杂环化合物和生物碱

1、第十一章杂环化合物和生物碱一、学习要求1 .掌握杂环化合物的分类和命名2 .掌握五元杂环、六元杂环和稠杂环的结构和性质3 .掌握生物碱的基本概念及分类4 ,了解生物碱的一般性质、提取方法及重要的生物碱二、本章要点（一）杂环化合物的分类和命名1 .杂环化合物的概念由碳原子和非碳原子所构成的环状有机化合物称为杂环化合物，环中的非碳原子称为杂原子，最常见的杂原子有氧、硫、氮等。2 .杂环化合物的分类按环的数目不同，可分为单杂环和稠杂环两大类。单杂环按环的大小不同又可分为五元杂环和六元杂环。稠杂环通常由苯与单杂环或单杂环与单杂环稠合杂环化合物而成。3 .杂环化合物的命名杂环化合物的命名比较复杂，目前我

2、国常使用“音译法”，即按英文的读音，用同音汉字加上“口”字旁命名:吠喃(furan)5O21N3S2151NH曝吩(thiophene)口比咯(pyrrole)唾n坐(thiazole)口比嚏(pyrazole)4,N3飞”H咪嚏(imidazole)口比咤哒嗪喀咤口比嗪(pyridine)(pyridazine)(pyrimidine)(pyrazine)4672N1口比喃(pyran)唾咻异唾咻(quinoline)(isoquinoline)口引噪(indole)(acridine)(purine)环上有取代基的杂环化合物的名称是以杂环为母体，并注明取代基的位置、数目和名称。杂原子的编号

3、，除个别稠杂环外，一般从杂原子开始编号，环上有不同不同杂原子时，按QS、NH和N的顺序编号；某些杂环可能有互变异构体,为区别各异构体，需用大写斜体H及其位置编号标明一个或多个氢原子所在的位置。例如：2,4-二羟基喀咤2-氨基-6-氧喋吟4H-口比喃2H-口比喃此外，还可以将杂环作为取代基，以官能团侧链为母体进行命名。例如:NCON(C2H5)25COOHN3CH2COOHNiH3-口引喋乙酸I2CHOO21N,N-二乙基-3-4-喀咤甲酸2-吠喃甲醛口比咤甲酰胺（二）含氮六元杂环1毗噬的结构叱噬为六原子六电子的闭关共腕体系，符合Htckel的4n+2规则，具有芳香性。叱噬为一弱碱，具亲核性，可

4、发生亲电取代反应，但由于叱噬环上氮原子的强吸电子作用降低了环碳(主要是邻位、对位)的电子云密度，因此，它的亲电取代反应比苯难，取代基主要进入问位；叱噬环比苯难氧化。2 .口比噬的性质(1)碱性和亲核性:CH3BrSO3HClHCl+N-CH3Br碱性亲核性(2)电取代反应:hno3/h2so4370CH2SO4/HgSO4230CBr2300，c(3)侧链上的氧化反应:CH3KMnO4ACOOH(4)还原反应:3 .叱噬的衍生物(1)维生素PP(VitaminPP):烟酸(-叱噬甲酸)和烟酰胺(-叱噬甲酰胺)统称为维生素PPo(2)维生素由(VitaminB6)：维生素B包括叱哆醇、口比哆醛和

5、叱哆胺。(3)异烟肌：抗结核药4 .喀呢及其衍生物5/N3N12H胞喀呢(C)胸腺喀呢(T)尿喀噬(U)(三)五氮元杂环1 .叱咯的结构N叱咯为五原子六电子的富电子闭合共腕体系，符合Htckel的4n+2规则,具有芳香性。叱咯环上碳原子的电子云密度苯环大，因此，叱咯比苯更容易进行芳香亲电取代反应。取代基优先进入-位。2 .叱咯的性质(1)酸、碱性：叱咯碱性极弱，(其共腕酸的PKa=-3.8)，具有弱酸性(pKa=17.5),能与固体氢氧化钾共热成盐:NH+KOH(s)(2)芳环上的亲电取代反应:3.咪坐、嚷吵及其衍生物4nN34nN35?2521 1H咪吵嚷唾N-CH2cH2MH2盐酸左旋咪唾

6、II0R-C-NHBA0=COOH7CH3。3Cl+H3c，-NH3Cl-NIH组胺CH3S-CH2CH20H维生素Bi(VitaminB1)CH3CHCH2CH2N(C2H5)26754氯喳青霉素的基本结构（四）稠杂环1.唾咻及其衍生物它与叱噬相似,氮原子上的一对电子可以结合质子，而显弱碱性，可与无机酸成盐，与碘甲烷生成季俊盐，也能发生卤代、硝化、磺化反应，取代基主要进入5-位或8-位（五）喋吟及其衍生物9H-喋吟(9H-purine)7HM票吟(7H-purine)NH2鸟喋吟（G）尿酸（U）（六）生物碱基本概念及分类1.生物碱的基本概念是存在于生物体中的一类含氮的具有一定生理活性的有机碱

