第七章 甾族化合物

胆甾烷系：A、B反式（5系）、别（异）系
3.取代基的构型
天然的甾体化合物C-10、C-13、C-17 侧链大都 位于环的上方，所以常把两个角甲基当作环上其它
取代基构型的参考标准，若其它取代基或C-H键与
角甲基在环的同一侧者称为β-型，以实线表示，反 之则称为-型，以虚线表示。 通常将处于甾环平面上方的基团称为-β型，将处 于甾环平面下方的基团称为-型。 正系中C-5上的氢在环的上方，以实线表示，称 为5β-系；别系中C-5上的氢在环的下方，以虚线表 示，称为5-系
胆甾烷(C-27甾烷)
21 18 12 19 10 5 11 9 13 14 17 16 15 28 29 20 22 23 24 25 26 27
8 7
8 7
6
6
麦角甾烷 (C-28甾烷)
豆甾烷(C-29甾烷)
（二）甾族化合物的命名
——根据甾族母体名称结合IUPAC命名原则进行命名 21 20 O 12 18 17 1911 H 13 16 1 14 15 2 10 8 H 7 H O 3 4 5 6 4-孕甾烯-3,20-二酮 （黄体酮）
[H] [H]
3β-OH 3-OH
R
R ① LiAlH 4
② H2O
HO H
O
三、 甾族化合物的显色反应
甾体化合物在无水条件下用酸处理，能产生各种颜 色反应。这类颜色反应的机理较为复杂，是甾体化合 物与酸作用，经脱水、缩合、氧化等过程生成有色物 1、乙酐-浓硫酸(Liebermann-Burchard)反应：样品的 氯仿(冰醋酸)溶液加硫酸-乙酐（1:20）,产生黄→红→ 紫→蓝→绿→污绿等颜色变化，最后褪色。 2、氯仿-浓硫酸(Salkowski)反应：样品的氯仿溶液加 入硫酸,氯仿层显血红色或蓝色,硫酸层显绿色荧光。
5、五氯化锑-氯仿(Kahlenberg)反应：样品溶液点于 滤纸上，喷20%五氯化锑(或三氯化锑)的氯仿溶液 （不含乙醇和水）于60~70C加热3~5分钟，样品斑点 呈现灰蓝、蓝、灰紫等颜色。
N CH3 CH3
H2N
HO
孕甾烷C3-氨基衍生物
H
HO
H
孕甾烷C20-氨基衍生物
孕甾烷C3及C20氨基衍生物
R
2
R3
R1
R1=NH2（β） R2=CH2OH R3=NH2（）
②胆甾烷衍生物：具有胆甾烷的四环骨架和另一哌定 环，多数是六元环的衍生物，也有呈五环的结合状态。
H
N
R
（3）甾族皂素：是一类C-27甾族化合物
O O
薯蓣皂素
HO
O O
HO
剑麻皂素
H
（4）甾族激素：结构特点是C17上没有长碳链， 主要有性激素和肾上腺皮质素
O
OH
O
O
睾丸酮
HO
孕酮
O CH2OH R
皮质醇：R=OH 皮质甾酮：R=H
O
5、胆汁酸：结构特点是C17上的碳链末端有一 羧基。
HO H H H HO H OH COOH
胆汁酸
第二节 甾族化合物的理化性质
第七章 甾族化合物
本章教学目的与要求
1.掌握甾族化合物的母核结构特点及甾环的编号
2.熟悉甾族化合物的立体构型
3.熟悉甾族化合物的母体结构类型及命名
4.熟悉甾族化合物的理化性质
第一节
甾族化合物的结构与分类
一、概述 甾族化合物以其广泛的生物活性和理化 特性以及独特的结构特点，构成了一大类天然 化合物。甾族化合物也叫类固醇，在生命活动 中起调节和控制作用。甾醇、维生素D、胆汁 酸、性激素、肾上腺皮质素、某些致癌烃、甾 族皂素以及甾族生物碱均属此类。 含义：以环戊烷骈多氢菲 ( 甾核)衍生的一类化 合物的总称。
甾族化合物的立体结构较复杂。仅就甾核而言就有7个 手性碳原子，理论上具有27 =128个旋光异构体。
12 11 1 2 3 19 18 13 * 14 * 8 7 20 17
A
4
* 10 *
5
9
*
C
*
D
*
16 15
B
6
但由于A、B、C、D 四个环彼此稠合及其所 具有的空间位阻，有许 多旋光异构体实际上不 存在。母核的立体构型 主要有两大类，分别 称为粪甾烷系和胆甾烷 系。
2.甾醇的酯化反应—— e键上的羟基易和-COOH酯化
