第十四章杂环化合物 ppt课件

1、第十四章第十四章 杂环化合物杂环化合物教学要求：教学要求：掌握：含氮五员、六员杂环化合物的分类、命掌握：含氮五员、六员杂环化合物的分类、命名、构造及性质。名、构造及性质。熟习：杂环化合物的整体分类、命名规那么、熟习：杂环化合物的整体分类、命名规那么、各类化合物的构造特征及主要性能。各类化合物的构造特征及主要性能。了解：杂环化合物在生命体系及医药中的一些了解：杂环化合物在生命体系及医药中的一些运用运用在学习本章之前，要弄清楚三个问题：在学习本章之前，要弄清楚三个问题：1什么是杂环化合物？什么是杂环化合物？含有一个以上杂原子的环状化合物均称为杂环含有一个以上杂原子的环状化合物均称为杂环化合物；常见

2、的杂原子有氧、硫、氮等。化合物；常见的杂原子有氧、硫、氮等。2为什么要学习杂环化合物？为什么要学习杂环化合物？杂环化合物在自然界中分布很广，种类繁多。据杂环化合物在自然界中分布很广，种类繁多。据统计，在现今知的有机化合物中，杂环化合物的统计，在现今知的有机化合物中，杂环化合物的数量，占总数的数量，占总数的65%以上；含有杂环的药物占的以上；含有杂环的药物占的比例更大。因此作为医、药学专业的学生，该章比例更大。因此作为医、药学专业的学生，该章的内容就显得非常重要。的内容就显得非常重要。3怎样学习杂环化合物？怎样学习杂环化合物？首先是对杂环化合物的分类及命名有一个整体的首先是对杂环化合物的分类及命

3、名有一个整体的概括了解；进而，熟习五、六员杂环化合物命名、概括了解；进而，熟习五、六员杂环化合物命名、构造及性质；重点掌握含氮五、六员杂环化合物构造及性质；重点掌握含氮五、六员杂环化合物的命名、构造及性能。的命名、构造及性能。第一节第一节 杂环化合物的分类和命名杂环化合物的分类和命名一一. 分类分类二二 命名命名1杂环化合物的命名比较复杂杂环化合物的命名比较复杂,目前我国通常目前我国通常采用音译法。采用音译法。1按英文名词译音选用同音汉字加按英文名词译音选用同音汉字加“口字口字旁表示杂环称号。这样构成杂环类化合物的旁表示杂环称号。这样构成杂环类化合物的根本命名。根本命名。2将杂环上每个原子编号

4、，并使杂原子编号将杂环上每个原子编号，并使杂原子编号最小。假设一个环上有两个或多个不同种类最小。假设一个环上有两个或多个不同种类的杂原子时，那么规定按的杂原子时，那么规定按O, S, N顺序使其位顺序使其位号由小到大。假设一样种类的杂原子上有氢号由小到大。假设一样种类的杂原子上有氢原子时，应从连有氢原子的杂原子开场编号。原子时，应从连有氢原子的杂原子开场编号。3 当杂环上有取代基时当杂环上有取代基时, 先将取代基的称号放先将取代基的称号放在杂环根本称号的前面，并把主体环的位号写在杂环根本称号的前面，并把主体环的位号写在取代基的称号前面，以表示取代基在主体环在取代基的称号前面，以表示取代基在主体

5、环上的位置。上的位置。2 -甲基呋喃甲基呋喃 3-乙基吡啶乙基吡啶 4-丙基吡啶丙基吡啶4 对于一些简单的稠杂环化合物，可直接采对于一些简单的稠杂环化合物，可直接采用音译法命名并有其固定的编号用音译法命名并有其固定的编号喹啉喹啉 异喹啉异喹啉 吲哚吲哚5 当环上只需一个杂原子时当环上只需一个杂原子时, 有时以希腊字有时以希腊字母母、编号编号, 接近杂原子的碳原子为接近杂原子的碳原子为-位位,其次为其次为-、-位位-氯呋喃氯呋喃-乙基吡啶乙基吡啶-吲哚乙酸吲哚乙酸吖啶吖啶 嘌呤嘌呤6为了命名方便为了命名方便, 有时也将杂环作为取代基有时也将杂环作为取代基2-呋喃甲醛呋喃甲醛(糠醛糠醛)3-吡啶甲

6、酸吡啶甲酸(烟酸烟酸)7含有含有“饱和原子的杂环化合物的命名饱和原子的杂环化合物的命名 当杂环上含有一个当杂环上含有一个“饱和原子时，往往存在饱和原子时，往往存在互变异构体，为了区别异构体，在命名时要将互变异构体，为了区别异构体，在命名时要将“饱和原子上的氢原子的位置用阿拉伯数字表饱和原子上的氢原子的位置用阿拉伯数字表示出来。示出来。 7H-嘌呤嘌呤9H -嘌呤嘌呤第二节第二节 芳香六元杂环芳香六元杂环一、吡啶的构造和性质一、吡啶的构造和性质1 构造构造吡啶分子中的五个碳原子和一个氮原子都以吡啶分子中的五个碳原子和一个氮原子都以sp2杂化轨道构成杂化轨道构成键键, 组成六元平面环状构造。碳组成

