甾体类化合物含甾体皂苷和强心苷.ppt
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1、第7章 甾体化合物 一、概述 二、甾体化合物的性质 三、代表性甾体化合物 四、甾体皂苷 五、强心苷,一、甾体化合物的结构与命名 甾体化合物在生命活动中起调节和控制作用。例性激素调节性功能及调节生育,皮质激素调节水盐代谢及糖的平衡。甾体化合物主要有胆甾醇,胆汁酸,性激素,肾上腺皮质激素,甾体生物碱等。,1.甾体化合物的结构 甾体化合物基本母核(结构)为环戊稠多氢化菲,一般含有三个支链,其中R1、R2常为甲基,R3因化合物不同而异。,环戊稠多氢化菲,甾体化合物的立体构型主要有两大类,分别称为胆甾烷系和粪甾烷系。,胆甾烷系(别系),A,B环反式(5系)A,B环aa型连接,粪甾烷系(正系),A,B环顺
2、式(5系)A,B环ae型连接,18及19位上的甲基称角甲基,在环平面上方(或前方)的角甲基称-角甲基,在环平面下方(或后方)的甲基称-角甲基。天然存在的甾体化合物中都是-角甲基,其它基团根据其在环平面前方还是在环平面的的后方,用-或-表示。,两个甾体化合物:(1)黄体酮:分子式为C21H30O2,学名为4-孕甾烯-3,20-二酮,具有保胎作用,可从胆固醇来合成。,(2)氢化可的松 分子式为C21H30O5,又称皮质醇。具生理活性,主要用于治疗皮炎和风湿性关节炎,C11上-OH是-式,C17上-OH是-式 即11,17,21-三羟基-4-孕甾烯-3,20-二酮。,与氢化可的松相似结构的另一化合物
3、,无生理作用,与氢化可的松的差异是C11上-OH是-式。(11-羟基,17-羟基),2.甾体化合物命名 结合IUPAC命名法与中文特点,一些母体化合物的名称表述如下:,(1)雄(甾)烷(Androstane),(2)雌(甾)烷(Estrane),(3)孕(甾)烷(Pregnane):,(6)豆甾烷(Stigmastane),(4)胆甾烷(Cholestane),(5)麦角甾烷(Ergostane),例:,17-羟基-4-孕甾烯-3,20-二酮,5,7,22-麦角甾三烯-3-醇,3-羟基-5-胆甾-6-酮,6-溴-5-孕甾-7,20-二酮,二、甾体化合物的一些反应与构象的关系 甾体化合物的反应过
4、程、速度和构象有关,胆甾烷与粪甾烷的构象如下所示。5-胆甾烷构象,A,B环反式,天然界甾体C3上-OH绝大多数为-式(e键OH),C17上R为-式,45、56位双键易反应。5-粪甾烷构象,A,B环顺式,C3上-位稳定,-OH多(e键OH)。,5-胆甾烷构象:,5-粪甾烷构象:,1.甾醇和碱作用,5-胆甾烷-3-醇(e键)5-胆甾烷-3-醇(a键),(90%),(10%),(10%),(90%),胆甾烷中羟基在e键上比a键上稳定,因此含量较高,而粪甾烷的情形正好相反。,2.甾醇的酯化反应,规律:e键上的-OH易和-COOH酯化,与a键上-OH相比可达98%以上。,3-OH(e键)与氯甲酸乙酯的反
5、应产物占绝大多数,C5-OH与C6-OH(a键)几乎不反应。,3.水解反应 规律:在e键上的酰氧基酯水解速度比在a键上快许多倍。胆甾醇3式快;粪甾醇3式快。,胆甾醇系:,粪甾醇的情形与胆甾醇相反。,多 少,4.卤化反应 常用PBr3,PCl5作卤化剂。卤化过程中易发生构型转化(SN2),也有构型不变产物(e键上引入卤素)。例下列过程引入卤素构型不变。,5.消去反应 消去反应的结果是脱去一些象H2O一样的小分子而生成双键产物。当两个被消去基团处在反式双竖键(双a键)容易发生消去反应;反式双e键或顺式双竖键都不易消去。,2-烯键化合物,3-次甲基衍生物,由于2-烯键化合物存在超共轭(-共轭)效应,
