上篇　理论知识

第一章　绪论

第一节　中药化学的研究对象和任务

人类为了维护自身的健康和生存繁衍，在寻找食物及与疾病做斗争的同时，发现了具有治疗作用的一些植物、动物和矿物，因而有“药食同源”或“医食同源”之公论。中药学是我国医药学的重要组成部分，也是我国传统的防治疾病的重要武器。中药的发明和应用，在我国有着悠久的历史，经过数千年对临床用药经验的不断总结和归纳，逐步形成和完善了具有独特理论体系和应用形式的中药药性理论，充分反映了我国历史文化、自然资源方面的若干特点，同时又将这一理论用来指导中药的采集、炮制、配伍、制剂及应用。简而言之，中药就是指在中医基础理论的指导下，用于预防、治疗、诊断疾病并具有康复与保健作用的物质，它对维护我国人民健康、促进中华民族的繁衍昌盛作出了不可磨灭的贡献。除少数品种如青黛、冰片、阿胶等为人工制品外，中药大都是来自于植物、动物、矿物的非人工制品，并以植物来源为主且种类繁多，故有“诸药以草为本”的说法。早在数千年前，我国就有神农氏尝百草的传说，汉代的《神农本草经》最初记载中药365种；唐代《新修本草》增加了中药114种；明代李时珍编写的《本草纲目》共52卷，收载天然药物达1892种；清代赵学敏编写的《本草纲目拾遗》又补充1021种。第三次全国中药资源普查统计结果表明，已经鉴定而有学名的中药约有12807种，其中植物药为11146种，动物药为1581种，矿物药为80余种。随着科学技术的进步和医疗实践的发展以及国家、地区、民族间的文化交流不断扩大，陆续还将会发现更多的中药资源。

中药化学（Chemistry of Chinese Medicine）是一门以中医药基本理论为指导、结合临床用药经验、主要运用化学的理论和方法及其他现代科学理论和技术等研究中药防治疾病的物质基础的学科。具体地说，中药化学主要研究中药中有效成分或药效物质基础的化学结构、理化性质、提取分离方法与技术、结构鉴定或确定、生物合成途径和结构修饰或改造，以及有效成分结构与药效之间的关系等。

通过对中药（及复方）有效成分的研究，可以阐明中药性味、功效、防治疾病的物质基础，发现创制新药物的有效物质或提供先导化合物，同时，对于建立中药及复方的质量评价体系与标准，提高中药材及中药制品（饮片、提取物、成方制剂）的质量，提高国际市场上的竞争力，探讨中药及复方防治疾病的机制，进而促进中医药现代化，具有极其重要的意义。

中药化学是中医药理论与现代科学如化学、物理学、生物学、植物学、现代医药学等理论和技术相互渗透、相互结合的新兴交叉学科，其学科基本属于应用基础学科。中药化学是衔接基础课程（如有机化学、分析化学等）和专业课程（中药资源学、中药鉴定学、中药炮制学、中药药剂学、中药药理学）、中药学和化学学科、中药和西药学科的桥梁和纽带，为中药学人才培养发挥着重要作用。中药化学的研究是中药新药开发、中药现代化研究的主要承载平台，对于推进中药现代化和产业化的历程具有积极而重要的意义。与传统中医药学不同，中药化学是一门时代性非常强的课程和学科，与现代科技发展息息相关。随着时代的发展和科技的飞速进步，中药化学的内容会不断快速地更新和发展。因此，要注重对有关中药现代化研究的新思路、新方法的了解，注重本学科新成果、新技术、新发展以及相关学科新理论与技术在本学科的应用，对于学习掌握中药化学的知识和技术，从事中药化学研究都是十分重要的。

第二节　中药有效成分与药效物质基础

中药的化学成分十分复杂，一种中药含有多种结构类型的化学成分，而且每一种结构类型的化学成分的数目也是很多的。另外，一种中药具有多方面的药效，通常含有多种有效成分，且发挥某一方面的药效通常与一种以上的有效成分有关。中药中复杂的化学成分构成了其多方面临床功效或多种药理作用的物质基础。中药物质基础研究是阐明中药药效物质、药理作用及其机制和临床疗效的先决条件，也是深层次开发中药方剂、改进工艺和剂型、制定质量标准、提高临床疗效的重要基础，是中药现代化的重要组成部分。

