医用有机化学：第13章 含硫、磷、砷有机化合物

1、第13 章 含硫、磷、砷有机化合物 13.1含硫有机化合物 分子中碳和硫直接相连的有机化合物称有机硫化合物。 （organosulfur compound ）13.1.1.含硫有机化合物的分类 6主族OS1s22s22p41s22s22p63s23p4硫能形成与含氧化合物相当的一系列含硫化合物，并且具有相似的化学性质。含氧有机化合物 含硫有机化合物 醇 ROH 硫醇 RSH 酚 ArOH 硫酚 ArSH 醚 R-O-R 硫醚 R-S-R 过氧化物 二硫化物 R SSRR O O R 相似的二价化合物 高价化合物方面有差别 氧没有四价或六价有机化合物 硫的四价有机化合物： 亚砜和亚磺酸六价有机化

2、合物： 砜和磺酸。RSRORSRORSHORSOHRSOOHRSOOOHRSRORSROO2RSHORSOHRSOOHRSOOOH 13.1.2.硫醇和硫醚的结构和命名 1、 硫醇（thiols）可看作是醇分子中的氧原子被硫原子替代的化合物。 通式：RSH。-SH称为巯基（音球），（mercapto group）RSH硫采取sp3杂化 2、硫醚（sulfides）可看作是醚分子中的氧原子被硫原子替代的化合物。 通式：R-S-R，硫醚键（C-S-C）是硫醚的官能团。SCH3CH3硫采取sp3杂化 3、硫醇和硫醚的命名 与醇和醚相似，只是把“醇”改为“硫醇”，“醚”改为硫醚。在含有巯基的化合物中，

3、巯基可作为取代基命名。 CH3SHCH2CHCH3SHSHCH2CH2SHOH 甲硫醇 1，2-丙二硫醇 -巯基乙醇CH3SCH3CH3SCH2CH2CH3SCH2CH3甲硫醚苯乙硫醚甲丙硫醚13.1.3 硫醇的物理性质 嗅味： 分子量较低的硫醇具有极其难闻的嗅味。随着硫醇碳原子数增加，臭味逐渐变弱，大于C9的硫醇已没有臭味。工业上常把低级硫醇作为 臭味剂使用 13.1.4 硫醇的化学性质1、酸性硫化氢：pKa=7.04：水 ： pKa=15.7乙硫醇：pKa=10乙醇 ： pKa=18 醇不能与氢氧化钠生成盐，而硫醇和氢氧化钠可形成稳定的盐。CH3CH2SHNaOHCH3CH2SNaH2O硫

4、醇具有酸性原因硫原子半径比氧原子半径大 S-H键的键长（182pm）比O-H键长（144pm）长 易被极化 所以巯基中的氢易解离而显酸性。 硫醇可与重金属（Hg2+、pb2+、Ag+ . Cu2+）的氧化物或盐作用，生成不溶于水的硫醇盐。 RSHHgO2Hg(SR)2H2ORSHPb(CH3COO)22Pb(SR)2CH3COOH2重金属中毒： 许多蛋白质和酶中都发现有巯基存在。在生物体内，酶中的巯基与重金属盐结合，就会使酶失去活性而丧失正常的生理功能，从而引起人畜中毒。重金属中毒解毒剂 医学上利用硫醇与重金属生成稳定盐的性质， 制备了几种水溶性较大的邻二硫醇类化合物，作为重金属中毒的解毒剂。

5、CH2CHCH2SHSHOHCH2CHCH2SHSHSO3Na二巯基丙醇 二巯基丙磺酸钠 二巯基丁二酸钠（BAL）NaOOCCHCHCOONaSHSH解毒原理：（1）与体内游离重金属离子作用： 这些解毒剂能与进入体内的汞、砷等离子结合成不易解离的无毒配合物，然后经尿排出体外，以保护酶体系的功能不受损害。CH2CHCH2SHSHOHHg2+CH2CHCH2OHSSHg（2）与已和酶结合的重金属作用： 这些解毒剂可以夺取已与体内蛋白质或酶结合的重金属，形成五元环的稳定配合物，而经尿中排出，使酶的活性恢复，从而达到解毒的目的。 ESHSHHg2+ESSHgH+2活性酶 中毒酶ESSHgCH2CHCH

