＊徐華金 王婕

（南京工業(yè)大學(xué) 藥學(xué)院 江蘇 210009）

大學(xué)藥物化學(xué)實(shí)驗(yàn)課是藥學(xué)專業(yè)的重要基礎(chǔ)課程之一。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，可以使學(xué)生掌握藥物制備與合成的基本知識(shí)、合成原理、合成方法、合成操作等[1-3]。使學(xué)生了解藥物合成的基本過程，培養(yǎng)了學(xué)生分析和解決藥物合成反應(yīng)中藥物合成、反應(yīng)后處理及藥物純化等問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生對于紅外光譜、核磁共振、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（GC-MS）、液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（LC-MS）等檢測分析手段對產(chǎn)品及雜質(zhì)進(jìn)行分析的能力[4-6]。生物酶催化概念的引入，是對傳統(tǒng)藥物化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的改革創(chuàng)新，預(yù)期對學(xué)生知識(shí)和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ耐卣购吞岣叨计鸬椒e極作用。

藥學(xué)是一門理論與實(shí)踐相結(jié)合的專業(yè)，其分支之一的藥物化學(xué)是一門研究新藥發(fā)現(xiàn)與創(chuàng)制、揭示藥物化學(xué)性質(zhì)、探索藥物分子結(jié)構(gòu)及與人體蛋白質(zhì)（生命大分子）相互作用原理的綜合性學(xué)科。藥物合成實(shí)驗(yàn)是現(xiàn)代藥物化學(xué)的重要組成部分，融合了藥學(xué)和化學(xué)的知識(shí)。有一個(gè)比喻說，如果現(xiàn)代藥物化學(xué)是一個(gè)三腳架，那么化學(xué)、生物和計(jì)算機(jī)技術(shù)就是支撐三腳架的三只腳。

1.藥化實(shí)驗(yàn)現(xiàn)狀

“藥物化學(xué)”是本科藥學(xué)專業(yè)非常重要的專業(yè)課程，是開發(fā)和創(chuàng)制新藥的基礎(chǔ)學(xué)科。藥物分子及中間體的合成是開發(fā)研制新藥過程中最關(guān)鍵最基礎(chǔ)的環(huán)節(jié)。眾所周知，本科“藥物化學(xué)”課程在培育藥學(xué)創(chuàng)世紀(jì)人才方面有著舉足輕重的地位?；诖?，全國高校提出了加強(qiáng)藥學(xué)五能人才培養(yǎng)的目標(biāo)，為培育“識(shí)藥、辨藥、制藥、創(chuàng)藥”的綜合創(chuàng)世紀(jì)人才奠定基礎(chǔ)。藥物化學(xué)、生物制藥工程、新藥研發(fā)創(chuàng)制三者緊密聯(lián)系，重點(diǎn)培養(yǎng)藥學(xué)本科生的新藥研發(fā)和新藥創(chuàng)制能力。隨著藥物化學(xué)領(lǐng)域的不斷創(chuàng)新發(fā)展，高校教師越發(fā)的領(lǐng)悟到前沿的本科藥物化學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不僅可以培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、而且也為培育新藥創(chuàng)制人才奠定一定的基礎(chǔ)。相比于藥物化學(xué)領(lǐng)域的前沿發(fā)展，本科藥物化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)仍存在許多不足之處，尤其是在培養(yǎng)新藥創(chuàng)制人才方面如藥物化學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容陳舊、實(shí)驗(yàn)方法創(chuàng)新緩慢、教學(xué)效果綜合評價(jià)體系不健全等。近年來，藥物化學(xué)學(xué)科的發(fā)展給“藥物化學(xué)”教學(xué)帶來了一定的難度，對教師也是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)。

近年來，隨著合成技術(shù)的不斷發(fā)展，藥物化學(xué)合成技術(shù)也得到了飛速發(fā)展，目前現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系、教學(xué)內(nèi)容以及教學(xué)理念已完全不適合藥物化學(xué)學(xué)科的發(fā)展也滿足不了教學(xué)改革的需要。如何有效篩選的藥化實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，既能滿足學(xué)生在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中掌握扎實(shí)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)技能，同時(shí)又讓學(xué)生對藥物化學(xué)發(fā)展的前沿有一定的了解。另外，隨著大學(xué)生對教學(xué)模式要求的不斷提高，在現(xiàn)有的教學(xué)模式下，教師基本是根據(jù)既定的教材教學(xué)，過程相對枯燥乏味，缺少學(xué)生對實(shí)驗(yàn)過程的探究。對于實(shí)驗(yàn)結(jié)果，缺乏自主思考，不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新性和主動(dòng)性?，F(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容不能滿足藥學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展趨勢。在保證某些經(jīng)典的藥物化學(xué)實(shí)驗(yàn)外，還可以嘗試加入新的催化反應(yīng)體系，在實(shí)驗(yàn)中激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力，提高綜合合成技能，努力培養(yǎng)藥學(xué)類創(chuàng)新型人才。

