2020高中化学竞赛讲义设计天然产物化学第一章绪论

2020高中化学竞赛讲义 天然产物化学 2020苏州中学竞赛讲义 第一章绪论 一、天然产物化学的含义及研究内容 天然产物是包括了存在于陆生动植物、海洋生物和微生物体内各类物质成 分，甚至还可以包括人与动物体内许多内源性成分（包括天然药物、天然树脂、 天然精油、天然高分子、天然香精、天然色素等等）。 天然产物是由各种化学成分所组成的复杂体系。如在陆生植物体内的主要成 分就有生物碱、菇类、陪体、昔类、黄酮类、芯醍类、糖类、蛋白质、脂类等 等。不同的天然产物在其组成和含量等方面具有生命体的一般特征，某一相同的 化学成分可能分布于各种不同的天然产物中，同时，不同来源的天然产物，所含 的物质成分及其含量也存在很大的不同。 有效成分（active compound） （1）在药理和生物学角度来看是指有生物活 性的物质，这种物质在化学上能用分子式和结构式来表示，并具有一定的物理常 数；（2）在食品领域中，有效成分的范畴可扩展到除生物活性成分、功效成分 之外，如营养成分、天然食品添加剂成分等。但随着认识水平的提高，有效成 分也在发生变化（多糖和不饱和脂肪酸在降血脂方面的功效；一些天然色素如叶 黄酸在抗氧化方面的作用等）。 应当强调指出，在中草药及其他天然药物中，真正搞清有效成分的品种是不 多的，更多的只是一些生理活性成分，即经过不同程度药效实验或生物活性实 验，包括体外（in vitro）、体内实验（in vivo）,证明对机体有一定生理活性的 成分。但它不一定是真正代表天然药物临床疗效的有效成分。另外，有效成分或 生理活性成分不能简单而机械地理解。以氨基酸、蛋白质、多糖类成分为例，在 多数场合均视为无效成分，并在加工过程中应尽量除去；但在鹅古鸟菜、天花粉、 猪苓等药物中，却分别证实是中药驱虫（鹅鸠菜中的氨基酸）、引产（天花粉中 的蛋白质）及抗肿瘤（猪苓中的多糖）的有效成分。 天然产物化学是运用现代科学的理论与方法研究天然产物中化学成分的一门 学科。 二、天然产物研究的发展史 在人类的史前时期，我们的祖先就已经掌握了用动植物制作箭毒的技术。先 民们从各种天然物质中提取药用成分治疗疾病，但在19世纪以前，制药的手段 比较原始。 据国外文献记载，从天然药物中分离其中所含的有机化学成分，始于1769 年舍勒将酒石（酒石酸氢钾）转化为钙盐，再用硫酸分解制得酒石酸（2,3-二羟基 丁二酸）。后来又用类似的方法从天然产物中得到了苯甲酸（1775）、乳酸 （1785） （2-羟基丙酸）、没食子酸（1786）（倍酸、五倍子酸，化学名3, 4, 5-三羟基苯甲酸）等有机酸类物质。但古代中国早在这之前就有了明确的记载。 例如，明代李延的医学入门（1575）中记载了用发酵法从五倍子中得到没食 子酸的过程。本草纲目卷39中则有“看药上长起长霜，则药已成矣”的记 载。这里的“生白”、“长霜”均为没食子酸生成之意，是世界上最早制得的有 机酸，比舍勒的发明早了二百年。（里龙江文宗市彳底陇日晰束用了一项彳希医 猪会新疗弦，在宅声引导穿利下，将自行研制的五偌8硬化刑用才卵巢嚎肿的 治疗，迅令普名初多名崽者解除了隐威。据介俗，五偌8硬化刑是由五偌 6、弱胆8、肉胡塔组方而成，狡科修提妹衫成针刑型。现代备理修研究证实; 五偌6具帝明星的僵彼作用，由会疑酸燧使蛋白沉淀/弱胆8所舍的弱胆6诂， 可破坏喷疣徊昭的励昭核/肉胡核漏救果中。多M用的猪果，磁使嚎座上皮励 昭家也坏死、萋瘩，失去金、泌功疝，景猝达到推疗的目的。又如樟脑的记载在 中国最早见于1711年洪遵著的集验方一书，后由马可波罗传至西方。