第2章 天然产物的提取分离和结构鉴定 一、天然产物的提取 二、天然产物的分离和精制 三、天然产物的结构鉴定.

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1 第2章 天然产物的提取分离和结构鉴定 一、天然产物的提取 二、天然产物的分离和精制 三、天然产物的结构鉴定

2 本章介绍天然产物的提取方法，主要介绍溶剂提取法。
重点：溶剂提取法的原理，化学成分的极性、常用溶剂、极性大小顺序及提取溶剂的选择；常见的提取方法及应用范围。 常用三种方法，溶剂提取法、水蒸气蒸馏法、升华法。 提取的概念：指用选择的溶剂或适当的方法，将所要的成分溶解出来并同植物组织脱离的过程。

3 （一）研究准备： 一、天然产物的提取 品种鉴定（学名）、产地；文献工作； 已知成分：结构类型，确定提取、分离路线；
未知成分：系统预试验，活性跟踪；

4 天然产物化学成分预试验基本原理 根据各成分极性的不同，先系统地分成几个不同的部分，然后利用显色反应或沉淀反应，或者结合纸色谱、薄板色谱，定性判断各部分中可能含有的化合物类型。

5 2、显色定性实验试剂 （1）生物碱 常用碘化铋钾（Dragemdorff）， 反应呈棕黄色 或橘黄色沉淀
（2）黄酮 将乙醇液加Mg粉，滴入浓盐酸后震荡，在 泡 沫处呈橘红色，或与1%氢化铝乙醇液呈有色荧光 （3）皂苷，强心苷，甾体 在乙酐溶液中与浓硫酸反应呈红 紫色 （4）氨基酸和肽 与茚三酮反应呈蓝紫色 （5）蛋白质 与双缩脲反应呈紫红色 （6）有机酸 与溴酚蓝反应呈黄色 （7）酚类 与氯化铁反应呈紫色、蓝色 （8）糖和苷 与斐林试剂反应呈砖红色沉淀 （9）内酯和香豆素 与异羟基亏酸铁反应呈紫色、蓝色 （10）醌类 沾有醌类化合物的滤纸上喷5%KOH试剂呈红色

6 1 提取分离 （二）常用提取方法: 盐析法 透析法 沉淀法 吸附法 升华法 分馏法 溶剂法） 水蒸气 蒸馏法

7 1、溶剂提取法 是根据天然药物中各种成分在溶剂中的溶解性质，选用对有效成分溶解度大，而对不需要溶出成分溶解度小的溶剂，将有效成分从药材组织中溶解出来的办法。

8 有机化合物分为三类: 水溶性 亲水性 亲脂性 糖类、氨基酸、蛋白质、盐类 苷类（黄酮、三萜、甾体 等与糖的结 合物）
未成盐的生物碱，未成苷的黄酮、蒽醌、萜类、甾体。

9 亲脂性有机溶剂 有机溶剂分为三类: 亲水性有机溶剂 水 与溶剂的结构有关，常见溶剂极性强弱顺序:
石油醚＜苯＜氯仿＜乙醚＜乙酸乙酯＜正丁醇＜丙酮＜乙醇＜甲醇＜水

10 溶剂的选择： 溶解度 化学性质稳定 安全、价廉、易回收

11 被溶解物质有亲水性及亲脂性之分。溶质在溶剂当中的溶解遵循相似相溶的原理，亲水性的化学成分易溶于水或亲水性的有机溶剂中，亲脂性的成分易溶于亲脂性的有机溶剂中。

12 石油醚→油脂、蜡、叶绿素、挥发油、游离甾体及三萜类化合物
氯仿或醋酸乙酯→游离生物碱、有机酸及黄酮、香豆素的苷元 丙酮或乙醇、甲醇→苷类、生物碱盐、鞣质等 水→氨基酸、糖类、无机盐等

