天然药物化学中结构识别和分类的教学初探

骆航

摘 要：天然药物化学成分的结构特征和分类是天然药物化学课程教学中的重要内容之一。天然药物化学成分的结构类型繁多，掌握不易。通过探索结构教学方法，把复杂和呆板的内容简单化、趣味化，同时让结构和分类的学习变得充满奥妙和乐趣。

关键词：天然药物化学；结构识别；教学方法

天然药物化学的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、理化性质、提取分离方法、主要类型化学成分的结构鉴定和生物合成途径等。天然药物之所以能防治疾病，其物质基础就在于天然药物所含有的化学成分即有效成分。其中，化合物的结构起着主导作用。根据结构决定化合物的理化性质，而理化性质又决定化合物的提取分离方法，提取分离的结果又需要阐明其化学结构，从这一关系来看，对有效成分结构特征的掌握是本课程的一项基本要求。因此，如何搞好天然药物化学结构和分类的教学也成为一项重要的教学研究内容。

一、掌握结构识别的一般思路和分类规律

天然药物成分的一级结构一般以基本母核分类，二级结构一般以取代基而分类。讲解结构分类时，务必先交代清楚分类依据，再讲具体类型，以此最大限度地避免学生对结构产生混淆。

1.明确化合物定义

天然药物化学成分按照其结构类型的不同分为糖及其苷、苯丙素类、醌类、黄酮类、萜类和挥发油、三萜及其苷类、甾体及其苷类、生物碱等八大类，除萜类化合物是直接根据生源途径定义的外，大多数天然药物化学成分根据其母核结构来定义，如香豆素的苯骈α-吡喃酮结构，黄酮的2-苯基色原酮，醌类化合物的醌式结构，甾体化合物的环戊烷骈多氢菲。所以，掌握每一类化合物的定义对识别天然药物化学成分的类型有重要意义。

2.注意分类依据的不同

如乌头碱、紫杉醇即属于生物碱又属于萜类，这种情况在其他某些类型的化合物中与萜类有交叉的现象。再如三萜、甾体皂苷、强心苷三类化合物，有些教材将其分入皂苷类和强心苷类两章中，而亦有将其分入三萜及其苷、甾体及其苷两章中的。这就是分类依据不同造成的差异，甾体皂苷从理化性质上其水溶液与三萜皂苷有相似的起泡性，因此都属于皂苷类。

3.二级结构掌握分类规律，化繁为简

以黄酮为例，黄酮的二级结构类型可分为14小类，各种黄酮二级结构的区别就在于吡喃酮环的变化：B环苯基取代位置在2 位或3 位上为黄酮或异黄酮；吡喃酮环若开环则为查耳酮；变成5元环则为橙酮；吡喃酮环的2，3 双键变单键则为二氢类的黄酮；吡喃酮环3位有羟基的为黄酮醇，4位羰基消失的是黄烷或花色素。看似复杂的黄酮二级结构分类，只要弄清了它们的分类依据，问题就变得简单了。

二、具体方法及应用

1.骨架特征识别法

不同的天然药物化学成分在植物体内具有共同的前体物质，经由不同的生源途径合成而来，因而同一类型化合物往往具有共同的骨架结构。骨架特征的识别对判断化合物结构类型非常有用，笔者总结了基本化合物的类型，并编写了识别歌诀：结构先看糖苷环，看糖区分糖、苷元 ；看环辨别氮、氧、碳；氮杂环，生物碱；氧杂环：邻香对黄C63；碳环四大类：醌丙菲萜随；环下三甲甾萜辨，同有多氢菲骨架；萜类骨架无特征，C5H8是通式。

2.排除判断法

天然药物化学成分中只有生物碱含氮原子，因此判断生物碱类化合物最简单的方法，就是看是否含氮；如果某个化合物，结构中不含氮，那么可以肯定此化合物不是生物碱。因此当一个化合物较难划归结构类型时，不妨使用排除法，通过骨架特征一一排除后，剩下的一般就是萜类化合物了。

