量子化學(xué)基本原理與應(yīng)用精選(九篇)

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第1篇：量子化學(xué)基本原理與應(yīng)用范文

【中圖分類號(hào)】G64 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2016）10-0153-02

量子力學(xué)是一門比較成熟，但還在發(fā)展中的學(xué)科，而且作為普通高校物理學(xué)專業(yè)學(xué)生的按照規(guī)定必須學(xué)習(xí)的學(xué)科，所以對(duì)于教師來說，在教學(xué)過程中可以使用啟發(fā)式講授技巧，不能只是在乎知識(shí)的傳遞，重點(diǎn)應(yīng)放在培養(yǎng)學(xué)生多方面的能力上。根據(jù)現(xiàn)在大部分普通高校的物理學(xué)專業(yè)的授課計(jì)劃，全部是在完成基礎(chǔ)力學(xué)的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)上再學(xué)習(xí)量子力學(xué)，但是學(xué)生在進(jìn)入對(duì)于量子力學(xué)的學(xué)習(xí)之前，接觸到的都是宏觀世界的概念，從量子力學(xué)開始，就變成了微觀世界的概念與計(jì)算公式，這就導(dǎo)致了在學(xué)習(xí)中的一些領(lǐng)悟上的障礙。

我建議在領(lǐng)會(huì)及理解量子力學(xué)之前，應(yīng)開設(shè)量子物理這部分知識(shí)的課程，用《新概念物理教程?量子物理學(xué)》這本書為教材，書中的概念是以實(shí)驗(yàn)的真實(shí)結(jié)果為起點(diǎn)，由簡單的內(nèi)容啟發(fā)部分復(fù)雜的內(nèi)容，使許多概念更加容易理解。選取使用狄拉克符號(hào)以及矩陣等數(shù)學(xué)工具，還有不遵照邏輯方面的嚴(yán)謹(jǐn)和理論知識(shí)上的全面性和細(xì)致性的講述結(jié)構(gòu)，這本書中主要針對(duì)量子力學(xué)方面的內(nèi)容進(jìn)行闡述說明，并沒有包含一些基礎(chǔ)的計(jì)量方法。描述了微觀世界量子力學(xué)的基本原理和基本方法，同時(shí)也用了量子力學(xué)的知識(shí)來解釋認(rèn)識(shí)源自世界的基本規(guī)律，也會(huì)了解一些必要的近代物理學(xué)實(shí)驗(yàn)。但是這本書和“量子力學(xué)”內(nèi)容之間存在著差異，所以普通高校的物理學(xué)專業(yè)的學(xué)生在學(xué)習(xí)了“量子物理”內(nèi)容之后，一定要再掌握“量子力學(xué)”內(nèi)容。有了量子物理的基礎(chǔ)，再去學(xué)習(xí)量子力學(xué)就會(huì)變得容易理解一些，有助于學(xué)生更好的學(xué)習(xí)量子力學(xué)。

《新概念物理教程?量子物理》這個(gè)教材在撰寫和講授的思路上是與新概念物理教程系列的力學(xué)、熱學(xué)教材是一脈相通的。本書包含實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)和基本原理，雙態(tài)系統(tǒng)、從一維系統(tǒng)到凝聚態(tài)物質(zhì)到原子、分子到原子核、粒子以及量子力學(xué)中的新的研究成果和線性代數(shù)、高斯函數(shù)和高斯積分、物理常量等三個(gè)附錄，所表述的都是偏向于基礎(chǔ)概念的內(nèi)容。在實(shí)質(zhì)特征方面，這本書注重于用普通基礎(chǔ)的課程風(fēng)格來講述量子物理。

量子物理實(shí)則是普通高校物理學(xué)的學(xué)生的必須學(xué)習(xí)的知識(shí)，在制定人才培養(yǎng)方案中就應(yīng)列為主干課程。根據(jù)此書的內(nèi)容來看，是所要學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)物理學(xué)中結(jié)尾的一部分，也打開了近代物理這個(gè)新世界的大門。主要經(jīng)過這部分的內(nèi)容的領(lǐng)會(huì)，學(xué)生就會(huì)了解微觀世界的物理現(xiàn)象，讓學(xué)生懂得使用已獲得的內(nèi)容去理解。本課程教學(xué)有著承前啟后的意義，通過對(duì)此課程的學(xué)習(xí)，為接下來要學(xué)習(xí)的課程奠定實(shí)質(zhì)性基礎(chǔ)，比如量子力學(xué)、固體物理學(xué)、近代物理學(xué)實(shí)驗(yàn)等。

