甾烷和萜烷化合物特征
甾烷和萜烷化合物特征
甾烷和萜烷化合物特征甾、萜类化合物是烃源岩有机抽提物和原油中重要的也是研究最多的一类生物标志化合物。
它们既继承了生物化学组分的许多信息，又记录了从生命有机质到沉积有机质演化的很多证据。
对甾、萜化合物组成和分布特征详细研究，有助于对烃源岩的深入认识，可以更好地揭示烃源岩现今状态和演化历史过程。
（一）甾烷化合物组成特征甾烷类化合物一般归为低分子量甾烷、重排甾烷、规则甾烷和4-甲基甾烷等4类，有些地区还可以检测出甲藻甾烷。
一般情况，甾烷总量占总生标量不到30%，其组成绝大多数是以规则甾烷为主要成分（超过半数），其次是重排甾烷，低分子量甾烷和4-甲基甾烷含量相当，一般小于10%。
甾烷是原油中最为常见和重要的一类生物标志化合物，它们的母质主要来源于藻类和高等植物。
原油中甾烷包括低碳数甾烷、C27~C29规则甾烷和重排甾烷、C28~C30 4-甲基甾烷以及C30甲藻甾烷。
根据规则甾烷相对比例可用于有机质的生源分析，C27甾烷来源于藻类有机体，C28甾烷主要与硅藻有关，C29甾烷的生源既可以是藻类又可以是高等植物。
陆相盆地绝大多数原油中C27~C29甾烷呈“V”字型分布，即C27＞C28＜C29，表明藻类和高等植物双重生源特征。
甾烷基本结构为全氢化菲稠化环戊烷（图1），其中，在C10和C13位上连有甲基，C17位连接较长的支链烷基，在C24位连接C1~C2，分别为C27~C29甾烷。
C5、C14和C17位碳环上氢（H）构型有α和β之分，前人规定：氢原子位于环平面之下的（即C-H键伸向纸）为α-H，氢原子位于环平面之上的（即C-H键伸向纸外）为β-H。
C20为手性碳原子，其立体构型有左旋和右旋两种构型，即R构型和S构型。
（低分子量甾烷）图1 甾烷基本结构图规则甾烷的生物构型为5α(H),14α(H),17α(H)C27~C2920R，随着热演化作用进行，生物构型（R构型）甾烷会不断向地质构型（S构型）转化，即转化为5α(H),14α(H),17α(H)C27~C2920S，并与5α(H),14α(H),17α(H)C27~C2920R共存并最终达到平衡。
萜类和甾体化合物
药用基础化学(下册)
H CH2OH CO
HO O C
CH2OH
CO HO
O
醛固酮
CH2OH
CO
O
OH
O 可的松
O
皮质酮
CH2OH
CO
HO
OH
CH2OH
CO
HOΒιβλιοθήκη OHO 氢化可的松F O
氟氢可的松
第十四章 萜类和甾体化合物
（2）性激素 性激素是由性腺（睾丸、卵巢）分泌，具有增进性器官成熟、 第二性征发育及维持性功能等生理作用，分为雄性激素和雌 性激素两类。
CH2OH
CH2OH
植物醇
维生素A
第十四章 萜类和甾体化合物
4.其他萜类
其他萜类化合物多为植物旳树脂、皂苷或色素旳主要成份， 人参、甘草、桔梗、三七、茯苓等中药具有三萜类化合物， 南瓜和胡萝卜中α-、β–胡萝卜素为四萜类化合物。三萜、 四萜类化合物都有较强旳生理活性。
β-胡萝卜素
药用基础化学(下册)
蒎烷型
坎烷型
双环单萜类分子中都 具有两个碳环，其中 一种是六元环，另一 种能够是三元环、四 元环或五元环。。
O
OH
α-蒎烯
龙脑（2-莰醇）
樟脑（2-莰酮）
第十四章 萜类和甾体化合物
2.倍半萜
倍半萜化合物(C5H8)3是指由3个异戊二烯单元构成，含15个 碳原子，倍半萜是挥发油旳主要成份，其含氧衍生物大多具 有生物活性。
3 O4
17α,21-二羟基孕甾- 4-烯-3,11,20-三酮-21-醋酸酯
胆甾烷
C-10、C-13上有角甲基 C-17上是取代烃基
3
HO
5
Δ5-3β-羟基胆甾烯
有机化学：萜类和甾族化合物
