植物天然产物开发)课件.ppt

1、参参 考考 书书 目目1、天然药物化学天然药物化学 吴立军吴立军 主编主编 人民卫生出版社人民卫生出版社 2004.4第四版第四版 2、天然产物化学天然产物化学 刘湘刘湘 主编主编 化学工业出版社化学工业出版社 2010.1第二版第二版3、天然产物化学实验技术天然产物化学实验技术 李炳奇李炳奇 主编主编 化学工业出版社化学工业出版社 2012.1第一版第一版第一章第一章 绪绪 论论 1植物天然产物开发的研究内容植物天然产物开发的研究内容 2一次代谢和二次代谢一次代谢和二次代谢 3.植物天然产物开发的发展史植物天然产物开发的发展史 4.植物天然产物开发的发展动向植物天然产物开发的发展动向在化学学

2、科内，在化学学科内，天然产物天然产物专指由动物、植物及专指由动物、植物及海洋生物和微生物体内分离出来的海洋生物和微生物体内分离出来的生物二次代生物二次代谢产物谢产物及生物体及生物体内源性生理活性化合物内源性生理活性化合物。是由是由各种化学成分所组成的复杂体系各种化学成分所组成的复杂体系。在陆生植物体内的主要成分就有：在陆生植物体内的主要成分就有：生物碱、萜类、甾体、苷类、生物碱、萜类、甾体、苷类、黄酮类、蒽醌类、糖类、蛋白质、脂类等等黄酮类、蒽醌类、糖类、蛋白质、脂类等等。一、一、研究内容研究内容广义地讲，自然界的所有物质都称为天然产物。广义地讲，自然界的所有物质都称为天然产物。金鸡纳金鸡纳奎

3、宁奎宁实例实例1实例实例2 2吗啡吗啡 鸦片鸦片毒品毒品v从毒品的来源看，可分为天然毒品、半合成毒品和合成毒品三大类。天然毒品是直接从毒品原植物中提取的毒品，如鸦片。半合成毒品是由天然毒品与化学物质合成而得，如海洛因。合成毒品是完全用有机合成的方法制造，如冰毒。v从毒品对人中枢神经的作用看，可分为抑制剂、兴奋剂和致幻剂等。抑制剂能抑制中枢神经系统，具有镇静和放松作用，如鸦片类。兴奋剂能刺激中枢神经系统，使人产生兴奋，如苯丙胺类。致幻剂能使人产生幻觉，导致自我歪曲和思维分裂，如麦司卡林。实例实例3花生花生(0.1%)葡萄和葡萄酒葡萄和葡萄酒（0.02%)虎杖虎杖(0.3%)桑葚桑葚(0.1%)白

4、藜芦醇白藜芦醇几个容易混淆的概念几个容易混淆的概念v 天然药物天然药物 Natural medicinev 中草药中草药 Chinese herbal medicine 本草纲目本草纲目，1892种种/本草纲目拾遗本草纲目拾遗，1021种种 目前我国药用植物总数，目前我国药用植物总数，15000余种余种v 中中 药药 Traditional Chinese Medicinev 草草 药药 Herbal drugv 民族药民族药 Ethnic Medicine 蒙药蒙药 Mongolia Medicine 藏药藏药 Tibetan Medicine 苗药苗药 Miao drug v 生生 药药

5、Crude drug天天 然然 药药 物物天然产物天然产物中草药中草药中中 药药草草 药药植物、动物、植物、动物、海洋生物、微生物海洋生物、微生物学科学科 植物天然产物开发植物天然产物开发：是以：是以各类生物各类生物为研究为研究对象，以对象，以有机化学有机化学为基础，以为基础，以化学和物理化学和物理方法方法为手段，研究为手段，研究生物二次代谢产物的提生物二次代谢产物的提取、分离、结构、功能、生物合成、化学取、分离、结构、功能、生物合成、化学合成与修饰及其用途合成与修饰及其用途的一门科学，是生物的一门科学，是生物资源开发利用的基础研究。资源开发利用的基础研究。二次代谢产物二次代谢产物提取分离提取

