植物化学研究现状与发展趋势

我国为世界上植物资源最丰富的国家之一，高等植物近3万种，仅次于巴西和哥伦比亚，特别是药用植物，约有11140余种。

植物化学是植物学与有机化学相结合而形成的一门交叉学科，它是天然有机化学的重要组成部分，是植物资源合理利用的基础，也是与植物学等许多学科密切相关的学科。此学科运用有机化学的知识与方法，对植物的化学成分，主要是具有生理活性的植物次生代谢产物进行提取分离、结构鉴定、化学合成与结构改造，揭示植物次生代谢产物的生物合成、分布、功能与用途。

目前，植物化学研究范围在不断扩大，例如英国创办的《Phytochemistry》杂志（这是唯一用植物化学命名的国际性杂志，已出版了70卷）将现代植物化学分为4大类：①植物化学；②植物生物化学；③植物分子生物学；④化学生态学。这说明植物化学工作者已体会到，单是植物成分的分离和结构研究并不能解决植物本身的动态功能问题，实际上后3类领域的研究工作日益增加，可谓是植物化学研究的新增长点。而与第一类研究内容相关的领域也越来越多，例如德国的《Planta Medica》杂志收集药用植物方面的许多研究工作，所涉及的领域除天然产物化学外，还包括药理、分子生物学、临床、生物化学、生理学和体外生物技术以及分析等。此外，美国的《Journal of Natural Product》杂志主要涉及天然产物化学。这与我国一些药物研究机构的工作内容基本一致。实际上植物化学在很大程度上就是研究植物体中有药用价值的物质或生理活性成分。

从药用植物中寻找新的天然药物，筛选生理活性物质作为合成药物的先导化合物或目标化合物，是当今国际植物化学最引人注目的主要研究内容之一（图1—2）。

图1—2 植物化学与生物活性相结合的研究体系

植物化学成分应用很广，从最近20年国际植物化学发展趋势看，脱离生物活性的纯植物化学成分研究已经日趋萎缩，围绕重大疾病寻找生物活性成分是最主要的趋势，而从植物药和植物杀虫药中发现生物活性成分并进而发现药用先导化合物，则是植物化学发展的主流。即使香料、饮料、天然色素等领域，近年也以发现对健康有益的功能化学成分为主要研究方向。

许多药用化学成分作为药品一直沿用至今，而且有些化合物在相当长的一个历史时期内还难以用合成药物代替，有些生物活性天然化合物则是现代合成药物的先导化合物。其中，从古柯叶中提取得到的可卡因（cocaine）为先导化合物合成的普鲁卡因（procaine）等一系列局麻药可算是这方面工作的一个突出典型。

近20年我国药用植物化学有了快速发展。这是因为随着我国经济实力的增强，HPLC、GC、MS、NMR、X射线单晶衍射等一批近代分离分析设备、新材料、新试剂、新技术的引进也为药用植物化学研究工作的开展奠定了必要的物质基础，从而使国内药用植物化学研究工作的步伐大大加快，每年约发现100～300个新天然化合物。

目前，科学工作者的注意力主要集中在那些微量甚至超微量的活性成分上，包括水溶性的、不稳定的成分以及生物体内源性生理活性物质，企图从中发现新的化合物或者新的骨架类型。

然而与发达国家相比，我国植物化学的发展仍存在相当大的差距。中国科学院周俊院士认为目前的主要问题在于：植物化学和生物活性的研究脱节，或者说和其用途脱节；其次是植物化学研究和我国丰富的植物资源种类，特别是药用植物应用的历史经验相结合方面缺乏深度和广度；再次是与植物学相关学科的交叉渗透不够。

因而我国药用植物化学应加强3方面的研究：一是生物活性成分；二是利用优势建立有我国特色的植物化学；三是密切与相关学科的渗透交叉，促进植物化学的发展。与此同时，要不断引进国际新技术、新仪器，如色谱、质谱、核磁联用等，运用活性追踪分离技术，进行先导化合物的结构修饰、合成和仿生合成。此外，其研究领域不应局限于植物药，要同时进行新天然农药、特殊油脂、特殊精油、功能食品和保健化妆品等的研究，并注意与植物相关学科如分类学、生态学等交叉渗透，扩大理论创新点。