3.数碳法

同有多氢菲结构的几类多环苷类化合物，如三萜皂苷、甾体皂苷、强心苷，有学生反映容易弄混，这几类的辨别不妨数一下苷元部分的原子。三萜皂苷的苷元属于萜类化合物，当然是30个碳原子，甾体皂苷的苷元为27个碳原子，甲型强心苷23个碳，乙型强心苷24个碳。此方法对于萜类化合的二级结构判断同样适用。

4.形象记忆法

将抽象的化学结构与汉字形象相结合，可以使学生对化学结构的记忆变得容易和生动。如甾体化合物的“甾”字就是一个象形文字，很形象地表现了这类化合物的化学结构。甾体结构讲述时不妨先对学生提问：甾体基本结构特征是什么？ 结构中有几环几侧链？ 然后教师对“甾” 字形进行“说文解字”“甾”上下结构，下为田，分四块，即含4个稠环（环戊烷骈多氢菲）。上为“巛”像田里长出的三株植物，结构上寓意甾体上连有3个支链取代（10、13位各有1个角甲基，17位有侧链）。再由“甾” 字字形，编出顺口溜：四环三侧链，多氢菲骈环戊烷；山窝窝里两根葱，高山顶上一棵松；10、13，加17，步步登高去山峰。

5.口诀记忆法

口诀突出的特点：可将杂乱无章的知识，通过字、词、数、字母等少量文字，概括出大量内容，进行组合编串，使之韵律化和意义化，应用时再经过联想、展开，使知识再现。实践证明，在天然药物化学结构的识别和分类中，口诀是一种行之有效的教学方法。下面仅举几例，供大家参考。

（1）生物碱的分类口诀

“氮杂环类生物碱，吡莨喹哚有机胺”。生物碱一般为含氮杂环类化合物，其二级结构的类型主要包括：吡啶类、莨菪烷类、 异喹啉类、吲哚类，及有机胺类等。

（2）甾体类化合物的类型及区别口诀

强心苷：四环三侧链， 17 内酯环； 甲型 5元 乙 6元。甾体皂苷： 四环三侧链， 17 变螺环；异螺25平伏D，螺甾烷醇L 站。甾体类化合物包括强心苷和甾体皂苷。结构的共同点都具有四个环和三侧链的取代。两者区别在17位取代类型的不同，强心苷17 位取代基为内酯环，其中五元内酯环的为甲型强心苷，六元内酯环的为乙型强心苷。而甾体皂苷的17 位接的是螺环，二级结构看25位取代基的构型，直立键（L型）为螺烷醇型，平伏键（D型）为异螺烷醇型。

（3）三萜及其苷的区别口诀

四环三萜：“侧链同甾羊毛脂，碳8取代达玛烷”。五环三萜：“偕二齐墩邻乌苏，五元羽扇有天线”。四环三萜中10、13、17有侧链取代的为羊毛脂烷，而13的甲基移位到8位上时为达玛烷型。五环三萜中20位有偕二甲基的是齐墩果烷型，29和30有邻二甲基的是乌苏烷型，羽扇豆烷型E环是五元环19位有一异丙基，就好像插了一根天线。

（4）环烯醚萜特征的概括口诀

“五六1 、4、 8， 1位羟基挂；环烯醚萜样样有，找啥就有啥；7、8容易断，裂环开了花；裂环内酯多，另有4 去甲”。指环烯醚萜由五元环和六元环骈合而成，其中1 、4、 8有取代基，1位常为羟基取代。第二句话形容环烯醚萜结构包含了环状结构、双键、醚氧原子等。第三句说7、8位碳碳键容易断裂，开裂后叫裂环环烯醚萜。最后一句说的是环烯醚萜的其他一些类型，如开裂后7位与4位常缩合成内酯，4 位的甲基也可降解脱掉。

好的教学方法总在实践中摸索和总结出来。不同方法对学生学习效果的促进作用也因人而异，上述方法只是笔者在教学实践中的一些总结，具体适用与否，还需广大师生亲自实践。

参考文献：

[1]吴立军.天然药物化学[M].北京：人民卫生出版社，2008.

[2]赵素容，霍强.天然药物化学中化学结构教学的探讨[J].中国医药导报， 2010， 7（11）：101-102.