6、分离结构功能结构功能生物合成生物合成化学合成与修饰化学合成与修饰用途用途 一次代谢与二次代谢一次代谢与二次代谢 一次代谢一次代谢：植物、昆虫或微生物体内的生物细胞通过：植物、昆虫或微生物体内的生物细胞通过光合作用、碳水化合物代谢和柠檬酸代谢，生成生物光合作用、碳水化合物代谢和柠檬酸代谢，生成生物体生存繁殖所必须的化合物，如糖类、氨基酸、脂肪体生存繁殖所必须的化合物，如糖类、氨基酸、脂肪酸、核酸及其聚合衍生物（如多糖类、蛋白质、酯类、酸、核酸及其聚合衍生物（如多糖类、蛋白质、酯类、DNA、RNA）等的代谢过程，这些化合物称为一次代）等的代谢过程，这些化合物称为一次代谢产物。谢产物。二次代谢二次代

7、谢：从某些一次代谢产物作为起始原料，通过：从某些一次代谢产物作为起始原料，通过一系列特殊生物化学反应生成表面上看来似乎对生物一系列特殊生物化学反应生成表面上看来似乎对生物本身无用的化合物，如萜类、甾体、生物碱、多酚类本身无用的化合物，如萜类、甾体、生物碱、多酚类等，这些二次代谢产物就是人们熟知的天然产物。等，这些二次代谢产物就是人们熟知的天然产物。二、天然产物的生物合成二、天然产物的生物合成二者的不同点二者的不同点v一次代谢一次代谢过程过程对于各种生物来说，基本上是相同对于各种生物来说，基本上是相同的，其代谢产物的，其代谢产物广泛广泛分布于生物体内分布于生物体内；二次代谢；二次代谢及其产物对于

8、不同族、种的生物来说，常具有不及其产物对于不同族、种的生物来说，常具有不同的特征，而且二次代谢产物的体内分布具有局同的特征，而且二次代谢产物的体内分布具有局限性，不像一次代谢产物那样分布广泛。限性，不像一次代谢产物那样分布广泛。v对于一次代谢及其产物的研究归属于生物化学的对于一次代谢及其产物的研究归属于生物化学的领域，而对二次代谢及其产物的研究已扩展到天领域，而对二次代谢及其产物的研究已扩展到天然产物化学、化学生态学、植物分类学等学科。然产物化学、化学生态学、植物分类学等学科。大自然是一个天然药库大自然是一个天然药库v来自植物来自植物如大黄、人参等如大黄、人参等大自然是一个天然药库大自然是一个

9、天然药库v来自动物来自动物如牛黄、鹿茸、蟾酥、海马等如牛黄、鹿茸、蟾酥、海马等大自然是一个天然药库大自然是一个天然药库v来自人类来自人类如紫河车（补气、养血、益精）如紫河车（补气、养血、益精）大自然是一个天然药库大自然是一个天然药库v来自矿物来自矿物如石膏、朱砂、雄黄等如石膏、朱砂、雄黄等其他实例其他实例断肠草断肠草 毒箭木毒箭木鸩鸩 夹竹桃夹竹桃 鹤顶红鹤顶红 鹤顶红鹤顶红,三氧化二砷，三氧化二砷，也也就是著名的就是著名的砒霜砒霜。“鹤顶鹤顶红红”不过是古时候对砒霜不过是古时候对砒霜的一个隐晦的说法而已。的一个隐晦的说法而已。砷进入人体后，会和蛋白砷进入人体后，会和蛋白质的硫基结合，使蛋白质