13 常用的溶剂提取法 冷提法 （1）浸渍法 （2）渗漉法 热提法 （1）煎煮法 （2）回流提取法 （3）连续回流提取法

14 冷提法 （1）浸渍法：是用水或醇浸渍药材一定时间，然后合并提取液，并将其减压浓缩的方法。该法因为一般都是在低温下进行的，不用加热，所以适合于挥发性成分及受热易分解成分的提取。但提取的时间较长，效率低。用水浸提时还要注意提取液的防腐问题。

15 （2）渗漉法：是将药材装入渗漉筒中，先用水或醇浸渍数小时，然后从渗漉筒的下口使提取液流出，上口不断地加入新的溶剂，此方法因为药材与溶剂之间能够始终保持较大的浓度差，因此提取效率较高。该法同样适用于挥发性及受热易破坏分解的成分的提取。但是有溶剂耗费量较大的缺点。

16 热提法 （1）煎煮法：该方法是我国中医中药最早使用的传统的提取方法。是将药材用水加热煮沸提取，在提取过程当中大部分成分可被不同程度的提取出来，但是对于挥发性成分及加热易被破坏的成分不宜使用。

17 （2）回流提取法：是用有机溶剂作为提取溶剂，在回流装置中对药材进行加热回流提取，该方法提取效率较高，但因为长时间加热，所以不适合受热易破坏分解的成分。
（3）连续回流提取法：是回流提取法的发展，具有消耗溶剂量更小，提取效率更高的优点。常用索氏提取器或连续回流装置。

18 水－是一种强极性溶剂。无机盐、糖类、分子不太大的多糖、鞣质、氨基酸、蛋白质、有机酸盐、生物碱盐和极性苷类等都能被水溶出。以水作为提取溶剂的缺点是：提出的杂质多。
冷提法提出的杂质少且对热不稳定的成分较适宜，提取效率低； 热提法的效率高，但对热不稳定的成分不适宜，特别不适于挥发性成分和淀粉、粘液质多的药材的提取。

19 亲水性有机溶剂－也就是一般所说的与水能混溶的有机溶剂，如乙醇、甲醇、丙酮等，其中以乙醇最为常用。具有经济、安全、无毒；对细胞的穿透能力强；大多数天然成分都可溶解等优点，常称为万能溶剂。

20 2、水蒸汽蒸馏法 适用于具有挥发性、能随水蒸汽蒸 馏而不被破坏、难溶或不溶于水的成分的提取，如挥发油、小分子的香豆素类、小分子的醌类成分。

21 3、升华法 固体物质受热不经过熔融，直接汽化，遇冷后又凝固为固体化合物，称为升华。中草药中有一些成分具有升华的性质，可以利用升华法直接自中草药中提取出来。如樟脑、咖啡因。

22 二、天然产物的分离与精制 （一） 根据物质的溶解度差别进行分离 （二） 根据物质在两相溶剂中的配比不同进行分离
（三）根据物质的吸附性能差别进行分离 （四）根据物质分子大小差别进行分离 （五） 根据物质离解程度不同进行分离

23 （一）根据物质的溶解度差别进行分离 1.结晶及重结晶法：利用温度变化引起溶解度的改变使物质得以分离。 2.溶剂分离法： a.通过加入另一种溶剂以改变溶剂的极性，使一部分物质沉淀析出，从而实现分离。如：水提醇沉法

24 b.酸性、碱性或两性化合物，通过加入酸或碱来调节溶剂的PH值，改变分子的存在状态（游离型或离解型），从而改变溶解度而实现分离。

25 3.沉淀法：酸性或碱性化合物通过加入某种沉淀试剂使之生成水不溶性的盐类等沉淀析出而实现分离。
如生物碱加入有机酸可生成有机酸盐沉淀，酸性化合物可加入钙盐、铅盐、钡盐等生成的沉淀。

26 （二）根据物质在两相溶剂中的分配比不同进行分离
1、液-液分配的基本原理 （1）分配系数 K值:一种溶质在两相溶剂中的分配比。K值在一定的温度和压力下为一常数。 K=CU/CL

27 （2）分离因子β：两种溶质在同一溶剂系统中分配系数的比值。
β=KA/KB (KA>KB) β≥100，一次萃取就可实现基本分离 100 ≥β≥10，需萃取10~12次 β≤2，需萃取100次以上 β≌1，无法实现分离

