第七章甾族化合物

第七章 甾族化合物 本章教学目的与要求 1 掌握甾族化合物的母核结构特点及甾环的编号2 熟悉甾族化合物的立体构型3 熟悉甾族化合物的母体结构类型及命名4 熟悉甾族化合物的理化性质 第一节甾族化合物的结构与分类 一 概述甾族化合物以其广泛的生物活性和理化特性以及独特的结构特点 构成了一大类天然化合物 甾族化合物也叫类固醇 在生命活动中起调节和控制作用 甾醇 维生素D 胆汁酸 性激素 肾上腺皮质素 某些致癌烃 甾族皂素以及甾族生物碱均属此类 含义 以环戊烷骈多氢菲 甾核 衍生的一类化合物的总称 二 甾族化合物的结构 甾类化合物分子中 都含有一个叫甾核的四环碳骨架 环上一般带有三个侧链 其基本结构为 R1 R2一般为甲基 称为角甲基 R3为其它含有不同碳原子数的取代基 甾 是个象形字 是根据这个甾核结构而来的 田 表示四个环 表示为三个侧链 许多甾体化合物除这三个侧链外 甾核上还有双键 羟基和其他取代基 1 基本母核结构 甾核的四个环用A B C D编号 碳原子也按固定顺序用阿拉伯数字编号 如下图 A B C D 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 甾核上的羟基通常是在3 位 双键通常是在5 6 位或7 8 位 甾族化合物的立体结构较复杂 仅就甾核而言就有7个手性碳原子 理论上具有27 128个旋光异构体 2 甾体母核的立体构型 但由于A B C D四个环彼此稠合及其所具有的空间位阻 有许多旋光异构体实际上不存在 母核的立体构型主要有两大类 分别称为粪甾烷系和胆甾烷系 胆甾烷系 别系 异系 A B环反式稠合 又称5 系 粪甾烷系 正系 A B环顺式稠合 又称5 系 天然甾体化合物C 9上的氢与C 10上的甲基呈反式 C 10上的甲基与C 13上的甲基则呈顺式 C 17上的侧链与两个角甲基也呈顺式构型 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 粪甾烷系 A B顺式 5 系 正系 胆甾烷系 A B反式 5 系 别 异 系 天然的甾体化合物C 10 C 13 C 17侧链大都位于环的上方 所以常把两个角甲基当作环上其它取代基构型的参考标准 若其它取代基或C H键与角甲基在环的同一侧者称为 型 以实线表示 反之则称为 型 以虚线表示 3 取代基的构型 通常将处于甾环平面上方的基团称为 型 将处于甾环平面下方的基团称为 型 正系中C 5上的氢在环的上方 以实线表示 称为5 系 别系中C 5上的氢在环的下方 以虚线表示 称为5 系 三 甾族化合物的结构类型及命名 一 甾体母核的基本结构类型 雌甾烷 C 18甾烷 雄甾烷 C 19甾烷 孕甾烷 C 21甾烷 胆甾烷 C 27甾烷 麦角甾烷 C 28甾烷 豆甾烷 C 29甾烷 二 甾族化合物的命名 根据甾族母体名称结合IUPAC命名原则进行命名 4 孕甾烯 3 20 二酮 黄体酮 11 17 21 三羟基 4 孕甾烯 3 20 二酮 氢化可的松 又称皮质醇 1 2 3 4 5 6 7 8 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 5 7 22 麦角甾三烯 3 醇 甾族化合物的命名相当复杂 通常使用与其来源或生理作用有关的俗名 20 21 22 23 24 25 26 27 28 三 甾族化合物的分类 1 甾体类化合物依17位取代基团的不同可分为以下几类 类型C17侧链A BB CC DC21甾类C2H5衍生物反反顺强心苷类不饱和内酯环顺 反反顺甾体皂苷类含氧螺杂环顺 反反反植物甾醇8 10个C烃类顺 反反反昆虫变态激素8 10个C含氧烃类顺反反胆汁酸类戊酸顺反反 C21甾 C21 steroides 是含有21个碳的甾体衍生物 以孕甾烷 pregnane 或其异构体为基本骨架 C5 C6 多具双键C17 多为 构型少为 构型C20 可有 C O OHC11 可有 OH 2 根据甾族化合物的存在和化学结构可分为 甾醇 甾族生物碱 甾族激素 甾族皂素 胆汁酸等 1 甾醇 