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书名:中*化学
定价:59.8
ISBN:9787030529169
作者:何昱
版次:1
出版时间:2017-06
内容提要:
本教材以“表述清晰、准确、易懂,能够激发学习兴趣”为编写指导原则,详细介绍了中*中具有生物活性、能够防病治病的有效化学成分。教材共分十二章,在总结归纳中*化学成分提取、分离和鉴定方法的基础上,系统介绍了各类型中*化学成分的结构特征、理化性质、提取分离、鉴别检识和结构鉴定等理论知识和技能,探讨了化学成分结构与药效之间的相关性,并例举了代表性中*的研究实例。同时,本教材还编写了各章内容提要、思考题及反应视频、显色照片、波谱谱图、背景知识等扩展阅读内容,以二维码的形式展现,从而帮助学习者更好地掌握本课程的内容,提高自主学习的能力。
目录:
目录
第*章 绪论 001
第*节 中*化学的涵义和主要研究对象 001
第二节 中*化学的主要研究内容 002
第三节 中*化学的学科地位和研究意义 004
第二章 中*化学成分提取、分离和结构鉴定的一般方法 007
第*节 中*化学成分简介 007
第二节 中*化学成分的常用提取方法 010
第三节 中*化学成分的常用分离方法 013
第四节 中*化学成分的结构研究方法 024
第三章 糖类和苷类化合物 042
第*节 糖类化合物 042
第二节 苷类化合物 055
第三节 含氰苷类化合物的中*实例 070
第四章 醌类化合物 072
第*节 醌类化合物的结构、分类与生物活性 073
第二节 醌类化合物的理化性质 079
第三节 醌类化合物的提取与分离 083
第四节 醌类化合物的检识 085
第五节 醌类化合物的结构测定 086
第六节 含醌类化合物的中*实例 093
第五章 苯丙素类化合物 097
第*节 概述 097
第二节 简单苯丙素类化合物 097
第三节 香豆素类化合物 100
第四节 木脂素 110
第六章 黄酮类化合物 125
第*节 黄酮类化合物的结构与分类 127
第二节 黄酮类化合物的理化性质及显色反应 137
第三节 黄酮类化合物的提取与分离 143
第四节 黄酮类化合物的检识 147
第五节 黄酮类化合物的结构研究 148
第六节 含黄酮类化合物的中*实例 165
第七章 萜类化合物和挥发油 170
第二节 挥发油 198
第八章 三萜类化合物 208
第*节 概述 208
第二节 三萜类化合物的结构与分类 208
第三节 三萜类化合物的理化性质和溶血作用 221
第四节 三萜类化合物的提取与分离 223
第五节 三萜类化合物的检识及结构鉴定 227
第九章 甾体类化合物 232
第*节 概述 232
第二节 强心苷类化合物 233
第三节 甾体皂苷 249
第四节 其他甾体化合物 259
第十章 生物碱 264
第*节 概述 264
第二节 生物碱的结构与分类 265
第三节 生物碱的理化性质 274
第四节 生物碱的提取分离 282
第五节 生物碱的检识 287
第六节 生物碱的结构测定 290
第七节 含生物碱的中*实例 293
第十一章 鞣质 301
第*节 鞣质的化学结构与分类 301
第二节 鞣质的理化性质 308
第三节 鞣质的提取与分离 309
第四节 鞣质的检识 311
第五节 鞣质的研究实例 312
第十二章 其他成分 317
第*节 有机酸类化合物 317
第二节 有机含硫化合物 321
第三节 氨基酸、环肽、蛋白质和酶 323
在线试读:
第*章绪论
第*节中*化学的涵义和主要研究对象
中*化学( chemistry of Chinese materia medica)是一门以中医药基本理论和临床用药经验为指导,运用现代科学技术与方法研究中*中化学成分(以有效成分或有效部位为主)的学科。
在中*化学的涵义中,有三个核心方面。其一,中医药是几千年临床经验的积淀,为人类的生命健康提供了有力的保证。在人类运用中医药防病治病的过程中,逐步形成和完善了“辨证论治”、“四气五味”等理论。在“辨证论治”的基础上,依据病症的不同,结合中*药性,遣方用药,从而发挥*佳的治*作用。中*的性味归经、功效应用,为中*化学成分的研究提供了*直接的借鉴。例如,中*青蒿来自菊科植物黄花蒿 Artemisia annua L.的干燥地上部分,中医认为其具有截疟的作用,可以用于疟疾的治*。正是在这一临床经验的指导下,我国学者对青蒿进行了成分的提取分离和药效活性成分的跟踪,确定了其抗疟的有效成分——青蒿素(artemisinin)。青蒿素类药物对于疟疾等疾病的治*效果显著,在全球范围内挽救了数以百万人的生命,上亿人受益于青蒿素联合疗法,青蒿素类化合物现已成为国际抗疟疾*选药物。而在青蒿素之前,治*疟疾的主要药物是从茜草科植物金鸡纳树Cinchona ledgeriana(Howard)Moens et Trim.的树皮中分离得到的奎宁。在化学结构上,青蒿素属于具有过氧基团的倍半萜内酯类化合物,奎宁属于含氮的生物碱,两者在结构上存在着显著的差异,可以说,如果没有中医药理论的指导,我们即便从青蒿中提取分离得到了青蒿素,也不一定能发现其具有的抗疟活性。
