胡萝卜素碳氢化合物紫罗兰酮

㈠ 胡萝卜素的化学式

胡萝卜素（英语：carotene）是指若干种相关的不饱和烃，分子式为C40H56，由植物合成，但动物不能制造。胡萝卜素是橘色的光合色素。对於人眼视觉，各种胡萝卜都是有颜色的。胡萝卜素使许多蔬菜和水果带有橘色，例如地瓜或者哈密瓜。这也是乾枯的树叶显示橘色的原因。奶类脂肪与与奶油的黄色也是由於低浓度的胡萝卜素。那些把有颜色的胡萝卜素转化为无色的类维生素A的能力较弱的杂食动物，例如人类或者鸡，具有黄色的体脂肪，这是因为其摄入的植物性膳食中的类胡萝卜素存储在体脂肪中。
在光合作用中，胡萝卜素具有重要作用，能传递叶绿素所吸收的光学能量。胡萝卜素吸收了光合作用中产生的单态氧的能量，从而保护了植物的组织。

β-胡萝卜素是视黄醇（维生素A）的二聚物，可以在小肠黏膜处的β-胡萝卜素15,15'-单加氧酶催化下被打开生成视黄醛：

β-胡萝卜素+ O2 2视黄醛
β-胡萝卜素可存在肝脏与体脂肪中，需要时可在肝脏中转变成一种维生素A，因此β-胡萝卜素是维生素A的前驱物。

其它两种结构的胡萝卜素，α-胡萝卜素与γ-胡萝卜素，在分子中只有一份视黄醇基团（β-紫罗兰酮环），也具有维生素A活性，但弱於β-胡萝卜素。属於叶黄素的类胡萝卜素：β-隐黄素也是如此。其它的类胡萝卜素，如番茄红素、ε-胡萝卜素，不具有β-环，因此不具有维生素A活性（但仍可能具有抗氧化活性或其它的生物活性）。

动物物种在转换类胡萝卜素中的视黄醇基团（β-紫罗兰酮环）为视黄醇的能力差别极大。肉食动物一般说来转换膳食摄入的类胡萝卜素的β-紫罗兰酮环的能力很差。纯肉食动物缺少β-胡萝卜素15,15'-单加氧酶，完全不能将任何类胡萝卜素转化成视黄醇，因此对这些动物来说，胡萝卜素不能算是维生素A前驱物。但猫可以将少量的β-胡萝卜素转化成视黄醛，虽然这个量完全不能满足猫的每日的视黄醛的需要量。[1]

