杂环化合物与生物碱

1、关于杂环化合物与生物碱现在学习的是第一页，共42页本章讲解：本章讲解：u1、杂环化合物的分类与命名掌握u2、杂环化合物的结构理解u3、杂环化合物的化学性质理解u4、生物碱了解现在学习的是第二页，共42页14.1 14.1 杂环化合物的分类与命名杂环化合物的分类与命名 “杂环杂环”就是组成环的原子除就是组成环的原子除C外，还含有其它元素的原子，外，还含有其它元素的原子，这些非碳原子统称为这些非碳原子统称为杂原子杂原子。原则上二价以上的元素都可以成。原则上二价以上的元素都可以成为杂原子，但最常见的是为杂原子，但最常见的是O、S和和N。但不包括极易开环的含杂原子的环状化合物：內酐、内酯、内但不包括极

2、易开环的含杂原子的环状化合物：內酐、内酯、内酰胺等酰胺等 因其性质与相应的脂肪族化合物较相似，因此并入脂肪族因其性质与相应的脂肪族化合物较相似，因此并入脂肪族化合物中讨论，而不列为杂环化合物。化合物中讨论，而不列为杂环化合物。N-HCCOOO现在学习的是第三页，共42页14.1 14.1 杂环化合物的分类与命名杂环化合物的分类与命名 本章讨论的杂环化合物主要环内有本章讨论的杂环化合物主要环内有4n+2个个电子处于环闭共电子处于环闭共轭体系中，轭体系中，统称为芳统称为芳(香香)杂环化合物杂环化合物。 其它不具芳香性的杂环化合物，统称为其它不具芳香性的杂环化合物，统称为非芳香杂非芳香杂环化合物或杂

3、脂环化合物。环化合物或杂脂环化合物。S吡啶吡啶 呋喃呋喃 噻吩噻吩吡咯吡咯 哌啶哌啶 四氢呋喃四氢呋喃现在学习的是第四页，共42页常见的杂环化合物如下：常见的杂环化合物如下： 现在学习的是第五页，共42页常见的杂环化合物如下：常见的杂环化合物如下： 现在学习的是第六页，共42页14.1 14.1 杂环化合物的分类与命名杂环化合物的分类与命名 杂环的命名杂环的命名常用音译法常用音译法，是按外文名词音译成带，是按外文名词音译成带“口口”字旁的同音汉字。字旁的同音汉字。NHOSNNN(pyrrole)(furan)(thiophene)(pyridine)(pyrimidine)NNNNHNNH(q

4、uinoline)(indole)(purine)吡咯呋喃噻吩吡啶嘧啶喹啉吲哚嘌呤现在学习的是第七页，共42页ONSNNNNHN123451234512345123456 咪唑咪唑 噻唑噻唑 噁唑噁唑 嘧啶嘧啶 编号从杂原子开始。遇两相同杂原子编号从杂原子开始。遇两相同杂原子, 则由则由带取代基带取代基(或或H)的杂原子开始。含多个不同杂原子的杂原子开始。含多个不同杂原子, 则按则按 O、S、 N-R、NH、N 顺序编号。顺序编号。现在学习的是第八页，共42页14.2 14.2 杂环化合物的结构杂环化合物的结构一、呋喃、噻吩、吡咯一、呋喃、噻吩、吡咯 呋喃、噻吩、吡咯分子中所有的原子呋喃、噻吩

5、、吡咯分子中所有的原子共平面共平面，具有与苯，具有与苯环类似的结构。环类似的结构。 吡咯吡咯( )： 现在学习的是第九页，共42页14.2 14.2 杂环化合物的结构杂环化合物的结构环状离域的大环状离域的大键键, 5个原子共用个原子共用6个电子个电子,为为富富电子体系。电子体系。现在学习的是第十页，共42页14.2 14.2 杂环化合物的结构杂环化合物的结构呋喃呋喃( )： 噻吩噻吩( )具有与呋喃相似的结构。具有与呋喃相似的结构。 现在学习的是第十一页，共42页14.2 14.2 杂环化合物的结构杂环化合物的结构呋喃环中呋喃环中的杂原子的杂原子O O ( (噻吩中噻吩中为为S S) )的的1

6、 1个个spsp2 2杂化轨杂化轨道上有一道上有一对未共用对未共用电子对。电子对。环状离域的大环状离域的大键键, 5个原子共用个原子共用6个电子个电子,为为富富电子体系。电子体系。sp2S现在学习的是第十二页，共42页 五元杂环为五元杂环为 56 共轭体系，电荷密度比苯大，如以共轭体系，电荷密度比苯大，如以苯环上碳原子的电荷密度为标准（作为苯环上碳原子的电荷密度为标准（作为1），则五元杂），则五元杂环化合物的有效电荷分布为（以吡咯为例）：环化合物的有效电荷分布为（以吡咯为例）： 五元杂环有芳香性，五元杂环有芳香性，但其芳香性不如苯环，因环上但其芳香性不如苯环，因环上的的电子云密度比苯环大，且分

