天然药物化学第十二章天然药物活性成分的研究课件.ppt

1、第十二章第十二章 天然天然药物活药物活性成分研究性成分研究1.经过文献资料或民间用药的调研或通过现代药理经过文献资料或民间用药的调研或通过现代药理学的筛选研究，发现某种动物、植物、矿物或微生学的筛选研究，发现某种动物、植物、矿物或微生物具有药用价值，然后将其开发成新药。物具有药用价值，然后将其开发成新药。2.已知某种成分或某类成分具有药用价值或已成为已知某种成分或某类成分具有药用价值或已成为新药，新药，根据动植物的亲缘关系根据动植物的亲缘关系，寻找含有这种或这，寻找含有这种或这类成分的动植物，进而将其开发成新药。类成分的动植物，进而将其开发成新药。第一节第一节 天然药物活性成分的研究途径和方法

2、天然药物活性成分的研究途径和方法3.将临床疗效明确的将临床疗效明确的经典方、经验方经典方、经验方或经药效学研究具或经药效学研究具有开发价值的有开发价值的复方中药复方中药开发成新药，或将现有的开发成新药，或将现有的药物改药物改变剂型变剂型，如由口服液改为片剂、注射剂等。，如由口服液改为片剂、注射剂等。采用这种形式开发的新药：有效成分不明确，药品采用这种形式开发的新药：有效成分不明确，药品的质量控制难度较大。但具有生产工艺不太复杂、成本的质量控制难度较大。但具有生产工艺不太复杂、成本较低、比较符合我国国情等特点。较低、比较符合我国国情等特点。4.搞清有效成分和有效部位的基础上，将搞清有效成分和有效

3、部位的基础上，将有效部位开发有效部位开发成新药成新药。因有效成分已明确或基本明确，故采用这种方。因有效成分已明确或基本明确，故采用这种方法开发的新药具有药品的均一性、较易控制、临床疗效法开发的新药具有药品的均一性、较易控制、临床疗效稳定、质量易于得到保证等特点。稳定、质量易于得到保证等特点。5.通过有效成分或生物活性成分的研究，从中发通过有效成分或生物活性成分的研究，从中发现有药用价值的活性单体或潜在药用价值的现有药用价值的活性单体或潜在药用价值的活性单体活性单体先导化合物先导化合物。通过先导化合物构效关系的研究，发。通过先导化合物构效关系的研究，发现有药用价值的化合物。现有药用价值的化合物。

4、先导化合物先导化合物 有一定的生物活性，但因其活性有一定的生物活性，但因其活性不够显著或毒副作用较大，无法将其开发成新药的具不够显著或毒副作用较大，无法将其开发成新药的具有潜在药用价值的化合物。有潜在药用价值的化合物。工业化工业化合合 成成药用植物药用植物提取物提取物结构阐明结构阐明纯化合物纯化合物活性筛选活性筛选 分离分离活性筛选活性筛选毒理、药理毒理、药理药剂药剂 临床临床I I-IV 期期二、天然活性成分的筛选：二、天然活性成分的筛选：以活性为指标进行追踪以活性为指标进行追踪 从天然药物或中药中分离活性化合物时，多在确从天然药物或中药中分离活性化合物时，多在确认供试样品的活性之后。认供试

5、样品的活性之后。1.1.先选择简单易行、灵敏度高、可靠的活性测试方先选择简单易行、灵敏度高、可靠的活性测试方法作指导。法作指导。2 2.在分离的每一阶段对分离得到的各个部分进行活在分离的每一阶段对分离得到的各个部分进行活性定量评估，并追踪其中活性最强部分。性定量评估，并追踪其中活性最强部分。3 3.因为物质分离与活性分离同步进行，一般在最终因为物质分离与活性分离同步进行，一般在最终阶段总能得到某种活性成分，发现新化合物的可能性阶段总能得到某种活性成分，发现新化合物的可能性也很大。也很大。理想理想的体外活性测试方法应具有的特点：的体外活性测试方法应具有的特点：简易、快速、不需特殊设备、方便、抗干

