杂环化合物与维生素

关于杂环化合物与维生素设计与制作邓健罗美明2目的：学习芳香杂环化合物的分类、结构、命名及化学性质。明确五元芳香杂环、六元芳香杂环的重要性要求：1、掌握芳香杂环化合物的分类、结构、命名。2、熟悉五元芳香杂环、六元芳香杂环的结构和性质。3、了解吡咯衍生物、咪唑的结构与功能，嘧啶及衍生物结构与功能。

4、了解芳香杂环药物第2页,共57页，2024年2月25日，星期天设计与制作邓健罗美明3

杂环化合物主要指环系较稳定，包括杂原子在内的平面型环，环符合4n+2个p电子处于环闭共轭体系呋喃噻唑嘧啶 嘌呤第十四章杂环化合物和维生素

上页下页首页第3页,共57页，2024年2月25日，星期天设计与制作邓健罗美明4一、分类和命名六元杂环:五元杂环:第一节芳香杂环化合物第十四章杂环化合物和维生素第一节芳香杂环化合物（一、分类和命名）

上页下页首页第4页,共57页，2024年2月25日，星期天设计与制作邓健罗美明5命名原则：译音＋“口”旁第十四章杂环化合物和维生素第一节芳香杂环化合物（一、分类和命名）

Furan

Thiophene

Pyrrole

ThiazoleImidazole Pyrazole Oxazole

呋喃

噻吩

吡咯噻唑

咪唑 吡唑

噁唑上页下页首页第5页,共57页，2024年2月25日，星期天设计与制作邓健罗美明6Pyridine PyrimidinePyridazine

吡啶 嘧啶 哒嗪Quinoline Isoquinoline

喹啉 异喹啉IndolePurine

吲哚嘌呤第十四章杂环化合物和维生素第一节芳香杂环化合物（一、分类和命名）

上页下页首页第6页,共57页，2024年2月25日，星期天设计与制作邓健罗美明71.单杂环的编号从杂原子开始。

杂环的编号规则：第十四章杂环化合物和维生素第一节芳香杂环化合物（一、分类和命名）

呋喃 吡啶 吡咯4 3(b)512(a)4 3(b)512(a)5 3(b)612(a)4(g)2-甲基呋喃3-硝基吡咯4-乙基吡啶(

-甲基呋喃)(-硝基吡咯)(-乙基吡啶)上页下页首页第7页,共57页，2024年2月25日，星期天设计与制作邓健罗美明82.有多个杂原子时,按O、S、N(N-R;N-H;N)

顺序编号第十四章杂环化合物和维生素第一节芳香杂环化合物（一、分类和命名）

4-甲基咪唑5-甲基噻唑4-甲基嘧啶1-甲基吡唑3.稠杂环的编号一般和稠环芳烃相同,但少数有例外如嘌呤

喹啉吖啶 嘌呤上页下页首页第8页,共57页，2024年2月25日，星期天设计与制作邓健罗美明9N的p

轨道含1个电子,组成环闭共轭体系孤电子对占据sp2

杂化轨道吡啶的结构模型第十四章杂环化合物和维生素第一节芳香杂环化合物（二、六元杂环）

上页下页首页sp2二、芳香六元杂环（一）吡啶(C5H5N)的结构第9页,共57页，2024年2月25日，星期天设计与制作邓健罗美明10

吡啶环中C上p电子密度比苯低，亦称为“缺p芳杂环”。在性质上，亲电取代变难，亲核取代变易；氧化变难，还原变易；另外sp2杂化N上的孤电子对具有一定程度的碱性，可成盐。亲电试剂进攻位点1.00139pm0.841.431.010.87134pm139pm140pm亲核试剂进攻位点？第十四章杂环化合物和维生素第一节芳香杂环化合物（二、六元杂环）

上页下页首页第10页,共57页，2024年2月25日，星期天设计与制作邓健罗美明111.亲电取代反应吡啶的亲电取代反应比苯难得，与硝基苯相似，亲电取代反应主要进入

位。

-硝基吡啶

-溴吡啶

-吡啶磺酸上页下页首页(二)吡啶的性质第11页,共57页，2024年2月25日，星期天设计与制作邓健罗美明12碱性比较：脂肪胺>NH3> >≈苯胺pKb：3~4.5 4.7 8.8

9.3第十四章杂环化合物和维生素第一节芳香杂环化合物（二、六元杂环）

上页下页首页2.碱性第12页,共57页，2024年2月25日，星期天设计与制作邓健罗美明133.

