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天然药物化学笔记整理

一、绪论与基本概念

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。其研究内容主要包括各类天然药物的化学成分（主要是生理活性成分或药效成分）的结构特点、物理化学性质、提取分离方法以及主要类型化学成分的结构鉴定知识等。

核心概念：

*有效成分：指具有生理活性、能够防病治病的单体物质。

*无效成分：指与有效成分共存的其他成分，通常认为无生理活性（但此概念具有相对性，随着研究深入可能发生变化）。

*生物活性成分：指对机体具有一定生理活性的成分，涵盖有效成分。

*天然药物：来源于植物、动物、矿物和微生物，具有明确疗效的天然产物及其制剂。

研究天然药物化学的意义在于阐明天然药物的药效物质基础，为新药研发、中药质量控制、临床合理用药等提供科学依据。

二、天然化学成分的提取与分离

这是研究天然药物化学成分的首要步骤，旨在获得高纯度的目标化合物。

（一）提取方法

1.溶剂提取法：

*原理：根据“相似相溶”原理，选择适当溶剂将化学成分从原料中溶解出来。

*溶剂选择：关键在于溶剂的极性。常用溶剂按极性从小到大依次为：石油醚、环己烷、四氯化碳、三氯甲烷、乙酸乙酯、正丁醇、丙酮、乙醇、甲醇、水。

*提取方式：浸渍法、渗漉法、煎煮法、回流提取法、连续回流提取法（如索氏提取器）。各方法有其适用范围和优缺点（如煎煮法不适用于挥发性或热不稳定成分）。

2.水蒸气蒸馏法：适用于具有挥发性、能随水蒸气蒸馏而不被破坏、且难溶于水的成分，如挥发油、某些小分子生物碱等。

3.升华法：适用于具有升华性的成分，如咖啡因、樟脑等。但应用范围较窄。

4.其他方法：如超临界流体萃取法、超声波辅助提取法、微波辅助提取法等，这些现代提取技术具有高效、节能、环保等优势。

（二）分离纯化方法

1.根据溶解度差异：

*结晶与重结晶法：利用化合物在溶剂中溶解度随温度变化的差异，通过冷却或蒸发使化合物结晶析出。

*萃取法：包括液-液萃取（如pH梯度萃取法分离酸性、碱性、中性成分）、液-固萃取。

2.根据分配系数差异：

*分配色谱法：固定相和流动相为互不相溶的溶剂，利用各成分在两相间分配系数不同而分离。如纸色谱、分配薄层色谱、液液分配柱色谱。

3.根据吸附能力差异：

*吸附色谱法：利用吸附剂（如硅胶、氧化铝、活性炭）对不同成分吸附能力的差异进行分离。硅胶为最常用的极性吸附剂，氧化铝分为中性、酸性、碱性，适用于不同性质成分。

*聚酰胺色谱法：基于氢键吸附，对酚类、醌类等含羟基、羰基的化合物有较好分离效果。

4.根据分子量大小差异：

*凝胶过滤色谱（排阻色谱）：利用凝胶分子筛的孔径大小，使分子量不同的成分得以分离。常用葡聚糖凝胶（Sephadex系列）。

5.根据解离程度差异：

*离子交换色谱法：利用离子交换树脂对带不同电荷或电荷多少的离子型成分的交换能力差异进行分离，适用于生物碱、有机酸、氨基酸等。

三、天然化学成分的结构研究方法

获得纯品后，进行结构鉴定是天然药物化学研究的核心内容。

1.经典化学方法：

*化学降解：通过化学反应将复杂化合物降解为简单已知结构的片段，再进行推导。

*衍生物制备：制备易于结晶或具有特征熔点的衍生物，通过衍生物的理化性质推断原化合物结构。

*光谱解析（经典方法辅助）：如紫外光谱、红外光谱。

2.现代波谱学方法：（目前主要手段）

*紫外-可见吸收光谱（UV-Vis）：提供分子中共轭体系（如双键、羰基、芳香环）的信息。

*红外光谱（IR）：提供分子中官能团（如羟基、羰基、氨基、醚键、苯环）的特征吸收信息。

*核磁共振光谱（NMR）：

*氢核磁共振（1H-NMR）：提供分子中氢原子的数目、类型、相互连接方式、周围化学环境等信息（化学位移δ、偶合常数J、峰面积积分）。

*碳核磁共振（13C-NMR）：提供分子中碳原子的数目、类型及所处化学环境信息。DEPT谱可区分伯、仲、叔、季碳。

*二维核磁共振（2D-NMR）：如COSY（氢-氢相关）、HSQC/HMQC（碳-氢直接相关）、HMBC（碳-氢远程相关）等，是确定化合物平面结构及立体构型的关键。

*质谱（MS）：提供化合物的分子量、分子式（高分辨质谱）以及碎片离子信息，用于推断结构片段和连接方式。

*X射线单晶衍射法：当获得高质量单晶时，可准确测定化合物的三维立体结构（包括绝对构型），是结构鉴定的“金标准”。

结构鉴定的一般步骤：测定物理常数（熔点、沸点、比旋度等）→确定分子式（元素分析或高分辨质谱）→计算不饱和度→利用UV、IR推断可能的官能团和共轭体系→主要依靠NMR（1H,