天然产物化学（刘湘）（第三版）

本书概述了天然产物化学的研究内容及其研究开发意义，介绍了天然产物的提取分离与结构鉴定的一般方法，对各类天然产物的结构特征、理化性质、提取分离、结构鉴定以及生理活性等进行了系统讨论。最后介绍了生物转化在天然产物研究中的应用，并简述了天然产物全合成的方法和实例。全书共分12 章，每章新增了“学习目标”“案例”等，同时新增数字资源，既强化了主动学习的要求，又体现了个性学习之需求。书中附有习题和测试题，供检验学习效果之用。本书可作为化学、应用化学、化学工程与工艺、制药工程、环境工程、生物技术、生物工程、食品科学与工程和药学等专业高年级本科生和研究生的教材，也可供其他相关专业师生及科技工作者参考。

刘湘，江南大学 化工学院，教授。1．《具有工科特色的综合化学实验》，江南大学教改重点项目，江南大学教学成果一等奖。2．《微波耦联非水相酶催化合成食品添加剂的集成核技术》，863项目，在研。3．《环氧水解酶的筛选、性能及在手性合成中的应用研究》，国家自然科学基金，结题。4．《面包酵母在芳香酮不对称催化还原中的应用》，生物反应器工程国家重点实验室开放课题，结题。

第1章　绪论 001
1.1　天然产物化学的研究内容 002
1.2　天然产物的生物合成 003
1.2.1　一次代谢与二次代谢 003
1.2.2　二次代谢产物的生源合成途径 003
1.3　天然产物化学与药物开发 004
1.4　天然产物化学发展动向 008
1.4.1　研究方法和手段向高、新方向发展 008
1.4.2　偏重资源开发的实用化 009
1.4.3　基于生物技术的天然产物化学研究 010
习题 013

第2章　天然产物的提取分离和结构鉴定 015
2.1　天然产物化学成分的预试验与提取 016
2.1.1　天然产物化学成分的预试验 017
2.1.2　天然产物化学成分的系统分离 018
2.1.3　提取天然产物的常用方法 020
2.1.4　天然产物的分离与精制 026
2.2　色谱分离分析方法 035
2.2.1　纸色谱法 035
2.2.2　薄层色谱法 036
2.2.3　柱色谱法 037
2.2.4　快速柱色谱法 038
2.2.5　真空液相色谱法 039
2.2.6　制备薄层色谱法 040
2.2.7　逆流色谱 041
2.2.8　高效毛细管电泳 041
2.2.9　高效液相色谱法 042
2.2.10　气相色谱法 042
2.3　结晶和重结晶 042
2.4　天然产物化学成分的结构鉴定 044
2.4.1　天然产物化学成分的一般鉴定方法 045
2.4.2　结构研究中采用的主要方法 046
2.4.3　一些天然产物结构的光谱特征 052
习题 054

第3章　糖和糖苷 057
3.1　单糖的立体化学 059
3.2　糖苷的分类 060
3.2.1　按苷元的化学结构分类 061
3.2.2　按苷类在植物体内的存在状况分类 061
3.2.3　按苷键原子分类 061
3.3　糖苷的性质 064
3.3.1　一般形态和溶解度 064
3.3.2　旋光性 064
3.3.3　苷键的裂解 064
3.3.4　苷的显色反应 065
3.4　糖苷的提取与分离 066
3.5　糖苷的结构测定 067
3.5.1　糖的种类和比例的测定 067
3.5.2　糖的连接位置的测定 069
3.5.3　糖的连接顺序的测定 070
3.5.4　苷键构型的测定 070
习题 072

第4章　生物碱 075
4.1　概述 076
4.2　生物碱的分类 077
4.2.1　有机胺类生物碱 077
4.2.2　吡咯衍生物类生物碱 077
4.2.3　吡啶衍生物类生物碱 078
4.2.4　喹啉衍生物类生物碱 078
4.2.5　异喹啉衍生物类生物碱 079
4.2.6　吲哚衍生物类生物碱 079
4.2.7　嘌呤衍生物类生物碱 079
4.2.8　萜类生物碱 079
4.2.9　甾体类生物碱 080
4.2.10　大环类生物碱 080
4.3　生物碱的性质 081
4.3.1　性状 081
4.3.2　旋光性 081
4.3.3　酸碱性 081
4.3.4　溶解度 082
4.3.5　沉淀反应 082
4.3.6　显色反应 082
4.4　生物碱的提取与分离 083
4.4.1　生物碱的提取 083
4.4.2　生物碱的分离 083
4.5　生物碱的鉴定和结构测定 084
4.5.1　已知生物碱的鉴定 084
4.5.2　未知生物碱的结构测定 086
4.6　代表性生物碱 086
4.6.1　胡椒碱 086
4.6.2　菸碱 087
4.6.3　茶碱、可可豆碱和咖啡碱 088
4.6.4　小檗碱 088
4.6.5　三尖杉碱 089
4.6.6　吗啡 089
4.6.7　利血平 090
4.6.8　莨菪碱 090
4.6.9　奎宁 090
4.6.10　喜树碱 091
拓展阅读 091
习题 092

