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第十四章杂环化合物与生物碱

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第十四章-杂环化合物2

第十四章-杂环化合物2

二. Six-membered Heterocyclic compounds
Pyridine 吡啶
C5H5N
N
1. Structure:
芳香性 较强的碱性
Six-membered Heterocyclic compounds
or N N
or N
Kekule’s structure
Aromaticity ?
2,4-二羟基嘧啶
嘧啶-2,4-二酮
N1 N2
3
H3C
3 4
N
2
NH 1
5
5-甲基吡唑
3-甲基吡唑
Classification & Nomenclature
拼合杂环的命名： 基本环
a 1 b d 3 c
非特定稠环 稠合边的表示
附加环
O
2 4
S
5
呋喃并[2, 3-b] 噻吩
a
4 5 3 2
S
b
HN
4.6 5.19 9.25 RCH2NH2 -10.0
pKa
Basicity
脂肪胺 > >

>

>

Six-membered Heterocyclic compounds
..
+
HCl
H
Cl-
or
..
.HCl
SO3
N
CH2Cl2
N SO3-
Pyr.SO3
H3C
NH2 N N NH2
Cl N2+Cl-
NH2 Cl N N N N NH2
Six-membered Heterocyclic compounds-Pyrimidine

精品课杂环化合物与生物碱33 ppt课件

精品课杂环化合物与生物碱33 ppt课件
1
2-甲基呋喃 (α-甲基呋喃)
4γ
5
3 βNH2
6 N 2α
1
3-氨基吡啶
(β-氨基吡啶)
2020/10/15
11
二、常见杂环化合物
◆ 五元杂环
（一）吡咯、呋喃和噻吩的结构
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。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，因此，它们都 表现出与苯相似的芳香性。芳香性强弱顺序如下： 苯＞噻吩＞吡咯＞呋喃。
LOGO第十二章 杂环化合物 与生物碱
2020/10/15
化学教研室
学习目标：
掌握 杂环化合物的分类和命名 熟悉 重要的杂环化合物 了解 生物碱
2020/10/15
2
化学教研室
精品资料
章节目录
第一节 杂环化合物 第二节 生物碱
2020/10/15
4
化学教研室
课堂引入
叶绿素
核酸
2020/10/15
Cl
OH
NaOH,H2O
N
2020/10/15
N 4-羟基吡啶
18
5、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。
CH3 KMnO4 △
COOH
N
N
吡啶还原后生成饱和的仲胺哌啶。
+ 3H2 Pt
N
N
H
2020/10/15
19
知识拓展
磺胺嘧啶
H 2N
N SO 2NH
N
磺胺类抗菌药
2020/10/15

杂环1

杂环1
4 5 6 7 O 1 3 2 5 6 7 S 1 4 3 2
4 5 6 7 N H1 3 2
苯并呋喃 (benzofuran)
苯并噻吩 (benzothiophene)
N
苯并吡咯 吲哚 (indole)
N OH
O
COCH3
H5C2
S 5-乙基噻唑
N CH3
2-乙酰基呋喃
N-甲基-2-羟基咪唑
PhCO N H
有机化学 第十四章 杂环化合物 17
4 化学反应
(1) 氮原子上的反应
+ HCl N + SO3 CH2Cl2 室温 N HCl NH3 N 此反应常用于 在反应中吸收 生成的气态酸
N
N SO3 (90%) 吡啶三氧化硫络合物 是常用的缓和磺化剂
+ PhCOCl N
N COPh
+
Cl-
氯化N-苯甲酰基吡啶
有机化学 第十四章 杂环化合物
15
2 物理性质（自学）
氮原子的电负性较大,使吡啶有较大极性,其偶极距数值较大.
N
=2.20D
N H
=1.17D
吡啶能与水以任意比例混溶,又能溶解大多数极性或非极性 有机化合物,甚至许多无机盐类,是一个良好的溶剂。
有机化学 第十四章 杂环化合物
16
3 碱性
► 吡啶的碱性比脂肪胺弱，比苯胺、吡咯强。 ►解释：吡啶的碱性比脂肪胺弱，主要由于孤对电子所占据 的轨道S成分的较多（N为SP2 杂化）。 利用它的碱性，可从混合物中分离吡啶类化合物，在化学 反应中还可用作催化剂和除酸剂。
H3CO
氧化剂
NH2
甘油
N
NO2
N H NO2