10、质的硫基结合，使蛋白质变性失去活性。变性失去活性。思考思考v海鲜海鲜+维生素维生素C=?C=?砒霜砒霜三、天然产物研究的发展史三、天然产物研究的发展史v在在1919世纪以前，制药的手段比较原始。世纪以前，制药的手段比较原始。v据国外文献记载，从天然药物中分离其中据国外文献记载，从天然药物中分离其中所含的所含的有机化学成分有机化学成分，始于，始于17691769年年瑞典化瑞典化学家舍勒从酒石分离出酒石酸、苯甲酸学家舍勒从酒石分离出酒石酸、苯甲酸 （17751775）、乳酸（）、乳酸（17851785）、没食子酸）、没食子酸（17861786）等有机酸类物质。）等有机酸类物质。三、天然产物研究的发

11、展史三、天然产物研究的发展史v但古代中国早在这之前就有了明确的记载。但古代中国早在这之前就有了明确的记载。v明代李延的明代李延的医学入门医学入门（15751575）中记载了用发）中记载了用发酵法从五倍子中得到没食子酸的过程。书中谓酵法从五倍子中得到没食子酸的过程。书中谓“五倍子粗粉，并矾、曲和匀，如作酒曲样，入五倍子粗粉，并矾、曲和匀，如作酒曲样，入瓷器遮不见风，侯瓷器遮不见风，侯生白生白取出。取出。”v本草纲目本草纲目（15961596）卷）卷3939中则有中则有“看药上长起看药上长起长霜，则药已成矣长霜，则药已成矣”的记载。这里的的记载。这里的“生白生白”、“长霜长霜”均为没食子酸生成之意

12、，是世界上最早均为没食子酸生成之意，是世界上最早制得的有机酸，比舍勒的发明早了制得的有机酸，比舍勒的发明早了二百年二百年。三、天然产物研究的发展史三、天然产物研究的发展史v樟脑的记载在中国最早见于樟脑的记载在中国最早见于17111711年洪遵著的年洪遵著的集集验方验方一书，后由马可波罗传至西方。一书，后由马可波罗传至西方。v本草纲目本草纲目卷卷3434下详尽记载了用升华法等制备、下详尽记载了用升华法等制备、纯化樟脑的过程。欧洲直至纯化樟脑的过程。欧洲直至1818世纪下半叶才提取世纪下半叶才提取出了樟脑的纯品。出了樟脑的纯品。v医药化学源于中国。医药化学源于中国。三、天然产物研究的发展史三、天然

13、产物研究的发展史v从药用动植物中提取从药用动植物中提取活性成分活性成分则始于则始于1919世纪。第世纪。第一个被提取的成分是吗啡碱（一种异喹啉生物），一个被提取的成分是吗啡碱（一种异喹啉生物），于于18061806年由法国化学家年由法国化学家FF泽尔蒂纳自鸦片中提取。泽尔蒂纳自鸦片中提取。OHONCH3OH吗啡吗啡罂粟罂粟v天然药物占临床使用药物的天然药物占临床使用药物的50%50%v来源于高等植物的约来源于高等植物的约25%25%。v天然产物药物疗效高，副作用小，天然产天然产物药物疗效高，副作用小，天然产物始终是医药行业中新药的主要来源之一。物始终是医药行业中新药的主要来源之一。三、天然产物

14、研究的发展史三、天然产物研究的发展史 三、天然产物研究的发展史三、天然产物研究的发展史v此后的数十年间发掘了大量民间药中的活性此后的数十年间发掘了大量民间药中的活性成分，如土根碱、奎宁（成分，如土根碱、奎宁（18201820）、辛可宁、）、辛可宁、番木鳖碱、咖啡因、阿托品毛地黄强心苷、番木鳖碱、咖啡因、阿托品毛地黄强心苷、毒毛旋花苷、蟾蜍等，以生物碱居多，都具毒毛旋花苷、蟾蜍等，以生物碱居多，都具有显著的生理活性，可以代表其原生药，多有显著的生理活性，可以代表其原生药，多数至今仍用作药物。但当时只能利用分馏和数至今仍用作药物。但当时只能利用分馏和重结晶来纯化单体成分。重结晶来纯化单体成分。三、