其二,中*是在中医理论指导下用于预防、治*疾病或调节人体功能的药物。中*源自天然,来源于植物、动物、矿物、微生物及海洋生物等,其中植物药占90%以上,因而中*化学的研究内容与天然药物化学(chemistry of natural medicine)、植物化学(phytochemistry)的研究内容十分相近。但是,与天然药物化学和植物化学相比,中*化学的研究可以在中医药理论指导下,结合临床用药经验来进行,这也是其优势和特色所在。
其三,中*化学的研究对象是中*中防治疾病的物质基础——化学成分,特别是其中的有效成分或有效部位,这是因为中*所含的化学成分复杂,数目众多,不同的中*化学成分结构类型不同,性质也各异,就我们现有的研究水平无法将任何一种中*的所有化学成分研究清楚,故只能将研究的重点放在中*中具有生物活性的化学成分上。中*中具有生物活性,能起到防病治病作用的单一化学成分,称为有效成分。例如,麻黄中的麻黄碱能够松弛支气管平滑肌,增加代谢,诱发出汗,而丹参中的丹参酮ⅡA具有扩张冠状动脉、降低血压、抗血栓等作用,它们都是中*中发挥药效的有效成分。与有效成分相对应的,是中*中具有生物活性,能起到防病治病作用的非单一化学成分,即有效部位。有效部位可能是几种或者是几十种乃至是几百种成分的混合物。例如,麻黄中除了麻黄碱外,还有伪麻黄碱、甲基麻黄碱等也能发挥与麻黄碱的类似功效,这些成分合称为麻黄总生物碱。丹参除丹参酮ⅡA外,还含有丹参酮Ⅰ、丹参酮ⅡB、隐丹参酮等有效成分,合称为丹参总醌。虽然在不少期刊论著中,有效成分和有效部位常常被混称为有效成分,但在中*新药的研发中,未在国内上市销售的从中*、天然药物中提取的有效成分及其制剂为一类新药;而未在国内上市销售的从中*、天然药物中提取的有效部位制成的制剂为五类新药,两者在申报要求和所需资料上存在着较大的差异。
与有效成分或有效部位相对应的,是中*中不具有生物活性,不能起到防病治病作用的化学成分,谓之无效成分。例如,中*中的糖类、蛋白质、叶绿素、油脂等一般认为是维持植物自身生命活动的基本物质,不具有生物活性,是无效成分。但值得注意的是,中*中有效成分和无效成分的划分是相对的,是发展变化的。一些过去认为是无效成分的化合物,现在发现它们具有新的生物活性。例如,现已证实天花粉蛋白具有引产作用,可以用于终止早期及中期妊娠;黄芪多糖、人参多糖等能增强机体免疫力,它们都是中*中的有效成分或有效部位。此外,一些中*的药效活性成分,也在人类不断的认知过程中被修正,如麝香中抗炎的有效成分原以为是其含有的大环化合物——麝香酮,而现在研究发现,麝香的抗炎活性更主要地来自其水溶性多肽类成分。丹参的有效成分原来认为是脂溶性的丹参酮类化合物,现在发现水溶性的酚酸类成分也具有类似的作用,也是其有效成分,它们都是丹参活血化瘀的物质基础。
第二节中*化学的主要研究内容
中*化学主要研究中*中化学成分(主要是有效成分)的结构分类、理化性质、提取分离、结构鉴定、结构改造与修饰、构效关系及生物合成等内容。
这其中,中*化学成分的结构、理化性质、提取分离和结构鉴定是中*化学*基本的研究内容。这是因为,中*中防病治病的化学成分按照结构的不同,可以分成醌类、苯丙素类、黄酮类、萜类和挥发油、三萜类、甾体类、生物碱、鞣质等多种类型,它们结构上的差异决定了溶解性、酸碱性等理化性质的差异,这些理化性质上的差异又决定了它们提取分离方法上的差异。而中*化学成分的提取分离不仅是其进一步结构鉴定的基础,也是中*或中*复方进行药效探讨或剂型改革的前提。采用合理的提取分离手段获得其中的有效成分并解析相应的化学结构是中*化学研究的重要内容之一。因此,中*化学课程对每一类中*化学成分的介绍,均是按照结构与分类、理化性质、提取与分离、检识与结构鉴定的基本模式展开,这一部分内容也是中*化学课程中要求重点掌握的知识体系。
