本科《天然化合物波谱解析》课程教学方法探讨

王彦志　冯卫生　陈辉　杨云

[摘要] 《天然化合物波谱解析》是一门研究如何根据天然化合物的波谱研究其化学结构的课程，是中药学和药学专业本科生的一门难度较大的专业课程。本文从本课程与本科《仪器分析》《中药化学》《天然药物化学》等相关课程之间的衔接关系，授课内容、授课重点的选择，课堂教学的授课方式，以及与研究生《天然化合物波谱解析》课程的区别与联系等五个方面讨论本课程的教学方法和教学中应该注意的问题。

[关键词] 天然化合物波谱解析；天然化合物；教学方法

[中图分类号] Q94 [文献标识码] B [文章编号] 1674-4721（2014）02（b）-0123-03

《天然化合物波谱解析》是研究天然化合物结构的一门课程，适合于中药学、中药制药、制药工程、药物制剂等专业的本科生，是中药学、药学类专业的选修课程之一。通过本课程的学习，使学生掌握如何根据天然化合物的波谱，尤其是四大光谱即磁共振波谱（NMR）、质谱（MS）、红外光谱（IR）、紫外光谱（UV）鉴定其化学结构，并掌握各种结构类型天然化合物的主要波谱特征。

天然药物化学成分研究的重要途径就是利用各种先进的色谱分离技术将中药中所含的化学成分分离出来并鉴定结构，由于各种先进色谱技术的发展，化学成分的提取分离已经变得越来越容易，而化学成分的结构研究主要依靠波谱方法，而波谱解析相对来说比较困难，因此天然化合物的结构解析是天然药物化学成分研究的核心问题与关键步骤。笔者在多年的《中药化学》《天然药物化学》本科及硕士研究生《天然化合物波谱解析》的教学工作，积累了一些经验，于2008年编写出版了《中药化学成分波谱解析》[1]。2012年担任主编组织编写出版了全国高等院校中医药类专业卫生部“十二五”规划教材、全国高等医药教材建设研究会规划教材《波谱解析》[2]。在多年的教学科研工作和编写论著的过程中，对于本科生的波谱解析课程教学方法，积累了一些经验，现总结如下。

1 与《仪器分析》课程的联系与区别

《仪器分析》[3-5]是一门介绍各种现代仪器分析方法的物理和化学原理，仪器的结构原理、测试原理和定性定量分析方法的课程，是药学专业的必修专业课程。《天然化合物波谱解析》是在学习过《仪器分析》中的波谱理论后，对波谱理论的实践应用，会加深对波谱理论的理解。然而，波谱技术的基本原理涉及量子力学、电学、磁学和光学等广泛领域，一般的化学工作者并不精通这些领域，会觉得比较难于理解。《仪器分析》在介绍波谱解析方法时均以小分子有机化合物为研究实例，而中药化学成分的结构比较复杂，结构研究比小分子有机化合物要复杂得多，学生普遍感到比较困难。因此，《波谱解析》在介绍波谱学基础知识时，应避开量子化学等波谱基本原理，以具体天然化合物为例，侧重于介绍波谱的解析方法和应用，以及结构解析的规律和过程，四大光谱中应重点讲授结构解析最有力的方法——磁共振谱。例如，在磁共振理论中要重点讲授化学位移值、耦合常数、峰型等与分子结构的关系，在质谱理论中讲授各种质谱裂解技术的特点、使用范围和选择依据，以及常见天然化合物的质谱裂解特征。掌握这些内容即可解析中药化学成分的结构，这是本课程与《仪器分析》的不同之处。

2 与《中药化学》及《天然药物化学》课程的联系与区别

《中药化学》[6-7]和《天然药物化学》[8-9]是一门运用有机化学、分析化学等现代科学理论和技术等研究中药或天然药物中化学成分的课程，研究内容包括化学成分的物理化学性质、提取分离、结构鉴定、生物合成途径等。这两门课程中虽然举例介绍常见天然化合物的波谱特征，但是没有讲授如何从图谱入手解析结构。

结构鉴定是中药化学研究领域中难度较大的一个环节。《天然化合物波谱解析》课程是本科生在学习《中药化学》或《天然药物化学》课程后，在掌握了天然化合物的结构类型、结构特征和理化性质的基础上，在结构研究方面的进一步深化、提高。因此，本课程在教学内容上应与《中药化学》或《天然药物化学》中介绍的化学成分的类型基本一致，主要包括糖苷类、小分子酚酸类、香豆素、木脂素类、黄酮类、醌类、萜类、甾体类、含氮有机化合物类、脂肪酸类、鞣质类等。对于二苯乙烯类、苯乙醇苷和色原酮类化合物，虽然《中药化学》或《天然药物化学》中没有涉及，但是这些类型的化学成分在天然药物中分布相对比较广泛，而且结构骨架比较有规律，所以也可以适当介绍。而多糖和蛋白质类成分，虽然分布很广泛，但是结构研究非常复杂，需要借助于化学方法和NMR、2D-NMR、3D-NMR、MS-MS等先进的波谱技术。

