一总论PPT课件

天然药物化学 Chemistry of Natural Products 卫生部规划教材 Chemistry of Natural Products 第一章 总论 （Generation） [基本内容] 天然药物化学的概念、研究范围、研究目的与任务。 有效成分与无效成分的概念。 各类化合物化学成分简介。 一次代谢与二次代谢的概念，主要的生物合成途径。 1H-NMR、 13C-NMR的基本概念及常见的13C-NMR谱的 特征及解析方法，质谱的类型及应用特点。 旋光光谱（ORD）基本概念、原理及测定意义。 [基本] 掌握13C-NMR谱特征及其解析方法 熟悉天然药物化学的研究范围，课程的学习重点；各类化合物的生物合成途径。 了解ORD谱的应用范围。 本 章 内 容  第一节 概述 第二节 各类成分简介 第三节 生物合成 第四节 提取分离方法 第五节 结构研究方法 第一节 绪论（Exordium) 一．天然药物化学的概念： 1. 天然药物化学：是运用现代科学理论与方法 研究天然药物中化学成分的一门学科。 2. 研究内容： 主要指天然药物的化学成分（多为有效成分）的结构特点、理化性质、提取分离方法、结构鉴定及生物合成途径。 第一节 绪论（Exordium) 二. 相关学科 1. 药物化学（Medicinal Chemistry）：合成药物、构效关系 2. 植物化学（Phytochemistry）：仅研究植物 3. 中药化学（Chemistry of TCM）:结合中医药理论及临床经验… 三.天然药物 植物、动物、矿物、微生物等来源的药物 海洋。 人参 银杏 芍药 山茱萸 雄黄 天然冬虫夏草 第一节 绪论（Exordium) 四.基本概念 1. 有效成分: 天然药物中具有一定的生物活性、能起到治疗作用的单体化合物。 2.有效部位：具有一定生物活性的、多种单体化合物的混合物，临床有效。如地奥心血康、人参总皂苷。 五. 学习天然药化的目的和意义： 1. 探索中药防病治病的机理； 2. 改进剂型、提高疗效； 3. 提高中药及制剂的质量； 4. 提供中药炮制现代科学依据； 5. 开辟药源、开发新药。 第一节 绪论（Exordium) 第一节 绪论（Exordium) 六.天然药物化学研究方法 1. 整理调查 a．原生物：品种，科，属，学名，来源，产地。 b．文献：近源生物具有相似的成分。 2. 成分分离 系统溶剂分离法，活性跟踪法 3. 成分鉴定 理化性质，色谱方法，波谱方法 4. 结构改造——发现和创制新药 本 章 内 容 第一节 绪论 第二节 各类成分简介 第三节 生物合成 第四节 提取分离方法 第五节 结构研究方法  第二节 各类成分简介 化学成分分类 1. 生物碱类（Alkloids)：含N原子，多呈碱性。 2. 糖苷(Glycosides):糖：单糖，低聚糖，多糖（淀粉、纤维 素、甲壳素、果胶、树胶、粘液质） 苷：糖+苷元： 黄酮 酸性 香豆素 蒽醌 HO 果胶多存在于植物的果实和根中为黄白色的、无臭的粉末： 中药乳香、没药、阿魏中含有大量的树胶。 粘液质是与树胶结构相似的多糖类物质。如黄精、玉竹的粘液细胞。海藻、昆布面的黏性成分。等 第二节 各类成分简介 三萜皂苷 皂苷 甾体皂苷 （中性） 强心苷 3.挥发油 第二节 各类成分简介 4.有机酸：含COOH,多以盐的形式存在。 5.树脂：为组成复杂的混合物，多与挥发油、树胶、有机酸混合。如：安息香、乳香等。 6.其它成分： (1)氨基酸、蛋白质。 (2)鞣质：多酚类化合物。 (3)色素类 叶绿素、胡萝卜素等。 (4)油脂和蜡 油脂多为一分子甘油与三分子脂肪酸 成的酯。 (5)无机成分 本 章 内 容 第一节 绪论 第二节 各类成分简介 第三节 生物合成 第四节 提取分离方法 第五节 结构研究方法  第三节 生物合成 一次代谢产物：糖、蛋白质、脂质、核酸等对植物机体生命活动来说不可缺少的物质。 二次代谢产物：生物碱、萜、香豆素、黄酮、醌类等对维持植物生命活动不起重要作用，且并非在 所有植物中都能产生。由一次代谢产物产生，常为有效成分。 是不同物种的特征体现，常表现有较强的生物活性。 一、基本概念 第三节 生物合成 1.醋酸-丙二酸途径AA－MA途径） 合成脂肪酸类、酚类、蒽醌类 2.甲戊二羟酸途径 主要生成萜类、甾体类化合物 3.桂皮酸途径和莽草酸途径 形成具C6-C3骨架的化合物，如香豆素、木脂素、黄酮等。 