有机化学教案第十一章

1、天然产物化学是研究动物、植物、昆虫、海洋天然产物化学是研究动物、植物、昆虫、海洋生物及微生物等天然产物化学成分的学科，它生物及微生物等天然产物化学成分的学科，它甚至包括人与动物体内许多内源性成分的化学甚至包括人与动物体内许多内源性成分的化学研究。值得一提的是，中国有丰富的中医药宝研究。值得一提的是，中国有丰富的中医药宝库，其中不乏有独特生物活性的产物，以此作库，其中不乏有独特生物活性的产物，以此作为探针研究它们在生命过程中的作用机制也正为探针研究它们在生命过程中的作用机制也正是中国化学家得天独厚、大有作为的领域。是中国化学家得天独厚、大有作为的领域。exitOOOHOHOHHOHO内容提要内容

2、提要一、生物碱的种类及其生理活性一、生物碱的种类及其生理活性二、生物碱的一般性质二、生物碱的一般性质三、生物碱的提取与分离三、生物碱的提取与分离内容提要内容提要 ：在环状化合物成环的原子中，：在环状化合物成环的原子中，除了碳原子外，还有其它杂原子（除了碳原子外，还有其它杂原子（O，N，S等）。等）。 前几章讨论过的前几章讨论过的等，成环的原子中也有杂原子，但这些化合物等，成环的原子中也有杂原子，但这些化合物的性质与相应的开链化合物类似，属于的性质与相应的开链化合物类似，属于。例如：。例如： 本章主要讨论具有芳香性的杂环化合物，本章主要讨论具有芳香性的杂环化合物，这类化合物属于芳香族。这类化合物

3、属于芳香族。芳香族芳香族芳香烃芳香烃杂环化合物杂环化合物苯系芳烃苯系芳烃非苯系芳烃非苯系芳烃O四氢呋喃四氢呋喃NH四氢吡咯四氢吡咯OO-戊内酯戊内酯单环单环稠环稠环五元环五元环六元环六元环ONHNNNNN 杂环化合物多采用音译命名法，即将其杂环化合物多采用音译命名法，即将其英文名称译成同音汉字，并用英文名称译成同音汉字，并用“口口”字旁作为字旁作为杂环的标志。重要的杂环化合物结构和音译名杂环的标志。重要的杂环化合物结构和音译名列举如下：列举如下：O 呋喃呋喃(furan)S 噻吩噻吩(thiophene)HN 吡咯吡咯(pyrrole) 咪唑咪唑(imidazole) 噻唑噻唑(thiazol

4、e)HNN1331NSN 吡啶吡啶(pyridine)NN13 嘧啶嘧啶(pyrimidine)O - -吡喃吡喃( - - pyran) 吲哚吲哚(indole)NH1234567987654321HNNNN 嘌呤嘌呤(purine)24567N138喹啉喹啉(quinoline)N87654321异喹啉异喹啉(isoquinoline) (1)环上若有一个杂原子，则以杂原子的环上若有一个杂原子，则以杂原子的位次为最小，在此基础上再使带有取代基的碳位次为最小，在此基础上再使带有取代基的碳原子位次尽可能小。原子位次尽可能小。 (2)环上若有一个以上相同的杂原子，则从环上若有一个以上相同的杂原子

5、，则从连有取代基或氢原子的杂原子开始编号，并使连有取代基或氢原子的杂原子开始编号，并使所有杂原子的位次总和为最小。所有杂原子的位次总和为最小。 (3)环上若有一个以上不相同的杂原子，则环上若有一个以上不相同的杂原子，则按按OSN的次序编号，并使所有杂原子的编的次序编号，并使所有杂原子的编号尽可能小。号尽可能小。 类似于芳香烃类似于芳香烃H3CCH3ONCH3 2,5- -二甲基呋喃二甲基呋喃1- -甲基吡咯甲基吡咯 31NNHCH35- -甲基咪唑甲基咪唑NS13CH3HOCH2CH24- -甲基甲基- -5- -(2- -羟乙基羟乙基)噻唑噻唑 CHOO2-呋喃甲醛呋喃甲醛O2NCHOO5-

