胡蘿卜素碳氫化合物紫羅蘭酮

㈠ 胡蘿卜素的化學式

胡蘿卜素（英語：carotene）是指若干種相關的不飽和烴，分子式為C40H56，由植物合成，但動物不能製造。胡蘿卜素是橘色的光合色素。對於人眼視覺，各種胡蘿卜都是有顏色的。胡蘿卜素使許多蔬菜和水果帶有橘色，例如地瓜或者哈密瓜。這也是乾枯的樹葉顯示橘色的原因。奶類脂肪與與奶油的黃色也是由於低濃度的胡蘿卜素。那些把有顏色的胡蘿卜素轉化為無色的類維生素A的能力較弱的雜食動物，例如人類或者雞，具有黃色的體脂肪，這是因為其攝入的植物性膳食中的類胡蘿卜素存儲在體脂肪中。
在光合作用中，胡蘿卜素具有重要作用，能傳遞葉綠素所吸收的光學能量。胡蘿卜素吸收了光合作用中產生的單態氧的能量，從而保護了植物的組織。

β-胡蘿卜素是視黃醇（維生素A）的二聚物，可以在小腸黏膜處的β-胡蘿卜素15,15'-單加氧酶催化下被打開生成視黃醛：

β-胡蘿卜素+ O2 2視黃醛
β-胡蘿卜素可存在肝臟與體脂肪中，需要時可在肝臟中轉變成一種維生素A，因此β-胡蘿卜素是維生素A的前驅物。

其它兩種結構的胡蘿卜素，α-胡蘿卜素與γ-胡蘿卜素，在分子中只有一份視黃醇基團（β-紫羅蘭酮環），也具有維生素A活性，但弱於β-胡蘿卜素。屬於葉黃素的類胡蘿卜素：β-隱黃素也是如此。其它的類胡蘿卜素，如番茄紅素、ε-胡蘿卜素，不具有β-環，因此不具有維生素A活性（但仍可能具有抗氧化活性或其它的生物活性）。

動物物種在轉換類胡蘿卜素中的視黃醇基團（β-紫羅蘭酮環）為視黃醇的能力差別極大。肉食動物一般說來轉換膳食攝入的類胡蘿卜素的β-紫羅蘭酮環的能力很差。純肉食動物缺少β-胡蘿卜素15,15'-單加氧酶，完全不能將任何類胡蘿卜素轉化成視黃醇，因此對這些動物來說，胡蘿卜素不能算是維生素A前驅物。但貓可以將少量的β-胡蘿卜素轉化成視黃醛，雖然這個量完全不能滿足貓的每日的視黃醛的需要量。[1]

