本科《天然化合物波譜解析》課程教學(xué)方法探討

王彥志　馮衛(wèi)生　陳輝　楊云

[摘要] 《天然化合物波譜解析》是一門研究如何根據(jù)天然化合物的波譜研究其化學(xué)結(jié)構(gòu)的課程，是中藥學(xué)和藥學(xué)專業(yè)本科生的一門難度較大的專業(yè)課程。本文從本課程與本科《儀器分析》《中藥化學(xué)》《天然藥物化學(xué)》等相關(guān)課程之間的銜接關(guān)系，授課內(nèi)容、授課重點(diǎn)的選擇，課堂教學(xué)的授課方式，以及與研究生《天然化合物波譜解析》課程的區(qū)別與聯(lián)系等五個(gè)方面討論本課程的教學(xué)方法和教學(xué)中應(yīng)該注意的問題。

[關(guān)鍵詞] 天然化合物波譜解析；天然化合物；教學(xué)方法

[中圖分類號] Q94 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] B [文章編號] 1674-4721（2014）02（b）-0123-03

《天然化合物波譜解析》是研究天然化合物結(jié)構(gòu)的一門課程，適合于中藥學(xué)、中藥制藥、制藥工程、藥物制劑等專業(yè)的本科生，是中藥學(xué)、藥學(xué)類專業(yè)的選修課程之一。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握如何根據(jù)天然化合物的波譜，尤其是四大光譜即磁共振波譜（NMR）、質(zhì)譜（MS）、紅外光譜（IR）、紫外光譜（UV）鑒定其化學(xué)結(jié)構(gòu)，并掌握各種結(jié)構(gòu)類型天然化合物的主要波譜特征。

天然藥物化學(xué)成分研究的重要途徑就是利用各種先進(jìn)的色譜分離技術(shù)將中藥中所含的化學(xué)成分分離出來并鑒定結(jié)構(gòu)，由于各種先進(jìn)色譜技術(shù)的發(fā)展，化學(xué)成分的提取分離已經(jīng)變得越來越容易，而化學(xué)成分的結(jié)構(gòu)研究主要依靠波譜方法，而波譜解析相對來說比較困難，因此天然化合物的結(jié)構(gòu)解析是天然藥物化學(xué)成分研究的核心問題與關(guān)鍵步驟。筆者在多年的《中藥化學(xué)》《天然藥物化學(xué)》本科及碩士研究生《天然化合物波譜解析》的教學(xué)工作，積累了一些經(jīng)驗(yàn)，于2008年編寫出版了《中藥化學(xué)成分波譜解析》[1]。2012年擔(dān)任主編組織編寫出版了全國高等院校中醫(yī)藥類專業(yè)衛(wèi)生部“十二五”規(guī)劃教材、全國高等醫(yī)藥教材建設(shè)研究會規(guī)劃教材《波譜解析》[2]。在多年的教學(xué)科研工作和編寫論著的過程中，對于本科生的波譜解析課程教學(xué)方法，積累了一些經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)總結(jié)如下。

1 與《儀器分析》課程的聯(lián)系與區(qū)別

《儀器分析》[3-5]是一門介紹各種現(xiàn)代儀器分析方法的物理和化學(xué)原理，儀器的結(jié)構(gòu)原理、測試原理和定性定量分析方法的課程，是藥學(xué)專業(yè)的必修專業(yè)課程。《天然化合物波譜解析》是在學(xué)習(xí)過《儀器分析》中的波譜理論后，對波譜理論的實(shí)踐應(yīng)用，會加深對波譜理論的理解。然而，波譜技術(shù)的基本原理涉及量子力學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)和光學(xué)等廣泛領(lǐng)域，一般的化學(xué)工作者并不精通這些領(lǐng)域，會覺得比較難于理解?！秲x器分析》在介紹波譜解析方法時(shí)均以小分子有機(jī)化合物為研究實(shí)例，而中藥化學(xué)成分的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，結(jié)構(gòu)研究比小分子有機(jī)化合物要復(fù)雜得多，學(xué)生普遍感到比較困難。因此，《波譜解析》在介紹波譜學(xué)基礎(chǔ)知識時(shí)，應(yīng)避開量子化學(xué)等波譜基本原理，以具體天然化合物為例，側(cè)重于介紹波譜的解析方法和應(yīng)用，以及結(jié)構(gòu)解析的規(guī)律和過程，四大光譜中應(yīng)重點(diǎn)講授結(jié)構(gòu)解析最有力的方法——磁共振譜。例如，在磁共振理論中要重點(diǎn)講授化學(xué)位移值、耦合常數(shù)、峰型等與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系，在質(zhì)譜理論中講授各種質(zhì)譜裂解技術(shù)的特點(diǎn)、使用范圍和選擇依據(jù)，以及常見天然化合物的質(zhì)譜裂解特征。掌握這些內(nèi)容即可解析中藥化學(xué)成分的結(jié)構(gòu)，這是本課程與《儀器分析》的不同之處。

