第15章含硫、磷和砷有机化合物

1、第15章含硫、磷和砷有机化合物含硫和含氧化合物对照：含硫和含氧化合物对照：R OHR SHOHSHRR，ORR，SR COH(R,)R SOH(R,)R O O R,R SS R,醇酚醚醛(酮)过氧化物硫醇硫酚硫醚硫醛(硫酮)过硫化物(thiols)(thiophenols)(sulfides)thioaldehyde(thione)(disulfides)第一节第一节 含硫有机化合物含硫有机化合物电子构型：电子构型：O 1s22s22p4 S 1s22s22p63s23p4 RCSOHRCOSH硫羰酸硫羟酸n含硫有机化合物是一类重要化合物，如青含硫有机化合物是一类重要化合物，如青霉素、磺胺类

2、药物、维生素霉素、磺胺类药物、维生素B B1 1以及辅酶以及辅酶A A等，都是含硫有机物。这些化合物在治疗等，都是含硫有机物。这些化合物在治疗疾病、维持生命健康和物质代谢中起着重疾病、维持生命健康和物质代谢中起着重要的作用。本节主要讨论硫醇和硫醚以及要的作用。本节主要讨论硫醇和硫醚以及与医药有关的含硫化合物。与医药有关的含硫化合物。第一节第一节 含硫有机化合物含硫有机化合物ROHArOHRSHArSH醇酚硫醇硫酚官能团：SH ( 巯基)CH3CH2CH2SHCH2=CHCH2SHCH2SHSH丙硫醇烯丙硫醇苯甲硫醇苯硫酚一、硫醇和硫醚的结构和命名一、硫醇和硫醚的结构和命名三、三、硫醇的化学性质

3、硫醇的化学性质1.1.硫醇的酸性硫醇的酸性n硫醇、硫酚的酸性比醇和酚的酸性要强。硫醇、硫酚的酸性比醇和酚的酸性要强。n RSH的的pKa11 ，ROH的的pKa18n 2RSH+HgO (RS)2Hg（白色）（白色）+H2O2RSH+(CH3COO)2Pb (RS)2Pb（黄色）（黄色）+2CH3COOHn应用：作为重金属中毒的解毒剂应用：作为重金属中毒的解毒剂 CH2CHOHCH2SHSH+ Hg2+CH2CHOHCH2SSHg1. 硫醇的酸性硫醇的酸性+ HgESHSH2+ESSHg+ H2+活性酶中毒酶ESSHg中毒酶+CH2CHSHSHCH2SO3NaESHSH活性酶+CH2CHSSC

4、H2SO3NaHg经尿排出医学上的几种重金属解毒剂：医学上的几种重金属解毒剂：CH2CHCH2SHSHOHCH2CHCH2SHSHSO3NaCHCHCOONaSHSHNaOOC二巯基丙醇（BAL）二巯基丙磺酸钠二巯基丁二酸钠重金属解毒剂作用机理：重金属解毒剂作用机理：在缓和的氧化剂存在下，硫醇可被氧化生成二硫化合物（在缓和的氧化剂存在下，硫醇可被氧化生成二硫化合物（disulfide）。）。2RSH + 2NaOH + I2S S RR+ 2NaI + 2H2O二硫化合物三、三、硫醇的化学性质硫醇的化学性质CH2SHCHCOOHNH2OHCH2SCHCOOHNH2SCH2CHCOOHNH22在

5、蛋白质中，二硫键对保持蛋白质分子特殊空间结构具有重要意义。在生物在蛋白质中，二硫键对保持蛋白质分子特殊空间结构具有重要意义。在生物体内，巯基与二硫键之间的氧化还原作用，是一个非常重要的生理过程。体内，巯基与二硫键之间的氧化还原作用，是一个非常重要的生理过程。 三、三、硫醇的化学性质硫醇的化学性质+CH2SCH3SCH2CH3NaHSO3?3. 硫醇的酯化硫醇的酯化+RCOOHRSHRCOSR+ H2OCH2OHCCHCCH3OHONHCH2CH2COOHCH3(泛酸)N-(3,3-二甲基-2,4-二羟基丁酰)-3-氨基丙酸生物体内重要的硫醇酯是乙酰辅酶生物体内重要的硫醇酯是乙酰辅酶A（酰基转移