28 （3）分配比与PH：溶剂系统PH的变化影响酸性、碱性、及两性有机化合物的存在状态（游离型或离解型），从而影响在溶剂系统中的分配比。
游离型——极性小的溶剂 离解型——极性大的溶剂

29 一般PH<3，酸性物质多呈非离解状态（HA）、碱性物质则呈离解状态（BH+）；
PH>12，则酸性物质呈离解状态（A－）、碱性物质以非离解状态（B）存在。

30 （4）液-液萃取与纸色谱 纸色谱与液-液萃取的分离原理都是分配。 当β＞50时，简单萃取即可，β＜50时，则需采用逆流分溶法。 设A、B两种（或两组）物质的Rf值分别为 Rfa 及 Rfb 。 β=Rfa(1-Rfb/1-Rfa) （ Rfa ＞ Rfb）

31 纸色谱法 支持剂：纤维素 展开剂：与水不相混溶的有机溶剂或水饱 和有机溶剂 Rf值：极性大， Rf值小；极性小， Rf值大。
应用：适合于亲水性较强的物质。

32 2、液-液分配柱色谱法 柱色谱：在色谱管中完成的化合物之 间的分离过程称 为柱色谱。 柱色谱分：正相色谱、反相色谱 载体（支持剂）：硅胶、硅藻土及纤维素等惰性材料

33 固定相：是样品的良好溶剂，不溶或难溶于流动相。常用的固定液种类很多，如水、稀硫酸、甲醇、甲酰胺以及一些大分子的有机溶剂，如甲基硅油、聚乙二醇、角鲨烷等。

34 流动相：种类较多，水、不同pH的溶液、缓冲溶液和不同极性的溶剂均可用作流动相。
流动相的要求：1） 与固定液不互溶，极性相差较大；2） 对样品组分的溶解度足够大，又相对小于固定液对组分的溶解度。

35 正相色谱：固定相的极性大于流动相；分离水溶性和极性较大的化合物
固定相：水、缓冲溶液 流动相：氯仿、乙酸乙酯、丁醇等弱极性有机溶剂 洗脱顺序：极性小的化合物先出柱，极 性大的后出柱。 应用：适用于水溶性或极性较大的化合 物，如生物碱、苷、糖类、有机酸等。

36 反相色谱：固定相的极性小于流动相；分离脂溶性化合物
固定相：石蜡油，化学键合相（如十八烷基硅胶键合相） 流动相：水、甲醇、乙腈等强极性有机溶剂 洗脱顺序：极性大，先出柱；极性小，后出柱。 应用：适合于脂溶性成分，如高级脂肪酸、油脂、游离甾体等

37 目前液-液分配柱色谱中的固定相主要为化学键合相。
反相液-液分配柱色谱法是当前应用最为广泛的一种柱色谱分离、分析方法。

38 （三）根据物质的吸附性差别进行分离 1、固-液吸附(应用的最多吸附类型)： （1）物理吸附（溶液分子与吸附剂表面分子的分子间作用力）：硅胶、氧化铝及活性炭为吸附剂的吸附色谱。 （2）化学吸附：如黄酮等酚酸性物质被碱性氧化铝吸附，生物碱被酸性硅胶吸附等。

39 （3）半化学吸附：如聚酰胺与黄酮类、蒽醌类等化合物之间的氢键吸附。介于物理吸附与化学吸附之间。

40 （1）物理吸附 基本规律→相似者易吸附 固液吸附三要素：吸附剂、溶质、溶剂 1）极性吸附剂（氧化铝、硅胶）特点：
a.对极性强的物质吸附能力强 b.溶剂极性减弱，则吸附剂对溶质的吸附能力增强；反之，则减弱。

