《有机化学》第十四章 杂环化合物和维生素.pptx

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1、第十四章 杂环化合物和维生素第一节 芳香杂环化合物第二节 维生素重点难点熟悉了解掌握掌握吡咯、呋喃、噻吩、咪唑的结构及化学性质；掌握吡啶的结构及其与化学性质的关系。杂环化合物的分类和简单杂环化合物的命名；嘧啶和嘌呤的一些重要衍生物的结构。维生素概念和分类，各类维生素的主要功能和食物来源芳香杂环化合物第一节杂环化合物的分类有机化学 （第9版）一、分类和命名杂环化合物单杂环稠杂环五元杂环六元杂环有机化学 （第9版）杂环化合物的命名1.以杂原子作为编号的起点，编为1噻吩thiophene吡啶pyridine一、分类和命名有机化学 （第9版）2.如有两个或两个以上相同的杂原子，应使连有H或取代基的杂原

2、子的编号为1，并使其余杂原子的编号尽可能最小；含有不同杂原子时，按 O、S、N 的先后次序编号。4-甲基咪唑4-methylimidazole 5-甲基噻唑5-methylthiazole4-甲基嘧啶4-methylpyrimidine杂环化合物的命名一、分类和命名有机化学 （第9版） 3.一些稠环有特别的编号规定。4.某些母环与特定的母环相比，仅杂原子的位置不同，常在特定母环名前加“异”字，编号不变。喹啉quinoline吲哚indole 异喹啉isoquinoline杂环化合物的命名一、分类和命名（一）吡啶的结构有机化学 （第9版）二、芳香六元杂环孤对电子，不参与电子共轭体系吡啶结构的电子

3、云图sp2杂化（二）吡啶的性质有机化学 （第9版）1. 水溶性水溶度 1:11:11:1二、芳香六元杂环（二）吡啶的性质有机化学 （第9版）2. 碱性 吡啶氮上的孤对电子可以结合质子，具有碱性。吡啶是一个弱碱，碱性较苯胺强，比氨和脂肪胺弱，能与无机酸生成盐。二、芳香六元杂环（二）吡啶的化学性质有机化学 （第9版）3. 亲电取代与亲核取代反应 吡啶的亲电取代反应要比苯难得多，与硝基苯相似，亲电取代反应主要进入位，而且一般产物的收率较低。二、芳香六元杂环有机化学 （第9版）3. 亲电取代与亲核取代反应 吡啶环由于电子云密度比苯环小，是一个“缺”电子体系，所以较易进行亲核取代反应，主要生成-位取代产

4、物。（二）吡啶的化学性质二、芳香六元杂环有机化学 （第9版）3. 亲电取代与亲核取代反应 当-位或-位上有易离去基团（如Cl，Br）时，与较弱的亲核试剂（如NH3，H2O等）作用，就能发生亲核取代反应。（二）吡啶的化学性质二、芳香六元杂环有机化学 （第9版）4. 吡啶衍生物的氧化还原反应 与苯类似，当环上连有烷基侧链时，侧链可被氧化成羧酸。（二）吡啶的化学性质二、芳香六元杂环有机化学 （第9版） 吡啶较苯易被还原，用金属钠和乙醇或催化氢化，都可使吡啶还原成六氢吡啶。（二）吡啶的化学性质二、芳香六元杂环4. 吡啶衍生物的氧化还原反应 （三）嘧啶及其衍生物有机化学 （第9版） 嘧啶是含有两个氮原子

5、的六元杂环，环上电子云密度比吡啶还低， 亲电取代反应更困难，具有弱碱性。嘧啶pyrimidine胞嘧啶cytosine尿嘧啶uracil胸腺嘧啶thymine二、芳香六元杂环有机化学 （第9版） 嘧啶衍生物可以酮式和烯醇式互变异构存在。烯醇式 酮式 （三）嘧啶及其衍生物二、芳香六元杂环（四）吡喃鎓盐有机化学 （第9版） 吡喃性质类似于烯醚。吡喃鎓可以看着是氧原子置换苯分子中的一个CH以后得到的正离子，它在强酸性溶液中是稳定的，具有芳香性，存在于花色素、黄酮等天然化合物中。-吡喃-pyran-吡喃-pyran吡喃鎓离子pyrylium ion苯并吡喃鎓离子benzopyrylium ion二、芳

6、香六元杂环有机化学 （第9版）三、芳香五元杂环 吡咯、呋喃和噻吩中成环的四个碳原子和一个杂原子都是sp2 杂化，构成平面的五元环结构 。每个碳原子的p轨道有一个电子，杂原子p 轨道上有两个电子，p 轨道都垂直于sp2 杂化轨道所在的平面，且互相侧面重叠，形成一个闭合的电子共轭体系，电子数为六，符合Hckel的4n+2规则，具有芳香性。吡咯结构的电子云图呋喃结构的电子云图噻吩结构的电子云图（一）吡咯、呋喃和噻吩的结构（二）吡咯、呋喃和噻吩的性质有机化学 （第9版）1. 吡咯的酸碱性 吡咯氮上的孤对电子参与了环的共轭体系，使氮的电子云密度降低，故吡咯的碱性极弱，不能与酸形成稳定的盐。相反由于这种共