第5章　黄酮类化合物 095
5.1　概述 096
5.1.1　基本结构和分类 096
5.1.2　黄酮苷的构成方式 098
5.2　黄酮类化合物的性质 099
5.2.1　一般性质 099
5.2.2　显色反应 100
5.3　黄酮类化合物的提取与分离 102
5.3.1　黄酮类化合物的提取 102
5.3.2　黄酮类化合物的分离 103
5.3.3　提取分离实例 103
5.4　黄酮类化合物的结构分析 104
5.4.1　黄酮苷的水解 104
5.4.2　糖的分析 105
5.4.3　黄酮苷元的结构测定 105
5.4.4　黄酮类化合物结构解析示例 107
5.5　黄酮类化合物的应用 108
5.5.1　天然甜味剂 109
5.5.2　天然抗氧化剂 109
5.5.3　天然色素 110
5.5.4　药品中的应用 111
习题 113

第6章　萜类化合物 115
6.1　概述 116
6.2　萜类化合物的性质 117
6.2.1　一般性质 117
6.2.2　溶解性 117
6.3　萜类化合物的提取与分离 117
6.3.1　萜类化合物的提取 117
6.3.2　萜类化合物的分离 118
6.3.3　提取分离实例 120
6.4　萜类化合物的结构测定 120
6.4.1　波谱法在萜类结构测定中的应用 120
6.4.2　结构测定实例 121
6.5　单萜化合物 122
6.5.1　分类和命名 122
6.5.2　几类单萜 123
6.6　倍半萜、二萜和二倍半萜化合物 127
6.6.1　倍半萜化合物 127
6.6.2　二萜化合物 128
6.6.3　二倍半萜化合物 129
6.7　三萜化合物 130
6.7.1　重要三萜化合物 130
6.7.2　三萜皂苷 131
6.8　四萜化合物 133
6.8.1　类胡萝卜素结构 134
6.8.2　类胡萝卜素分类和顺反异构 134
6.8.3　类胡萝卜素的分离和鉴定 135
6.8.4　重要类胡萝卜素 137
拓展阅读 138
习题 138

第7章　甾体类化合物 141
7.1　概述 142
7.1.1　甾体化合物的结构 142
7.1.2　甾体化合物的命名 143
7.2　甾体化合物的性质 144
7.2.1　性状与溶解性 144
7.2.2　显色反应 144
7.2.3　苷键的水解 145
7.2.4　甾体化合物的一些反应 147
7.3　甾醇、甾体激素和胆汁酸 149
7.3.1　甾醇 149
7.3.2　甾体激素 152
7.3.3　胆汁酸 155
7.4　甾体皂苷 156
7.4.1　甾体皂苷的结构 156
7.4.2　甾体皂苷的提取分离 158
7.4.3　甾体皂苷的结构解析 158
7.5　强心苷 161
7.5.1　强心苷的结构 161
7.5.2　强心苷的提取分离 162
7.5.3　强心苷的结构鉴定 163
拓展阅读 164
习题 164

第8章　醌类化合物 167
8.1　概述 168
8.1.1　苯醌类 168
8.1.2　萘醌类 169
8.1.3　菲醌类 169
8.1.4　蒽醌类 170
8.2　醌类化合物的性质 171
8.2.1　一般性质 171
8.2.2　酸性 172
8.2.3　显色反应 172
8.3　醌类化合物的提取与分离 173
8.3.1　醌类化合物的提取 173
8.3.2　醌类化合物的分离 173
8.4　醌类化合物的结构测定 175
8.4.1　紫外光谱 175
8.4.2　红外光谱 175
8.4.3　核磁共振谱 176
8.4.4　质谱 176
8.4.5　醌类化合物的结构解析实例 177
8.5　代表性醌类化合物 178
8.5.1　大黄 178
8.5.2　丹参 179
8.5.3　虎杖 180
拓展阅读 180
习题 180

第9章　香豆素和木脂素 183
9.1　香豆素 184
9.1.1　香豆素的分类 185
9.1.2　香豆素类的理化性质 187
9.1.3　香豆素类的检识 188
9.1.4　香豆素的提取分离 189
9.1.5　香豆素的结构鉴定方法 191
9.2　木脂素 192
9.2.1　木脂素的分类 193
9.2.2　木脂素的性质 195
9.2.3　木脂素的结构鉴定 195
习题 198