在藥物化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中還普遍存在一些問題，如傳統(tǒng)的教學(xué)方法多為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生按部就班地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)講義中一些藥物的合成，客觀上構(gòu)成了有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的延續(xù)、 而這種模式忽視了對學(xué)生藥物化學(xué)自主創(chuàng)新科研思維和獨(dú)立思考能力的培養(yǎng)，導(dǎo)致學(xué)生在后期遇到問題時(shí)不善于應(yīng)變，無法獲得舉一反三的能力。因此，在后期遇到問題時(shí)，也無法接觸領(lǐng)域的前沿發(fā)展。

因此，本文從高等教育倡導(dǎo)培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的角度出發(fā)，結(jié)合生物酶催化體系的發(fā)展優(yōu)勢，創(chuàng)新性地將生物酶催化體系融入到藥物化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，在藥物化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法上實(shí)現(xiàn)改革創(chuàng)新。本文是對藥物化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法的思考和探索，并逐步付諸實(shí)踐，希望能為醫(yī)藥人才的創(chuàng)新發(fā)展提供一些幫助。

2.藥化實(shí)驗(yàn)課程創(chuàng)新

一直以來，如何提高學(xué)生對藥物化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的興趣，如何讓學(xué)生掌握前沿的藥物合成技術(shù)一直都是高校教師思考的核心問題。秉承教育教學(xué)創(chuàng)新，教學(xué)內(nèi)容模式與時(shí)俱進(jìn)的科學(xué)教育觀，我們設(shè)計(jì)了生物酶催化多羥基烷基呋喃合成這一新穎的藥物化學(xué)實(shí)驗(yàn)并以此為起點(diǎn)進(jìn)一步研究實(shí)驗(yàn)課程的創(chuàng)新性及對學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)。

（1）培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)設(shè)計(jì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)。多羥基烷基呋喃是經(jīng)典的含氧雜環(huán)，是眾多天然化合物中重要的結(jié)構(gòu)單元，隨著其不斷的研究發(fā)展，衍生出了許多重要的生物醫(yī)藥產(chǎn)品，市場發(fā)展前景廣闊，已經(jīng)成為生物醫(yī)藥合成領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。

①生物酶催化引入藥化實(shí)驗(yàn)的意義。二十年來，生物酶催化技術(shù)已成為一項(xiàng)成熟且應(yīng)用廣泛的技術(shù)。生物酶作為一種具有催化能力的生物大分子，因其高效性、專一性和較強(qiáng)的立體選擇性，被廣泛應(yīng)用于化學(xué)合成、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域。1984年，Klibanov等人首次發(fā)現(xiàn)，酶可以在有機(jī)溶劑中保持穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，并且仍然具有很高的催化活性。這一革命性發(fā)現(xiàn)拓展了酶催化領(lǐng)域，極大地推動(dòng)了非水性酶的發(fā)展。近年來，酶在有機(jī)合成中被廣泛用作催化劑，已成為藥物合成發(fā)展的必然趨勢。酶催化具有化學(xué)選擇性強(qiáng)，條件溫和，對環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，是目前非常熱門的有機(jī)合成方法。

②生物酶催化多羥基烷基呋喃實(shí)驗(yàn)原理。生物酶催化多羥基烷基呋喃合成實(shí)驗(yàn)代替原有《藥物化學(xué)實(shí)驗(yàn)》教材中相對陳舊的教學(xué)內(nèi)容，不僅可以幫助學(xué)生更好的理解和掌握生物酶催化的相關(guān)知識(shí)，而且也可以幫助學(xué)生了解藥物化學(xué)合成的前沿發(fā)展方向。其主要原理涉及生物酶在不同溶劑中的活性問題以及反應(yīng)溫度對生物酶活性的影響等。不同的生物酶在不同有機(jī)溶劑中的活性差異較大且失活速率也存在較大差異，生物酶的活性直接影響反應(yīng)的成功與否，在此過程中，需要保持生物酶在有機(jī)溶劑中的活性或降低生物酶失活的速率。溫度的升高，會(huì)加速反應(yīng)的進(jìn)行但同時(shí)也會(huì)加速生物酶的失活，因此，不同的反應(yīng)溶劑溫度的變化、反應(yīng)時(shí)間對生物酶催化多羥基烷基呋喃實(shí)驗(yàn)有著重要影響。