7、轭作用，吡咯的NH键极性增加，氢表现出很弱的酸性。三、芳香五元杂环有机化学 （第9版）2. 亲电取代反应 吡咯和呋喃遇强酸时，杂原子能质子化，使芳香大键破坏，所以硝化和磺化反应不能在强酸条件下进行，需选用较温和的非质子性试剂。-硝基吡咯(83%)-硝基吡咯(17%)（二）吡咯、呋喃和噻吩的性质三、芳香五元杂环（三）吡咯衍生物有机化学 （第9版）卟吩porphin血红素heme三、芳香五元杂环（四）咪唑的结构与功能有机化学 （第9版） 咪唑可以看作是吡咯3位的CH被氮原子取代而生成的杂环化合物。咪唑1位和3位的氮都是sp2 杂化，电子数为六，符合Hckel规则，咪唑有芳香性。 咪唑1位氮以一对p

8、电子参与共轭（与吡咯相似），而3位氮以一个p电子参与共轭（与吡啶相似）。咪唑1位氮原子上的氢可以转移到另一个氮原子上，因而存在着互变异构，当环上有取代基时则咪唑互变异构更容易辨别。咪唑imidazole三、芳香五元杂环（五）噻唑有机化学 （第9版） 噻唑可以看作是噻吩3位的CH被氮原子取代而生成的杂环化合物。噻唑氮原子具有亲核性，可以发生烷基化生成噻唑鎓盐。在硫胺素（VB1）焦磷酸酯辅酶分子中有噻唑鎓盐的结构。噻唑thiazole噻唑鎓盐thiazolium salt三、芳香五元杂环有机化学 （第9版）四、稠杂环化合物 杂环与杂环稠合或苯环与杂环稠合而成的化合物总称为稠杂环化合物。常见的稠杂环

9、化合物有嘌呤、吲哚、喹啉等。 嘌呤是由嘧啶环和咪唑环稠合而成，它的多种衍生物在生物的生命发展过程中起着重要的作用。嘌呤存在两个互变异构体，在生物体内平衡偏向于9H 形式。9H-嘌呤9H-purine7H-嘌呤7H-purine有机化学 （第9版） 腺嘌呤、鸟嘌呤均为核酸的碱基。 尿酸（uric acid）具有酮式和烯醇式两种互变异构体，在生理pH范围内以酮式结构为主。尿酸（酮式）尿酸（烯醇式）腺嘌呤adenine鸟嘌呤guanine四、稠杂环化合物维 生 素 第二节定义有机化学 （第9版）一、维生素的概念和分类 维生素（vitamin）又名维他命，是维持人体正常代谢机能不可缺少的微量有机化合物

10、。不是构成机体组织和细胞的成分，也不会产生能量；机体不能合成或合成量不足，必须从食物中获取；需要量很小，（ g mg ）/d，但不可或缺。特点功能调节物质代谢；参与辅酶组成。分类有机化学 （第9版）功能相近的归为一族，如A族、B族、C族等；在一族里含有多种维生素时，再按其结构标上1、2、3等数字。命名脂溶性维生素：维生素A、维生素D、维生素E和维生素K。水溶性维生素：维生素B1、维生素B2、烟酸和烟酰胺、维生素B6、泛酸、生物素、叶酸、维生素B12、维生素C、维生素P等。一、维生素的概念和分类（一）维生素A有机化学 （第9版）二、脂溶性维生素 脂溶性维生素在体内的排泄较慢，摄入量过多会在体内蓄

11、积而导致中毒。结构维生素A1 维生素A2 有机化学 （第9版）参与视色素的合成；维持粘膜及上皮组织细胞的正常功能；重要的自由基清除剂；促进人体的生长、发育，提高机体免疫力。长期缺乏维生素A，可引起夜盲、干眼病及角膜软化症。过量摄入维生素A会出现恶心、头痛、皮疹等中毒症状。功能来源肝、蛋、奶、鱼肝油等；胡萝卜、红辣椒、菠菜等。 （一）维生素A二、脂溶性维生素有机化学 （第9版） 结构-生育酚 功能参与多种酶活动，维持和促进生殖机能；抗氧化、抗衰老作用；降低血清胆固醇水平，防止动脉粥样硬化。来源肉、鱼类；植物油、麦胚、硬果、种子类、豆类及其它谷类。维生素E为几种生育酚的混合物，主要以-生育酚为主。

