《天然药物化学》课程教学大纲

第一部分 课程基本信息

课程名称	天然药物化学	英文名称	Natural Products Chemistry
课程编号	S3190304	适应专业	分析化学
开课学期	第二学期	预修课程	仪器分析
课程性质	二级学科必修课		分析化学
学时/学分	36学时/2学分		有机化学
考核方式	考试	开课单位	化学学院
课程负责人	姓名	职称	学历/学位
	刘春明	教授	研究生/博士
课程负责人所在学院（部门）		化学学院
课程负责人联系方式

第二部分 课程概述

1．本门课程在本学科体系中的学科地位。

天然药物化学是分析化学专业——天然药物研究方向以及与其相关的电化学研究方向的专业学科组成部分，是相关课程体系中的一门重要的学位课程。

2．本门课程的教学目标和基本要求。

以天然产物为研究对象，主要讲授各种主要类型化学成分的结构特征、提取、分离、检识和结构测定的基本理论、基础知识以及相关的仪器分析方法和技术，使学生掌握天然产物化学研究的基本原理及方法。同时，在教学过程中以学术研讨的形式，增加教与学的互动，充分体现以学生为主体的课堂教学模式，进行启发式和探讨式教学。在整体的课程教学中，会以专题报告的形式，使学生了解与本学科领域相关的前言研究动态，体现研究生教育中“科研-教学”的高层次教育理念。

第三部分 课程主要教学内容

专题一  目前中药化学成分的研究的状况

天然产物化学是以各类化合物为研究对象，以化学和物理方法为手段，研究生物二次代谢产物的提取、分离、结构、功能及其用途的一门科学，是生物资源开发利用的基础研究。目的是希望从中获得医治严重危害人类健康疾病的防治药物、医用及农用抗菌素、开发高效低毒农药以及植物生长激素和其他具有经济价值的物质。

本专题重点和难点：中药有效成分研究发展趋向

一、 常用中药的药效物质基础研究

（一）中药的化学成分与中药药性之间的关系研究

（二）中药复方中有效成分的研究

1.药效学方面

2.中药的有效成分方面

二、中药炮制的机理研究

（一）中药炮制的作用

（二）中药的质量评价标准研究

（三）中药及天然药物的有效成分研究发展趋向

1.中药复方药效物质基础研究进展

2.中药复方配伍理论的物质基础研究

3.中药复方化学成分的分离鉴定

4.中药复方中无机成分的研究

5.中药复方有效部位的提取分离

三、中药复方药效物质基础研究思路与方法探讨

本专题主要思考题：

1、了解天然药物化学发展史、现状及未来和学习天然药物化学的重要意义。

2、天然药物化学研究内容。

专题二  追踪天然药物中的有效成分

天然药物的组成比较复杂，从中筛选和追踪有效成分是十分重要的。因此，活性测试方法选择的正确与否是活性追踪分离能否取得成功的关键，一般需要依据实际情况、条件以及研究开发的课题选择较理想的活性测试方法。同时，可以根据实践经验积累和科学技术的发展，改进现有的一些活性测试方法和建立一些新的活性测试方法。

本专题重点和难点：有效成分活性评价方法的原理及应用

一、药理活性指导下提取分离追踪有效成分方法

二、中药有效成份的活性评价技术进展简介

（一）高通量药物筛选技术

（二）生物芯片技术

（三）亲和层析技术

（四）血清药理学

三、中药的多方面的活性

四、在分离过程中的量效关系

五、药理实验与临床疗效不平行的问题

六、中药化学成分研究的预试验

（一）分类

（二）常用的方法

本专题主要思考题：

1、如何正确选择活性测试方法？

2、预试验的常用方法？

3、预试样品溶液的制备方法?

专题三  中药化学成分的提取

中药有效成分的提取分离是研究中药化学成分的基础，对有效物质的提取分离方法应根据被提取成分的主要理化性质和考虑各种提取分离技术的原理和特点进行选择，使所需要的成分能充分地得到提取和分离。

本专题重点和难点：不同有效成分的提取方法的选择

一、中药化学成分的类型

（一）按照其药理作用和组成性质分类

（二）按照化学成分分子量的大小

（三）按照化学成分在植物体内物质代谢类型

（四）按照化合物的化学类型

（五）按照化学成分的结构类型

二、中药有效成分的提取方法

（一）提取方法类型

（二）溶剂提取法

本专题主要思考题：

1、中药有效成分的提取方法有哪些?