㈡ 類胡蘿卜素的結構與命名

一、習慣命名
新類胡蘿卜素的發現者們在給新類胡蘿卜素命名時，一般選擇那些能體現它們的來源或特性（如最大吸收波長）的名字。因此，人們把來自胡蘿卜的色素稱為胡蘿卜素，把來自紫羅蘭的稱為「紫黃質」，把來自海藻的主要色素稱岩藻黃質。這些名稱可以稱為是類胡蘿卜素的習慣命名。在歷史上，由於從某種類胡蘿卜素的第一次分離到其結構的確定之間通常要延遲許多年，因此人們除了選用其習慣名稱外幾乎毫無其它選擇。即使在人們了解了其結構後，許多研究者還是不願放棄使用其習慣命名，這主要是因為這些習慣命名被人們熟悉且簡短，便於日常使用。
到目前為止，在研究工作者已從自然界中鑒定出的700多種類胡蘿卜素中，相當一部分有自己的英文習慣命名。但是，這些習慣命名所表達的分子結構方面的信息太少了。因此，如果使用某一類胡蘿卜素的習慣命名時，應當盡可能同時給出其結構。
對於中文來說，習慣命名的問題可能更復雜一些。這主要是由於不同語言之間的互譯所引起的。目前，在已從自然界中鑒定出的700餘種類胡蘿卜素中，只有有限的一部分有自己的中文習慣命名。由此可以看出，在今後相當一段時間內，為已知的類胡蘿卜素類化合物制定合適的中文習慣名稱仍是我國研究人員應當做的基礎工作之一。
通常，制定類胡蘿卜素習慣命名時，應考慮如下的因素：①第一次分離和鑒定出該化合物的來源；②在自然界中，該化合物含量最豐富的自然資源。顯然，在制定名稱時考慮的越周密，制定出的名稱應用范圍就越廣，使用的時間就越持久。
二、半系統命名—IUPAC規則
1971年，類胡蘿卜素的半系統命名規則首先發表於Otto Isler所編的《類胡蘿卜素》一書中。後經IUPAC的討論和修定，又重新制定並增加了一些評論和修改，正式公布。1974年，類胡蘿卜素的半系統命名規則最終得到了國際理論與應用化學聯盟（IUPAC）和國際生物化學聯盟（IUB）的認可，並被化學文摘（CA）所採用。目前，這種命名方法被大量應用於對新發現的類胡蘿卜素的命名中。
與有機化合物的系統命名相同，類胡蘿卜素的半系統命名從本質上講是對類胡蘿卜素類化合物的分子結構的描述。通過半系統命名規則得到的類胡蘿卜素化合物的名稱可以明確表達一個已知類胡蘿卜素的分子結構。
類胡蘿卜素的半系統命名法包括如下13項具體內容：
規則1—化合物的定義
廣義地講，類胡蘿卜素是一類天然產物的總稱。從分子結構上看，類胡蘿卜素的定義可以從兩個角度來描述：
（1）類胡蘿卜素是一組由8個異戊二烯基本單位構成的碳氫化合物（胡蘿卜素）和它們的氧化衍生物（葉黃素）組成的化合物。
（2）所有類胡蘿卜素都可認為是從非環化的C40H56結構衍生而來的。它們的基本結構均是由位於中央的多聚烯鏈和位於兩端的末端基團通過氫化、脫氫、環化和氧化等過程或方式結合而成的。
規則2—母體的名稱
所有特定類胡蘿卜素的命名都是以母體「胡蘿卜素」為基礎的。母體「胡蘿卜素」的結構及其碳原子定位見相關參考資料。
規則3—末端基團的名稱
類胡蘿卜素碳氫化合物的確切命名是通過在母體「胡蘿卜素」前增加2個希臘字母作為前綴而構成的。這2個前綴代表2個末端基團。已知的末端基團結構、相關的希臘字母以及碳原子的編號見相關參考資料。
希臘字母前綴應按字母順序（b（beta）,γ（gamma）,ε（epsilon）,κ（kappa）,φ（phi）,χ（chi）,ψ（psi））列出。在第一和第二個希臘字母間用逗號分開。第二個字母用連接號與母體名相連，如：ε,ε-胡蘿卜素等。
需要注意的是：在類胡蘿卜素半系統命名規則中，希臘字母前綴的來源不同，例如b和ε來自於對稱類胡蘿卜素，其習慣命名分別為「b-胡蘿卜素」和「ε-胡蘿卜素」；κ來自於對稱的辣椒玉紅素；γ和ψ來自於γ-和ψ-紫羅酮；而χ和φ則代表芳香環。它們與習慣命名中的希臘字母（如：α和δ）的含義是不同的。
在衍生的類胡蘿卜素分子中，一個衍生的末端基團可以由一個以上的母體末端基團提供。在這種情況下，這一衍生末端基團應被命名為順序靠前的字母所表示的末端基團的衍生物。
規則4—碳骨架編號
類胡蘿卜素分子的碳骨架的編號在相關參考文獻中已給出。類胡蘿卜素分子碳骨架的編號用帶「 』 」號和不帶「 』 」號的阿拉伯數字表示，由分子的兩端向中央進行排序編號。在結構式中，分子左端的碳原子用不帶「 』 」號的阿拉伯數字編號，分子右端的碳原子用帶「 』 」號的阿拉伯數字編號。假如分子的兩個末端基團不同，IUPAC規則建議：不帶「 』 」號的阿拉伯數字所定位的末端基團（左端的末端基團）在前，帶「 』 」號的阿拉伯數字所定位的末端基團（右端的末端基團）在後。