7、布不匀电子云密度比苯环大，且分布不匀，它们在亲电取，它们在亲电取代反应中的速率也比要苯快得多。代反应中的速率也比要苯快得多。OSNH000000+ 0.1- 0.03- 0.02+ 0.20- 0.06- 0.04+ 0.32- 0.10- 0.06111111NH0.681.101.06富电子芳杂环富电子芳杂环现在学习的是第十三页，共42页二、二、 吡啶的结构吡啶的结构吡啶中氮原子采取吡啶中氮原子采取不等性不等性sp2杂化杂化： 由于吡啶环中有由于吡啶环中有6中心中心6电子的大电子的大键，符合休克尔键，符合休克尔4n+2规规则，所以吡啶环亦有芳香性。但由于键长未完全平均化，其则，所以吡啶环亦

8、有芳香性。但由于键长未完全平均化，其芳芳香性不及苯香性不及苯。 现在学习的是第十四页，共42页14.2 14.2 杂环化合物的结构杂环化合物的结构HHHHH由于吡啶环中氮原子上的一对孤对电子与苯环共平面（由于吡啶环中氮原子上的一对孤对电子与苯环共平面（填入填入sp2轨道中），不参与环状共轭体系，所以这一对孤对轨道中），不参与环状共轭体系，所以这一对孤对电子很容易给出去从而表现出电子很容易给出去从而表现出碱性碱性。现在学习的是第十五页，共42页111111N1.430.841.010.87电荷分布亲电取代亲核取代N ，位位1.580.850.950.82电子云向电负性较大的电子云向电负性较大的N

9、原子转移，使原子转移，使吡啶环上的电荷分布吡啶环上的电荷分布也是不均匀的。也是不均匀的。电子云出现的几率密度如下：电子云出现的几率密度如下：吡啶环中吡啶环中C上上 电子云比苯低，这类芳电子云比苯低，这类芳杂环亦称为杂环亦称为“缺电子芳杂环缺电子芳杂环”。在性质上，亲电取代、氧化变难，亲核取代、还原变易；在性质上，亲电取代、氧化变难，亲核取代、还原变易；另外另外 N 能给出其未共用电子对，能给出其未共用电子对，具有具有一定程度的一定程度的碱性碱性，可成盐。，可成盐。现在学习的是第十六页，共42页14.3 14.3 杂环化合物的化学性质杂环化合物的化学性质1 1、呋喃、噻吩、吡咯的反应、呋喃、噻吩

10、、吡咯的反应芳香性芳香性 ( (环的稳定性环的稳定性) )：苯：苯 噻吩噻吩 吡咯吡咯 呋喃呋喃 杂环中的杂环中的p p电子云分布不象苯环那样均匀，环的稳定性电子云分布不象苯环那样均匀，环的稳定性因而不如苯。因而不如苯。O的电负性的电负性(3.5)较大，故呋喃环较大，故呋喃环p p电子共轭程度电子共轭程度较弱，芳香性最小。较弱，芳香性最小。S的电负性的电负性(2.5)在三者中为最小，且在三者中为最小，且S为第为第三周期元素，原子半径较大，原子核对共轭三周期元素，原子半径较大，原子核对共轭p p电子的吸引力较电子的吸引力较小，故噻吩环小，故噻吩环p p电子共轭程度较大，芳香性在三者中是最大电子共

11、轭程度较大，芳香性在三者中是最大的。的。N的电负性的电负性(3.0)在在O、S之间，故吡咯的芳香性介于呋喃之间，故吡咯的芳香性介于呋喃与噻吩之间。与噻吩之间。现在学习的是第十七页，共42页五元杂环化合物五元杂环化合物呋喃、噻吩、吡咯的反应呋喃、噻吩、吡咯的反应 为富电子芳杂环，亲电取代比苯容易为富电子芳杂环，亲电取代比苯容易。亲电取代活性：呋喃、吡咯亲电取代活性：呋喃、吡咯 噻吩噻吩 苯苯 注意：注意：这些杂环进行亲电取代反应时，须用这些杂环进行亲电取代反应时，须用缓和的试剂缓和的试剂在在温和的条件温和的条件下进行下进行（遇强酸及氧化剂很容易使环破坏）（遇强酸及氧化剂很容易使环破坏）。 亲电取