2、选择溶媒的标准?

3、用溶剂提取中药有效成分的操作方法?

专题四  中药化学成分的分离精制

天然药物中的有效成分经过提取浓缩后，得到的粗提物仍然是多种成分的混合物，需选用适当的分离方法将混合物中所含的各种成分或各种组分逐一分开，并把所得单体加以精制纯化，因此，通过对不同的分离方法的原理和应用进行了解，掌握不同种类物质的分离精制方法。

本专题重点和难点：新型分离与纯化技术的应用与融合

一、中药化学成分的分离精制

（一）机械分离

（二）传质分离

二、中药化学成分常规分离精制方法

（一）溶剂分离法

（二）萃取法

（三）沉淀法( 包括盐析法)

（四）结晶法

（五）分馏法

（六）升华法

（七）色谱法

（八）膜分离法( 包括透析法)

本专题主要思考题：

1、影响固液分离的因素?

2、固液分离的类型及适用条件?

3、中药化学成分常规分离精制方法有哪些?

专题五  超临界流体萃取技术

超临界流体萃取(supercritical fluid extraction，SFE)是一种利用某物质在超临界区域形成的流体，对混合物中的化学成分进行萃取分离的新型技术。SFE技术集提取和分离于一体，可以不选用有机溶剂进行提取的新型绿色环保技术。

本专题重点和难点：超临界流体萃取技术提取条件的选择

一、超临界流体的主要特性

（一）超临界流体

（二）超临界流体萃取法

（三）主要特点

二、超临界流体萃取的原理

（一）主要原理

（二）常用作超临界流体(SF)的物质

三、CO₂超临界萃取的工艺

（一）CO₂超临界萃取的特点

（二）萃取工艺

1.等温变压法

2.温度变化法

3.吸附法

四、夹带剂

（一）夹带剂作用

（二）常用夹带剂

1.夹带剂分类

2.夹带剂加入方法

（三）萃取物的采集方法

1.溶剂采集

2.固相采集

3.在线采集

五、超临界流体萃取技术在中草药及天然产物提取中的应用

本专题主要思考题：

1、超临界流体的特点?

2、夹带剂的选择?

专题六  色谱法基础

色谱法是一种物理或物理化学的分离分析方法。其原理是利用混合物中不同组分在两相(固定相与流动相)中的分配系数差异而被分离。近几十年，由于气相色谱法、高效液相色谱法及薄层扫描法的飞速发展，而形成一门专门的学科。目前，色谱法已广泛用于各个领域，在天然药物的研究领域中已经成为不可或缺的技术，是多组分混合物的最重要的分离分析方法。

本专题重点和难点：色谱法的分类和色谱相关理论

一、色谱法

二、色谱分离技术

三、色谱法的分类

（一）按流动相与固定相的状态分类

1.按流动相状态分类

2.按固定相状态分类

（二）按操作形式分类

1.柱色谱法

2.平面色谱法

3.逆流分配

（三）按色谱过程的分离机制分类

（四）根据操作压力

（五）根据操作压力

（六）根据流动相的流向

（七）按使用领域不同对色谱仪的分类

四、色谱法的特点

（一）优点

（二）缺点

五、色谱基础理论

（一）热力学理论：塔板理论

（二）动力学理论：速率理论

（三）相关名词及术语

六、常规柱色谱

本专题主要思考题：

1、了解色谱法的基本原理?

2、影响分离度的因素有哪些?

专题七  色谱分离与操作

色谱分离技术作为一种现代分析中一种常用的分析分析技术在天然产物的研究中起到至关重要的作用，特别适用于天然产物复杂体系的分析，在分离的过程中，根据目标物的情况，需要对色谱分离的条件进行选择和优化，同时，根据所应用的色谱技术的种类不同，其操作方法及注意事项也有所差别。

本专题重点和难点：色谱分离条件的选择

一、色谱分离条件的选择

（一）试样性质

（二）分离模式的选择

（三）固定相性质

（四）流动相的选择

（五）检测器的选择

二、吸附色谱的操作方法

（一）柱色谱法

（二）色谱柱的选择

1.装柱

2.加样

3.上样量

（三）洗脱

1.等度洗脱

2.梯度洗脱

3.溶剂与流速

（四）吸附剂的再生

1.氧化铝

2.硅胶

3.聚酰胺

三、薄层色谱法

（一）薄层色谱的特点

（二）制板、点样、展开、定位

（三）定性分析

（四）定量分析

本专题主要思考题：

1、色谱柱的选择以及加样的方法?

