生化全套ppt杂环化合物和维生素.ppt

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1、生化全套ppt杂环化合物和维生素现在学习的是第1页，共36页【本章重点】【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、化学性质结构、化学性质亲电取代反应、含氮杂环化合物的碱性。亲电取代反应、含氮杂环化合物的碱性。【必须掌握的内容】【必须掌握的内容】1.1.芳香杂环化合物的命名芳香杂环化合物的命名五元环、六元环、稠杂环。五元环、六元环、稠杂环。2 2.六元杂环六元杂环吡啶：结构、性质吡啶：结构、性质亲电取代反应。亲电取代反应。3.3.五元杂环五元杂环吡咯、呋喃、噻吩：结构、性质。吡咯、呋喃、噻吩：结构、性质。4.4.与医学有关的

2、杂环化合物及维生素。与医学有关的杂环化合物及维生素。现在学习的是第2页，共36页概概 述述 成环原子除碳以外，还有其它如成环原子除碳以外，还有其它如O O、N N、S S、P P等杂原子的等杂原子的环状化合物，统称为环状化合物，统称为杂环化合物杂环化合物。非芳香杂环非芳香杂环环状酸酐环状酸酐内内 酯酯交交 酯酯内酰胺内酰胺芳芳 香香 杂杂 环环性质与链状化性质与链状化合物相似合物相似本章重本章重点讨论点讨论等等现在学习的是第3页，共36页1 1 芳香芳香杂环化合物杂环化合物一、芳香杂环化合物的分类和命名一、芳香杂环化合物的分类和命名（一）、分类（一）、分类现在学习的是第4页，共36页（二）、芳

3、香杂环化合物的命名（二）、芳香杂环化合物的命名 1.1.音译法：音译法：2.2.杂环及环上取代基的编号：杂环及环上取代基的编号：在同音汉字左边在同音汉字左边+口字口字(1)(1)母体杂环的编号：母体杂环的编号：杂原子的编号为杂原子的编号为“1 1”。现在学习的是第5页，共36页杂原子邻位的碳原子也可依次用杂原子邻位的碳原子也可依次用、编号。编号。当环上有当环上有不同杂原子时不同杂原子时，按，按OSNH NOSNH N的次序编号。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。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：如：现在学习的是第6页，共36页（2 2）有时将

4、杂环作为取代基，以官能团侧链为母体进行有时将杂环作为取代基，以官能团侧链为母体进行命名。命名。2-2-呋喃甲醛呋喃甲醛(糠醛糠醛)3-3-吡啶甲酸吡啶甲酸现在学习的是第7页，共36页(3)(3)异喹啉、吖啶和嘌呤有异喹啉、吖啶和嘌呤有特殊特殊编号。编号。2-2-氨基氨基-6-6-氧嘌呤氧嘌呤异喹啉异喹啉吖啶吖啶现在学习的是第8页，共36页二、芳香六元杂环二、芳香六元杂环（一）、吡啶的结构（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、维生素吡啶及其衍生物广泛存在于自然界，如生物碱、维生素PPPP、维维生素生素B6B6，合成药物中也含有吡啶。合成药物中也含有吡啶。0.871.010

5、.841.43现在学习的是第9页，共36页（二）吡啶的性质（二）吡啶的性质化学性质化学性质1 1、水溶性、水溶性 与水互溶，与水互溶，引入的羟基或氨基的数目越多水溶性越低。（氢引入的羟基或氨基的数目越多水溶性越低。（氢键缔合）键缔合）现在学习的是第10页，共36页(1).(1).碱性碱性 较苯胺强，比氨和脂肪氨弱，较苯胺强，比氨和脂肪氨弱，与无机酸生成盐。与无机酸生成盐。现在学习的是第11页，共36页 如前所述，吡啶的如前所述，吡啶的亲电取代反应比苯困难亲电取代反应比苯困难，需在较强的条件下方可，需在较强的条件下方可发生，且发生在发生，且发生在-位位。显然，当吡啶环上连有显然，当吡啶环上连有供

