研究生《天然化合物波譜解析》課程教學(xué)方法探討

王彥志++劉斌++馮衛(wèi)生++陳輝

摘 要：《天然化合物波譜解析》是藥物化學(xué)專業(yè)研究生一門難度較大的學(xué)位課程，該課程研究如何根據(jù)天然化合物的波譜研究其化學(xué)結(jié)構(gòu)的課程.該文從本課程與相關(guān)課程之間的銜接關(guān)系，授課內(nèi)容的選擇、授課方法等三個(gè)方面討論了本課程的教學(xué)方法和教學(xué)中應(yīng)該注意的問題。

關(guān)鍵詞：波譜解析課程 天然化合物 研究生 教學(xué)方法

中圖分類號(hào)：G842 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）06（a）-0135-02

Teaching methods of spectral analysis of natural compounds curriculum to graduate students

WANG Yanzhi LIU Bin FENG Weisheng CHEN Hui

（Henan college of Traditional Chinese Medicine，Zhengzhou 450046）

Abtract：Spectral analysis of natural compounds is a degree program to graduate students of Chinese medicine and pharmaceutics in college，which introduce how to determine the structure of natural compounds by analyse its spectrum，and most graduate students feel it is difficulty to learn this curriculum.This article debate the concatenation and difference between this curriculum and correlated curriculum， such as modern instrument analysis，chinese medicine chemical， natural medicinal chemistry，and how to select the teaching content and teaching points，teaching way，teaching methods of this curriculum.

Key Words：spectral analysis curriculum natural compounds graduate students teaching methods

《天然化合物波譜解析》是藥物化學(xué)專業(yè)碩士研究生的學(xué)位課程，在我校藥物化學(xué)碩士點(diǎn)已經(jīng)開課20多年，目前國內(nèi)多數(shù)中藥學(xué)、藥學(xué)專業(yè)碩士、博士研究生均開設(shè)本課程。通過本課程學(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核磁共振波譜（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)。

從天然藥物中提取分離得到單體化合物并鑒定其結(jié)構(gòu)，是天然藥物化學(xué)研究的經(jīng)典方法，由于各種先進(jìn)的色譜技術(shù)的發(fā)展，天然藥物中化學(xué)成分的提取分離已經(jīng)變得越來越容易，而結(jié)構(gòu)研究主要依靠波譜技術(shù)，由于波譜解析相對來說比較困難，因此結(jié)構(gòu)研究便是天然化合物研究的關(guān)鍵步驟。我們在多年從事本科及研究生《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(huì)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，對于本課程的教學(xué)方法積累了一些經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)如下。

1 認(rèn)清《天然化合物波譜解析》在同類專業(yè)課程中的地位

中藥類、藥學(xué)類專業(yè)的研究生在本科階段已經(jīng)學(xué)習(xí)了《儀器分析》[3-4]、《天然藥物化學(xué)》[5-6]等必修專業(yè)課程，可能選修過《有機(jī)化合物波譜分析》[7]、《波譜解析》等選修專業(yè)課程。本課程是研究生在本科階段學(xué)習(xí)相關(guān)課程后，在掌握了天然化合物的結(jié)構(gòu)類型后，應(yīng)用波譜基本理論在天然化合物結(jié)構(gòu)研究的具體實(shí)踐。

1.1 《儀器分析》重點(diǎn)是介紹各種分析儀器包括波譜儀器的原理及應(yīng)用，《有機(jī)化合物光譜解析》重點(diǎn)介紹波譜的原理及應(yīng)用，其波譜理論內(nèi)容比《儀器分析》更為深入

由于波譜理論基礎(chǔ)涉及量子力學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)和光學(xué)等廣泛的領(lǐng)域，這些領(lǐng)域一般的化學(xué)工作者并不精通，故學(xué)生普遍感覺比較抽象難以理解。此外，在介紹波譜應(yīng)用時(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。因此，研究生雖學(xué)習(xí)過不波譜理論，但對于解析天然化合物的結(jié)構(gòu)仍很困難。

由于研究生在本科階段已在《儀器分析》課程中學(xué)習(xí)波譜理論，基本掌握了紅外、紫外、質(zhì)譜和核磁共振氫譜，核磁共振碳譜可能沒有學(xué)習(xí)過，而對于學(xué)習(xí)過《有機(jī)化合物波譜分析》的學(xué)生，四大光譜的基本理論已經(jīng)基本掌握，因此，筆者認(rèn)為本課程應(yīng)重點(diǎn)講授如何運(yùn)用這些波譜理論解決具體天然化合物的結(jié)構(gòu)，即教會(huì)如何把波譜理論和實(shí)際應(yīng)用聯(lián)系起來，避免講授抽象的理論知識(shí)，應(yīng)避開量子化學(xué)等波譜基本原理，應(yīng)選擇有代表性具體化合物，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，例如，在核磁共振理論中要重點(diǎn)講授化學(xué)位移值、偶合常數(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。

1.2 《天然藥物化學(xué)》課程介紹天然藥物中化學(xué)成分的的物理化學(xué)性質(zhì)、提取分離、結(jié)構(gòu)鑒定、生物合成途徑等內(nèi)容，在結(jié)構(gòu)鑒定章節(jié)中會(huì)講授常見類型化合物的波譜特征