41 c.溶质即使被硅胶、氧化铝吸附，一旦加入极性较强的溶剂时，又可被置换洗脱下来。

42 2）非极性吸附剂（活性炭）： 对非极性物质亲和能力强，溶剂极性降低，则活性炭对溶质的吸附能力也随之降低；反之，则提高。

43 极性及其强弱判断： 极性强弱是支配物理吸附过程的主要因素 主要官能团的极性由弱到强排序为： —CH2—CH2— ＜ —CH2=CH2— ＜
—OCH3 ＜—COOR ＜ >C=O（CHO） ＜—NH2 ＜—OH ＜ —COOH 化合物的极性则由分子中所含官能团的种类、数目及排列方式等综合因素所决定。

44 常用溶剂极性由弱到强排序为： 环己烷（1.88），苯（2.29），无水乙醚（4.47），氯仿（5.20），乙酸乙酯（6.11），乙醇（26.0），甲醇（31.2），水（81.0）

45 极性不完全等同于亲水性 亲水性强，则极性强；极性强，则亲水性并不一定强。 A B 亲水性A>B 极性 B>A

46 吸附柱色谱用于物质的分离： 1）选用极性小的溶剂装柱和溶解样品或用极性稍大的溶剂溶解样品后，以少量吸附剂拌匀挥干上柱。 2）溶剂系统可用TLC进行筛选。以TLC展开时使组分Rf值达到0.2~0.3的溶剂系统作为最佳溶剂系统进行洗脱。

47 3) 为避免化学吸附，酸性物质宜用硅胶、碱性物质宜用氧化铝作为吸附剂进行分离。通常在分离酸性（或碱性）物质时，洗脱溶剂中常加入适量的醋酸（或氨、吡啶、二乙胺），以防止拖尾，改善分离效果。

48 （2）聚酰胺吸附色谱法：属于氢键吸附（半化学吸附）特别适合分离酚类、醌类、黄酮类化合物。
1）聚酰胺的吸附原理： 通过分子中的酰胺羰基与酚类、黄酮类化合物的酚羟基，或酰胺键上的游离胺基与醌类、脂肪酸上的羰基形成氢键缔合而产生吸附。

49 移动相 固定相

50 2）吸附强弱规律（含水溶剂中） a.形成氢键的基团数目越多，则吸附能力越强。

51 b.成键位置对吸附也有影响。易形成分子内氢键的化合物，其吸附性能减弱。

52 c.分子中芳香化程度越高，则吸附性能越强。

53 3）各种溶剂在聚酰胺柱上的洗脱能力由弱至强顺序
水 < 甲醇 < 丙酮 <氢氧化钠水溶液 < 甲酰胺 < 二甲基甲酰 胺 < 尿素水溶液

54 4）应用： a.特别适合于酚类、黄酮类化合物的制备和分离 b.对生物碱、萜类、甾体、糖类、氨基酸等其它极性与非极性化合物的分离也有着广泛应用。 c.用于提取物的脱鞣质处理。

55 2、大孔吸附树脂法 分为极性和非极性 （1）原理：吸附和分子筛 以苯乙烯为母体，二乙烯苯为交联剂（非极性）

56 （2）影响因素： a.一般非极性化合物在水中易被非极性树脂吸附，极性化合物在水中易被极性树脂吸附。 b.物质在溶剂中的溶解度大，树脂对此物质的吸附力就小，反之就大。

57 c.分子量小、极性小的化合物与非极性大孔吸附树脂吸附作用强；
反之，与极性大孔吸附作用强； 能与大孔吸附树脂形成氢键的化合物易吸附。

58 （3）应用： 广泛应用于天然化合物如苷、糖类、 生物碱、多糖、黄酮、三萜类化合物的分离和富集工作。 4.洗脱液的选择：最常用的水、乙醇，此外甲醇、丙酮、乙酸乙酯也被应用。

59 (四)根据物质分子大小差别进行分离 常用方法： 超滤法、超速离心法、透析法、凝胶滤过法等。主要用于水溶性大分子化合物的分离和精制，而凝胶滤过法还可用于分离分子量1000以下的化合物。

60 1.凝胶滤过法分离原理： 反分子筛 凝胶为在水中可膨胀的球形颗粒， 具有三维空间的网状结构。大分子在颗粒间隙移动，较早流出；小分子则自由渗入并扩散到凝胶颗粒内部，通过色谱柱时阻力增大，较晚流出。因而，化合物按分子量由大到小顺序得到分离。

