015第十五章芳杂环化合物

第十五章芳杂环化合物15.1杂环化合物的命名

一、杂环化合物的俗名

二、Hantzsch-Widman杂环命名系统15.2含一个杂原子的五元杂环

一、吡咯、呋喃和噻吩的结构

二、吡咯、呋喃和噻吩的化学性质三、吲哚

*四、卟吩环衍生物15.3含两个杂原子的五元杂环一、咪唑二、噻唑

15.4含一个杂原子的六元杂环

一、吡啶的结构

二、吡啶的化学性质*三、喹啉和异喹啉

*四、吡喃15.5含两个和两个以上氮杂原子的六元杂环

一、二嗪和三嗪

二、嘧啶和嘌呤的衍生物*15.6生物碱

一、生物碱的一般性质

二、生物碱的碱性

三、生物碱的结构

四、合成杂环类药物杂环化合物(heterocycliccompound)：

组成环的原子除碳原子以外，还有氧、硫、氮等其他杂原子的化合物。脂杂环化合物：如环氧乙烷、顺丁烯二酸酐、γ-丁内酯、己内酰胺。芳杂环化合物(aromaticheterocycliccompound)：噻吩,呋喃,吡咯,吡啶等。第十五章芳杂环化合物15.1杂环化合物的命名

一、杂环化合物的俗名主要采用音译法，同音汉字加“口”字旁命名。噻吩呋喃吡咯吡啶(thiophene)(furan)(pyrrole)(pyridine)(1)以杂原子作为编号的起点，杂原子的编号为1。也可用希腊字母编号，靠近杂原子的碳原子为α位，其次为β和γ。1、杂环化合物的母环的编号规则(2)如有两个或两个以上相同的杂原子，要使连有氢原子或取代基的杂原子的编号为1，并使其余杂原子的编号尽可能小。(3)含有不同杂原子时，按O、S和N的先后顺序编号。咪唑(imidazole)(1,3-)噻唑(1,3-)thiazoleN-甲基咪唑N-methylimidazole1,3,5-三嗪1,3,5-triazine五元含氮杂环的后缀为唑(azole)；六元为嗪(azine)；“噻(thio)”表示“硫杂”；“噁(oxa)”表示“氧杂”。(1,3-)噁唑(1,3-)oxazole(4)有特定名称的稠杂环母环，按稠环芳环的规则编号。注意有许多例外，要记住特定的编号顺序。萘(naphthalene)喹啉(quinoline)咔唑(carbazole)芴(fluorene)蒽(anthrecene)吩嗪(phenzine)嘌呤(purine)茚(indene)(5)某些母环与特定的母环仅杂原子的的位置不同，常在特定母环名前加“异”字表示，编号不变。

与上面基本芳杂环中氢的位置不相同，可用大写斜体“H”及位置编号放在杂环名称之前。3H-吡咯4H-吡喃3H-吲哚(3H-pyrrole)(4H-pyran)(3H-indole)

异喹啉(isoquinoline)异噁唑(isoxazole)2、标氢

二、Hantzsch-Widman杂环命名系统除保留沿用嗪(-azine)、唑(-azole)等后缀名称外，建议优先采用“环某熳(mancude)”命名不饱和杂环的后缀。（所谓熳环是指含最大非积累双键数的不饱和环）。环的大小用天干表示。命名时在“环某熳”前加上杂原子的名称和位次。饱和杂环的后缀仍为“烷”。环上原子的编号和杂原子前缀按O(氧杂oxa)、S(硫杂thia)、N(氮杂aza)高低位顺序列出。1,2-噁唑(1,2-oxazole)

1,2-噻唑(1,2-thiazole)1,2-氧氮杂环戊熳1,2-硫氮杂环戊熳2H-氮杂环庚熳1,4-二噁烷(1,4-dioxane)(2H-azepine)

1,4-二氧杂环己烷(曾用名：氮杂䓬)

(1,4-dioxacyclohexane)1,2,4-三嗪(1,2,4-triazine)二噁英(1,4-dioxine)1,2,4-三氮杂环己熳1,4-二氮杂环己熳15.2含一个杂原子的五元杂环

