自然界有含氟,氯,溴的天然有機化合物嗎?
我只知道有含碘的有機物-比如人甲狀腺素,可其它鹵素天然有機化合物沒見過
有的是。氟氯溴碘全齊。
地球上的「自然界」有沒有,我沒有調查過。但是我可以負責任地告訴你:天上有。
今年 10 月 17 日,天體化學家首次在星際空間中發現有機鹵素:一氯甲烷(CH3Cl),俗稱氟利昂-40.
所處的原恆星系統 IRAS 16293-2422 是一顆類似於太陽的恆星——也就是說和我們太陽系早期的條件比較類似。不僅如此,科學家還同時在太陽系內的彗星 Churyumov-Gerasimenko 上發現了一氯甲烷。
這個新聞上個月刷了各大天文學網站的屏,也算是很會搞大新聞了。
(20171110補充修改)
提問者的原意應該是「自然界有沒有來自生物體內,含氟、氯、溴的天然有機化合物?」
答案應該是:都有。
含氯的生物源天然有機化合物很多,典型例子就是大家熟知的氯黴素,它是委內瑞拉鏈絲菌產生的抗生素,屬生物次生代謝產物。含溴生物源天然有機化合物多來自海洋生物,這個問題下的回答中有很多優秀回答,筆者就不再重複了。
含氟的生物源天然有機化合物雖然很少,但確實存在,距離我們也並不遙遠,舉一個很典型的例子:
禁用滅鼠藥氟乙醯胺(當年「邱氏鼠藥」中的違禁成分)或者氟乙酸鈉,劇毒,毒理是進入人體後生成氟乙酸,進而合成氟檸檬酸後阻斷三羧酸循環,稱為「致死合成」。2013年震驚全國的「奪命快遞」事件,快遞泄漏的致命物質是氟乙酸甲酯,它的毒理也是進入人體後生成氟乙酸,因此僅僅泄漏物沾染就導致了致人死命的嚴重後果。
有趣的是,氟乙酸鈉竟然是一種天然有機化合物,它來自南非的一種毒鼠子科毒鼠子屬植物Dichapetalum cymosum,這種植物的英文俗名就稱為Poison leaf(毒葉,毒葉木),這種植物有劇毒,1944年分離出其有毒成分氟乙酸鈉FCH2COONa,這是第一個被分離的生物源天然含氟有機化合物,也是屈指可數的天然含氟有機化合物之一。
這是英文維基對Dichapetalum cymosum的介紹:Dichapetalum cymosum
氟乙酸鈉很快被證明是一種有效的殺鼠劑,我國在上世紀70年代到80年代初曾廣泛使用氟乙酸鈉(又稱1080)和氟乙醯胺(氟乙酸的前體,又稱1081)作為殺蟲劑、殺鼠劑等,但其毒性太大,容易引起二次中毒,更可怕的是它們無色無味中毒潛伏期又長(氟乙酸進入體內後「致死合成」需要一定的時間,不像氰化物等劇毒物幾乎立即表現出毒理效應),中毒癥狀以神經癥狀為主,不典型,極易誤診,非常容易被犯罪分子利用投毒。
上世紀80年代國內曾發生過一起重大案件(此案件曾經作為報告文學登載在80年代的《中國老年》雜誌上,是公開的),丈夫以氟乙醯胺對妻子和小舅子小量多次投毒,並及時將受害人送往醫院診治,在醫院治療過程中又反覆小量多次投毒,但醫院一直誤診為「非特異性腦炎」,最終導致受害者死亡,遺體都已火化,但家屬強烈要求公安機關調查,最後化驗出兩位受害者骨灰含氟量是正常骨灰的數倍,這才作為間接證據鎖定犯罪分子,使之伏法,當時還不把犯罪分子稱為犯罪嫌疑人,也沒有無罪推定,如果類似案件放在今天,嫌疑人可能因為證據不足而逍遙法外!
這起案件的相關論文筆者已經在CNKI上找到,發表於1991年《第四次全國法醫學術交流會論文集(上卷)》,註冊CNKI後可免費下載:氟乙醯胺中毒致死兩例--《第四次全國法醫學術交流會論文集(上卷)》1991年
因此氟乙醯胺和氟乙酸鈉很快被禁用,但90年代後又出現了一種導致更多嚴重事件的禁用滅鼠藥——毒鼠強,這就是題外話了。
為何某些含氟有機化合物有著強烈的生理效應?這源自有機化合物中氟原子的「偽擬效應」。「偽擬效應」通俗地說,就是氟原子大小和氫原子差不多(元素周期表中,氫放在鋰上面或者氟上面其實都是可以的),氟代後往往不會產生明顯的空間效應,對有機化合物立體構象影響不大,很多酶不能識別氟代底物,氟代底物和正常底物一樣可以結合上去。
但C—F鍵性質與C—H鍵差異很大,例如碳上的活潑氫往往可以以H+形式離去,C—F鍵離去F+則幾乎不可能,酶結合氟代底物後,很可能無法進行下一步正常反應,甚至導致酶失活,這就是「阻斷效應」。「偽擬效應」導致了很多有機氟化合物有很強的生理活性,例如5-氟尿嘧啶有強烈抑制DNA合成的作用,從而導致細胞毒作用,可作為抗腫瘤化療藥物。
氟乙酸及其衍生物的強烈毒性,正源於此。
含鹵素的天然產物,文獻中時不時還是會有報道的,直接上圖吧:
【1】J. Nat. Prod., 2016, 79 (3), 463–469. (The First Isolation of Bromo-Chloro-Iodo Secondary Metabolites)
【2】J. Am. Chem. Soc., 2015, 137 (38), 12343–12351. (海綿中分離得到的)
【3】Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 1-6. (雪跳蟲中分離得到)
【4】Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 2–18. (鹵化酶)
有興趣的話可以到SCIfinder或者Dictionary of natural products上面搜索一下,應該還是不少的!
摘自裴sir的中有。
隨便舉個栗子。
由於海洋高鹽度的環境,許多和海洋有關生物體內的天然產物含鹵素。上圖物種來自一類近海的Laurencia植物。@我老闆 @N. Z. Burns @E. M. Carreira 歡迎圍觀以上lab主頁
不僅存在,而且地球上絕大多數鹵代「有機化合物」都是自然合成的。
人類生產最多的鹵代物應該是鹵代烴了,氟氯溴碘加起來大概每年在十萬噸級別。但僅僅海藻一類生物,產生的氯代甲烷量就有500萬噸左右。
更正:書上原話只有氯甲烷。我承認錯誤。我這個ZZ忘了有氯乙烯這回事。我該死。我向人民和元老院認罪。
(題主找本不是特別水的有機化學教材,打開鹵代烴一章,在附錄里大概都會舉這個例子-因為它太經典了-好像人教版有本選修也提過?)
你要是認為非要像甲狀腺素、青黴素那樣「複雜」(其實也不複雜...)的化合物才算「天然有機化合物」,那人類能合成的就更少了-因為人類在生產這些東西的時候一般用的就是天然產物提取-全合成的話估計你一年的收入連一片青黴素都吃不起。
所以,你們初中生還是要學習一個,不要總想著弄個...提個沒啥意義的問題。
有的,有些海洋生物裡面有含溴的有機物,非洲好像有種植物含有氟乙酸酯,劇毒,你可以去查一下。
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