常用的酯化试剂为：氯代甲酸乙酯的吡啶溶液
CH3 CH3 OH HO OH R
ClCOOC2H5 吡啶
CH3 CH3 OH
R
ClCOO OH
3.水解反应—— e键上的酰氧基酯水解速度较快 +
RCOO RCOO
3β (e键)
H
水 解 +
3α(a键)
二、甾族化合物的结构
1.基本母核结构 甾类化合物分子中，都含有一个叫甾核的四环碳骨 架，环上一般带有三个侧链,其基本结构为： 1、R2一般为甲基，称为角 R 2 R3 R 甲基，R3为其它含有不同碳 R1 原子数的取代基。 “甾”是个象形字，是根据这个甾核结 构而来的，“田”表示四个环， “ 〈〈〈 ” 表示为三个侧链。 许多甾体化合物除这三个侧链外，甾 核上还有双键、羟基和其他取代基。
甾核的四个环用A、B、C、D编号，碳原子也按固定 顺序用阿拉伯数字编号。如下图：18 3 2 R20 R 12 17 19 111 13 R D C 1 16 9 10 14 15 2 8 A B 3 7 5 6 4
甾核上的羟基通常是在3 -位，双键通常是在5、6-位或 7、8-位。
2．甾体母核的立体构型
C21甾（C21-steroides）是含有21个碳的甾体衍生物， 以孕甾烷（pregnane）或其异构体为基本骨架。
21 20
CH3 CH2 H
C5、C6——多具双键 C17——多为α-构型 少为β-构型 C20——可有>C=O、-OH C11——可有α-OH
孕甾烷
2. 根据甾族化合物的存在和化学结构可分为：甾醇、 甾族生物碱、甾族激素、甾族皂素、胆汁酸等。 R 28 （1）甾醇
反式
反式 顺式 — —
（2）甾体生物碱
甾体生物碱有多种类型，如：孕甾烷衍生物、胆甾烷 衍生物、螺甾烷衍生物、异螺甾烷衍生物等。 ①孕甾烷衍生物：这些生物碱有的是C3-N或C20-N的一元 氨基衍生物，有的是C3-N及C20-N的双氨基衍生物。多数 分子中氮呈氨基状态连在环外，也有成杂环形式存在。 O
20
21
12
21 18 11 9 13 14 20 17 16 15
22 23 24 25 26 27
17
16
2 3
1
19 10 5
8 7
15
8 7
6
4
6
孕甾烷 (C-21甾烷)
21 18 12 1 2 3 4 19 10 5 11 9 13 14 17 16 15 28 20 22 23 24 25 26 2 3 4 27 1
21 20 22 23 24 25 27
2
HO
1
18
11
12
19 13 17 16 15
26
10 9 5 6
8 7
14
3
4
多数甾醇的C-5、C-6之间有双键。
几种重要的甾醇
名称 R 双键位置 A/B环结合方式
胆甾醇
胆甾烷醇 粪甾烷醇 麦角甾醇 豆甾醇
H
H H -CH3 -C2H5
5， 6
— — 5，7，22 5，22
又称5β系
天然甾体化合物C-9上的氢与C-10上的甲基呈反式, C-10 上的甲基与C-13上的甲基则呈顺式,C-17上的侧链 与两个角甲基也呈顺式构型。
11 1 2 3 5 4 10 9 8 6 7
12 14
13 17 15 16
粪甾烷系：A、B顺式（5β系）、正系
2 1 3 4 5 11 10 9 8 6 7 12 14 15 13 17 16
OH O HO H H O H OH
11β,17,21-三羟基 -4-孕甾烯-3,20-二酮
（氢化可的松，又称皮质醇）
28 21 20 22 24 23 26 25 27
H HO
H
5,7,22-麦角甾三烯-3β-醇 甾族化合物的命名相当复杂，通常使用与其来源或 生理作用有关的俗名。
（三）甾族化合物的分类
Hale Waihona Puke Baidu
a键
100
a键
20
a键
3.0
e键
1.3
根据甾醇氧化速率不同,可测定甾族化合物碳环上 羟基的位置和取向 常用酸性高锰酸钾、臭氧氧化锌粉水解氧化断裂双键
OCOCH3
O
4-雄甾烯-3-酮-17β-乙酸酯
COOH O
O
KMnO 4 。 t-BuOH， K 2CO3， 35 C