第10章　其他类型天然产物 201
10.1　有机酸 202 10.1.1　有机酸的类型 202
10.1.2　有机酸的提取分离 203
10.1.3　有机酸的检识 204
10.1.4　有机酸提取分离实例 204
10.2　鞣质 206
10.2.1　鞣质的分类 206
10.2.2　鞣质的性质 208
10.2.3　鞣质的提取与分离 209
10.2.4　除鞣质的方法 209
10.3　氨基酸、蛋白质和酶 210
10.3.1　氨基酸 210
10.3.2　蛋白质 211
10.3.3　酶 211
10.4　植物激素、昆虫信息素和农用天然产物 211
10.4.1　植物激素 212
10.4.2　昆虫信息素 213
10.4.3　农用天然产物 215
10.5　海洋天然产物 217
拓展阅读 220
习题 220

第11章　生物转化在天然产物研究中的应用 223
11.1　概述 224
11.2　生物转化应用于甾体药物合成 225
11.2.1　甾体药物与甾醇生物转化 225
11.2.2　甾体侧链的选择性降解 228
11.2.3　甾体生物转化的反应类型 229
11.3　生物催化不对称合成 231
11.3.1　手性砌块 231
11.3.2　生物催化水解反应 232
11.3.3　生物催化不对称还原反应 234
11.3.4　生物催化不对称氧化反应 237
习题 239

第12章　天然产物的化学合成 241
12.1　天然产物化学合成的意义 243
12.2　逆合成分析法 246
12.3　不对称合成 247
12.4　托品酮的合成 249
12.5　利血平的合成 250
12.6　( )-千金藤二胺的合成 252
12.7　β- 石竹烯的合成 256
12.8　紫杉醇的合成 258
拓展阅读 261
习题 262

天然产物化学基础测试题（一） 267
天然产物化学基础测试题（二） 269
天然产物化学基础测试题（三） 271

参考文献 274

前言
《天然产物化学》教材自第二版出版使用已有数年，得到了兄弟院校同行的关心与支持，期间入选为“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材和江苏省高等学校重点教材。近十多年来，天然产物化学及相关领域的研究不断取得新进展，新技术、新方法不断涌现；此外，将纸质教材和数字资源充分融合所形成的新形态教材得到广泛使用。本次修订结合了天然产物化学的发展态势，以纸质教材为核心，辅之以数字化资源，结合使用本书的同行与读者的意见和修改建议，对《天然产物化学》进行修订再版。
作为国家级特色专业、国家级一流本科专业建设成果教材，本教材在继续保持原教材的体系与特色的基础上，主要修订内容包括：
① 增加了提取分离、结构表征等方面的新技术、新方法以及实际应用案例，同时更新最新进展内容。
② 增加了提取分离与结构表征方面的习题，增加了综合应用与文献查阅习题，新增了部分科学家生平与贡献等相关内容；天然产物化学基础测试题也同步更新。
③ 新增数字化资源，主要包括与“案例”相关的拓展学习资料、科学家生平与贡献、重要天然产物的发现与应用、天然产物提取与分离方面的实验操作视频等数字化资源，以及习题的数字化参考答案。将上述数字化资源通过二维码技术，嵌入纸质教材中，旨在拓展与天然产物化学相关的学习资源，提高学生学习兴趣以及解决复杂问题方面的能力。
④ 每章增加章前兴趣引导和问题导向，明确学习目标；在正文中补充概念检查，力求提高学生学以致用、分析解决问题的能力。
以纸质教材为核心，辅之以数字化资源，会使教材显现出立体化，学生学习显现个性化，从而在培养学生能力和科学素养等方面起到行稳至远的作用。为进一步帮助学生强化对所学知识的理解与运用，作为新形态课程教材，本书还提供案例、拓展阅读、习题/ 测试参考等数字化资源，正版验证后（一书一码）即可获得（操作提示见封底）。
《天然产物化学》第三版是在第二版的基础上编写的，是江南大学应用化学和化学工程与工艺2 个国家级一流本科专业建设成果教材。本次修订仍由江南大学刘湘教授和湖南大学汪秋安教授负责：第1 章、第2 章、第3 章、第9 章、第10 章和第12 章由汪秋安编写，第4 章、第5 章、第6 章、第7 章、第8 章和第11 章由刘湘编写。各章均附有习题，书后附有基础测试题。
化学工业出版社编辑为本书的出版做了大量工作，使用本教材的广大学生、江南大学和湖南大学老师，以及其他兄弟院校同行，对本书提出了许多有益的建议，编著者在此一并致以衷心的感谢！
尽管我们做了种种努力，但限于编著者的水平，对于本书的疏漏和不足之处，敬请广大读者和同行不吝指正。