水溶性

水溶度：∞ 1:1 1:1 微溶第十四章杂环化合物和维生素第一节芳香杂环化合物（二、六元杂环）

上页下页首页第13页,共57页，2024年2月25日，星期天设计与制作邓健罗美明14亲核取代比苯容易，主要发生在α位上。

当α

或γ位上有易离去基时，较弱的亲核试剂就能发生亲核取代反应。第十四章杂环化合物和维生素第一节芳香杂环化合物（二、六元杂环）

上页下页首页4.亲核取代反应第14页,共57页，2024年2月25日，星期天设计与制作邓健罗美明154.氧化与还原吡啶环对氧化剂较苯环稳定,而对还原剂比苯活泼。

-吡啶甲酸(烟酸)六氢吡啶(哌啶)六氢吡啶(pKb=2.8),碱性较吡啶强106倍。为什么？第十四章杂环化合物和维生素第一节芳香杂环化合物（二、六元杂环）

上页下页首页第15页,共57页，2024年2月25日，星期天设计与制作邓健罗美明16（三）嘧啶(C4H4N2)及其衍生物543612

嘧啶(Pyrimidine)

由于两个N的强吸电子作用,使嘧啶的碱性(pKb11.3)比吡啶(pKb8.8

)弱得多，也比吡啶难于发生亲电取代反应，而亲核取代反应则比吡啶容易；嘧啶难以被氧化。第十四章杂环化合物和维生素第一节芳香杂环化合物（二、六元杂环）

上页下页首页第16页,共57页，2024年2月25日，星期天设计与制作邓健罗美明17胞嘧啶(cytosine)胸腺嘧啶(thymine)

尿嘧啶(uracil)

酮式和烯醇式互变异构:5-氟尿嘧啶(抗肿瘤药)

第十四章杂环化合物和维生素第一节芳香杂环化合物（二、六元杂环）

上页下页首页第17页,共57页，2024年2月25日，星期天设计与制作邓健罗美明18三、芳香五元杂环(一)呋喃、噻吩、吡咯的结构呋喃、噻吩、吡咯为

5原子共用6个π电子,环上π电子云密度比苯环大,属于“富π芳杂环”。第十四章杂环化合物和维生素第一节芳香杂环化合物（三、五元杂环）

上页下页首页第18页,共57页，2024年2月25日，星期天设计与制作邓健罗美明19芳香性(环的稳定性):吡啶>苯>噻吩>吡咯>呋喃

呋喃 噻吩 吡咯

第十四章杂环化合物和维生素第一节芳香杂环化合物（三、五元杂环）

上页下页首页亲电取代反应活泼性吡啶<苯<噻吩<吡咯<呋喃第19页,共57页，2024年2月25日，星期天设计与制作邓健罗美明20

键长的平均化程度远不如苯(苯环上的碳碳键均为139pm)，环的稳定性不如苯。共轭能：117(Kj·mol-1) 88 67(苯环150)

第十四章杂环化合物和维生素第一节芳香杂环化合物（三、五元杂环）

上页下页首页第20页,共57页，2024年2月25日，星期天设计与制作邓健罗美明211.亲电取代反应吡咯、呋喃和噻吩的亲电取代反应主要发生在

位。上页下页首页（二）吡咯、呋喃和噻吩的性质第21页,共57页，2024年2月25日，星期天设计与制作邓健罗美明22

吡咯和呋喃不能用强酸进行硝化和磺化反应,需选用较温和的非质子性试剂。第十四章杂环化合物和维生素第一节芳香杂环化合物（三、五元杂环）

上页下页首页第22页,共57页，2024年2月25日，星期天设计与制作邓健罗美明232．吡咯的酸性pKb:3.7

4.7

9.3

13.6第十四章杂环化合物和维生素第一节芳香杂环化合物（三、五元杂环）

上页下页首页第23页,共57页，2024年2月25日，星期天设计与制作邓健罗美明24第十四章杂环化合物和维生素第一节芳香杂环化合物（三、五元杂环）

上页下页首页S第24页,共57页，2024年2月25日，星期天设计与制作邓健罗美明25（三）吡咯衍生物卟吩(Porphin)血红素(Heme)

