中药化学教研室

授课章节

第四章 醌类化合物

授课学时

4

所属课程

中药化学

授课年级

2014级

授课专业

中药学

教学内容分析（依据教学大纲）

1、教学目标：知识、技能、学习态度与价值观

知识目标：

1. 掌握醌类化合物，特别是蒽醌类化合物的结构分类、理化性质、提取分离和检识方法；

2. 掌握含有醌类化合物的代表性中药如大黄、紫草、丹参、虎杖的有效成分的化学结构、理化性质和提取分离方法；

3. 熟悉醌类化合物的波谱性质；

4. 了解醌类化合物的分布和生物活性。

技能目标：

1. 通过学习醌类化合物的提取分离方法，学生能够根据醌类化合物的不同结构特点选择合适的提取分离方法，设计合理的提取分离工艺流程，具有从代表性中药提取分离醌类化合物的实际操作能力；
2. 通过学习醌类化合物的检识方法，学生具备检识醌类化合物的实际操作能力；
3. 通过学习醌类化合物的波谱性质，学生具有鉴定醌类化合物化学结构的一般能力。

学习态度与价值观：

1. 以苯酚氧化后变红的化学现象引入课程，引导学生思考“变红”的现象与醌类化合物结构之间的相关性，强化学生从现象到本质的思维习惯。
2. 通过学习学生深入理解结构决定理化性质、理化性质决定提取分离方法的相互关系，提高学生的整体逻辑思维能力。
3. 理论教学与实验教学交叉进行，通过理论课预设情境，学生提出问题和预案，在实验课上印证预案，从中感受科学实验成功的喜悦，激发学生的学习热情。
4. 以中药丹参的成功开发为例，阐述中药有效成分的研究应用对我国医药事业的巨大推动作用，引发学生对中药学深入探索的欲望和热情。
5. 简介大黄不同炮制品的功效与其所含蒽醌类成分之间的相关性，简介大黄附子汤等方剂配伍的意义，学生从中认识到中药炮制、中药方剂配伍的科学内涵，感受祖先智慧的光芒，加深学生对祖国传统医药学科的热爱。

2、教学内容和重点难点分析：

教学内容：

1. 以苯酚氧化后变红的现象引入本章，分析苯酚变红的原因。
2. 从苯酚、对苯二酚的氧化说明醌的结构和形成原因，学习醌类药物的基本性质和结构特点（主要是颜色、稳定性）。以紫草、丹参、大黄所含醌类成分为例。
3. 学习醌类化合物的结构和分类：

（1）从结构最简单的苯醌类化合物开始讲授，以辅酶Q10、软紫草中分离的苯醌类化合物为例。

（2）萘醌类化合物可分为三种类型，重点讲解中药有效成分中含有的主要类型，学习从中药紫草中分离的萘醌类化合物及其生物活性。

（3）菲醌类化合物分为两种类型，重点学习从中药丹参中分离的丹参醌IIA及其衍生物的化学结构和生理活性，简要介绍我国在丹参有效物质和丹参复方研究与开发方面取得的成果。

（4）蒽醌类化合物是本节重点，主要学习蒽醌类化合物的母核、分类。

1. 讲授蒽醌的母核，可分为单蒽核和双蒽核，重点讲解结构的特点、编号和常见取代基；
2. 单蒽核类依据氧化程度不同可分为蒽醌及其苷类、蒽酚或蒽酮类，学习这些结构的相互关系，以中药大黄、茜草所含蒽醌类化合物为例，重点讲解蒽醌及其苷类化合物的母核特点。简介大黄不同炮制品的功效与其所含蒽醌类成分之间的相关性。
3. 双蒽核类可分为五个不同类型，重点学习二蒽酮类、二蒽醌类，以中药番泻叶所含二蒽酮类化合物为例。