一、吡咯、呋喃和噻吩的结构芳香性：闭环共平面的、连续共轭、五中心六电子吡咯bp

131℃呋喃bp

32℃噻吩bp

84℃呋喃、噻吩、吡咯分子中所有的原子共平面；体系中含有6个π电子，符合休克尔4n+2规则，所以它们都具有一定的芳香性,可以发生亲电取代反应；环中的杂原子以未共用电子对参与共轭，使环内碳原子上的电子云密度大于苯环，因而亲电取代反应比苯更容易进行。由于杂原子的电负性都大于碳原子，因而π电子云的分布不像苯环那样均匀，芳香性比苯差。二、吡咯、呋喃和噻吩的化学性质亲电取代反应活性：吡咯>呋喃>噻吩>苯，取代基主要进入电子云密度较大的α-位。1、亲电取代反应(1)卤化2,3,4,5-四碘吡咯2-氯呋喃2-溴噻吩(2)硝化2-硝基呋喃2-硝基吡咯2-硝基噻吩(3)磺化

从煤焦油得到的苯常含有噻吩，利用噻吩在室温下与浓硫酸磺化反应的性质可除去苯中的噻吩。2-吡咯磺酸2-噻吩磺酸2-呋喃磺酸(4)傅-克酰基化反应2-乙酰基吡咯2-乙酰基呋喃2-乙酰基噻吩

也能起傅-克烷基化，但是产率低，选择性差。2、催化加氢四氢吡咯四氢呋喃(THF)四氢噻吩3、呋喃的共轭双烯性质4、吡咯的酸性pKa=16.5吡咯钠2-吡咯甲酸5、糠醛的性质戊醛糖糠醛(α-呋喃甲醛)糠醛糠醇糠酸钠furaldehydefurylalcoholsodiumfuroate

坎尼扎罗反应：三、吲哚吲哚和吡咯一样，也是弱酸，与强碱作用生成盐。吲哚也易起亲电取代反应，但与吡咯不同，取代基主要进入β-位。吲哚(indole)被钝化吲哚-3-乙酸indole-3-aceticacid(植物生长调节剂)色胺tryptamine色氨酸tryptophan(人体必需氨基酸)5-羟基色胺5-hydroxytryptamine(哺乳动物脑组织中与中枢神经系统功能有关的物质)四、卟吩环衍生物叶绿素b叶绿素a血红素hemin卟吩(porphine)1HNMR:Ha~10ppmHb~-2~-5ppmchlorophyll15.3含两个杂原子的五元杂环统称为吡咯系(azoles)芳杂环化合物。一、咪唑(哺乳动物脑组织中与中枢神经系统功能有关的物质)N-H键能离解出质子，因而咪唑是弱酸另一个N提供了接受质子的位点，因而咪唑又是一个中强碱1、咪唑的结构2、咪唑的性质结晶固体，熔点为90℃，沸点256℃，比相应的吡咯系杂环化合物高得多，这是由于咪唑可以通过氢键互相缔合的缘故。咪唑的共轭酸的pH值为7.0，因而在生理条件下(pH=7.2)，咪唑的质子化状态和未质子化中性状态同时存在，在生命活动中起重要作用。二、噻唑烷基化：形成的噻唑盐阳离子电荷离域，所以可稳定存在，且具弱酸性，在碱性溶液中形成内盐：

噻唑盐存在于人体的硫胺素(VB1)的焦磷酸酯(TPP)辅酶中。简写为：硫胺素焦磷酸酯(TPP)thiaminepyrophosphate噻唑内盐可作为亲核试剂与羰基化合物起亲核加成反应：TPP的作用类似氰离子(CN-)催化安息香缩合反应(§10.7)，因此TPP又称为生物氰化物。乙偶姻氰离子不能催化有α-氢的脂肪醛的安息香缩合反应，但N-烷基的噻唑盐能催化发生安息香缩合反应：15.4含一个杂原子的六元杂环

一、吡啶的结构

吡啶(pyridine)bp

116℃mp

-42

℃吡啶分子中所有的原子共平面；6个π电子(5个来自碳，一个来自氮)，符合休克尔规则，所以具有芳香性,可以发生亲电取代反应由于氮原子的吸电子诱导效应，电子云密度比苯环小，发生亲电取代反应的速度也比苯慢；氮sp2杂化轨道有未共用电子对垂直π电子云，有碱性。

二、吡啶的化学性质1、碱性吡啶盐酸盐溴化十六烷基吡啶盐吡啶-三氧化硫(温和的磺化剂)