7、性化合物。2 .生物碱的分类方法通常有两类，一是按植物来源分，如长春花生物碱，火竹桃生物碱、乌头生物碱等；另一类是按生物碱的杂环母核结构分类，如唾咻类、异唾咻类、呷咪类、喋吟类生物碱等。3 .生物碱的一般性质及提取方法生物碱多为无色结晶，难溶于水，易溶于乙醇、氯仿、丙酮、乙醴、苯等有机溶剂中，生物碱与无机酸所生成的盐则易溶于水而不溶或难溶于氯仿、乙醴、苯等有机溶剂中。多数生物碱分子为手性分子。（1）沉淀反应：大多数生物碱或盐的水溶液能与碘化汞钾试剂（Mayer试剂）、碘化钿钾试剂（Dragendorff试剂）,碘-碘化钾试剂（Wagner试剂）、磷鸨酸、苦味酸、硅味酸试剂等试剂反应生成沉淀。（

8、2）颜色反应：生物碱能与甲醛-浓硫酸试剂（Macquis试剂）、铝酸俊-浓硫酸试剂（Frohde试剂）等发生颜色反应。4 .生物碱的提取方法生物碱的提取方法常根据生物碱及其盐类的溶解性而定，最常用的是有机溶剂提取法。5 .重要的生物碱CH3IHCNHCH3HCOH颠茄碱（-）-麻黄碱（+）-伪麻黄碱小暴碱（黄连素）吗啡碱三、问题参考答案问题11-1命名下列各化合物:HOHOCJCOOH解：1、4,5-二羟基口密噬；2、2-澳咪坐-5-甲醛;3、8-氨基-5-羟基-3-氯唾咻；4、2,3-吠喃二甲酸问题11-2为什么叱噬卤代不使用FeX3等Lewis酸催化剂？解：因为叱噬分子中的氮原子上有一对末

9、共用电子对，能与缺电子分子FeX3等Lewis酸催化剂反应，使催化剂失去活性。问题11-3为什么喀呢分子中含有两个碱性的氮原子，却为一元碱，且其碱性比叱噬弱得多？解：喀呢环上有两个氮原子，一个氮原子质子化后，第二个氮原子对质子化的氮正离子的吸电子诱导效应与共腕效应，使质子化的氮正离子不稳定，质子易离去，所以碱性较叱噬低；当一个氮原子质子化后，它的吸电性增强，使另一个氮原子的电子云密度降低，以致不能再接受质子，因此喀噬为一元碱。问题11-4为什么叱咯比苯容易进行亲电取代反应？解：因为在叱咯的分子中，五个原子共享6个电子，环上的电子云密度比苯大，故它的亲电取代反应比苯容易进行。问题11-5排列叱咯

10、、叱噬、苯胺、氨的碱性强弱？解：氨叱噬苯胺叱咯问题11-6试写出唾咻与碘甲烷反应的生成物的结构式。解：O1-N+ICH3四、习题参考答案1 .命名下列各杂环化合物:BrIBrHSBrNC2H5CHOCH2COOH(1)BrO(6)NH2NHSO3HNN(8)HONICH3解：(1) 2,3,4,5-四澳吠喃；(2)N-乙基-4-琉基咪坐；(3)2-曝晚甲醛;(4) 3-叱噬乙酸(5)5-羟基-4-氯喀噬；(6)8-氨基呷咪;(7) 4-唾咻磺酸；(8)9-甲基-2-羟基喋吟2 .写出下列化合物的结构式:8-羟基唾咻(2)5-氟-4-羟基喀呢(4)6-琉基喋吟(5)B-叱噬甲酰胺(3)曝晚-5-磺酸(6)3-呷咪甲酸乙酯3.写出下列反应的主要产物:NH3+CH3COONO2浓H2so4/HgSO4.(5)N(6)HNO3/H2so4N(4)NHSO3H(6)NO24.指出下列化合物的分子结构中各含有哪些杂环母核:02NCH3CH2cH20HH00COH0OCOOH甲硝吵罂粟酮o2nch=nnhconh2(4)CHNClH吠喃西林H2NSO2NH(6)鼻眼净OCH2cH(OH)CH2NHCH(CH3)2N磺胺曝噪（ST）COOH心复宁ph(8)OH3cNONICH3CH3INN辛可芬咖啡因解：（1）叱咯环；（2）叱喃环;吠喃环；（4）咪唾环;（5