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天然药物化学课程绪论ppt

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天然药物化学课程绪论ppt

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第一章 概 论一、天然药物化学的内涵 (一)定义 (二)主要内容 (三)相关概念 (四)相关的术语 (五)相关课程 (六)天然药物化学在药学专业中的作用与地位二、天然药化的研究对象及其任务 (一)主要研究对象 (二)主要研究任务三、天然药化发展简史 (一)国际发展史 (二)国内发展史四、天然药化研究发展趋势 (一) 化学结构研究的发展 (二) 研究领域的重大转变 (三) 组织培养 (四) 注重结构改造和仿生合成五、《天然药物化学》的学习方法一、天然药物化学的基础课程的性质(一)定义 天然药物化学是运用现代科学理论、方法和技术研究天然药物中化学成分的一门学科。化学理论和方法 —— 化学理论是基础物理学方法 —— 有机化合物波谱学(二)主要内容古代发达与文明的发祥地 1、 国际发展史(1) 天然药物化学的建立与形成真正形成于19世纪 2. 天然有机合成化学的建立与发展 1)“生命力”学说的提出 2)有机化合物的合成 3. 天然药物化学的兴衰 1)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:三十年代 磺胺药 (1935)、维生素问世 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 2)药害震惊全球 2.国内发展史 (1).古代“本草化学”的实践经验和发现阶段 1)冶金的实践 古代的“冶金术”、“炼丹术”、“点金术”创造了许多实验方法,开拓了化学研究途径。 3) 炼丹术与升华药物的实践发现 4)汞齐法技术的实践 汞齐法曾用为冶金术。 “银”在《名医别录》中被列为中品,用作镇惊剂。 “银膏”是“用白锡和银铂及水合成之,凝硬如“银”,用于 “补牙齿缺落”。至今仍沿用于补牙。 3.国内发展史 1. 近代天然药物化学的引进和创建阶段 1) 二十年代 麻黄碱、闹羊花、莽草、延胡索等。 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。 2. 现代天然药物化学的建立和发展阶段 1)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。 2)改构药物 如抗痫灵、常咯啉、联苯双酯等。 3)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。二、天然药物化学基础课程的任务(一)控制天然药物及其制剂的质量 只有明确了天然药物的活性成分,才能通过定性和定量分析控制天然药物及其制剂的质量。(二)探索天然药物治病的原理(三)改进剂型,提高临床疗效 在研究活性成分的基础上,对天然药物中的活性成分经过提取分离后,用现代的技术加工成了新的剂型。eg.复方丹参滴丸、银黄口服液等。(四)促进天然药物的开发和利用 1、开辟和扩大天然药物资源小檗碱——黄连(最早,生长缓慢、药源缺乏)—三棵针、古三龙、黄柏 2、降低毒性、提高疗效中药炮制可使天然药物中的化学成分发生变化,以达到降低毒性、提高疗效的目的。eg。乌头中的乌头碱(通过蒸煮进行炮制)——乌头原碱(毒性低)(四)促进天然药物的开发和利用 3、提取制药原料和中间体——缩短生产周期、降低生产成本 4、进行结构形式和改造,研制新药——eg.吗啡→哌替啶 2. 植物化学(Phytochemistry) 2. 