4、学习醌类化合物的物理性质和化学性质。

（1）物理性质

1. 性状：强调醌类化合物的结构与颜色的相互关系；
2. 升华性及挥发性；
3. 溶解度：重点比较游离醌类和蒽醌苷类化合物溶解性的差异。

（2）化学性质

1. 酸性：这是醌类化合物最重要的性质之一，学习醌类化合物酸性产生的原因、影响酸性强弱的因素和酸性的应用。以中药大黄所含蒽醌类化合物以及其他一些蒽醌结构为例进行课堂讨论分析，并由此关联到酸性在醌类化合物的提取分离检识方法方面的应用，包括碱提酸沉法、pH梯度萃取分离法和碱液呈色反应。列举含有大黄的几个方剂，如大黄附子汤、大黄黄连汤，简介中药配伍意义。
2. 碱性
3. 颜色反应：首先学习Borntrager’s反应，讲解反应现象、反应条件、反应原理、应用范围和应用方法。然后依次学习Feigl反应、无色亚甲蓝显色反应、Kesting-Craven反应、与金属离子的反应、对亚硝基二甲苯胺反应，学习这些反应的反应现象和应用范围。应用不同的颜色反应鉴别6个蒽醌类化合物，以此为实例进行课堂讨论。

1. 学习醌类化合物的提取分离方法。

（1）醌类化合物的提取方法，重点学习碱提酸沉法的原理和应用。

（2）醌类化合物的分离方法：以蒽醌类化合物为例进行学习。

1. 蒽醌苷类与游离蒽醌的分离，主要用萃取法分离；
2. 游离蒽醌的分离：重点是pH梯度萃取法，它的工艺流程和分离效果，此处结合实验课进行实例分析，就虎杖当中蒽醌类成分的提取分离流程设计这一课题开展课堂讨论，由学生提出问题和预案；还有色谱法的应用，结合实例学习。
3. 蒽醌苷类化合物的分离：色谱法的应用，结合实例学习。。
4. 列举6个蒽醌及其苷类化合物，由学生以小组讨论的方式设计分离工艺。

1. 学习醌类化合物的检识方法

（1）学习理化检识方法；

（2）学习色谱检识方法。

6、学习醌类化合物的结构研究

（1）化学方法在醌类化合物结构研究中的应用：了解；

（2）波谱方法在醌类化合物结构研究中的应用：学习紫外光谱、红外光谱、核磁共振谱、质谱在醌类化合物结构研究中的应用；

1. 紫外光谱：学习苯醌、萘醌、蒽醌类化合物的紫外特征，重点是蒽醌类化合物的紫外特征与其化学结构的相关性；
2. 红外光谱：学习醌类化合物的官能团所引起的红外吸收特征，重点学习α-酚羟基的数目和取代位置对蒽醌母核羰基吸收峰的影响。
3. 核磁共振氢谱：学习醌环的质子、芳环质子、取代基的质子的化学位移值特点，学习不同取代基对蒽醌芳环质子的化学位移值产生的影响以及它们的质子信号峰之间相互耦合的情况。
4. 核磁共振碳谱：学习蒽醌类化合物碳谱特征及不同取代基所产生的影响。
5. 质谱：学习醌类化合物的质谱特征。
6. 以课本提供的黄花蒽醌为例，讲解多种波谱方法在醌类化合物结构解析过程中的具体应用。

重点：醌类化合物的定义、分类、蒽醌及其苷类化合物的结构特点、醌的酸性、颜色反应、提取分离方法（碱提酸沉法、pH梯度萃取法）、醌的检识、醌的波谱性质

难点：醌类化合物的酸性强弱的影响因素和具体应用；醌的波谱性质

学情分析及教学预测：

学情分析：

1. 本课程的授课对象是中药学专业大学三年级学生，学生在大一、大二时已经学习了四大基础化学（无机化学、有机化学、分析化学、物理化学），有较扎实的化学基础知识，熟悉化学实验的基本操作（如萃取法、色谱法等），为本章的学习打下了良好的理论和实践基础；
2. 本章是全书第四章，学生在前面章节中已经学习了中药有效成分的一般研究方法和糖、苷类化合物的相关知识，学生对本章包含的一些术语和部分理论知识已有较深入的理解，有利于对本章重要知识点的掌握。
3. 本章的学习包含理论课程与实验课程，二者交叉进行，在学习过程中，学生通过课堂学习的理论知识，在实验课上可以得到真实体验，有利于更好地理解相关知识点的重点和难点，掌握相关的操作技能。