中药化学成分和药效物质研究在中药尤其是单味药物质基础的研究方面取得了很大成就，但由于中药化学成分复杂，特别是中药复方，所含化学成分多达数百种甚至上千种，同时，中药又存在多成分、多途径、多靶点协同作用的特点，给中药的药效物质基础研究带来巨大的困难和挑战。目前真正被阐明了有效成分的中药品种并不很多，特别是从中医临床疗效及中药传统功效的角度来说，这样的品种就更加有限。其中，有些化学成分具有生物活性与相应的药效作用，能够起到防治疾病的作用，这些成分即为有效成分，如中药麻黄中含有麻黄碱（L-ephedrine）、伪麻黄碱（D-pseudoephedrine）等多种有机胺类生物碱，其中麻黄碱具有平喘、解痉作用，伪麻黄碱具有升压利尿作用。中药中所含的有效成分往往不是单一成分，而常常是相同结构类型的多种成分，甚至是不同结构类型的多种成分。在中药化学中，含有一种主要有效成分或一类结构相近的有效成分称为有效部位，如人参总皂苷、银杏叶总黄酮、苦参总生物碱等。有些成分不具有生物活性及药效，不能够起到防治疾病的作用，这些成分则被视为无效成分，如蛋白质、树脂、果胶及叶绿素等。有效成分和无效成分的划分是相对的，一方面，随着科学的发展和人们对客观世界认识的提高，一些过去被认作是无效成分的化合物（如多糖、多肽、蛋白质和树脂类成分等），现被发现具有良好的生物活性或药效，并被应用于临床。另一方面，某些过去被认为是有效成分的化合物，随着中药化学研究的深入而被修改或进一步完善，如麝香的抗炎有效成分，被证实是其所含的多肽而不是过去认为的麝香酮。中药中还有一些本身不直接具有防病治病作用的化学成分，但受采收、加工、炮制或制剂过程中一些条件的影响而产生的次生产物或口服后经人体胃肠道内的消化液或细菌等的作用后生成的代谢产物，以及以原型被吸收进入血液或被直接注射进入血液后在血液中产生的代谢产物具有防病治病的作用，这些成分无疑也是有效成分。因此，对中药有效成分与无效成分的概念不能以简单机械的态度去理解，对中药有效成分的研究，也必须缜密地、系统地、全面地进行，才能阐明中药真正的药效物质基础。

中药方剂临床用药是复方配伍，有严格的君臣佐使法度。中药复方的优势在于药物配伍后可起到协同或拮抗的作用，对机体进行整体调节，其化学成分不是单味药化学成分的简单相加。因此，要研究单味药的有效成分和药效物质基础，同时还要对中药复方进行深入的化学和药效学研究，阐明中药复方配伍规律以及作用机制等科学问题。

第三节　中药化学在中医药现代化和中药产业化中的作用

随着现代社会文明的发展和科技的进步，人类对疾病的认识也在发生变化。传统中药正在走向世界，朝着现代化的方向发展。在传统中药现代化的发展过程中，中药化学日益彰显出其重要性，对中药化学的研究也更具其时代意义。

一、中药化学在中医药现代化中的作用

（一）阐明中药的药效物质基础，探索中药防治疾病的原理

中药化学的研究涉及中药防病治病的物质基础，通过对中药有效成分的研究，确定有效成分的化学结构、理化性质与生物活性之间的关系，从而阐明中药防治疾病的作用机理，为中医药理论提供科学依据，为中药的生产、加工、质量控制和临床应用奠定科学基础。如黄连是清热燥湿、泻火解毒的常用中药，其主要化学成分小檗碱具有明显的抗菌作用，是黄连清热解毒的有效成分。麻黄的主要平喘有效成分是麻黄碱，具有松弛支气管平滑肌、收缩血管、兴奋中枢等作用，麻黄挥发油有抗病毒作用，挥发油中的松油醇（α-terpineol）能降低小鼠体温，是麻黄起发汗散寒作用的有效成分。这些有效成分的确定，为中药的临床应用提供了科学依据。

