医学大学有机化学杂环化合物和维生素专题课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,人民卫生电子音像出版社,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,人民卫生电子音像出版社,*,大学有机化学杂环化合物和维生素,“,杂环,”就是组成环的原子除,C,外，还含有其它元素的原子，这些非碳原子统称为,杂原子,。原则上二价以上的元素都可成为杂原子,但最常见的是,O、S,和,N,。,前面学过的,环氧化合物、环状酸酐、内酯、内酰胺,等:,因其性质与相应的脂肪族化合物较相似，因此并入脂肪族化合物中讨论,而不列为杂环化合物。,第十四章,杂环化合物和维生素,第十四章 杂环化合物和维生素,上页,下页,首页,2,人民卫生电子音像出版社,本章讨论的杂环化合物主要指环系较稳定，包括杂原子在内的环是,平面型,，环内有,4n+2个,p,电子处于环状共轭体系中，,统称为,芳(香)杂环化合物。,呋喃 噻唑 嘧啶 嘌呤,其它不具芳香性的杂环化合物，统称为,非芳香杂环化合物或脂杂环化合物。,脂杂环,第十四章,杂环化合物和维生素,上页,下页,首页,3,邓健 制作 罗美明 审校,一、,分类和命名,六元杂环:,五元杂环:,第一节 芳香杂环化合物,第十四章 杂环化合物和维生素,第一节 芳香杂环化合物（一、分类和命名）,上页,下页,首页,4,人民卫生电子音像出版社,命名原则,：译音“,口,”旁,第十四章 杂环化合物和维生素,第一节 芳香杂环化合物（一、分类和命名）,Furan,Thiophene,Pyrrole,Thiazole,Imidazole Pyrazole Oxazole,呋喃,噻吩,吡咯,噻唑,咪唑 吡唑 噁唑,上页,下页,首页,5,邓健 制作 罗美明 审校,Pyridine Pyrimidine Pyridazine,吡啶 嘧啶,哒嗪,Quinoline Isoquinoline,喹啉 异喹啉,Indole Purine,吲哚,嘌呤,第十四章 杂环化合物和维生素,第一节 芳香杂环化合物（一、分类和命名）,上页,下页,首页,6,人民卫生电子音像出版社,1.单杂环的编号从杂原子开始,。,杂环的编号规则：,第十四章 杂环化合物和维生素,第一节 芳香杂环化合物（一、分类和命名）,呋喃 吡啶 吡咯,4 3,(b),5 1 2,(a),4 3,(b),5 1 2,(a),5 3,(b),6 1 2,(a),4,(g),2-甲基呋喃,3-硝基吡咯,4-乙基吡啶,(,-,甲基呋喃)(,-,硝基吡咯)(,-,乙基吡啶),上页,下页,首页,7,邓健 制作 罗美明 审校,2.有多个杂原子时,按,O、S、N (N-R;N-H;N),顺序编号,第十四章 杂环化合物和维生素,第一节 芳香杂环化合物（一、分类和命名）,4-甲基咪唑,5-甲基噻唑,4-甲基嘧啶,1-甲基吡唑3.稠杂环的编号一般和稠环芳烃相同,但少数有例外,喹啉 吖啶,嘌呤,上页,下页,首页,8,人民卫生电子音像出版社,芳香六元杂环,包括环中有1个杂原子的六元杂环(如,吡啶,)和环中有多个杂原子的六元杂环(如,嘧啶,)。,吡啶是具有特殊臭味的无色液体,。,存在于煤焦油、骨焦油中,其衍生物广泛存在于自然界。工业上主要从煤焦油的轻油部分提取吡啶。