醇，俗称薄荷醇或薄荷脑。
CH3
7
CH
CH2 CH2
1
6
2
CH2 CH2 CH
CH
54 3
8
9
10
OH
CH3 CH3
• 3-萜醇分子中有3个不同的手性碳原子，故有4对 对映异构体，分别是〔 〕薄荷醇、〔 〕异薄 荷醇、〔 〕新薄荷醇和〔 〕新异薄荷醇。即 以下的四个非对映异构体和各自的对映异构体。
练习题17.1 香叶烯〔C10H16〕，一个由月
桂的油中别离而得的萜烯，汲取3摩尔氢分
子而成为C10H22，臭氧分解时产生以下化
合物CH3：CCH3 H C H HC CH2CH2C C H
O
O
O
OO
依据异戊二烯规则，香叶烯可能的结构是什 么？
•
类别 单萜类 倍半萜类 二萜类 三萜类 四萜类 多萜类
H+
重排
•
Cl
Cl
• α-蒎烯
〔张力较大〕
小〕 氯化莰
〔张力较
• 从上式可看出，虽然首先生成3o 碳正离子，但 由于分子内四元环的张力较大，因而仍重排成2o 碳正离子，使其转变成具有张力较小的五元环。 因此，减少环的张力是上述重排发生的主要原因。
• 生成的氯化莰经碱处理后，可排除氯化氢，发生 另一次重排，形成莰烯〔以构象式表示反响过 程〕：
• 3．双环单萜 在萜烷结构中，C8假设分别与C1、C2或C3相连时， 则可形成桥环化合物，它们是莰烷、蒎烷或蒈烷；假设C4与C6 连成桥键则形成zaozi007烷，它们的根本碳骨架及编号如下：
C8~C1相连
7
1
6
2
54 3
8
10
第17章 萜类和甾体化合物
甾烷 雌甾烷
R 13 17 10
-CH3 -CH3
-H
雄甾烷
-CH3 -CH3
-CH2CH3 孕甾烷
H
（三）甾族化合物的构型和构象
甾族分正系和别系两类构型：
正系指A/B环以顺式稠和 B/C和C/D均为反式稠和
别系指A/B环以反式稠和
5-H为β-者为正系 5-H为α-者为别系
R
R
正
CH D
系 A BH H
10
1
C8~C1相连
27 38
6
9
5
4
10
C8~C2相连
2
361
89
4
7
5
10
3
C8~C3相连
4 92 5 87 1
6
10
4
C4~C6相连 5
3
6
2
1
879
10
1
67
89
2
莰烷
5
3
4
10
2
1
3
8 96
7
4 5
蒎烷
10
3
4
2 蒈烷
5
1
6 87
9
荢烷
α-蒎烯
β-蒎烯
由樟科植物樟树中得到，并经升华精制成的一种结晶形 α-莰酮。樟脑分子中有两个手性碳原子，理论上应有四 个异构体，但实际只存在两个： （+）及(-)樟脑。因为碳桥只能在环的一侧，即环需要 的船式构象，必然限制了桥头两个手性碳所连基团的构 型，使其C-1所连的甲基与C-4相连的只能位于顺式构型。
维生素A
2）
胡萝卜素
指出组成下列萜类物质的异戊二烯单元数目、 各属哪一种萜类？画出连接的部位。
甾类化合物和萜类化合物
延缓某些药物的消除
–如华法林、地西泮、吲哚美辛、普萘洛
尔、茶碱、苯妥英钠等
57
雷尼替丁
第二个上市
Ranitidine
H2受体拮抗剂
N O S N H
NO2
N H
58
结构和命名
N’-甲基-N- [2-[ [
[ 5- （二甲氨甲基） -2-呋喃基] 甲基] 硫代] 乙基] -2-硝基1,1-乙烯二胺 盐酸盐
H N N N H NH2 NH2
KK
四年研究200多个组胺衍生物 发现Nτ 胍基组胺有抗H2受体作用 证实了设想
28
第一个H2受体拮抗剂
N
H N S
H N
N H
侧链增长为四碳原子 链端换为碱性较弱的甲基硫脲
–拮抗作用较Nτ 胍基组胺强100倍，且选择性好 –口服无效
29
动态构效分析方法
N N H
H N S N
H N
N
49
碱性