（二）促进中药药性理论研究的深入

中药药性理论是研究药性的形成机制及其运用规律的理论，是我国历代医家在长期的医疗实践中，以阴阳、脏腑、经络学说为依据，根据药物的各种性质及所表现出来的治疗作用总结出来的用药规律。中药药性理论的核心是以性味、归经、升降浮沉、有毒无毒、配伍、禁忌等为主要内容，是中医学理论体系中的一个重要组成部分，是指导中医临床用药的重要依据。为进一步推进中医药事业的传承与创新，科技部在国家重点基础研究发展计划（“973”计划）中设立了中医理论基础研究专项，并将中药药性理论研究列为中医理论基础研究专项的重点支持方向。

中药药性理论的现代研究在近些年虽然有所进展，但在学术思想和研究方法上仍无突破性进展。中药性味是对药物性能的概括，它在一定程度上反映的是不同药物之间的共性。中药的性味与其化学成分密切相关，且呈现一定的规律性。因此，从研究中药的药理活性和产生这些活性的物质基础——有效成分入手，对阐明中药药性的科学内涵十分有益。如以辛味药为例，辛味药含挥发油最多，其次是苷类和生物碱。在中药归经的研究中，可以探讨同一归经中药的相同化学成分或相同结构类型的化学成分，以此阐明归经的物质基础。也有通过研究中药化学成分的药理作用或通过考察中药中的某种有效成分在体内药物代谢动力学的特点，来探讨与归经的关系。如麻黄碱对支气管平滑肌有解痉作用和升压作用等，伪麻黄碱有明显的利尿、抗炎作用，从肺主气、与膀胱相表里等中医理论来看，麻黄的主要药理作用说明其入肺、膀胱经是有依据的。再如川芎嗪（tetramethylpyrazine）是川芎的有效成分，川芎嗪在动物体内主要分布在肝脏和胆囊中，与川芎归肝、胆经相一致。

（三）阐明中药复方配伍的原理

中药在临床上大多是以复方的形式应用。从药效学方面看，中药的配伍不是同类药物的累积相加，也不是不同药物的随机并列，而是根据病证的不同和治则的变化，按照中药配伍理论优化组合而成的。中药通过配伍，可以提高与加强疗效，降低毒性和不良反应，适应复杂多变的病情，或改变药效，其根本原因是复方中各味中药有效成分的复合作用，使中药复方通过多靶点、多途径发挥复合疗效。临床常用方剂麻黄汤（组成为麻黄、桂枝、杏仁、甘草），具有发汗解表、宣肺平喘之功效，临床常用于治疗感冒、流行性感冒、急性支气管炎、支气管哮喘等属风寒表实证者。现代研究表明，麻黄碱为麻黄止咳平喘的主要有效成分，桂皮醛为桂枝挥发油中镇痛、解热的有效成分，苦杏仁苷为杏仁镇咳的有效成分，甘草中所含的甘草酸具有解毒作用，这些有效成分发挥复合及协同作用，与麻黄汤治疗头颈强痛、恶寒、发热、咳嗽等症是相符的。此外，我国学者以常用有毒中药附子、川乌、草乌为研究对象，通过对医圣张仲景《伤寒论》中所含附子的方剂进行归纳整理，选以常用药对配伍（附子配人参、附子（川乌）配甘草、附子配大黄、附子（川乌）配干姜）等为对象，采用不同剂量的配伍比例、不同的配伍层次（药材配伍、饮片配伍、组分配伍、成分配伍），进行了系统配伍研究，在减毒增效、指导临床安全用药等方面取得较大的成果。