③實(shí)驗(yàn)步驟。多羥基烷基呋喃常用的化學(xué)合成方法是由路易斯酸或三乙胺等化學(xué)催化劑催化，而生物酶法催化多羥基烷基呋喃實(shí)驗(yàn)更為綠色溫和且生物酶Novozym 435可以重復(fù)利用，更加符合綠色化學(xué)理念。

生物酶催化多羥基烷基呋喃合成實(shí)驗(yàn)所需的材料及試劑主要有葡萄糖，丙二腈，脂肪酶Novozym 435，蒸餾水。具體實(shí)驗(yàn)過程如下：葡萄糖（1.8g），丙二腈（0.7g），脂肪酶Novozym 435（132mg）溶于10mL的蒸餾水中，在60℃條件下用磁力攪拌器攪拌反應(yīng)，薄層色譜監(jiān)測反應(yīng)進(jìn)行，待反應(yīng)完全后，將反應(yīng)溶劑水蒸除，乙醇重結(jié)晶或柱層析純化分離純化得到目標(biāo)產(chǎn)物，與傳統(tǒng)化學(xué)合成法相比，生物酶法合成選擇性更高，幾乎沒有副產(chǎn)物，而且脂肪酶Novozym 435可重復(fù)使用多次。

圖1 藥化合成實(shí)驗(yàn)所需的主要儀器

圖2 產(chǎn)品分析所需的主要儀器

表1 多羥基烷基呋喃實(shí)驗(yàn)所需材料及試劑

④實(shí)驗(yàn)優(yōu)勢。為了改變本科生對傳統(tǒng)《藥物化學(xué)實(shí)驗(yàn)》的思維，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)樂趣，加強(qiáng)對藥學(xué)前沿領(lǐng)域的認(rèn)識(shí)和了解。我們選擇此實(shí)驗(yàn)時(shí)同時(shí)還考慮到生物酶催化多羥基烷基呋喃實(shí)驗(yàn)不僅考察了學(xué)生對于常規(guī)儀器比如電子天平，機(jī)械磁力攪拌器，層析柱，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀等儀器的正確使用，而且此實(shí)驗(yàn)也基本全部包含了藥物合成實(shí)驗(yàn)的技能操作，如薄層色譜法監(jiān)測反應(yīng)歷程，此方法主要利用紫外光譜原理以及不同種類化合物極性的差異，在硅膠板上的高度不同來判斷反應(yīng)是否完全，同時(shí)對于一些沒有紫外吸收的物質(zhì)，能夠根據(jù)化合物官能團(tuán)的性質(zhì)選擇相應(yīng)的顯色劑等基本實(shí)驗(yàn)技能。其次掌握產(chǎn)品的常用純化手段如重結(jié)晶和柱層析純化分離等，了解重結(jié)晶的基本原理，掌握如何尋找合適的重結(jié)晶溶劑。掌握柱層析純化分離的原理，掌握如何選擇柱層析的洗脫劑及相應(yīng)的溶劑比例，學(xué)會(huì)運(yùn)用梯度洗脫技能分離純化極性相近的產(chǎn)品。掌握通過紅外、核磁共振、質(zhì)譜，氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用，液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用等檢測分析手段對產(chǎn)品及雜質(zhì)進(jìn)行系統(tǒng)分析，掌握通過紅外光譜解析相應(yīng)的官能團(tuán)特征峰，核磁共振確定相應(yīng)化合物的結(jié)構(gòu)，氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用與液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用確定化合物的純度及相對分子質(zhì)量。另外學(xué)生可以查閱相關(guān)文獻(xiàn)，更好的了解生物酶催化的特點(diǎn)與優(yōu)勢，更好的了解生物酶催化在藥物合成領(lǐng)域的發(fā)展趨勢。通過此實(shí)驗(yàn)不僅提升了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)動(dòng)手技能，也提高了學(xué)生的主觀能動(dòng)性，而且通過調(diào)查研究，更好的了解藥物合成領(lǐng)域的發(fā)展趨勢，也為部分學(xué)生的計(jì)劃深造提供一定的參考價(jià)值。

3.以結(jié)合創(chuàng)新來推進(jìn)教學(xué)優(yōu)化改革

我們將生物酶催化與藥物合成結(jié)合在一起融入到《藥物化學(xué)實(shí)驗(yàn)》教學(xué)中，以“生物酶催化多羥基烷基呋喃實(shí)驗(yàn)”為課程導(dǎo)向，將此課程教學(xué)分為三部分內(nèi)容：生物酶催化的特點(diǎn)、藥物合成實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練、藥物分子分離純化技能，詳細(xì)的講解每一部分應(yīng)該承擔(dān)的教學(xué)任務(wù)，更新原有教材的陳舊內(nèi)容，貼合藥物化學(xué)領(lǐng)域的前沿發(fā)展。