61 2 凝胶的种类与性质 ① 葡聚糖凝胶（Sephadex） ② 羟丙基葡聚糖凝胶（Sephadex LH-20）
③ 丙烯酰胺凝胶（Bio-Gel P） ④ 琼脂糖凝胶（Sepharose Bio-Gel A） ⑤ 羧甲基交联葡聚糖凝胶（SP-Sephadex） ⑥ 苯胺乙基交联葡聚糖凝胶（QAe-Sephadex）

62 网孔的大小与交联度有关 交联度高，孔隙小，吸水时膨胀就小；反之，交联度小，膨胀的幅度大，孔隙大。

63 3.常用溶剂： a.碱性水溶液（0.1mol/L NH4OH）含盐水溶液（0.5mol/L NaCl）等。 b.醇及含水醇，如甲醇、甲醇—水 c.其他溶剂：如含水丙酮，甲醇-氯仿

64 (五)根据物质离解程度不同进行分离 主要包括：离子交换和电泳 离子交换树脂法：
1.原理：可交换离子与树脂上的交换基团进行离子交换，并被吸附，用适当的溶剂从柱上洗脱下来，实现物质的分离。 2.固定相：离子交换树脂 3.洗脱液：稀酸或稀碱溶液

65 4.分类： a.阳离子交换树脂 强酸性（—SO3-H+） 弱酸性（—COO-H+） b.阴离子交换树脂 强碱性[—N + （CH3）3Cl -] 弱碱性（—NH2、＞NH、 ＞N－）

66 吸附规律 阳离子交换树脂——分离碱性成分 阴离子交换树脂——分离酸性成分

67 5.应用： a.用于不同电荷离子的分离：分离酸性、碱性及两性化合物。 b.用于相同电荷离子的分离：如同为生物碱，但碱性强弱不同，也可应用离子交换树脂实现分离。

68 高效液相色谱 气相色谱法

69 三、天然化合物的结构鉴定 化合物的纯度测定 结构研究的主要程序 结构研究中采用的主要方法

70 (1)化合物的纯度测定 方法：检查有无均匀一致的晶形，有无明确、敏锐的熔点（熔距一般为1~2℃）及色谱法。其中色谱法包括：TLC、PC、GC、HPLC。

71 (2)结构研究的主要程序 1.初步推断化合物类型 2.测定分子式，计算不饱和度。 3.确定分子式中含有的官能团，或结构片段，或基本骨架。
4.推断并确定分子的平面结构 5.推断并确定分子的主体结构（构型、构象）

72 (3)结构研究中采用的主要方法 1) 确定分子式，计算不饱和度 a.元素定量分析配合分子量测定
元素定性分析，如钠融法，分析化合物中含有几种元素。 元素定量分析—确定各元素百分含量，根据倍比定律确定分子中的原子比 分子量测定：冰点下降法、沸点上升法、粘度法、凝胶滤过法及质谱法。

73 例子： 刺果甘草中分离的一白色结晶 元素定性分析：含有C,H,O 元素定量分析: C 79.35%,H 10.21%,O 10.44%
原子比为10.16：15.58：1，约化为10：16：1 质谱得到其分子量为456 所以最后确定其分子式为C30H48O3

74 b.同位素丰度比法 c.高分辨质谱（HR-MS）法 HR-MS还可以给出化合物的精确分子量。 从氢核磁共振波谱和碳核磁共振波谱中可直接获得碳氢的个数，再结合质谱给出的分子量的信息，就可以得到氧的个数，用这种方法也能确定化合物的分子式。

75 2）质谱法 常用的质谱有：电子轰击质谱（ EI - MS）、场解析电离质谱（FD-MS）、快原子轰击质谱（FAB-MS）、电喷雾电离质谱（ESI-MS）等。 质谱常用于确定分子量，并可求算分子式和提供其它结构信息。