7、六元平面环状构造。碳原子的原子的p轨道和氮原子的轨道和氮原子的p轨道相互平行并侧面轨道相互平行并侧面重叠重叠, 垂直于六元环平面垂直于六元环平面,构成环状共轭体系。氮构成环状共轭体系。氮原子未共用电子对占据另外一个原子未共用电子对占据另外一个sp2杂化轨道杂化轨道, 不参与环的共轭体系不参与环的共轭体系, 以孤电子对的方式存在。以孤电子对的方式存在。 吡啶构造吡啶构造表示图表示图 2 性质性质1具有一定的芳香性，但不及苯强。这是由具有一定的芳香性，但不及苯强。这是由于氮原子的电负性比碳原子大于氮原子的电负性比碳原子大, 使得吡啶环上的使得吡啶环上的碳原子电子云密度较苯低碳原子电子云密度较苯低,

8、 氮原子附近电子云密氮原子附近电子云密度较大度较大,电子云密度分布没有苯环均匀。亲电取电子云密度分布没有苯环均匀。亲电取代反响比苯困难，取代基主要进入氮原子的代反响比苯困难，取代基主要进入氮原子的位位反响比苯难。反响比苯难。 是由于吡啶环上氮原子的吸电子作用使得环上是由于吡啶环上氮原子的吸电子作用使得环上碳原子电子云密度较苯低碳原子电子云密度较苯低,尤其与质子或其它尤其与质子或其它Lewis酸结合后酸结合后, 氮的吸电子作用更强氮的吸电子作用更强, 不易进展不易进展亲电取代反响。假设在剧烈条件下亲电取代反响。假设在剧烈条件下, 可以在可以在位位发生亲电取代反响，但产量也较低。发生亲电取代反响，

9、但产量也较低。2具有碱性。吡啶的碱性具有碱性。吡啶的碱性(pKb=8.8)比苯胺比苯胺强强, 比氨和脂肪胺弱比氨和脂肪胺弱,与无机酸作用能构成盐。与无机酸作用能构成盐。NN+HCl+HCl-3易溶于水。这是由于吡啶氮原子上未参与易溶于水。这是由于吡啶氮原子上未参与成键的孤对电子所致。吡啶能经过构成氢键与水成键的孤对电子所致。吡啶能经过构成氢键与水互溶，但吡啶环上引入羟基或氨基后互溶，但吡啶环上引入羟基或氨基后, 化合物的化合物的水溶性却明显降低水溶性却明显降低,而且引入的羟基或氨基数目而且引入的羟基或氨基数目愈多愈多,水溶性愈差水溶性愈差, 这与普通开链及碳环化合物情这与普通开链及碳环化合物情

10、况完全不同。主要缘由是溶质分子间缔合况完全不同。主要缘由是溶质分子间缔合(分子分子间氢键等间氢键等)，抑制了与水分子间的缔合。，抑制了与水分子间的缔合。 4吡啶的氧化和复原反响吡啶的氧化和复原反响 吡啶环对氧化剂较苯更为稳定。当环上连吡啶环对氧化剂较苯更为稳定。当环上连有烷基侧链时有烷基侧链时,侧链可被氧化成羧酸侧链可被氧化成羧酸,保管吡啶保管吡啶环。环。吡啶较苯易被复原吡啶较苯易被复原, 用金属钠和乙醇或催化加氢用金属钠和乙醇或催化加氢, 均可使吡啶复原成六氢吡啶。均可使吡啶复原成六氢吡啶。六氢吡啶又称哌啶六氢吡啶又称哌啶(pKb=2.8), 是仲胺化合物是仲胺化合物, 碱碱性较吡啶强性较吡

11、啶强106倍倍二嘧啶及其衍生物二嘧啶及其衍生物嘧啶是含有两个氮原子的六元杂环。无色固体嘧啶是含有两个氮原子的六元杂环。无色固体, 熔点为熔点为22，易溶于水，也具有弱碱性，亲电取，易溶于水，也具有弱碱性，亲电取代反响也较困难。代反响也较困难。嘧啶的衍生物在自然界分布很广嘧啶的衍生物在自然界分布很广, 它可单独存在它可单独存在或与其它环系稠合存在于维生素、生物碱及蛋白或与其它环系稠合存在于维生素、生物碱及蛋白质中质中, 许多合成的药物也含有嘧啶构造。在核酸许多合成的药物也含有嘧啶构造。在核酸的组成中的组成中, 包括有胞嘧啶包括有胞嘧啶(cytosine)、尿嘧啶、尿嘧啶(uracil)和胸腺嘧啶