2、薄层色谱一般操作方法?

专题八  中药中提取物的结晶

鉴定中药化学成分，研究其化学结构，必须首先将中药成分制备成单体纯品。通常情况下大多数天然药物化学成分在常温下是固体物质，具有结晶的通性。若物质能够形成结晶，则代表其纯度达到了相当程度。纯化合物的结晶有一定的熔点和结晶学的特征，有利于鉴定。获得结晶并制备成单体纯品，是鉴定天然产物成分、研究其分子结构的重要一步。

本专题重点和难点：结晶条件的选择和控制

一、结晶法

二、晶体的特性

（一）晶体的自范性

（二）晶体的均匀性

（三）晶体的各向异性

三、结晶基本原理

（一）结晶相平衡

1.溶解度

2.饱和溶液

3.不饱和溶液

4.过饱和溶液

四、重结晶

五、结晶操作

（一）溶剂的选择

（二）操作过程  

（三）结晶条件的控制

六、结晶纯度的判断

本专题主要思考题：

1、结晶的基本原理是什么?

2、结晶的具体操作有哪些?

专题九  皂苷及挥发油

皂苷是苷元为三萜或螺旋甾烷类化合物的一类糖苷，主要分布于陆地高等植物中，也少量存在于海星和海参等海洋生物中。皂苷是天然产物化学库的重要组成之一，具有多种生物活性，如抗肿瘤、抗炎、免疫调节、抗病毒、抗真菌、杀精子、保肝活性等。挥发油又称精油，是存在于植物中的一类具有芳香气味、可随水蒸气蒸馏出来而又与水不相混溶的挥发性油状成分的总称。挥发油成分中以萜类成分多见，另外，尚含有小分子脂肪族化合物和小分子芳香族化合物。挥发油大多具有发汗、理气、止痛、抑菌、矫味等作用。

本专题重点和难点：皂苷及挥发油化合物的特点和结构鉴定

一、皂苷类化合物

（一）概述

（二）结构与分类

（三）理化性质

（四）提取分离

（五）皂苷的鉴定

（六）光谱特征和结构鉴定  

（七）主要定量分析方法和举例

（八）含皂苷的中药实例

二、挥发油

（一）概述

（二）理化性质

（三）挥发油的提取

（四）挥发油的分离

（五）挥发油的定性分析

（六）主要定量方法及举例  

（七）含挥发油的中药实例

本专题主要思考题：

1、三萜和甾体皂苷的结构特点和类型及典型代表化合物?

2、皂苷类化合物的提取分离方法?

3、了解皂苷类化合物的结构特点及分类?

4、了解皂苷类化合物的紫外光谱、质谱、核磁共振氢谱及提取分离方法?

5、挥发油的定义和常用提取方法?

专题十  黄酮

黄酮类化合物泛指两个具有酚羟基的苯环(A-与B-环)通过中央三碳原子相互连结而成的一系列化合物，其基本母核为2-苯基色原酮。黄酮类化合物结构中常连接有酚羟基、甲氧基、甲基、异戊烯基等官能团。此外，它还常与糖结合成苷。黄酮的功效是多方面的，它是一种很强的抗氧剂，可以阻止细胞的退化、衰老，也可阻止癌症的发生；可以改善血液循环，可以降低胆固醇，改善心脑血管疾病的症状；可以抑制炎性生物酶的渗出，可以增进伤口愈合和止痛，用于各类敏感症。

本专题重点和难点：黄酮类化合物的药理作用和分析方法

一、概述

二、理化性质

三、提取分离

四、黄酮类化合物的定性分析

五、黄酮类化合物的定量方法及举例  

六、含黄酮类化合物的中药实例

本专题主要思考题：

1、掌握黄酮类化合物的定义、基本结构、分类?

2、黄酮类化合物的颜色、旋光性、溶解度?

3、掌握黄酮类化合物的显色反应及与结构之间的关系和应用?