笔者在本科生、研究生教学中，发现学生虽然学习过波谱理论和常见中药化学成分的波谱特征，但对于解析中药化学成分图谱的学习仍感到比较困难，这是因为四大光谱的解析要比波谱数据分析困难的多，从图谱得到波谱数据需要波谱理论和分析图谱的实践经验。因此，本课程应介绍各类中药化学成分如何从图谱入手解析结构，例如在介绍NMR图谱解析方法时，应教会学生如何分析排除图谱中的溶剂信号、杂质信号、水峰等干扰信号，确定1H-NMR峰面积积分值与氢质子数目的对应关系，多重峰峰型和耦合常数的分析方法等。

3 注意教学内容的代表性

本课程介绍的化合物应为在天然药物中分布较广泛，结构特征具有代表性，在《中药化学》或《天然药物化学》课程教学重点介绍的化合物。例如，在小分子酚酸类化合物中介绍咖啡酸、阿魏酸、苯甲酸等结构解析方法，在黄酮一章中介绍芹菜素、山萘酚、木犀草素、槲皮素、葛根素、芦丁等化合物，在单萜中介绍梓醇、栀子苷等化合物，在三萜中介绍齐墩果酸、熊果酸、羽扇豆醇等化合物，学生对这些化合物的结构比较熟悉，而且结构具有代表性，在中药中分布较广泛，通过解析这些化合物的结构并掌握其波谱特征，就能够熟练解析该类化合物的结构。

4 与研究生课程的区别

本课程是药学类本科生、研究生两个层面均设课的一门必修课程，在教学中应针对不同阶段学生讲授的侧重点不同。对于本科生来说，本课程是一门难度较大的专业课程，因此，应重点介绍在天然药物中分部广泛且结构简单、结构规律明显的化合物，例如黄酮一章中应介绍黄酮类、黄酮醇类、二氢黄酮类、异黄酮类、查尔酮、黄酮碳苷类、二氢黄酮醇、二氢异黄酮、二氢查尔酮、黄烷醇、高异黄酮等其他黄酮就不再介绍；在单萜类化合物中应重点介绍环烯醚萜类，在化合物中讲授紫罗兰酮类，在三萜类化合物中讲授齐墩果酸类化合物，对于结构复杂的倍半萜、二萜、四环三萜可不用讲授；在二苯乙烯类和间苯三酚类化合物中应介绍单聚体，对于二聚体、三聚体等多聚体不再讲授；在含氮化合物中讲授结构简单的麻黄碱类生物碱以及结构规律性强的小檗碱类生物碱；鞣质类化合物中讲授可水解鞣质单聚体，对于可水解鞣质二聚体以上以及缩合鞣质、复合鞣质均不介绍。

5 授课方式

本课程授课过程中给出大量图谱，故需要采用多媒体教学。建议授课时以讨论式教学方式，带领学生分析讨论每个化合物的图谱，详细介绍如何从图谱入手解析各类天然化合物的结构，并且对每类化合物的波谱特征和规律进行归纳总结。

5.1 注重对各类化合物波谱规律、特征的总结

中药化学成分是存在于自然界的天然化学成分，每类成分均有其独特的结构特征，这种结构上的特征会相应地反映在波谱中。因此，解析完每一类化合物后，结构解析中在介绍每类化合物的结构解析方法以后，重点总结各类化合物的波谱特征和规律，这对于学生掌握天然化合物的结构研究方法具有非常重要的意义。

5.2 注重图谱的真实性

本课程授课过程中讲授的各种图谱均应为真实图谱，有些图谱中甚至有杂质信号，这都反映了实验室常规测试的实际情况。教师不能刻意将图谱优化，例如去掉1H-NMR图谱中的溶剂峰、水峰、杂质峰、旋转边峰等干扰信号，图谱解析应具有实战性，否则学生不能很好地掌握图谱解析方法。

综上所述，《天然化合物波谱解析》是本科药学专业本科生的一门难度较大、专业性较强的课程，教学中应根据本科生的特点，选择天然化合物中分布广泛、结构简单、结构规律性强、具有一定代表性的化合物，化合物结构由简到难、从小到大，从真实图谱分析入手，分析讨论图谱，得出波谱数据并推断结构，在此基础上总结每类化合物的波谱特征和规律，使学生较快掌握天然化合物的结构解析方法。

[参考文献]

[1] 冯卫生，王彦志，郑晓珂.中药化学成分波谱解析[M].北京：科学出版社，2008.

[2] 冯卫生.波谱解析[M].北京：人民卫生出版社，2012.

[3] 李发美.分析化学[M].北京：人民卫生出版社，2011.

[4] 梁生旺，万丽.仪器分析[M].9版.北京：中国中医药出版社，2012.

[5] 尹华，王新宏.仪器分析[M].北京：人民卫生出版社，2011.

[6] 匡海学.中药化学[M].北京：中国中医药出版社，2003.

[7] 石任兵.中药化学[M].北京：人民卫生出版社，2012.

[8] 吴立君.天然药物化学[M].北京：人民卫生出版社，2011.

[9] 董小萍.天然药物化学[M].北京：中国中医药出版社，2010.

（收稿日期：2013-10-15 本文编辑：林利利）