生化全套杂环化合物和维生素

生化全套ppt杂环化合物和维生素第1页，课件共36页，创作于2023年2月【本章重点】芳香杂环化合物的命名；五元杂环和六元杂环化合物的结构、化学性质——亲电取代反应、含氮杂环化合物的碱性。【必须掌握的内容】1.芳香杂环化合物的命名—五元环、六元环、稠杂环。2.六元杂环—吡啶：结构、性质—亲电取代反应。3.五元杂环—吡咯、呋喃、噻吩：结构、性质。4.与医学有关的杂环化合物及维生素。第2页，课件共36页，创作于2023年2月概述成环原子除碳以外，还有其它如O、N、S、P等杂原子的环状化合物，统称为杂环化合物。非芳香杂环环状酸酐内酯交酯内酰胺芳香杂环广义性质与链状化合物相似本章重点讨论等等第3页，课件共36页，创作于2023年2月§1芳香杂环化合物一、芳香杂环化合物的分类和命名（一）、分类第4页，课件共36页，创作于2023年2月（二）、芳香杂环化合物的命名1.音译法：2.杂环及环上取代基的编号：在同音汉字左边+口字(1)母体杂环的编号：杂原子的编号为“1”。第5页，课件共36页，创作于2023年2月杂原子邻位的碳原子也可依次用α、β、γ…编号。当环上有不同杂原子时，按O→S→NH→N的次序编号。若环上连有不同的取代基，其编号按次序规则和最低系列。如：第6页，课件共36页，创作于2023年2月（2）有时将杂环作为取代基，以官能团侧链为母体进行命名。2-呋喃甲醛(糠醛)3-吡啶甲酸第7页，课件共36页，创作于2023年2月(3)异喹啉、吖啶和嘌呤有特殊编号。2-氨基-6-氧嘌呤异喹啉吖啶第8页，课件共36页，创作于2023年2月二、芳香六元杂环（一）、吡啶的结构

吡啶及其衍生物广泛存在于自然界，如生物碱、维生素PP、维生素B6，合成药物中也含有吡啶。0.871.010.841.43第9页，课件共36页，创作于2023年2月（二）吡啶的性质２．化学性质1、水溶性

与水互溶，引入的羟基或氨基的数目越多水溶性越低。（氢键缔合）第10页，课件共36页，创作于2023年2月(1).碱性

较苯胺强，比氨和脂肪氨弱，与无机酸生成盐。第11页，课件共36页，创作于2023年2月

如前所述，吡啶的亲电取代反应比苯困难，需在较强的条件下方可发生，且发生在β-位。

显然，当吡啶环上连有供电子基团时，将有利于亲电取代反应的发生；反之，就更加难以进行亲电取代反应。（2）.亲电取代反应0.871.010.841.43第12页，课件共36页，创作于2023年2月

吡啶的亲电取代反应所以发生在β-位，除用电子理论解释外，还可以用中间体的稳定性加以说明：第13页，课件共36页，创作于2023年2月

较易进行亲核取代反应，主要生成α位取代产物。（3）.亲核取代反应环上有较易离去的基团，弱亲核试剂就能反应。第14页，课件共36页，创作于2023年2月

（4）．氧化反应（5）．还原反应

六氢吡啶又叫做哌啶，是一类仲胺化合物，其pKb=2.8，碱性较吡啶（pKb=8.8）强106倍。环上连有烷基侧链时，侧链可被氧化成羧酸。（六氢吡啶）喹啉第15页，课件共36页，创作于2023年2月（三）、嘧啶及其衍生物嘧啶(pyrimidine)是含有两个氮原子的六元杂环化合物。在嘧啶的分子结构中，两个氮原子都是以sp2

杂化轨道形成σ键，组成六元平面环状共轭体系结构。另有一个

sp2

杂化轨道，不参与环的共轭体系，其中保留了一对孤对电子。嘧啶为无色固体，易溶于水。嘧啶也具有碱性，其pKb=12.7，较吡啶（pKb=8.8）的碱性还要弱。嘧啶也难于发生亲电取代反应。其结构可表示如下：1.嘧啶第16页，课件共36页，创作于2023年2月2.嘧啶衍生物嘧啶及其衍生物广泛的存在于自然界中。它不仅可以单独存在，而且还能与其它环系化合物稠合广泛存在于维生素、生物碱和蛋白质中；许多合成药物的分子结构中也含有嘧啶环结构；与生物的生长、繁殖、遗传、变异等有密切关系的核酸分子组成中，就含有胞嘧啶(cytosine,C)、尿嘧啶(uracil,U)和胸腺嘧啶(thymine,T)

等。第17页，课件共36页，创作于2023年2月

这些嘧啶衍生物，可以产生酮式和烯醇式互变异构现象。例如，尿嘧啶的互变异构可表示如下：第18页，课件共36页，创作于2023年2月

目前，在临床工作上，有许多药物的分子中也含有嘧啶环的结构。例如，磺胺增效剂甲氧苄氨嘧啶(TMP)、抗癌药物5–氟尿嘧啶(5-FU)等。第19页，课件共36页，创作于2023年2月三、芳香五元杂环（一）、吡咯、呋喃和噻吩的结构