6、硝基硝基-2-呋喃甲醛呋喃甲醛COOHNCH34-甲基甲基-2-吡啶甲酸吡啶甲酸CH2COOHNH3-吲哚乙酸吲哚乙酸2P2呋喃呋喃 ：sp2噻吩噻吩 ：sp23P2OHHHHSHHHH吡咯吡咯 ：sp22P2 以上三种五元杂环化以上三种五元杂环化合物的结构均符合休克尔规则，都有一定程度合物的结构均符合休克尔规则，都有一定程度的芳香性。的芳香性。NHHHHH 但由于环上存在电负性较大的杂原子，所但由于环上存在电负性较大的杂原子，所以与苯不同，共轭体系中各原子电子密度不是以与苯不同，共轭体系中各原子电子密度不是平均分布，键长也不是完全相等，只是趋向于平均分布，键长也不是完全相等，只是趋向于平均化

7、，芳香性比苯小。三种五元杂环化合物平均化，芳香性比苯小。三种五元杂环化合物的稳定性次序为：的稳定性次序为： 随着电负性的增大而减小吡啶吡啶 ：sp2 吡啶的结构也符合休吡啶的结构也符合休克尔规则，和以上三种五元杂环化合物类似，克尔规则，和以上三种五元杂环化合物类似，也有一定程度的芳香性。但氮原子上电子的排也有一定程度的芳香性。但氮原子上电子的排布与吡咯不同，孤电子对处于布与吡咯不同，孤电子对处于sp2杂化轨道，没杂化轨道，没有参与共轭。有参与共轭。2P1NHHHHHHHHH 在五元杂环化合物中，由于杂原子在五元杂环化合物中，由于杂原子2p轨道轨道上的孤电子对与上的孤电子对与4个碳原子的个碳原子

8、的2p轨道形成共轭轨道形成共轭体系，电子离域的结果使环上碳原子周围体系，电子离域的结果使环上碳原子周围 电电子密度增加，大大超过苯环。子密度增加，大大超过苯环。 同时，同时， 杂原子的杂原子的+C效应又使共轭体系内效应又使共轭体系内部两个部两个 位（杂原子的邻位）的电子密度高于位（杂原子的邻位）的电子密度高于两个两个 位（杂原子的间位），因而亲电取代反位（杂原子的间位），因而亲电取代反应优先发生在两个应优先发生在两个 位。位。 在六元杂环化合物中，由于电负性大的氮在六元杂环化合物中，由于电负性大的氮原子的孤电子对没有参与共轭，因而原子的孤电子对没有参与共轭，因而- -I效应使效应使环上碳原子周

9、围电子密度大大减小，低于苯环。环上碳原子周围电子密度大大减小，低于苯环。相对而言，氮原子的邻对位电子密度下降的更相对而言，氮原子的邻对位电子密度下降的更为明显，亲电取代反应一般发生在间位（为明显，亲电取代反应一般发生在间位（ 位）。位）。亲电取代反应的活性次序：亲电取代反应的活性次序： 其次，吡咯和呋喃遇强酸时，杂原子能发其次，吡咯和呋喃遇强酸时，杂原子能发生质子化，破坏大生质子化，破坏大 键，从而呈现共轭二烯烃键，从而呈现共轭二烯烃的性质：易被氧化，加成。而吡啶则比苯更难的性质：易被氧化，加成。而吡啶则比苯更难氧化。氧化。 正因为如此，吡咯和呋喃不能直接用强正因为如此，吡咯和呋喃不能直接用强

10、酸进行硝化、磺化等反应，要采用较温和的非酸进行硝化、磺化等反应，要采用较温和的非质子性试剂。质子性试剂。 另外，吡啶和吡咯虽然都含有氮原子，但另外，吡啶和吡咯虽然都含有氮原子，但前者孤电子对没有参与成键，能接受质子而显前者孤电子对没有参与成键，能接受质子而显碱性，后者的孤电子对参与共轭，不但不能接碱性，后者的孤电子对参与共轭，不但不能接受质子，而且表现出一定的弱酸性。受质子，而且表现出一定的弱酸性。 五元和六元杂环结构上的差异，使它们五元和六元杂环结构上的差异，使它们在物理性质上也有很大的区别。在物理性质上也有很大的区别。 上述四种化合物中，吡啶的极性最大，上述四种化合物中，吡啶的极性最大，且