,（一）吡啶(C,5,H,5,N)的结构,二、芳香六元杂环,第十四章 杂环化合物和维生素,第一节 芳香杂环化合物（二、六元杂环）,上页,下页,首页,9,邓健 制作 罗美明 审校,N,的 p,轨道含1个电子,组成环闭共轭体系,孤电子对占据,sp,2,杂化轨道,5C 1N 共面,均为,sp,2,杂化,;都有一个垂直于分子平面的p轨道,侧面交叠形成环闭大 键。,吡啶的结构模型,第十四章 杂环化合物和维生素,第一节 芳香杂环化合物（二、六元杂环）,上页,下页,首页,10,人民卫生电子音像出版社,电子云向电负性较大的,N,原子转移,使,N带部分负电荷,C带部分正电荷,电子云出现的几率密度如下：,吡啶环中C上,p,电子密度比苯低，这类芳杂环亦称为“,缺,p,芳杂环,”。表现,在性质上，,亲电取代变难,，,亲核取代变易,；氧化变难，还原变易；另外,sp,2,杂化,N,上的孤电子对具有一定程度的碱性，可成盐。,亲电试剂 进攻位点,1.00,139pm,0.84,1.43,1.01,0.87,134pm,139pm,140pm,亲核试剂 进攻位点,？,第十四章 杂环化合物和维生素,第一节 芳香杂环化合物（二、六元杂环）,上页,下页,首页,11,邓健 制作 罗美明 审校,(二)吡啶的性质,1.,水溶性,解释下列吡啶类化合物的水溶性现象？,水溶度：1:1 1:1 微溶,答,:吡啶能与水形成氢键。羟基或氨基取代的吡啶因分子间氢键的形成而降低了水溶度。,第十四章 杂环化合物和维生素,第一节 芳香杂环化合物（二、六元杂环）,上页,下页,首页,12,人民卫生电子音像出版社,2.碱性,碱性比较：脂肪胺 苯胺,p,K,b,：3 4.5 8.8,9.3,第十四章 杂环化合物和维生素,第一节 芳香杂环化合物（二、六元杂环）,上页,下页,首页,13,邓健 制作 罗美明 审校,3.亲电取代与亲核取代反应,由于氮原子的电负性大,吡啶环上碳原子的电子云密度较苯低，尤其与质子或 Lewis 酸结合使N带正电荷后，环上 C 的电子云密度更低。吡啶的亲电取代反应要比苯难得多，,与硝基苯相似,，亲电取代反应主要进入,位。,-硝基吡啶,-溴吡啶,-,吡啶磺酸,第十四章 杂环化合物和维生素,第一节 芳香杂环化合物（二、六元杂环）,上页,下页,首页,14,人民卫生电子音像出版社,亲核取代,比苯容易，,主要发生在位上,。,当,或,位,上有易离去基时，较弱的亲核试剂就能发生亲核取代反应第十四章 杂环化合物和维生素,第一节 芳香杂环化合物（二、六元杂环）,上页,下页,首页,15,邓健 制作 罗美明 审校,4.氧化与还原,吡啶环对氧化剂较苯环稳定,而对还原剂比苯活泼。,-,吡啶甲酸,(烟酸),六氢吡啶,(,哌啶,),六氢吡啶(p,K,b,=2.8),碱性较吡啶强10,6,倍。,为什么？,第十四章 杂环化合物和维生素,第一节 芳香杂环化合物（二、六元杂环）,上页,下页,首页,16,人民卫生电子音像出版社,（三）嘧啶,(C,4,H,4,N,2,),及其衍生物,5,4,3,6,1,2,嘧啶(Pyrimidine),由于两个,N,的强吸电子作用,使嘧啶的碱性(,p,K,b,11.3)比吡啶(,p,K,b,8.8,)弱得多，也比吡啶难于发生亲电取代反应，而亲核取代反应则比吡啶容易；嘧啶难以被氧化。,第十四章 杂环化合物和维生素,第一节 芳香杂环化合物（二、六元杂环）,上页,下页,首页,17,邓健 制作 罗美明 审校,嘧啶的衍生物分布范围广，如维生素、生物碱、核酸、蛋白质及许多药物都含有嘧啶结构。