中*化学的第二部分研究内容,是化学成分的结构改造和修饰。对有效成分进行化学结构的改造,从而改变药物的理化性质乃至体内生物利用度和治*指数等,制备出疗效更好、毒副作用更小的新药。例如,在对青蒿中发现的青蒿素进行理化性质的研究过程中发现,青蒿素在水和油中的溶解度都不好,阻碍了其临床疗效的发挥。为此,对青蒿素进行了一系列的结构改造与修饰,极大地提高了青蒿素的生物利用度和抗疟效价。青蒿素结构中的羰基可先还原成羟基,再甲基化成甲氧基,合成为蒿甲醚(artemether)。蒿甲醚可溶于注射用油,以肌内注射应用于临床,从而使抗疟效果提高了14倍。也可将青蒿素与琥珀酸反应,制成青蒿素琥珀酸单酯(青蒿琥酯,artesunate),青蒿素琥珀酸单酯临用前用5%碳酸氢钠注射液溶解后供静脉注射用,用于脑型疟及各种危重疟疾的抢救。
中*化学成分的结构与其药效之间存在的密切联系——构效关系也是中*化学探讨的内容。化学结构的改变,会引起生物活性的降低或消失,如青蒿素通过氢化可以得到脱去过氧基团的氢化青蒿素,其抗疟活性彻底消失,从而说明过氧基是青蒿素发挥药效的必要基团;强心苷甾体母核的C/D环必须是顺式稠合,才有强心作用。因此,在对中*化学成分进行结构改造或修饰时,首先要研究分析不同活性分子的结构和构象差异,总结其活性发挥所必需的结构及其与药理(毒理)作用之间的规律,以保留相应的结构部位。
生物合成指的是中*化学成分在生物体内的转变过程。通过阐明化学成分在体内的生源与合成过程,了解前体、中间体与终产物之间的关系,不仅有助于这些化学成分的化学合成和仿生合成,还可以人为地对这些化学成分的合成进行生物调控,有利于定向合成所需要的化学成分。生物合成与生物转化是中*化学正在逐步深入的研究方向。
中*化学成分的生物合成途径主要有:①乙酸-丙二酸途径(合成脂肪酸类、酚类和醌类等化合物);②甲戊二羟酸途径(合成萜类、甾体化合物);③桂皮酸途经(合成苯丙素类化合物);④氨基酸途径(合成生物碱类化合物);⑤复合途径(由前述任两种途径共同合成化合物分子,如合成黄酮类化合物)。
第三节中*化学的学科地位和研究意义
一、中*化学的学科地位
作为中*学学科知识体系的重要组成部分,中*化学兼具应用基础和应用方向的双重性质,它不仅构建在无机化学、有机化学、分析化学、仪器分析、药用植物学等的知识体系之上,还与中*药剂学、中*鉴定学、中*药理学、中*炮制学等的知识体系交互融合、交互渗透。中*化学作为主干和桥梁,与其他课程共同构建了中*学的学科知识体系,以培养应用能力和综合素质全面优化的中*学专业人才。
二、中*化学的研究意义
1.明确中*防病治病的物质基础
中*中所含的化学成分,是中*防病治病的物质基础。通过将现代的科学技术引入传统的中医药理论,对中*中所含有的化学组分进行提取分离、结构鉴定,结合药效试验确定活性组分,对解密中*防治疾病的作用机制,促进中*现代化具有重要意义。例如,人参为补益类名贵中*,具有大补元气、复脉固脱、补脾益肺、生津养血、安神益智的功效。目前已在人参药材中发现了皂苷、多糖、挥发油、蛋白质、有机酸、维生素等多种类型的化合物。这其中,人参皂苷是人参的主要有效部位,在人参中的总含量可达到5%左右,它包含了人参皂苷Rg1、Re、Rb1等三十多种有效成分,发挥着抗休克、快速缓解疲劳、改善学习记忆、延缓衰老、兴奋中枢神经、抑制血小板凝集、抗肿瘤等诸多药理作用。红花为经典的活血化瘀类药物,功效活血通经、散瘀止痛。从红花中已分离出黄酮类、生物碱类、有机酸类和甾体类等200多种化合物,其中以羟基红花黄色素A为代表的黄酮类化合物是红花防病治病的物质基础,现已证实,羟基红花黄色素A能够抗氧化、抗血栓、舒张血管、改善微循环等,对心脑血管疾病有良好的预防和治*效果。红花药材中,除了羟基红花黄色素A外,脱水红花黄色素B、红花红色素等组分也可以抗血小板聚集、提升耐缺氧能力,它们共同发挥着活血化瘀的药效作用。
2.阐释中*药性理论
中*药性理论体系是中医药理论体系的重要组成部分,是临证立法、配伍组方的重要依据,包括有四气、五味、归经、升降浮沉、十八反和十九畏等基本内容。中*化学研究的开展,为认识中*药性各性能的内在关联性和开展药性的科学内涵研究提供了有益的线索。例如,辛味药主要含有挥发油,其次是苷类和生物碱;酸味药含有有机酸或鞣质;苦味药以生物碱和苷类成分为多。荆芥中的挥发油具有挥发性,是辛味的物质基础,具有“宣”“散”的作用,又是该药“解表”的药效物质基础;黄连味苦,苦能泄热,黄连中的异喹啉类生物碱既是黄连的“苦味”物质基础,也是清热解毒的功效成分。但是,由于药性理论形成的历史悠久,内容繁杂,中*药性理论研究尚未取得实质性突破。为此,有学者提出了用化学生物学实质表征中*药性理论的路径,尝试系统地揭示中*药性的物质基础与作用原理。