6、2SO3NaSHSHESHSHCH2CHCH2SO3NaSSCH2CHCH2SO3NaSSHg中毒酶 活性酶 2、硫醇的氧化反应 在空气中或与弱氧化剂（碘、稀过氧化氢）作用，硫醇被氧化成二硫化物（disulfides）。RSH2OHRSSR 二硫化合物中含有二硫键（-S-S-）（disulfide bond ）,它可以用温和的还原剂（如NaHSO3、 Zn+HAC）还原成硫醇。 RSH2OHRSSR 硫醇和二硫化合物之间的氧化还原反应在生物体内是重要反应。例如，在酶的作用下，半胱氨酸经氧化可生成胱氨酸。CH2CHCOOHSHNH2OHCH2CHCOOHSNH2SCH2CHCOOHNH22 人胰

7、岛素：SS 21个氨基酸构成的A肽链SSSS30个氨基酸构成的B肽链RSHORSOHRSOOHRSOOOH 强氧化剂（如高锰酸钾、硝酸、高碘酸、浓硫酸）等氧化硫醇，经过中间产物次磺酸、亚磺酸，最后生成磺酸。 次磺酸 亚磺酸 磺酸3、硫醇酯化反应 硫醇与醇相似，可以与羧酸作用生成羧酸硫醇酯。 RCOOHRSHRCOSRH2O 硫醇与羧酸进行酯化时，羧酸分子提供羟基，而硫醇提供氢原子形成H2O。 在生物体内具有重要作用的硫醇酯是乙酰辅酶A。 乙酰辅酶A在糖、脂肪和蛋白质代谢中起着重要作用。 乙酰辅酶A是由辅酶A在酶的作用下和乙酸作用而得。（1）辅酶A 酶单纯酶 结合酶 蛋白质部分 非蛋白质部分 酶

8、蛋白 辅酶 全酶 辅酶A（CoA）是酰基转移酶的辅酶。 辅酶A属于泛酸的衍生物。 泛酸是-氨基丙酸和二羟基羧酸经酰胺键形成的-氨基丙酸衍生物。 CH2CCHCONCH2CH2COOHCH3CH3OHOHH泛酸 N-(3，3-二甲基-2，4-二羟基丁酰基)-氨基丙酸 辅酶A由腺苷-3-磷酸、焦磷酸、泛酸和-氨基乙硫醇结合而成的分子。其结构式如下：HS CH2CH2NHCOCH2CH2NHC CHOOHCCH3CH3CH2O P O POOOHOHO CH2OOHHHOP OHOOHHHNNNNNH2 -氨基乙硫醇泛酸焦磷酸腺苷-3-磷酸（2）乙酰辅酶A 辅酶A的巯基乙酰化，可生成乙酰辅酶A +

9、HSCoACH3COOHCH3COSCoA酶辅酶A 乙酰辅酶A 乙酰辅酶A的功能乙酰化试剂亲核试剂 硫原子的吸电子诱导效应使酰基碳具有较大的正电性，羰基易于受到亲核试剂的进攻，而-SCoA是一个好的离去基团，因而乙酰辅酶A能起乙酰化的作用。 酰基的正电性使-H活泼，-H能以质子形式离解，所生成的负碳离子能与C=O进行亲核加成反应，此时又具有亲核试剂的功能。 乙酰辅酶A作为酰化剂： 体内合成长链脂肪酸，增长碳链可通过类似克莱森酯缩合反应的过程进行，CH3COSCoA+ CH2COSCoACOOHCH3CCH2CSCoAOO+ CO2+ HSCoA酶CH3COSCoA+ CH2COSCoACOOH

10、CH3CCH2CSCoAOO+ CO2+ HSCoA酶 乙酰辅酶A 丙二酸单酰CoA 3-酮脂酰CoA 乙酰辅酶A作为亲核试剂:柠檬酸的合成CH3COSCoACH2COSCoA+ H+COOHCOCH2COOHCH2COSCoA+ CH2COSCoACHOCOOHCH2COOHH2OCH2COOHCHOCOOHCH2COOH+ HSCoACH3COSCoACH2COSCoA+ H+COOHCOCH2COOHCH2COSCoA+ CH2COSCoACHOCOOHCH2COOHH2OCH2COOHCHOCOOHCH2COOH+ HSCoACH3COSCoACH2COSCoA+ H+COOHCOCH

