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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“富芳杂环”,五元杂环
3、,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、杂环化合物的性质,(一)酸碱性,吡咯环的杂原子N
4、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，它们都可进行卤代反应，反应优先发生在位上。,六元杂环吡
5、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的芳香醛的特性，又具有呋喃芳杂环的特性，因此用途广泛，是重要的有
6、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
7、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)雷米封，是一种有效的抗结核病的药物。异烟肼,(六)嘧啶(Pyrimidi
8、ne)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
9、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=CHO);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，
10、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-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
11、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
12、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、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
13、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
14、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、
15、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.
16、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
17、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。,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,