3.探讨中*药对、复方配伍机制
在中医药理论指导及辨证论治的前提下,通过合理有效的中*配伍组成方剂应用于临床,是中医药治*疾病的一大特色。方剂是中医临床用药的重要形式,方剂的*小元素为单味中*,其次为药对。中*药对或复方配伍过程中会发生复杂的化学成分变化,从而改变中*中有效成分或毒性成分的溶出率,或形成新的化学物质,以增强疗效,降低毒副作用。例如,人参麦冬药对配伍后,人参中的8种皂苷成分发生显著变化,其中人参皂苷Rg1、Re、Rb1和丙二酸甲酰基人参皂苷Rb1的含量减少,而人参皂苷Rb3、丙二酸甲酰基人参皂苷Rb2、丙二酸甲酰基人参皂苷Rc、人参皂苷Rf的含量增加,说明麦冬与人参配伍改变了人参皂苷类成分的含量,这可能是麦冬配伍人参作用的物质基础。再如马钱子中的主要生物碱士的宁和马钱子碱既是其有效成分,也是其毒性成分,配伍甘草后两者含量均有不同程度的降低,其中士的宁的含量下降显著,提示了甘草的减毒作用。大黄牡丹汤是治*肠痈的代表方剂,对组方药味大黄中大黄酸的含量测定结果表明,配伍后结合型大黄酸含量降低,游离大黄酸含量增加,推断大黄与各配伍药材在共同煎煮过程中,配伍药材中某种或某些共存组分可能加速了结合型大黄酸的氧化、水解,甚或生成其他物质,也可能对游离大黄酸产生助溶、增溶作用。因此,通过中*药对或复方配伍前后化学成分的变化情况,探讨方剂的使用原则,对于深入了解中*复方配伍使用规律、保证临床安全用药有着重要的指导意义。
4.提供中*炮制的现代科学依据
中*炮制是根据中医药理论,按照辨证论治用药需要、药物自身性质及调剂与制剂的不同要求所采取的一项制药技术。中*经过加工炮制以后,药性和临床功效都发生了明显变化,其中的机制与炮制过程中化学成分的变化密切相关。例如,甘草生品能清热解毒、润肺止咳,经蜜制后则能补脾益气,抗炎作用明显增强。研究表明,甘草炮制过程中,黄酮苷类成分甘草素芹菜糖苷和异甘草素芹菜糖苷发生水解反应,失去糖链,生成甘草素和异甘草素,皂苷类成分甘草酸也会发生水解反应产生新的成分18β-甘草次酸,这些是甘草蜜制后抗炎作用增强的重要物质基础。又如马钱子具有通络止痛、消肿散结的功效,炮制后药理作用和生品接近,但毒性大大降低,原因主要是由于其生物碱类成分士的宁和马钱子碱在高温条件下发生分解及氧化反应,含量降低所导致的。此外,作为一项传统技术,炮制的程度往往随操作者的经验不同而有差异,没有客观标准可循,如炒法中炒黄或炒炭等,而运用现代的科学技术与方法对中*中的有效成分进行定性或定量的分析,就能较为准确地控制炮制品的规格与质量,监控炮制的过程。
5.研发新药、扩大药源
从中*中寻找有效成分,或以之为前体进行结构的改造与修饰,通过与中*药理学、药剂学和临床医学等的相互配合,研制安全、有效的新药,是国内外新药开发的重要模式。从中*中提取或衍生的许多药物,如盐酸小檗碱(黄连素)、麻黄碱、延胡索乙素、阿托品、哌替啶、洋地黄毒苷、蒿甲醚、丹参酮ⅡA、利血平、天麻素等,在临床上获得了广泛的应用。
此外,有些有效成分在中*中的含量很低,或者其药用原植物资源有限,可以利用植物亲缘关系相近,含有的化学成分也相近的规律来寻找或扩大药源。例如,抗*消炎的小檗碱,*初是从毛茛科植物黄连中分离得到的,但黄连原植物生长缓慢,资源有限,而在小檗科植物三颗针、防己科植物古山龙中也发现含有小檗碱,这些植物已成为工业上生产小檗碱的主要原料。许多的药用成分现在也可以通过植物组织(细胞)培养获得,从各种植物培养物中产生的中*化学成分包括人参皂苷、三七皂苷、甘草皂苷、甜菊苷、柴胡皂苷、薯蓣皂苷、地高辛、熊果酸、莨菪碱、东莨菪碱、小檗碱、蛇根碱、萝芙木碱、迷迭香酸等。植物组织培养技术为那些自然界不能大量提供,且化学结构复杂因而难以利用化学方法合成的中*有效成分,提供了新的生产和研究途径。
自2017年7月1日起,《中华人民共和国中医药法》正式实施,该法的颁布旨在继承和弘扬中医药,扶持和促进中医药事业发展。与此同时,各种提取、分离、检测技术日新月异。超高压提取、酶解、微波萃取、半仿生提取、真空冷冻干燥、闪式提取等提取技术;膜分离、双水相萃取、泡沫分离(又称泡沫吸附分离)、分子印迹、分子蒸馏等分离方法;UPLC/Q-TOF-MS、UPLC/MALDI-TOF-MS等液质联用定性定量技术正逐步深入到中*化学研究领域中。围绕基于细胞模型的活性成分筛选、高通量中*化合物鉴定等的新技术和新方法不断发展,为高效灵敏地分离、筛选、鉴定中*中的有效成分,准确可靠地评价和控制中*的质量,提供了新的模式。
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定价:59.8