76 3）红外光谱 利用分子中价键的伸缩及弯曲振动在4000~625cm-1红外区域引起的吸收，而测得的吸收图谱。 包括特征频率区和指纹区
可用于鉴别羟基、氨基、双键、芳环等特征官能团以及芳环取代类型。

77 特征区 指纹区 羟基 羰基

78 4）紫外-可见吸收光谱 由电子能级跃迁产生的吸收图谱，在200~700nm范围内含有共轭双键、发色团及具有共轭体系的助色团分子的化合物具有紫外-可见吸收。 主要用来推断化合物的骨架类型。

79 5）核磁共振波谱（NMR） 核磁共振波谱是化合物分子在磁场中受到另一射频磁场的照射，当照射场的频率等于原子核在外磁场的回旋频率时，有磁距的原子核就会吸收一定的能量产生能级的跃迁，即发生核磁共振，以吸收峰的频率对吸收强度作图所得到的图谱。

80 1H–NMR和13C-NMR，能提供分子中有关氢及碳原子的类型、数目、互相连接方式、周围化学环境以及构型、构象等结构信息。在进行中药有效成分的结构测定时，NMR谱与其它光谱相比其作用更为重要。

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83 （6）旋光光谱（ORD） 用不同波长的偏振光照射光学活性化合物，并用波长对比旋［α］× 10-2 或分子比旋［φ］×10-2作图，得到的曲线即为旋光光谱。

84 旋光光谱及其Cotton效应谱线特征与分子的立体化学结构密切相关，对于推断非对称分子的构型与构象有着重要的意义。

85 四、天然产物化学的发展动向 1.研究方法和手段向高、新方向发展
天然产物含量甚微，使得新的分离技术的不断产生和发展。植物生长激素油菜素内酯在油菜花中的含量仅为10-12左右。 天然产物结构复杂，这就推动了结构测定方法的不断革新。例如沙海葵毒素(C130H229N3053，相对分子质量为2679)，分子内共有64个手性中心。 结构复杂的天然产物合成困难，用经典方法难以成功，这就促进了有机合成方法学上的不断创新，天然产物往往具有独特的生理活性，这就为药物化学以及生物科学提供了广泛的研究基础。

86 精密、准确的色谱分离方法用于天然产物的分离研究：柱色谱、快速色谱、逆流液滴分溶色谱、离心色谱、超临界流体层析、毛细管电泳、气相色谱、高效液相色谱等，使研究人员不仅可以分离含量极微的成分，如美登木中的高活性抗癌成分美登素(含量在千万分之二以下)，而且可以分离过去无法分离的许多水溶性的微量成分。 经典的结构研究：化学降解方法，再按照化学原理逻辑地推断其结构，最后经合成方法证明。现代的结构研究：核磁共振二维技术，各种1H-1H与1H-13C相关谱等，质谱中的快原子轰击技术，次级电离质谱技术，场解吸质谱技术等，结合紫外与红外光谱，能很快地确定化合物的结构。例沙海葵毒素，结构复杂，运用上述光谱与波谱技术，再配合一些降解反应，在较短时间内确定其结构。而一个好的单晶，运用最新的四圆x衍射仪，则仅用几天时间就可得到准确的结构。

87 2.偏重资源开发的实用化 天然产物化学涉及到人类健康和日常生活的各个方面。天然产物来源广泛，有的可以直接开发成为新药，有的可作为先导化合物，经过结构改造，发展为新一类的药物。 实力雄厚的实验室、大的制药公司都把从植物资源中筛选新药作为新药的主要来源之一。例如美国国立卫生研究院每年搜集植物样本达几千种，进行抗癌活性筛选,从中筛选出有希望的品种，再作进一步的分离、合成以及结构改造工作。 天然产物化学的研究成果已在农业和工业生产中得到运用，如除虫菊酯类系列化合物农药，昆虫保幼激素已用于蚕业增产，甜叶菊中的甜叶菊苷及其他天然甜味剂已开始逐步替代糖精，瓜豆中的瓜胶多糖已用于石油工业作压裂液等。