2 與《中藥化學(xué)》及《天然藥物化學(xué)》課程的聯(lián)系與區(qū)別

《中藥化學(xué)》[6-7]和《天然藥物化學(xué)》[8-9]是一門運(yùn)用有機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)等現(xiàn)代科學(xué)理論和技術(shù)等研究中藥或天然藥物中化學(xué)成分的課程，研究內(nèi)容包括化學(xué)成分的物理化學(xué)性質(zhì)、提取分離、結(jié)構(gòu)鑒定、生物合成途徑等。這兩門課程中雖然舉例介紹常見天然化合物的波譜特征，但是沒有講授如何從圖譜入手解析結(jié)構(gòu)。

結(jié)構(gòu)鑒定是中藥化學(xué)研究領(lǐng)域中難度較大的一個(gè)環(huán)節(jié)?！短烊换衔锊ㄗV解析》課程是本科生在學(xué)習(xí)《中藥化學(xué)》或《天然藥物化學(xué)》課程后，在掌握了天然化合物的結(jié)構(gòu)類型、結(jié)構(gòu)特征和理化性質(zhì)的基礎(chǔ)上，在結(jié)構(gòu)研究方面的進(jìn)一步深化、提高。因此，本課程在教學(xué)內(nèi)容上應(yīng)與《中藥化學(xué)》或《天然藥物化學(xué)》中介紹的化學(xué)成分的類型基本一致，主要包括糖苷類、小分子酚酸類、香豆素、木脂素類、黃酮類、醌類、萜類、甾體類、含氮有機(jī)化合物類、脂肪酸類、鞣質(zhì)類等。對于二苯乙烯類、苯乙醇苷和色原酮類化合物，雖然《中藥化學(xué)》或《天然藥物化學(xué)》中沒有涉及，但是這些類型的化學(xué)成分在天然藥物中分布相對比較廣泛，而且結(jié)構(gòu)骨架比較有規(guī)律，所以也可以適當(dāng)介紹。而多糖和蛋白質(zhì)類成分，雖然分布很廣泛，但是結(jié)構(gòu)研究非常復(fù)雜，需要借助于化學(xué)方法和NMR、2D-NMR、3D-NMR、MS-MS等先進(jìn)的波譜技術(shù)。

筆者在本科生、研究生教學(xué)中，發(fā)現(xiàn)學(xué)生雖然學(xué)習(xí)過波譜理論和常見中藥化學(xué)成分的波譜特征，但對于解析中藥化學(xué)成分圖譜的學(xué)習(xí)仍感到比較困難，這是因?yàn)樗拇蠊庾V的解析要比波譜數(shù)據(jù)分析困難的多，從圖譜得到波譜數(shù)據(jù)需要波譜理論和分析圖譜的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。因此，本課程應(yīng)介紹各類中藥化學(xué)成分如何從圖譜入手解析結(jié)構(gòu)，例如在介紹NMR圖譜解析方法時(shí)，應(yīng)教會學(xué)生如何分析排除圖譜中的溶劑信號、雜質(zhì)信號、水峰等干擾信號，確定1H-NMR峰面積積分值與氫質(zhì)子數(shù)目的對應(yīng)關(guān)系，多重峰峰型和耦合常數(shù)的分析方法等。

3 注意教學(xué)內(nèi)容的代表性

本課程介紹的化合物應(yīng)為在天然藥物中分布較廣泛，結(jié)構(gòu)特征具有代表性，在《中藥化學(xué)》或《天然藥物化學(xué)》課程教學(xué)重點(diǎn)介紹的化合物。例如，在小分子酚酸類化合物中介紹咖啡酸、阿魏酸、苯甲酸等結(jié)構(gòu)解析方法，在黃酮一章中介紹芹菜素、山萘酚、木犀草素、槲皮素、葛根素、蘆丁等化合物，在單萜中介紹梓醇、梔子苷等化合物，在三萜中介紹齊墩果酸、熊果酸、羽扇豆醇等化合物，學(xué)生對這些化合物的結(jié)構(gòu)比較熟悉，而且結(jié)構(gòu)具有代表性，在中藥中分布較廣泛，通過解析這些化合物的結(jié)構(gòu)并掌握其波譜特征，就能夠熟練解析該類化合物的結(jié)構(gòu)。