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 R 多数甾醇的C 5 C 6之间有双键 几种重要的甾醇 名称R双键位置A B环结合方式胆甾醇H5 6反式胆甾烷醇H 反式粪甾烷醇H 顺式麦角甾醇 CH35 7 22 豆甾醇 C2H55 22 2 甾体生物碱 甾体生物碱有多种类型 如 孕甾烷衍生物 胆甾烷衍生物 螺甾烷衍生物 异螺甾烷衍生物等 孕甾烷衍生物 这些生物碱有的是C3 N或C20 N的一元氨基衍生物 有的是C3 N及C20 N的双氨基衍生物 多数分子中氮呈氨基状态连在环外 也有成杂环形式存在 孕甾烷C3 氨基衍生物 孕甾烷C20 氨基衍生物 R1 NH2 R2 CH2OHR3 NH2 孕甾烷C3及C20氨基衍生物 胆甾烷衍生物 具有胆甾烷的四环骨架和另一哌定环 多数是六元环的衍生物 也有呈五环的结合状态 3 甾族皂素 是一类C 27甾族化合物 薯蓣皂素 剑麻皂素 4 甾族激素 结构特点是C17上没有长碳链 主要有性激素和肾上腺皮质素 睾丸酮 孕酮 皮质醇 R OH皮质甾酮 R H 5 胆汁酸 结构特点是C17上的碳链末端有一羧基 胆汁酸 一 甾族化合物的物理性质 第二节甾族化合物的理化性质 1 甾醇的性质 甾醇通常和高级脂肪酸成酯或以游离状态存在 植物甾醇主要表现出疏水性 但因其结构上带有羟基 因而又具有亲水性 即甾醇类化合物在植物体内具有乳化性 可通过对羟基进行化学改性而得到改善 甾醇具有两性的特征使得其具有调节和控制反相膜流动性的能力 2 甾体生物碱的性质 大多数为无色结晶状固体 有些为无定形粉末 一般为无色或白色 只有少数有色 甾体生物碱几乎不溶或难溶于水 能溶于乙醚 氯仿 乙醇 丙酮等有机溶剂 多数甾体生物碱能与酸成盐 许多试剂可使甾体生物碱从水溶液中或酸性溶液中沉淀出来 1 甾醇和碱的反应 在碱性条件下 3 OH常发生构型翻转 直至达到平衡 例如 5 胆甾烷 3 醇 90 5 胆甾烷 3 醇 10 二 甾族化合物的一些反应与构象的关系 5 粪甾烷 3 醇 10 5 粪甾烷 3 醇 90 2 甾醇的酯化反应 e键上的羟基易和 COOH酯化 常用的酯化试剂为 氯代甲酸乙酯的吡啶溶液 RCOO 3 e键 H RCOO 3 a键 H 水解 3 水解反应 e键上的酰氧基酯水解速度较快 HO 多 H HO H 少 4 甾醇的卤化反应 a键上引入卤素时易发生构型转化 e键上引入卤素时构型不变 常用卤化剂为 PBr3 PCl5 5 甾醇的消去反应 两个处于反式双竖键 双a键 的基团容易发生消去反应 2 烯键化合物 3 OH 3 亚甲基衍生物 3 OH 6 加成反应 10 13位上的两个角甲基都是 构型 因此甾族化合物的双键加成时从位阻小的一面向双键进攻 顺式加成 反式加成 3 5 6 胆甾醇 5 6 二溴 3 胆甾醇 7 氧化反应 羟基处在a键上易被氧化 常用铬酸 次溴酸等氧化羟基 甾醇羟基被氧化活性次序从易到难为 11 OH 2 OH 3 OH 2 3 OH键型a键a键a键e键氧化速度100203 01 3 常用酸性高锰酸钾 臭氧氧化锌粉水解氧化断裂双键 根据甾醇氧化速率不同 可测定甾族化合物碳环上羟基的位置和取向 4 雄甾烯 3 酮 17 乙酸酯 8 还原反应 甾酮类化合物常用化学还原剂LiAlH4 NaBH4等还原羰基 由于甾环的特殊结构 羰基还原后常得到一种构型为主的产物 胆甾烷系 3 OH 粪甾烷系 3 OH 甾体化合物在无水条件下用酸处理 能产生各种颜色反应 这类颜色反应的机理较为复杂 是甾体化合物与酸作用 经脱水 缩合 氧化等过程生成有色物 1 乙酐 浓硫酸 Liebermann Burchard 反应 样品的氯仿 冰醋酸 溶液加硫酸 乙酐 1 20 产生黄 红 紫 蓝 绿 污绿等颜色变化 最后褪色 三 甾族化合物的显色反应 2 氯仿 浓硫酸 Salkowski 反应 样品的氯仿溶液加入硫酸 氯仿层显血红色或蓝色 硫酸层显绿色荧光 3 醋酸 乙酰氯 氯化锌 Tschugaev 反应 样品的冰醋酸溶液 加几粒氯化锌和乙酰氯共热 或取样品的氯仿溶液