6、酶的辅酶）（酰基转移酶的辅酶）泛酸的衍生物。泛酸的衍生物。3. 硫醇的酯化硫醇的酯化HSCH2CH2NH COCH2CH2NHCOCHCOHCH3CH3CH2OPOOHOPOOHOCH2HNHOOHHHONNNH2N-氨基乙硫醇泛酸焦磷酸POHOOH腺苷-3-磷酸辅酶（辅酶（coenzyme ）A的结构式：的结构式：辅酶辅酶A的缩写：的缩写：HSCoA乙酰辅酶乙酰辅酶A的生成：的生成：CH3COOH+ HSCoACH3COSCoA+ H2O辅酶A乙酰辅酶A3、硫醇的酯化、硫醇的酯化乙酰辅酶乙酰辅酶A的功能的功能作为酰化剂作为酰化剂水解酶H2OCH3COSCoA乙酰辅酶AHOOCCH2CCOOH

7、O柠檬酸合酶HOOCCOHCH2COOHCH2CSCoAOHOOCCOHCH2COOHCH2COOHCH3COSCoA乙酰辅酶A+CH2COSCoACOOH酶CH3CCH2COOSCoA+ CO2 + HSCOA3-酮丁脂酰CoA丙二酸单酰辅酶A乙酰辅酶乙酰辅酶A的功能的功能作为亲核试剂作为亲核试剂4.4.硫醚的氧化硫醚的氧化 n硫醚因分子中的硫原子上有两对未共用电子对，可与氧原硫醚因分子中的硫原子上有两对未共用电子对，可与氧原子成键而被氧化。氧化产物视氧化条件而异，室温下硫醚子成键而被氧化。氧化产物视氧化条件而异，室温下硫醚可被可被HNOHNO3 3、CrOCrO3 3或或H H2 2O O

8、2 2氧化成亚砜（氧化成亚砜（sulfoxidesulfoxide）；在高）；在高温下，硫醚可被发烟硝酸、高锰酸钾或过氧酸氧化成砜温下，硫醚可被发烟硝酸、高锰酸钾或过氧酸氧化成砜（sulfonesulfone）。）。CH3SCH3H2O2CH3SCH3OHNO3发烟CH3SCH3OO二甲亚砜二甲基砜二甲亚砜（二甲亚砜（DMSO）：良好的溶剂和药物渗透剂。）：良好的溶剂和药物渗透剂。4.4.硫醚的氧化硫醚的氧化 NSCH2CH2NH3CSCH3ONSCH2CH2NH3CSOCH3硫利哒嗪美索哒嗪OH3COSH3CCH3CH2COOHH3COSH3CCH3CH2COOHO硫茚酸硫醚类药物可在代谢过

9、程中氧化成亚砜和砜。硫醚类药物可在代谢过程中氧化成亚砜和砜。如：抗精神失常药硫利哒嗪经代谢氧化后，药效增高一倍：如：抗精神失常药硫利哒嗪经代谢氧化后，药效增高一倍：非甾体抗炎药硫茚酸经氧化代谢生成亚砜化合物后才有效：非甾体抗炎药硫茚酸经氧化代谢生成亚砜化合物后才有效：四、磺胺类药物（四、磺胺类药物（sulfa-drugssulfa-drugs） 磺胺类药物的优点是抗菌谱较广，对链球菌和葡萄磺胺类药物的优点是抗菌谱较广，对链球菌和葡萄球菌有很好的抑制作用。是一类重要的抗菌药物。球菌有很好的抑制作用。是一类重要的抗菌药物。对氨基苯磺酰胺（对氨基苯磺酰胺（，SNSN） H2NSO2NH2(sulfa