我国近代植物化学研究始于20世纪20年代末，有几位有机化学家开始投身于中草药化学成分的提取、分离研究。由赵承嘏开创，先后有老一辈化学家庄长恭、黄鸣龙、朱任宏、高怡生、曾广方、朱子清等投身于中草药化学成分的提取、分离研究。赵承嘏、曾广方两位科学家先后对30多种中草药进行过化学成分分析，他们对麻黄、延胡索、防己、贝母、钩吻、常山等中药中的生物碱类化合物进行了大量研究。以溶剂或酸提取，以结晶法纯化，或通过盐的形成而纯化。纯化后以对分子式、物理常数和衍生物的分析数据与物理常数的对比来确定化合物为已知或未知。当时结构研究被人们视为艰巨的工作而不敢轻易尝试。多种未知物中只有延胡索乙素被黄鸣龙证明是四氢巴马叮，这是我国药用植物化学首例结构鉴定成果，其研究工作是在德国试验室进行的，其为已知化合物。另一项研究是解决了常山碱的部分结构，其母核被证明是喹啉酮。曾广方则是一位生物学家兼化学家，他在日本读学位期间证明中药芫花中的中性化合物芫花素的结构是一种新黄酮类化合物，并进行了全合成。

植物化学的进展离不开新技术、新方法的发展，各种层析技术应用于分离提纯，各种光谱和物理方法应用于结构阐明。

20世纪50年代以前，以经典方法分离到数千种植物成分，并以化学降解和合成确定其结构。众所周知，那时植物成分的化学结构类型已基本确定并能合理分类；生源学说也初步形成，如萜类的异戊二烯理论、甾体的醋酸理论、生物碱的氨基酸理论等。更由于维生素的发现，甾体在医药工业上的应用，多种生物碱如吗啡、喹啉的应用以及多种有实际应用的植物成分，赋予学科旺盛的生命力。

而在20世纪50年代以后，由于新技术和新方法的应用，使植物化学成分的分离提纯和结构鉴定有了长足发展。其特点之一就是结构研究的深度体现在重视绝对构型的确定，大部分有意义的新结构都实现了全合成，使结构得到定论；另一特点是植物学家、生物学家重视将化学手段用于植物分类、植物的生理及生物化学研究，从而使植物化学逐渐形成了学科特色而与有机化学和非植物的生物化学有所区别。在应用方面，普遍重视化学分离与生物鉴定和医药学的配合，有目的地寻找生理活性物质。特别是近年来，治疗肿瘤、心血管疾病、艾滋病等药物的探索，以及从这些生理活性物质的结构出发，为人工合成类似物开辟了道路。典型的离子如利血平、三尖杉酯碱类、喜树碱类等。

目前，所发现的大量新成分仍属小分子物质，这依然是植物化学工作者应该追求的目标，而且这些化合物往往具有潜在的应用价值。与此同时，利用先进的分离技术，结合灵敏的生物活性筛选，开展对生理活性物质的寻找工作，使得过去无法获得也不愿意探索的植物微量成分的研究得以重视。此外，近年来的受体研究、免疫研究往往涉及蛋白质和多糖等大分子化合物，虽然也能依据其生理活性加以收集，但从化学角度来看，这些物质的提取、分离、结构研究仍是一项需要长年累月进行的繁重工作。

总之，近年来植物有效成分的提取、分离、结构研究，由于方法技术的进步，已逐渐成为常规工作。因此，以化学为主的植物化学工作者，逐渐要向合成工作转移。因为植物生理有效成分的含量往往极少，这是难以深入进行生物学研究和不易推广应用的主要原因。而天然有效产物的化学结构又是合成有效衍生物的重要“模板”，事实上多种天然有效产物已被类似物所取代。因此，合成工作本身除了作为最后确定结构的强有力手段外，更重要的是其实用性。

新中国成立50多年来，我国在植物化学研究和开发方面取得了显著的成就，如：从抗疟药青蒿素（qinghaosu）的发现到其衍生物蒿甲醚（artemether）成药是我国化学界和药学界50年来团结协作的最佳体现，是我国第一个得到国际认可的药物。

我国为发展甾体药物合成的需要，进行了大量的薯蓣资源植物化学研究，发现了澳洲颠茄（solasodine）、薯蓣皂苷元（diosgenin）、海柯皂苷元（hecogenin）、替告皂苷元（tigogenin）等，尤以盾叶薯蓣为最佳原料。还从著名的唐古特山莨菪中分离出的治疗休克的山莨菪碱（anisodamine）和樟柳碱（anisodine）。同时在丁公藤中发现了另一类治疗青光眼的丁公藤碱Ⅱ（erycibe alkaloidⅡ），找到了20世纪60年代初发现的降压药利血平（reserpine）的理想国产资源萝芙木，应用至今。

随着中草药研究的开展，新型结构的有效成分将不断被发现，进而合成其衍生物或类似物，阐明药理作用和构效关系，我国药用植物化学的发展将有进一步的提升。新中国建立以来，我国创制的新药（不含制剂）约140余种，其中半数以上是中草药的有效成分及其衍生物。