青蒿素的分子式為C15H22O5,為什麼植物能製造它,卻沒見過人工合成?


不是不能,而是不需。因為從植物中提取成本比人工合成低,真要不計成本合成的話,海葵毒素[分子式為C129H223N3O54, IUPAC命名為(E,2S,3R,5R,8R,9S)-10-[(2R,3R,4R,5S,6R)-6-[(1S,2R,3S,4S,5R,11S)-12-[(1R,3S,5S,7R)-5-[(8S)-9-[(2R,3R,4R,5R,6S)-6-[(E,2S,3S,6S,9R,10R)-10-[(2S,4R,5S,6R)-6-[(2R,3R)-4-[(2R,3S,4R,5R,6S)-6-[(2S,3Z,5E,8R,9S,10R,12Z,17S,18R,19R,20R)-21-[(2R,3R,4R,5S,6R)-6-[(Z,3R,4R)-5-[(1S,3R,5R,7R)-7-[2-[(2R,3R,5S)-5-(aminomethyl)-3-hydroxy-tetrahydrofuran-2-yl]ethyl]-2,6-dioxabicyclo[3.2.1]octan-3-yl]-3,4-dihydroxy-pent-1-enyl]-3,4,5-trihydroxy-tetrahydropyran-2-yl]-2,8,9,10,17,18,19-heptahydroxy-20-methyl-14-methylene-henicosa-3,5,12-trienyl]-3,4,5-trihydroxy-tetrahydropyran-2-yl]-2,3-dihydroxy-butyl]-4,5-dihydroxy-tetrahydropyran-2-yl]-2,6,9,10-tetrahydroxy-3-methyl-dec-4-enyl]-3,4,5,6-tetrahydroxy-tetrahydropyran-2-yl]-8-hydroxy-nonyl]-1,3-dimethyl-6,8-dioxabicyclo[3.2.1]octan-7-yl]-1,2,3,4,5-pentahydroxy-11-methyl-dodecyl]-3,4,5-trihydroxy-tetrahydropyran-2-yl]-2,5,8,9-tetrahydroxy-N-[(E)-3-(3-hydroxypropylamino)-3-oxo-prop-1-enyl]-3,7-dimethyl-dec-6-enamide]這麼複雜的化合物都能合成出來,青蒿素自然也沒問題。

上個海葵毒素和青蒿素的分子結構對比,圖片來自維基百科:

青蒿素:

海葵毒素:


能合成,但是,不划算。

我猜題主應該不是學藥學或化學的,不然你就會知道步驟如何複雜(關鍵有時候官能團還死活上不去你就是合成不出來),有機合成的產率有多低,副產物的產量加一起快趕上主產物了(體驗過辛辛苦苦兩小時合成出來的產率只有50%不到的感受么?)。

而從已有植物中提取,尤其是在已知植物中有效成分結構的時候,專業人員只需要直接把那個成分用物化手段直接拎出來,或者把它保護起來,把其他不需要的東西打包扔進垃圾桶。然後把提取或剩下的東西送檢就可以。既然提取的工作量遠小於直接合成的工作量,產量還大大的有,為何還要大費周章去合成呢?更重要的是,黃花蒿不是千年老參,黃花蒿很便宜啊!經濟利益決定一切~

藥物的特殊性決定了它不能像合成纖維之類那樣輕易合成,一方面是安全性(纖維成分雜質多點頂多也就是延展性不好之類的藥物雜質多了會死人的),一方面是結構複雜性(纖維通常是高分子大片重複而藥物是各種奇奇怪怪官能團發揮作用,位置的變化決定了它是救命葯還是奪命刀),所以現在雖然也有不少合成藥物,但是他們的原料通常也是來源於簡單易得的動植物或化工原料,而且他的合成步驟工藝都是經過長期大量實驗的安全方法,這些都是人工時間資金的花費,甚至還有生命的代價。

所以還是歸結到一句話,有現成的不拿來用,幹嘛要給自己找麻煩呢?

=====================================================================

大晚上想起來又想來添幾句,不針對青蒿素,只是單純的討論題主的後面兩句,算是題外話。

大自然一點都不牛逼,它手裡只有元素周期表上面那一百多個元素;大自然又很牛逼,它只用了那一百來個元素中的十來個,尤其是碳氫氧氮,就創造了人類至今無法完全辨別清楚的植物(雲南的蘑菇)和千奇百怪的動物(人)。我們都知道的細胞的成分有哪些,基因的組成是什麼,可是我們可以改造細胞,可以改造基因,甚至培育出一個全新的生物(人造細菌),但是我們至今,沒有本事用那幾個碳氫氧氮原子憑空製造出一個細胞或是基因。植物可以輕易通過葉綠素消耗二氧化碳進行光合作用生產氧氣,可是給我們一個葉綠素和一瓶二氧化碳,我們做不到,我們要用到其他生產不易的原料比如NiFe2O4。自然有時候就是這麼微妙,你一個呼吸的功夫它就能完成的工作用科技手段可能需要大量的耗費。當然了,也有很多東西是人類現代科技能做到大自然做不到的,我就不多說了例子很多。我一直就是覺得,人類技術發展很快,以後會越來越發達,但是即使科技發展到巔峰,人類也不可能完全取代大自然的工作,科技和自然之間會有一個交集,但誰也不會成為誰的子集。

