1、第十四章 杂环化合物与维生素,由碳原子和其它原子构成的环状结构称为杂环。碳以外的原子称杂原子，常见的杂原子为氮、氧、硫等。,环醚、内酯、交酯、环状酸酐、内酰胺等化合物不列为杂环化合物。,杂环化合物通常是指环系较为稳定，具有一定程度芳香性的一类化合物，即芳杂环化合物。这类化合物在结构上与芳香环相似，是一个闭合的共轭体系，一般都符合4n+2规则。,第一节 芳香杂环化合物,1993年发现的一种新型高效的非紫杉类抗微管蛋白聚合类抗肿瘤药物,噻唑环,中文药名：埃博霉素,一、分类和命名,记8个，N原子三价H的书写,杂环化合物的命名根据国际通用英文名称译音，选用同音汉字加“口”字旁的专用字作为杂环名称。表内
2、所列名称已经规范，不得以其它谐音代替。,杂环化合物的编号原则如下：1环上只有一个杂原子,2,5-二甲基呋喃 2-甲基吡咯 3-硝基吡啶 (,-二甲基呋喃) (-甲基吡咯) (-硝基吡啶),5-甲基噻唑,2.有多个杂原子时,按O、S、N (N-R;N-H;N) 顺序编号,4-氨基嘧啶,4-甲基咪唑,3特殊编号,喹啉 吲哚 嘌呤,二、单杂环化合物的结构和芳香性,p轨道,所有原子共面；都有一个垂直于分子平面的 p 轨道, 侧面交叠形成闭合大 键，其中四个碳原子各贡献 1个 p 电子，氧、硫、氮原子则贡献2个 p电子, 形成 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
3、“富芳杂环”,五元杂环,p- 共轭使得环上各碳原子的电子云密度相对升高亲电性取代比苯容易,吡咯N上孤对电子因参与环的共轭, 故碱性极弱, 比苯胺还弱,N的 p 轨道含1个电子, 组成环闭共轭体系,孤对电子占据sp2 杂化轨道,5C 1N 共面, 取 sp2杂化; 都有一个垂直于分子平面的p轨道,侧面交叠形成闭合大 键。,构成芳香体系的是-共轭，由于氮原子的电负性较强，使环上碳原子的电子云密度相对降低,六元杂环,吡啶环中C上电子密度比苯低“缺芳杂环”。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 sp2 杂化 N 上的孤对电子具有一定程度的碱性，可成盐。,三、杂环化合物的性
4、质,(一) 酸碱性,吡咯环的杂原子N上的孤对电子参与了环的共轭体系，不易与水形成氢键，因此难溶于水，也不易接受质子。碱性比苯胺还弱，相反吡咯 N上的H 却有微弱的酸性(pKa=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。,吡啶中氮原子上的孤对电子不参与环的共轭体系，能与水形成氢键，所以吡啶可以任意比例溶于水，可接受质子或给出电子，呈现碱性，能与强酸形成盐,碱性比较：脂肪胺 NH3 吡啶 苯胺 吡咯,pKb： 34.5 4.75 8.8 9.3 13.6,(二) 亲电取代反应五元杂环化合物中碳原子上的电子云密度比苯大，因此亲电取代反应容易发生，它们都可进行
5、卤代反应，反应优先发生在位上。,六元杂环吡啶的芳环上可发生亲电取代反应，但比苯要困难，只有在强烈条件下才能进行，取代基主要进入位。,上述反应在室温下均不能进行,(三) 氧化与还原 呋喃、噻吩和吡咯都可进行催化加氢反应，生成相应的四氢化物。四氢呋喃(THF)吡啶的还原加氢比苯容易，加氢后生成六氢吡啶。六氢吡啶(哌啶),六氢吡啶(pKb=2.8), 碱性较吡啶强106倍。为什么？,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),四、单杂环重要衍生物 (一) 呋喃及其衍生物硝基呋喃类药物。,硝呋丙腙,（抗血吸虫药）,糠醛(-呋喃甲醛)是呋喃的重要衍生物，具有无-H的芳香醛的特
6、性，又具有呋喃芳杂环的特性，因此用途广泛，是重要的有机合成原料。,(二) 吡咯及其衍生物 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。,血红素的基本骨架称为卟吩(Porphin)。,卟吩 血红素(Heme),(三) 噻唑、吡唑和咪唑衍生物,咪唑 1位 和 3 位N 均取sp2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。,5-甲基咪唑 4-甲基咪唑,互变异构,咪唑的碱性比吡咯强（pKb=6.8），这是由于引入的氮原子的孤
7、对电子没有参加共轭体系，因而较易与质子结合。水溶解度也较吡咯大。,在组氨酸分子中含有一个咪唑基, 其pKa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。,噻唑衍生物主要有维生素1和抗生素青霉素类。苄青霉素的效用较好，其钠或钾盐为治疗革兰氏阳性菌感染的首选药物。,(四) 吡啶及其衍生物吡啶及其衍生物广泛存在于自然界中。维生素B6包括下列三个组分：吡哆醇 吡哆醛 吡哆胺维生素B6是蛋白质代谢的必要物质，缺乏它蛋白质代谢就不能正常进行。维生素PP。-吡啶甲酸(烟酸) -吡啶甲酰胺(烟酰胺)
8、雷米封，是一种有效的抗结核病的药物。 异烟肼,(六) 嘧啶(Pyrimidine)及其衍生物,嘧啶的衍生物广泛存在于自然界，其重要的衍生物胞嘧啶、尿嘧啶和胸腺嘧啶是核酸的组成部分。,胞嘧啶(C) 尿嘧啶(U) 胸腺嘧啶(T)(4-氨基-2-氧嘧啶) (2,4-二氧嘧啶) (5-甲基-2,4-二氧嘧啶),由于两个N的强吸电子作用, 使嘧啶的碱性(pKb11.3)比吡啶(pKb8.8 )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。,5-氟尿嘧啶(抗肿瘤药),这些嘧啶衍生物存在酮式和烯醇式互变异构:,三聚氰胺(cyanuramide) ,含氮量高达66.6%,三