第十四章杂环化合物和维生素第一节芳香杂环化合物（三、五元杂环）

上页下页首页第25页,共57页，2024年2月25日，星期天设计与制作邓健罗美明26

在血红蛋白中，Fe(Ⅱ)与原卟啉Ⅸ环内的4个吡咯N和环外-邻接组氨酸侧链上的N形成五配位的Fe(Ⅱ)-卟啉，其中Fe(Ⅱ)不在原卟啉Ⅸ环平面内，而是位于平面之上约75pm。磁性测量表明，血红蛋白中的Fe(Ⅱ)(3d6)处于高自旋态。当血红蛋白与O2结合形成氧合血红蛋白(HbO2)之后，Fe(Ⅱ)与O2形成一强的配位键，将Fe(Ⅱ)拉进卟啉环平面，此时Fe(Ⅱ)为六配位。磁性测量表明氧合血红蛋白中的Fe(Ⅱ)处于低自旋态。第26页,共57页，2024年2月25日，星期天设计与制作邓健罗美明27

人体吸进的氧气在肺内与血红蛋白结合成氧合血红蛋白，氧合血红蛋白进入血液将氧气释放，这一过程在体内时刻不停地进行，满足了人体对氧气的需要。第27页,共57页，2024年2月25日，星期天设计与制作邓健罗美明28(四)咪唑的结构与功能

咪唑1位和3位N均取sp2杂化。不同的是,1-N以一对p电子参与共轭,而3-N则以1个p电子参与共轭,形成环状闭合大

键,

电子数为6,符合Hückel规则,有一定芳香性。第十四章杂环化合物和维生素第一节芳香杂环化合物（三、五元杂环）

上页下页首页第28页,共57页，2024年2月25日，星期天设计与制作邓健罗美明29互变异构 351251325-甲基咪唑4-甲基咪唑第十四章杂环化合物和维生素第一节芳香杂环化合物（三、五元杂环）

上页下页首页第29页,共57页，2024年2月25日，星期天设计与制作邓健罗美明30

组氨酸分子中含有一个咪唑基,其pKa值接近生理pH(7.35)，它既是一个弱酸，又是一个弱碱，能起到质子传递的作用。组氨酸中的咪唑环是构成酶活性中心的重要基团，使酶能催化生物体内酯和酰胺的水解。第十四章杂环化合物和维生素第一节芳香杂环化合物（三、五元杂环）

上页下页首页第30页,共57页，2024年2月25日，星期天设计与制作邓健罗美明31四、稠杂环化合物第十四章杂环化合物和维生素第一节芳香杂环化合物（四、稠杂环）

嘌呤（purine）上页下页首页第31页,共57页，2024年2月25日，星期天设计与制作邓健罗美明32

嘌呤为白色固体，熔点216~217℃，易溶于水，水溶液呈中性，但可分别与酸或碱生成盐。嘌呤是两个互变异构的平衡体系,在生物体内平衡偏向于9H

形式。9H-嘌呤7H-嘌呤第十四章杂环化合物和维生素第一节芳香杂环化合物（四、稠杂环）

上页下页首页第32页,共57页，2024年2月25日，星期天设计与制作邓健罗美明33

腺嘌呤(Adenine)鸟嘌呤(Guanine)第十四章杂环化合物和维生素第一节芳香杂环化合物（四、稠杂环）

上页下页首页第33页,共57页，2024年2月25日，星期天设计与制作邓健罗美明34

次黄嘌呤、黄嘌呤和尿酸是腺嘌呤与鸟嘌呤在体内的代谢产物,存在于动物肝脏、血和尿中。次黄嘌呤黄嘌呤尿酸烯醇式酮式第十四章杂环化合物和维生素第一节芳香杂环化合物（四、稠杂环）