教学预测：

1、从学生已经学习过的苯酚、对二苯酚等结构引入醌类化合物结构的介绍，学生对这部分知识应当容易掌握；

2.、理论课程与实验课程交叉进行，学生对醌类化合物的理化性质、提取分离可能容易理解；

3. 学生对醌类化合物的结构研究可能感到有一定难度；

4. 与学生已经相处一段时间，建立了良好的感情基础，有利于本章内容的学习。

教学策略与方法选择：

本章内容有较强的逻辑性，贯穿了结构决定性质、性质决定提取分离方法的逻辑关系，在本章教学中应充分利用这种内在联系，将重要知识点串联起来。课堂教学采用课堂讲授、启发式、讨论式、探究式等多种教学方式，以多媒体为主、板书为辅的教学手段。教学过程中贯穿师生互动、生生互动，采用引入、启发、分析、练习、讲解、讨论、总结等步骤实施教学。课后有自测题、学习资料、课外自主学习命题供学生拓展学习。

在课程引入阶段，简要分析学生较为熟悉的苯酚氧化变红的现象产生的原因，从而引入醌类化合物的学习，以不同中药的醌类化合物为例，围绕这些化合物提出问题：这些醌类化合物可以如何分类？醌类化合物有什么理化性质？如何提取分离醌类化合物？如何鉴定醌类化合物的结构？以此来启发学生思考，调动学生的学习积极性，帮助学生明确学习目标。根据不同知识点的内在联系提出如何依据醌类化合物的酸性来进行提取分离检识的问题，引导学生综合运用所学内容解决问题，达到整合知识突出重点的学习效果。通过情境设置、实例分析等手段，启发学生将已学的分离技术应用到醌类化合物的分离中。通过类比的方式讲解醌类化合物的波谱特征，以实例教学为主，引导学生分析不同波谱技术提供的化学信息。理论教学与实验教学交叉进行，在理论课上提出情境，学生提出问题及预案，在实验课上印证预案，从中感受科学实验的严谨，感受每个中药有效成分研究开发的不易。

学习资源：

①教材：所用教材《中药化学》为全国高等中医药院校规划教材，主编匡海学 中国中医药出版社

（本书为中药学专业学习的主要教材）

② 教学参考书：

天然药物化学                   吴立军等    北京：人民卫生出版社

（本书为药学专业学习的主要教材，内容有可借鉴性）

中药化学图表解                 匡海学等    北京：人民卫生出版社

（本书为辅导学习教材）

天然产物化学                   徐任生等    北京：科学出版社

（本书为天然产物化学领域的经典教材，可供学生拓展深入学习之用）

有机化合物结构鉴定与有机波谱学 宁永成等    北京：科学出版社

（本书为有机化合物结构解析的重要教材）

有机分子结构光谱鉴定           赵瑶兴等    北京：科学出版社

（本书为有机化合物结构解析的常用教材）

③ 网络学习资源：

通过建立QQ群作为师生网络交流的平台，将课程资料对学生开放，供学生自学时参考使用。

http://www.hljucm.net/web_cai/guojia/zyhx/index.htm 黑龙江中医药大学中药化学国家级精品课程

http://jpkc.zjtcm.net/bjjp/2012/8/kcms-2.htm浙江中医药大学中药化学课程网站

http://course.jingpinke.com/details/course_plains?uuid=8a833999-221c4794-0122-1c479511-0363&courseID=S0601119&resourceType=lessonplan 成都中医药大学中药化学省级精品课程

http://jpkc.hactcm.edu.cn/2005zyhx/  河南中医学院中药化学精品课程

http://zhyhx.sntcm.edu.cn/index.asp 陕西中医学院中药化学精品课程

•  代表性论文：

[1] R.A. Morton. Chapter IX–Quinones. Comprehensive Biochemistry, 2014, 9, 200–210.

[2] Zhou Y., Lv H., Wang W., Tu P., Jiang Y. Flavonoids and anthraquinones from Murraya tetramera C. C. Huang (Rutaceae). Biochemical Systematics and Ecology, 2014, 57, 78–80.

[3] Zhou Z., Jiang S. H., Zhu D. Y., Lin L. Z., Cordell G. A. Anthraquinones from Knoxia Valerianoides. Phytochemistry, 1994, 36 (3):765-768.

[4] Hao J., Feng S., Qiu S., Chen T. Anthraquinone Glycosides from the Roots of Prismatomeris connate. Chinese J. Nat. Med. 2011, 9, 1, 42–45.