9、聚氰胺是一种三嗪类含氮杂环有机化合物，被用作化工原料，对身体有害，不可用于食品加工或食品添加物。三聚氰胺摄入人体后进入肾细胞中，三聚氰胺在氰尿酸存在下两者形成结晶沉积从而造成肾结石，堵塞肾小管，最终造成肾衰竭。由于三聚氰胺结石微溶于水，对于成年人，由于经常喝水使得结石不容易形成。但对于哺乳期的婴儿，由于喝水很少并且相比成年人肾脏狭小，造成更容易形成结石。,五、稠杂环化合物 (一) 吲哚及其衍生物吲哚与-甲基吲哚都具有粪臭味，共存于粪中。纯的吲哚在极稀时有花的香气，可用作香料。-吲哚乙酸是一种植物生长调节剂。色氨酸是人体必需的一种氨基酸。-吲哚乙酸 色氨酸,长春碱(R=CH3);长春新碱(R=C
10、HO); 抗癌药,(二) 喹啉和异喹啉衍生物喹啉和异喹啉是由苯环和吡啶环在不同位置上稠合而成，都存在于煤焦油中。它们是许多生物碱的母体。奎宁是传统的抗疟药，存在于金鸡纳树皮中。许多合成的抗疟药就是以奎宁的结构为基础设计和筛选出来的，如氯喹。奎宁 氯喹异喹啉族生物碱包括吗啡生物碱，如罂粟碱。罂粟碱,(三) 嘌呤(purine)及其衍生物嘌呤是由咪唑和嘧啶两个杂环稠合而成。9H-嘌呤 7H-嘌呤,生物体中,药物中,嘌呤本身不存在于自然界中，但它的衍生物却分布很广。嘌呤的衍生物腺嘌呤、鸟嘌呤为核酸的组成部分。腺嘌呤(Adenine,A) 鸟嘌呤(Guanine,G)(6-氨基嘌呤) (2-氨基-6-
11、羟基嘌呤),嘌呤衍生物均有酮式和烯醇式的互变异构。,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,当血中的尿酸含量过高时，可能沉积在关节处，形成痛风石,茶碱 咖啡碱 可可碱,肌苷用于白细胞或血小板减少症，可治疗心脏病、肝病,次黄嘌呤,核糖,第二节 维生素(自学),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,脂溶
12、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A1,维生素A1,维生素A2,二、脂溶性维生素,（一）维生素A,1. 结构,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 VA 缺乏：粘膜干燥，干眼病；VA过量: 恶心、
13、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VA活性，但在体内可转变为VA的物质）,（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,维生素K1,维生素K2,（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,水溶性维生素包括B族维生素和维生素 C、维生
14、素P等。B族维生素包括维生素B1、维生素B2、烟酸和烟酰胺、泛酸、维生素B6、生物素、叶酸和维生素B12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。,（一）维生素B1 （硫胺素）,1. 结构 含S、-NH2,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,（二）维生素B2 （称核黄素，riboflavin）,1. 结构,2. 功能 促进糖、脂
15、肪和蛋白质的代谢；维持皮肤、粘膜、视觉的正常机能。B2 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,（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,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
16、心脏、谷类、麦芽、绿叶蔬菜、啤酒酵母、坚果、糖蜜等,（四）泛酸 (pantothenic acid),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B6,吡哆醇 吡哆醛 吡哆胺,（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,（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
17、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,（八）维生素B12 （钴胺素）,唯一含金属(Co)的维生素,1. 结构,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B12 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B12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。
18、,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%,(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,