本 草纲目卷34下详尽记载了用升华法等制备、纯化樟脑的过程。但欧洲直至18 世纪下半叶才提出了樟脑的纯品。由此可见，古代中国的医药化学与其它自然科 学一样，在世界上居于领先地位，故有“医药化学源于中国”的高度评价，这是 作为后人的我们应当引以自豪的。 从药用动植物中提取活性成分则始于19世纪。第一个被提取的成分是吗啡 碱，于1805年由德国药师塞图尔自鸦片中提取。纯净吗啡为无色或白色结晶 或粉末，难溶于水，易吸潮。随着杂质含量的增加颜色逐渐加深，粗制吗啡则为 咖啡似的棕褐色粉末。在“金三角”地区，吗啡碱和粗制吗啡又称为“黄皮”、“黄 砒”、“1号海洛因”等，在非法买卖中，“黄皮”论“个”数进行交易，每个重1公 斤。非法生产的吗啡一般被制成砖块状。东南亚的产品有“999”、“AAA”、“OK” 等商标，呈白色、浅黄或棕色。鼻闻有酸味，但吸食时有浓烈香甜味。滥用吗啡 者多数采用注射的方法。在同样质量下，注射吗啡的效果比吸食鸦片强烈10-20 倍。 医用吗啡一般为吗啡的硫酸盐、盐酸盐或酒石酸盐，易溶于水，常制成白 色小片状或溶于水后制成针剂。其药理作用有 1 强烈的麻醉、镇痛作用。吗啡的麻醉、镇痛作用是自然存在的任何一种化合物 无法比拟的。它的镇痛范围广泛，几乎适用于各种严重疼痛包括晚期癌变的剧 痛，一次给药镇痛时间可达4-5小时，并且镇痛时能保持意识及其他感觉不受影 响。此外还有明显的镇静作用，能消除疼痛所引起的焦虑、紧张、恐惧等情绪反 应，显著提局患者对疼痛的耐受力。 2 吗啡能抑制大脑呼吸中枢和咳嗽中枢的活动，使呼吸减慢并产生镇压咳作用。 3 吗啡作用于心血管系统可引起体位性低血压及心动过缓。 4 对胃肠道平滑肌、括约肌有兴奋作用，使它的张力提高，蠕动减弱，因此有止 泻和治便秘的效果。 吸食吗啡对神经中枢的副作用表现为嗜睡和性格的改变，引起某种程度的惬 意和欣快感；在大脑皮层方面，可造成人注意力、思维和记忆性能的衰退，长期 大剂量地使用吗啡，会影起精神失常的症状，出现澹亡和幻觉；在呼吸系统方 面，大剂量的吗啡会导致呼吸停止而死亡。吗啡的极易成瘾性使得长期吸食者无 论从身体上还是心理上都会对吗啡产生严重的依赖性，造成严重的毒物癖，从而 使吗啡成瘾者不断增加剂量以收到相同效果。 吸食吗啡的戒断症状有流汗、颤抖、发热、血压高、肌肉疼痛和挛缩等。 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、辛可 宁、番木鳖碱、咖啡因、阿托品毛地黄强心昔、毒毛旋花首、蟾蛛chan chu 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，多数至今仍用 作药物。但当时只能利用分馅和重结晶来纯化单体成分。 20世纪50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活性成分春花碱，成为两个很有价值的药物，引起了各方 的重视。 对海洋天然产物的研究是从1960年左右才开始的，到目前已取得了丰硕的 成果。如从被囊类动物中分离得到的具有细胞毒活性的呼噪生物碱；从一些海 绵中分离的具有抗白血病的双呼噪物质。 天然药物化学的发展有两个转折点。其一是1930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作。其二是1960 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。新技术的兴起使研究天然产物化