chap14-1 杂环(芳香族)化合物

chap14-1 杂环(芳香族)化合物
A
聚合 分解 反应剧烈
（吡咯，呋喃，噻吩）
硝化：HNO3/H2SO4 磺化：H2SO4
用温和试剂代替
（1） 五员杂环的硝化反应 硝化试剂
AcONO2 AcO + NO2
• 吡咯和噻酚发生正常亲电取代反应
NO2 AcONO2 N H Ac2O,10 C
o
N H 51%
NO2
+ N H 13% NO2
N
N
N
N
N
环上每个位置的负 电荷密度均增大
吡咯的性质与苯酚类似，具有酸性，但吡咯的酸性比苯 酚小。吡咯与苯胺也有类似性质。
OH
OH-
O
N H
Na 或 K 或浓NaOH
N K+
pKa =10
pKa≈ 17.5
吡咯成盐后，使环上电荷密度增高，亲电取代反应更 易进行。
3.1 五员芳杂化合物的亲电取代反应
第十六章
杂环（芳香族）化合物
构成环的原子除碳原子外还有O、S、N、 P 等杂原子的一类环状化合物称为杂环化合物。 O、N、S
杂原子
酸酐、环氧、内酯、内酰胺不属杂环化合物。
通常，杂环化合物是指含有杂原子构成环的、比 较稳定、有一定芳香性的环状化合物。
O
N
S
核酸碱基 ：
O HO P O OH B O
取代位置
E
+
E
+
A
A
E
A
-取代 主要产物 反应相对活性
-取代
>
N H O
>
S
>
5 109 1
3
1018
6
1011
对取代位置的解释（分析反应中间体的相对稳定性）

《有机化学》第十四章 杂环化合物 - 副本

《有机化学》第十四章 杂环化合物 - 副本

9H-嘌呤 7H-嘌呤
邓健 制作 罗美明 审校
上页 下页 首页 16
第十四章 杂环化合物和维生素 第一节 芳香杂环化合物（四、稠杂环）
嘌呤衍生物广泛分布在动植物中， 如腺嘌呤、鸟嘌呤均为核酸的碱基。
NH2
N
N
NN H
腺嘌呤 (Adenine)
OH
N
N
H2N N N H
鸟嘌呤 (Guanine)
人民卫生电子音像出版社
喹啉
891
7
2
6
5
N
10
3 4
吖啶
1N 6 5
7
N
2
N
3
4
NH9
8
嘌呤
人民卫生电子音像出版社
上页 下页 首页 7
第十四章 杂环化合物和维生素 第一节 芳香杂环化合物（二、六元杂环）
二、芳香六元杂环
（一）吡啶 (C5H5N) 的结构
吡啶是具有特殊臭味的 无色液体。 存在于煤焦油、 骨焦油中,其衍生物广泛存在 于自然界。工业上主要从煤 焦油的轻油部分提取吡啶。
芳香性 (环的稳定性): 苯 > 噻吩 > 吡咯 > 呋喃
邓健 制作 罗美明 审校
上页 下页 首页 13
第十四章 杂环化合物和维生素 第一节 芳香杂环化合物（三、五元杂环）
（二）吡咯衍生物
吡咯衍生物在自然界分布很广，植物中的叶绿素和动物 中的血红素都是吡咯衍生物。它们都具有重要的生理活性。
N HN NH N
2.有多个杂原子时,按O、S、N (N-R;N-H;N) 顺序编号
H3C 4 N 3 5 NH1 2
4
3
5 N1N2
CH3