㈡ 类胡萝卜素的结构与命名

一、习惯命名
新类胡萝卜素的发现者们在给新类胡萝卜素命名时，一般选择那些能体现它们的来源或特性（如最大吸收波长）的名字。因此，人们把来自胡萝卜的色素称为胡萝卜素，把来自紫罗兰的称为“紫黄质”，把来自海藻的主要色素称岩藻黄质。这些名称可以称为是类胡萝卜素的习惯命名。在历史上，由于从某种类胡萝卜素的第一次分离到其结构的确定之间通常要延迟许多年，因此人们除了选用其习惯名称外几乎毫无其它选择。即使在人们了解了其结构后，许多研究者还是不愿放弃使用其习惯命名，这主要是因为这些习惯命名被人们熟悉且简短，便于日常使用。
到目前为止，在研究工作者已从自然界中鉴定出的700多种类胡萝卜素中，相当一部分有自己的英文习惯命名。但是，这些习惯命名所表达的分子结构方面的信息太少了。因此，如果使用某一类胡萝卜素的习惯命名时，应当尽可能同时给出其结构。
对于中文来说，习惯命名的问题可能更复杂一些。这主要是由于不同语言之间的互译所引起的。目前，在已从自然界中鉴定出的700余种类胡萝卜素中，只有有限的一部分有自己的中文习惯命名。由此可以看出，在今后相当一段时间内，为已知的类胡萝卜素类化合物制定合适的中文习惯名称仍是我国研究人员应当做的基础工作之一。
通常，制定类胡萝卜素习惯命名时，应考虑如下的因素：①第一次分离和鉴定出该化合物的来源；②在自然界中，该化合物含量最丰富的自然资源。显然，在制定名称时考虑的越周密，制定出的名称应用范围就越广，使用的时间就越持久。
二、半系统命名—IUPAC规则
1971年，类胡萝卜素的半系统命名规则首先发表于Otto Isler所编的《类胡萝卜素》一书中。后经IUPAC的讨论和修定，又重新制定并增加了一些评论和修改，正式公布。1974年，类胡萝卜素的半系统命名规则最终得到了国际理论与应用化学联盟（IUPAC）和国际生物化学联盟（IUB）的认可，并被化学文摘（CA）所采用。目前，这种命名方法被大量应用于对新发现的类胡萝卜素的命名中。
与有机化合物的系统命名相同，类胡萝卜素的半系统命名从本质上讲是对类胡萝卜素类化合物的分子结构的描述。通过半系统命名规则得到的类胡萝卜素化合物的名称可以明确表达一个已知类胡萝卜素的分子结构。
类胡萝卜素的半系统命名法包括如下13项具体内容：
规则1—化合物的定义
广义地讲，类胡萝卜素是一类天然产物的总称。从分子结构上看，类胡萝卜素的定义可以从两个角度来描述：
（1）类胡萝卜素是一组由8个异戊二烯基本单位构成的碳氢化合物（胡萝卜素）和它们的氧化衍生物（叶黄素）组成的化合物。
（2）所有类胡萝卜素都可认为是从非环化的C40H56结构衍生而来的。它们的基本结构均是由位于中央的多聚烯链和位于两端的末端基团通过氢化、脱氢、环化和氧化等过程或方式结合而成的。
规则2—母体的名称
所有特定类胡萝卜素的命名都是以母体“胡萝卜素”为基础的。母体“胡萝卜素”的结构及其碳原子定位见相关参考资料。
规则3—末端基团的名称
类胡萝卜素碳氢化合物的确切命名是通过在母体“胡萝卜素”前增加2个希腊字母作为前缀而构成的。这2个前缀代表2个末端基团。已知的末端基团结构、相关的希腊字母以及碳原子的编号见相关参考资料。
希腊字母前缀应按字母顺序（b（beta）,γ（gamma）,ε（epsilon）,κ（kappa）,φ（phi）,χ（chi）,ψ（psi））列出。在第一和第二个希腊字母间用逗号分开。第二个字母用连接号与母体名相连，如：ε,ε-胡萝卜素等。
需要注意的是：在类胡萝卜素半系统命名规则中，希腊字母前缀的来源不同，例如b和ε来自于对称类胡萝卜素，其习惯命名分别为“b-胡萝卜素”和“ε-胡萝卜素”；κ来自于对称的辣椒玉红素；γ和ψ来自于γ-和ψ-紫罗酮；而χ和φ则代表芳香环。它们与习惯命名中的希腊字母（如：α和δ）的含义是不同的。
在衍生的类胡萝卜素分子中，一个衍生的末端基团可以由一个以上的母体末端基团提供。在这种情况下，这一衍生末端基团应被命名为顺序靠前的字母所表示的末端基团的衍生物。
规则4—碳骨架编号
类胡萝卜素分子的碳骨架的编号在相关参考文献中已给出。类胡萝卜素分子碳骨架的编号用带“ ’ ”号和不带“ ’ ”号的阿拉伯数字表示，由分子的两端向中央进行排序编号。在结构式中，分子左端的碳原子用不带“ ’ ”号的阿拉伯数字编号，分子右端的碳原子用带“ ’ ”号的阿拉伯数字编号。假如分子的两个末端基团不同，IUPAC规则建议：不带“ ’ ”号的阿拉伯数字所定位的末端基团（左端的末端基团）在前，带“ ’ ”号的阿拉伯数字所定位的末端基团（右端的末端基团）在后。