6、扰性强、假简易、快速、不需特殊设备、方便、抗干扰性强、假阳性和假阴性均较低、临床相关性强等优点。但在实阳性和假阴性均较低、临床相关性强等优点。但在实际工作中理想的活性测试方法往往很难找到际工作中理想的活性测试方法往往很难找到，只有，只有综综合分析考虑，根据实际情况、条件以及研究合分析考虑，根据实际情况、条件以及研究开发开发的课的课题选择较理想的活性测试方法。同时也要题选择较理想的活性测试方法。同时也要根据实践根据实践经经验积累和科学技术的发展，改进现有的一些验积累和科学技术的发展，改进现有的一些活性活性测试测试方法和建立一些新的活性测试方法。方法和建立一些新的活性测试方法。在活性追踪分离之前在

7、活性追踪分离之前:要要采用体内体外多种方法，多个指标对实验采用体内体外多种方法，多个指标对实验材料进行材料进行活性测试，其目的是再次确证实验材料的活性活性测试，其目的是再次确证实验材料的活性，确定，确定有无进一步研究的价值；有无进一步研究的价值；为为选择活性追踪分离所用的活性测试方法提供依据。选择活性追踪分离所用的活性测试方法提供依据。以下的流程是美国癌症研究中心（以下的流程是美国癌症研究中心（NCINCI）用于筛选确）用于筛选确认植物或动物粗提取物抗肿瘤活性的改进方案。认植物或动物粗提取物抗肿瘤活性的改进方案。植物粗提取物抗肿瘤活性的筛选方案植物粗提取物抗肿瘤活性的筛选方案 从天然药物中筛选

8、追踪得到活性化合物只是一从天然药物中筛选追踪得到活性化合物只是一类创新药物研究的前期阶段。而且不少的天然活性类创新药物研究的前期阶段。而且不少的天然活性化合物还存在一定的毒副作用或因含量太低，难以化合物还存在一定的毒副作用或因含量太低，难以从天然原料中取材；或因结构过于复杂，合成也十从天然原料中取材；或因结构过于复杂，合成也十分困难，故本身并无直接开发利用前途。此时只能分困难，故本身并无直接开发利用前途。此时只能以它们为先导化合物，经过一系列的化学修饰或结以它们为先导化合物，经过一系列的化学修饰或结构改造后，才能发现比较理想的活性化合物，并开构改造后，才能发现比较理想的活性化合物，并开发成为新

9、药上市。发成为新药上市。天然化合物的化学修饰或结构改造：天然化合物的化学修饰或结构改造：喜树碱喜树碱 ：抗癌活性，毒性大：抗癌活性，毒性大喜树碱喜树碱1010羟基喜树碱羟基喜树碱 秋水仙碱秋水仙碱：具有抑制肿瘤作用，但毒性较：具有抑制肿瘤作用，但毒性较大。经结构改造后仍保持较高的抗癌作用，大。经结构改造后仍保持较高的抗癌作用，毒性也较低，用于治疗乳腺癌。毒性也较低，用于治疗乳腺癌。三、天然药物化学成分的预试验三、天然药物化学成分的预试验v（一）预试验的目的和分类（一）预试验的目的和分类v系统预试验系统预试验 单项预试验单项预试验v（二）单项预试验（二）单项预试验v1 1、单项预试验溶液的制备、

10、单项预试验溶液的制备（1 1）水提取液）水提取液（2 2）中性醇提取液）中性醇提取液（3 3）酸性醇提取物）酸性醇提取物（4 4）石油醚提取液）石油醚提取液1.1.系统提取分离方法系统提取分离方法:是研究天然药物成分的是研究天然药物成分的初步提取分离方法。用极性从低到高的溶剂依初步提取分离方法。用极性从低到高的溶剂依次提取。次提取。石油醚石油醚油脂、蜡、叶绿素、挥发油、游离甾油脂、蜡、叶绿素、挥发油、游离甾体及三萜类体及三萜类氯仿或醋酸乙酯氯仿或醋酸乙酯游离生物碱、有机酸及黄酮、游离生物碱、有机酸及黄酮、香豆素的苷元香豆素的苷元丙酮或乙醇、甲醇丙酮或乙醇、甲醇苷类、生物碱盐、鞣质等苷类、生物碱

11、盐、鞣质等水水氨基酸、糖类、无机盐等氨基酸、糖类、无机盐等2.2.单体分离单体分离四、天然药物化学成分的提取分离四、天然药物化学成分的提取分离第二节第二节 结构研究法结构研究法 结构研究是天然药物化学的一项重要的研究结构研究是天然药物化学的一项重要的研究内容。内容。：原料已知，反应条件一定时，事先原料已知，反应条件一定时，事先可以预测得到产物的结构。可以预测得到产物的结构。：未知因素很多，对于微量物质未知因素很多，对于微量物质难以采用化学方法确定结构，主要靠波谱分析的难以采用化学方法确定结构，主要靠波谱分析的方法解决。方法解决。一、化合物的纯度检查一、化合物的纯度检查 检查纯度的方法：检查纯度