中药炮制是祖国传统医学中的一门制药技术，是来自中医辨证用药的经验总结，很多中药在用于临床前，都要经过炮制，以达到提高疗效、降低毒性和不良反应、改变药物功效、便于储藏和服用等目的。明代医学家陈嘉谟明确指出：“制药贵在适中，不及则功效难求，太过则气味反失。”如延胡索的有效成分为生物碱类化合物，用水煎煮溶出量甚少，醋炒后，延胡索中的生物碱与醋酸结合成易溶于水的醋酸盐，使水煎液中溶出的总生物碱含量增加，从而增强了延胡索的镇痛作用。又如乌头和附子均为剧毒药，其毒性成分主要为乌头碱等双酯型生物碱。将乌头用蒸、煮等方法进行炮制，使乌头碱等化合物的酯键水解，生成毒性较低的醇氨型生物碱如乌头原碱（aconine）。黄芩有浸、烫、煮、蒸等炮制方法，过去南方认为“黄芩有小毒，必须用冷水浸泡至色变绿去毒后，再切成饮片，叫淡黄芩”，而北方则认为“黄芩遇冷水变绿影响质量，必须用热水煮后切成饮片，以色黄为佳”。经现代化学研究表明，黄芩在冷水浸泡过程中，其有效成分黄芩苷可被药材中的酶水解成黄芩素，后者不稳定，易氧化成醌类化合物而显绿色。药理学研究也证明，生黄芩、淡黄芩的抑菌活性比烫、煮、蒸的黄芩低。可见用冷水浸泡的方法炮制，使有效成分损失，导致抑菌活性降低，而用烫、煮、蒸等方法炮制时，由于高温破坏了酶的活性，使黄芩苷免遭水解，故抑菌活性较强，且药材软化易切片。因此，认为黄芩应以北方的蒸或用沸水略煮的方法进行炮制。大黄的炮制方法不同，药效也大不相同，生大黄的主要功能为攻积导滞、泻下通便，用于胃肠实热积滞，大便秘结。酒制大黄，泻下作用减弱，清热、消炎、活血化瘀的作用增强。蜜制大黄可用于老年体弱的便秘，大黄炭则适用于体内出血，石灰制大黄则适用于外伤出血，醋制大黄活血化瘀的作用特别突出，这表明药物经过不同炮制就可以发挥因人而异的疗效。因此，研究中药炮制前后化学成分或有效成分的变化，将有助于阐明中药炮制的原理、改进传统的炮制方法、制定控制炮制品的质量标准、丰富中药炮制的内容等，这也是发掘和提高祖国医药学遗产的一个重要方面。

二、中药化学在中药产业化中的作用

随着现代科学技术的发展和人类社会生活与健康水平要求的不断提高，我们感到了传统医药在“回归自然”的世界潮流中再次焕发了强大的生命力，展现出广阔的前景，为深入研究开发中药新产品提供了良好的环境。中药产业是我国医药产业的重要组成部分，发挥着保障人民健康、提高民族素质的重要作用。它不仅为我国和世界人民提供了安全有效的药品，而且也对我国的经济发展起到了积极的促进作用。但当前存在的诸如中药的生产、加工、管理不规范等问题是影响中药走出国门进入国际医药主流市场的主要障碍，因此，积极开展中药现代化的研究，提高中药产业化的水平，是加快中药走向国际的步伐所必需的前提，也是我国中药工作者义不容辞的责任。制定一批科学规范的中药标准才能真正推动中药走向世界。在制定、修订科学规范的中药标准工作中，中药化学为其提供了客观、可靠的手段。

（一）提升中药质量控制水平

中药作为中医防病治病的药物成分载体，其内在质量直接关系到临床疗效和安全。在分析中药现行质量控制模式的基础上，结合现代分析技术的发展和应用，依据中药药物特性，运用中药化学的方法，创新中药质量控制模式，以期更加科学地实现中药质量控制，推动中医药事业的发展。在中药特别是复方中药质量控制方法建立的过程中，质量控制指标的选择是方法建立的前提和关键。中药具有多成分、多功能、多层次、多靶点等特点，只有通过中药化学与药理学、药代动力学结合研究，阐明其功能与主治相关联的有效物质基础，并制备出有关对照品，才能进一步以有效物质为指标进行有效质量控制研究，并建立真正科学合理的质量标准。

近年来发展的中药指纹图谱技术，目前已成为能够为国内外广泛接受的一种中药化学质量评价模式。近来，科学家在研究开心散类药的有效组分中，基于该类药的有效组分相关分析结果，提出并建立了基于类药有效组分特征图谱表征的中药质量控制模式，将有效物质基础反映于中药质量控制体系中，使中药质量控制更具有有效性。现代分析方法及其技术的快速发展（如TLC、GC、HPLC、UPLC等及其联用技术）为中药质量控制水平的提升提供了分析技术支撑。