4 與研究生課程的區(qū)別

本課程是藥學(xué)類本科生、研究生兩個(gè)層面均設(shè)課的一門必修課程，在教學(xué)中應(yīng)針對不同階段學(xué)生講授的側(cè)重點(diǎn)不同。對于本科生來說，本課程是一門難度較大的專業(yè)課程，因此，應(yīng)重點(diǎn)介紹在天然藥物中分部廣泛且結(jié)構(gòu)簡單、結(jié)構(gòu)規(guī)律明顯的化合物，例如黃酮一章中應(yīng)介紹黃酮類、黃酮醇類、二氫黃酮類、異黃酮類、查爾酮、黃酮碳苷類、二氫黃酮醇、二氫異黃酮、二氫查爾酮、黃烷醇、高異黃酮等其他黃酮就不再介紹；在單萜類化合物中應(yīng)重點(diǎn)介紹環(huán)烯醚萜類，在化合物中講授紫羅蘭酮類，在三萜類化合物中講授齊墩果酸類化合物，對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的倍半萜、二萜、四環(huán)三萜可不用講授；在二苯乙烯類和間苯三酚類化合物中應(yīng)介紹單聚體，對于二聚體、三聚體等多聚體不再講授；在含氮化合物中講授結(jié)構(gòu)簡單的麻黃堿類生物堿以及結(jié)構(gòu)規(guī)律性強(qiáng)的小檗堿類生物堿；鞣質(zhì)類化合物中講授可水解鞣質(zhì)單聚體，對于可水解鞣質(zhì)二聚體以上以及縮合鞣質(zhì)、復(fù)合鞣質(zhì)均不介紹。

5 授課方式

本課程授課過程中給出大量圖譜，故需要采用多媒體教學(xué)。建議授課時(shí)以討論式教學(xué)方式，帶領(lǐng)學(xué)生分析討論每個(gè)化合物的圖譜，詳細(xì)介紹如何從圖譜入手解析各類天然化合物的結(jié)構(gòu)，并且對每類化合物的波譜特征和規(guī)律進(jìn)行歸納總結(jié)。

5.1 注重對各類化合物波譜規(guī)律、特征的總結(jié)

中藥化學(xué)成分是存在于自然界的天然化學(xué)成分，每類成分均有其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特征，這種結(jié)構(gòu)上的特征會相應(yīng)地反映在波譜中。因此，解析完每一類化合物后，結(jié)構(gòu)解析中在介紹每類化合物的結(jié)構(gòu)解析方法以后，重點(diǎn)總結(jié)各類化合物的波譜特征和規(guī)律，這對于學(xué)生掌握天然化合物的結(jié)構(gòu)研究方法具有非常重要的意義。

5.2 注重圖譜的真實(shí)性

本課程授課過程中講授的各種圖譜均應(yīng)為真實(shí)圖譜，有些圖譜中甚至有雜質(zhì)信號，這都反映了實(shí)驗(yàn)室常規(guī)測試的實(shí)際情況。教師不能刻意將圖譜優(yōu)化，例如去掉1H-NMR圖譜中的溶劑峰、水峰、雜質(zhì)峰、旋轉(zhuǎn)邊峰等干擾信號，圖譜解析應(yīng)具有實(shí)戰(zhàn)性，否則學(xué)生不能很好地掌握圖譜解析方法。

綜上所述，《天然化合物波譜解析》是本科藥學(xué)專業(yè)本科生的一門難度較大、專業(yè)性較強(qiáng)的課程，教學(xué)中應(yīng)根據(jù)本科生的特點(diǎn)，選擇天然化合物中分布廣泛、結(jié)構(gòu)簡單、結(jié)構(gòu)規(guī)律性強(qiáng)、具有一定代表性的化合物，化合物結(jié)構(gòu)由簡到難、從小到大，從真實(shí)圖譜分析入手，分析討論圖譜，得出波譜數(shù)據(jù)并推斷結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上總結(jié)每類化合物的波譜特征和規(guī)律，使學(xué)生較快掌握天然化合物的結(jié)構(gòu)解析方法。

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（收稿日期：2013-10-15 本文編輯：林利利）