在之前的學(xué)習(xí)普通物理內(nèi)容的第五部分是“原子物理”，而此書卻有了很大區(qū)別，它啟發(fā)了新的教學(xué)思路，起初就應(yīng)用量子力學(xué)內(nèi)容上的定義，但是更加周詳?shù)年U述了當(dāng)代量子物理的各個(gè)方面，不算原子物理課程已經(jīng)成形知識(shí)的講授之外，同時(shí)還有如量子共振、勢(shì)壘隧穿、半導(dǎo)體、超導(dǎo)體、能帶、聲子與元激發(fā)、約瑟芬森結(jié)等內(nèi)容，還有一些近一段時(shí)間內(nèi)量子物理方面的新成果。

從知識(shí)的連貫性看，此書規(guī)定學(xué)生要掌握光學(xué)、微積分和線性代數(shù)的知識(shí)。課時(shí)的規(guī)定是與原子物理課程相似。在擬定物理專業(yè)的講授方案上，會(huì)遇到一個(gè)麻煩，就是如固體物理學(xué)、原子核物理學(xué)等主要的一些科目，需要等量子力學(xué)這部分知識(shí)學(xué)習(xí)之后再繼續(xù)學(xué)習(xí)獲得。那么在學(xué)生學(xué)習(xí)了“量子物理”的內(nèi)容之后，以后的教學(xué)內(nèi)容就可以在學(xué)完量子力學(xué)課程之前安排，使學(xué)校的教學(xué)變得更加機(jī)動(dòng)了，而且學(xué)生做近代物理實(shí)驗(yàn)時(shí)非常有益。

普朗克量子論中可知曉普朗克量子論的發(fā)現(xiàn)和發(fā)展的主要過程，還有量子力學(xué)在科學(xué)研究上和人類社會(huì)發(fā)展上起到了重要的作用。量子論誕生到現(xiàn)在也有近一百年的時(shí)間了，量子力學(xué)也逐漸完善，時(shí)間也非常久遠(yuǎn)。高校所學(xué)的基礎(chǔ)物理課程中量子物理的知識(shí)在許多地方都是一帶而過，但是所學(xué)的量子的知識(shí)在基礎(chǔ)物理中是具有舉足輕重的部分。量子力學(xué)一些原理是根據(jù)偏微分方程得出的，對(duì)學(xué)生基本學(xué)習(xí)內(nèi)容要求的高，就會(huì)造成理解領(lǐng)悟上的難度，導(dǎo)致有些問題一直不能完成，然而，大多數(shù)普通高校物理專業(yè)的學(xué)生將在大三時(shí)期去學(xué)這門課程。

對(duì)于在大學(xué)期間以物理學(xué)為專業(yè)的學(xué)生來說，大部分都是高中的優(yōu)秀學(xué)生，他們對(duì)在物理方面所取得的成果，都有著濃厚的興趣。興趣是發(fā)現(xiàn)問題解決問題的原動(dòng)力，一旦量子物理這門課帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)入微觀的世界，就可以激起和持續(xù)的給學(xué)生帶來興趣，這一定會(huì)有助于學(xué)生們學(xué)習(xí)量子力學(xué)，解決了直接學(xué)習(xí)量子力學(xué)的困難。如今，很多相關(guān)范圍的內(nèi)容，如量子化學(xué)、量子生物學(xué)很多相關(guān)知識(shí)與量子的知識(shí)相輔相成，都是以量子物理這門學(xué)科作為基石，正是因?yàn)槿绱耍梢宰孕诺恼J(rèn)為，如果沒有量子物理的知識(shí)，那么就不會(huì)有人類現(xiàn)在的生活方式和生活水平。

參考文獻(xiàn)：

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第2篇：量子化學(xué)基本原理與應(yīng)用范文

[關(guān)鍵詞] 天然化合物波譜解析；天然化合物；教學(xué)方法

[中圖分類號(hào)] Q94 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] B [文章編號(hào)] 1674-4721（2014）02（b）-0123-03