每个原子都是sp2杂化，杂原子提供两个电子形成六电子大π键，符合Hückel规则，具有芳香性。

从结构上分析，五元杂环为Π56共轭体系，电荷密度比苯大，容易进行亲电取代。第20页，课件共36页，创作于2023年2月（二）、吡咯、呋喃和噻吩的性质1.吡咯的酸碱性由于吡咯分子中的亚氨基（>NH）N原子上的未共用电子对，参与了环上的共轭作用，从而使N原子上的电子云密度降低，表现出很弱的酸性。吡咯在无水条件下，可与固体氢氧化钾共热，生成吡咯的钾盐。第21页，课件共36页，创作于2023年2月以苯环上碳原子的电荷密度为标准（作为0），则五元杂环化合物的有效电荷分布为：从有效电荷分布可以看出：亲电取代反应易发生在α-位。2.亲电取代反应亲电取代反应的活泼顺序是：第22页，课件共36页，创作于2023年2月（三）、吡咯的衍生物１．卟吩

血红素的基本骨架为卟吩(porphin)环，它是由四个次甲基(>CH–)在吡咯环的α–

位相连而成的大环。成环原子都在同一个平面上，是一个复杂的共轭体系，因此相当稳定。吡咯衍生物，广泛存在于动植物体内，如叶绿素、血红素、胆红素、维生素B12

和很多生物碱中都含有吡咯的杂环，它们都具有重要的生理活性。第23页，课件共36页，创作于2023年2月

血红素是卟吩环以共价键和配位键与亚铁原子结合而成的复杂配合物。而在吡咯环的β-位还连有不同的取代基。血红素与蛋白质结合成血红蛋白，存在于人和动物的血红细胞中。在体内，血红蛋白是一种运输氧气的物质。2．血红素第24页，课件共36页，创作于2023年2月3．叶绿素

叶绿素存在于植物的叶和茎中，是光合作用的场所。包括叶绿素a和叶绿素b两种。分别为蓝黑色和深绿色结晶。叶绿素a：R=CH3叶绿素b：R=CHO第25页，课件共36页，创作于2023年2月（四）、咪唑的结构与功能含有2个杂原子的五元杂环体系称为唑。咪唑吡唑符合Hückel规则，具有芳香性3位氮的碱性比１位氮强5-甲基咪唑4-甲基咪唑咪唑存在互变异构咪唑既是质子供体又是受体第26页，课件共36页，创作于2023年2月组胺酸

组胺是组胺酸的一个降解产物，能扩张血管和促进胃液分泌，但过多会引起各种疾病。第27页，课件共36页，创作于2023年2月四、稠杂环化合物稠杂环化合物（fusedheterocycle），是指苯与杂环、杂环与杂环稠合而成的化合物。常见的稠杂环化合物有：嘌呤（purine）、吲哚（indole）、喹啉（quinoline）等及其衍生物。（一）、吲哚及其衍生物

吲哚系由苯环和吡咯环稠并而成，故又称苯并吡咯。第28页，课件共36页，创作于2023年2月色氨酸第29页，课件共36页，创作于2023年2月

嘌呤是由嘧啶和咪唑稠合而成的稠杂环化合物。其编号方法为：先编嘧啶环，后再编咪唑环，没有连接氢原子的两个稠合的碳原子也要进行编号。其结构式及其编号如下：

嘌呤为白色固体，易溶于水，可溶于乙醇溶液中。嘌呤呈中性，但可分别与酸或碱作用形成盐。嘌呤在水溶液中可以发生互变异构现象，形成两种互变异构体。（二）、嘌呤及其衍生物第30页，课件共36页，创作于2023年2月

一般说来，在药物分子中，多为7H

嘌呤；而在生物体中，多为9H嘌呤。嘌呤本身在自然界并不存在。但是它的衍生物却广泛的分布于动植物体中。其中腺嘌呤(adenine)和鸟嘌呤(guanine)是嘌呤的两个重要衍生物，都是核酸的碱基。第31页，课件共36页，创作于2023年2月6-氨基嘌呤2-氨基-6-羟基嘌呤第32页，课件共36页，创作于2023年2月

次黄嘌呤、黄嘌呤和尿酸，是腺嘌呤和鸟嘌呤在体内的代谢产物，存在于哺乳动物的尿和血液中。第33页，课件共36页，创作于2023年2月

在上述平衡体系中，何种结构形式占优势，取决于溶液的pH值，在生理条件下(pH=7.35～7.45)，则多以酮式结构为主。

需要强调的是，鸟嘌呤和次黄嘌呤、黄嘌呤及尿酸等化合物，都具有酮式和烯醇式两种互变异构体。如尿酸：第34页，课件共36页，创作于2023年2月

磺胺类药物

磺胺类药物(sulfadrug)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