,胞嘧啶,(cytosine),胸腺嘧啶,(thymine),尿嘧啶,(uracil),这些嘧啶衍生物存在酮式和烯醇式互变异构:,5-氟尿嘧啶,(抗肿瘤药),第十四章 杂环化合物和维生素,第一节 芳香杂环化合物（二、六元杂环）,上页,下页,首页,18,人民卫生电子音像出版社,三、芳香五元杂环,(一)呋喃、噻吩、吡咯的结构,4C 1O 共面；,6电子环状共轭大,键,与苯环比较,呋喃、噻吩、吡咯为,5原子共用6个,电子,故环上,电子云密度比苯环大,属于“,富,芳杂环,”。,第十四章 杂环化合物和维生素,第一节 芳香杂环化合物（三、五元杂环）,上页,下页,首页,19,邓健 制作 罗美明 审校,这些化合物键长的平均化程度远不如苯(苯环上的碳碳键均为139 pm)，,环的稳定性不如苯。,在化学性质上,既有与苯相似之处,又有一些差别。,共轭能：117,(,Kj,mol,-1,),88 67,(苯环150),第十四章 杂环化合物和维生素,第一节 芳香杂环化合物（三、五元杂环）,上页下页,首页,芳香性(环的稳定性):苯 噻吩 吡咯 呋喃,20,邓健 制作 罗美明 审校,（二）吡咯、呋喃和噻吩的性质,1吡咯的酸碱性,吡咯,N,上孤电子对因参与环的共轭,故碱性极弱,比苯胺还弱得多,不能与酸形成稳定的盐。,p,K,b,:3.7,4.7,9.6,13.6,第十四章 杂环化合物和维生素,第一节 芳香杂环化合物（三、五元杂环）,上页,下页,首页,21,人民卫生电子音像出版社,另一方面，吡咯,N上的H,却有微弱的酸性(p,K,a,=17.5,),与醇相当，而比酚弱。,吡咯在无水条件下可以与固体氢氧化钾加热生成钾盐。,第十四章 杂环化合物和维生素,第一节 芳香杂环化合物（三、五元杂环）上页,下页,首页,22,邓健 制作 罗美明 审校,2.亲电取代反应,由于环上的电子云密度比苯大，因此吡咯、呋喃和噻吩亲电取代反应比苯容易发生。,吡咯的活泼度与苯胺或苯酚相当,。,亲电取代反应主要发生在,位,。,第十四章 杂环化合物和维生素,第一节 芳香杂环化合物（三、五元杂环）,上页,下页,首页,23,人民卫生电子音像出版社,吡咯和呋喃遇强酸时,杂原子能质子化,使芳香大,键破坏,所以不能用强酸进行硝化和磺化反应,需选用较温和的非质子性试剂。例如吡咯硝化需用,硝酸乙酰基酯,。,第十四章 杂环化合物和维生素,第一节 芳香杂环化合物（三、五元杂环）,上页,下页,首页,24,邓健 制作 罗美明 审校三）吡咯衍生物,吡咯衍生物在自然界分布很广，植物中的叶绿素和动物中的血红素都是吡咯衍生物。它们都具有重要的生理活性。,卟吩,(Porphin),血红素(,Heme,),第十四章 杂环化合物和维生素,第一节 芳香杂环化合物（三、五元杂环）,上页,下页,首页,25,人民卫生电子音像出版社,(四)咪唑的结构与功能,咪唑可以看作是吡咯3位的CH被氮原子取代而生成的杂环化合物。,咪唑 1位 和 3 位N 均取,sp,2,杂化。不同的是,1-N 以一对,p,电子参与共轭,而 3-N 则以1个,p,电子参与共轭,形成环状闭合大,键,电子数为6,符合Hckel规则,有一定芳香性。,第十四章 杂环化合物和维生素,第一节 芳香杂环化合物（三、五元杂环）,上页,下页,首页,26,邓健 制作 罗美明 审校,咪唑中N上的氢可以转移到另一个氮原子上,因而存在互变异构.这种情况在环上有取代基时很容易辨别。,3,5 1 2,5 1,3 2,5-甲基咪唑 4-甲基咪唑,甲基咪唑可发生下列互变异构:,第十四章 杂环化合物和维生素,第一节 芳香杂环化合物（三、五元杂环）,上页,下页,首页,27,人民卫生电子音像出版社,咪唑的碱性比吡咯强（p,K,b,=6.8），这是由于引入的氮原子的孤对电子没有参加共轭体系，因而较易与质子结合。