4、熟悉黄酮类化合物的一般提取和分离方法?

专题十一  苯丙素

苯丙素是天然存在的一类苯环与三个直链碳连接（C6-C3基团）构成的化合物。一般具有苯酚结构，是酚性物质。苯丙素类化合物如香豆素、木脂素等，广泛存在于植物中，已在很多领域如医药、食品、化妆品等成为重要的原料，其中许多化合物具有各种生物活性，在医药、生物等领域有广阔的应用前景。

本专题重点和难点：香豆素和木脂素的特点及分析方法

一、概述

二、理化性质

三、提取分离

四、香豆素和木质素定性分析

五、香豆素和木质素定量分析  

六、含香豆素和木质素的中药实例

本专题主要思考题：

1、香豆素和木质素的定义和分类?

2、香豆素和木质素的的理化性质?

3、香豆素和木质素的某些重要化学反应?

专题十二  生物碱

生物碱是存在于自然界(主要为植物，但有的也存在于动物)中的一类含氮的碱性有机化合物，有似碱的性质，所以过去又称为赝碱。大多数有复杂的环状结构，氮素多包含在环内，有显著的生物活性，是中草药中重要的有效成分之一。具有光学活性。植物体内生物碱含量虽少，但许多生物碱具有广泛的药理作用。

本专题重点和难点：生物碱的提取分离方法

一、概述

二、生物碱类化合物的理化性质

三、生物碱类化合物的提取分离

四、生物碱类化合物的定性分析

五、生物碱类化合物的定量方法及举例  

六、含生物碱类化合物的中药实例

本专题主要思考题：

1、生物碱的碱性，碱性强弱与生物碱分子结构的关系及其在提取分离中的应用?

2、总生物碱的提取方法（溶剂法、离子交换法、沉淀法）?

3、生物碱初步分离原理及方法，生物碱单体分离的一般方法和原理?

专题十三 糖与苷

糖类称为碳水化合物，是植物光合作用的初生产物，同时也是绝大多数天然产物合成的初始原料。除了作为植物的储藏养料和骨架成分外，有些在抗肿瘤、抗肝炎、治疗心血管疾病、抗衰老等方面还具有独特的生物活性，在某些天然药物中糖类也是它们的有效成分。苷类亦称苷或配体糖，是由糖或糖的衍生物，与另一非糖物质（苷元）通过糖的半缩醛或半缩酮羟基与苷元脱水形成的一类化合物。几乎所有的天然产物均可与糖或糖的衍生物形成苷，也具有广泛的药理活性。

本专题重点和难点：糖和苷的分离方法以及糖链的结构测定

一、单糖的立体结构

二、糖和苷的分类

三、糖的化学性质

四、苷的的理化性质

五、糖和苷的提取分离

六、糖的核磁共振性质

七、糖链的结构测定

八、含多糖的中药实例

本专题主要思考题：

1、多糖纯度的测定的方法有那几种？

2、提取糖的溶剂主要有哪几种？怎样进行提取？

3、糖的分离方法有那几种？各有什么特点？

专题十四  高速逆流色谱的原理及在天然药物研究中的应用

高速逆流色谱(HSCCC)是近年来发展起来的一种液—液分配色谱，广泛用于单体化合物的分离。HSCCC技术以液相载体做固定相，利用多层螺旋管行星式运动时所形成的特殊离心力场，实现互不相溶的两相在管柱里的单向性流体动力学分布状态，充分促进两相间的混合及逆流传递，待分离组分随流动相进入螺旋柱，通过在两相之间反复分配，按分配系数的大小次序，依次被洗脱。高速逆流色谱技术以其高效、快速、制备量大、费用低以及应用面广等诸多优点，已经发展成为一种备受关注的分离纯化技术。

本专题重点和难点：高速逆流色谱分离原理及操作条件的选择

一、高速逆流色谱技术原理及特点

（一）高速逆流色谱的产生

1.色谱来源

2.液-液分配色谱

3.高速逆流色谱

（二）高速逆流色谱技术原理

1.基本原理

2.仪器分类

3.基本构造

（三）高速逆流色谱技术优点

二、高速逆流色谱分离条件的选择

（一）HPLC方法的建立

（二）溶剂系统的选择

1.根据样品的溶解特性选择溶剂体系

2.测定分配系数

（三）HSCCC分离条件优化

1.色谱柱转速

2.固定相的保留

3.流动相流速

4.分离温度

（四）HPLC测定收集组分的纯度

三、高速逆流色谱技术在天然产物研究中的应用及发展

（一）不同的高速逆流色谱方法在天然产物分析中的应用

（二）发展前景及展望

本专题主要思考题：

1、高速逆流色谱分离所要优化的实验条件？

2、如果进行待分析成分的溶剂系统选择?