12、的方法：外观、颜色、形态是否均一外观、颜色、形态是否均一.测定各种物理常数，如熔点、沸点、比旋光度、折测定各种物理常数，如熔点、沸点、比旋光度、折光率等光率等.如果可能是已知物，用已知结构的对照品进行对如果可能是已知物，用已知结构的对照品进行对 照测定或测定它们的共熔点等照测定或测定它们的共熔点等.薄层色谱、纸色谱薄层色谱、纸色谱（三种（三种展开系统均呈单一斑点展开系统均呈单一斑点）气相色谱、气相色谱、高效液相色谱高效液相色谱.二、结构研究的主要程序二、结构研究的主要程序 对未知天然化合物的结构研究程序对未知天然化合物的结构研究程序 三、结构研究中采用的主要方法三、结构研究中采用的主要方法（一

13、）确定分子式，计算不饱和度（一）确定分子式，计算不饱和度1.有机化合物的元素大多由有机化合物的元素大多由C、H、O、N等组成，对组等组成，对组成元素的种类和比例的分析，可以通过元素分析的方法确成元素的种类和比例的分析，可以通过元素分析的方法确定。分子量的测定方法目前最常用的是质谱法。定。分子量的测定方法目前最常用的是质谱法。2.有机化合物的主要元素均由相对丰度比一定的同位素有机化合物的主要元素均由相对丰度比一定的同位素组成，且质量相差组成，且质量相差12。3.可将物质的质量精确测定到小数点后可将物质的质量精确测定到小数点后3位，通过比较精位，通过比较精确质量可区分分子量相同的不同化合物。确质量

14、可区分分子量相同的不同化合物。不饱和度的计算不饱和度的计算u=u=/2/2/2/21 1 ：一价原子数：一价原子数 如如H H、X X ：三价原子数，如：三价原子数，如N N、P P ：四价原子数，如：四价原子数，如C C作用：作用：用于确定分子量；求算分子式。用于确定分子量；求算分子式。提供结构信息，提供结构信息，推测未知物结构。推测未知物结构。特点：特点：应用范围广，进行同位素及化合物分析。应用范围广，进行同位素及化合物分析。分析速度快，可与色谱联用。分析速度快，可与色谱联用。灵敏度高，灵敏度高，样品用量少（只需样品用量少（只需5-10 5-10 g g）（二）质谱（二）质谱（二）质谱（二

15、）质谱常用质谱技术及特点常用质谱技术及特点电子轰击质谱（电子轰击质谱（EI-MS，electron impact ionization）场解析质谱（场解析质谱（FD-MS，field desorption ionization）快速原子轰击质谱（快速原子轰击质谱（FAB-MS，fast atom bombardment）电喷雾质谱（电喷雾质谱（ESI-MS，electrospray ionization）：样品气化后，气态分子受一定能样品气化后，气态分子受一定能量的电子冲击，使分子电离或裂解产生各种阳离子。量的电子冲击，使分子电离或裂解产生各种阳离子。：试样稀液涂于钨丝上作阳极，对面试样稀液涂

16、于钨丝上作阳极，对面加阴极，通高压，使电离加阴极，通高压，使电离。p样品需加热气化，离子化，得到样品需加热气化，离子化，得到M+p难气化、易热解的成份测不到难气化、易热解的成份测不到M+如糖、苷、氨基酸、肽、蛋白、核酸、抗生素如糖、苷、氨基酸、肽、蛋白、核酸、抗生素p难气化、易热解的成份，可得到难气化、易热解的成份，可得到 分子离子相关峰：分子离子相关峰：MH+、MNa+、MK+逐个脱去糖基的碎片峰：逐个脱去糖基的碎片峰：MH-162+、MH-162-146+p苷元的碎片离子相对少苷元的碎片离子相对少：离子枪发射高能离子与另一离子枪发射高能离子与另一中性粒子碰撞，交换电荷，形成高速中性粒子，与