[5] 段志芳，黄志纾，马林，车镇涛，古练权 紫草萘醌类化合物对乳酸脱氢酶和乙醇脱氢酶的共价修饰作用. 有机化学，2001，9，668-671.

[6] 段秀俊，裴妙荣，裴香萍. 酸碱对药大黄与附子在大黄附子汤中配伍的化学研究. 中国中药杂志，2009，34（17）：2167-2171..

⑤ 多媒体课件：结合教学经验，制作图文并茂、生动活泼的PowerPoint多媒体课件，与教学过程充分融合，体现本学科学习特点。

板书设计：

黑板（白板）设计：

黑板左侧书写章节的大标题及小标题

• 在黑板上画出苯酚的结构，引导学生回顾有机化学知识，即苯酚氧化生成苯醌，苯酚因此会变红的现象，从而引入本章。

• 在黑板上画出大黄所含3个蒽醌类成分的化学结构，教师提出问题引导，学生自主讨论如何分离，并设计分离工艺流程图。

现代信息媒体设计：

• 用PPT展示苯醌、萘醌、菲醌、蒽醌类化合物的结构，用加深颜色的方法强调醌类化合物的共同结构特征：不饱和环二酮。
• 以动画形式演示蒽醌类化合物被还原为蒽酚、蒽酮的反应，强调三者之间的结构转变关系。
• 在讲醌类化合物的酸性时，对结构中的酸性官能团酚羟基和羧基加深颜色，酸性大小比较，用“>”或“<”表示。不同酸性的醌类化合物在不同强度碱液中的溶解性用不同颜色的字体和箭头表示。醌类化合物的酸性应用有三个方面，每个方面均用动画强调。
• pH梯度萃取法的操作过程用流程图表示，对于不同萃取条件和所得的萃取部位用不同颜色强调。碱液呈色反应通过字体颜色的变化强调反应的现象。
• 在讲醌类化合物的颜色反应时，对颜色的变化均用动画演示，强调变色的效果。
• 在讲用色谱法分离蒽醌类化合物时，改变结构片段的颜色突出不同结构之间的主要差异，然后用动画方式展现不同蒽醌类化合物的分离顺序。色谱检识部分在讲到检识结果时，用实际斑点颜色来表示。
• 在讲醌类化合物的红外光谱时，α-酚羟基对羰基吸收峰产生的影响可通过动画方式表现，即先出现醌类化合物结构上的一个变化情况，然后再出现羰基吸收峰的一个变化情况，交替进行。
• 最后利用PPT将本章的重点进行归类、强调、总结，布置课后自测、学习资料、课外自主设计命题。

教学互动环节设计：

课上互动：

1、以学生较为熟悉的苯酚氧化后变红的现象引入课程，分析醌类化合物的结构形成原因，以不同中药的醌类化合物为例，围绕这些化合物提出问题：这些醌类化合物可以如何分类？醌类化合物有什么理化性质？如何提取分离醌类化合物？如何鉴定醌类化合物的结构？以此来启发学生思考，调动学生的学习积极性。