12、代反应主要在亲电取代反应主要在-位发生位发生；若；若-位位两个位置已两个位置已有基团存在，则亲电取代在有基团存在，则亲电取代在位发生。位发生。现在学习的是第十八页，共42页(1) 亲电取代亲电取代SBr2乙酸/室温SBrNHBr2乙醇（稀释）/NHBrBrBrBr（四溴吡咯）（2-溴噻吩）卤代卤代现在学习的是第十九页，共42页乙酰基硝酸酯乙酰基硝酸酯(CH3COONO2)，一种弱的硝，一种弱的硝化试剂，常在低温下进行化试剂，常在低温下进行硝化硝化现在学习的是第二十页，共42页2吡咯磺酸吡咯磺酸磺化磺化现在学习的是第二十一页，共42页(2)(2)加成加成: :现在学习的是第二十二页，共42页(3

13、)(3)傅傅- -克酰基化反应克酰基化反应: :现在学习的是第二十三页，共42页(4) (4) 吡咯的弱碱性和弱酸性吡咯的弱碱性和弱酸性吡咯虽然是一个仲胺，但碱性很弱。吡咯虽然是一个仲胺，但碱性很弱。吡咯具有弱酸性，其酸性介与乙醇和苯酚之间。吡咯具有弱酸性，其酸性介与乙醇和苯酚之间。NHNHNH2Kb3.8 10-102 10-42.5 10-14原因： 上的未共用电子对参与了环的共轭体系，减弱了与 的结合力。NHNHOHKa =1.3 10-101 10-181 10-15CH3CH2OHN原子上的原子上的H原子离解为原子离解为H+的倾向增大的倾向增大现在学习的是第二十四页，共42页K+ K

14、OH(s)+ H2O吡咯能与固体吡咯能与固体KOH加热生成盐：加热生成盐：Question：吡咯加氢变成四氢吡咯：吡咯加氢变成四氢吡咯后后，碱性为什么大大加强？，碱性为什么大大加强？催化加氢催化加氢Kb： 2.510-14 210-4现在学习的是第二十五页，共42页2 2、六元杂环化合物、六元杂环化合物吡啶的反应吡啶的反应碱性比较：脂肪胺碱性比较：脂肪胺 苯胺苯胺Kb： 10-5 2.310-9 3.610-10（1）、碱性与成盐）、碱性与成盐 吡啶的环外有一对未作用的孤对电子，吡啶的环外有一对未作用的孤对电子，具有碱性具有碱性，易，易接受亲电试剂而成盐。吡啶的碱性小于氨大于苯胺。接受亲电试剂

15、而成盐。吡啶的碱性小于氨大于苯胺。Question：吡啶、吡咯、苯胺、哌啶四种化合物碱性强弱顺序？吡啶、吡咯、苯胺、哌啶四种化合物碱性强弱顺序？ 现在学习的是第二十六页，共42页现在学习的是第二十七页，共42页 比苯难得多，比苯难得多，吡啶不发生傅吡啶不发生傅-克反应克反应。 亲电取代主要发生在亲电取代主要发生在-位上位上。 (2) 亲电取代亲电取代现在学习的是第二十八页，共42页吡啶环对氧化作用较苯环稳定，而对还原剂比苯活泼。吡啶环对氧化作用较苯环稳定，而对还原剂比苯活泼。CH3HNO3或或KMnO4，D DCO2Hb b-吡啶甲酸吡啶甲酸(烟酸烟酸)KMnO4，D DCO2H(3) (3)

16、 氧化与还原氧化与还原现在学习的是第二十九页，共42页Na + C2H5OHH六氢吡啶六氢吡啶(哌啶哌啶) (95%)H2 / Pt ,乙酸 H现在学习的是第三十页，共42页3 3、稠杂环、稠杂环吲哚吲哚12345671258喹啉喹啉3467苯并吡咯苯并吡啶现在学习的是第三十一页，共42页NHCH2COOH吲哚乙酸植物激素，少量能调节植物生长，量大则杀伤植物。如在侧链多一个 就失去生理效能。CH2应用：应用：NCH3OCHHONCH CH2奎宁（金鸡钠碱） 存在于金鸡钠树皮中，有抗疟疾疗效现在学习的是第三十二页，共42页嘌呤嘌呤 嘌呤在水溶液中可发生嘌呤在水溶液中可发生酮式酮式-烯醇式互变异构

17、烯醇式互变异构。在晶。在晶态时以态时以7H-嘌呤嘌呤存在。存在。 1 7 9 3 9H-嘌呤嘌呤 1 7 3 9 7H-嘌呤嘌呤 6 1 5 7 2 4 8 39有特定的编号有特定的编号6 - 氨基嘌呤氨基嘌呤NNNHNH2N现在学习的是第三十三页，共42页嘌呤的取代衍生物嘌呤的取代衍生物: :6-6-氨基嘌呤氨基嘌呤( (腺腺嘌呤嘌呤) )2-2-氨基氨基-6-6-羟基羟基嘌呤嘌呤( (鸟鸟嘌呤嘌呤) )2,6-2,6-二羟基二羟基嘌呤嘌呤( (黄黄嘌呤嘌呤) )NH2OHNH2OHHONH2OHNH2OHHONH2OHNH2OHHO 嘌呤嘌呤是生物体内的一种重要碱基其在人体内的分是生物体内