ISBN:9787030529169
作者:何昱
版次:1
出版时间:2017-06
内容提要:
本教材以“表述清晰、准确、易懂,能够激发学习兴趣”为编写指导原则,详细介绍了中*中具有生物活性、能够防病治病的有效化学成分。教材共分十二章,在总结归纳中*化学成分提取、分离和鉴定方法的基础上,系统介绍了各类型中*化学成分的结构特征、理化性质、提取分离、鉴别检识和结构鉴定等理论知识和技能,探讨了化学成分结构与药效之间的相关性,并例举了代表性中*的研究实例。同时,本教材还编写了各章内容提要、思考题及反应视频、显色照片、波谱谱图、背景知识等扩展阅读内容,以二维码的形式展现,从而帮助学习者更好地掌握本课程的内容,提高自主学习的能力。
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第*章 绪论 001
第*节 中*化学的涵义和主要研究对象 001
第二节 中*化学的主要研究内容 002
第三节 中*化学的学科地位和研究意义 004
第二章 中*化学成分提取、分离和结构鉴定的一般方法 007
第*节 中*化学成分简介 007
第二节 中*化学成分的常用提取方法 010
第三节 中*化学成分的常用分离方法 013
第四节 中*化学成分的结构研究方法 024
第三章 糖类和苷类化合物 042
第*节 糖类化合物 042
第二节 苷类化合物 055
第三节 含氰苷类化合物的中*实例 070
第四章 醌类化合物 072
第*节 醌类化合物的结构、分类与生物活性 073
第二节 醌类化合物的理化性质 079
第三节 醌类化合物的提取与分离 083
第四节 醌类化合物的检识 085
第五节 醌类化合物的结构测定 086
第六节 含醌类化合物的中*实例 093
第五章 苯丙素类化合物 097
第*节 概述 097
第二节 简单苯丙素类化合物 097
第三节 香豆素类化合物 100
第四节 木脂素 110
第六章 黄酮类化合物 125
第*节 黄酮类化合物的结构与分类 127
第二节 黄酮类化合物的理化性质及显色反应 137
第三节 黄酮类化合物的提取与分离 143
第四节 黄酮类化合物的检识 147
第五节 黄酮类化合物的结构研究 148
第六节 含黄酮类化合物的中*实例 165
第七章 萜类化合物和挥发油 170
第二节 挥发油 198
第八章 三萜类化合物 208
第*节 概述 208
第二节 三萜类化合物的结构与分类 208
第三节 三萜类化合物的理化性质和溶血作用 221
第四节 三萜类化合物的提取与分离 223
第五节 三萜类化合物的检识及结构鉴定 227
第九章 甾体类化合物 232
第*节 概述 232
第二节 强心苷类化合物 233
第三节 甾体皂苷 249
第四节 其他甾体化合物 259
第十章 生物碱 264
第*节 概述 264
第二节 生物碱的结构与分类 265
第三节 生物碱的理化性质 274
第四节 生物碱的提取分离 282
第五节 生物碱的检识 287
第六节 生物碱的结构测定 290
第七节 含生物碱的中*实例 293
第十一章 鞣质 301
第*节 鞣质的化学结构与分类 301
第二节 鞣质的理化性质 308
第三节 鞣质的提取与分离 309
第四节 鞣质的检识 311
第五节 鞣质的研究实例 312
第十二章 其他成分 317
第*节 有机酸类化合物 317
第二节 有机含硫化合物 321
第三节 氨基酸、环肽、蛋白质和酶 323
在线试读:
第*章绪论
第*节中*化学的涵义和主要研究对象
中*化学( chemistry of Chinese materia medica)是一门以中医药基本理论和临床用药经验为指导,运用现代科学技术与方法研究中*中化学成分(以有效成分或有效部位为主)的学科。
在中*化学的涵义中,有三个核心方面。其一,中医药是几千年临床经验的积淀,为人类的生命健康提供了有力的保证。在人类运用中医药防病治病的过程中,逐步形成和完善了“辨证论治”、“四气五味”等理论。在“辨证论治”的基础上,依据病症的不同,结合中*药性,遣方用药,从而发挥*佳的治*作用。中*的性味归经、功效应用,为中*化学成分的研究提供了*直接的借鉴。例如,中*青蒿来自菊科植物黄花蒿 Artemisia annua L.的干燥地上部分,中医认为其具有截疟的作用,可以用于疟疾的治*。正是在这一临床经验的指导下,我国学者对青蒿进行了成分的提取分离和药效活性成分的跟踪,确定了其抗疟的有效成分——青蒿素(artemisinin)。青蒿素类药物对于疟疾等疾病的治*效果显著,在全球范围内挽救了数以百万人的生命,上亿人受益于青蒿素联合疗法,青蒿素类化合物现已成为国际抗疟疾*选药物。而在青蒿素之前,治*疟疾的主要药物是从茜草科植物金鸡纳树Cinchona ledgeriana(Howard)Moens et Trim.的树皮中分离得到的奎宁。在化学结构上,青蒿素属于具有过氧基团的倍半萜内酯类化合物,奎宁属于含氮的生物碱,两者在结构上存在着显著的差异,可以说,如果没有中医药理论的指导,我们即便从青蒿中提取分离得到了青蒿素,也不一定能发现其具有的抗疟活性。