编著者
2022 年8 月

第一版前言
天然产物是指从动物、植物及微生物中分离出来的生物二次代谢产物，自从发现来自天然界的有机化合物具有特殊的生理活性后，已经开发出许多具有治疗和保健作用的药物。有的天然产物能作为先导化合物，通过适当的结构改造，成为新一代药物。一些天然产物还具有重要的经济价值，如可作为食品添加剂、日化原料和其他精细化工产品等。
天然产物化学是以各类生物为研究对象，以有机化学为基础，以化学和物理方法为手段，研究生物二次代谢产物（生物碱、醌类和蒽衍生物、黄酮、萜类和挥发油、强心苷、甾体、皂苷、香豆素、木脂素、糖类、氨基酸和蛋白质、动植物激素、海洋天然有机物等）的提取、分离、结构、功能、生物合成、化学合成和用途的一门科学，是生物资源开发利用的基础。天然产物化学的研究对整个有机化学的发展起着重要的推动作用，同时也为生物化学、药物化学和有机合成提供日益深化的研究内容。
天然产物化学是化学、化工、生物技术、食品工程和药学等专业高年级本科生和研究生的一门重要课程。通过本课程的学习，要求学生掌握天然有机化合物主要类型成分的结构特征、理化性质，提取、分离、精制、鉴定的基本理论和技能，初步掌握天然有机化合物结构测定的波谱学方法，了解天然有机化合物的合成和生物转化的一般方法，熟悉具有代表性的天然有机化合物的生物活性。
全书共分12 章，其中：第1 章、第2 章、第3 章、第8 章、第10 章和第12 章由湖南大学汪秋安编写；第4 章、第5 章、第6 章、第7 章、第9 章和第11 章由江南大学刘湘编写。书后附有习题和测试题。
在本书编写过程中，一方面要考虑到取材的深度和广度；另一方面要避免篇幅上过于冗长，为此做了大量的选编工作，通过参考国内外最新的教材及有关文献资料，尽可能将一些新的内容和例子写入书中。因为天然产物化学是一门集基础与应用于一体的课程，在使学生既获得足够的基本知识，又能不断获得扩展和运用这些知识的能力方面，我们还缺少更多的经验，再加上编者水平有限，欠缺和不妥之处在所难免，恳请读者指正。

编者
2004 年8 月

第二版前言
天然产物是指从动物、植物、海洋生物及微生物中分离出来的生物二次代谢产物，自从发现来自天然界的有机化合物具有特殊的生理活性后，已经开发出许多具有治疗和保健作用的药物。有的天然产物能作为先导化合物，通过适当的结构改造，成为新一代药物。一些天然产物还具有重要的经济价值，如可作为农药、食品添加剂、日化原料和其他精细化工产品等。
天然产物化学是以各类生物为研究对象，以有机化学为基础，以化学和物理方法为手段，研究生物二次代谢产物（如生物碱、黄酮类、萜类和挥发油、强心苷、甾体类、皂苷、醌类、香豆素、木脂素、糖类、氨基酸和蛋白质、动植物激素、海洋天然有机物等）的提取、分离、结构、功能、生物合成、化学合成和用途的一门科学，是生物资源开发利用的基础。天然产物化学的研究对整个有机化学的发展起着重要的推动作用，并可导致从分子水平认识并揭示生命的奥秘，同时也为生物化学、药物化学和有机合成提供日益深化的研究内容。
天然产物化学是化学、应用化学、化学工程与工艺、生物技术、生物工程、食品科学与工程、制药工程和药学等专业高年级本科生和研究生的一门重要课程。通过本课程的学习，要求学生掌握天然有机化合物主要类型成分的结构特征、理化性质，提取、分离、精制、鉴定的基本理论和技能，初步掌握天然有机化合物结构测定的谱学方法，了解天然有机化合物的合成和生物转化的一般方法，熟悉具有代表性的天然有机化合物的生物活性。
《天然产物化学》（第二版）是在第一版的基础上编写的，第二版全书共分12 章，其中：第1 章、第2 章、第3 章、第9 章、第10 章和第12 章由湖南大学汪秋安编写；第4 章、第5 章、第6 章、第7 章、第8 章和第11 章由江南大学刘湘编写。各章均附有习题，书后附有测试题和习题参考答案。
本书第一版出版以来，得到了兄弟院校同行的关心与支持。在第二版编写过程中，根据我们在教学中的体会和各兄弟院校使用本教材中提出的宝贵意见和建议，我们对第一版进行了修订：一方面从取材的深度和广度上，继承了第一版的长处，对某些章节进行了调整，每章新增了习题并附有参考答案；另一方面通过参考国内外最新的教材及有关文献资料，编入了一些新的研究内容和成果。尽管我们做了种种努力，但因编者水平有限，欠缺和不妥之处在所难免，恳请广大师生和读者不吝指正。

编者
2009 年8 月