pKa1 (HB+) 6.8 –在稀矿酸中溶解，稀氢氧化钠液中极微溶解 –饱和水溶液呈弱碱性反应 –用高氯酸的非水滴定来测含量
N N H
H N S N
H N
N
50
水解产物
N N H H N S N
O NH2
H N
氨甲酰胍
N N H H N S
胍
H N
NH
双环单萜
莰烷
蒎烷
蒈烷
守烷
莰烷：1，7，7-三甲基双环[2.2.1]庚烷
樟脑
α-莰酮。樟脑分子中有两个 手性碳原子，理论上应有四 个异构体，但实际只存在两 个：（+）及(-)樟脑。樟树中 获得的樟脑是右旋体。
有机化学第十八章-萜类和甾族化合物
O NaBH4
H
OH
龙脑 (m.p.206～208℃)
OH
+
H
异龙脑 (m.p.214～217℃)
(一)倍半萜类
• 倍半萜类是含有三个异戊二烯单位的萜类化合物，具有链状、单环或双 环结构。例如:
• 法尼醇又称金合欢醇，存在于香茅草、茉莉、橙花、玫瑰等多种芳香 植物的挥发油中，是一种珍贵的香料。
• 杜鹃酮又称大牛儿酮，存在于满山红 (兴安杜鹃)的挥发油中，有平喘、 镇咳与化痰的作用。
实例
蒎烯 姜烯 樟脑烯 鲨烯 胡萝卜素
（一）单萜类化合物
• 单萜是较为重要的萜类，由两个异戊二烯单元组成，根据分子中两 个异戊二烯单位相互连接方式的不同，单萜类化合物又可分为链状 单萜、单环单萜与双环单萜。
• 1. 链状单萜类化合物 • 链状单萜类化合物，其分子基本碳架如下:
C CC CCC CC 或
思 考：
1. 用系统命名方法命名上述化合物？ 2. 莰烷为什么以船式构象存在？
2. 蒎烯 (又称松香精、松油二环烯) 蒎烯根据烯键位置不同，有α-蒎烯与β-蒎烯两种异构体。
C H3C H3
C H2C H2
α-蒎烯
β-蒎烯
❖ 二者均存在于松节油中，但以α-蒎烯为主（占松节油的60%），蒎烯是工业 上用来合成樟脑的原料。它们在O℃以下可与HCl发生亲电加成反应，生成氯化 氢化蒎烯，在较高温度下的产物则是因为在反应过程中形成的碳正离子发生分 子重排，即由蒎碳正离子重排为莰正碳离子，使原来环张力较大的蒎烯四碳环 转变为张力较小的五碳莰环，最后产物与Cl-形成氯化莰。
(三) 双环单萜类化合物
• 双环单萜指分子结构中含有两个碳环的单萜。
1. 基本碳架与命名
萜类化合物的基本特征
萜类化合物的基本特征萜类化合物是一类具有重要生物活性的天然有机化合物，广泛存在于植物、动物和微生物中。
以下是萜类化合物的基本特征：
1. 碳架结构：萜类化合物的基本碳架结构通常由异戊二烯单元通过头尾或尾尾连接而成，形成具有多个碳原子的环状或链状结构。
2. 功能团：萜类化合物通常含有丰富的功能团，如羟基、羰基、羧基、醚键、双键等。
这些功能团赋予了萜类化合物各种生物活性，如抗菌、抗炎、抗氧化、抗肿瘤等。
3. 立体化学：萜类化合物通常具有复杂的立体化学结构，包括手性中心、顺反异构体等。
这些立体结构对于其生物活性和药理作用具有重要影响。
4. 分类：萜类化合物根据其基本碳架结构的不同，可以分为单萜、倍半萜、二萜、三萜等不同类别。
不同类别的萜类化合物具有不同的化学性质和生物活性。
5. 广泛存在：萜类化合物广泛存在于自然界中，尤其是植物中。
许多植物的精油、挥发油、树脂等都含有丰富的萜类化合物。
6. 生物活性：萜类化合物具有广泛的生物活性，如抗菌、抗炎、抗氧化、抗肿瘤、驱虫、调节免疫等。
许多萜类化合物已被开发成药物或药物前体，用于治疗各种疾病。
萜类化合物具有复杂的碳架结构、丰富的功能团、多样的立体化学结构、广泛的存在和重要的生物活性等基本特征。
这些特征使得萜类化合物成为一类重要的天然产物和药物研究领域。
第十六章 萜类和甾类化合物
月桂烯 （存在于月桂子油等中）