有效部位(Active Extracts) 指具有生物活性的有效部位,如:总生物碱、总皂苷或总黄酮等。尚未提纯、分离为单体化合物的有效成分混合体。 3. 无效成分(Anactive Constituents ) 指与有效成分共存的其它成分。比如麻黄中的淀粉、树脂、叶绿素等。有效成分具有的特点:多样性相对性:通常多糖、蛋白质、氨基酸在天然药物化学中视为无效成分。特例:黄芪——黄芪多糖——提高人体免疫力功能猪苓——猪苓多糖——抗癌天花粉——蛋白质——引产,治疗恶性葡萄胎天门冬——天门冬素——祛痰止咳、抗菌、抗肿瘤二、提取、分离与检识提取:天然药物中的有效成分从药材中提出的过程。分离:将提取物中的各种成分逐一分开的过程。有效成分的精制(纯化):将无效成分(杂志)与有效成分分开并将其除去的过程。检识:使用武力或化学方法对天然药物中的化学成分进行检查识别的过程。 (二) 溶剂提取法 2. 天然药物各类成分的极性与提取溶剂的关系 溶剂提取法 3. 选择溶剂注意点 1) 对有效成分溶解度大,对杂质溶解度小 2) 不与化学成分起化学变化 3) 经济、易得、使用安全第三节 天然药物中的部分化学成分类型一、鞣质鞣质(tannins),又称单宁,是存在于植物体内的一类结构比较复杂的多元酚类化合物。鞣质能与蛋白质结合形成不溶于水的沉淀,故可用来鞣皮,即与兽皮中的蛋白质相结合,使皮成为致密、柔韧、难于透水且不易腐败的革,因此称为鞣质。分布鞣质广泛存在于植物界,约70%以上的生药中含有鞣质类化合物,尤以在裸子植物及双子叶植物的杨柳科、山毛榉科、蓼科、蔷薇科、豆科、桃金娘科和茜草科中为多。鞣质存在于植物的皮、木、叶、根、果实等部位,树皮中尤为常见,某些虫瘿(galls)中含量特别多,如五倍子所含鞣质的量可高达60%~70%。在正常生活的细胞中,鞣质仅存在于液泡中,不与原生质接触,大多呈游离状态存在,部分与其它物质(如生物碱类)结合而存在。(一)鞣质的结构分类:根据鞣质的化学结构可分为三大类: 1、可水解鞣质(hydrolysable tannins)这是一类由酚酸及其衍生物与葡萄糖或多元醇通过苷键或酯键而形成的化合物。因此,可被酸、碱、酶(如鞣酶tannase、苦杏仁酶emulsin等)催化水解,依水解后所得酚酸类的不同,又可分为没食子酸鞣质(gallotannin)和逆没食子酸鞣质(ellagotannin)两类。含这类鞣质的生药有五味子、没食子、柯子、石榴皮、大黄、桉叶、丁香等。 2、缩合鞣质(condensed tannins)这是一类由儿茶素(catechin)或其衍生物棓儿茶素(gallocatechin)等黄烷-3-醇(flavan-3-ol)化合物以碳-碳键聚合而形成的化合物。通常三聚体以上才具有鞣质的性质。由于结构中无苷键与酯键,故不能被酸、碱水解。缩合鞣质的水溶液在空气中久置能进一步缩合,形成不溶于水的红棕色沉淀,称为鞣红(phlobaphene)。当与酸、碱共热时,鞣红的形成更为迅速。如切开的生梨、苹果等久置会变红棕色,茶水久置形成红棕色沉淀等。含缩合鞣质的生药更广泛,如儿茶、茶叶、虎杖、桂皮、四季青、桉叶、钩藤、金鸡纳皮、绵马、槟榔等。复合鞣质是由构成缩合鞣质的单元黄烷-3-醇与水解鞣质部分通过碳碳键连接构成的一类化合物,此类鞣质首先从壳斗科植物中分离得到,现已发现广泛存在于同时含有水解鞣质和缩合鞣质的植物中。(二)鞣质的理化性质 1、性状:鞣质为黄色或棕黄色无定形松散粉末;有强吸湿性;味涩。 2、溶解性:鞣质的分子量通常为 500 至 3000,具较多的酚羟基,具有较强的极性。不溶于乙醚、苯、氯仿,易溶于水、乙醇、丙酮;水溶液味涩;在210~215℃分解。 3、还原性: 鞣质为强还原剂,可使 KMmO4褪色,鞣质极易被氧化,特别在碱性条件下氧化更快。