二、天然化合物的主要生物合成途径如下： 第三节 生物合成 4.氨基酸途径（Amino Acid Pathway）合成生物碱 5.复合途径 (1)醋酸-丙二酸-莽草酸途径 (2) 醋酸-丙二酸-甲戊二羟酸途径 (3) 氨基酸-甲戊二羟酸途径 (4) 氨基酸-醋酸-丙二酸途径 (5) 氨基酸--莽草酸途径 三、生物合成的意义： 天然化合物结构分类，结构推测；植物化学分类 学；仿生合成、对采用组织培养方法进行物质生产等。 本 章 内 容 第一节 绪论 第二节 各类成分简介 第三节 生物合成 第四节 提取分离方法 第五节 结构研究方法  一 化合物纯度的鉴定（Identification of Purity） 1. 测熔点: 看熔程 2. 外观结晶色泽与形状: 均一性 3. 色谱法: TLC 三种组成不同的溶剂系统, 单一斑点; HPLC 单一峰 GC 单一峰 4. 核磁法：不主张。 第五节 结构研究法 ？ TLC 三种溶剂系统为单一斑点,Rf 0.3, 0.5, 0.7 二、已知化合物鉴定（Known compounds) 1. 有品(或对照品): Co-TLC (共薄层，三种系统) 测混合熔点(相同溶剂结晶); 测IR (考察是否重叠） 2. 无标准品: 与文献值对照(相同的溶剂条件下：mp, IR, UV, 1H-NMR, 13C-NMR等)。 第五节 结构研究法 三、未知化合物 －多种谱学结合的结构解析 1.紫外光谱(Ultraviolet spectra UV) ①为结构解析提供的信息 用于判断结构中的共轭系统、结构骨架（如香 豆素、黄酮） UV谱一致，不一定是一个化合物。 第五节 结构研究法 UV一致，不一定是一个化合物。如P4的-蜕皮激素， -蜕皮激素 2. 红外光谱(Infrared spectra IR) ①为结构解析提供的信息 提供各种官能团的信息 八大区 如：芳香环:  1600-1480cm-1， OH:  >3000 cm-1, C=O :  1700 cm-1. IR相同者为同一化合物. 第五节 结构研究法 3.质谱(Mass spectra MS) ①为结构解析提供的信息 给出分子量(M+), 给出基团或片段信息, HR-MS可计算分子式; MS图一致(同一型号仪器,同一条件)一般为同一化合物。 ②类型 EI-MS: 醇、糖苷不能给出分子离子峰; FD-MS、FAB-MS、ESI-MS ：用于糖苷,肽,核酸类,可确定分子量。 HR-MS：给出精确的分子量和分子式。 第五节 结构研究法 ①为结构解析提供的信息 化学位移:  (用于判断H的化学环境 chemical shift); 偶合常数: J (Hz) 用于判断H与H的关系 coupling constant) 积分强度(积分面积): 确定H的数目. 4. 核磁共振谱（Nuclear magnetic resonance NMR） 4.1 质子谱（1H-NMR） 第五节 结构研究法 J＝8.0Hz 存在偶合 第五节 结构研究法 4. 核磁共振谱（Nuclear magnetic resonance NMR） 4.1 质子谱（1H-NMR） ②常见基团的化学位移值: Ar-H ：6-8, -CHO ：9.8 -CH3 ：1.0-1.5, C=C-CH3, －COCH3, －ArCH3 ：1.9-2.5 -OCH3 ：3.5-4.0, -COOCH3与ArOCH3 ：3.7-4.0 第五节 结构研究法 ③影响化学位移因素 化学位移值与电子云密度有关。电子云密度降低, 去屏蔽作用增强,向低场位移, 增大。 1）诱导效应 2）共轭效应 3）氢键缔合 4. 核磁共振谱（Nuclear magnetic resonance NMR） 4.1 质子谱（1H-NMR） ④.偶合常数(J) a.偶合裂分是有原子核引起的,通过化学键传递; b.相互偶合的H核其J值相同; c.一级图谱峰的裂分遵循n+1规律; d.归属H核,判断排列情况. 偶合分类 偕偶(Jgem)又为同碳偶合 sp3 J=10-15Hz; sp2 C=CH2 J=0-2Hz, N=CH2 J=7.6-17Hz 第五节 结构研究法（Methods of Structure identification） 4. 