2、在讲到醌类化合物的酸性时，列举实例，就酸性大小由学生讨论分析，加深学生的理解和掌握。如：

大黄酚       R₁=H       R₂=CH₃

大黄素       R₁=OH     R₂=CH₃

大黄素甲醚   R₁=OCH₃   R₂=CH₃

芦荟大黄素   R₁=H       R₂=CH₂OH

大黄酸       R₁=H       R₂=COOH

3、在讲到醌类化合物的分离时，以大黄所含有的大黄酸、大黄素和大黄素甲醚为例进行课堂分组讨论，教师提出问题引导，学生自主设计分离工艺流程。

问题1：这三个化合物可用哪两类方法进行分离；

问题2：用化学方法分离的原理是什么？流程是什么？

问题3：是否还有其他方法分离？不同分离方法各有何优缺点？

4、醌类化合物的结构研究部分，在讲到醌类化合物的红外光谱时，给出练习让学生更好熟悉这个知识点。如：请用红外光谱法鉴别下列化合物。

  A、1-羟基蒽醌

B、1，8-二羟基蒽醌

C、1，4-二羟基蒽醌

课下互动：

1、课下自测：

1）醌类化合物有哪些结构类型？

2）影响醌类化合物酸性的因素有哪些？

3）醌类化合物的颜色反应有哪些？各自有什么用途？

4）醌类化合物适用的提取方法有哪些？

5）如何根据醌类化合物酸性的不同设计分离工艺流程？

2、利用QQ群作为网络交流平台，结合课堂所给出的学习资源，师生进行良性互动，由学生提出问题，教师对问题进行筛选，挑选其中部分问题进行课堂讨论。

课上互动与课下互动交叉进行，及时进行评价，在互动的过程中了解学生对不同知识点的掌握

情况，并在后面的教学中进行必要的反馈。

课外自主学习设计：

通过建立QQ群作为课外自主学习平台，将课程资料在群共享中对学生开放，供学生自学时参考使用。

http://course.jingpinke.com/details/videos?uuid=8a833996-18ac928d-0118-ac9291aa-05c4&courseID=C040051&resourceType=coursevideo中药化学国家级精品课程，此平台供学生自主学习和自主评价。

结合中药化学学科的新进展、新成就，与中药学、方剂配伍、中药炮制、中药资源等相关学科相联系，设计综合性命题，由学生任选一题，分成不同的专题小组，指导学生查阅文献、整理资料、提出问题并分析，给出解决方案，挑选其中有价值的方向开展实验研究。

1、含醌类有效成分的中药在方剂配伍化学方面的研究进展；

2、含醌类有效成分的中药在炮制化学方面的研究进展；

3、醌类化合物的化学合成方法研究进展；

4、海洋微生物醌类化合物的研究进展。

教学测量与评价：

1、从学生的出勤情况看，大多数学生都能按时到达教室，精神状态饱满，表现出对本课程的期待与热情，说明学生对本章教学内容产生了兴趣。

2、从学生听课的状态看，大多数学生能积极参与学习中，对结构研究这个知识点的掌握感到困惑，有学生注意力不集中。

3、从学生在互动环节的表现和提出问题分析问题的质量看，大部分学生理解和掌握了醌类成分的含义、性质、提取分离方法等重要知识点。在自主设计提取分离工艺流程部分，运用之前学习过的分离方法和技术的灵活性不足。

4、从实验课中学生的态度和操作能力等情况看，学生在实验课表现出良好的主观能动性，积极认真地完成各自的实验。

5、从QQ群上的讨论情况看，大部分学生能够积极参与，互动性强，对学习资料进行了讨论分析，提出了若干有意义的问题。

6、从师生交流情况看，教师亲和力强，学生积极表达，教师乐于倾听学生在学习中遇到的难题，并力所能及地帮助解决，师生已经形成良好的互动关系。

8、从学生在课外自主学习的表现情况看，大部分学生热情参与，部分学生表现出优异的科研能力。

教学反思与改进：

1. 学生对较难的知识点兴趣不高，出现畏难情绪，表现不积极。

解决办法：课堂上随时关注学生的听课状态，主动询问学生对哪个环节有较大困惑，通过复习相关基础知识、课后布置相应练习的方式帮助学生解决疑惑，同时适当控制授课内容的难度和深度。

1. 学生对学习过的分离方法和技术的应用灵活性不足，不能综合运用于分离工艺流程的设计。

解决办法：简要复习之前学习的分离方法和技术的关键点，帮助学生回忆不同分离方法和技术的应用范围和特点，然后在分离工艺流程的设计讲解过程中，就关键环节设置问题，引导学生将多种分离方法和技术应用其中。

1. 部分学生基础知识不够扎实，对部分知识点掌握程度不够。

解决办法：课下与这些学生进行交流，了解他们对知识点的具体掌握情况，有针对性地帮助他们复习相关知识点。

教研室意见：

本教学设计方案符合中药学专业人才培养的要求，符合中药化学教学大纲的要求，囊括了本章的所有重要知识点，将其中的部分知识内容与中药方剂配伍、中药炮制等相互关联，体现了传统中医药理论与现代化学研究的良性融合，教学设计方案的可操作性强，通过本教学方案的实施学生可以很好地掌握醌类化合物的结构特点、理化性质、提取分离方法和波谱特征，能够针对含有醌类成分的中药开展相关研究，学生的合作学习、自主学习能力也会得到培养，学生运用中医药理论和知识的能力得到提高。

学院意见：

    本教学设计方案符合我院中药学专业人才培养的要求，体现了中医药特色，学生运用所学分析和解决问题的能力会得到提高。