其二,中*是在中医理论指导下用于预防、治*疾病或调节人体功能的药物。中*源自天然,来源于植物、动物、矿物、微生物及海洋生物等,其中植物药占90%以上,因而中*化学的研究内容与天然药物化学(chemistry of natural medicine)、植物化学(phytochemistry)的研究内容十分相近。但是,与天然药物化学和植物化学相比,中*化学的研究可以在中医药理论指导下,结合临床用药经验来进行,这也是其优势和特色所在。
其三,中*化学的研究对象是中*中防治疾病的物质基础——化学成分,特别是其中的有效成分或有效部位,这是因为中*所含的化学成分复杂,数目众多,不同的中*化学成分结构类型不同,性质也各异,就我们现有的研究水平无法将任何一种中*的所有化学成分研究清楚,故只能将研究的重点放在中*中具有生物活性的化学成分上。中*中具有生物活性,能起到防病治病作用的单一化学成分,称为有效成分。例如,麻黄中的麻黄碱能够松弛支气管平滑肌,增加代谢,诱发出汗,而丹参中的丹参酮ⅡA具有扩张冠状动脉、降低血压、抗血栓等作用,它们都是中*中发挥药效的有效成分。与有效成分相对应的,是中*中具有生物活性,能起到防病治病作用的非单一化学成分,即有效部位。有效部位可能是几种或者是几十种乃至是几百种成分的混合物。例如,麻黄中除了麻黄碱外,还有伪麻黄碱、甲基麻黄碱等也能发挥与麻黄碱的类似功效,这些成分合称为麻黄总生物碱。丹参除丹参酮ⅡA外,还含有丹参酮Ⅰ、丹参酮ⅡB、隐丹参酮等有效成分,合称为丹参总醌。虽然在不少期刊论著中,有效成分和有效部位常常被混称为有效成分,但在中*新药的研发中,未在国内上市销售的从中*、天然药物中提取的有效成分及其制剂为一类新药;而未在国内上市销售的从中*、天然药物中提取的有效部位制成的制剂为五类新药,两者在申报要求和所需资料上存在着较大的差异。
与有效成分或有效部位相对应的,是中*中不具有生物活性,不能起到防病治病作用的化学成分,谓之无效成分。例如,中*中的糖类、蛋白质、叶绿素、油脂等一般认为是维持植物自身生命活动的基本物质,不具有生物活性,是无效成分。但值得注意的是,中*中有效成分和无效成分的划分是相对的,是发展变化的。一些过去认为是无效成分的化合物,现在发现它们具有新的生物活性。例如,现已证实天花粉蛋白具有引产作用,可以用于终止早期及中期妊娠;黄芪多糖、人参多糖等能增强机体免疫力,它们都是中*中的有效成分或有效部位。此外,一些中*的药效活性成分,也在人类不断的认知过程中被修正,如麝香中抗炎的有效成分原以为是其含有的大环化合物——麝香酮,而现在研究发现,麝香的抗炎活性更主要地来自其水溶性多肽类成分。丹参的有效成分原来认为是脂溶性的丹参酮类化合物,现在发现水溶性的酚酸类成分也具有类似的作用,也是其有效成分,它们都是丹参活血化瘀的物质基础。
第二节中*化学的主要研究内容
中*化学主要研究中*中化学成分(主要是有效成分)的结构分类、理化性质、提取分离、结构鉴定、结构改造与修饰、构效关系及生物合成等内容。
这其中,中*化学成分的结构、理化性质、提取分离和结构鉴定是中*化学*基本的研究内容。这是因为,中*中防病治病的化学成分按照结构的不同,可以分成醌类、苯丙素类、黄酮类、萜类和挥发油、三萜类、甾体类、生物碱、鞣质等多种类型,它们结构上的差异决定了溶解性、酸碱性等理化性质的差异,这些理化性质上的差异又决定了它们提取分离方法上的差异。而中*化学成分的提取分离不仅是其进一步结构鉴定的基础,也是中*或中*复方进行药效探讨或剂型改革的前提。采用合理的提取分离手段获得其中的有效成分并解析相应的化学结构是中*化学研究的重要内容之一。因此,中*化学课程对每一类中*化学成分的介绍,均是按照结构与分类、理化性质、提取与分离、检识与结构鉴定的基本模式展开,这一部分内容也是中*化学课程中要求重点掌握的知识体系。