11、2COOHCH2COSCoA+ CH2COSCoACHOCOOHCH2COOHH2OCH2COOHCHOCOOHCH2COOH+ HSCoA13.1.5 硫醚的氧化 在室温下，硫醚可被硝酸、三氧化铬或过氧化氢氧化成亚砜。 RSRORSRO 亚砜 在高温下，硫醚被发烟硝酸，高锰酸钾等强氧化剂氧化成砜。 RSRORSROO2砜 13.1.6 磺胺类药物 磺胺类药物（sulfa-drugs）是一类具有对氨基苯磺酰胺基本结构的药物。对氨基苯磺酰胺（简称磺胺sulfanilamide ）H2NSO2NH214 磺胺的构效关系:1、氨基与磺酰氨基在苯环上必需互成对位。2、 N1-单取代的衍生物可使抑菌作用

12、增强，N1，N1-双取代时均丧失活性。3、 N4-氨基的游离（或潜在状态）是产生抑菌作用的关键。抑菌作用: 磺胺类药物能与细菌生长所必需的对氨基苯甲酸（PABA）产生竞争性拮抗，干扰了细菌的酶系统对PABA的利用，而使细菌不能生长，因此有抑菌作用。 13.2 含磷有机化合物13.2.1含磷有机化合物结构5主族NP1s22s22p31s22s22p63s23p3氮只能形成3价和4价化合物，而磷可分别形成3价、4价和5价化合物。As磷可形成5价的原因: P 磷可采取sp3d杂化状态而形成5个共价单键，或者磷原子采取sp3杂化，d电子参与形成键，而构成结构形式为 的五价化合物。3s3p3d7.5eV

13、9eV烷基磷与胺相似，磷原子为sp3杂化，分子呈棱锥形。NCH3CH3CH31080PCH3CH3CH3990 膦C-P-C键角比C-N-C键角小主要原因是磷原子的未成键电子对受到原子核的约束小，轨道体积大，压迫另三个键，致使键角被压缩变小。 13.2.2 含磷有机化合物的分类1、三价磷化合物 磷化氢或亚磷酸的烃基衍生物。 磷化氢（PH3）分子中的氢被烃基取代生成的化合物称为膦（音吝，phosplines），与胺相似，也有伯膦、仲膦、叔膦，都是三价磷化氢的烃基衍生物。 伯膦 仲膦 叔膦RPH2R2PHR3PRPH2R2PHR3PRPH2R2PHR3P亚磷酸的烃基衍生物POHRRPOHOHRPH

14、OOHOHPOHRRPOHOHRPHOOHOHPOHRRPOHOHRPHOOHOH 亚磷酸 烃基亚磷酸 二烃基亚磷酸2、五价磷化合物磷烷是一类含有5价磷的烃基有机化合物： PC6H5C6H5C6H5C6H5C6H5PC2H5C2H5C2H5CH2 五苯膦 三乙基亚甲基膦 磷酸分子中的羟基被烃基取代的衍生物称膦酸。 PHOOHOHOPOHOHORPOHORR磷酸 膦酸 次膦酸 磷酸或膦酸分子中的氢被烃基取代的衍生物叫磷酸酯或膦酸酯。 ORPORROPOHRORPOHOHORO磷酸一烷基酯 膦酸一烷基酯 次膦酸酯 ORPORROPOHRORPOHOHOROORPORROPOHRORPOHOHORO

15、13.2.3 含磷有机化合物的命名 膦、亚膦酸、膦酸的命名是在类名前加上烃基的名称，例如： （ C2H5）3POPO HO HPC2H5O HO H（ C2H5）3POPOHOHPC2H5OHOH（ C2H5）3POPOHOHPC2H5OHOH 三乙基膦 乙基亚膦酸 苯基膦酸 凡是含氧的酯基，都用前缀O-烃基表示。“O-烃基”表示烃基连接在氧原子上。例如： POHOC2H5OOC2H5POC2H5OOC2H5CH3POHOC2H5OOC2H5POC2H5OOC2H5CH3 O，O-二乙基磷酸酯 O，O-二乙基甲基膦酸酯 膦酸和次膦酸可形成酰卤和酰胺，其名称按羧酸衍生物命名法命名。 POCH3O

16、OCH3ClPOCH3CH3CH2NH2POCH3OHNH2POCH3OOCH3ClPOCH3CH3CH2NH2POCH3OHNH2POCH3OOCH3ClPOCH3CH3CH2NH2POCH3OHNH2甲基膦酰胺 O，O-二甲基磷酰氯 甲基乙基次膦酰胺13.2.4 磷酸酯 生物体内含有多种含磷有机化合物，它们均以磷酸、二聚磷酸或三聚磷酸的单酯或双酯形式存在。 ROPOHOHOROPOOHOPOHOHOROPOOHOPOOHOPOHOOH磷酸单酯 二聚磷酸单酯 三聚磷酸单酯 （焦磷酸单酯） 辅酶腺苷一磷酸（ AMP）、腺苷二磷酸（ADP）和腺苷三磷酸（ATP）等在生命过程中起着重要作用。在生理