6、而3-次甲基衍生物为端位烯,内能高,因此稳定性为2-烯键化合物大于3-次甲基衍生物。,6.加成反应 例如胆甾醇的加成反应,因为C18,C19角甲基都是-型,所以双键加成时从位阻较小的-面向双键进攻,分别得到胆甾-3,5,6-三醇与5,6-二溴胆甾-3-醇。,5,6-二羟基产物,顺式加成产物,5,6-二溴产物(反式加成产物),双键加溴过程:,两个溴都在a键上,不稳定,易发生消去反应,粪甾烷系二溴产物,较稳定,两个溴在e键上,但OH在a 键上,7.羰基加成-消去反应,8.氧化反应 常用铬酸、HOBr等氧化剂氧化羟基。氧化规律:OH处在a键上易氧化。甾醇羟基被氧化活性次序从易到难排列如下:11-OH
7、2-OH3-OH2(3)-OH(a键)(a键)(a键)(e键)100 20 3.0 1.3(1.0)氧化相对速率 Grimmer在1960年用铬酸氧化各种甾醇得不同速率,以测定甾体化合物碳环上羟基位置和取向,此为一种有效的分析方法。,双键氧化断裂常用高锰酸钾、臭氧化锌粉水解。,9.还原反应羰基还原时常用还原剂LiAlH4、NaBH4等,例:,三、代表性甾体化合物 1.甾醇 甾醇是脂肪不能被皂化部分分离得到的饱和或不饱和的第二级醇(仲醇),无色结晶,几乎不溶于水,但易溶于有机溶剂。甾醇在C3上-OH都是-型,在天然界中以游离醇或高级脂肪酸酯形式存在。主要有三大类:(1)动物甾醇 动物体内(2)微
8、生物甾醇 酵母菌,霉菌(3)植物甾醇 植物体内,甾醇基本母核:,多数甾醇C5,C6之间有双键,重要的几种甾醇见表7-1。例:胆甾醇,双键位置在5位;麦角甾醇,双键位置在5,7,22 位。,(1)胆甾醇 分子式为C27H46O,俗称胆固醇,是一种白色结晶,m.p.149,max=220nm。1775年由Conrud发现,是最重要的动物甾醇,动物所有细胞组织内,中枢神经细胞内及皮脂与肾脏内特多,在成人体内,大约含240克。含胆固醇较高食物有猪油、黄油、动物内脏、鹌鹑蛋、墨鱼、鱿鱼籽等。胆固醇易吸收,其酯不被吸收,并受植物甾醇抑制。食物胆甾醇吸收率1/3。胆固醇在老年人体内过高是有害的,可引起高血压
9、、冠心病、胆结石、动脉硬化等疾病。但在人体内并不是越低越好,应将胆固醇保持在一个合理的水平上。,胆固醇对人体健康至关重要:首先,胆固醇是人体组织结构、生命活动及新陈代谢中必不可少的一种物质,它参与细胞与细胞膜的构成;其次,人体的免疫力,只有在胆固醇的协作下,才能完成其防御感染、自我稳定和免疫监视三大功能;第三,胆固醇是肾上腺皮质激素、性激素等的基本原料。如果体内胆固醇过低,会造成机体功能紊乱,免疫功能下降,精神状态不稳定,血管壁变脆,脑溢血的危险增加等。因此在防治心脑血管疾病时,应进行综合“治理”,并将胆固醇保持在一个合理的水平上。,胆甾醇细胞内合成过程:(1)乙酰辅酶-A经缩合、水解、辅酶N
10、ADPH还原生成(R)-3-甲基-3,5-二羟基戊酸(MVA)。,乙酰辅酶-A MVA,(2)MVA经多步转变成角鲨烯(squalene)(甾体化合物母体合成的前体)。,单萜焦磷酸酯,(3)角鲨烯氧化得2,3-角鲨烯环氧化物,经酶催化环化聚合,重排甲基与脱去H+得羊毛甾醇,再经一系列酶催化反应,最后得到胆甾醇。,羊毛甾醇 胆固醇,思考:如何将胆甾醇转变成(A).5-胆甾-3-酮(B).5-胆甾-3,6-二醇,胆甾醇用途之一是用来代替薯蓣皂素作原料合成甾体激素。例胆甾醇通过微生物转变成雌酮、A.D.D.等,用A.D.D.可制造蛋白质同化激素、雄激素、雌激素、利尿激素、牛肉肥育激素、抗癌剂等。,1
11、,4-雄甾二烯-3,7-二酮,(androsta-1,4-diene-3,17-dione),胆甾醇在体内转变成维生素D3,胆酸,皮质激素等。,(2)麦角甾醇 分子式为C28H44O,白色片状或针状结晶,m.p.=165,=-130,max=282nm。不溶于水,溶于热乙醇和乙醚。存在于酵母菌、麦角菌、霉菌中,在空气中极不稳定,一般保存于植物油中。,分子中有三个双键,抗氧化能力强,生理活性大可作为合成甾体激素和药物的原料,例:,维生素D2,2.甾体皂素 甾体皂素是一类C-27甾体化合物,主要存在于苜蓿、大豆、绿豆、燕麦、蚕豆、碗豆、茄子、菠菜、花、,苋菜、四季豆、大蒜、人参、甘草、茶叶中,其中