88 全世界约有高等植物25万种，仅有5％～10％进行过化学活性物质研究。中国的中草药品种有5000多种，常用的也有700～800种，目前绝大多数尚未进行过充分的研究，只是应用其原材料及其水煎剂、丸剂、散剂、片剂，少数是注射液。 现在生产的中药及其制剂(药品)均无标明其中的化学成分或有效成分的种类和含量，无法推向国际市场，只能在国内推销。因此，结合中医药理论和现代科学技术方法，继续从药用植物中提取、分离和测定有效成分，进行多方面的生物活性筛选，特别是寻找治疗威胁人类最大的心血管疾病，癌症、艾滋病等药物的有效成分，并用现代有机合成结合分子生物学方法创制新药、发掘新药源，改善药剂型，是摆在科学工作者面前的重要任务。

89 不少中草药除了可以防病治病，调整人体机能，还可以药食兼用，保健护肤。国际上正在形成一个与中草药有密切联系的庞大市场，总容量超过400亿美元，其中包括天然药物(植物、动物、微生物、海洋生物药物)，功能食品(或保健食品、健康食品)及保健饮料和药茶、天然香料、天然甜味剂、酸味剂、天然色素、天然化妆品、沐浴剂、天然杀虫剂、植物生长调节剂等。 中草药的研究与开发面临着国际竞争，也面对着新的挑战与机遇。因此，除了继续注重对中草药有效成分和药理活性的研究外，多途径开发我国丰富的天然药物资源，具有巨大的市场潜力和广阔的应用前景。

90 3.基于生物技术的天然产物化学研究 运用现代高效分离和分析手段于天然产物研究，可分离和确定一个天然化合物的结构，并且可以全合成它，有机化学家们也可以毫不夸张地说能够合成任意复杂结构的化合物。 但目前尚不能以一种非常有效、真正低花费的方式大量制备人们最需要的有效成分。而基于生物技术的分子天然化合物研究，却能提供产生天然化合物更加成熟的方法和策略。因此，这是天然产物概念上和实际研究内容上的一场革命，其实际价值将表现在于以有效、实用、简便的方法生产某些十分有价值的重要天然产物(如药物、农药)以及与生命活动过程十分密切的化合物。

91 (1)植物细胞组织培养生产天然产物 具有生理活性的天然产物，许多是以微量形式存在，加之不同生物的特殊生态环境，这些来自于生物的天然产物易受生物种类、产地、季节、气候等因素影响。利用植物细胞组织培养方式来大量生产天然产物，这是一种可靠、有效、并值得研究开发的方法。 植物细胞组织培养是指从植物体取下部分的组织或细胞，在无菌条件下利用人工培养基维持其生长，以达到大量繁殖或生产某些天然产物。 世界各国对于植物细胞组织培养的研究很活跃，美国夏威夷大学已进行了多年的海洋藻类培养制取生物活性物质的工作。第一个商品化成功的例子是由日本三井石化公司利用紫草细胞生产红色萘醌类的染料shikonin，后者可用作口红原料和治疗痔疮。

92 (2)天然产物的基因工程合成 随着分子生物学的发展，基因分析、基因克隆和基因表达的方法和技术已经建立。近年来，天然产物在生物体内形成过程中，各步骤催化酶(功能大分子)的分离，功能，以及酶编码基因的克隆，测序和表达等研究取得了较大进展，尤其是微生物体内聚酮类抗生素化合物和动物体内与多种疾病相关的甾体类化合物(胆固醇、甾体激素、胆酸、维生素D3等)的生物合成研究进展显著。 微生物代谢产物生物合成研究中，在掌握微生物中聚酮类化合物生物合成途径的基础上，目前对合成酶基因进行了克隆和表达；同时，已通过改变这些合成酶的基因编码和再表达，合成了一系列“非天然的天然产物”，为快速筛选非耐药和抗药性新型聚酮类抗生素奠定了基础。