17、条件下（pH=7.27.4），它们均以阴离子的形式存在。 OPOOO腺苷POOOOPOOO腺苷POOOPOOOOPOOO腺苷腺苷一磷酸 腺苷二磷酸 腺苷三磷酸 （ AMP） （ADP） （ATP） 在机体代谢过程中，能量的储存，转移和利用主要凭借磷酸基的合成或分解来实现的。 磷酸键的形成或磷酸化作用总是吸能反应； 磷酸键的分解或脱磷酸化作用总是放能反应。 三磷酸腺苷的磷酸酐键（P-O-P）在水解为二磷酸腺苷的过程中放出能量。A TP+H2OA D P+能 量 ATP的磷酸酐水解放出的能量为30.5 kJ/mol54.4 kJ/mol， 一般的磷酸酯水解放出的能量在8.416.8 kJ/mol。

18、 在生物化学上，通常将释放出20 kJ /mol能量以上的化学键称为“高能键”，一般用“P”符号表示。 含有高能磷酸键的化合物称之为高能磷酸化合物。 13.2.5有机磷农药 近代科学发明农药后，才有能力对传播传染病的媒介鼠、蚁、虱等和危害各种农作物的病虫草等有害生物进行有效的控制，因此农药和医药一样都是人类文明社会进步的物质保障。 有机磷化合物在农药应用方面，可以作为杀虫剂，杀菌剂，除草剂和植物生长调节剂。 有机磷杀虫剂由于其药效高，应用范围广，作用方式好，无积累中毒等特点，而成为目前杀虫剂中生产量最大的品种。1有机磷杀虫剂的结构与分类 通式： PR1RAO（S）2R，R =A=ORSR或烷基

19、、烷氧基、胺基12 按照化学结构的不同，有机磷杀虫剂可以分为以下几种主要类型： POCH3OCH3OCHCCl3OH 敌百虫 （膦酸酯型）O，O-二甲基-（1-羟基-2，2，2-三氯乙基）膦酸酯 POCH3OCH3OOCH=CCl2敌敌畏（磷酸酯型） O，O-二甲基-O-（2，2-二氯乙烯基）磷酸酯PSCH3CH2OCH3CH2OONO2对硫磷 （硫酮磷酸酯型） O，O-二乙基-O-（对硝基苯基）硫代磷酸酯 PONH2CH3OCH3S 甲胺磷 （磷酰胺型） O，S-二甲基硫代磷酰胺PSCH3OCH3OSCH2CNHCH3O 乐果 （二硫代磷酸酯型） O，O-二甲基-S-（N-甲基氨基甲酰甲基）

20、二硫代磷酸酯 2、化学性质 （1）水解反应 在酸性或碱性等条件下有助于有机磷杀虫剂水解反应的进行 POOCH3OCH3CH3OH2OH+POOHOCH3CH3OCH3OHPOOCH3OCH3CH3OH2OPOOOCH3CH3OCH3OHOH 有机磷杀虫剂生物活性及生化行为取决于磷酯的特征： 水解断裂任何一个磷原子上的键都最终使杀虫剂失去活性。 （2）氧化 有机磷杀虫剂在氧化剂作用下或酶催化下易发生氧化反应，其中P=S可氧化成P=OPSCH3CH2OCH3CH2OONO2OPCH3CH2OCH3CH2OONO2O 反应的结果可使氧化所得产物的生物活性增加，产物变成更强力的胆碱酯酶抑制剂。 3、有

21、机磷杀虫剂作用机理及中毒防治 （1）、有机磷杀虫剂作用机理 乙酰胆碱是一种神经系统传导刺激的化学介质。正常机体在神经兴奋时，神经末鞘释放出乙酰胆碱而起作用，然后乙酰胆碱被胆碱酯酶水解为胆碱和乙酸而失去作用，机体以此来调节神经之间的刺激传导。 有机磷农药进入机体后，与胆碱酯酶作用，有机磷杀虫剂脱去A部分而生成磷酰化胆碱酯酶，从而使胆碱酯酶丧失了水解乙酰胆碱的能力，引起乙酰胆碱在体内累积，造成神经功能过度兴奋。引起中毒现象。因此有机磷杀虫剂是中枢神经系统的剧毒物。（2）、有机磷农药的解毒剂氯磷定和解磷定 EOHPR1RAO（S）2PR1ROEO（S）2HA胆碱酯酶农药磷酰化胆碱酯酶（中毒酶）PR1