17、样品碰撞，中性粒子碰撞，交换电荷，形成高速中性粒子，与样品碰撞，使其电离使其电离。p难气化、易热解的成分，可得到难气化、易热解的成分，可得到 分子离子相关峰：分子离子相关峰：MH+、MNa+、MK+p 可得到苷元的碎片可得到苷元的碎片强静电场使试样电离强静电场使试样电离p难气化、易热解、大分子、小分子，均可得到难气化、易热解、大分子、小分子，均可得到 分子离子相关峰：分子离子相关峰：MH+、MNa+、MK+（三）红外光谱（三）红外光谱（IR）v原理：原理：分子吸收红外线后引起化学键的振动或转动分子吸收红外线后引起化学键的振动或转动能级能级跃迁而形成的跃迁而形成的吸收谱图（吸收谱图（400062

18、5cm-1）v作用：作用：v 特征频率区（特征频率区（functional group region）40001500 cm-1确定官能团类型确定官能团类型v指纹区（指纹区（fingerprint region）1500600 cm-1构象、构型、取代模式等构象、构型、取代模式等特征基团区特征基团区指纹区指纹区（四）紫外（四）紫外-可见吸收光谱可见吸收光谱电子由基态跃迁至激发态（电子由基态跃迁至激发态（、n）在紫外）在紫外可见光区引起的吸收谱图可见光区引起的吸收谱图测定范围：测定范围：200700nm 之间之间作用：作用：对含有共轭双键、对含有共轭双键、,-不饱和羰基、芳香化合物的不饱和羰基、

19、芳香化合物的结构鉴定有重要价值结构鉴定有重要价值特定的吸收谱特征特定的吸收谱特征骨架类型的判断骨架类型的判断 如：黄酮、香豆素、蒽醌如：黄酮、香豆素、蒽醌加诊断试剂前后谱图的规律性变化加诊断试剂前后谱图的规律性变化取代情况的推断取代情况的推断 如：黄酮、香豆素如：黄酮、香豆素 生色团：生色团：产生紫外吸收的不饱和基团，如产生紫外吸收的不饱和基团，如C=C,C=O,C=C,C=O,O=N=OO=N=O等；等；助色团：助色团：其本身是饱和基团（常含有杂原子），它其本身是饱和基团（常含有杂原子），它连到生色团上时，能使后者吸收波长变长或吸收强连到生色团上时，能使后者吸收波长变长或吸收强度增加，如度增

20、加，如-OH,-NH2,-Cl-OH,-NH2,-Cl等；等；红移（红移（red shiftred shift）：由于基团取代或溶剂效应，由于基团取代或溶剂效应，最大吸收波长变长。最大吸收波长变长。蓝移（蓝移（blue shiftblue shift）：）：由于基团取代或溶剂效应，由于基团取代或溶剂效应，最大吸收波长变短。最大吸收波长变短。（四）紫外（四）紫外-可见吸收光谱可见吸收光谱（五）核磁共振谱（五）核磁共振谱 1HNMR测定中通过测定中通过化学位移（化学位移（）、谱线的积分面积）、谱线的积分面积以及以及裂分情况裂分情况（重峰数及偶合常数（重峰数及偶合常数）可以提供分子中的）可以提供分子

21、中的1H的类型、数目的类型、数目及及相邻原子或原子团相邻原子或原子团的信息。的信息。（1）化学位移（）化学位移（chemical shift）：）：1H核因周围化学环核因周围化学环境不同，其外围电子密度以及绕核旋转时产生的磁屏蔽效境不同，其外围电子密度以及绕核旋转时产生的磁屏蔽效应也不同。不同类型的应也不同。不同类型的1H核磁共振信号将出现在不同的区核磁共振信号将出现在不同的区域，据此可以进行识别。域，据此可以进行识别。化学位移范围：在化学位移范围：在010 ppm。1.具有磁距的原子核在高强度磁场作用下，可吸收适宜频率具有磁距的原子核在高强度磁场作用下，可吸收适宜频率的电磁辐射，而不同分子中

22、原子核的化学环境不同，的电磁辐射，而不同分子中原子核的化学环境不同，将将会有不同的共振频率，产生不同的共振谱。会有不同的共振频率，产生不同的共振谱。102345678910111213C3CH C2CH2 C-CH3环烷烃环烷烃0.21.5CH2Ar CH2NR2 CH2S C CH CH2C=O CH2=CH-CH31.73CH2F CH2Cl CH2Br CH2I CH2O CH2NO224.70.5(1)5.568.510.512CHCl3(7.27)4.65.9910OH NH2 NHCR2=CH-RRCOOHRCHO常用溶剂的质子常用溶剂的质子的化学位移值的化学位移值D （2 2）峰