12、和胸腺嘧啶(thymine)等。等。 胞嘧啶胞嘧啶(C)尿嘧啶尿嘧啶(U) 胸腺嘧啶胸腺嘧啶(T)这些嘧啶衍生物可以产生酮式和烯醇式的互变异这些嘧啶衍生物可以产生酮式和烯醇式的互变异构景象构景象,目前临床上运用的磺胺类抗菌药也有包含嘧啶环目前临床上运用的磺胺类抗菌药也有包含嘧啶环的的TMP(磺胺增效剂磺胺增效剂) 5-FU(抗癌药物抗癌药物)第三节第三节 五元杂环化合物五元杂环化合物一、吡咯、呋喃和噻吩的构造和性质一、吡咯、呋喃和噻吩的构造和性质1. 构造及特征构造及特征吡咯吡咯呋喃呋喃 噻吩噻吩由于吡咯、呋喃和噻吩环中氮、氧、硫的给电由于吡咯、呋喃和噻吩环中氮、氧、硫的给电子共轭效应大于吸电

13、子的诱导效应，电子离域子共轭效应大于吸电子的诱导效应，电子离域的结果使杂原子上的结果使杂原子上电子云密度降低，碳原子上电子云密度降低，碳原子上电子云密度升高。所以，碳原子上的芳香性亲电子云密度升高。所以，碳原子上的芳香性亲电取代反响较苯容易，取代基普通进入电取代反响较苯容易，取代基普通进入-位但位但稳定性及芳香性比苯小，这是由于杂环上的稳定性及芳香性比苯小，这是由于杂环上的电电子云密度不象苯那么均匀。子云密度不象苯那么均匀。2 吡咯的酸碱性吡咯的酸碱性由于吡咯分子中氮原子上的未共用电子对参由于吡咯分子中氮原子上的未共用电子对参与了环的共轭，使与了环的共轭，使N上的电子云密度降低上的电子云密度降

14、低, N-H键极性添加表现出弱酸性键极性添加表现出弱酸性(pKa=17.5)。 吡咯在无水条件下可以与固体苛性钾共热成盐。吡咯在无水条件下可以与固体苛性钾共热成盐。3 亲电取代反响亲电取代反响二二 吡咯的衍生物吡咯的衍生物卟吩卟吩血红素血红素三三 咪唑的构造与功能了解咪唑的构造与功能了解第四节第四节 稠杂环化合物稠杂环化合物稠杂环化合物是指两个或两个以上杂环稠合或由稠杂环化合物是指两个或两个以上杂环稠合或由苯环与杂环稠合而成的杂环化合物。由苯环与杂苯环与杂环稠合而成的杂环化合物。由苯环与杂环化合物稠合的杂环化合物又称为苯稠杂环。常环化合物稠合的杂环化合物又称为苯稠杂环。常见的稠杂环化合物有嘌呤

15、、吲哚、喹啉等及其衍见的稠杂环化合物有嘌呤、吲哚、喹啉等及其衍生物，本节主要讨论嘌呤及其衍生物的构造和性生物，本节主要讨论嘌呤及其衍生物的构造和性质。嘌呤在水溶液中可发生互变异构质。嘌呤在水溶液中可发生互变异构, 它有两种它有两种互变异构体。互变异构体。() 9H -嘌呤嘌呤() 7H -嘌呤嘌呤嘌呤本身在自然界中不存在嘌呤本身在自然界中不存在, 但它的衍生物广泛但它的衍生物广泛分布于动植物中分布于动植物中, 其中腺嘌呤其中腺嘌呤(adenine)和鸟嘌呤和鸟嘌呤(guanine)是嘌呤的两个重要衍生物，均为核酸的是嘌呤的两个重要衍生物，均为核酸的碱基。碱基。腺嘌呤腺嘌呤(A)鸟嘌呤鸟嘌呤(G

16、)次黄嘌呤、黄嘌呤和尿酸是腺嘌呤与鸟嘌呤在体次黄嘌呤、黄嘌呤和尿酸是腺嘌呤与鸟嘌呤在体内的代谢产物，均为嘌呤的衍生物内的代谢产物，均为嘌呤的衍生物, 存在于哺乳存在于哺乳动物的尿和血中。动物的尿和血中。次黄嘌呤次黄嘌呤黄嘌呤黄嘌呤尿酸尿酸尿酸具有酮式和烯醇型两种互变异构体。尿酸具有酮式和烯醇型两种互变异构体。第四节第四节 相关知识相关知识磺胺类药物磺胺类药物根本情况根本情况 磺胺磺胺(sulfanilamide SN)是是1935年世界年世界上问世的第一个治疗全身性细菌感染的特效药；上问世的第一个治疗全身性细菌感染的特效药；磺胺类药物磺胺类药物(sulfa drug)的优点是抗菌谱较广，的优点是抗菌谱较广，对链球菌和葡萄球菌等有很好的抑制造用。磺对链球菌和葡萄球菌等有很好的抑制造用。磺胺类药物的根本构造是对氨基苯磺酰胺，简称胺类药物的根本构造是对氨基苯磺酰胺，简称磺胺。磺胺。 构造特征在磺胺的根本构造中，有两个重要构造特征在磺胺的根本构造中，有两个重要基团，即