《天然化合物波譜解析》是研究天然化合物結(jié)構(gòu)的一門課程，適合于中藥學(xué)、中藥制藥、制藥工程、藥物制劑等專業(yè)的本科生，是中藥學(xué)、藥學(xué)類專業(yè)的選修課程之一。通過本課程的學(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)，并掌握各種結(jié)構(gòu)類型天然化合物的主要波譜特征。

天然藥物化學(xué)成分研究的重要途徑就是利用各種先進(jìn)的色譜分離技術(shù)將中藥中所含的化學(xué)成分分離出來并鑒定結(jié)構(gòu)，由于各種先進(jìn)色譜技術(shù)的發(fā)展，化學(xué)成分的提取分離已經(jīng)變得越來越容易，而化學(xué)成分的結(jié)構(gòu)研究主要依靠波譜方法，而波譜解析相對(duì)來說比較困難，因此天然化合物的結(jié)構(gòu)解析是天然藥物化學(xué)成分研究的核心問題與關(guān)鍵步驟。筆者在多年的《中藥化學(xué)》《天然藥物化學(xué)》本科及碩士研究生《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(duì)于本科生的波譜解析課程教學(xué)方法，積累了一些經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)總結(jié)如下。

1 與《儀器分析》課程的聯(lián)系與區(qū)別

《儀器分析》[3-5]是一門介紹各種現(xiàn)代儀器分析方法的物理和化學(xué)原理，儀器的結(jié)構(gòu)原理、測(cè)試原理和定性定量分析方法的課程，是藥學(xué)專業(yè)的必修專業(yè)課程。《天然化合物波譜解析》是在學(xué)習(xí)過《儀器分析》中的波譜理論后，對(duì)波譜理論的實(shí)踐應(yīng)用，會(huì)加深對(duì)波譜理論的理解。然而，波譜技術(shù)的基本原理涉及量子力學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)和光學(xué)等廣泛領(lǐng)域，一般的化學(xué)工作者并不精通這些領(lǐng)域，會(huì)覺得比較難于理解。《儀器分析》在介紹波譜解析方法時(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，學(xué)生普遍感到比較困難。因此，《波譜解析》在介紹波譜學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)時(shí)，應(yīng)避開量子化學(xué)等波譜基本原理，以具體天然化合物為例，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，四大光譜中應(yīng)重點(diǎn)講授結(jié)構(gòu)解析最有力的方法——磁共振譜。例如，在磁共振理論中要重點(diǎn)講授化學(xué)位移值、耦合常數(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。掌握這些內(nèi)容即可解析中藥化學(xué)成分的結(jié)構(gòu)，這是本課程與《儀器分析》的不同之處。

2 與《中藥化學(xué)》及《天然藥物化學(xué)》課程的聯(lián)系與區(qū)別

《中藥化學(xué)》[6-7]和《天然藥物化學(xué)》[8-9]是一門運(yùn)用有機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)等現(xiàn)代科學(xué)理論和技術(shù)等研究中藥或天然藥物中化學(xué)成分的課程，研究內(nèi)容包括化學(xué)成分的物理化學(xué)性質(zhì)、提取分離、結(jié)構(gòu)鑒定、生物合成途徑等。這兩門課程中雖然舉例介紹常見天然化合物的波譜特征，但是沒有講授如何從圖譜入手解析結(jié)構(gòu)。

結(jié)構(gòu)鑒定是中藥化學(xué)研究領(lǐng)域中難度較大的一個(gè)環(huán)節(jié)。《天然化合物波譜解析》課程是本科生在學(xué)習(xí)《中藥化學(xué)》或《天然藥物化學(xué)》課程后，在掌握了天然化合物的結(jié)構(gòu)類型、結(jié)構(gòu)特征和理化性質(zhì)的基礎(chǔ)上，在結(jié)構(gòu)研究方面的進(jìn)一步深化、提高。因此，本課程在教學(xué)內(nèi)容上應(yīng)與《中藥化學(xué)》或《天然藥物化學(xué)》中介紹的化學(xué)成分的類型基本一致，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(duì)于二苯乙烯類、苯乙醇苷和色原酮類化合物，雖然《中藥化學(xué)》或《天然藥物化學(xué)》中沒有涉及，但是這些類型的化學(xué)成分在天然藥物中分布相對(duì)比較廣泛，而且結(jié)構(gòu)骨架比較有規(guī)律，所以也可以適當(dāng)介紹。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，需要借助于化學(xué)方法和NMR、2D-NMR、3D-NMR、MS-MS等先進(jìn)的波譜技術(shù)。