6、电子基团供电子基团时，将有利于时，将有利于亲电取代反应亲电取代反应的的发生；反之，就更加难以进行亲电取代反应。发生；反之，就更加难以进行亲电取代反应。（2 2）.亲电取代反应亲电取代反应0.871.010.841.43现在学习的是第12页，共36页 吡啶的吡啶的亲电取代反应亲电取代反应所以发生在所以发生在-位位，除用电子理论解释外，还，除用电子理论解释外，还可以用中间体的稳定性加以说明：可以用中间体的稳定性加以说明：现在学习的是第13页，共36页 较易进行较易进行亲核取代反应，亲核取代反应，主要生成主要生成位位取代产物取代产物。（3 3）.亲核取代反应亲核取代反应 环上有较易离去的基团，弱亲核

7、试剂就能反应。环上有较易离去的基团，弱亲核试剂就能反应。现在学习的是第14页，共36页 （4 4）氧化反应）氧化反应（5 5）还原反应）还原反应 六氢吡啶又叫做六氢吡啶又叫做哌啶哌啶，是一类，是一类仲胺化合物仲胺化合物，其，其pKpKb b=2.8=2.8，碱性较碱性较吡啶吡啶（pKb=8.8pKb=8.8）强强 10 106 6倍。倍。环上连有烷基侧链时，环上连有烷基侧链时，侧链可被氧化成羧酸。侧链可被氧化成羧酸。（六氢吡啶）（六氢吡啶）喹啉喹啉现在学习的是第15页，共36页（三）、嘧啶及其衍生物（三）、嘧啶及其衍生物 嘧啶嘧啶(pyrimidine)pyrimidine)是含有两个氮原子的

8、六元杂环化合物。在嘧啶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，的分子结构中，两个氮两个氮原子都是以原子都是以 spsp2 2 杂化轨道形成杂化轨道形成键，组成六元键，组成六元平面环状共轭体系结构。另有一个平面环状共轭体系结构。另有一个 spsp2 2 杂化轨道，不参与环的共轭杂化轨道，不参与环的共轭体系，体系，其中其中保留了一对孤对电子保留了一对孤对电子。嘧啶为无色固体，易溶于水。嘧啶为无色固体，易溶于水。嘧啶嘧啶也具有也具有碱性碱性，其，其 pKpKb b=12.7=12.7，较吡啶（较吡啶（pKpKb b=8.8 =8.8）的碱性还要弱。的碱性还要弱。嘧啶也嘧啶也难于发生亲电

9、取代反应难于发生亲电取代反应。其结构可表示如下：。其结构可表示如下：1.1.嘧啶嘧啶现在学习的是第16页，共36页 2.2.嘧啶衍生物嘧啶衍生物 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单独存在，而且还能与其它环系化合物而且还能与其它环系化合物稠合稠合广泛存在于广泛存在于维生素、生物碱和蛋白维生素、生物碱和蛋白质中质中；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；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长、繁殖、遗传、变异等有密切关系的核酸核酸分子组成中，就含有分子组成中，就含有

10、胞胞嘧啶嘧啶(cytosine,C)cytosine,C)、尿嘧啶尿嘧啶(uracil,U)uracil,U)和胸腺嘧啶和胸腺嘧啶(thymine thymine,T),T)等。等。现在学习的是第17页，共36页 这些嘧啶衍生物，可以产生这些嘧啶衍生物，可以产生酮式和烯醇式互变异构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：现象。例如，尿嘧啶的互变异构可表示如下：现在学习的是第18页，共36页 目前，在临床工作上，有许多药物的分子中也含有嘧啶环的目前，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结构。例如，磺胺增效剂甲氧苄氨嘧啶(TMP)TM

11、P)、抗癌药物抗癌药物 5 5 氟氟尿嘧啶尿嘧啶(5-(5-FU)FU)等。等。现在学习的是第19页，共36页三、芳香五元杂环三、芳香五元杂环（一）、吡咯、呋喃和噻吩的结构（一）、吡咯、呋喃和噻吩的结构 每个原子都是每个原子都是spsp2 2杂化，杂原子提供两个电子形成六电杂化，杂原子提供两个电子形成六电子大子大键，符合键，符合H H ckelckel规则，具有芳香性。规则，具有芳香性。从结构上分析，五元杂环为从结构上分析，五元杂环为5 56 6共轭体系，电荷密度比苯共轭体系，电荷密度比苯大大，容易进行亲电取代。容易进行亲电取代。现在学习的是第20页，共36页（二）、吡咯、呋喃和噻吩的性质（二