吡啶是一弱碱，其碱性(pKa=5.23)比脂肪族叔胺(如三甲胺pKa=9.8)弱，但比苯胺(pKa=4.7)强。2、亲电取代反应由于氮原子吸电子效应的的影响，吡啶进行亲电取代反应比苯难，取代基主要进入β-位。吡啶的卤化、硝化、磺化都要在剧烈的条件下进行。吡啶和硝基苯一样，不起傅-克烃化和酰化反应。3、亲核取代反应吡啶与强的亲核试剂起亲核取代反应，主要生成α-取代产物。齐齐巴宾(Chichibabin)反应:2-氨基吡啶与卤代硝基苯类似，吡啶环上的卤素也易被亲核试剂取代。4、氧化与还原和苯环相似，吡啶环不易被氧化，侧链可被氧化成羧基：吡啶环比苯环易还原：哌啶(六氢吡啶)piperidine烟酸nicotinicacid

三、喹啉和异喹啉喹啉和异喹啉的性质与吡啶的性质相似，它们也是弱碱，能与强酸作用生成盐，也能起亲电和亲核取代反应。苯环上的电子云密度大于吡啶环，因而亲电取代主要发生在5-位和8-位，亲核取代反应则在吡啶环上进行。

能被强氧化剂氧化，氧化时苯环破裂，喹啉和异喹啉的吡啶环易被还原。1.亲电取代2.亲核取代3.氧化还原

四、吡喃α-吡喃(α-pyran)γ-吡喃(γ-pyran)吡喃有α-吡喃（2H-吡喃）和γ-吡喃（4H-吡喃）两种，无芳性，性质类似于烯醚。具有2-或3-苯基的色原酮结构的化合物分别叫做黄酮和异黄酮，它们的分子中都含有一个酮式羰基。

色原酮、黄酮、异黄酮在强酸溶液中形成鎓盐后，具有芳香性。

黄酮和异黄酮类化合物以糖苷的形式存在于植物中，它们也是许多药物的有效成分。15.5含两个和两个以上氮杂原子的六元杂环

一、二嗪和三嗪哒嗪1,2-二嗪(pyridazine)207℃—含两个或三个氮杂原子的六元杂环分别叫做二嗪(diazine)和三嗪(triazine)。均为弱碱，都有芳香性。bp：mp：嘧啶1,3-二嗪(pyrimidine)124℃22.5℃吡嗪1,4-二嗪(pyrazine)116℃57℃哒嗪1,3,5-三嗪(1,3,5-triazine)—81~83℃环上碳原子上的π电子云密度降低，只有环上有羟基、氨基等活化基时才能起亲电取代反应：

二、嘧啶和嘌呤的衍生物嘌呤(purine)白色固体mp：216~217℃易溶于水与酸碱都可以生成盐。它们存在于核酸(nucleicacid)中。

核酸分为：含有D-核糖的核酸叫做核糖核酸(RNA)，含有D-2-脱氧核糖的核酸叫做脱氧核糖核酸(DNA)。RNA中含有腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶和尿嘧啶；DNA中含有腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶和胸腺嘧啶。核苷(nucleoside)：核糖或脱氧核糖分子中的C1上的羟基和嘧啶碱N1或嘌呤碱N9上的氢脱水后生成的糖苷。核苷酸(nucleotide)：核苷的磷酸酯。核苷酸通过磷酸二酯键在核糖或脱氧核糖的3'-、5'-位上互相连接成核糖核酸(RNA)或脱氧核糖核酸(DNA)。RNA中的四种核苷：DNA中的四种核苷：DNA和RNA的一级结构嘌呤碱和嘧啶碱碱两两成对：腺嘌呤(A)与胸腺嘧啶(T)配对成氢键；鸟嘌呤(G)与胞嘧啶(C)配对形成氢键。1953年，沃森和克里克发现了DNA的双螺旋结构：15.6生物碱(alkaloid)

一、生物碱的一般性质一类存在于生物体中含氮的碱性有机化合物。生物碱主要存在于植物中，因而也称为植物碱。1.许多具有特殊的生理活性，是中药的有效成分。2.多数生物碱具有苦味，为无色结晶或非晶体。常含有手性碳原子，具有旋光性。3.游离的生物碱难溶于水，溶于甲苯、氯仿、丙酮、乙醇等有机溶剂。生物碱的盐大多溶于水和乙醇。

二、生物碱的碱性生物碱碱性强弱与分子中氮原子的存在状态有关：小檗碱黄连素(berberine)(消炎止痢)mp145℃颠茄碱(hyoscyamine)(止痛镇痉)mp109℃季铵碱，强碱性：脂肪族叔、仲胺，中强碱性：色公藤碱(hyoscyamine)(缩瞳)mp265℃芳香族仲胺(如吲哚)，弱碱性;或酰胺，中性：秋水仙碱(colchicine)(抗风湿痛、抗癌)mp155~157℃两性生物碱：吗啡(morphine)可待因(