专题十五  高通量药物筛选技术在天然药物研究中的应用

高通量筛选(High throughput screening，HTS)最初是伴随组合化学而产生的一种药物筛选方式，HTS技术可以在短时间内对大量候选化合物完成筛选，经过近十年的发展，已经成为比较成熟的技术，不仅仅应用于对组合化学库的化合物筛选，在天然药物有效活性成分的筛选中也起到重要的作用。中药成分复杂、且作用机理不明确等一直是制约中药发展的重要因素，将HTS技术应用于天然药物研发领域可以更为有效的促进中药中有效作用基质的研究。

本专题重点和难点：活性成分高通量筛选技术的选择

一、高通量筛选概念

二、高通量筛选的技术过程

（一）样品库

（二）初筛和复筛

（三）活性化合物

（四）深入筛选

（五）获得先导化合物

（六）活性确证、药理学研究

（七）候选药物

（八）临床研究

三、高通量筛选常用仪器

四、高通量筛选技术常用方法

（一）微孔板的使用和光学检测法

（二）工程菌株的裂解

（三）报告基因

（四）流式细胞技术

（五）蛋白质芯片

五、HTS药物筛选靶点与检测方法

本专题主要思考题：

1、高通量药物筛选技术如何能与中药研究进一步的开发与应用？

专题十六  有机质谱技术在天然药物研究中的发展与应用

有机质谱是鉴定有机化合物结构的重要方法，不仅提供化合物的分子量，还可通过精确质量的测量来确定其分子式，而且通过碎片离子还可以获得重要的结构信息。80年代以来，有机质谱分析技术得到迅速发展，相继出现了快原子轰击、电喷雾电离和基质辅助激光解吸电离等软电离技术，使质谱应用到了天然药物有效成分与生物大分子研究中。

本专题重点和难点：有机质谱在药物活性研究中的应用

一、有机质谱的发展

二、质谱仪的构成

（一）电离源

（二）进样系统

（三）质量分析器

（四）离子检测器

（五）真空系统

（六）数据处理系统

三、质谱的原理与相关术语

（一）原理

1.不同离子源的工作原理

2.不同质量分析器的作用原理

3.常用概念及术语

（二）各类化合物质谱裂解特征

四、有机质谱技术在天然药物研究中的应用

（一）天然药物的定性分析

（二）药物的定量分析

（三）相关药物活性评价

（四）药物有效成分作用机理研究

（五）有效成分药代动力学研究

（六）药物代谢组学研究

五、有机质谱技术在天然药物研究中的展望

主要思考题：

1、有机质谱技术在中药化学与药物活性研究中的融合与应用？

专题十七  超滤质谱技术在天然药物研究中的应用

大多数药物分子通过与生物体内的靶分子（包括基因位点、受体、蛋白质、酶、离子通道、核酸等生物大分子）结合在体内发挥作用相互作用而发挥药效，研究药物分子与靶点的相互作用不仅能够从分子水平上阐述药物发挥药效的作用机制，而且对药物的筛选及指导临床用药具有重要的理论意义和应用价值。天然药物提取物成分复杂，因此，一些分离及检测的联用技术得到了快速的发展，其中，超滤质谱技术能够快速地筛选和鉴定与药物靶点结合的药物分子，同时，通过测定不同配体与受体之间结合常数而比较其结合能力，此外，还可以应用于药物代谢的筛选。超滤质谱具有分析速度快、特异性强、高通量的特点，在药物小分子与生物靶分子相互作用研究方面具有诸多优势。

