海洋天然有机化学

出处：按学科分类—自然科学总论 北京出版社《现代科技综述大辞典上》第673页（3241字）

海洋天然产物主要指从海洋生物中分离得到的有机物质。

其中包括萜类、甾醇、大环内酯、生物碱、环肽、聚醚类、聚丙酸酯类和含氮、含硫等各种类型的化合物。这些化合物的分离、提纯、化学与药理性质、应用光谱技术和化学转变确定其化学结构的现代方法以及化学合成和生物合成的研究，构成了有机化学一个新的分支－海洋天然有机化学的主要内容。

海洋天然产物是目前天然有机化学中最活跃的研究领域之一。

由于海洋中的生物资源非常丰富，海洋中的生态环境与陆地显着不同，因此海洋天然产物具有独特的化学结构和多种多样的生理活性。对这些物质的深入研究，必将丰富天然产物化学的内容，促进有机化学基础理论和合成方法的发展。同时，对于寻找新型药物、防治重大疾病也具有重要意义。

海洋天然有机化学的发展大致可分为3个时期：1960年以前时期称为孕育期；1960～1970年为形成期；1970年至今为高速发展期。

与陆地天然产物化学一样，海洋天然有机化学的发展也是从人们对海洋生物的认识和利用开始的。

人们使用海洋生物作为食物和药物有悠久的历史。如世界上最早的医药文献之一《神农本草经》就描述了海藻、文蛤和牡蛎等的医药用途。唐朝颁布的《唐本草》是世界上最早的一部国家药典，其中有不少海洋药物的内容。明朝李时珍的巨着《本草纲目》已记载了近百种海洋生物的性味功能和医药价值。

本世纪30年代，国外出现了以海洋生物为基础的制剂，如从鱼肝油制维生素A、D，海藻胶和藻酸等。对海洋生物化学成分的研究可以追溯到19世纪末20世纪初，例如1909年日本的田原良纯首次分离到河豚毒素(Tetrodotoxin，简称TTX)的粗毒。海洋毒素是海洋天然产物中最早的研究对象之一。

但是这一时期研究的重大成果并不多，因而称之为海洋天然有机化学的孕育时期。

60年代，海洋有机化学进入了发展阶段。1960年由美国纽约科学院主持的首次海洋生物的生物化学和药物学专题讨论会标志着这个发展的开端。

这个时期，化学家越来越多地使用现代手段来研究海洋生物的化学成分，据美国的迈阿密大学海洋研究所统计，仅1967～1970年4年间就发表了论文和报告643篇。这个时期的主要研究对象是海洋毒素。

TTX和石房蛤毒素(Saxitoxin，简称STX)是最早被人注意的海洋毒素。

但直到1964年TTX结构测定成功之前，毒素研究进展不大。TTX结构的测定是海洋天然产物研究进展的里程碑。此后，一系列STX类、沙海癸毒素(Palytoxin，简称PTX)及短裸甲藻毒素(Brevetoxin，简称BTX)等相继发现并测定了结构。

通过这些研究，逐步形成一门新兴的海洋天然有机化学。

1968～1970年间，韦恩海默(Weinheiimet)等从加勒比海柳珊瑚(Plexaura homomella)中发现了前列腺素(Prostaglandin，简称PG)15R·PGA₂及其衍生物，含量高达1．3%。这是一项具有重大意义的发现。PG具有强烈的生理活性和广谱的药理效应。但在自然界中存在极微，全合成也甚为困难，限制了对其深入研究。从柳珊瑚中发现PG，改变了这种被动局面，这一成果促进了PG的研究，也掀起了海洋有机化学发展的新高潮。

海洋毒素在这个时期继续得到深入研究。凯西(Kishi)等于1972年完成了消旋TTX的合成。

莫尔(Moore)和优姆拉(Uemura)各自用了10多年的时间，于1981年分别宣布PTX结构测定成功。PTX是除多肽和多糖外分子量最大、结构最复杂的天然有机物之一，毒性极为强烈，是非蛋白毒素中最毒的物质。它是一个复杂的聚醚化合物。这一工作是80年代海洋天然有机化学研究的重大成就。