10、nilamide)磺胺类药物是怎样发现的？磺胺类药物是怎样发现的？染料（染料（prontosil）也能治病）也能治病对苯二胺对苯二胺对氨基苯磺酰胺对氨基苯磺酰胺1935年德国病理学家年德国病理学家多马克（多马克（G.Domark）偶然发现。偶然发现。女儿患了链球菌感染，女儿患了链球菌感染，无药可治，试用此染料。无药可治，试用此染料。 (1939年因此获诺贝尔生年因此获诺贝尔生理医学奖理医学奖)H H2 2N NN NN NS SO OO ON NH H2 2HH H2 2N NN NH H2 2H H2 2N NS SO OO ON NH H2 2+四、磺胺类药物（四、磺胺类药物（sulfa-

11、drugssulfa-drugs） 抗菌作用与化学结构的关系：抗菌作用与化学结构的关系：n当当N1上的一个氢原子被某些基团（杂环）取代上的一个氢原子被某些基团（杂环）取代时，抑菌作用时，抑菌作用，如，如N4上的一个氢原子被其它上的一个氢原子被其它基团取代则作用基团取代则作用或丧失疗效。或丧失疗效。 因具有因具有N N4 4游离氨基的磺胺与细菌繁殖所需的对氨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基苯甲酸结构极为相似，使酶难以识别而达到抑菌作用。菌作用。四、磺胺类药物（四、磺胺类药物（sulfa-drugssulfa-drugs） 磺胺类药物的治病机理磺胺类药

12、物的治病机理-阻止细菌生长所需维生素的合成阻止细菌生长所需维生素的合成四、磺胺类药物（四、磺胺类药物（sulfa-drugssulfa-drugs） 目前常用的磺胺药物：目前常用的磺胺药物：四、磺胺类药物（四、磺胺类药物（sulfa-drugssulfa-drugs） H H2 2N NS SO OO ON NH HS SN NSTH H2 2N NS SO OO ON NH HN NN NSDSGH H2 2N NS SO OO ON NH HC CN NH HN NH H2 2SMZH H2 2N NS SO OO ON NH HN NO OC CH H3 3磺胺噻唑磺胺哒嗪磺胺咪新诺明H

13、 H2 2N NS SO OO ON NH HS SN NSTH H2 2N NS SO OO ON NH HN NN NSDSGH H2 2N NS SO OO ON NH HC CN NH HN NH H2 2SMZH H2 2N NS SO OO ON NH HN NO OC CH H3 3磺胺噻唑磺胺嘧啶磺胺咪磺胺甲基异f唑含磷、砷和含氮化合物对照含磷、砷和含氮化合物对照: :第二节第二节 含磷和砷有机化合物含磷和砷有机化合物注意各类化合物汉字的表达！注意各类化合物汉字的表达！RNH2RPH2R2NHR2PHR3NR3PR4NCl_+R4PCl_+伯胺仲胺叔胺季铵盐伯膦仲膦叔膦季l 盐

14、RAsH2R2AsHR3AsR4AsX_+NH3PH3AsH3伯胂仲胂季h盐叔胂氨磷化氢磷化砷氮磷砷PH3RPH2R2PHR3PR4P+X-膦伯膦仲膦叔膦季膦盐一、含磷有机化合物的分类和命名一、含磷有机化合物的分类和命名季鏻盐季鏻盐POHOHHOPOHOHROPOHRROPRRRO膦酸 烷基膦酸 二烷基膦酸 三烷基膦酸一、含磷有机化合物的分类和命名一、含磷有机化合物的分类和命名磷酸或膦酸分子中的氢原子被烃基取代后的化合物称磷酸酯磷酸或膦酸分子中的氢原子被烃基取代后的化合物称磷酸酯或膦酸酯：例如：或膦酸酯：例如：POHOHROOPOHROROOPORROROO磷酸烷基酯 磷酸二烷基酯 磷酸三烷基