15、天然产物研究的发展史三、天然产物研究的发展史v2020世纪世纪5050年代先后自印度萝芙木中获得降压活性年代先后自印度萝芙木中获得降压活性成分利血平，以及从降血糖药长春花中获得抗癌成分利血平，以及从降血糖药长春花中获得抗癌活性成分长春花碱，成为两个很有价值的药物，活性成分长春花碱，成为两个很有价值的药物，引起了各方的重视。引起了各方的重视。v19601960年左右开始了对海洋天然产物的研究。如：年左右开始了对海洋天然产物的研究。如：从被囊类动物中分离得到的具有细胞毒活性的吲从被囊类动物中分离得到的具有细胞毒活性的吲哚生物碱；从一些海绵中分离的具有抗白血病的哚生物碱；从一些海绵中分离的具有抗白血

16、病的双吲哚物质。双吲哚物质。天然药物化学的发展有两个转折点天然药物化学的发展有两个转折点v其一是其一是19301930年前后，由于微量元素分析法的导入，年前后，由于微量元素分析法的导入，试料量降至毫克水平，推进了天然成分的分析工试料量降至毫克水平，推进了天然成分的分析工作。作。v 其二是其二是19601960年代前后，各种层析方法的兴起，使年代前后，各种层析方法的兴起，使微量天然新成分的分离纯化简便易行。同时红外微量天然新成分的分离纯化简便易行。同时红外光谱、核磁共振、质谱等新技术问世，结构研究光谱、核磁共振、质谱等新技术问世，结构研究工作趋向微量，快速和准确。新技术的兴起使研工作趋向微量，快

17、速和准确。新技术的兴起使研究天然产物化学成分的周期大大缩短。究天然产物化学成分的周期大大缩短。v过去，一个天然化合物从天然药物中分离、过去，一个天然化合物从天然药物中分离、纯化、到确定结构、人工合成需要很长时纯化、到确定结构、人工合成需要很长时间。间。v吗啡（吗啡（morphinemorphine），），18051805年发现、年发现、19251925年年提出正确结构，提出正确结构，19521952年人工合成，花了约年人工合成，花了约150150年时间。而利血平（年时间。而利血平（reserpinereserpine）从发现、）从发现、确定结构，到人工合成，只用了确定结构，到人工合成，只用了4

18、 4年的时间年的时间（1952-19561952-1956）。）。三、天然产物研究的发展史三、天然产物研究的发展史NNOCOHCH3OHCH3OCOHHOCH3OCH3OCH3OCH3morphine发发 现现确确 定定 结结 构构人工合成证实人工合成证实Reserpine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:19521952-1956v2020世纪世纪8080年代年代以来，由于分子生物技术的以来，由于分子生物技术的迅猛发展，为有效成分的提取和功能研究提迅猛发展，为有效成分的提取和功能研究提供了新方法。如供了新方法。如细胞培养、转基因器官培养细胞培养、

19、转基因器官培养和反义技术和反义技术等。等。三、天然产物研究的发展史三、天然产物研究的发展史OHHONOOOCH3CH3CH3CH3NClCH3OHCH3OCH3ONOCH3HOCH3NNOCOHCH3OHCH3OCOHHOCH3OCH3OCH3OCH3NHNC2H5COOCH3OHHHC2H5OCOCH3HCOOCH3HONCH3ONR美登木碱美登木碱(Maytansine)利血平利血平(Reserpine)紫杉醇紫杉醇(Taxol)长春碱长春碱(Vinblastine)长春新碱长春新碱(Vincristine)大规模寻找和改造天然活性物质大规模寻找和改造天然活性物质研究天然产物化学的意义研究