（1）生物酶催化多羥基烷基呋喃實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)。生物酶催化多羥基烷基呋喃實(shí)驗(yàn)過程中，鼓勵(lì)學(xué)生更多的使用中國知網(wǎng)、維普數(shù)據(jù)庫、萬方數(shù)據(jù)庫、Web of Science以及Scifinder等數(shù)據(jù)庫進(jìn)行文獻(xiàn)調(diào)研，更加充分全面的了解生物酶催化反應(yīng)體系的特點(diǎn)及優(yōu)勢，并鼓勵(lì)學(xué)生大膽嘗試不同種類的生物酶去催化多羥基烷基呋喃的合成，獲得更高效的反應(yīng)結(jié)果，同時(shí)通過對比實(shí)驗(yàn)結(jié)果能簡單分析總結(jié)不同種類生物酶的性質(zhì)。在最終產(chǎn)物純化過程中，老師可以簡單演示基本實(shí)驗(yàn)操作，鼓勵(lì)學(xué)生去開發(fā)更加簡潔的分離純化方法。學(xué)生在自己嘗試過程中獲得了比老師更好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，能更大程度的激發(fā)學(xué)生對藥物化學(xué)實(shí)驗(yàn)的興趣。讓學(xué)生在實(shí)際操作中體會(huì)到課本上的理論知識(shí)，更好的理解藥物化學(xué)實(shí)驗(yàn)這一實(shí)驗(yàn)課程的重要性。

（2）生物酶催化多羥基烷基呋喃實(shí)驗(yàn)課堂思政。隨著人民生活水平的提高，對藥物化學(xué)高層次人才的需求日益增加，學(xué)生不僅僅要牢牢掌握課本知識(shí)，也要培訓(xùn)科學(xué)創(chuàng)新思維以及良好的科學(xué)精神和道德品質(zhì)。

在生物酶催化多羥基烷基呋喃實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)生不僅學(xué)習(xí)到了生物酶催化方面的相關(guān)知識(shí)，也能掌握藥物合成的實(shí)驗(yàn)技能同時(shí)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中也特別教育學(xué)生重視實(shí)驗(yàn)安全，比如進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室須穿戴實(shí)驗(yàn)服，稱量化學(xué)藥品或使用有機(jī)溶液時(shí)需佩戴專業(yè)手套，若不慎有少量有機(jī)溶劑濺入眼睛，立即使用大量清水沖洗。開展實(shí)驗(yàn)工作之前，仔細(xì)做好相關(guān)的準(zhǔn)備工作，認(rèn)真檢查所需儀器設(shè)備是否正常工作，嚴(yán)格遵守實(shí)驗(yàn)室規(guī)章制度。實(shí)驗(yàn)過程中產(chǎn)生的廢酸水、廢堿水以及有機(jī)廢液需分開歸類處理，禁止直接倒入下水槽或隨意丟棄。產(chǎn)生的廢液按規(guī)定處理后倒入指定的塑料桶中，并交由有資質(zhì)的處理單位進(jìn)行集中處理。此實(shí)驗(yàn)完全可以做為藥學(xué)等相關(guān)專業(yè)的本科教學(xué)課程，讓學(xué)生掌握藥物化學(xué)領(lǐng)域發(fā)展趨勢、培養(yǎng)學(xué)生的科研創(chuàng)新意識(shí)同時(shí)也能切實(shí)提升《藥物化學(xué)實(shí)驗(yàn)》課程教學(xué)效果。

4.總結(jié)

《藥物化學(xué)實(shí)驗(yàn)》是藥學(xué)相關(guān)專業(yè)的高校學(xué)生最先接觸的藥物合成實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程，熟練掌握此課程對學(xué)生未來的學(xué)術(shù)研究和工作都有非常重要的意義，本文創(chuàng)新性的將生物酶催化與藥物化學(xué)結(jié)合在一起，不僅可以進(jìn)一步強(qiáng)化本科生的實(shí)踐技能，還有利于培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用知識(shí)和實(shí)踐相結(jié)合的能力，觀察問題和解決問題的能力，進(jìn)一步培養(yǎng)他們對于科學(xué)實(shí)驗(yàn)的探索精神。實(shí)踐創(chuàng)新是促成教育對象不斷由已知領(lǐng)域向未知領(lǐng)域拓展、實(shí)現(xiàn)質(zhì)的飛躍的關(guān)鍵能力，是人才培養(yǎng)的體現(xiàn)之一，也符合新時(shí)代國家提出的學(xué)生核心素養(yǎng)。