8.还原反应 甾酮类化合物常用化学还原剂LiAlH4、NaBH4等 还原羰基。由于甾环的特殊结构，羰基还原后常得到 一种构型为主的产物。 胆甾烷系 粪甾烷系
二、 甾族化合物的一些反应与构象的关系
1.甾醇和碱的反应——在碱性条件下，3-OH常发生构型 翻转，直至达到平衡。例如：
C2H5ONa
HO H
5-胆甾烷-3β-醇(90%)
HO H
5-胆甾烷-3-醇(10%)
C2H5ONa
HO
5β-粪甾烷-3β-醇(10%)
H
HO H
5β-粪甾烷-3-醇(90%)
12 17 16 19 11 13 1 14 9 15 2 10 8 7 3 5 4 6
粪甾烷系（正系）：
18
20
18 12 17 13 11 16 H 19 1 14 9 15 2 10 8 H 7 3 5 4 6
R 20
H 胆甾烷系（别系、异系）：
A、B环反式稠合，
又称5系
A、B环顺式稠合，
3、醋酸-乙酰氯-氯化锌(Tschugaev)反应：样品的冰醋 酸溶液，加几粒氯化锌和乙酰氯共热；或取样品的氯仿 溶液，加冰醋酸、乙酰氯、氯化锌煮沸，反应液呈现紫 红→蓝→绿的变化
4、三氯醋酸(Rosen-Heimer)反应：样品溶液滴在滤纸 上，喷25%的三氯乙酸乙醇溶液，加热至60C呈红色 至紫色。
一、甾族化合物的物理性质 1、甾醇的性质：甾醇通常和高级脂肪酸成酯或以游离 状态存在。植物甾醇主要表现出疏水性，但因其结构上 带有羟基，因而又具有亲水性，即甾醇类化合物在植物 体内具有乳化性，可通过对羟基进行化学改性而得到改 善。甾醇具有两性的特征使得其具有调节和控制反相膜 流动性的能力。
2、甾体生物碱的性质：大多数为无色结晶状固体，有些 为无定形粉末，一般为无色或白色，只有少数有色，甾 体生物碱几乎不溶或难溶于水，能溶于乙醚、氯仿、乙 醇、丙酮等有机溶剂。多数甾体生物碱能与酸成盐，许 多试剂可使甾体生物碱从水溶液中或酸性溶液中 沉淀出 来。
4
HO
R
Br2/CS2
R
HO Br Br
反式加成
HO
5,6β-二溴-3β-胆甾醇
OH 3β,5α,6-胆甾醇
HO
顺式加成
7.氧化反应——羟基处在 a 键上易被氧化 常用铬酸、次溴酸等氧化羟基。 甾醇羟基被氧化活性次序从易到难为： 11β-OH2β-OH3-OH2(3β)-OH
键型
氧化速度
POCl 3-吡啶
CH3 CH3 R
3-OH
H3C
H
2-烯键化合物
CH3 H HO CH3 CH3
R
POCl 3-吡啶
CH3 CH3 R
3β-OH
H2C H
3-亚甲基衍生物
6.加成反应——10、13位上的两个角甲基都是β-构型，
因此甾族化合物的双键加成时从位阻小的一面向双键
进攻。
R
中 性 K 或 Mn Os O O 4
三、甾族化合物的结构类型及命名
（一）甾体母核的基本结构类型
18 12 11 1 2 3 4 10 5 9 8 7 6 14 15 13 17 16
2 3 4 1 19 10 5 11 9 12 13 14 15 18 17 16
8 7
6
雌甾烷(C-18甾烷)
雄甾烷(C-19甾烷)
18 12 1 2 3 4 19 10 5 11 9 13 14
1.甾体类化合物依17位取代基团的不同可分为以下几类： 类型 C21甾类 C17侧链 C2H5衍生物 A/B 反 B/C 反 C/D 顺
强心苷类
甾体皂苷类 植物甾醇 胆汁酸类
不饱和内酯环
含氧螺杂环 8~10个C烃类 戊酸
顺 \反
顺 \反 顺 \反 顺 顺
反
反 反 反 反
顺
反 反 反 反
昆虫变态激素 8~10个C含氧烃类
H
HO
H
多
HO
H
少
4.甾醇的卤化反应——a 键上引入卤素时易发生构型转化， e 键上引入卤素时构型不变。 常用卤化剂为：PBr3、PCl5
CH3 CH3 HO OH H R
PBr3
CH3 CH3
R
Br Br
H
5.甾醇的消去反应——两个处于反式双竖键（双a键） 的基团容易发生消去反应。
CH3 H H3C OH CH3 R