12、）、吡咯、呋喃和噻吩的性质1.1.吡咯的酸碱性吡咯的酸碱性 由于吡咯分子中的亚氨基（由于吡咯分子中的亚氨基（NH NH）N N 原子上的原子上的未共用电子对，未共用电子对，参与了环上的共轭作用，从而使参与了环上的共轭作用，从而使 N N 原子上的电子云密度降低，表原子上的电子云密度降低，表现出很弱的酸性。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，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。生成吡咯的钾盐。现在学习的是第21页，共36页以苯环上碳原子的电荷密度为标准（作为以苯环上碳原子的电荷密度为标准（作为0 0），则五元杂环化），则五元杂环化合物的有效电荷分布为：合物

13、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从有效电荷分布可以看出：亲电取代反应易发生在-位。位。2.2.亲电取代反应亲电取代反应亲电取代反应的活泼顺序亲电取代反应的活泼顺序是：是：现在学习的是第22页，共36页（三）、吡咯的衍生物（三）、吡咯的衍生物卟吩卟吩 血红素的基本骨架为卟吩血红素的基本骨架为卟吩(porphin)porphin)环，环，它是由四个次甲基它是由四个次甲基 (CHCH)在吡咯环的在吡咯环的 位相连而成的大环。成环原子都在同一个平面位相连而成的大环。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。上，是一个复杂的共轭体系，因此相当稳定。吡咯衍

14、生物，广泛存在于动植物体内，如吡咯衍生物，广泛存在于动植物体内，如叶绿素、血红素、叶绿素、血红素、胆红素、维生素胆红素、维生素 B B1212 和很多生物碱中都含有吡咯的杂环，它们和很多生物碱中都含有吡咯的杂环，它们都具有重要的都具有重要的生理活性生理活性。现在学习的是第23页，共36页 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。而在吡咯环的杂配合物。而在吡咯环的 -位还连有不同的取代基。血红素与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，蛋白质结合成血红蛋白，存在于人和动物的血

15、红细胞中。在体内，血红蛋白是一种运输氧气的物质血红蛋白是一种运输氧气的物质。2 2血红素血红素现在学习的是第24页，共36页3 3叶绿素叶绿素 叶绿素存在于植物的叶和茎中，是光合作用的场所。包括叶绿素存在于植物的叶和茎中，是光合作用的场所。包括叶叶绿素绿素a a和和叶绿素叶绿素b b两种。分别为蓝黑色和深绿色结晶。两种。分别为蓝黑色和深绿色结晶。叶绿素叶绿素a a：R=CHR=CH3 3叶绿素叶绿素b b：R=CHOR=CHO现在学习的是第25页，共36页（四）、咪唑的结构与功能（四）、咪唑的结构与功能含有含有2 2个杂原子个杂原子的五元杂环体系称为的五元杂环体系称为唑唑。咪唑吡唑符合符合H

16、Hckelckel规规则，具有芳香则，具有芳香性性3 3位氮的碱性比位氮的碱性比位氮强位氮强5-5-甲基咪唑甲基咪唑4-4-甲基咪唑甲基咪唑咪唑存在咪唑存在互变异构互变异构咪唑既是咪唑既是质子供体质子供体又是受体又是受体现在学习的是第26页，共36页组胺酸组胺酸 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。泌，但过多会引起各种疾病。现在学习的是第27页，共36页四、稠杂环化合物四、稠杂环化合物 稠杂环化合物稠杂环化合物（fused heterocyclefused heterocycle），），是指是指苯与杂环、