20、天然产物化学的意义 v研究天然产物有助于人类从研究天然产物有助于人类从分子层面分子层面全面了全面了解和认识天然产物，从而通过解和认识天然产物，从而通过人工培养人工培养或或人人工合成工合成的方式定向获得大批量的目标产物并的方式定向获得大批量的目标产物并造福人类。造福人类。研究天然产物化学的意义研究天然产物化学的意义v这些目标产物可能是这些目标产物可能是药物药物，用于帮助人类，用于帮助人类与疾病作斗争，保障人类的健康，提高人与疾病作斗争，保障人类的健康，提高人类的生存质量；也可能是有类的生存质量；也可能是有特种功能的物特种功能的物质质，对人类生活提供方便，也为我们更好，对人类生活提供方便，也为我们

21、更好地认识自然和利用自然，提供了一个渠道。地认识自然和利用自然，提供了一个渠道。v2121世纪的今天，人们已经充分认识到世纪的今天，人们已经充分认识到天然天然产物及其改性产物所具有的独特性质与功产物及其改性产物所具有的独特性质与功效效是人类社会可持续发展的根本保证。是人类社会可持续发展的根本保证。研究天然产物化学的意义研究天然产物化学的意义 四、天然产物发展动向四、天然产物发展动向v1、研究方法和手段向高、新方向发展、研究方法和手段向高、新方向发展吗啡（吗啡（morphine）1803年发现年发现1925年结构确年结构确认认1952年人工合成；（年人工合成；（149年）年）利血平（利血平（re

22、serpine）1952年发现年发现1956年确认年确认结构、人工合成。（结构、人工合成。（4年）年）18521952年发现生物碱年发现生物碱950个；个；19521962年发现生物碱年发现生物碱1107个；个；19621972年发现生物碱年发现生物碱3443个。个。微量成分微量成分 复杂成分复杂成分蚕蛾醇（蚕蛾醇（bombykol）50万只蚕蛾得万只蚕蛾得12mg蜕皮激素（蜕皮激素（ecdyson）500kg蚕蛹得到蚕蛹得到25mg沙海葵毒素（沙海葵毒素（palytoxin）分子量）分子量2679，分子式，分子式C130H229N3O53，64个不对称碳原子，个不对称碳原子，1974年分离纯

23、年分离纯品，品，1981年发表平面结构。年发表平面结构。原因原因v其一是其一是19301930年前后，由于微量元素分析法的导入，年前后，由于微量元素分析法的导入，试料量降至毫克水平，推进了天然成分的分析工试料量降至毫克水平，推进了天然成分的分析工作。作。v 其二是其二是19601960年代前后，各种层析方法的兴起，使年代前后，各种层析方法的兴起，使微量天然新成分的分离纯化简便易行。同时红外微量天然新成分的分离纯化简便易行。同时红外光谱、核磁共振、质谱等新技术问世，结构研究光谱、核磁共振、质谱等新技术问世，结构研究工作趋向微量，快速和准确。新技术的兴起使研工作趋向微量，快速和准确。新技术的兴起使

24、研究天然产物化学成分的周期大大缩短。究天然产物化学成分的周期大大缩短。v2 2、偏重资源开发的实用化、偏重资源开发的实用化向微量、水溶性、大分子成分转变向微量、水溶性、大分子成分转变 由单纯化学研究向生物活性成分研究转变由单纯化学研究向生物活性成分研究转变 由单味中药研究向复方中药研究转变由单味中药研究向复方中药研究转变 v3、越来越偏重于生物技术的研究、越来越偏重于生物技术的研究植物细胞组织培养生产天然产物植物细胞组织培养生产天然产物基因工程合成天然产物基因工程合成天然产物微生物和酶法生产天然产物微生物和酶法生产天然产物天然产物的仿生合成天然产物的仿生合成作业作业v什么是一次代谢和二次代谢？二者有何不同？什么是一次代谢和二次代谢？二者有何不同？v简述天然药物开发的发展趋势。简述天然药物开发的发展趋势。Thanks！