筆者在本科生、研究生教學(xué)中，發(fā)現(xiàn)學(xué)生雖然學(xué)習(xí)過波譜理論和常見中藥化學(xué)成分的波譜特征，但對(duì)于解析中藥化學(xué)成分圖譜的學(xué)習(xí)仍感到比較困難，這是因?yàn)樗拇蠊庾V的解析要比波譜數(shù)據(jù)分析困難的多，從圖譜得到波譜數(shù)據(jù)需要波譜理論和分析圖譜的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。因此，本課程應(yīng)介紹各類中藥化學(xué)成分如何從圖譜入手解析結(jié)構(gòu)，例如在介紹NMR圖譜解析方法時(shí)，應(yīng)教會(huì)學(xué)生如何分析排除圖譜中的溶劑信號(hào)、雜質(zhì)信號(hào)、水峰等干擾信號(hào)，確定1H-NMR峰面積積分值與氫質(zhì)子數(shù)目的對(duì)應(yīng)關(guān)系，多重峰峰型和耦合常數(shù)的分析方法等。

3 注意教學(xué)內(nèi)容的代表性

本課程介紹的化合物應(yīng)為在天然藥物中分布較廣泛，結(jié)構(gòu)特征具有代表性，在《中藥化學(xué)》或《天然藥物化學(xué)》課程教學(xué)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、山萘酚、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(duì)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，在中藥中分布較廣泛，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)。

4 與研究生課程的區(qū)別

本課程是藥學(xué)類本科生、研究生兩個(gè)層面均設(shè)課的一門必修課程，在教學(xué)中應(yīng)針對(duì)不同階段學(xué)生講授的側(cè)重點(diǎn)不同。對(duì)于本科生來說，本課程是一門難度較大的專業(yè)課程，因此，應(yīng)重點(diǎn)介紹在天然藥物中分部廣泛且結(jié)構(gòu)簡單、結(jié)構(gòu)規(guī)律明顯的化合物，例如黃酮一章中應(yīng)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就不再介紹；在單萜類化合物中應(yīng)重點(diǎn)介紹環(huán)烯醚萜類，在化合物中講授紫羅蘭酮類，在三萜類化合物中講授齊墩果酸類化合物，對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的倍半萜、二萜、四環(huán)三萜可不用講授；在二苯乙烯類和間苯三酚類化合物中應(yīng)介紹單聚體，對(duì)于二聚體、三聚體等多聚體不再講授；在含氮化合物中講授結(jié)構(gòu)簡單的麻黃堿類生物堿以及結(jié)構(gòu)規(guī)律性強(qiáng)的小檗堿類生物堿；鞣質(zhì)類化合物中講授可水解鞣質(zhì)單聚體，對(duì)于可水解鞣質(zhì)二聚體以上以及縮合鞣質(zhì)、復(fù)合鞣質(zhì)均不介紹。

5 授課方式

本課程授課過程中給出大量圖譜，故需要采用多媒體教學(xué)。建議授課時(shí)以討論式教學(xué)方式，帶領(lǐng)學(xué)生分析討論每個(gè)化合物的圖譜，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)，并且對(duì)每類化合物的波譜特征和規(guī)律進(jìn)行歸納總結(jié)。

5.1 注重對(duì)各類化合物波譜規(guī)律、特征的總結(jié)

中藥化學(xué)成分是存在于自然界的天然化學(xué)成分，每類成分均有其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特征，這種結(jié)構(gòu)上的特征會(huì)相應(yīng)地反映在波譜中。因此，解析完每一類化合物后，結(jié)構(gòu)解析中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，這對(duì)于學(xué)生掌握天然化合物的結(jié)構(gòu)研究方法具有非常重要的意義。

5.2 注重圖譜的真實(shí)性

本課程授課過程中講授的各種圖譜均應(yīng)為真實(shí)圖譜，有些圖譜中甚至有雜質(zhì)信號(hào)，這都反映了實(shí)驗(yàn)室常規(guī)測(cè)試的實(shí)際情況。教師不能刻意將圖譜優(yōu)化，例如去掉1H-NMR圖譜中的溶劑峰、水峰、雜質(zhì)峰、旋轉(zhuǎn)邊峰等干擾信號(hào)，圖譜解析應(yīng)具有實(shí)戰(zhàn)性，否則學(xué)生不能很好地掌握?qǐng)D譜解析方法。