水溶度也较吡咯大。,在组氨酸分子中含有一个咪唑基,其p,K,a,值接近生理pH(7.35)，它既是一个弱酸，又是一个弱碱，能起到质子传递的作用。组氨酸中的咪唑环是构成酶活性中心的重要基团，使酶能催化生物体内酯和酰胺的水解。,第十四章 杂环化合物和维生素,第一节 芳香杂环化合物（三、五元杂环）,上页,下页,首页,28,邓健 制作 罗美明 审校,四、稠杂环化合物,第十四章 杂环化合物和维生素,第一节 芳香杂环化合物（四、稠杂环）,杂环与杂环稠合,或,苯环与杂环稠合,而成的化合物总称为稠杂环化合物。常见的稠杂环化合物有嘌呤、吲哚、喹啉等。嘌呤,可看成是由一个嘧啶环和一个咪唑环共用2个碳原子稠合而成。,嘌呤（purine）,上页,下页,首页,29,人民卫生电子音像出版社,嘌呤为白色固体，熔点 216217，易溶于水，水溶液呈中性，但可分别与酸或碱生成盐。嘌呤是两个互变异构的平衡体系,在生物体内平衡偏向于,9,H,形式。,9,H,-,嘌呤,7,H,-,嘌呤,第十四章 杂环化合物和维生素,第一节 芳香杂环化合物（四、稠杂环）,上页,下页,首页,30,邓健 制作 罗美明 审校,嘌呤衍生物广泛分布在动植物中，如,腺嘌呤,、,鸟嘌呤,均为核酸的碱基。,腺嘌呤(Adenine),鸟嘌呤(Guanine),第十四章 杂环化合物和维生素,第一节 芳香杂环化合物（四、稠杂环）,上页,下页,首页,31,人民卫生电子音像出版社,次黄嘌呤、黄嘌呤和尿酸是腺嘌呤与鸟嘌呤在体内的代谢产物,存在于动物肝脏血和尿中。,次黄嘌呤 黄嘌呤 尿酸,烯醇式 酮 式,第十四章 杂环化合物和维生素,第一节 芳香杂环化合物（四、稠杂环）,上页,下页,首页,32,邓健 制作 罗美明 审校,磺胺类药物,(sulfa drug)是继青霉素之后使用的一类化学抗菌药，基本结构是,对-氨基苯磺酰胺,。,对-氨基苯磺酰胺本身就有抑菌作用。当,N1,上的,H,原子被某些基团取代时，抗菌作用增强；若,N4,上的,H,被取代，则抗菌能力降低甚至丧失。因为具有,N4,游离氨基的磺胺与细菌繁殖所需的对氨基苯甲酸结构极为相似，使酶难以识别而达到抑菌作用。,*,磺胺类药物,如,N4,上的取代基易在体内分解而恢复成,-NH,2,时，则仍具有原来的抗菌作用。,第十四章 杂环化合物和维生素,第一节 芳香杂环化合物,上页,下页,首页,33,人民卫生电子音像出版社,大多数磺胺类药物是不同杂环取代了磺胺的,N1,位上的一个H原子,。,磺胺嘧啶 SD,磺胺甲基异噁唑 SMZ,第十四章 杂环化合物和维生素,第一节 芳香杂环化合物,上页,下页,首页,34,邓健 制作 罗美明 审校,第十四章 杂环化合物和维生素,第二节 维生素（一、维生素概述）,*,第二节 维生素,一、维生素概述,1.定义,维持正常生命活动所必需的一类小分子有机化合物,2.特点,既不供给能量，也不构成组织成分,体内不能合成或合成甚微，必须由食物供给,需要量很少,(,gmg/d),但不可缺少,参与体内物质代谢与调节,参与辅酶组成,3.功能,上页,下页,首页,35,人民卫生电子音像出版社,脂溶性维生素,：,A,、,D,、,E,、,K,。此类维生素因排泄效率不高，过多摄入会在体内蓄积而导致中毒,水溶性维生素,：,B,族、维生素,C,、维生素,P,等,按生理功能和发现先后,：,A,、,B,、,C,、,D,等,5.命名,4.