22、ROEO（S）2NCH3CH=NOH ClNCH3CH=N OPORR12(S)EOH氯磷定（中毒酶）活化酶（3）有机磷农药中毒的预防稀释后使用；防止皮肤污染；不要逆风喷洒；不要在工作时进食、饮水或抽烟；在吃饭、喝水、吸烟或上厕所前要洗手、洗脸；工作完毕要全身彻底冲洗。禁止用有机磷杀虫剂杀灭体虱、跳蚤、疥虫等寄生虫。13.3 含砷有机化合物 与氮和磷的氢化物相似，三价砷化氢（AsH3）的有机衍生物称为胂(arsine)，可参照胺的命名法来命名。CH3AsH2AsH2(CH3)2AsH 甲胂 环己基胂 二甲胂 AsCH2CH3CH3CH3CH2CH2CH2OHAsH2 二甲乙胂 3-胂基-1-丙

23、醇AsCH2CH3CH3CH3CH2CH2CH2OHAsH2 砷的含氧有机化合物较复杂，有些含氧有机砷化物的命名与磷的含氧有机化合物命名相似。例如：AsOOHOH(CH3)2AsOOH苯胂酸 二甲基亚胂酸 砷化合物是古老的杀虫剂，杀菌剂之一。在植物病害的防治中普遍采用的有机砷化合物主要有二硫代氨基甲酸砷和烷基砷盐类这两种类型。例如： NCH3CH3CSS3As三-N-二甲基二硫代氨基甲酸胂 福美胂（二硫代氨基甲酸砷类） CH3AsOOOCa H2O甲基胂酸钙 烷基砷盐类 由于砷会在土壤中积累，破坏土壤的理化性质，更由于砷在人体中有积累毒性，因此砷化物农药逐渐被禁用或限制使用 13.4 化学武器

24、及预防 化学武器：化学武器：是指借助于各种运载工具和施放工具把化学战剂投放到目标,用于杀伤人员、牲畜和毁坏植物生长的武器。 化学战剂：战争中用来毒害人畜、毁灭生态的有毒物质（chemical warfare agents，CWA）或简称毒剂。 化学战剂的分类 神经性毒剂 糜烂性毒剂 窒息性毒剂 全身中毒性毒剂 失能性毒剂 刺激剂 13.4.1 几种毒剂的结构和性质 1、芥子气和路易氏气糜烂性毒剂。 SCH2CH2ClCH2CH2ClClCHCHAsClCl2，2二氯二乙硫醚 芥子气 2-氯乙烯二氯化胂 路易氏气 （1）水解 碱可以中和芥子气水解产生的酸，加速它的水解，水解后生成无糜烂作用的物质

25、。因此加碱可以促进水中芥子气的水解而失去毒性。SCH2CH2ClCH2CH2ClH2O2NaOHSCH2CH2OHCH2CH2OHNaCl2 路易氏气很容易水解，加温或加碱则加速水解，水解产物2-氯乙烯氧胂为微溶于水的白色固体，仍有糜烂性。 ClCHCHAsClClH2OClCHCHAsOHCl 2-氯乙烯氧胂虽仍有糜烂作用，但不容易渗入皮肤和防护器材。因此，在没有消毒剂时，立即用水冲洗路易氏气染毒的皮肤也有一定作用。 2-氯乙烯氧胂 (2)与碱作用： 路易氏气能被碱性物质被坏而失去糜烂性。与氢氧化钠、碳酸钠等碱性溶液作用，完全分解，生成乙炔、亚砷酸钠等没有糜烂作用的物质。ClCHCHAsClClNaOH6HCCHNa3AsO3NaCl33CO2 可在强碱稀溶液或弱碱溶液中对路易氏气进行煮沸消毒。 (3)氧化作用：路易氏气很容易被一些氧化剂（如漂白粉、高锰酸钾）氧化生成无糜烂性的物质。漂白粉是路易氏气常用的消毒剂。HClClCH CHAsClClH2O2OClCH CHAsOOHOH2 2-氯乙烯胂酸（无糜烂作用） 芥子气可被氧化生成亚砜和砜。 芥子气被次氯酸钙、过氧化氢和稀硝酸等氧化生成二氯二乙亚砜，而无糜烂作用，但被高锰酸钾等强氧化剂氧化成二氯二乙砜，又具有糜烂作用。ClCHCHAsClClCH2CHCH2