氧化后的颜色:红棕色→暗棕色→灰黑色。 4、与蛋白质反应: 鞣质可与蛋白质(如明胶溶液)结合生成沉淀,因而具有抗菌止血作用。且此性质在工业上用于鞣革。鞣质与蛋白质的沉淀反应在一定条件下是可逆的,当此沉淀与丙酮回流,鞣质可溶于丙酮而与蛋白质分离。 5、与生物碱、重金属盐的作用:鞣质分子中有邻位酚羟基,故可与多种金属离子络合。鞣质水溶液遇重金属盐(如醋酸铅、醋酸铜、重铬酸钾等),生物碱或碱土金属氢氧化物(如氢氧化钙)都会产生沉淀,此性质可用于鞣质的提取、分离、定性、定量或除去鞣质。 6、与三氯化铁的作用:鞣质的水溶液遇Fe3+产生蓝(黑)色或绿(黑色)色或沉淀,故在煎煮和制备生药制剂时,应避免铁器接触。可用此性质检识。(三) 除去鞣质的方法 1、明胶沉淀法:在天然药物的水提取液中,加入适量4%明胶溶液,使鞣质沉淀完全医学|教育网搜集整理,滤除沉淀,滤液诚压浓缩至小体积,加入3—5倍量的乙醇,以沉淀过剩的明胶。 2、石灰法:利用鞣质与钙离子结合生成水不溶性沉淀,故可在中药的水提液中加入氢氧化钙,使鞣质沉淀析出;或在中药原料中拌入石灰乳,使鞣质与钙离子结合生成水不溶物,使之与其他成分分离。 3、冷热处理法:鞣质在水溶液中是一种胶体状态,高温可破坏胶体的稳定性,低温可使之沉淀。因此可先将药液蒸煮,然后冷冻放置,滤过,即可除去大部分鞣质。 4、聚酰胺吸附法:将天然药物的水提液通过聚酰胺柱,鞣质与聚酰胺以氢键结合而牢牢吸附在聚酰胺柱上,80%乙醇亦难以洗脱,而中药中其他成分大部分可被80%乙醇洗脱下来,从而达到除去鞣质的目的。 5、溶剂法:利用鞣质与碱成盐后难溶于醇的性质,在乙醇溶液中用40%氢氧化钠调至pH9~10,可使鞣质沉淀,再滤过除去 6、铅盐法:在天然药物的水提取液中加入饱和的乙酸铅或碱式乙酸铅溶液,可使鞣质沉淀而被除去,然后按常规方法除去滤液中过剩的铅盐。 二、有机酸定义:有机酸是指一些具有酸性的有机化合物。最常见的有机酸是羧酸,其酸性源于羧基 (-COOH)。磺酸 (-SO3H)、亚磺酸(RSOOH)、硫羧酸(RCOSH)等也属于有机酸。有机酸可与醇反应生成酯。分布范围在天然药物的叶、根、特别是果实中广泛分布,如乌梅、五味子,覆盆子等。常见的植物中的有机酸有脂肪族的一元、二元、多元羧酸如酒石酸、草酸、苹果酸、枸椽酸、抗坏血酸(即维生素C)等,亦有芳香族有机酸如苯甲酸、水杨酸、咖啡酸(Caffeic acid)等。除少数以游离状态存在外,一般都与钾、钠、钙等结合成盐,有些与生物碱类结合成盐。脂肪酸多与甘油结合成酯或与高级醇结合成蜡。有的有机酸是挥发油与树脂的组成成分。价值介绍一般认为脂肪族有机酸无特殊生物活性,但有些有机酸如酒石酸、枸椽酸作药用。又报告认为苹果酸、枸椽酸、酒石酸、抗坏血酸等综合作用于中枢神经。有些特殊的酸是某些天然药物的有效成分,如:土槿皮中的土槿皮酸→抗真菌作用。咖啡酸的衍生物有一定的生物活性,如绿原酸(茵陈、请好、沙棘、金银花)→抗菌、利胆、升高白血球阿魏酸(当归、川芎)→抗菌消炎、抗氧化油酸(鸦胆子)→抗癌琥珀酸(地龙)→止咳平喘咖啡酸(北升麻)→止血、镇痛、去谈乳酸(丹参)→扩张冠状动脉(一)有机酸的结构分类羧酸的官能团是羧基,除甲酸外,都是由烃基和羧基两部分组成。根据烃基的结构不同,分为脂肪酸和芳香酸。羧基与脂肪烃基相连结者,称为脂肪酸;脂肪酸又根据烃基的不饱和度分为饱和酯肪酸和不饱和脂肪酸(见教材表1-2)(二)有机酸的理化性质 1、性状 常温下,低级脂肪酸(≤8个碳原子)和不饱和脂肪酸→液体高级脂肪酸、多元酸、芳香酸→固体 2、溶解性 一元脂肪族羧酸随碳原子数增加,水溶性降低。低级羧酸可与水混溶。高级一元羧酸不溶于水,但能溶于有机溶剂多元酸比一元酸易溶于水均能溶于碱水 3、酸性 具有羧基的性质羧基中的羟基在一定条件下,可被羟氧基(一OR)、卤素(-X)和酰氧基取代,分别生成酯、酰卤和酰胺等羧酸衍生物。