对PTx的研究非常活跃，包括它的性质、活性、用微生物生产和人工合成。日本化学家平田义正认为，PTX作为天然物的合成是一个顶峰，第一流的化学家正在进行其全合成方面的研究。

萜类、甾体和其它类型的化合物的研究全面展开。1973年出版《海洋天然产物化学》专着的时候，所发现的倍半萜不超过40个，二萜只有4个，到1978年，从海藻中就发现了60多个倍半萜，而新的二萜有90多个。1988年苏镜娱等从软珊瑚(Sarcophyton tortuosum Tixier-Durivault)中分离并测定了1个结构非常独特的四萜化合物－扭曲肉芝甲酯(Methyl Sartortuoate)和异扭曲肉芝甲酯(Methyl Isosartortuoate)。动物试验表明，前者具有明显的子宫收缩作用及抑瘤活性。

100多年来，萜类化学发展很快，在萜类大家族中，倍半萜的碳架有100多种类型；单萜、二萜和三萜也各有几十种类型的碳架，唯独四萜却只有一种象胡萝卜素那样的链型碳架。上述四萜是由两个十四员环二萜构成的罕见双大环四萜，这一发现结束了四萜只有一种类型碳架的历史，对萜类化学的发展是一大贡献。海洋异常甾醇的研究进展更快。1972～1976年所发现的新甾醇是以前发现的总和的两倍以上，1983年从一种海绵中一次就分离到24种新甾醇。海洋环肽是海洋药物研究中一个值得重视的最新进展。1980～1983年发现了10多个这类化合物，主要来源于海鞘和海兔。

尤其是含噻唑环、噻恶唑环的海洋环肽，结构特殊，与氨基酸、蛋白质和杂环化合物都有关系，与迄今使用的抗癌药物结构类型都不相同，而抗癌活性更为强烈，已构成一类完全新型的有前途的抗癌物质。对环肽进行系统研究，阐明其抗癌机制和构效关系，可望取得突破性成果。

此外，许多具有明显生理活性的海洋天然产物如大环内酯、生物碱、含氮化合物和聚丙酸酯类化合物等也不断被发现，它们对海洋天然有机化学的发展都有重要意义。海洋天然产物不但能提供新的特效药物，更重要的是为化学家提供结构模式，从而进行合成和结构改造，得到高效低毒的新药。

由于从海洋生物中分离得到的天然产物的量很少，且不易做成单晶，无法用X－射线单晶衍射法准确测定结构。因此，全合成研究随着分离、结构测定和生理活性研究工作的完成而展开。

例如从海绵分离到的抗癌成分改造成阿糖胞苷成了治疗白血病的主要药物，后来又改造成环胞苷，疗效高且不受酶的脱氨基作用，是海洋天然产物合成研究中一个成功而有启发意义的例子。通过合成研究，也可以发现结构测定中的错误，进而加以修正。

海洋是天然有机化学的广阔天地，它占有地球上所有生物的四分之三，至今被研究的只是其中一小部分。可以预料，研究海洋生物中的次级代谢产物必将有更多重大发现和进展。

今后20年内本领域的研究热点仍然是：(1)从海洋生物中分离有特异生理活性的物质，用现代物理、化学方法确定其结构，提供新的特效药物，特别是抗癌和心血管药物；(2)海洋毒素的研究；(3)以海洋活性物质为结构模式，进行构效关系、结构改造、生物合成和化学合成等方面的研究，以获得高效低毒的新药；(4)海洋天然有机物的生源合成；(5)海洋有机物和海洋生态的关系。

【参考文献】：

1 龙康候，巫忠德．海洋天然产物化学(第1卷)，第1版，北京：海洋出版社，1984．1～298

2 苏镜娱，龙康候，彭唐生，等．中国科学，1988，(1)∶8～19

3 曾陇梅，有机化学，1989，9(5)∶402～413

4 郑其煌，曾陇梅，等．化学通报，1990，(9)∶9～18

(中山大学郑其煌博士撰)