（二）促进中药制剂的现代化

中药制剂的剂型以汤剂为主，汤剂和丸散膏丹等中药传统剂型都存在技术落后、产品较粗糙、给药途径少、使用不便、用量大、起效慢、微生物难以控制、所含的有效成分和临床疗效稳定性差、携带不便等缺点，难以适应现代医学防病治病的需要，更难适应国际市场的要求。近年来中药剂型也呈现了迅速的发展。除传统的丸散膏丹外，中药片剂（分散片、薄膜包衣片等）、胶囊剂（肠溶胶囊、缓控胶囊等）、颗粒剂、口服液、针剂、冻干粉针等现代剂型的产品不断被开发并应用于临床。想要研制中药的新制剂和新剂型，提高临床疗效，就要在有效成分研究的基础上，去粗存精，去伪存真，用新技术加工成现代新剂型。主要涉及以下几个方面。

1.以主要有效成分为指标，研究设计中药新剂型

中药的有效成分或有效部位的溶解性、酸碱性、挥发性、稳定性、生物利用度等性质是中药制剂剂型选择的主要因素。如果它们的水溶性较好，可制成注射液、口服液、颗粒剂等，如黄连注射液、丹参注射液、生脉口服液、板蓝根颗粒剂等。如果它们难溶于水，可考虑制成片剂、胶囊剂、滴丸等，如复方丹参滴丸等。

2.根据中药有效成分或有效部位的理化性质，研究制订合理可行的中药制剂的制备工艺

应选择适当的溶剂和提取分离方法，确定被提取中药材的颗粒大小，溶剂的用量，提取的温度、时间、次数等因素，把中药有效成分最大限度地提取出来，将杂质最大限度地除去。

3.中药有效成分的理化性质是影响中药制剂稳定性的关键因素

在中药制剂整个制备加工及储存放置过程中，有的中药有效成分易受光、热、空气、温度、酸碱度等的影响，可能会发生水解、聚合、氧化、酶解等反应，使有效成分破坏，产生化学变化，导致中药制剂变色、浑浊、沉淀等，使药效降低，甚至产生毒性和不良反应。因此，应针对有效成分的稳定性特点，通过采用适当的剂型、调整合适的pH值、制备衍生物或采用适当的包装等方法，防止有效成分的破坏，提高中药制剂的稳定性。

4.研制开发新药、扩大药源

创新药物的研制与开发，关系到人类的健康与生存，其意义重大而深远。从天然药物中寻找生物活性成分，通过与毒理学、药理学、制剂学、临床医学等学科的密切配合，研制出疗效高、毒性和不良反应小、使用安全方便的新药，是国内外新药研制开发的重要途径之一。特别是从经过数千年的临床实践证明其临床疗效可靠且其药效也已被进行分类整理的中药中寻找其有效成分，并将其研制开发成为新药，是一条事半功倍的研制新药的途径，其成功率要比从一般的天然药物开始高得多。

有些中药的有效成分疗效好，毒性和不良反应小，能满足开发成为新药的条件，并且在中药中的含量较高，可以采用从中药材中提取分离的方法制备成药物，供临床使用。如黄连素、吗啡、利血平等药物。有些从中药有效成分研制出来的药物，其化学结构比较简单，可以用化学合成的方法大量生产，如麻黄素、阿托品、天麻素等药物。

从某中药中提取分离得到一种有效成分，根据有效成分的化学结构和性质，以此为依据分析其他动植物是否含有这种化学成分，从而寻找临床用药和工业生产的代用品，如抗菌消炎的黄连素，最初是从毛茛科植物黄连中发现的，但如果用黄连为原料生产黄连素，其成本很高，且黄连资源有限。通过调查和研究发现，小檗科三棵针、芸香科黄柏、防己科古山龙等植物中均含有黄连素，现已作为制药工业生产黄连素的主要原料。一般来讲，植物的亲缘关系相近，则其所含的化学成分也相同或相近。因此，可以根据这一规律按植物的亲缘关系寻找某中药有效成分的代用品。