第十四章芳香杂环化合物

第十四章芳香杂环化合物
环化合物。如果N4上的氢原子被其他基团取代时，将降低 甚至丧失其抗菌作用。但如果N4 上的取代基在体内能被 分解而恢复原来的游离氨基时，则仍具有原来的抑菌作用。
磺胺的抑菌作用是由于其结构与细菌生长所必须的对氨基
苯甲酸（PAPB）的结构极为相似，能产生竞争性拮抗， 干扰细菌的酶系统对PAPB的利用。
临床上使用的药物：
N
N
发烟 H2SO4
250oC
N
NO2
亲电取代发生在 SO3H β位。
齐齐巴宾反应
亲核取代发生 在α位。 当α位上有易离 去基团时，与 较弱的亲核试 剂就能发生亲 核取代反应
（4）、吡啶类化合物侧链氧化反应 氧化难、还原易（抗氧化性比苯强）
N KMnO4 HOOC
N
N HNO3
COOH NH3
N
全饱和时可不标明位置。例如：
N H
N H
O
1,2,3,4-四氢喹啉 2,5-二氢吡咯 四氢呋喃
含活泼氢的杂环化合物及其衍生物,可能存在着互变异 构体,命名时需按上述标氢的方式标明之。例如：
N
N
H
N
N
N
N H
NN
9H-嘌呤
7H-嘌呤
第二节、芳香五元杂环化合物
一、吡咯、呋喃和噻吩 1、结构与芳香性
sp2
O
H2N
N SO2NH
N
磺 胺 嘧 啶 （ SD）
F HN
5-氟 尿 嘧 啶
O
N H
（ 5-FU）
抗肿瘤药
第四节 稠杂环化合物
嘌呤及衍生物
嘌呤 两个互变异构体的平衡体系
6
1N
5
7
N
2
98

第14章杂环化合物


43
5 12
S

NH2
5 43 61 2
N
CH3

Br
Br
' 43
5 12
Br ' N
Br
H
2-氨基噻吩 3-甲基吡啶 (氨基噻吩) (甲基吡啶)
2,3,4,5-四溴吡咯 (,,,-四溴吡咯)
2.环上有两个或两个以上相同的杂原子时，应 使杂原子位次之和最小，并将连有氢原子或取 代基的杂原子编号定为1。如环上有不同杂原子 时，按O、S、-NH-和-N=的顺序编号。
sp2杂化轨道上，伸向环平面外侧，未参与
共轭，可结合质子，因此吡啶具有弱碱性。
H
H
H
N
H
H
吡啶的分子轨道示意图
d+
d-
d-
d+ N
d+
d-
电子云的 交替极化
吡啶环上电子云密度的分布不平均，氮原 子上的电子云密度较大，碳原子的电子云 密度较低，尤其是氮原子邻位、对位的电 子云密度降低得比间位多，所以吡啶的亲 电取代反应比苯难，并且主要发生在间位 （即位）上。像吡啶这类环碳上的电 子云密度比苯低的芳杂环亦称为“缺” 芳杂环。吡啶是一个极性分子；氮原子的 诱导效应和共轭效应的方向一致。
3.尿酸(urate)：2，6，8-三氧嘌呤称为尿 酸
O HN ON
H
NH NO H
OH
N
N
HO N
N OH H
2，6，8-三氧嘌呤（酮型） 2,6,8-trioxypurine
2，6，8-三羟基嘌呤（烯醇型） 2,6,8-trihydroxypurine
第二节 维生素
维生素是维持人体正常代谢机能不可缺少的微 量有机化合物. 脂溶性维生素: 维生素A、D、K、E 水溶性维生素: B族 维生素，维生素C，维生 素P等