分类,根据化学结构,：初发现时以为是一种，以后证实是几种维生素的混合物，则根据化学结构的不同在字母右下方注以,1,、,2,、,3,等，如,A,1,第十四章 杂环化合物和维生素,第二节 维生素（一、维生素概述）,上页,下页,首页,36,邓健 制作 罗美明 审校,第十四章 杂环化合物和维生素,第二节 维生素（二、脂溶性维生素）,维生素A,1,维生素A,2,二、脂溶性维生素,（一）维生素A,1.结构,上页,下页,首页,37,人民卫生电子音像出版社,2.功能,构成视觉细胞内感光物质,维持上皮组织结构的完整,促进上皮细胞糖蛋白的合成,参与皮质激素、性激素合成及骨组织形成，促进生长发育,防癌作用：刺激体液及细胞免疫,V,A,缺乏：粘膜干燥，干眼病；,V,A,过量,:,恶心、头痛、皮疹,3.来源,动物性食品：肝、蛋黄、奶油,植物性食品：类胡萝卜素,（维生素,A,原,本身不具有,V,A,活性，但在体内可转变为,V,A,的物质）,第十四章 杂环化合物和维生素,第二节 维生素（二、脂溶性维生素）,上页,下页,首页,38,邓健 制作 罗美明 审校,（二）维生素E（生育酚）,1.结构,参与多种酶活动，维持和促进生殖机能,天然抗氧化剂、抗衰老、防癌及增强免疫作用,2.功能,3.来源,植物油.麦胚,硬果,种子类,豆类,谷类,-,生育酚,第十四章 杂环化合物和维生素,第二节 维生素（二、脂溶性维生素）,上页,下页,首页,39,人民卫生电子音像出版社,维生素K,1,维生素K,2,（三）维生素K,1.结构,2、功能,促进凝血因子形成，加速血液凝固。,维生素K缺乏会导致凝血功能障碍,出现全身多部位出血甚至颅内出血。,3.来源,深绿色蔬菜,富含乳酸菌的食品及肉、蛋等,第十四章 杂环化合物和维生素,第二节 维生素（二、脂溶性维生素）,上页,下页,首页,40,邓健 制作 罗美明 审校,第十四章 杂环化合物和维生素,第二节 维生素（三、水溶性维生素）,水溶性维生素包括,B族维生素,和,维生素 C,、,维生素P,等。B族维生素包括维生素B,1,、维生素B,2,、烟酸和烟酰胺、泛酸、维生素B,6,、生物素、叶酸和维生素B,12,等。,三、水溶性维生素,水溶性维生素在组织内浓度恒定,构成辅酶成分，参与物质代谢。无中毒症,过多即随尿排出。,上页,下页,首页,41,人民卫生电子音像出版社,（一）维生素B,1,（,硫胺素,）,1.结构,含S、-NH,2,盐酸硫胺素,2.功能参与糖的代谢；促进能量代谢；维持神经与消化系统的正常功能。长期摄入不足会出现周围神经炎、浮肿、心肌变性、情绪急躁、精神惶恐、健忘等,3.来源,谷类、豆类、酵母、干果、动物内脏、蛋类、瘦肉、乳类、蔬菜、水果等,第十四章 杂环化合物和维生素,第二节 维生素（三、水溶性维生素）,上页,下页,首页,42,邓健 制作 罗美明 审校,（二）维生素B,2,（,称核黄素，riboflavin,）,1.结构,2.功能,促进糖、脂肪和蛋白质的代谢；维持皮肤、粘膜、视觉的正常机能。B,2,缺乏可引起口角炎、舌炎、口腔炎、眼结膜炎、脂溢性皮炎和视觉模糊等,3.来源,奶类、动物肝肾、蛋黄、鱼，胡萝卜、香菇、紫菜、芹菜柑、橘等,第十四章 杂环化合物和维生素,第二节 维生素（三、水溶性维生素）,上页,下页,首页,43,人民卫生电子音像出版社,（三）维生素PP,（预防癞皮病因子）,1.结构,烟酸,烟酰胺,2.功能,脱氢酶的辅酶;参与糖、脂类、丙酮酸代谢、及高能磷酸键的形成等。维pp缺乏可致癞皮病。,3.