所以話又回來了,一方面,臣妾真的做不到啊!另一方面,臣妾有這功夫干點剪秋不會的比如侍寢啥的反正其他事剪秋會幫我做好啊~她做的還特別好啊~~


我手上有一本吳毓林的書上面有完整的合成路線以及詳細的討論,還討論了各種衍生物……

周維善獨立發現的路線 1986 年發 Tetrahedron 了,你可去查

所以說不是沒法合成,是合成不如提取經濟,引入過氧橋的那一步產率只有 30% 不到,誰那麼傻叉量產的時候玩合成……


並不是不能,青蒿素合成題我做過,05年國決最後一題。

但是沒必要,真的沒必要。合成步驟那麼長,產率也並不是很高。提純更划算,也更有生產價值。

很多產品都是這樣的,我們並不是沒有能力自己合成,我們需要考慮的是成本,到底值不值得。

/*我很安靜地沒有開嘲諷*/


當然能人工合成,還可以在上面加官能團來調節藥效。

只不過要批量生產的話,還是直接提純來的便宜。

因為化學合成是這樣:

第一步產率20%,第二步5%,第三步6%·······0.2*0.05*0.06已經很低了。

而青蒿素,目測需要十來步反應(未查文獻,純目測),最後產量不忍直視········

植物是靠蛋白質這個萬能高效高產率催化劑來合成的,所以不那麼複雜,你所需要做的就是多種點這種植物。

至於你說是不是能夠合成,我跟你說,下面這些喪心病狂的東西都能合成出來:


想起來一個故事,某個化合物合了20多年坑了無數phd,最後還差一兩步的時候在一個墨西哥山藥還是墨西哥仙人掌裡面找到了……於是葯企之前全部工作不要了,改種山藥去了……


最近沒怎麼關注新文章了,說一些知道的吧.

如e神所說,在全合成界,青蒿素早已在上個世紀已被報道合成過了.

補充下目前比較新的全合成報道,找了下有存,cook組的一個中國博後做的,2012年報道的,很簡潔的路線,9步,以環己烯酮為原料,手性來源於第一步的手性的亞磷醯胺配體.

目前實驗室合成已不成問題,而且可挖掘的層次已不多,這個分子的現在的合成現大多都以各種方法學為核心策略的炫技不對稱合成為主,White組也從自己組開發的不對稱烯丙位氧化的方法學角度試驗過這個分子.產業化方面,最近的,國內交大的的張萬斌教授發表過專利,採用青蒿酸制青蒿素的路線,比較適合產業化.


青蒿素的全合成早已實現。我國在上世紀7、80年代由中科院上海有機所周維善院士主持完成。

讀本科時有機化學作業題曾涉及到青蒿素的部分合成線路,難點大致在於成環和手性中心,有空把他老人家的文章發出來,雖然產率好像不高。

這都只是全合成,從中間產物合成的實例肯定就更多了。


畢竟青蒿素主要是針對第三世界國家的,成本必須考慮。化學方法原料需要一定純度,產物也不見得很多,成本莫名的高。而青蒿是一個很常見的植物,培養簡單,成本也低呀


方舟子如是說。


1. 想做的總能做出來,只是時間問題。

2. 能提出這種問題的,肯定是有機的門外漢,不知道檢索啊看文獻的。但是至少百度一下可以吧?

Tu"s group first determined the chemical structure of artemisinin. In 1973, Tu wanted to confirm the carbonyl group in the artemisinin molecule therefore accidentally synthesized dihydroartemisinin.

3. 我也真是性格變好了,居然沒直接開嘲諷技能。


七個手性中心的分子你好意思說不複雜


憑什麼不能合成啊…

來自i0nium的工業製法

2009國決


早在1982年瑞士就人工合成了青蒿素。詳細信息請百度方肘子,啊,方舟子的文章。我相信他不敢胡謅,不然老羅用唾沫吐死他!


現在國內做合成的廠家也是有的,實在不想開啟嘲諷模式


簡單的說,某些植物擁有合成這一物質的酶,及相應代謝通路,並不是所有植物都有。具體什麼代謝需要查文獻了,人類不需要這個東西,因為不是必須。

------------

對修改後的答案後半部分無法回答,因為不是搞化學的。前半部分是我的答案,簡單回答,如果具體需要文獻參考,代謝不是我的強項。話說,這次諾獎另一半做的伊維菌素倒是我以前的室友做的,用微生物方法大規模生物合成,但我不是微生物學家,具體也搞不清楚。


我不就這個問題說什麼,我想說的是,人能做的大自然都能做,而且還能比人做得好太多,大自然能做的,其中很多人做不了,而且差太遠。


推薦閱讀:

如果真有噴火的龍這種生物,那麼可能的科學機制會是什麼?
泡騰片是依照什麼原理製作的?
招風耳能用502暫時粘住嗎?
如何看待諾獎得主理查德·赫克因無錢治病被菲律賓醫院拒絕治療而去世?
自修補輪胎什麼時候問世的?

TAG:化學 | 諾貝爾獎 | 醫學 |