上页下页首页第34页,共57页，2024年2月25日，星期天设计与制作邓健罗美明35

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

被取代，则抗菌能力降低甚至丧失。因为具有N4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。*磺胺类药物

如N4

上的取代基易在体内分解而恢复成-NH2

时，则仍具有原来的抗菌作用。第十四章杂环化合物和维生素第一节芳香杂环化合物

上页下页首页第35页,共57页，2024年2月25日，星期天设计与制作邓健罗美明36

大多数磺胺类药物是不同杂环取代了磺胺的N1位上的一个H原子。磺胺嘧啶SD磺胺甲基异噁唑SMZ第十四章杂环化合物和维生素第一节芳香杂环化合物

上页下页首页第36页,共57页，2024年2月25日，星期天设计与制作邓健罗美明37

第37页,共57页，2024年2月25日，星期天设计与制作邓健罗美明38第十四章杂环化合物和维生素第二节维生素（一、维生素概述）

*第二节维生素一、维生素概述1.定义维持正常生命活动所必需的一类小分子有机化合物2.特点

既不供给能量，也不构成组织成分体内不能合成或合成甚微，必须由食物供给需要量很少(μg—mg/d),但不可缺少

参与体内物质代谢与调节参与辅酶组成3.功能上页下页首页第38页,共57页，2024年2月25日，星期天设计与制作邓健罗美明39

脂溶性维生素：A、D、E、K。此类维生素因排泄效率不高，过多摄入会在体内蓄积而导致中毒

水溶性维生素：B族、维生素C、维生素P等

按生理功能和发现先后：A、B、C、D等5.命名4.分类

根据化学结构：初发现时以为是一种，以后证实是几种维生素的混合物，则根据化学结构的不同在字母右下方注以1、2、3等，如A1

第十四章杂环化合物和维生素第二节维生素（一、维生素概述）

上页下页首页第39页,共57页，2024年2月25日，星期天设计与制作邓健罗美明40第十四章杂环化合物和维生素第二节维生素（二、脂溶性维生素）

维生素A1

维生素A2

二、脂溶性维生素（一）维生素A1.结构上页下页首页第40页,共57页，2024年2月25日，星期天设计与制作邓健罗美明412.功能

构成视觉细胞内感光物质维持上皮组织结构的完整,促进上皮细胞糖蛋白的合成参与皮质激素、性激素合成及骨组织形成，促进生长发育防癌作用：刺激体液及细胞免疫

VA缺乏：粘膜干燥，干眼病；VA过量:恶心、头痛、皮疹

3.来源动物性食品：肝、蛋黄、奶油植物性食品：类胡萝卜素（维生素A原—本身不具 有VA活性，但在体内可转变为VA的物质）第十四章杂环化合物和维生素第二节维生素（二、脂溶性维生素）

上页下页首页第41页,共57页，2024年2月25日，星期天设计与制作邓健罗美明42（二）维生素E（生育酚）1.结构

参与多种酶活动，维持和促进生殖机能

天然抗氧化剂、抗衰老、防癌及增强免疫作用2.功能3.来源

植物油.麦胚,硬果,种子类,豆类,谷类

-生育酚

第十四章杂环化合物和维生素第二节维生素（二、脂溶性维生素）

上页下页首页第42页,共57页，2024年2月25日，星期天设计与制作邓健罗美明43维生素K1

维生素K2

（三）维生素K1.结构2、功能

促进凝血因子形成，加速血液凝固。

维生素K缺乏会导致凝血功能障碍,出现全身多部位出血甚至颅内出血。3.来源深绿色蔬菜,富含乳酸菌的食品及肉、蛋等第十四章杂环化合物和维生素第二节维生素（二、脂溶性维生素）

上页下页首页第43页,共57页，2024年2月25日，星期天设计与制作邓健罗美明44第十四章杂环化合物和维生素第二节维生素（三、水溶性维生素）

水溶性维生素包括B族维生素和维生素C、维生素P等。B族维生素包括维生素B1、维生素B2、烟酸和烟酰胺、泛酸、维生素B6、生物素、叶酸和维生素B12等。三、水溶性维生素

