杂环化合物与生物碱

关于杂环化合物与生物碱第一页，共四十二页，2022年，8月28日本章讲解：1、杂环化合物的分类与命名——掌握2、杂环化合物的结构——理解3、杂环化合物的化学性质——理解4、生物碱——了解第二页，共四十二页，2022年，8月28日14.1杂环化合物的分类与命名“杂环”就是组成环的原子除C外，还含有其它元素的原子，这些非碳原子统称为杂原子。原则上二价以上的元素都可以成为杂原子，但最常见的是O、S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，因此并入脂肪族化合物中讨论，而不列为杂环化合物。N-H第三页，共四十二页，2022年，8月28日14.1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4n+2个π电子处于环闭共轭体系中，统称为芳(香)杂环化合物。

其它不具芳香性的杂环化合物，统称为非芳香杂环化合物或杂脂环化合物。

S吡啶呋喃噻吩吡咯

哌啶四氢呋喃第四页，共四十二页，2022年，8月28日常见的杂环化合物如下：√√√√第五页，共四十二页，2022年，8月28日常见的杂环化合物如下：√√第六页，共四十二页，2022年，8月28日14.1杂环化合物的分类与命名

杂环的命名常用音译法，是按外文名词音译成带“口”字旁的同音汉字。第七页，共四十二页，2022年，8月28日

咪唑噻唑噁唑嘧啶

编号从杂原子开始。遇两相同杂原子,则由带取代基(或H)的杂原子开始。含多个不同杂原子,则按O、S、N-R、NH、N

顺序编号。第八页，共四十二页，2022年，8月28日14.2杂环化合物的结构一、呋喃、噻吩、吡咯

呋喃、噻吩、吡咯分子中所有的原子共平面，具有与苯环类似的结构。吡咯()：第九页，共四十二页，2022年，8月28日14.2杂环化合物的结构环状离域的大π键,5个原子共用6个电子,为富π电子体系。第十页，共四十二页，2022年，8月28日14.2杂环化合物的结构呋喃()：噻吩()具有与呋喃相似的结构。第十一页，共四十二页，2022年，8月28日14.2杂环化合物的结构呋喃环中的杂原子O(噻吩中为S)的1个sp2杂化轨道上有一对未共用电子对。环状离域的大π键,5个原子共用6个电子,为富π电子体系。sp2S第十二页，共四十二页，2022年，8月28日

五元杂环为Π56

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1），则五元杂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，但其芳香性不如苯环，因环上的π电子云密度比苯环大，且分布不匀，它们在亲电取代反应中的速率也比要苯快得多。111111NH0.681.101.06富电子芳杂环第十三页，共四十二页，2022年，8月28日二、吡啶的结构吡啶中氮原子采取不等性sp2杂化：

由于吡啶环中有6中心6电子的大π键，符合休克尔4n+2规则，所以吡啶环亦有芳香性。但由于键长未完全平均化，其芳香性不及苯。第十四页，共四十二页，2022年，8月28日14.2杂环化合物的结构HHHHH②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sp2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碱性。第十五页，共四十二页，2022年，8月28日1111111.580.850.950.82π电子云向电负性较大的N原子转移，使吡啶环上的电荷分布也是不均匀的。π电子云出现的几率密度如下：吡啶环中C上π

电子云比苯低，这类芳杂环亦称为“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；另外N

能给出其未共用电子对，具有一定程度的碱性，可成盐。第十六页，共四十二页，2022年，8月28日14.3杂环化合物的化学性质1、呋喃、噻吩、吡咯的反应芳香性(环的稳定性)：苯>噻吩>吡咯>呋喃

杂环中的p电子云分布不象苯环那样均匀，环的稳定性因而不如苯。O的电负性(3.5)较大，故呋喃环p电子共轭程度较弱，芳香性最小。S的电负性(2.5)在三者中为最小，且S为第三周期元素，原子半径较大，原子核对共轭p电子的吸引力较小，故噻吩环p电子共轭程度较大，芳香性在三者中是最大的。N的电负性(3.0)在O、S之间，故吡咯的芳香性介于呋喃与噻吩之间。第十七页，共四十二页，2022年，8月28日五元杂环化合物——呋喃、噻吩、吡咯的反应

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>噻吩>苯

注意：这些杂环进行亲电取代反应时，须用缓和的试剂在温和的条件下进行（遇强酸及氧化剂很容易使环破坏）。

亲电取代反应主要在α-位发生；若α-位两个位置已有基团存在，则亲电取代在β位发生。第十八页，共四十二页，2022年，8月28日(1)亲电取代卤代第十九页，共四十二页，2022年，8月28日乙酰基硝酸酯(CH3COONO2)，一种弱的硝化试剂，常在低温下进行硝化第二十页，共四十二页，2022年，8月28日2－吡咯磺酸磺化第二十一页，共四十二页，2022年，8月28日(2)加成:第二十二页，共四十二页，2022年，8月28日(3)傅-克酰基化反应:第二十三页，共四十二页，2022年，8月28日(4)吡咯的弱碱性和弱酸性吡咯虽然是一个仲胺，但碱性很弱。