有机化学第十四章 杂环化合物

稠环公用碳原子不用编，嘌呤结构例外
3、当杂环侧链含有羧基、醛基、羟基等官能团时， 杂环可以当做取代基命名
14.2 五元杂环化合物
一、吡咯、呋喃和噻吩的结构与芳香性
吡咯
呋喃
噻吩
休克尔规则：环状共轭多烯分子所有原子处于同平面，且π电子数等于4n+2.
14.2 五元杂环化合物
一、吡咯、呋喃和噻吩的结构与芳香性
四：氧化与还原
N
CH3 KMnO4
COOH N
用过酸氧化，生成氧化吡啶
N
CH3COOOH N O
H2/Ni
N
N
H
14.3 六元杂环化合物
五、甲基取代吡啶甲基H的活性
N
CH3 + OHC
KOH,DMF N
CC H
H
α, γ位的甲基活泼，能被抜氢形成碳负离子，具有亲核性。 β 位没有该性质
14.2 五元杂环化合物
课堂习题
1、 命名下列化合物
3-甲基吡啶 2、 完成下列反应
（1）
3-吡啶甲酸 3,5-二甲基喹啉 2-吲哚甲醛
（2）
（3）
（4） （5）
14.2 五元杂环化合物
课堂习题
3、 解释吡咯、呋喃具有芳香性的原因
4、 解释吡咯、呋喃、噻吩亲电取代位点在α位的原因
14.2 五元杂环化合物
1. 对于单环化合物，编号都从杂原子开始编，取代基的编号尽量小。当环
里含有两个或两个以上杂原子时，要以O>S>NH>N的顺序。
43
5
2
1
2-甲基呋喃 或者α-甲基呋喃
4
5
3
6
2
1
3-溴吡啶 或者β-溴吡啶

第十四章 杂环化合物

COOH N N CONH2
族维生素之一，可用于防治糙皮病、口腔炎、 是 B 族维生素之一，可用于防治糙皮病、口腔炎、 血管硬化等。 血管硬化等。
2、异烟肼（Rimifon—雷米封） 、异烟肼（ 雷米封） 雷米封
CONHNH2
抗结核的首选药； 抗结核的首选药；长 时间服用需补充VitB6 时间服用需补充
N
N
O 吡啶N－ 吡啶 －氧化物
OCH3 CH3ONa N O CH3OH N O
NO2
NO2 N O HNO3 H2SO4 N O
Cl 3 l P C 3 CH
H
2
N NH2
/N i
N
还原 ：
H2 / Pt N
25℃ 0.3MPa ℃
六氢吡啶（哌啶）
N H
（三）吡啶的重要衍生物
1、烟酸和烟酰胺 、
Br2 / HAC N NH2 Br N NH2
20℃ ℃
3、亲核取代——主要发生在 位 、亲核取代 主要发生在α位 主要发生在 对离去性较差的负氢，需用强碱性的亲核试剂： 对离去性较差的负氢，需用强碱性的亲核试剂：
+ NaNH2
N NH3 N NH2
“齐齐巴宾” 齐齐巴宾” 反应
+
N
Li N
+ LiH
吡咯
Fe
卟吩 铁卟啉 蛋白质 （ 血红 素 ）
卟啉 血 红 蛋白
2、呋喃及其衍生物 、
R N O N O
O2N
O
CH＝R ＝
呋喃唑酮 痢特灵） （痢特灵）
治疗菌痢
R N O
N O O CH3 CH3
呋喃妥因
治疗泌尿道感染
R CHCNHCH O