水溶性维生素在组织内浓度恒定,构成辅酶成分，参与物质代谢。无中毒症,过多即随尿排出。上页下页首页第44页,共57页，2024年2月25日，星期天设计与制作邓健罗美明45（一）维生素B1

（硫胺素）1.结构

含S、-NH2盐酸硫胺素2.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。长期摄入不足会出现周围神经炎、浮肿、心肌变性、情绪急躁、精神惶恐、健忘等3.来源

谷类、豆类、酵母、干果、动物内脏、蛋类、瘦肉、乳类、蔬菜、水果等

第十四章杂环化合物和维生素第二节维生素（三、水溶性维生素）

上页下页首页第45页,共57页，2024年2月25日，星期天设计与制作邓健罗美明46（二）维生素B2（称核黄素，riboflavin）

1.结构2.功能促进糖、脂肪和蛋白质的代谢；维持皮肤、粘膜、视觉的正常机能。B2缺乏可引起口角炎、舌炎、口腔炎、眼结膜炎、脂溢性皮炎和视觉模糊等3.来源

奶类、动物肝肾、蛋黄、鱼，胡萝卜、香菇、紫菜、芹菜、柑、橘等第十四章杂环化合物和维生素第二节维生素（三、水溶性维生素）

上页下页首页第46页,共57页，2024年2月25日，星期天设计与制作邓健罗美明47（三）维生素PP（预防癞皮病因子）

1.结构烟酸

烟酰胺2.功能脱氢酶的辅酶;参与糖、脂类、丙酮酸代谢、及高能磷酸键的形成等。维pp缺乏可致癞皮病。3.来源

动物肝肾、瘦肉、鱼、卵、麦制品、花生、梨、枣、无花果等第十四章杂环化合物和维生素第二节维生素（三、水溶性维生素）

上页下页首页第47页,共57页，2024年2月25日，星期天设计与制作邓健罗美明481.结构2.功能参与辅酶A的形成，是酶的转酰基辅因子。

轻度缺乏可致疲乏、食欲差、消化不良等。重度缺乏可致肌肉协调性差;肌肉及胃肠痉挛等

3.来源肉类、动物肾脏与心脏、谷类、麦芽、绿叶蔬菜、啤酒酵母、坚果、糖蜜等

（四）泛酸(pantothenicacid)

第十四章杂环化合物和维生素第二节维生素（三、水溶性维生素）

上页下页首页第48页,共57页，2024年2月25日，星期天设计与制作邓健罗美明491.结构2.功能转氨酶及脱羧酶的辅酶,镇吐。缺乏时可致呕吐、中枢神经兴奋等

3.来源牛乳、肉、肝、蛋黄、谷物和蔬菜等

（五）维生素B6吡哆醇吡哆醛吡哆胺第十四章杂环化合物和维生素第二节维生素（三、水溶性维生素）

上页下页首页第49页,共57页，2024年2月25日，星期天设计与制作邓健罗美明50（六）生物素1.结构2.功能羧化酶的辅酶，脂肪和蛋白质正常代谢不可缺少的物质。

缺乏时可致发育缓慢、皮肤损伤、体内蛋白质和脂肪代谢紊乱

3.来源

分布广泛，如牛奶、水果、啤酒酵母、牛肝、蛋黄、动物肾脏、糙米等

第十四章杂环化合物和维生素第二节维生素（三、水溶性维生素）

上页下页首页第50页,共57页，2024年2月25日，星期天设计与制作邓健罗美明51（七）叶酸1.结构2.功能蛋白质和核酸合成的必需因子；参与血红蛋白结构中卟啉基的形成、红细胞和白细胞的快速增生；体内多种氨基酸的转化、大脑中长链脂肪酸如DHA的代谢；肌酸、肾上腺素及胆碱的合成等。

叶酸是最容易缺乏的维生素之一。婴儿、孕妇缺乏时会引起贫血。膳食中缺乏叶酸易引起动脉硬化、诱发结肠癌和乳