎn)物化學(xué)本身也已不再是原先的分離提取、結(jié)構(gòu)鑒定，而是逐步發(fā)展成生測指導(dǎo)下的分離提取、結(jié)構(gòu)鑒定，及半合成修飾和全合成緊密結(jié)合的一門學(xué)科。一、概述第10頁/共32頁

一、概述三、天然產(chǎn)物化學(xué)與藥物開發(fā)四、天然產(chǎn)物化學(xué)發(fā)展動向二、天然產(chǎn)物的生物合成第一章緒論第11頁/共32頁

1.

一次代謝

一次代謝指在植物、昆蟲或微生物體內(nèi)的生物細(xì)胞通過光合作用、碳水化合物代謝和檸檬酸代謝，生成生物體生存繁殖所必需的化合物。上述過程對維持生命活動來說是不可缺少的過程，且?guī)缀醮嬖谟谒械纳镏?，故?xí)慣上稱之為一次代謝過程。糖、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、核酸及其聚合衍生物等對機體生命活動來說是不可缺少的物質(zhì)，則稱為一次代謝產(chǎn)物（primarymetabolites）。二、天然產(chǎn)物的生物合成第12頁/共32頁

在特定的條件下，一些重要的一次代謝產(chǎn)物，作為原料或前體，又進一步經(jīng)歷不同的代謝過程，生成表面上看來似乎對生物體本身無用的化合物，如生物堿、萜類、甾體、多酚等。這一過程因為并非在所有的生物體內(nèi)均能發(fā)生，對維持機體生命活動來說又不起重要作用，所以稱之為二次代謝過程。這些化合物稱為二次代謝產(chǎn)物（secondarymetabolites）。

2.二次代謝第13頁/共32頁常見的基本單位：C2單位（醋酸單位）：如脂肪酸、酚類、苯酚等聚酮類化合物；C5單位（異戊烯單位）：如萜類、甾類等；C6單位：如香豆素、木脂體等苯丙素類化合物；氨基酸單位：如生物堿類化合物；復(fù)合單位：由上述單位復(fù)合構(gòu)成。

3.二次代謝產(chǎn)物的生物合成途徑第14頁/共32頁1）莽草酸途徑——生成芳香化合物，如酚、氨基酸等；2）β-多酮途徑——生成多炔類、多元酚、前列腺素、四環(huán)素、大環(huán)抗生素；3）甲羥戊酸途徑——生成萜類、甾體；4）氨基酸途徑——青霉素、頭孢菌素、生物堿；5）混合途徑——如由氨基酸和甲羥戊酸生成吲哚生物堿，由β-多酮和莽草酸生成黃酮類。4.天然化合物的主要合成途徑

第15頁/共32頁生物合成是天然藥物化學(xué)學(xué)科中一個重要的領(lǐng)域。了解生物合成的有關(guān)知識，不僅對天然化合物進行結(jié)構(gòu)分類或推測天然化合物的結(jié)構(gòu)會有很大幫助，而且對植物化學(xué)的分類以及仿生合成等學(xué)科發(fā)展均有著重要的理論指導(dǎo)意義，對采用組織培養(yǎng)方法進行物質(zhì)生產(chǎn)也有著實際的意義。5.生物合成的重要性第16頁/共32頁例如，了解目的物質(zhì)的生物合成途徑，在組織培養(yǎng)過程中有意喂養(yǎng)關(guān)鍵的前體物質(zhì)，可能大大提高目的物質(zhì)的收率。已有報道，在三葉薯芋Dioscoreadeltoides的愈傷組織培養(yǎng)過程中加入適量膽固醇，薯芋皂甙元的含量可以由植物干重的1.5%提高到2.5%。第17頁/共32頁

一、概述三、天然產(chǎn)物化學(xué)與藥物開發(fā)四、天然產(chǎn)物化學(xué)發(fā)展動向二、天然產(chǎn)物的生物合成第一章緒論第18頁/共32頁1.發(fā)展史東漢時期，匯編了第一本有關(guān)天然藥物的著作《神農(nóng)本草經(jīng)》。

公元1596年，李時珍編著《本草綱目》，1892種天然藥物。其中57.8%來自植物，23.6%來自動物，14.5%則為礦物清代的趙敏學(xué)，《本草綱目拾遺》，又補充了1021種。在中國，天然藥物又稱為中草藥，它與中醫(yī)一起構(gòu)成了中華民族文化的瑰寶，也是全人類的寶貴遺產(chǎn)。

三、天然產(chǎn)物化學(xué)與藥物開發(fā)第19頁/共32頁天然藥物之所以能夠防病治病，其物質(zhì)基礎(chǔ)在于所含的有效成分。研究中草藥的有效成分，目的在于研究有效成分的化學(xué)結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)與生物活性的關(guān)系，闡明其作用機理；另外對探索中草藥加工工藝，改進藥物劑型，控制中藥及其制劑的質(zhì)量，使中藥走向國際市場，有著重要的意義。由于天然藥物往往含有結(jié)構(gòu)、性質(zhì)不同的多種成分，且有效成分的含量一般較低。所以，為了開發(fā)研究藥物，必須從復(fù)雜的中草藥組成成分中提取、分離和鑒定出有活性的單體純成分。有時，為了改變藥效或毒性，還需對其結(jié)構(gòu)進行修飾，以創(chuàng)制出更好的藥物。2.天然產(chǎn)物與藥物開發(fā)第20頁/共32頁