但是從圖譜得到波譜數(shù)據(jù)需要波譜理論和較多的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，比如，核磁共振圖譜中通常會(huì)出現(xiàn)溶劑峰、水峰、旋轉(zhuǎn)邊鋒、雜質(zhì)峰，水峰的位置與測試用的溶劑有很大關(guān)系，雜質(zhì)峰的位置、峰型千差萬別，雜質(zhì)峰還有會(huì)影響氫核磁共振信號(hào)峰的積分，圖譜中還可能存在信號(hào)重疊、部分信號(hào)被溶劑峰或水峰覆蓋的現(xiàn)象，或由于部分結(jié)構(gòu)片段對稱導(dǎo)致信號(hào)峰減少的現(xiàn)象。如何分析圖譜去除雜質(zhì)信號(hào)，從圖譜中得到化合物的結(jié)構(gòu)信息需要較多分析圖譜的經(jīng)驗(yàn)。因此，從四大光譜的解析要比波譜數(shù)據(jù)分析困難的多。本課程應(yīng)詳細(xì)介紹如何分析圖譜得出波譜數(shù)據(jù)，如何分析波譜數(shù)據(jù)，如何從圖譜推斷結(jié)構(gòu)，多看圖譜是學(xué)好本課程必要的重要方法。endprint

天然化合物的數(shù)目千千萬萬，結(jié)構(gòu)千差萬別，對于初學(xué)者來說，結(jié)構(gòu)過于法則的化合物，波譜圖譜太復(fù)雜，難于解析，因此，應(yīng)該選擇結(jié)構(gòu)簡單，而且結(jié)構(gòu)骨架有代表性即在天然產(chǎn)物中分布廣泛的類型，學(xué)習(xí)如何從圖譜解析結(jié)構(gòu)。這對于本課程的教學(xué)效果是很重要的。因此，筆者認(rèn)為，本課程講授的應(yīng)與《天然藥物化學(xué)》中介紹的化合物類型基本一致，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、聚酮類化合物，雖然《中藥化學(xué)》中沒有涉及，但是這些類型的化學(xué)成分在中藥中分布相對比較廣泛，而且結(jié)構(gòu)骨架比較有規(guī)律，所以也可適當(dāng)講授。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，需要借助于生物方法、化學(xué)方法、NMR、2D-NMR、3D-NMR、MS-MS等先進(jìn)的波譜技術(shù)，所以不再詳細(xì)介紹。通過學(xué)習(xí)常見天然化合物的波譜解析方法，在此基礎(chǔ)上掌握每類化合物的波譜特征，即可掌握常見天然化合物的波譜解析方法。通過對波譜理論的實(shí)踐應(yīng)用，學(xué)生會(huì)加深對波譜理論的理解，真正學(xué)會(huì)波譜方法。

1.3 教學(xué)深度應(yīng)高于本科生同類課程

《天然化合物波譜解析》也中藥學(xué)、藥學(xué)類專業(yè)本科生的選修課程之一（由于本科生普遍認(rèn)為本課程難度較大，在很多本科院校中多數(shù)學(xué)生并未選修本課程）。對不同階段學(xué)生，本課程講授的難度應(yīng)有所不同，對于本科生來說，應(yīng)重點(diǎn)介紹在天然藥物中分部廣泛，而且結(jié)構(gòu)簡單、結(jié)構(gòu)規(guī)律明顯的化合物。而對于研究生，難度應(yīng)有所增加，涉及的化合物種類應(yīng)更為廣泛，例如黃酮一章中除了介紹黃酮類、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也應(yīng)介紹；在萜類化合物中應(yīng)重點(diǎn)介紹環(huán)烯醚萜類、齊墩果酸類三萜，紫羅蘭酮類、羊毛脂甾烷類四環(huán)三萜、達(dá)瑪烷類四環(huán)三萜、烏蘇酸類五環(huán)三萜也應(yīng)詳細(xì)介紹；在木脂素類化合物中除了雙環(huán)氧木脂素糖苷類外，雙芐基丁烷類、單環(huán)氧木脂素、苯代萘型木脂素、苯駢呋喃木脂素均應(yīng)詳細(xì)介紹。

2 注重教學(xué)內(nèi)容的代表性

本課程中選擇的化合物應(yīng)具有代表性，而且在天然藥物中分布廣泛的化合物，即在《天然藥物化學(xué)化學(xué)》課程中會(huì)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、山奈酚、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，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)。

3 注重圖譜的真實(shí)性

由于本課程的授課內(nèi)容是解析各種圖譜，故教學(xué)均需采多媒體的方式。天然化合物在分離純化時(shí)，可能會(huì)帶有少量雜質(zhì)，故教學(xué)采用的所有圖譜應(yīng)為真實(shí)圖譜，教師不必刻意地將圖譜優(yōu)化，有些圖譜含有雜質(zhì)信號(hào)，這是實(shí)驗(yàn)室常規(guī)測試的實(shí)際情況，解析圖譜這樣的圖譜具有很強(qiáng)的實(shí)戰(zhàn)性。教會(huì)學(xué)生掌握如何分辨排除雜質(zhì)信號(hào)，排除溶劑峰、水峰、噪音峰，對于掌握波譜解析技術(shù)是很重要的。

4 注重波譜規(guī)律、特征的總結(jié)

天然化合物是存在于自然界的天然化學(xué)成分，每類成分均有其特定的生物合成途徑，反映出具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特征，這種結(jié)構(gòu)上的特征也會(huì)相應(yīng)地反映在波譜中。本課程在授課過程中給出大量圖譜，尤其NMR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)，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。學(xué)生掌握這些特征后可以很快學(xué)會(huì)天然化合物的波譜解析方法。

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