綜上所述，《天然化合物波譜解析》是本科藥學(xué)專業(yè)本科生的一門難度較大、專業(yè)性較強(qiáng)的課程，教學(xué)中應(yīng)根據(jù)本科生的特點(diǎn)，選擇天然化合物中分布廣泛、結(jié)構(gòu)簡單、結(jié)構(gòu)規(guī)律性強(qiáng)、具有一定代表性的化合物，化合物結(jié)構(gòu)由簡到難、從小到大，從真實(shí)圖譜分析入手，分析討論圖譜，得出波譜數(shù)據(jù)并推斷結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上總結(jié)每類化合物的波譜特征和規(guī)律，使學(xué)生較快掌握天然化合物的結(jié)構(gòu)解析方法。

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第3篇：量子化學(xué)基本原理與應(yīng)用范文

Abstract：Rational drug design is important component of medicine chemistry，which can guide the innovative drug research.The rational drug design can not only improve the efficiency and save the cost of drug research，but also accelerate the development of medicine chemistry.Here，some important methods of drug design，such as properties based drug design，ligand based drug design， receptor base drug design are introduced in medicine chemistry，and the corresponding samples are used to demonstrate the idea of drug design.Obviously，the innovative drug design integrated into medicine chemistry teaching not only boosts the innovation consciousness in drug research，but also is the basis for cultivation of creative student.

Keyword：Medicine Chemistry；Drug Design；Teaching Research；Teaching Reform

隨著藥物化學(xué)的產(chǎn)生與發(fā)展，藥物設(shè)計(jì)這一學(xué)科也應(yīng)運(yùn)而生。早在1919年，langmuir[1]就提出了電子等排體的概念；1925年Grimm[2]將電子等排體概念廣義化；1932年Erlenmeyer[3]將有機(jī)化學(xué)的電子等排原理和環(huán)等當(dāng)體概念用于藥物設(shè)計(jì)，首次提出了具有理論性的藥物分子結(jié)構(gòu)修飾；1964年，Hansch[4-5]提出了線性自由能模型，即Hansch方程，使得藥物設(shè)計(jì)由定性進(jìn)入定量研究階段。為在三維空間探討藥物結(jié)構(gòu)與生物活性之間量變關(guān)系，19世紀(jì)80年代前后逐漸出現(xiàn)了三維定量構(gòu)效關(guān)系研究方法。例如，1979年Crippen[6]提出“距離幾何學(xué)方法”；1980年Hopfinger[7]等人提出“分子形狀分析方法（MSA）”；1988年Cramer[8]等人提出了“比較分子場(chǎng)分析方法（CoMFA）”；1994年Klebe[9]在CoMFA基礎(chǔ)上又提出“比較分子相似性指數(shù)分析方法（CoMSIA）”。三維定量構(gòu)效關(guān)系的出現(xiàn)給藥物設(shè)計(jì)注入了新的活力，讓藥物設(shè)計(jì)更趨于合理，也是目前應(yīng)用最為廣泛的藥物設(shè)計(jì)方法之一。

20世紀(jì)70年代之后，隨著分子生物學(xué)的進(jìn)展與人類基因組計(jì)劃的順利完成，對(duì)酶與受體的認(rèn)識(shí)更趨深入，更多酶的性質(zhì)、反應(yīng)歷程、藥物-酶復(fù)合物的結(jié)構(gòu)得以闡明，使得藥物設(shè)計(jì)更為合理。同時(shí)，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、分子生物學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)等學(xué)科的發(fā)展與交叉應(yīng)用，不僅為新藥設(shè)計(jì)帶來了更多的機(jī)遇，同時(shí)也讓藥物研究面臨更多了挑戰(zhàn)。顯然，藥物設(shè)計(jì)方法在藥物化學(xué)中的地位也越發(fā)顯得重要。目前，藥物設(shè)計(jì)開始綜合運(yùn)用藥物化學(xué)、生物化學(xué)、分子生物學(xué)、量子化學(xué)、藥理學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、信息學(xué)等學(xué)科的研究內(nèi)容，使得藥物設(shè)計(jì)受到藥學(xué)研究人員的廣泛重視，已成為藥物研究中的基本工具與必備手段。