12、 （二）维生素E二、脂溶性维生素有机化学 （第9版）功能加速血液凝固，又称为凝血维生素。来源动物的肉、蛋、奶；菠菜、卷心菜等深绿色蔬菜。维生素K是2-甲基-1,4-萘醌的衍生物，这些衍生物的区别在于3位上取代基的不同。结构（三）维生素K维生素K1维生素K2二、脂溶性维生素有机化学 （第9版）三、水溶性维生素功能参与糖的代谢；促进能量代谢；维持神经与消化系统的正常功能。来源动物内脏、蛋类、瘦肉、乳类；谷类、豆类、酵母、干果、蔬菜和水果等。维生素B1又称硫胺素（thiamine）。它含有一个嘧啶环，并通过一个亚甲基和一个噻唑环相连。结构（一）维生素B1盐酸硫胺素有机化学 （第9版）功能促进糖、脂肪

13、和蛋白质的代谢；维持皮肤、黏膜、视觉的正常机能。来源奶类、动物肝肾、蛋黄、鱼；胡萝卜、香菇、紫菜、芹菜、柑橘等。维生素B2又称核黄素。结构（二）维生素B2三、水溶性维生素有机化学 （第9版）三、水溶性维生素 功能构成辅酶I（NAD）和辅酶II（NADP）；参与糖、脂、丙酮酸的代谢，以及高能磷酸键的形成等。来源动物肝脏与肾脏、瘦肉、鱼、卵；麦制品、花生、梨、枣、无花果等。烟酸和烟酰胺又称为维生素PP 。结构（三）烟酸和烟酰胺烟酸烟酰胺有机化学 （第9版）功能辅酶A的组成部分。人体中各种氨基酸、脂肪、糖等代谢转化中产生的乙酸都是通过乙酰辅酶A进入代谢过程。来源肉类、动物肾脏与心脏；谷类、麦芽与麸子

14、、绿叶蔬菜、啤酒酵母、坚果、糖蜜等。结构（四）泛酸三、水溶性维生素有机化学 （第9版）功能参与氨基酸代谢。来源牛乳、肉、肝、蛋黄；谷物和蔬菜等许多食物中；人体肠道菌群可大量合成维生素B6等。结构（五）维生素B6吡哆醇 R=CH2OH吡哆醛 R=CHO吡哆胺 R=CH2NH2三、水溶性维生素有机化学 （第9版） 功能生物素是许多羧化酶的辅基，参与脂肪和蛋白质代谢。 来源牛奶、牛肝、蛋黄、动物肾脏；水果、啤酒酵母、糙米等。 结构（六）生物素三、水溶性维生素有机化学 （第9版） 功能蛋白质（如血红蛋白）和核酸合成的必需因子，在细胞分裂和增殖中起重要作用。氨基酸的转化、长链脂肪酸（如DHA）的代谢、肌

15、酸和肾上腺素的合成、胆碱的合成等。怀孕早期如缺乏叶酸，婴儿畸形的可能性较大。 结构（七）叶酸对氨基苯甲酸结构部分三、水溶性维生素有机化学 （第9版）来源肝、肾、肉类、蛋类；绿色蔬菜、谷物等;烹煮过久，能将大部分叶酸破坏，因此叶酸是最容易缺乏的维生素之一。 （七）叶酸三、水溶性维生素有机化学 （第9版）功能促进红细胞的发育和成熟；促进糖、脂肪和蛋白质代谢；促进蛋白质、核酸的生物合成。来源内脏、肉类、贝壳类、蛋类、牛奶及奶制品；植物中含量极少。结构 （八）维生素B12三、水溶性维生素有机化学 （第9版） 功能天然抗氧化剂，可防治坏血病。 来源新鲜水果和蔬菜中。 结构 （九）维生素C维生素C又名抗坏

16、血酸。L-抗坏血酸L-去氢抗坏血酸三、水溶性维生素有机化学 （第9版） 功能保持血管壁的强度；调整毛细血管的吸收能力；增强人体细胞的黏附力；增强维生素C的活性。 来源柑橘类（柠檬、橙、葡萄柚）、杏、荞麦粉、黑莓、樱桃等。 结构 （十）维生素P维生素P又称通透性维生素，芦丁（rutin）是其成分之一。三、水溶性维生素1. 杂环化合物的命名：“音译法”，与英文读音同音汉字加上“口”字旁表示。2. 吡啶的结构与性质：六原子六电子组成的含氮芳香杂环。吡啶氮有弱碱性和亲核性；亲电取代活性似硝基苯；可发生亲核取代反应；吡啶环比苯环更难氧化但更易还原；侧链的氧化与取代苯类似。3. 吡咯、呋喃和噻吩都是五元芳杂环。芳香性都比苯差，亲电取代反应比苯活泼，主要发生在-位。4. 咪唑是含两个氮原子的五元芳杂环，具有弱碱和弱酸性。5. 嘧啶、嘌呤等衍生物的酮烯醇式互变异构。6. 维生素的分类、功能和来源。