15、酯烷基膦和烷基膦酸分子中均含有烷基膦和烷基膦酸分子中均含有CP键。键。一、含磷有机化合物的分类和命名一、含磷有机化合物的分类和命名RPOOROHRPOORORRPOOHOH膦酸膦酸一烷基酯膦酸二烷基酯一、含磷有机化合物的分类和命名一、含磷有机化合物的分类和命名H3CPOOC2H5OHH3CPOOHOH甲基膦酸O-乙基甲基膦酸酯H3CPOOHNH2甲基磷酰胺HOPOOHOH磷酸HOPOHOH亚磷酸HPOHOH次磷酸 烷基膦的结构与胺相似。烷基膦中的磷原子也是采取不等性烷基膦的结构与胺相似。烷基膦中的磷原子也是采取不等性sp3杂化，使烷基膦分子呈现角锥形结构，但是烷基膦分子中的杂化，使烷基膦分子呈

16、现角锥形结构，但是烷基膦分子中的CPC键角小于胺分子中的键角小于胺分子中的CNC键角：键角：PCH3CH3CH3NCH3CH3CH3108o99o 键角减小的原因是磷原子的体积比氮原子大，取代基之间的非键角减小的原因是磷原子的体积比氮原子大，取代基之间的非键张力得到缓解。键角减小的结果导致磷原子上的孤对电子裸露程键张力得到缓解。键角减小的结果导致磷原子上的孤对电子裸露程度增大，所以烷基膦的亲核性大于胺。度增大，所以烷基膦的亲核性大于胺。 二、含磷有机化合物的结构二、含磷有机化合物的结构PH3CCH2=CHCH2PhD=16.8o甲苯中煮沸PCH3CH2CH=CH2PhPH3CCH2=CHCH2

17、Ph+部分消旋化 三烷基膦的两种不同的角锥构型可以相互转化，但其转化能垒三烷基膦的两种不同的角锥构型可以相互转化，但其转化能垒约为约为150kJ/mol-1，比叔胺高得多，比叔胺高得多(叔胺约为叔胺约为25 kJ/mol-1)，通常需，通常需要加热才能实现转化。所以，当磷原子上连有三个不同的烃基时要加热才能实现转化。所以，当磷原子上连有三个不同的烃基时，三烃基膦分子具有手性。例如：，三烃基膦分子具有手性。例如：二、含磷有机化合物的结构二、含磷有机化合物的结构三、膦和胺部分性质的而比较三、膦和胺部分性质的而比较RNH2RPH2R2NHR2PHR3NR3PR4NCl_+R4PCl_+伯胺仲胺叔胺季

18、铵盐伯膦仲膦叔膦季l 盐RAsH2R2AsHR3AsR4AsX_+NH3PH3AsH3伯胂仲胂季h盐叔胂氨磷化氢磷化砷氮磷砷碱性：叔胺叔膦；亲核性：叔膦叔胺四、膦的典型反应（不作要求）四、膦的典型反应（不作要求）存在于生物体中POHROOHOPOROOHOPOHOHOPOROOHOPOOHOPOHOHO磷酸单酯二磷酸单酯三磷酸单酯ATP(三磷酸腺苷三磷酸腺苷)ATP在体内常作为在体内常作为“能源库能源库”，为物质的代谢过程提供所需能量：，为物质的代谢过程提供所需能量：ATP + H2OADP + HPO42- + H+G = -35kJ mol一般磷酸酯水解放出的热量是其四分之一左右许多有机含

19、磷化合物是有毒的或者是剧毒的。例如：许多有机含磷化合物是有毒的或者是剧毒的。例如：CH3CHOPFCH3O-CH3沙林(sarin)1.有机磷杀虫剂的结构与分类：通式：R2POR1AR1,R2=烷基，烷氧基，氨基A = -OR, -SRROPOROR膦酸酯型ROPOROORROPSROORROPORONH2ROPSROSR磷酸酯型硫酮磷酸酯型磷酰胺型二硫代磷酸酯型 一些毒性相对较小的有机含磷化合物被用于农业杀虫剂、杀菌一些毒性相对较小的有机含磷化合物被用于农业杀虫剂、杀菌剂、除草剂等。例如：剂、除草剂等。例如：POCH3OCH3OCHCCl3OHPOCH3OCH3OOC=CH CNHCH3CH3OPSCH3OCH3OSCH2CONHCH3PSCH3OCH3OSCHCOOC2H5CH2COOC2H5敌百虫久效磷乐果马拉硫磷(马拉松)二硫代