藥物化學(xué)是藥學(xué)學(xué)科的專業(yè)基礎(chǔ)課，本身所涉及的藥學(xué)研究內(nèi)容較多，對(duì)教師的理論教學(xué)提出了較高要求。然而，藥物設(shè)計(jì)因?qū)儆诙鄬W(xué)科交叉前沿研究領(lǐng)域，涉及多個(gè)學(xué)科的研究內(nèi)容，對(duì)學(xué)生的理論基礎(chǔ)知識(shí)提出更高的要求。此外，在傳統(tǒng)的藥物化學(xué)教學(xué)中并未將藥物設(shè)計(jì)的概念、研究方法、研究手段單獨(dú)提出，這就讓學(xué)生對(duì)藥物設(shè)計(jì)產(chǎn)生神秘感，增加了藥物設(shè)計(jì)的教學(xué)難度。因此，如何將藥物設(shè)計(jì)的理念、研究方法、研究手段有機(jī)融入到藥物化學(xué)的理論與實(shí)踐教學(xué)中，需要長時(shí)間深入的研究與探討。該文將介紹藥物化學(xué)理論教學(xué)中常見的幾種藥物設(shè)計(jì)方法，將藥物設(shè)計(jì)理念融入到藥物化學(xué)的教學(xué)內(nèi)容中，為培養(yǎng)創(chuàng)新型藥學(xué)人才奠定基礎(chǔ)。

1 藥物化學(xué)教學(xué)中的藥物設(shè)計(jì)方法

1.1 基于性質(zhì)的藥物設(shè)計(jì)

基于性質(zhì)的藥物設(shè)計(jì)針對(duì)藥物或先導(dǎo)物結(jié)構(gòu)進(jìn)行藥物性質(zhì)設(shè)計(jì)與優(yōu)化，以改善藥物或先導(dǎo)物的吸收、分布、代謝、毒副作用為目的。在藥物化學(xué)理論教學(xué)中，藥物設(shè)計(jì)案例隨處可見，諸如軟藥設(shè)計(jì)、硬藥設(shè)計(jì)、孿藥設(shè)計(jì)、生物電子等排等，在先導(dǎo)化合物的優(yōu)化中得到廣泛應(yīng)用。藥物分子通過簡單的設(shè)計(jì)或改造，可以改善其某些物理化學(xué)性質(zhì)或不良效應(yīng)，提高藥物的選擇性、穩(wěn)定性、溶解性、作用時(shí)間、生物利用度、增強(qiáng)藥效與降低毒副作用等。例如由乙酰水楊酸與對(duì)乙酰氨基酚拼合而成貝諾酯，不僅可以解決水楊酸對(duì)胃的酸性刺激，而且因協(xié)同作用而增強(qiáng)的藥效。再如治療前列腺疾病的已烯雌酚會(huì)產(chǎn)生雌激素副作用，將其設(shè)計(jì)成已烯雌酚二磷酸酯，因前列腺腫瘤組織中磷酸酯酶含量高于正常組織，可以在癌組織中酶解出高濃度的已烯雌酚，從而增強(qiáng)了對(duì)前列腺腫瘤組織的選擇性。

1.2 基于配體的藥物設(shè)計(jì)

基于配體的藥物設(shè)計(jì)是根據(jù)現(xiàn)有藥物分子結(jié)構(gòu)，分析結(jié)構(gòu)與生物活性的之間量變關(guān)系，據(jù)此設(shè)計(jì)新的化合物以提高其的生物活性。定量構(gòu)效關(guān)系研究在基于配體的藥物設(shè)計(jì)中應(yīng)用最為廣泛，可分為二維、三維定量構(gòu)效關(guān)系研究方法。定量構(gòu)效關(guān)系研究可以追溯到1868年提出的Crum-Brown[10-11]方程，該方程認(rèn)為化合物生理活性可用化學(xué)結(jié)構(gòu)的函數(shù)式表示，但是并未建立明確的數(shù)學(xué)模型。直到1964年Hansch提出線性自由能模型，使得構(gòu)效關(guān)系研究進(jìn)入定量研究階段。20世紀(jì)80年代，三維定量構(gòu)效關(guān)系研究方法的出現(xiàn)使得構(gòu)效關(guān)系研究更為直觀，也大大提高了藥物設(shè)計(jì)的效率。例如環(huán)丙沙星的發(fā)現(xiàn)就是基于系列喹諾酮類藥物的Hansch方程，方程顯示喹林羧酸的1位取代基的最佳長度是0.417 nm，因此1位取代基為環(huán)丙基（0.414 nm）比乙基（0.411 nm）的生物活性更優(yōu)，結(jié)果表明環(huán)丙沙星的抗菌效果優(yōu)于諾氟沙星。