中*化学的第二部分研究内容,是化学成分的结构改造和修饰。对有效成分进行化学结构的改造,从而改变药物的理化性质乃至体内生物利用度和治*指数等,制备出疗效更好、毒副作用更小的新药。例如,在对青蒿中发现的青蒿素进行理化性质的研究过程中发现,青蒿素在水和油中的溶解度都不好,阻碍了其临床疗效的发挥。为此,对青蒿素进行了一系列的结构改造与修饰,极大地提高了青蒿素的生物利用度和抗疟效价。青蒿素结构中的羰基可先还原成羟基,再甲基化成甲氧基,合成为蒿甲醚(artemether)。蒿甲醚可溶于注射用油,以肌内注射应用于临床,从而使抗疟效果提高了14倍。也可将青蒿素与琥珀酸反应,制成青蒿素琥珀酸单酯(青蒿琥酯,artesunate),青蒿素琥珀酸单酯临用前用5%碳酸氢钠注射液溶解后供静脉注射用,用于脑型疟及各种危重疟疾的抢救。
中*化学成分的结构与其药效之间存在的密切联系——构效关系也是中*化学探讨的内容。化学结构的改变,会引起生物活性的降低或消失,如青蒿素通过氢化可以得到脱去过氧基团的氢化青蒿素,其抗疟活性彻底消失,从而说明过氧基是青蒿素发挥药效的必要基团;强心苷甾体母核的C/D环必须是顺式稠合,才有强心作用。因此,在对中*化学成分进行结构改造或修饰时,首先要研究分析不同活性分子的结构和构象差异,总结其活性发挥所必需的结构及其与药理(毒理)作用之间的规律,以保留相应的结构部位。
生物合成指的是中*化学成分在生物体内的转变过程。通过阐明化学成分在体内的生源与合成过程,了解前体、中间体与终产物之间的关系,不仅有助于这些化学成分的化学合成和仿生合成,还可以人为地对这些化学成分的合成进行生物调控,有利于定向合成所需要的化学成分。生物合成与生物转化是中*化学正在逐步深入的研究方向。
中*化学成分的生物合成途径主要有:①乙酸-丙二酸途径(合成脂肪酸类、酚类和醌类等化合物);②甲戊二羟酸途径(合成萜类、甾体化合物);③桂皮酸途经(合成苯丙素类化合物);④氨基酸途径(合成生物碱类化合物);⑤复合途径(由前述任两种途径共同合成化合物分子,如合成黄酮类化合物)。
第三节中*化学的学科地位和研究意义
一、中*化学的学科地位
作为中*学学科知识体系的重要组成部分,中*化学兼具应用基础和应用方向的双重性质,它不仅构建在无机化学、有机化学、分析化学、仪器分析、药用植物学等的知识体系之上,还与中*药剂学、中*鉴定学、中*药理学、中*炮制学等的知识体系交互融合、交互渗透。中*化学作为主干和桥梁,与其他课程共同构建了中*学的学科知识体系,以培养应用能力和综合素质全面优化的中*学专业人才。
二、中*化学的研究意义
1.明确中*防病治病的物质基础
中*中所含的化学成分,是中*防病治病的物质基础。通过将现代的科学技术引入传统的中医药理论,对中*中所含有的化学组分进行提取分离、结构鉴定,结合药效试验确定活性组分,对解密中*防治疾病的作用机制,促进中*现代化具有重要意义。例如,人参为补益类名贵中*,具有大补元气、复脉固脱、补脾益肺、生津养血、安神益智的功效。目前已在人参药材中发现了皂苷、多糖、挥发油、蛋白质、有机酸、维生素等多种类型的化合物。这其中,人参皂苷是人参的主要有效部位,在人参中的总含量可达到5%左右,它包含了人参皂苷Rg1、Re、Rb1等三十多种有效成分,发挥着抗休克、快速缓解疲劳、改善学习记忆、延缓衰老、兴奋中枢神经、抑制血小板凝集、抗肿瘤等诸多药理作用。红花为经典的活血化瘀类药物,功效活血通经、散瘀止痛。从红花中已分离出黄酮类、生物碱类、有机酸类和甾体类等200多种化合物,其中以羟基红花黄色素A为代表的黄酮类化合物是红花防病治病的物质基础,现已证实,羟基红花黄色素A能够抗氧化、抗血栓、舒张血管、改善微循环等,对心脑血管疾病有良好的预防和治*效果。红花药材中,除了羟基红花黄色素A外,脱水红花黄色素B、红花红色素等组分也可以抗血小板聚集、提升耐缺氧能力,它们共同发挥着活血化瘀的药效作用。
2.阐释中*药性理论
中*药性理论体系是中医药理论体系的重要组成部分,是临证立法、配伍组方的重要依据,包括有四气、五味、归经、升降浮沉、十八反和十九畏等基本内容。中*化学研究的开展,为认识中*药性各性能的内在关联性和开展药性的科学内涵研究提供了有益的线索。例如,辛味药主要含有挥发油,其次是苷类和生物碱;酸味药含有有机酸或鞣质;苦味药以生物碱和苷类成分为多。荆芥中的挥发油具有挥发性,是辛味的物质基础,具有“宣”“散”的作用,又是该药“解表”的药效物质基础;黄连味苦,苦能泄热,黄连中的异喹啉类生物碱既是黄连的“苦味”物质基础,也是清热解毒的功效成分。但是,由于药性理论形成的历史悠久,内容繁杂,中*药性理论研究尚未取得实质性突破。为此,有学者提出了用化学生物学实质表征中*药性理论的路径,尝试系统地揭示中*药性的物质基础与作用原理。