23、面积：）峰面积：因为因为1HNMR谱上积分面积与分子中谱上积分面积与分子中的总质子数相当，当分子式已知时，就可以算出每个信号的总质子数相当，当分子式已知时，就可以算出每个信号所相当的所相当的1H数，积分值与氢的数目成正比。如乙醇的氢数，积分值与氢的数目成正比。如乙醇的氢谱中谱中CH3与与CH2的谱峰积分值基本等与的谱峰积分值基本等与3:2。（3 3）信号的裂分及偶合常数：）信号的裂分及偶合常数：已知磁不等同的两个已知磁不等同的两个或两组或两组1H核在一定距离内会因相互自旋偶合干扰而使信核在一定距离内会因相互自旋偶合干扰而使信号发生分裂，表现不同裂分，如：号发生分裂，表现不同裂分，如：s,d,t

24、,q,m等。裂分间的等。裂分间的距离为偶合常数（距离为偶合常数（J，Hz）用以表示相互干扰的强度，其）用以表示相互干扰的强度，其大小取决于间隔键的距离。大小取决于间隔键的距离。（五）核磁共振谱（五）核磁共振谱1.（五）核磁共振谱（五）核磁共振谱 与氢谱一样，核磁共振碳谱也是采用相对值来与氢谱一样，核磁共振碳谱也是采用相对值来表示化学位移，通常使用四甲基硅烷（表示化学位移，通常使用四甲基硅烷（TMS）作为）作为13C化学位移的零点。有机化合物的化学位移的零点。有机化合物的13C共振化学位共振化学位移范围是移范围是0200ppm，碳谱的化学位移范围较氢谱，碳谱的化学位移范围较氢谱广得多，能够提供更

25、多的信息。广得多，能够提供更多的信息。（五）核磁共振谱（五）核磁共振谱1313C C信号的化学位移信号的化学位移：脂肪碳：脂肪碳：小于小于50连杂原子碳（连杂原子碳（C-O，C-N，C-S）：）：50100甲氧基碳（甲氧基碳（-OCH3）：）：55左右左右糖端基碳：糖端基碳：95105芳香碳、烯碳：芳香碳、烯碳：98160连氧芳碳：连氧芳碳：140165羰基碳：羰基碳：168220，具体：醛：，具体：醛：190205；酮：；酮：195220；羧酸：；羧酸：170185；酯及内酯：；酯及内酯：165180；酰；酰胺及内酰胺：胺及内酰胺：165180 噪音去偶谱噪音去偶谱：采用宽频电磁辐射照射采用

26、宽频电磁辐射照射1H，使其对，使其对13C偶合全部消除，偶合全部消除，13C信号以单峰形式出现信号以单峰形式出现 选择氢核去偶谱选择氢核去偶谱:对某个氢核进行选择性照射，以对某个氢核进行选择性照射，以消除其偶合影响，与之相关联的消除其偶合影响，与之相关联的13C信号发生改变，根据信号发生改变，根据峰的裂分变化情况，结合化学位移，可以推断分子中存在峰的裂分变化情况，结合化学位移，可以推断分子中存在的片段结构。的片段结构。DEPTDEPT法法:通过改变照射通过改变照射1 1H H核的脉冲宽度（核的脉冲宽度（）或设）或设定不同的弛豫时间，使不同类型的定不同的弛豫时间，使不同类型的1313C C在图谱

27、上呈现单峰在图谱上呈现单峰并分别呈现正向峰或倒置峰。并分别呈现正向峰或倒置峰。（五）核磁共振谱（五）核磁共振谱二维核磁共振（二维核磁共振（2D-NMR）v1H-1H相关谱相关谱 （1H-1H COSY）同核的同核的 1H-1H化学位移相关化学位移相关v13C-1H相关谱相关谱（13C-1H COSY）异核多量子相关谱（异核多量子相关谱（HMQC）1JC-H，1H和与其直接相连的和与其直接相连的13C出现相关峰出现相关峰v13C-1H远程相关谱（远程相关谱（Lr.13C-1H COSY）异核多键相关谱（异核多键相关谱（HMBC）3JC-H，1H和与其相隔和与其相隔3个化学键的个化学键的13C出现相关峰出现相关峰v1H-1H远程相关谱远程相关谱 （1H-1H NOESY）1H 核之间核之间NOE相关相关 对角峰相关峰