有些有效成分的生物活性较弱，或毒性和不良反应较大，或结构过于复杂，或药物资源太少，或溶解度不符合制剂的要求，或化学性质不够稳定等，不能直接开发成为新药，可以用其为先导化合物，通过结构修饰或改造，以克服其缺点，使之能够符合开发成为新药的条件。如中医药对人类健康的巨大贡献——青蒿素的发现及其新型抗疟药物的制备。20世纪70年代，我国科技工作者从中药黄花蒿中发现了新型抗疟药——青蒿素，打破了以往抗疟药物均含有氮原子的化合物框架，被誉为继氯喹之后的又一重大突破。我国的药学家屠呦呦教授因创制新型抗疟药——青蒿素和双氢青蒿素，获得了2015年诺贝尔生理学或医学奖，以表彰她对疟疾治疗所做的贡献。青蒿素在水和油中的溶解度都不好，临床使用不方便，影响疗效。为了解决青蒿素的溶解性能不好的缺点，对青蒿素进行了一系列的化学结构修饰，将青蒿素结构中的羰基还原成羟基，再制备成水溶性的青蒿琥酯（artesunate）和油溶性的蒿甲醚（artemether），这两个青蒿素的衍生物都有速效低毒、溶解性好、生物利用度高、便于临床使用的优点，并均已实现了工业化生产。在对五味子中10多个联苯环辛烯类木脂素化合物研究的基础上，发现合成五味子丙素的中间体之一（联苯双酯）对四氯化碳中毒小鼠有降ALT作用，并经临床验证对病毒性肝炎患者有改善，已成为我国首创的一种治疗肝炎的新药。

中药是在人们经过数千年同疾病做斗争的过程中，筛选证实其确有临床疗效而被历代医药学家记载，因而，从中药本草文献中发现新的有效成分，开发成新药，具有命中率高、研究周期短、费用低等特点，因此，国内外科学家把期待的目光聚焦到中药上。目前在研究思路方面，更加注重以活性为指标，追踪有效成分的分离，特别是建立符合中医药理论的活性指标、病症动物模型，使研究更能体现中医药特色及为发展中医药学服务，就这点来说，从中药单味药研究向中药复方研究的思路是发展的必然。从中药或天然药物中寻找出对目前严重危害或影响人类健康和生存的疾病如肿瘤、艾滋病、心脑血管系统疾病、病毒性疾病等的药效物质基础研究都已成为引人注目的热点。

第四节　中药化学成分生物合成简介

植物中的成分按生物合成途径可分为一次代谢产物（primary metabolites）和二次代谢产物（secondary metabolites）。绿色植物及藻类通过光合作用将水和二氧化碳合成为糖类，进一步通过不同途径，生产植物中普遍存在的维持有机体正常生存的必需物质，即一次代谢产物，如叶绿素、糖类和蛋白质等。以一次代谢产物，如乙酰辅酶A、丙二酸单酰辅酶A、莽草酸、甲戊二羟酸及一些氨基酸等，作为原料或前体，又进一步经历不同的代谢过程，生成的化合物称为二次代谢产物，如生物碱和萜类等。二次代谢对植物维持生命活动虽不起重要作用，并非存在于每种植物中，但其可反映中药科、属和种的特征，大多具有特殊或显著的生理活性，为中药化学的主要研究对象。了解生物合成的有关知识，不仅对中药化学成分进行结构分类或者推测中药化学成分的结构有所帮助，而且对中药化学分类学以及仿生合成等学科的发展有着重要的理论指导意义，对采用组织培养方法进行中药活性物质生产也有实际指导意义。

一、乙酸-丙二酸途径

通过乙酸-丙二酸途径（acetate-malonate pathway，AA-MA途径）能生成脂肪酸类、酚类、醌类等化合物。

（一）脂肪酸类

乙酰辅酶A为这一生物合成过程的起始物质，丙二酸单酰辅酶A起延伸碳链的作用。由缩合及还原两个步骤交替而成，生成各种长碳链的脂肪酸，得到的饱和脂肪酸均为偶数（见图1.1）。如果起始物质为丙酰辅酶A（propionyl CoA），则产生碳链为奇数的脂肪酸。支链脂肪酸的起始物质则为异丁酰辅酶A（isobutyryl CoA）、α-甲基丁酰辅酶A（α-methylbutyryl CoA）及甲基丙二酸单酰辅酶A（methyl malonyl CoA）等。