3.探讨中*药对、复方配伍机制
在中医药理论指导及辨证论治的前提下,通过合理有效的中*配伍组成方剂应用于临床,是中医药治*疾病的一大特色。方剂是中医临床用药的重要形式,方剂的*小元素为单味中*,其次为药对。中*药对或复方配伍过程中会发生复杂的化学成分变化,从而改变中*中有效成分或毒性成分的溶出率,或形成新的化学物质,以增强疗效,降低毒副作用。例如,人参麦冬药对配伍后,人参中的8种皂苷成分发生显著变化,其中人参皂苷Rg1、Re、Rb1和丙二酸甲酰基人参皂苷Rb1的含量减少,而人参皂苷Rb3、丙二酸甲酰基人参皂苷Rb2、丙二酸甲酰基人参皂苷Rc、人参皂苷Rf的含量增加,说明麦冬与人参配伍改变了人参皂苷类成分的含量,这可能是麦冬配伍人参作用的物质基础。再如马钱子中的主要生物碱士的宁和马钱子碱既是其有效成分,也是其毒性成分,配伍甘草后两者含量均有不同程度的降低,其中士的宁的含量下降显著,提示了甘草的减毒作用。大黄牡丹汤是治*肠痈的代表方剂,对组方药味大黄中大黄酸的含量测定结果表明,配伍后结合型大黄酸含量降低,游离大黄酸含量增加,推断大黄与各配伍药材在共同煎煮过程中,配伍药材中某种或某些共存组分可能加速了结合型大黄酸的氧化、水解,甚或生成其他物质,也可能对游离大黄酸产生助溶、增溶作用。因此,通过中*药对或复方配伍前后化学成分的变化情况,探讨方剂的使用原则,对于深入了解中*复方配伍使用规律、保证临床安全用药有着重要的指导意义。
4.提供中*炮制的现代科学依据
中*炮制是根据中医药理论,按照辨证论治用药需要、药物自身性质及调剂与制剂的不同要求所采取的一项制药技术。中*经过加工炮制以后,药性和临床功效都发生了明显变化,其中的机制与炮制过程中化学成分的变化密切相关。例如,甘草生品能清热解毒、润肺止咳,经蜜制后则能补脾益气,抗炎作用明显增强。研究表明,甘草炮制过程中,黄酮苷类成分甘草素芹菜糖苷和异甘草素芹菜糖苷发生水解反应,失去糖链,生成甘草素和异甘草素,皂苷类成分甘草酸也会发生水解反应产生新的成分18β-甘草次酸,这些是甘草蜜制后抗炎作用增强的重要物质基础。又如马钱子具有通络止痛、消肿散结的功效,炮制后药理作用和生品接近,但毒性大大降低,原因主要是由于其生物碱类成分士的宁和马钱子碱在高温条件下发生分解及氧化反应,含量降低所导致的。此外,作为一项传统技术,炮制的程度往往随操作者的经验不同而有差异,没有客观标准可循,如炒法中炒黄或炒炭等,而运用现代的科学技术与方法对中*中的有效成分进行定性或定量的分析,就能较为准确地控制炮制品的规格与质量,监控炮制的过程。
5.研发新药、扩大药源
从中*中寻找有效成分,或以之为前体进行结构的改造与修饰,通过与中*药理学、药剂学和临床医学等的相互配合,研制安全、有效的新药,是国内外新药开发的重要模式。从中*中提取或衍生的许多药物,如盐酸小檗碱(黄连素)、麻黄碱、延胡索乙素、阿托品、哌替啶、洋地黄毒苷、蒿甲醚、丹参酮ⅡA、利血平、天麻素等,在临床上获得了广泛的应用。
此外,有些有效成分在中*中的含量很低,或者其药用原植物资源有限,可以利用植物亲缘关系相近,含有的化学成分也相近的规律来寻找或扩大药源。例如,抗*消炎的小檗碱,*初是从毛茛科植物黄连中分离得到的,但黄连原植物生长缓慢,资源有限,而在小檗科植物三颗针、防己科植物古山龙中也发现含有小檗碱,这些植物已成为工业上生产小檗碱的主要原料。许多的药用成分现在也可以通过植物组织(细胞)培养获得,从各种植物培养物中产生的中*化学成分包括人参皂苷、三七皂苷、甘草皂苷、甜菊苷、柴胡皂苷、薯蓣皂苷、地高辛、熊果酸、莨菪碱、东莨菪碱、小檗碱、蛇根碱、萝芙木碱、迷迭香酸等。植物组织培养技术为那些自然界不能大量提供,且化学结构复杂因而难以利用化学方法合成的中*有效成分,提供了新的生产和研究途径。
自2017年7月1日起,《中华人民共和国中医药法》正式实施,该法的颁布旨在继承和弘扬中医药,扶持和促进中医药事业发展。与此同时,各种提取、分离、检测技术日新月异。超高压提取、酶解、微波萃取、半仿生提取、真空冷冻干燥、闪式提取等提取技术;膜分离、双水相萃取、泡沫分离(又称泡沫吸附分离)、分子印迹、分子蒸馏等分离方法;UPLC/Q-TOF-MS、UPLC/MALDI-TOF-MS等液质联用定性定量技术正逐步深入到中*化学研究领域中。围绕基于细胞模型的活性成分筛选、高通量中*化合物鉴定等的新技术和新方法不断发展,为高效灵敏地分离、筛选、鉴定中*中的有效成分,准确可靠地评价和控制中*的质量,提供了新的模式。
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