第十一章杂环化合物和生物碱
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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:
O
1
2
3
45
5
43
2
1
S
5
432
1N
543
2
1
N S 543
2
1N N
H
5432
1N N
H
呋喃 噻吩 吡咯 噻唑 吡唑 咪唑
(furan ) (thiophene ) (pyrrole ) (thiazole ) (pyrazole ) (imidazole )
6
54
32
1
O N N 1
2
3456
N N 1
2
3456
N N 1
2
3456
6
54
3
2
1
N 吡啶 哒嗪 嘧啶 吡嗪 吡喃(pyridine ) (pyridazine) (pyrimidine) (pyrazine) (pyran)
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,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O 、S 、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:
2,4-二羟基嘧啶 2-氨基-6-氧嘌呤 4H -吡喃 2H -吡喃
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:
N ,N-二乙基-3- 4-嘧啶甲酸 3-吲哚乙酸 2-呋喃甲醛
吡啶甲酰胺
(二)含氮六元杂环 1.吡啶的结构
1
2345
6
7
8
9
N
N N N H 2N O
H N
N OH
OH
1
23
4
56
O
1
2
34
56
1
2
3
45O
6
1
2
1
CHO
O CON(C 2H 5)2
N
2
34
56
COOH
6
5432
1
N N CH 2COOH
N H
12
3
456
7
N
..
6
8
75
43
2
110
98
76
5321
6
58
7
654321
H N N N N N N 8
7
65
432
N 7
4
32
1H N 喹啉 异喹啉 吲哚 吖啶 嘌呤 ( quinoline) (isoquinoline) (indole) (acridine) (purine)
吡啶为六原子六电子的闭关共轭体系,符合Hückel的4n+2规则,具有芳香性。吡啶为一弱碱,具亲核性,可发生亲电取代反应,但由于吡啶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,取代基主要进入间位;吡啶环比苯难氧化。
2. 吡啶的性质
(1)碱性和亲核性:
碱性
亲核性(2)电取代反应:
(3)侧链上的氧化反应:
(4)还原反应:
+-.
.
.
..
.
O
O
S
-
+
HCl
N
N
N
O
CH Br
N
+-
CH3Br
N
N
N
SO3H
Br
NO2
N
N
COOH
N
CH3
N
N
H P
N
2t
H
3. 吡啶的衍生物
(1)维生素PP(Vitamin PP):烟酸(β-吡啶甲酸)和烟酰胺(β-吡啶甲酰胺)统称为维生素PP 。
(2)维生素B 6 (Vitamin B 6):维生素B 6包括吡哆醇、吡哆醛和吡哆胺。 (3)异烟肼:抗结核药
4.嘧啶及其衍生物
嘧啶 尿嘧啶(U ) 胞嘧啶(C) 胸腺嘧啶(T) (三) 五氮元杂环
1.吡咯的结构
吡咯为五原子六电子的富电子闭合共轭体系,符合H ückel 的4n+2规则,具有芳香性。吡咯环上碳原子的电子云密度苯环大,因此,吡咯比苯更容易进行芳香亲电取代反应。取代基优先进入α-位。
2.吡咯的性质
(1) 酸、碱性:吡咯碱性极弱,(其共轭酸的 P K a =-3.8),具有弱酸性(P K a =17.5),能与固体氢氧化钾共热成盐:
(2)芳环上的亲电取代反应:
4
N
N 1
2
356
N
H
H
+ KOH N N (s)
N N O
O H H
N
N O
NH 2H
N
N O
O
CH 3
H