12、:苜蓿、大豆、碗豆、花生中含量高。例:薯蓣皂素:,剑麻皂素:,甾体皂素和水形成亲水胶体,有强的表面活性,能形成稳定的泡沫,又能起乳化作用,用于充碳酸气饮料。甾体皂素和糖组成皂苷,天然物可用于饮料,啤酒等的起泡剂,较温和;也可作洗涤剂;是合成性激素、贤上腺皮质激素等药物的重要原料。皂素测定方法:植物原料在索氏提取器中用丙酮或乙醚除去脂肪,甲醇萃取得粗提液,再薄层色谱(TLC)测定。,3.甾体激素 甾体激素结构上的特点是C17上没有长的碳链,主要有性激素与肾上腺皮质激素。是一类维持生命、保持正常生活、促进性器官发育、维持生殖的重要生物活性物质,不仅能治疗多种疾病,而且也是计划生育及产生免疫抑制等方
13、面不可缺少的药物。(1)性激素 性腺(睾丸或卵巢)的分泌物,有雄性激素,雌性激素,妊娠激素三种。生理作用很强,很少量就能产生极大的影响。,睾丸酮 分子式为C19H28O2,学名为17-羟基-4-雄甾烯-3-酮,针状结晶,m.p.=155,=+209(c=4,乙醇),不溶于水,溶于乙醇、醚和其溶剂,在人体内不稳定。,睾丸酮,甲基睾丸酮 分子式C20H30O2,学名17-羟基-17-甲基-4-雄甾烯-3-酮,白色晶体,m.p.=162167,=+81(1%乙醇),空气中稳定,受光易变化。在人体内可合成ADD。,甲基睾丸酮,雌酮 分子式为C18H22O2,学名3-羟基-1,3,5-雌三烯-17-酮。
14、,丙酸睾丸酮 丙酸睾丸酮分子式为C22H32O3,学名为17-羟基-4-雄甾烯-3-酮丙酸酯,简称丙睾酮。白色结晶或结晶性粉末,m.p.118123,+88(c=1,乙醇)。不溶于水,略溶于植物油中,易溶于氯仿、乙醇、乙醚等溶剂。,苯甲酸雌二醇 分子式为C25H27O3,学名3,17-二羟基-1,3,5(10)-雌三烯-3-苯甲酸酯。白色结晶,m.p.191196,+60(c=1,二氧六环)。不溶于水,略溶于丙酮,微溶于、乙醇或植物油中。进入体内水解成雌二醇起作用,雌二醇强度为雌酮的10倍。,孕(甾)酮 又称黄体酮,分子式C21H30O2,学名为4-孕甾烯-3,20-二酮。白色或微黄色结晶或粉
15、末,m.p.=127131,=+195(c=0.5,乙醇)。不溶于水,溶于丙酮、二氧六环和浓硫酸。孕酮有抑制排卵、停止月经、抑制动情并使受精卵在子宫中发育等生理作用。医药上用于防止流产。,妊娠激素有抑制排卵、防止再孕的作用,可作避孕药,但孕酮口服需要很大的剂量。科学家把结构改造成炔诺酮,极大地提高了效果,且和雌性激素配合使用,效果更佳。它们的结构如下:,炔诺酮(起妊娠激素的作用),炔雌二醇(起雌性激素作用),(2)肾上腺皮质激素 肾上腺皮质激素是产生于肾上腺皮质部分的一类激素。现已由肾上腺皮质部分分离出30种甾体化合物,其中有几种具有激素的性质,如皮质甾酮、皮质酮、11-去氧皮质甾酮、皮质醇等
16、。它们在结构上有些类似,在C17上都有-COCH2OH基团,C3为酮基,C4C5间为双键,皮质醇 又称氢化可的松,学名11,17,21-三羟基-4-孕烯-3,20-二酮。,皮质酮 皮质酮又称可的松,学名17,21-二羟基-4-孕烯-3,11,20-三酮。m.p.=220224,=+209。,皮质甾酮 学名为11,21-二羟基-4-孕烯-3,20-二酮。,11-去氧皮质甾酮 学名为21-羟基-4-孕烯-3,20-二酮。,肾上腺皮质激素对糖、蛋白质、脂肪的代谢和无机盐(Na+、K+盐)代谢有显著影响,但更重要的是发现可的松、氢化可的松可治疗治疗类风湿关节炎,还可治疗支气管哮喘、皮肤炎症、过敏等作用
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