来源,动物肝肾、瘦肉、鱼、卵、麦制品、花生、梨、枣、无花果等,第十四章 杂环化合物和维生素,第二节 维生素（三、水溶性维生素）,上页,下页,首页,44,邓健 制作 罗美明 审校,1.结构,2.功能,参与辅酶A的形成，是酶的转酰基辅因子。,轻度缺乏可致疲乏、食欲差、消化不良等。重度缺乏可致肌肉协调性差;肌肉及胃肠痉挛等,3.来源,肉类、动物肾脏与心脏、谷类、麦芽、绿叶蔬菜、啤酒酵母、坚果、糖蜜等,（四）泛酸,(pantothenic acid),第十四章 杂环化合物和维生素,第二节 维生素（三、水溶性维生素）,上页,下页,首页,45,人民卫生电子音像出版社,1.结构,2.功能,转氨酶及脱羧酶的辅酶,镇吐。,缺乏时可致呕吐、中枢神经兴奋等,3.来源,牛乳、肉、肝、蛋黄、谷物和蔬菜等,（五）维生素B,6,吡哆醇 吡哆醛 吡哆胺,第十四章 杂环化合物和维生素,第二节 维生素（三、水溶性维生素）,上页,下页,首页,46,邓健 制作 罗美明 审校,（六）生物素,1.结构,2.功能,羧化酶的辅酶，脂肪和蛋白质正常代谢不可缺少的物质。,缺乏时可致发育缓慢、皮肤损伤、体内蛋白质和脂肪代谢紊乱,3.来源,分布广泛，如牛奶、水果、啤酒酵母、牛肝、蛋黄、动物肾脏、糙米等,第十四章 杂环化合物和维生素,第二节 维生素（三、水溶性维生素）,上页,下页,首页,47,人民卫生电子音像出版社,（七）叶 酸,1.结构,2.功能,蛋白质和核酸合成的必需因子；参与血红蛋白结构中卟啉基的形成、红细胞和白细胞的快速增生；体内多种氨基酸的转化、大脑中长链脂肪酸如DHA的代谢；肌酸、肾上腺素及胆碱的合成等。,叶酸是最容易缺乏的维生素之一。婴儿、孕妇缺乏时会引起贫血。膳食中缺乏叶酸易引起动脉硬化、诱发结肠癌和乳腺癌等。,3.来源,绿色蔬菜中，动物肝、肾,第十四章 杂环化合物和维生素,第二节 维生素（三、水溶性维生素）,上页,下页,首页,48,邓健 制作 罗美明 审校,（八）维生素B,12,（钴胺素）,唯一含金属(Co)的维生素,1.结构,第十四章 杂环化合物和维生素,第二节 维生素（三、水溶性维生素）,上页,下页,首页,49,人民卫生电子音像出版社,2.功能,3.来源,主要是动物性食品，内脏、肉类、贝壳类、蛋类、奶,维生素B,12,能促进红细胞的发育和成熟，使肌体造血机能处于正常状态，预防恶性贫血；促进三大代谢；促进蛋白质、核酸的生物合成。维生素B,12,严重缺乏会导致恶性贫血及精神抑郁、记忆力下降等神经系统疾病。,第十四章 杂环化合物和维生素,第二节 维生素（三、水溶性维生素）,上页,下页,首页,50,邓健 制作 罗美明 审校,1.结构,2.功能,天然抗氧化剂；防治坏血病；保护牙齿、骨骼、增加血管壁弹性。缺乏时可致坏血病,表现为疲劳、倦怠、易感冒。典型症状是牙龈出血、牙床溃烂、牙齿松动，毛细血管脆性增加。是最容易缺乏的维生素之一。,3.来源,新鲜水果和蔬菜,（九）维生素C,（抗坏血酸）,L-抗坏血酸,自然界存在的有生理活性的是L-型抗坏血酸。D-异构体的活性仅为L-异构体的10%,第十四章 杂环化合物和维生素,第二节 维生素（三、水溶性维生素）,上页,下页,首页,51,人民卫生电子音像出版社,(十)维生素P,(芦丁,通透性维生素.P:permeability),1.结构,2.功能,增强毛细血管壁弹性、调整其吸收能力;增强人体细胞的黏附力及维生素C的活性,3.来源,柑橘类（柠檬、橙、葡萄柚）、杏、荞麦粉、黑莓、樱桃等,第十四章 杂环化合物和维生素,第二节 维生素（三、水溶性维生素）,上页,下页,首页,52,邓健 制作 罗美明 审校,