医学生物化学第十四章芳香杂环化合物


（尿酸）烯醇式
磺胺类药物：
4
1
H2N
SO2NH2
磺胺
H2N
SO2NHR
H2N
SO2 N H
N
O CH3
对-氨基苯磺酰胺 磺胺甲基异噁唑（SMZ） 含有“饱和原子”的杂环化合物的命名
O
H N
5 2
1
N
2 3
4
四氢呋喃
2,5 – 二氢吡咯
3,4 – 二氢喹啉
N
KMnO4 溶 液
N
COOH
CH 3 KMnO 4溶 液
COOH
N
N
吡啶比苯易还原：
N
Na+C2H5OH
或H2 / Pt
N H
六 氢 吡 啶（仲 胺 ）
吡啶的衍生物 β- 吡啶甲酸 （烟酸）
N
COOH
N
CONH2 β-吡啶甲酰胺
（烟酰胺）
1N 2
（二） 嘧啶及其衍生物
NH2
4
3
N1 N3
O
4
3
N
OH N
5 4
4
N N H
5 6
3
COOH
H2N 2 N
3
Br
7
N1 H
2
4-嘧啶甲酸
2-氨基-6-羟基嘌呤
6-溴吲哚-3-甲酸
（三） 标氢（标记氢原子)
6 6 5 4
O
H
O
H H H
1
N
2
N N H
9
7 8
1
N
2
5 4
7
NH N
9 8
N
3
N
3
2H - 吡喃
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25 1
N H
54
β
3
5 6
6 7
12 α
7 8
N
H
γ
43 β
5
6 12 α N
γ
43β
2
1α N
N
6 1
5
23 4
N
N
7
8 9
N H
第十四章 杂环化合物和生物碱
第一节 杂环化合物 目录△
（三）杂环化合物的命名
O2N S
2 - 硝基噻吩 α - 硝基噻吩
CH3
N 4 - 甲基吡啶 β - 甲基吡啶
2. 系统命名法
系统命名法是在碳环名称前加上杂原子的名称，称为：×杂×× 例如：吡啶的系统名称为：氮杂苯 or 氮苯
（二）杂环母核的编号规则
1. 单个杂原子杂环 2. 多个杂原子杂环 3. 苯稠杂环 4. 稠杂环
第十四章 杂环化合物和生物碱 第一节 杂环化合物 目录△
β4 3β α 51 2α
O
N3 4
4
C H2C H3
Mg
CH3 H
8
N
N 5 CH3
7
6
H2C
H H
O
H 2C C O O C H 3 叶绿醇基
OC O
叶绿素
R= C H3 R= C HO
C6H5
S N
5 - 苯基噻唑
N OH 8 - 羟基喹啉
Br
N
N
H2N
N
N NH2 H
2 , 6 - 二氨基 - 6 - 溴嘌呤
N
N
CH3
β -[2-（N-甲基吡咯烷基）]吡啶
第十四章 杂环化合物和生物碱 第一节 杂环化合物 目录△
CHO O
CONH2 N
2-呋喃甲醛 3-吡啶甲酰胺 α-呋喃甲醛 β-吡啶甲酰胺
磺化反应
N
+SO 3 C H 2C l2
N +S-O 3 ( 吡 啶 三 氧 化 硫
N .SO 3)
+ N H
+ O
N+
-
SO3
100℃
N+
-
SO3
100℃
+ 浓H2SO4
室温
S
第十四章 杂环化合物和生物碱
N
SO3H
H
α - 吡咯磺酸
O
SO3H
α- 呋喃磺酸
SO3H S
α- 噻吩磺酸
第一节 杂环化合物
SO3H
CH2COOH
I
N
N
H
OH
3 - 吲哚乙酸 β-吲哚乙酸
7 - 碘 - 8 - 羟基 - 5 - 喹啉磺酸
N H 1H -吡 咯
N
N
3H -吡 咯 2H-吡 咯
O
O
4H-吡 喃 2H-吡 喃
活泼H的互变异构是他们之间的内在联系。 第十四章 杂环化合物和生物碱 第一节 杂环化合物 目录△
基本环用a、b、c、d...标“ 边” ，附加环用1、2、3...标位次。格式：附加环名并[......]基本环名
四 氢 吡 咯
H 2 , Pd 150 ℃
O
四 氢 呋 喃
第十四章 杂环化合物和生物碱 第一节 杂环化合物 目录△
4. 重要的吡咯衍生物
卟吩
血红素
第十四章 杂环化合物和生物碱 第一节 杂环化合物 目录△
