医学有机化学第十一章杂环化合物

第十一章杂环化合物90%以上药物和60%以上的有机化合物为杂环化合物。叶绿素（它为植物提供绿色）血红素(它赋予血液以鲜红的颜色)花色素使得鲜花呈现五彩缤纷的色彩，它们都是杂环化合物核酸中的杂环（嘧啶和嘌呤）部分对DNA的复制起着至关重要的作用并使生命得以代代相传，基因代代延续；杂环化合物通常是酶和辅酶中催化生化反应的活性部位。正是由于其存在，自然万物才有了勃勃生机。1杂环化合物2定义：成环原子中除碳原子外还含有非碳原子的有机化合物。3杂原子：环中的非碳原子。常见的杂原子有：O、S、N。4第一节杂环化合物的分类和命名非芳香杂环：环醚、内酯、交酯、环状酸酐、内酰胺等。如：芳香杂环：杂环化合物分为芳香杂环和非芳香杂环两类一、杂环化合物的分类呋喃（furan)噻吩（thiophene)吡咯（pyrrole)吡唑咪唑噁唑噻唑吡啶（pyridine)γ-吡喃哒嗪嘧啶吡嗪612345123456二、命名：音译法：“口”字旁+英文译音。喹啉异喹啉吲哚嘌呤1、当环上有取代基时：一般以杂环为“母体”。编号原则：①含一个杂原子时：把杂原子作1号，沿着使取代基编号最小的方向用阿拉伯数字给环编号；或用希腊字母编号，与杂原子相连的碳为α-位，依次为β-，γ-位。2-甲基呋喃α-甲基呋喃3-硝基吡咯β-硝基吡咯4-丙基吡啶γ-丙基吡啶3-甲基异喹啉含多个杂原子时：按O，S，NH，N的顺序使杂原子的编号最小。有固定编号的例外。01026-氨基嘌呤2、当侧链为羧基、磺酸基、醛基等时：一般把杂环作取代基。2-呋喃甲醛（糠醛）3-吡啶甲酸3-甲基异喹啉第二节五元杂环化合物一、吡咯、呋喃和噻吩的结构吡咯、呋喃和噻吩这三个化合物都是平面型分子。碳原子与杂原子均以sp2杂化，并以σ键相互连接构成五元环。每个碳原子和杂原子都剩下一个未参与杂化的p轨道，互相平行。碳原子的p轨道有一个p电子，而杂原子的p轨道有2个p电子，形成了一个环型封闭的6π电子共轭体系，π电子数符合休克尔（Hückel）规则。因此，呋喃、噻吩、吡咯都表现出与苯相似的芳香性。在呋喃、噻吩、吡咯分子中，由于杂原子的未共用电子对参与了共轭（6个π电子分布在由5个原子组成的分子轨道中），使环上的电子云密度增加，因此环中碳原子的电子云密度相对地大于苯中碳原子的电子云密度，所以此类杂环称为富电子芳杂环或多π电子芳杂环。比苯容易进行亲电取代。01由于杂原子氧、硫、氮的电负性比碳原子大，使得环上电子云密度分布不象苯环那样均匀，所以呋喃、噻吩、吡咯分子中各原子间的键长并不完全相等，因此其芳香性比苯差。由于杂原子的电负性强弱顺序是：氧＞氮＞硫，所以芳香性强弱顺序如下：苯＞噻吩＞吡咯＞呋喃。02呋喃存在于松木焦油中，其蒸气遇到浸过盐酸的松木片时呈绿色，叫做松木片反应。此现象可用来鉴定呋喃。噻吩存在于煤焦油的粗苯及石油中，在浓硫酸存在下，与吲哚醌一同加热显示蓝色，反应灵敏。可用来检验噻吩。吡咯存在于煤焦油和骨焦油中，其蒸气或其醇溶液能使浸过盐酸的松木片呈红色，此反应可用来鉴定吡咯。、吡咯呋喃和噻吩的性质吡咯具有一定的酸性（pKa=17.5)原因：N的给电子共轭效应，使得N上的电子云密度降低，N-H键的极性增加。、吡咯的酸碱性吡咯是一种很弱的碱（pKb=13.6)原因：N上的一对电子参与了共轭。亲电取代反应的位置：主要是α位。原因：α位的电子云密度高。18118溴代反应的相对活性3×106×105×101㈡、亲电取代反应卤化吡咯、呋喃、噻吩的卤代不需要催化剂，在较低温度下就能进行。硝化吡咯、呋喃、噻吩遇强酸及氧化剂很容易使环破坏，所以其硝化反应需要在比较温和的条件下进行磺化呋喃、吡咯必须用吡啶的三氧化硫加合物作为磺化剂，噻吩可直接用硫酸磺化。4)傅-克酰化反应呋喃、吡咯和噻吩用酸酐或酰氯在傅氏催化剂作用下发生酰基化反应。（三）、加成反应三、吡咯的衍生物吡咯存在于煤焦油和骨油中，无色液体，有弱的苯胺味。其衍生物广泛存在于自然界中。如：血红素、叶绿素、VB12及各种生物碱。卟吩卟吩环是卟啉化合物的母体，具有芳香性。叶绿素和血红素都是卟啉化合物。铜可取代镁，仍显绿色，且更稳定。常用来浸制植物标本。CO与血红蛋白配合的能力比氧大200倍！血红素活性酶01无活性酶02青霉素03青霉素04环中的五个碳原子和一个氮原子均以sp2杂化轨道相互重叠形成σ键，每个原子提供一个p轨道相互平行形成大π键。符合Hückel规则，具有芳香性。1在吡啶的分子中，由于氮原子电负性大于碳原子，电子云向氮原子偏移，使得环上的电子云密度分布不均，所以其芳香性比苯差，由于氮原子的吸电子作用，使吡啶环上碳原子的电子云密度相对降低，因此环中碳原子的电子云密度相对地小于苯中碳原子的电子云密度，所以此类杂环称为缺电子芳杂环。2第二节芳香六元杂环一、吡啶的结构二、吡啶的性质(一)水溶性原因：N上的孤电子对未参加共轭。碱性顺序：脂肪胺＞氨气＞吡啶＞苯胺＞吡咯

pKb:4.88.89.413.6能与水互溶（其氮原子上的一对未公用电子对能与水形成氢键）(二)碱性亲电取代反应位置：β位。原因：β位电子云密度较大。011亲电取代02(三)、亲电取代与亲核取代反应2、亲核取代反应当α和γ位有好的离去基团（卤素，硝基等）时，弱的亲核试剂（NH3，H2O等）就能反应。亲核取代反应的位置：α位和γ位，特别是α位。原因：α位和γ位电子云密度低(四)、氧化与还原吡啶环比苯环难氧化，环上连有烃基时，侧链可被氧化吡啶还原后生成饱和的仲胺哌啶嘧啶及其衍生物无色固体，熔点22℃，易溶于水，有弱碱性。胞嘧啶（C）（4-氨基-2-羟基嘧啶）存在于DNA中尿嘧啶（U）（2，4-二羟基嘧啶）存在于RNA中胸腺嘧啶（T）（5-甲基-2，4-二羟基嘧啶）存在于DNA中白色的固体，熔点216~217℃，易溶于水。嘌呤呈中性，可与酸和碱成盐。9H-嘌呤7H-嘌呤第四节稠杂环化合物嘌呤鸟嘌呤（G）（2-氨基-6-羟基嘌呤）二、嘌呤的衍生物1、腺嘌呤和鸟嘌呤（RNA和DNA中