对薄荷烯 （存在于柠檬，橘子中）
姜烯 （存在于姜油中）
松节油（α 蒎烯） （存在于松节油等中）
异樟烯 （存在于姜油，冷杉等中）
2. 萜类化合物的分类 单萜 两个异戊二烯单位 C10
倍半萜
双萜 三萜 四萜
三个异戊二烯单位
四个异戊二烯单位 六个异戊二烯单位 八个异戊二烯单位
COOH
甘草次酸
O
HO
甘草次酸Glycyrrhetinic acid 为白色粉末，有特有气味， 是天然植物甘草的主要有效成分，是经典的抗炎药物。 目前，在医药、化妆品等领域中广泛应用。甘草次酸 在日化行业的应用 护肤、美容、祛斑作用。将其应用 于化妆品中可调节皮肤的免疫功能，增强皮肤的抗病 能力，消除炎症、预防过敏、清洁皮肤，同时还能解 除化妆品及其它外界因素对皮肤的毒副作用。此外， 它还能有效抑制酪氨酸酶的活化，阻止黑色素的产生， 具有美白功效。
第十六 章
萜类和甾体化合物
主要内容
第一节 第二节 萜类化合物 甾体化合物
第一节
一、结构与分类 1.
萜类化合物
萜类化合物结构和异戊二烯规律 萜类化合物是指由两个或两个以上异戊二烯分子 相连而成（主要以头尾相连）的聚合物及其含氧 的和饱和程度不等的衍生物。
CH3 CH2=C CH=CH2 异戊二烯 C (头)C C C C(尾) 异戊二烯单位
山道年
O O 山道年
山道年存在于某些蒿属植物中，为无色晶体，熔 点174-176℃，遇光变黄，可溶于乙醇、氯仿和苯。 有α-、β-两种立体异构体。用作驱蛔虫和驱蛲虫剂。 我国化学家黄鸣龙对山道年的立体构型研究作出 了重要贡献。
O
愈创木薁
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甾烷和萜烷化合物特征
甾、萜类化合物是烃源岩有机抽提物和原油中重要的也是研究最多的一类生物标志化合物。
它们既继承了生物化学组分的许多信息，又记录了从生命有机质到沉积有机质演化的很多证据。
对甾、萜化合物组成和分布特征详细研究，有助于对烃源岩的深入认识，可以更好地揭示烃源岩现今状态和演化历史过程。
（一）甾烷化合物组成特征
甾烷类化合物一般归为低分子量甾烷、重排甾烷、规则甾烷和4-甲基甾烷等4类，有些地区还可以检测出甲藻甾烷。
一般情况，甾烷总量占总生标量不到30%，其内组成绝大多数是以规则甾烷为主要成分（超过半数），其次是重排甾烷，低分子量甾烷和4-甲基甾烷含量相当，一般小于10%。
甾烷是原油中最为常见和重要的一类生物标志化合物，它们的母质主要来源于藻类和高等植物。
原油中甾烷包括低碳数甾烷、C27~C29规则甾烷和重排甾烷、C28~C30 4-甲基甾烷以及C30甲藻甾烷。
根据规则甾烷相对比例可用于有机质的生源分析，C27甾烷来源于藻类有机体，C28甾烷主要与硅藻有关，C29甾烷的生源既可以是藻类又可以是高等植物。
陆相盆地绝大多数原油中C27~C29甾烷呈“V”字型分布，即C27＞C28＜C29，表明藻类和高等植物双重生源特征。
甾烷基本结构为全氢化菲稠化环戊烷（图1），其中，在C10和C13位上连有甲基，C17位连接较长的支链烷基，在C24位连接C1~C2，分别为C27~C29甾烷。
C5、C14和C17位碳环上氢（H）构型有α和β之分，前人规定：氢原子位于环平面之下的（即C-H键伸向纸内）为α-H，氢原子位于环平面之上的（即C-H键伸向纸外）为β-H。
C20为手性碳原子，其立体构型有左旋和右旋两种构型，即R构型和S构型。
（低分子量甾烷）
图1 甾烷基本结构图
规则甾烷的生物构型为5α(H),14α(H),17α(H)C27~C2920R，随着热演化作用进行，生物构型（R构型）甾烷会不断向地质构型（S构型）转化，即转化为5α(H),14α(H),17α(H)C27~C2920S，并与5α(H),14α(H),17α(H)C27~C2920R共存并最终达到平衡。