本专题重点和难点：超滤质谱技术的操作方法及药物靶点的选择

一、超滤质谱法的原理和特点

（一）超滤质谱法的原理

1.超滤技术

2.药物小分析与靶点的作用

3.液质联用方法

（二）超滤质谱法的特点

1.优点

2.存在的弊端

二、超滤质谱技术的操作步骤

（一）药物靶点的选择

（二）超滤膜的选择

（三）生物靶点与药物小分析的相互作用

1.孵育

2.解离

（四）液质联用技术进行分离及成分分析

三、超滤质谱法在药物分析中的应用

（一）不用种类的生物靶点在药物活性筛选中的应用实例

（二）超滤质谱技术的发展及展望

主要思考题：

1、药物成分活性筛选过程中，超滤质谱技术的发展方向？

专题十八 定量质谱在现代药物代谢和药物动力学中的应用

药物代谢过程包括药物分子在生物系统中的吸收、分布、代谢及排泄，药物能否以适当浓度到达目标部位，并停留一定时间，是药物的疗效得到发挥基础，但药物在上述过程中的存在是及其微量的。质谱在药物代谢及药物动力学中的应用始于19世纪80年代，能够对生物体液中的药物及代谢物进行定量分析和药物代谢物的结构鉴定。今年来，HPLC与质谱的成功联用显著地扩展了药物代谢和药代动力学中的应用范围，具有分析速度快、自动化程度高的优点。其中，三级四极杆质谱是一种空间串联质谱，是目前最灵敏和定量重现性最好的质量分析器，主要用于目标化合物的定量分析，特别在药物代谢和药物动力学中痕量及超痕量分析中具有不可比拟的优势。

本专题重点和难点：样品制备、质谱条件的选择、样品分析和数据处理

一、药物代谢和药代动力学中的质谱平台

（一）四极杆质谱仪的作用

（二）三级四极杆质谱仪的作用

1.原理

2.特点

（三）飞行时间质谱的作用

1原理

2特点

（四）四极杆/飞行时间复合质谱仪器的作用

二、定量质谱技术的应用的发展

（一）超痕量分析

（二）确定药物的生物转化

三、定量质谱在新药开发研究中的应用

（一）新药开发研究中的微量成分分析

（二）新药开发中的生物转化

四、自动化高通量分析

（一）样品制备

（二）选择质谱条件

（三）样品分析

主要思考题：

1、如何克服基质对标准曲线斜率和分析精确度与准确度的影响？

第四部分 主要教学参考资料

一、建议教材

（无指定教材）

二、主要参考书

1．徐任生，《天然产物化学》（第2版），科学出版社，出版时间2004年9月。

2．肖崇厚，《中药化学》（第1版），上海科学技术出版社，出版时间1997年6月。

3．刘湘，汪秋安，《天然产物化学》（第2版），化学工业出版社，出版时间2010年10月。

4．邱峰，《天然产物化学》（第1版），清华大学出版社，出版时间2013年8月。

5. 哈成勇，《天然产物化学与应用》，化学工业出版社，出版时间2003年7月。

第五部分 教学进度表

教学周	专题名称	主要内容	授课方式	学时分配
				理论学时	实践（实验）学时
第一周	专题一	目前中药化学成分的研究的状况	课堂讲授	2
第二周	专题二	追踪天然药物中的有效成分	课堂讲授	2
第三周	专题三	中药化学成分的提取	课堂讲授	2
第四周	专题四	中药化学成分的分离精制	课堂讲授	2
第五周	专题五	超临界流体萃取	课堂讲授	2
第六周	专题六	色谱法基础	课堂讲授	2
第七周	专题七	色谱分离与操作	课堂讲授	2
第八周	专题八	中药中提取物的结晶	课堂讲授	2
第九周	专题九	皂苷及挥发油	学术研讨	2
第十周	专题十	黄酮	学术研讨	2
第十一周	专题十一	苯丙素	学术研讨	2
第十二周	专题十二	生物碱	学术研讨	2
第十三周	专题十三	糖和苷	学术研讨	2
第十四周	专题十四	高速逆流色谱的原理及在天然药物研究中的应用	专题报告	2
第十五周	专题十五	高通量药物筛选技术在天然药物研究中的应用	专题报告	2
第十六周	专题十六	有机质谱技术在天然药物研究中的发展与应用	专题报告	2
第十七周	专题十七	超滤质谱技术在天然药物研究中的应用	专题报告	2
第十八周	专题十八	定量质谱在现代药物代谢和药物动力学中的应用	专题报告	2

学院主管领导审核签字：

                                                           年   月   日