规则5—去甲（Nor）类胡萝卜素和裂环（Seco）类胡萝卜素
（1）去甲类胡萝卜素
前缀“去甲”表示从类胡萝卜素分子中去除CH3、CH2或CH基团。根据类胡萝卜素分子碳骨架的编号规则，分子中发生去除甲基的位置在前缀中标明。在“去甲”后，类胡萝卜素分子碳骨架的编码不变。
（2）裂环类胡萝卜素
前缀“裂环” 表示环化类胡萝卜素分子末端基团中相邻两个碳原子（除了碳原子1和6）间的键断裂。显然，此断裂将导致末端基团的氢原子数量增加。根据类胡萝卜素分子碳骨架的编号规则，末端基团中发生断裂的位置在前缀中标明。在“裂环”后，类胡萝卜素分子碳骨架的编码不变。
规则6—分子氢化水平
类胡萝卜素碳氢化合物可以发生氢化或脱氢变化。这些变化可以用前缀“氢化”和“脱氢”来表示。根据类胡萝卜素分子碳骨架的编号规则，发生“氢化”和“脱氢”的位置在前缀中标明。假如在一个命名中，脱氢和氢化同时出现，则按照脱氢在前，氢化在后的顺序表示。
规则7—氧化衍生物
（1）氧化衍生物
类胡萝卜素碳氢化合物的氧化衍生物是根据有机化学命名规则命名的，用前缀和后缀表示。羧酸、酸酯、醛、酮、乙醇和乙醇酯基团用后缀表示，其它基团用前缀表示。
（2）环氧衍生物
氧桥用前缀“环氧”表示。氧桥桥头的两个碳原子的编号必须在前缀中注明。
环氧化物在理论上是由在双键上加一个氧原子形成的。氧桥的形成意味着在两个碳原子上连接的氢原子被取代，原化合物因此而转化成一个环氧二脱氢衍生物。
规则8—氧化衍生物的编号
如果类胡萝卜素碳氢化合物母体上的两个C9末端基团不同，则它们的氧化衍生物根据规则4中的编号。末端基团用希腊字母表示。
如果类胡萝卜素碳氢化合物母体上的两个C9末端基团相同，分子从最小的含氧取代基位数开始编号。
规则9—退（Retro）命名
前缀“退”（斜体字）用来表示共价多烯体系中所有的单、双键位点的移动。分子中发生位移的位数应写在前缀“退”之前，其中第一个数字表示失去一个质子的碳原子的位数，第二个数字表示是得到一个质子的碳原子的位数。前缀“退”字及其位数应放在规则3所规定的希腊字母之前，并以连接号连接。
规则10—脱辅基（Apo）命名
这是对于类胡萝卜素分子的碳骨架的一端或两端失去片断而产生的衍生物的命名方法。在IUPAC命名规则中，连接在位数之后的非斜体字前缀“脱辅基”用于表示该位上碳原子（本身除外）以外的所有外端上的其它原子均被氢原子取代。但是，不能将一个侧链甲基基团也看作是它所联结的碳原子之外的基团。然而，当与前缀“脱辅基”相连的位数大于5时的情况则不同，因为此时已没必要用希腊字母来表示分子末端基团。为了编号等目的，一个被减短两个或更少的骨架碳原子的末端可被看作是一个ψ（非环化）末端基团。前缀“双脱辅基”连接在两个位数之后，可用于表示除去两个分子末端的片断。
规则11—长链类胡萝卜素
长链类胡萝卜素及其氧化衍生物是由8个以上的异戊二烯基本单位构成的。这些异戊二烯单位是通过与C40类胡萝卜素相同的方式联结的。在IUPAC命名规则中，它们是以类似于单取代基或双取代基类胡萝卜素的命名方式而命名的。碳骨架编号按C40类胡萝卜素的编号进行。
规则12—立体化学
（1）手性中心的绝对构型
手性中心的绝对构型用RS法则表示。同时，用阿拉伯数字表明位置。
（2）几何异构
如果未指明是顺式构型，母体名“胡萝卜素”表示的所有双键均为反式构型。在IUPAC命名规则中，顺式构型用前缀“顺式”表示，位置须在前表明。
目前，IUPAC建议采用前缀“E”和“Z”代替原有的“反式（trans）”和“顺式（cis）”来描述类胡萝卜素分子的几何异构现象。
规则13—习惯命名的使用
虽然习惯命名在生产和生活中具有一定的使用价值，但在系统研究工作中的应用应予以限制。如果在学术论文中使用了习惯命名，应同时清楚地列出其半系统命名。
一般情况下，只有在化合物的分子结构未知的情况下，才不得不新制造一个习惯命名。现有的习惯命名数量只有在必要时才能再扩充。
原则上不应给予已知类胡萝卜素的简单衍生物以新的习惯命名。但是，可以通过对现有习惯命名进行修饰而重新命名母体化合物。