93 同时，对紫杉醇生物合成过程中相关的基因和酶也有了一定认识。动物代谢产物生物合成研究中，对乙酰辅酶A-异戊烯焦膦酸酯-角鲨烯环氧化物-羊毛甾醇-胆固醇-甾体激素，这一生物合成链不同环节的多种催化酶和相关基因已有了较系统的认识，完成了大部分酶的分离、功能研究和相关基因的克隆与表达。在阐明甾体化合物在生物体中的作用和功能的同时，也为与其相关的人类疾病治疗提供了理论基础。同时，有关真菌、霉菌、昆虫和海洋生物中，与酶和基因相关的甾体和三萜类化合物生物合成和结构转化研究已有了一定的积累。通过生物工程的方法进行天然的生物转化、调控及其生物合成途径的研究，为天然产物化学的生物研究方法注入了新的活力，开辟了更广阔的前景。

94 (3)微生物发酵和酶法生产天然产物 微生物及酶作为生物催化剂具有很高的催化功能、底物特异性和反应特异性。近十多年来，随着生物技术的发展，微生物及酶催化反应越来越多地被有机化学家作为一种手段用于有机合成，特别是催化不对称合成反应，进行光活性化合物(包括天然产物)的合成，目前，超过2000种以上的酶已被人们认识，其中约200多种在市场上有出售，尤以脂肪酶和蛋白酶在合成上常用。 从葡萄糖经酵母发酵与化学转化制备D-(-)-麻黄碱是酶法与化学法结合的第一个成功例子，利用生物酶催化反应进行活性天然产物结构选择性修饰、改造、转化、全合成，以及有机化合物合成的研究已有很多成功的实例，尤其在核酸、核苷酸和碳水化合物的酶催化领域，近年来取得了显著进展。

95 (4)天然产物的仿生合成 生物在自然界中长期进化，发展成为一个能十分有效地进行化学反应、能量转化和物质输送的完整体系，生物体内的这些过程都是在温和条件下、高效、专一地进行，这就吸引了人们从分子水平上模拟生物的这些功能。仿生有机合成就是模拟生物体内的反应来进行有机合成，以制取人们需要的物质。 例如，日本有机化学家Yagi 1909年从虎皮楠的树皮和树叶(治疗哮喘) 中分离鉴定出30余种生物碱，其中有一含量大的生物碱,methyl homodaphniphyllate，该化合物含有5个环、8个手性碳，全合成相当复杂，要用很多步化学反应且收率很低。

96 我国天然产物资源丰富，仅植物就有四万多种。祖国医药学为中草药的应用积累了极其丰富的经验，因此我国天然产物的研究有得天独厚的基础。
4.国内天然产物化学的研究 我国天然产物资源丰富，仅植物就有四万多种。祖国医药学为中草药的应用积累了极其丰富的经验，因此我国天然产物的研究有得天独厚的基础。 为我国天然有机化学的研究与发展作出卓越的贡献的前辈：赵承瑕、黄鸣龙、曾广方、傅丰永、林启寿、朱子清、汪猷、邢其毅、高怡生、梁晓天、黄量、陈耀祖等。 50年代末，完成了莲子芯碱与南瓜子氨酸的化学结构的研究，并经全合成证明。以后又先后完成了一叶荻碱，清风藤碱、山莨菪碱，樟柳碱，秦艽甲乙素，补骨脂甲乙素与使君子氨酸等一批新化合物的结构研究。到目前为止，我国科学家独立完成的新结构研究至少在1000个以上。

97 我国对微量的、有生物活性的有应用前景化合物的研究工作水平已达到或接近世界先进水平。
已批量生产用于临床的药物：治高血压的利血平，抗癌药长春新碱，子宫收缩药麦角新碱，治小儿麻痹后遗症的加兰他敏，一叶秋碱，强心药西地兰与狄戈辛等，抗癌药羟基喜树碱，抗白血病药高三尖杉酯碱。止疼镇静药物延胡索乙素(即四氢巴马汀)。新型男性不育化合物棉酚等。 从事天然产物化学研究的单位：中国科学院，中国医学科学院，中医研究院与国家医药总局有关的研究机构或研究室，高等院校的研究室，各省市的中药或药物研究所。