（二）酚类

其生物合成过程中只发生缩合反应。乙酰辅酶A直线聚合后再进行环合，生成各种酚类化合物（图1.2）。

（三）醌类

乙酸-丙二酸途径通过多酮环合生成各种醌类化合物或聚酮类化合物（图1.3）。

二、甲戊二羟酸途径

甲戊二羟酸途径（mevalonic acid pathway，MVA途径）是生物合成萜类化合物的主要途径，如图1.4所示，MVA是由乙酰辅酶A转化而成的，它也是焦磷酸二甲烯丙酯（DAMPP）及其异构体焦磷酸异戊烯酯（IPP）的前体，后两者是由生物体内的异戊烯单位组成的，它们一般通过头-尾相连。各种萜类分别经由对应的焦磷酸酯得来，三萜及甾体则由反式角鲨烯（trans-squalene）转化而来。进而再经过氧化、还原、环合等化学反应，生成各种三萜类（triterpenoids）及甾体（steroids）化合物。有些萜类化合物不严格遵循异戊二烯法则，这是由于在环化过程中伴随着重排反应。

三、莽草酸途径

一级代谢过程中的丙酮酸磷酸酯（PEP）和赤藓糖-4-磷酸酯（DEP）缩合后，通过环合、还原等过程，生成莽草酸、奎宁酸、分支酸等重要中间体，进而生物合成一系列天然产物，这一过程称为莽草酸途径（shikimic acid pathway）（图1.5）。

由莽草酸途径生成的苯丙氨酸，经脱氨及氧化等反应分别生成桂皮酸，之后由桂皮酸、苯甲酸生物合成各种含C6-C2、C6-C1及C6等结构的化合物。见图1.6。

四、氨基酸途径

大多数生物碱类成分由氨基酸途径（amino acid pathway）生成。氨基酸脱羧成为胺类，再经过一系列化学反应（甲基化、氧化、还原、重排等）生成各种生物碱（见图1.7）。作为生物碱前体的主要氨基酸，包括脂肪族氨基酸中的鸟氨酸，芳香族氨基酸中的苯丙氨酸、酪氨酸及色氨酸等。芳香族氨基酸来自莽草酸途径，脂肪族氨基酸则大多数来自三羧酸循环及糖分解途径中形成的α-酮酸经还原氨化后生成。

五、复合途径

许多二级代谢产物由上述生物合成的复合途径生成。即分子中各个部分由不同的生物合成途径产生。如查耳酮类、二氢黄酮类化合物的A环和B环分别由乙酸-丙二酸途径和莽草酸途径生成（见图1.8）。一些萜类生物碱分别来自甲戊二羟酸途径及莽草酸途径或乙酸-丙二酸途径。

生物合成是中药化学学科中的一个重要领域，了解生物合成的有关知识，不仅对于化合物进行结构分类或推测化合物的结构有帮助，而且对植物化学分类学以及仿生物合成等学科的发展有着重要的理论指导意义，对采用组织培养方法进行物质生产有实际指导意义。例如了解目的物质的生物合成途径，在组织培养进程中有意添加关键的前体物质，可以大大提高目的物质的收率。如在三叶薯蓣（Dioscorea deltoids）的愈伤组织培养过程中加入适量胆固醇，薯蓣皂苷元的含量可以由植物干重的1.5%提高到2.5%。又如在进行人参组织培养时为了提高皂苷的含量，曾试验加入不同的生物合成前体物质，结果表明，加入醋酸、香叶醇、反式角鲨烯时，皂苷的含量增加并不明显，但加入甲戊二羟酸及金合欢醇时，皂苷的含量可增加约2倍，其原因并非是因为愈伤组织的细胞数目增加，而是因为提高单位细胞生产的皂苷量。另外，甲戊二羟酸及金合欢醇的加入时间对皂苷的生成量也有很大影响。

复习思考题

1.中药化学概念及其研究核心是什么？

2.学习中药化学的意义是什么？

3.什么是有效成分、有效部位？

4.中药化学在中药现代化中的作用有哪些？