第十四章 杂环化合物和生物碱 第一节 杂环化合物 目录△
1
CH3
CH C H2 R
2
3
NN
叶绿素a 叶绿素b
.O
.S
吡咯
呋喃
噻吩
第十四章 杂环化合物和生物碱 第一节 杂环化合物 目录△
杂原子的孤电子对参加p-π 共轭，对环系供电子，因此 环碳电子云密度：
.. >
S
.. >
N H
.. >
O
噻吩
吡咯
呋喃
苯
杂原子的电负性O>N>S，杂原子的孤电子对参与共轭的程度不同。 芳香性：
> .. >
S
苯
噻吩
.. >
N H 吡咯
目录△
傅-克反应
+ (CH3CO)2O N H
+ (CH3CO)2O O
+ C6H5COCl S
⑶ 还原反应
BF3 SnCl4
COCH3 N H
α - 乙酰 基 吡 咯
COCH3 O
α - 乙酰基 呋喃
S
COC6H5
α - 苯甲 酰 基 噻 吩
N H
H 2 , Pd 200～ 400kPa
N H
O
附加环 杂环做基本环 大杂环做基本环 附加环
cN db
Sa
苯并[d]噻唑
b3 a21 NN
H
吡咯并[2,3 - b]吡啶
N a b c
基本环
3 2 1N
附加环
吡啶并[2,3 - c]喹啉
稠环体系的周边编号类似相应的稠环芳烃,例如:
4N3 4 5 2 15
dc e
N3
b a
2
Cl
N6 S CH2OH
H1
⑵ 亲电取代反应 卤代反应
+ Br2 N H
乙醚
0℃
Br
Br
+ HBr
Br
Br
N
H
+ Br2
二氧六环
0℃
O
+ HBr Br O
+ Br2
CH3COOH 室温
S
+ HBr Br S
第十四章 杂环化合物和生物碱 第一节 杂环化合物 目录△
硝化反应
OO CH3C O CCH3 + HNO3
O
CH3C ONO2 + CH3COOH
硝酸乙酰 酯
+ CH3COONO2
(C H 3C O )2O
-10℃
N H
+ C H 3C O O N O 2 -5 ～ -30℃ O
+ CH3COONO2
(C H 3C O )2O
-10℃
S
N
NO2
H
α -硝基吡咯
O
NO2
α -硝基呋喃
NO2 S
α -硝基噻吩
第十四章 杂环化合物和生物碱 第一节 杂环化合物 目录△
第一节 杂环化合物
一、杂环化合物Hale Waihona Puke 分类五元杂环 O单杂环
杂环化合物
六元杂环 N
N
S
H
N
N
O
苯稠杂环
稠杂环
N
N
N
H
N
N
杂环稠杂环
NN H
第十四章 杂环化合物和生物碱 第一节 杂环化合物 目录△
二、杂环化合物的命名
（一）杂环母核的命名
1. 音译法
音译法是外文谐音汉字加“口”偏旁表示杂环母核的名称。 例如：呋喃（furan）、噻吩（thiophene）、嘌呤（purine）
..
O 呋喃
第十四章 杂环化合物和生物碱 第一节 杂环化合物 目录△
2. 物理性质 显色反应
⑴ 松木片反应：吡咯蒸汽 + 盐酸浸泡过的松木片→显红色 呋喃 + 盐酸浸泡过的松木片→显绿色
⑵ 噻吩 + 浓硫酸 + 靛红 → 显蓝色
O 5.76 × 10-30C.m
S 6.33 × 10-30C.m
N H 5.26 × 10-30C.m
O
S
2.33 × 10-30C.m
1.70 × 10-30C.m
第十四章 杂环化合物和生物碱
N H 6.03 × 10-30C.m
第一节 杂环化合物
目录△
3. 化学性质 ⑴ 酸碱性
N H
+ K O H （ 固 体 ）
N K +
+ H 2O
+ H+ N H
N + HH
第十四章 杂环化合物和生物碱 第一节 杂环化合物 目录△
2 - 羟甲基 - 5 - 氯咪唑并 [4,5 - d] 噻唑 第十四章 杂环化合物和生物碱 第一节 杂环化合物 目录△
三、五元杂环化合物
（一）吡咯、呋喃和噻吩（多π芳杂环）
N H 吡咯
O 呋喃
S 噻吩
1. 结构与芳香性
..
..
..
.
.. . sp2杂化
.. . sp2杂化
.. sp2杂化
. NH