因此，人们常用甾烷的20S/(20R+20S)比值来衡量有机质热演化程度。
在R构型向S构型转化的同时，C14和C17位上的α-H会向β-H转化，即转化为5α(H),14β(H),17β(H)C27~C2920R和5α(H),14β(H),17β(H)C27~C2920S，同样形成αα与ββ共存并最终达到平衡。
所以，也常用ββ/(αα+ββ) 比值来衡量有机质热演化程度，并且与20S/(20R+20S)比值有良好的线性关系。
近年来研究表明，ββ型甾烷在运移过程中会相对富集，所以，对于运移距离较长的原油，ββ/(αα+ββ) 与20S/(20R+20S)关系会偏离线性关系。
在C4位上连有甲基的甾烷称为4-甲基甾烷，它比规则甾烷多一个碳原子，有C28~C30，原油中一般检测到的为C30的4-甲基甾烷较为丰富。
C10位和C13位上甲基因热作用会发生重排，甲基分别连接在C5和C14位上。
同样，在C13位和C17位上氢（H）的构型有α和β之分，在C20位有R和S两种立体构型，从而产生一系列重排甾烷，具体图谱鉴定如图2和表1。
E:\data\C04243a2004-06-22 13:53:05CL-041149 3400
图2 m/e217质量色谱图（甾族化合物）表1 m/e217质量色谱图甾族化合物鉴定表
（二）萜烷化合物组成特征
萜烷类化合物和甾烷化合物一样，是重要生物标志物，它也具有丰富的有机质生源信息和热演化记录。
萜烷也是原油中重要的生物标志化合物之一，可以提供许多关于生油母质信息，解决原油演化程度问题。
原油中检测到的萜烷一般有二环倍半萜烷、三环二萜烷、四环二萜烷、长链三环萜烷、长链四环萜烷、五环三萜烷和四萜烷等，其中以五环三萜烷最丰富和最重要。
五环三萜烷可以分为藿烷类和非藿烷类，陆相原油中最广泛而又最丰富的是藿烷类，均以17α(H)21β(H)藿烷系列（C 27~C 35）为主，其次是17β(H)21α(H)莫烷系列、18α(H)新藿烷系列和重排藿烷，它们的主要先体物质是细菌藿四醇，其含量高低反映低等原核生物有机质贡献大小。
藿烷的基本结构为四个六元环（苯并菲）和一个五元环稠合而成（图3）， 3
3
（藿烷系列）
图3 萜烷基本结构图
正常的藿烷碳数为30，除了在C4、C8、C10、C14、C18位上均有甲基取代外，C21位上是异丙基。
藿烷的立体异构主要发生在C17和C21上的α和β构型，以及C22位上的R和S构型（仅当碳数大于30时才有）。
同样，17β(H)21β(H)为生物构型，随着热演化作用，生物构型向17β(H)21α (H)和17α(H)21β(H)地质构型转化。
我们又把17β(H)21α (H)称为莫烷系列，17α(H)21β(H)称为藿烷系列，随着热演化作用的加强，莫烷系列可以进一步转化为藿烷系列，即ββ→βα→αβ。
碳数小于30的藿烷称为降藿烷，碳数大于30的称为升藿烷。
藿烷系列碳数为C27~C35，C28较为少见。
长链三环萜烷一般碳数分布在C19~C31（有资料表明该类化合物碳数可以高达45），其中C22和C27较少，以C21和C23最为丰富，C26以后有R和S两个立体异构体。
在C26之前常出现一个峰，就是C24-四环萜烷。
萜烷具体鉴定见表2和图4，图5。
E:\data\C042412004-06-22 07:53:26CL-041147 3469
图4 m/e191质量色谱图（长链三环萜烷）E:\data\C042412004-06-22 07:53:26CL-041147 3469
图5 m/e191质量色谱图（五环三萜烷）。