10操控分子和药物设计.pdf

Manipulating Molecules and Designing Drugs Is our society becoming dependent on prescription drugs? How harmful are illicit drugs? Herbal remedies: Is “natural” safer than synthetic? How are effective drugs designed? 药(毒) 品：这个词唤出希望、解脱、恐惧、愤怒，或者只是蔑视。 药物是希望用来防治、减轻或者来治疗疾病的。药物化学是有关发现或 设计具有疗效的新化学品并将它们发展成为有用的药物的科学。 当代药学起源于民间传统，而药物的历史上又不乏草药和民间疗法。 中国的帝王神农氏在5000年前就撰写了一本草药集，其中描述了一种植 物叫麻黄，被用来刺激心脏。这种植物中含有麻黄碱。 近年来，化学家们已经设计、合成并表征了大量的处方药和非处方药。 用来帮助人们控制血糖、血压、胆固醇和过敏。 很久以来，人们都在用药物来改变他们的感觉和情绪。人们滥用药物主 要是希望获得瞬时的快感或解脱。人类历史上一直都存在药物的滥用。 发展药物的想法和来源从哪里来？ 药品到达市场的过程是怎样的？ 为什么一种药物具有特定的效果，它分子结构的什么特性 对生物体有贡献？ 草药的优点和缺点有哪些，是否自然产生的药物比合成药 物更“安全” ？ 哪些药物被滥用的最普遍？ 一种经典的神奇药物--阿司匹林 公元前四世纪，古希腊名医希波克拉底由柳树皮在水中煮 沸制成一种“茶”，据说对治疗发热有效。 化学家后来从柳树皮的提取物中分离出少量的黄色、针状 晶体物质，这种物质被命名为水杨酸。 实验证明水杨酸可以用化学方法分离为两种化合物，临床 实验证明两种物质中只有一种可以减轻发热和发炎。 这种活性组分被证明在体内被转化为酸。不幸的是，临床 实验也发现了其不良的副作用。 活性成分不仅有一种难吃的味道，而且它的酸性对某些人 产生强烈的胃刺激。 第一次改造非常简单。酸被碱(NaOH, Ca(OH) ) 中和形成一种盐，比母 2 体化合物少了一些副作用。 1898年，德国的化学家菲力·霍夫曼，将原来的化合物转化为一种不同 的物质，一种一旦进入人体又被转换回活性酸的固体。这一改良，大大 减轻了恶心以及其他不良反应。 在广泛对霍夫曼的化合物进行临床测试的同时，一家知名的药物公司就 开始准备大规模生产了。 临床试验显示这种药物不会成瘾，相对无毒。摄入毒性被列为低毒。 一次摄入20~30克可能致命。在每4小时325~650mg的剂量下，是非常有 效的退烧药、止疼药及防止发炎的药物。 这种药物被发现能延长血液凝固时间，在70%的使用中这种药造成少量 的从医学角度认为程度不严重的胃出血。 这种药物的化学名称是2- 乙酰氧基苯甲酸，或乙酰水杨酸。 水杨酸 阿司匹林 官能团 官能团是使含有它的分子产生特种的物理和化学性质的特定原子排列基 团。 官能团的出现和性质是所有药物具有药性的原因 阿司匹林含有3个官能团。绿色部分是苯环， 它的存在使阿司匹林能够溶解在对细胞膜成 分具有重要意义的脂肪性化合物中。 因为阿司匹林保留了水杨酸中原有的一个- COOH基团，它仍具有母体化合物的不良酸性 性质。 酯基降低了酸性基团的酸性，使得食用性更 强，对胃黏膜刺激作用减弱。 官能团在化合物的溶解度方面具有一定的影响，溶解度又是吸收、反应 速率和药物在体内滞留时间的重要因素。 伪麻黄碱是一种很普遍的用于解充血的非处方感冒药。伪麻黄碱的盐式 结构作为药物更有利，因为更稳定、气味小，而且溶于水。 据估计，大约一半以上的药物分子被加工为盐的形式，以提高他们的水 溶性和稳定性，从而延长它们的保质期。 具有相似生理结构的药物，往往具有相似的分子结构，并包含部分相同 的官能团。 目前商业制造的布洛芬的方法应用了一种令人称奇的绿色化