在現(xiàn)代藥物研究中，每一次具有轟動效應(yīng)的藥物出現(xiàn)都伴隨著一種或一類新型天然產(chǎn)物的發(fā)現(xiàn)，如：

鴉片中鎮(zhèn)痛活性成分和金雞納樹皮中抗瘧活性成分—嗎啡和奎寧；青霉菌中抗菌活性成分——青霉素；解熱鎮(zhèn)痛藥阿司匹林首先發(fā)現(xiàn)于楊樹中；降壓藥利血平首先來自蘿芙木；

長春堿、喜樹堿、紫杉醇等抗癌藥物皆來自天然產(chǎn)物。第21頁/共32頁

從天然產(chǎn)物中尋找有生理活性的化合物，以此為母體，進行結(jié)構(gòu)改造合成出具有更好效果的藥物或農(nóng)藥，是目前醫(yī)藥研究和農(nóng)藥開發(fā)的常規(guī)思路之一。例：水楊苷阿司匹林（解熱鎮(zhèn)痛藥）第22頁/共32頁

青蒿素蒿甲醚（抗瘧疾?。?/p>

先導(dǎo)化合物是指具有特征結(jié)構(gòu)和生理活性并可通過結(jié)構(gòu)改造優(yōu)化其生理活性的化合物。第23頁/共32頁

一、概述三、天然產(chǎn)物化學(xué)與藥物開發(fā)四、天然產(chǎn)物化學(xué)發(fā)展動向二、天然產(chǎn)物的生物合成第一章緒論第24頁/共32頁某些具有活性的天然產(chǎn)物含量很少，例如植物生長激素油菜素內(nèi)酯在油菜花中的含量僅為10-12左右，這就要求新的分離技術(shù)不斷產(chǎn)生和發(fā)展。某些天然產(chǎn)物結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，例如：沙海葵毒素（palytoxin,C130H229N3O53,相對分子質(zhì)量為2679），分子內(nèi)共有64個手性中心，這就要求結(jié)構(gòu)測定方法不斷創(chuàng)新。某些天然產(chǎn)物結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，難以合成，這就要求有機合成方法學(xué)上的不斷創(chuàng)新；天然產(chǎn)物往往具有獨特的生理活性，就為藥物化學(xué)和生物科學(xué)提供了廣泛的研究基礎(chǔ)。1.研究方法和手段向高、新方向發(fā)展四、天然產(chǎn)物化學(xué)發(fā)展動向第25頁/共32頁

天然產(chǎn)物化學(xué)具有極大的實用意義，它來源廣泛，除在結(jié)構(gòu)上可以不斷發(fā)現(xiàn)新化合物或新骨架化合物外，還可以發(fā)現(xiàn)生理活性獨特的化合物。有的可以直接開發(fā)為新藥，有的經(jīng)過結(jié)構(gòu)修飾或改造后，也可開發(fā)為新藥。2.偏重資源開發(fā)的實用化第26頁/共32頁目前，一些實驗室以及大的制藥公司都把從植物來源的天然成分作為藥物的重要來源之一。例如美國國立衛(wèi)生研究院每年從世界各地搜集植物樣本達(dá)幾千種，進行抗癌活性的篩選，許多公司都進行類似的工作，如上海丹山工業(yè)園有好幾家制藥公司、中科院上海藥物所等等。另外，天然產(chǎn)物的成果在農(nóng)業(yè)和工業(yè)生產(chǎn)中都得到了應(yīng)用，如除蟲菊酯系列化合物是公害較少的較滿意的農(nóng)藥，昆蟲保幼激素已用于蠶業(yè)增產(chǎn)。萊農(nóng)孟昭李教授研制的仿生農(nóng)藥-銀果、銀泰等，活性成分來自植物銀杏。第27頁/共32頁目前，我國生產(chǎn)的中藥及其制劑（藥品）均無表明其中的化學(xué)成分或有效成分的種類和含量，無法推向國際市場，只能在國內(nèi)推銷，大大限制了中藥事業(yè)的發(fā)展。因此，結(jié)合中醫(yī)藥理論和現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)方法，繼續(xù)從藥用植物中提取、分離和測定有效成分，進行多方面的生物活性篩選，特別是尋找治療威脅人類最大的心血管疾病，癌癥、艾滋病等藥物的有效成分，并用現(xiàn)代有機合成結(jié)合分子生物學(xué)方法創(chuàng)制新藥、發(fā)掘新藥源，改善藥劑型，是擺在科學(xué)工作者面前的重要任務(wù)。第28頁/共32頁（1）植物細(xì)胞組織培養(yǎng)生產(chǎn)天然產(chǎn)物具有生理活性的天然產(chǎn)物，許多是以微量形式存在，加之不同生物的特殊生態(tài)環(huán)境，這些來自于生物的天然產(chǎn)物易受生物種類、產(chǎn)地、季節(jié)等因素影響。利用植物細(xì)胞組織培養(yǎng)方式來大量生產(chǎn)天然產(chǎn)物，這是一種可靠、有效的方法。植物細(xì)胞組織培養(yǎng)是指從植物體取下部分的組織或細(xì)胞，在無菌的條件下利用人工培養(yǎng)基維持其生長，以達(dá)到大量繁殖或生產(chǎn)某些天然產(chǎn)物。3.基于生物技術(shù)的天然產(chǎn)物化學(xué)研究第29頁/共32頁（2）天然產(chǎn)物的基因工程合成該技術(shù)可以解決復(fù)雜天然產(chǎn)物的合成，現(xiàn)今引人注目的抗癌藥物紫杉醇和喜樹堿都可以用此法合成出來，此法不僅可行，而且作為一個新的方向彌補了現(xiàn)行合成化學(xué)的不足。第30頁/共32頁（3）微生物發(fā)酵和酶法生產(chǎn)