11、氮原子没有参与成键的孤电子对不仅能与且氮原子没有参与成键的孤电子对不仅能与水形成氢键，还能与一些金属离子形成配位水形成氢键，还能与一些金属离子形成配位键。所以，吡啶与水能以任何比例互溶，又键。所以，吡啶与水能以任何比例互溶，又能溶解大多数极性和非极性有机物（例如乙能溶解大多数极性和非极性有机物（例如乙醇和乙醚），甚至能溶解某些无机盐类。醇和乙醚），甚至能溶解某些无机盐类。 三个五元杂环化合物在水中的溶解度均三个五元杂环化合物在水中的溶解度均小于吡啶，这是因为它们的孤电子对参与了小于吡啶，这是因为它们的孤电子对参与了共轭，杂原子的电子密度降低。共轭，杂原子的电子密度降低。 I2NaOHHNBrB

12、rBrBrNHIIIINHBr2乙醇，乙醇，0吡咯活性最大，往往形成四取代物。吡咯活性最大，往往形成四取代物。OBr2二氧六环二氧六环, 0OBrSBr2乙酸，室温乙酸，室温SBrNBr2300 NBr 五元杂环化合物进行硝化反应时，五元杂环化合物进行硝化反应时，常用的硝化试剂是硝酸乙酰基酯：常用的硝化试剂是硝酸乙酰基酯：CH3COONO2OCH3COONO2- -30 - -5ONO2HNCH3COONO2 , NaOH(CH3CO)2O,5NHNO2CH3COONO2S(CH3CO)2O,- -10NO2SNHNO2/H2SO4300NNO2 五元杂环化合物中的吡咯和呋喃五元杂环化合物中的

13、吡咯和呋喃的磺化反应常用的磺化反应常用C6H5N+SO3为试剂。遇浓硫为试剂。遇浓硫酸不发生质子化反应的噻吩，可在室温下直接酸不发生质子化反应的噻吩，可在室温下直接与浓硫酸进行磺化反应。利用该性质能分离苯与浓硫酸进行磺化反应。利用该性质能分离苯中所含的少量噻吩。中所含的少量噻吩。OSO3HOC5H5N SO3+C2H4Cl2室温室温HN+C5H5N SO3100NHSO3HSH2SO4室温室温SO3HSNH2SO4350NSO3H O(CH3CO)2OSnCl4OCCH3OHHCCH3O(CH3CO)2ONNSnCl4S(CH3CO)2OSOCCH3 由于五元杂环发生亲电取代反应的活性由于五元

14、杂环发生亲电取代反应的活性很强，很难得到一烷基取代产物，所以傅克很强，很难得到一烷基取代产物，所以傅克烷基化反应没有实际应用价值。吡啶则不能烷基化反应没有实际应用价值。吡啶则不能发生傅发生傅克烷酰化反应。克烷酰化反应。 OH2/PdO四氢呋喃四氢呋喃HNH2/PdNHSH2/MoS2SNH2/PtNH四氢吡咯四氢吡咯四氢噻吩四氢噻吩六氢吡啶六氢吡啶 芳香性最小的呋喃表现出共轭二烯烃的性芳香性最小的呋喃表现出共轭二烯烃的性质，能与顺丁烯二酸酐发生质，能与顺丁烯二酸酐发生D-A反应。反应。OOOO+OOOO12345678 五元杂环尤其是呋喃和吡咯对氧化剂十分敏五元杂环尤其是呋喃和吡咯对氧化剂十分敏感，例如吡咯在空气中放置，颜色很快变深。感，例如吡咯在空气中放置，颜色很快变深。而吡啶只能发生侧链的氧化反应，例如：而吡啶只能发生侧链的氧化反应，例如： NCH3KMnO4H+,NCOOHNH+,KMnO4NCOOHCOOH 碱性次序：碱性次序：。例：。例：(CH3CH2)2NCH3 CH3(CH2)4NH2 HN NH3 NNH2HNHCl.N + HClN+ SO3NN+SO