規則5—去甲（Nor）類胡蘿卜素和裂環（Seco）類胡蘿卜素
（1）去甲類胡蘿卜素
前綴「去甲」表示從類胡蘿卜素分子中去除CH3、CH2或CH基團。根據類胡蘿卜素分子碳骨架的編號規則，分子中發生去除甲基的位置在前綴中標明。在「去甲」後，類胡蘿卜素分子碳骨架的編碼不變。
（2）裂環類胡蘿卜素
前綴「裂環」 表示環化類胡蘿卜素分子末端基團中相鄰兩個碳原子（除了碳原子1和6）間的鍵斷裂。顯然，此斷裂將導致末端基團的氫原子數量增加。根據類胡蘿卜素分子碳骨架的編號規則，末端基團中發生斷裂的位置在前綴中標明。在「裂環」後，類胡蘿卜素分子碳骨架的編碼不變。
規則6—分子氫化水平
類胡蘿卜素碳氫化合物可以發生氫化或脫氫變化。這些變化可以用前綴「氫化」和「脫氫」來表示。根據類胡蘿卜素分子碳骨架的編號規則，發生「氫化」和「脫氫」的位置在前綴中標明。假如在一個命名中，脫氫和氫化同時出現，則按照脫氫在前，氫化在後的順序表示。
規則7—氧化衍生物
（1）氧化衍生物
類胡蘿卜素碳氫化合物的氧化衍生物是根據有機化學命名規則命名的，用前綴和後綴表示。羧酸、酸酯、醛、酮、乙醇和乙醇酯基團用後綴表示，其它基團用前綴表示。
（2）環氧衍生物
氧橋用前綴「環氧」表示。氧橋橋頭的兩個碳原子的編號必須在前綴中註明。
環氧化物在理論上是由在雙鍵上加一個氧原子形成的。氧橋的形成意味著在兩個碳原子上連接的氫原子被取代，原化合物因此而轉化成一個環氧二脫氫衍生物。
規則8—氧化衍生物的編號
如果類胡蘿卜素碳氫化合物母體上的兩個C9末端基團不同，則它們的氧化衍生物根據規則4中的編號。末端基團用希臘字母表示。
如果類胡蘿卜素碳氫化合物母體上的兩個C9末端基團相同，分子從最小的含氧取代基位數開始編號。
規則9—退（Retro）命名
前綴「退」（斜體字）用來表示共價多烯體系中所有的單、雙鍵位點的移動。分子中發生位移的位數應寫在前綴「退」之前，其中第一個數字表示失去一個質子的碳原子的位數，第二個數字表示是得到一個質子的碳原子的位數。前綴「退」字及其位數應放在規則3所規定的希臘字母之前，並以連接號連接。
規則10—脫輔基（Apo）命名
這是對於類胡蘿卜素分子的碳骨架的一端或兩端失去片斷而產生的衍生物的命名方法。在IUPAC命名規則中，連接在位數之後的非斜體字前綴「脫輔基」用於表示該位上碳原子（本身除外）以外的所有外端上的其它原子均被氫原子取代。但是，不能將一個側鏈甲基基團也看作是它所聯結的碳原子之外的基團。然而，當與前綴「脫輔基」相連的位數大於5時的情況則不同，因為此時已沒必要用希臘字母來表示分子末端基團。為了編號等目的，一個被減短兩個或更少的骨架碳原子的末端可被看作是一個ψ（非環化）末端基團。前綴「雙脫輔基」連接在兩個位數之後，可用於表示除去兩個分子末端的片斷。
規則11—長鏈類胡蘿卜素
長鏈類胡蘿卜素及其氧化衍生物是由8個以上的異戊二烯基本單位構成的。這些異戊二烯單位是通過與C40類胡蘿卜素相同的方式聯結的。在IUPAC命名規則中，它們是以類似於單取代基或雙取代基類胡蘿卜素的命名方式而命名的。碳骨架編號按C40類胡蘿卜素的編號進行。
規則12—立體化學
（1）手性中心的絕對構型
手性中心的絕對構型用RS法則表示。同時，用阿拉伯數字表明位置。
（2）幾何異構
如果未指明是順式構型，母體名「胡蘿卜素」表示的所有雙鍵均為反式構型。在IUPAC命名規則中，順式構型用前綴「順式」表示，位置須在前表明。
目前，IUPAC建議採用前綴「E」和「Z」代替原有的「反式（trans）」和「順式（cis）」來描述類胡蘿卜素分子的幾何異構現象。
規則13—習慣命名的使用
雖然習慣命名在生產和生活中具有一定的使用價值，但在系統研究工作中的應用應予以限制。如果在學術論文中使用了習慣命名，應同時清楚地列出其半系統命名。
一般情況下，只有在化合物的分子結構未知的情況下，才不得不新製造一個習慣命名。現有的習慣命名數量只有在必要時才能再擴充。
原則上不應給予已知類胡蘿卜素的簡單衍生物以新的習慣命名。但是，可以通過對現有習慣命名進行修飾而重新命名母體化合物。