(三)有机酸的检识 1、pH试纸 显红色,pH<7 2、溴酚蓝试剂 有机酸+0.1%溴酚蓝乙醇溶液→蓝色背景显黄色斑点三、氨基酸、蛋白质和酶(一)氨基酸定义:氨基酸是含有氨基和羧基的一类有机化合物的统称,生物功能大分子蛋白质的基本组成单位。分布:动物植物和微生物体内。性质:无色晶体,易溶于水;显酸碱两性。分离和精制:调节pH达到氨基酸的等电点,可析出沉淀。检识:氨基酸+茚三酮→蓝色或紫色分类:必需氨基酸、天然氨基酸 1、必需氨基酸:均为α-氨基酸。指人体(或其它脊椎动物)不能合成或合成速度远不适应机体的需要,必需由食物蛋白供给,这些氨基酸称为必需氨基酸。成人必需氨基酸的需要量约为蛋白质需要量的20%~37%。其作用为:赖氨酸:促进大脑发育,是肝及胆的组成成分,能促进脂肪代谢,调节松果腺、乳腺、黄体及卵巢,防止细胞退化;色氨酸:促进胃液及胰液的产生;苯丙氨酸:参与消除肾及膀胱功能的损耗;蛋氨酸(甲硫氨酸):参与组成血红蛋白、组织与血清,有促进脾脏、胰脏及淋巴的功能;苏氨酸:有转变某些氨基酸达到平衡的功能;异亮氨酸:参与胸腺、脾脏及脑下腺的调节以及代谢;脑下腺属总司令部作用于甲状腺、性腺;亮氨酸:作用平衡异亮氨酸;缬氨酸:作用于黄体、乳腺及卵巢。 2、天然氨基酸 自然界中存在的游离氨基酸。使君子氨基酸(使君子)→驱蛔南瓜子氨基酸(南瓜子)→抵制吸血虫和绦虫田七氨基酸(三七)→止血(二)蛋白质和酶 1、蛋白质定义:是蛋白质是由α-氨基酸通过肽键构成的高分子化合物,其分子常由数百个氨基酸分子片段组成。氨基酸个数在100以上,称为蛋白质低于100个氨基酸单位成为多肽。蛋白质就是构成人体组织器官的支架和主要物质,在人体生命活动中,起着重要作用,可以说没有蛋白质就没有生命活动的存在。每天的饮食中蛋白质主要存在于瘦肉、蛋类、豆类及鱼类中。一般说,蛋白质约占人体全部质量的18%,最重要的还是其与生命现象有关。生物活性:天花粉蛋白→引产、抗病毒木瓜蛋白→驱除肠内寄生虫槲寄生蛋白→乳腺癌大豆蛋白→抗高血压、降血脂性质: ①具有酸碱两性在蛋白质分子中存在着氨基和羧基,因此跟氨基酸相似,蛋白质也是两性物质。 ②可发生水解反应蛋白质在酸、碱或酶的作用下发生水解反应,经过多肽,最后得到多种α-氨基酸。 ③溶水具有胶体的性质有些蛋白质能够溶解在水里(例如鸡蛋白能溶解在水里)形成溶液。蛋白质的分子直径达到了胶体微粒的大小(10-9~10-7m)时,所以蛋白质具有胶体的性质。性质: ④蛋白质沉淀原因:加入高浓度的中性盐、加入有机溶剂、加入重金属、加入生物碱或酸类、热变性少量的盐(如硫酸铵、硫酸钠等)能促进蛋白质的溶解。如果向蛋白质水溶液中加入浓的无机盐溶液,可使蛋白质的溶解度降低,而从溶液中析出,这种作用叫做盐析.利用这个性质,采用分段盐析方法可以分离提纯蛋白质. ⑤蛋白质的变性在热、酸、碱、重金属盐、紫外线等作作用下,蛋白质会发生性质上的改变而凝结起来.这种凝结是不可逆的,不能再使它们恢复成原来的蛋白质.蛋白质的这种变化叫做变性.性质: ⑥颜色反应蛋白质可以跟许多试剂发生颜色反应.例如在鸡蛋白溶液中滴入浓硝酸,则鸡蛋白溶液呈黄色.这是由于蛋白质(含苯环结构)与浓硝酸发生了颜色反应的缘故.还可以用双缩脲试剂对其进行检验该试剂遇蛋白质变紫红色 ⑦蛋白质在灼烧分解时,可以产生一种烧焦羽毛的特殊气味.利用这一性质可以鉴别蛋白质 2、酶 具有特殊催化能力的活性蛋白质,是生物体内生化反应的催化剂。性质:与蛋白质相似专属性:一种酶只能催化某一种特定的反应。蛋白酶→蛋白质水解淀粉酶→淀粉水解

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