杂环化合物与生物碱

R1 O
叔胺 R=R1=—CO-CH3 heroin
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
H+ OH-
生物碱盐
2.生物碱的沉淀反应: 生物碱可与生物碱试剂（如苦
1
1
1
1
1
1
1.06
1.10 N 0.68 H
富电子芳杂环
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。
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。
N原子上的H原子离解为H+的倾向增大
吡咯能与固体KOH加热生成盐：
+ KOH(s) － K+
Question：吡咯加氢变成四氢吡咯 后 ，碱性为什么大大加强？
+ H2O
催化加氢
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2、六元杂环化合物——吡啶的反应
（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，
味酸、碘化汞钾等）发生沉淀反应。
常用的生物碱沉淀试剂(反应通常在酸性介质中进行)
名称
试剂组成
沉淀组成 现象
Dragendorff 碘化铋钾 BiI3·KI B·BiI3·HI 多为红棕
色 Mayer试剂 碘化汞钾 HgI2·2KI B·HgI2·2KI 白色(过量则溶)
Sonnen Schein 磷钼酸 H3PO4·12MoO3 3B·H3PO4·12MoO3H2O
红色 棕色 兰色
利用生物碱的沉淀反应和显色反应可鉴别生物碱。
本章要点
1. 杂环的命名 译音＋“口 ”旁 2. 呋喃、噻吩、吡咯
结构：5原子6电子环π键/富π芳杂环 性质：亲电取代比苯容易，主要在α位取代
(缓和的试剂,温和的条件) 芳香性 (环的稳定性)：苯 > 噻吩 > 吡咯 > 呋喃 3. 吡啶 结构： 6原子6电子环π键/缺π芳杂环
哌啶
四氢呋喃
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。
常见的杂环化合物如下：
√√ √
√
常见的杂环化合物如下：
√ √
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。
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。
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
N-H
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。
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。
S
吡啶
呋喃
噻吩
吡咯
吡啶环对氧化作用较苯环稳定，而对还原剂比苯活泼。
CH3
HNO3或 KMnO4，D
CO2H
b-吡啶甲酸(烟酸)
KMnO4，D
CO2H
Na + C2H5OH
H2 / Pt ,乙酸
H
六氢吡啶(哌啶) (95%)
H
3、稠杂环
4
5
3
6 7
12
吲哚
苯并吡咯
54
6
3
7 8
2 1
喹啉
苯并吡啶
应用：
嘌呤
——有特定的编号
0.82 0.95 0.85
1.58 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
14.3 杂环化合物的化学性质
1、呋喃、噻吩、吡咯的反应
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。
易接受亲电试剂而成盐。吡啶的碱性小于氨大于苯胺
。
碱性比较：脂肪胺 >>
> ≈ 苯胺
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Question：吡啶、吡咯、苯胺、哌啶四种化合物碱性强弱顺序？
(2) 亲电取代 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。
(3) 氧化与还原
H
仲胺
例2：可卡因(cocain)
N
CO2 CH3
存在于大麻、鸦片中，
为中枢神经兴奋剂，可
H O-C-C6H5 HO
致欣快症。为成瘾毒物 。
例3：吗啡(morphine) 、可待因(codein)和海洛因(heroin)
RO
R=R1=H
morphine
N CH3 R=CH3, R1=H
codein
14.2 杂环化合物的结构
② 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。
H
H
H
H
H
π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：
1
1
1
1
1
1
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”。
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）。
(1) 亲电取代
卤代
乙酰基硝酸酯(CH3COONO2)，一种弱的 硝化试剂，常在低温下进行
硝化
磺化
2－吡咯磺酸
(2)加成:
(3)傅-克酰基化反应:
(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。
咪唑
噻唑
噁唑
嘧啶
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(
)：
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。
14.2 杂环化合物的结构
呋喃(
)：
噻吩(
)具有与呋喃相似的结构。
14.2 杂环化合物的结构
白->黄褐 加氨水变兰
Hager 试剂 苦味酸
2,4,6-三硝基苯酚 BH+ -O-Ph(NO2)3
晶型
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。常用的颜色反应试剂有：硫酸，硝酸 ，盐酸、甲醛，氨水等。其反应机理可能包括氧化、脱 水、缩合等反应。
阿托品 吗啡 可卡因
1%钒酸铵的浓H2SO4
1 65
7
2 4 98 3
NH2
N
N
NN
H
6 - 氨基嘌呤
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 3
7 9
1
7
39
9H-嘌呤
7H-嘌呤
嘌呤的取代衍生物:
NH2
OH
OH
NH2
HO
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)
杂环化合物与生物碱
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
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。
性质：亲电取代(多在β位)比苯难；亲核取代(多在 α位)比苯易;氧化变难;还原变易；有弱碱性
4. 某些杂环的互变异构 喹啉、嘌呤等的衍生物 5. 生物碱的概念与性质(碱性、沉淀反应、显色反应)
芳香性 (环的稳定性)：苯 > 噻吩 > 吡咯 > 呋喃
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
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。
注意：这些杂环进行亲电取代反应时，须用缓和的
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）：
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。
痛风（英语：gout，学名：metabolic arthritis）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。
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。
几种常见的生物碱:
1：烟碱，尼古丁(nicotine)
CH3
含吡啶环及四氢吡咯环
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.