1.3 基于受體的藥物設(shè)計(jì)

基于受體的藥物設(shè)計(jì)是指基于X射線衍射、核磁共振或同源建模等提供的受體三維結(jié)構(gòu)信息，篩選或設(shè)計(jì)能夠與其發(fā)生相互作用并能調(diào)節(jié)其功能的小分子化合物。隨著人類基因組計(jì)劃的完成，大量與疾病相關(guān)的基因被發(fā)現(xiàn)，且越來越多藥物受體的三維結(jié)構(gòu)被測(cè)定，盡管有些具有重要藥理作用藥物靶點(diǎn)地三維結(jié)構(gòu)還未測(cè)定，但可以通過同源模建或從頭計(jì)算方法獲得相關(guān)信息，為創(chuàng)新藥物設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。基于受體的藥物設(shè)計(jì)包括如下步驟：（1）確定藥物作用的是受體分子；（2）確定受體分子的三維結(jié)構(gòu)以及結(jié)合位點(diǎn)；（3）基于受體與結(jié)合位點(diǎn)信息，設(shè)計(jì)或篩選小分子化合物，并模擬出最佳復(fù)合物的結(jié)構(gòu)模型；（4）合成模擬得到的最佳化合物，進(jìn)行活性測(cè)試；（5）重復(fù)上述過程直到滿意為止。在藥物化學(xué)的理論教學(xué)中，卡托普利是基于受體藥物設(shè)計(jì)的典型案例。對(duì)血管緊張素轉(zhuǎn)化酶的結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)，該酶中有一個(gè)鋅離子，對(duì)受體與配體的結(jié)合具有重要作用；此外，受體分子的精氨酸殘基帶有陽離子，可與帶負(fù)電荷的基團(tuán)形成離子鍵。卡托普利的巰基與羧基能夠很好的滿足與受體結(jié)合的要求，具有良好的酶抑制活性，因此卡托普利也是第一個(gè)上市的血管緊張素轉(zhuǎn)化酶抑制劑。

1.4 基于機(jī)理的藥物設(shè)計(jì)

基于機(jī)理的藥物設(shè)計(jì)是指基于疾病發(fā)生的全過程，根據(jù)藥物靶點(diǎn)的結(jié)構(gòu)、功能與藥物的作用方式以及產(chǎn)生生理活性的機(jī)理，通過抑制某些與疾病相關(guān)的生理、生化過程以阻斷疾病的發(fā)生，從而達(dá)到疾病治療的目的。基于機(jī)理的藥物設(shè)計(jì)技術(shù)建立對(duì)介導(dǎo)疾病病理生理過程的蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)和功能認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)之上。在過去，對(duì)藥物作用機(jī)理的認(rèn)識(shí)往往滯后于藥物的發(fā)現(xiàn)，而現(xiàn)在藥物研發(fā)的重心已經(jīng)轉(zhuǎn)到了探尋分子機(jī)理并據(jù)此設(shè)計(jì)藥物上。基于機(jī)理的藥物設(shè)計(jì)是藥物設(shè)計(jì)發(fā)展的重要方向，相比基于結(jié)構(gòu)的藥物設(shè)計(jì)更為合理。例如在精神病藥物的開發(fā)中，經(jīng)典的多巴胺受體（DA2）拮抗劑容易產(chǎn)生錐體外系副作用，而5-HT2受體與情緒、抑郁等密切相關(guān)，當(dāng)其拮抗時(shí)可使黑質(zhì)-紋狀體通路的多巴胺釋放，使多巴胺神經(jīng)節(jié)調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)的功能恢復(fù)。基于該機(jī)理設(shè)計(jì)的利培酮可同時(shí)拮抗5-HT2和多巴胺DA2受體，具有很好的抗精神病作用而錐體外系的副作用很小。