核磁共振谱（Nuclear magnetic resonance NMR） 4.1 氢谱（1H-NMR） 邻偶(Jvic) sp3杂化的C上两个质子耦合常数主要受控于两面角，与两面角有关,J90=0Hz, J180 >Jo (7.5Hz); 烯型：Jcis =6-14Hz(10), Jtrans=11-18Hz(15) 芳环: Jo=6-9Hz,. 远程偶合: 如苯环的间位Jm=1-3Hz和对位偶合Jp=0-1Hz 第五节 结构研究法（Methods of Structure identification） 偶合分类 第五节 结构研究法（Methods of Structure identification） 4. 核磁共振谱（Nuclear magnetic resonance NMR） 4.2 碳谱（13C-NMR） ①为结构解析提供的信息 化学位移：碳处的化学环境 峰高或峰面积:一般不与碳数成正比 第五节 结构研究法（Methods of Structure identification） 4. 核磁共振谱（Nuclear magnetic resonance NMR） 4.2 碳谱（13C-NMR） ②常见一些基团的化学位移值: 脂肪C: <50 连杂原子C: C-O,C-N,C-S :50-100 C-OCH3 :  55; 糖端基C :  95-105 芳香碳,烯碳: 98-160 连氧芳碳 :140-165 C=O: 168-220 画线图表示化学位移的范围 C=O: 168-220 醛CHO：  190－205 酮： 195－220 羧酸： 170－185 酯及内酯： 165－180 酰胺及内酰胺: 165－180 第五节 结构研究法 a 全氢去偶谱(COM)或噪音去偶谱(PND)或质子宽带去偶谱(BBD) 特点: 图谱简化, 所有信号均呈单峰. b 偏共振去偶谱(OFR) 特点: 由于部分保留1H的偶合影响,可识别伯、仲、叔、季碳。 CH3, q， CH2, t， CH, d， C, s。 第五节 结构研究法 4. 核磁共振谱（Nuclear magnetic resonance NMR） 4.2 碳谱（13C-NMR） 常见的13C-NMR谱的类型及二维谱 ③ BBD 练习： 一化合物，分子式为C6H14，高度对称，在噪音去偶谱（COM）上只有两个信号，在偏共振去偶谱（OFR）上只有一个四重峰（q）及一个二重峰(d)，试写出其结构 第五节 结构研究法（Methods of Structure identification） ③.常见的13C-NMR谱的类型及二维谱 c. DEPT谱 特点：不同类型13C信号呈单峰分别朝上或向下,可识别CH3，CH2，CH，C。 脉冲系列 =135°CH3, CH , CH2 （常用） =90°CH , =45°CH3, CH2 , CH , 季碳不出现 第五节 结构研究法 4. 核磁共振谱（Nuclear magnetic resonance NMR） 4.2 碳谱（13C-NMR） DEPT谱 135º =135°CH3, CH , CH2 90º CH  ③.常见的13C-NMR谱的类型及二维谱 1H-1H COSY(相互偶合的氢核给出交叉峰) NOESY(空间相近的氢核的关系) HMQC(13C-1H COSY) 13C,1H 直接相关谱1JCH HMBC(远程13C-1H COSY) 13C,1H 远程相关谱 2JCH, 3JCH 第五节 结构研究法 HMBC 5. 旋光谱和圆二色散光谱（ORD and CD） (Optical Rotatory Dispersion and Circular Dichroism) 旋光谱(ORD)和圆二色谱(CD,需对紫外可见光有吸收)在解决手性中心附近有生色团(含通过化学转换可变成生色团的化合物，如-OH、C=O)的化合物的绝对构型或优势构象的。 当平面偏振光通过手性中心时，左旋圆偏光和右旋圆偏光的折射率、传播速度，当再合成平面偏振光时，偏振面就发生了旋转，这就是产生旋光的光学原理。随着波长变短，折射率差值增大，比旋度增大。 第五节 结构研究法（Methods of Structure identification） 果胶多存在于植物的果实和根中为黄白色的、无臭的粉末： 中药乳香、没药、阿魏中含有大量的树胶。 粘液质是与树胶结构相似的多糖类物质。如黄精、玉竹的粘液细胞。海藻、昆布表面的黏性成分。等 TLC 三种溶剂系统为单一斑点,Rf 0.3, 0.5, 0.7 UV一致，不一定是一个化合物。如P4的-蜕皮激素， -蜕皮激素 画线图表示化学位移的范围