17、杂环苯与杂环、杂环与杂环稠合而成的化合物与杂环稠合而成的化合物。常见的稠杂环化合物有：。常见的稠杂环化合物有：嘌呤（嘌呤（purinepurine）、）、吲哚（吲哚（indoleindole）、喹啉（喹啉（quinolinequinoline）等及其衍生物。等及其衍生物。（一）、吲哚及其衍生物（一）、吲哚及其衍生物 吲哚系由苯环和吡咯环稠并而成，故又称吲哚系由苯环和吡咯环稠并而成，故又称苯并吡咯苯并吡咯。现在学习的是第28页，共36页色氨酸色氨酸现在学习的是第29页，共36页 嘌呤嘌呤是由是由嘧啶嘧啶和和咪唑咪唑稠合而成的稠杂环化合物。其编号方法为：先稠合而成的稠杂环化合物。其编号方法为：先编

18、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：编号。其结构式及其编号如下：嘌呤为白色固体，嘌呤为白色固体，易溶于水易溶于水，可溶于乙醇溶液中。嘌呤呈，可溶于乙醇溶液中。嘌呤呈中性中性，但可分别与酸或碱作用形但可分别与酸或碱作用形成盐成盐。嘌呤在水溶液中可以发生。嘌呤在水溶液中可以发生互变异构互变异构现现象，形成两种互变异构体。象，形成两种互变异构体。（二）、（二）、嘌呤及其衍生物嘌呤及其衍生物现在学习的是第30页，共36页 一般说来，在药物分子中，多为一般说来，在药物分子中，多为7 7H

19、 H 嘌呤；而在生物体中，多为嘌呤；而在生物体中，多为9 9H H嘌呤。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。其中动植物体中。其中腺嘌呤腺嘌呤(adenine)adenine)和和鸟嘌呤鸟嘌呤(guanine)guanine)是嘌呤是嘌呤的两个重要衍生物，都是的两个重要衍生物，都是核酸的碱基核酸的碱基。现在学习的是第31页，共36页6-氨基嘌呤氨基嘌呤2-氨基氨基-6-羟基嘌呤羟基嘌呤现在学习的是第32页，共36页 次黄嘌呤次黄嘌呤、黄嘌呤黄嘌呤和和尿酸尿酸，是腺嘌呤和鸟嘌呤在体内的代谢产物，是腺嘌呤和鸟嘌

20、呤在体内的代谢产物，存在于哺乳动物的存在于哺乳动物的尿尿和和血液血液中。中。现在学习的是第33页，共36页 在上述平衡体系中，何种结构形式占优势，取决于溶液的在上述平衡体系中，何种结构形式占优势，取决于溶液的 pH pH 值，在值，在生理条件下生理条件下(pH=7.35pH=7.357.45)7.45)，则多以则多以酮式结构为主酮式结构为主。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，都具有合物，都具有酮式和烯醇式两种互变异构酮式和烯醇式两种互变异构体。如尿酸：体。如尿酸：现在学习的是第34页，共36页 磺胺类药物磺胺类药物 磺胺类药物

21、磺胺类药物(sulfa drug)sulfa drug)是继青霉素之后使用的一类化学抗菌药是继青霉素之后使用的一类化学抗菌药，基本结构是，基本结构是对对-氨基苯磺酰胺氨基苯磺酰胺。对对-氨基苯磺酰胺本身就有抑菌作用。当氨基苯磺酰胺本身就有抑菌作用。当 N1N1上的上的 H H 原子被某些基原子被某些基团取代时，抗菌作用增强；若团取代时，抗菌作用增强；若 N4N4 上的上的 H H 被取代，则抗菌能力降被取代，则抗菌能力降低甚至丧失。因为具有低甚至丧失。因为具有N4N4游离氨基的磺胺与细菌繁殖所需的对氨基游离氨基的磺胺与细菌繁殖所需的对氨基苯甲酸结构极为相似，使酶难以识别而达到抑菌作用。苯甲酸结构极为相似，使酶难以识别而达到抑菌作用。如如N4N4 上的取代基易在体内分解而恢复成上的取代基易在体内分解而恢复成-NHNH2 2 时，则仍具时，则仍具有原来的抗菌作用。有原来的抗菌作用。现在学习的是第35页，共36页 大多数磺胺类药物是不同杂环取代了磺胺的大多数磺胺类药物是不同杂环取代了磺胺的N1N1位位上的一个上的一个H H原子原子。磺胺嘧啶磺胺嘧啶 SDSD磺胺甲基异噁唑磺胺甲基异噁唑 SMZSMZ现在学习的是第36页，共36页