18、的一种重要碱基其在人体内的分解代谢产物就是解代谢产物就是尿酸。尿酸。 现在学习的是第三十四页，共42页痛风（英语：痛风（英语：gout，学名：，学名：metabolic arthritis）又称）又称“高尿酸血高尿酸血症症”， 是人体内有一种叫作嘌呤的物质的新陈代谢发生了紊乱是人体内有一种叫作嘌呤的物质的新陈代谢发生了紊乱，尿酸（嘌呤的氧化代谢产物）的合成增加或排出减少，造成高，尿酸（嘌呤的氧化代谢产物）的合成增加或排出减少，造成高尿酸血症，当血尿酸浓度过高时，尿酸即以钠盐的形式沉积在关尿酸血症，当血尿酸浓度过高时，尿酸即以钠盐的形式沉积在关节、软组织、软骨和肾脏中，引起组织的异物炎性反应，就

19、叫痛节、软组织、软骨和肾脏中，引起组织的异物炎性反应，就叫痛风。风。现在学习的是第三十五页，共42页14.4 14.4 生物碱生物碱 生物碱生物碱是生物体内一类具有一定生理活性的是生物体内一类具有一定生理活性的含氮有机化合含氮有机化合物物。多数属于。多数属于仲胺、叔胺仲胺、叔胺和和季铵类季铵类，少数为，少数为伯胺伯胺，常含，常含氮杂氮杂环环结构，且多具有碱性。结构，且多具有碱性。1：烟碱，尼古丁：烟碱，尼古丁(nicotine)CH3存在于烟叶中，有剧毒。少量存在于烟叶中，有剧毒。少量对中枢神经有兴奋作用，大量则对中枢神经有兴奋作用，大量则抑制中枢神经，出现恶心、呕吐抑制中枢神经，出现恶心、呕

20、吐,使心脏麻痹以至死亡。使心脏麻痹以至死亡。1978年美年美国报告，国报告，1支烟含烟碱支烟含烟碱0.052.5mg.含吡啶环及四氢吡咯环含吡啶环及四氢吡咯环几种常见的生物碱几种常见的生物碱:现在学习的是第三十六页，共42页例例2：可卡因可卡因(cocain)存在于大麻、鸦片中，存在于大麻、鸦片中，为中枢神经兴奋剂，可为中枢神经兴奋剂，可致欣快症。为成瘾毒物致欣快症。为成瘾毒物。仲胺仲胺HN CO2 CH3 HHO-C-C6H5 O例例3：吗啡吗啡(morphine) 、可待因、可待因(codein)和海洛因和海洛因(heroin)R=R1=H morphine R=CH3, R1=H cod

21、einR=R1=CO-CH3 heroinNCH3R OR1 O叔胺叔胺现在学习的是第三十七页，共42页 2.生物碱的沉淀反应生物碱的沉淀反应: 生物碱可与生物碱可与生物碱试剂生物碱试剂（如苦味酸（如苦味酸、碘化汞钾等）发生、碘化汞钾等）发生沉淀反应沉淀反应。生物碱的一般性质生物碱的一般性质: 1.一般性状：一般性状：多为无色或白色固体，少数为液体，味苦。大多为无色或白色固体，少数为液体，味苦。大都有旋光性，且多为左旋。游离生物碱一般难溶于水易溶于有都有旋光性，且多为左旋。游离生物碱一般难溶于水易溶于有机溶剂，亦能溶于稀酸生成盐，生物碱的盐类则易溶于水难溶机溶剂，亦能溶于稀酸生成盐，生物碱的盐

22、类则易溶于水难溶于有机溶剂。于有机溶剂。生物碱生物碱生物碱盐生物碱盐H+OH-现在学习的是第三十八页，共42页常用的常用的生物碱沉淀试剂生物碱沉淀试剂( (反应通常在酸性介质中进行反应通常在酸性介质中进行) )Dragendorff 碘化铋钾碘化铋钾 BiI3KI BBiI3HI 多为红棕色多为红棕色Hager 试剂试剂 苦味酸苦味酸2,4,6-三硝基苯酚三硝基苯酚 BH+ -O-Ph(NO2)3 晶型晶型Sonnen Schein 磷钼酸磷钼酸 H3PO412MoO3 3BH3PO412MoO3H2O 白白-黄褐黄褐 加氨水变兰加氨水变兰Mayer试剂试剂 碘化汞钾碘化汞钾 HgI22KI BHgI22KI 白色白色(过量则溶过量