吡咯具有弱酸性，其酸性介与乙醇和苯酚之间。N原子上的H原子离解为H+的倾向增大第二十四页，共四十二页，2022年，8月28日－K++KOH(s)+H2O吡咯能与固体KOH加热生成盐：Question：吡咯加氢变成四氢吡咯 后，碱性为什么大大加强？催化加氢Kb：2.5×10-14

2×10-4第二十五页，共四十二页，2022年，8月28日2、六元杂环化合物——吡啶的反应碱性比较：脂肪胺>> >≈苯胺Kb：~10-5 2.3×10-93.6×10-10（1）、碱性与成盐吡啶的环外有一对未作用的孤对电子，具有碱性，易接受亲电试剂而成盐。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？第二十六页，共四十二页，2022年，8月28日第二十七页，共四十二页，2022年，8月28日

比苯难得多，吡啶不发生傅-克反应。

亲电取代主要发生在β-位上。

(2)亲电取代第二十八页，共四十二页，2022年，8月28日吡啶环对氧化作用较苯环稳定，而对还原剂比苯活泼。CH3HNO3或KMnO4，DCO2Hb-吡啶甲酸(烟酸)KMnO4，DCO2H(3)氧化与还原第二十九页，共四十二页，2022年，8月28日Na+C2H5OHH六氢吡啶(哌啶)(95%)H2/Pt,乙酸H第三十页，共四十二页，2022年，8月28日3、稠杂环吲哚12345671258喹啉3467苯并吡咯苯并吡啶第三十一页，共四十二页，2022年，8月28日应用：第三十二页，共四十二页，2022年，8月28日嘌呤

嘌呤在水溶液中可发生酮式-烯醇式互变异构。在晶态时以7H-嘌呤存在。

1

7 939H-嘌呤

1

7

397H-嘌呤

61 5

724 839——有特定的编号6-氨基嘌呤NNNHNH2N第三十三页，共四十二页，2022年，8月28日嘌呤的取代衍生物:6-氨基嘌呤(腺嘌呤)2-氨基-6-羟基嘌呤(鸟嘌呤)2,6-二羟基嘌呤(黄嘌呤)NH2OHNH2OHHONH2OHNH2OHHONH2OHNH2OHHO

嘌呤是生物体内的一种重要碱基其在人体内的分解代谢产物就是尿酸。

第三十四页，共四十二页，2022年，8月28日痛风百科名片痛风（英语：gout，学名：metabolicarthritis）又称“高尿酸血症”，是人体内有一种叫作嘌呤的物质的新陈代谢发生了紊乱，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。第三十五页，共四十二页，2022年，8月28日14.4生物碱

生物碱是生物体内一类具有一定生理活性的含氮有机化合物。多数属于仲胺、叔胺和季铵类，少数为伯胺，常含氮杂环结构，且多具有碱性。1：烟碱，尼古丁(nicotine)CH3存在于烟叶中，有剧毒。少量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,使心脏麻痹以至死亡。1978年美国报告，1支烟含烟碱0.05~2.5mg.含吡啶环及四氢吡咯环几种常见的生物碱:第三十六页，共四十二页，2022年，8月28日例2：可卡因(cocain)存在于大麻、鸦片中，为中枢神经兴奋剂，可致欣快症。为成瘾毒物。仲胺HN

CO2CH3HHO-C-C6H5

O例3：吗啡(morphine)、可待因(codein)和海洛因(heroin)R=R1=H morphineR=CH3,R1=HcodeinR=R1=—CO-CH3

heroinNCH3R

OR1O叔胺第三十七页，共四十二页，2022年，8月28日

2.生物碱的沉淀反应:

生物碱可与生物碱试剂（如苦味酸、碘化汞钾等）发生沉淀反应。生物碱的一般性质:

1.一般性状：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于有机溶剂。生物碱生物碱盐H+OH-第三十八页，共四十二页，2022年，8月28日常用的生物碱沉淀试剂(反应通常在酸性介质中进行)Dragendorff

碘化铋钾

BiI3·KIB·BiI3·HI

多为红棕色Hager试剂苦味酸

2,4,6-三硝基苯酚 BH+

-O-Ph(NO2)3

晶型SonnenSchein磷钼酸

H3PO4·12MoO3 3B·H3PO4·12MoO3H2O

白->黄褐 加氨水变兰Mayer试剂碘化汞钾

HgI2·2KIB·HgI2·2KI白色(过量则溶)

名 称 试剂组成 沉淀组成现象第三十九页，共四十二页，2022年，8月28日

3.生物碱的显色反应：生物碱可与某些试剂发生特殊的显色反应。常用的颜