中医药大学有机化学课件JC整理-杂环化合物.ppt

1、第十六章第十六章 杂环化合物杂环化合物（一）（一）杂环化合物的分类、命名和结构杂环化合物的分类、命名和结构 （1）分类和命名（）分类和命名（2）结构和芳香性）结构和芳香性（二）（二）五元杂环化合物五元杂环化合物 （1）五元杂环化合物的化学性质）五元杂环化合物的化学性质 （2）一些具有生理活性五元杂环化合物）一些具有生理活性五元杂环化合物（三）（三）六元杂环化合物六元杂环化合物 （1）吡啶）吡啶 （2）喹啉和异喹啉）喹啉和异喹啉 （3）嘌呤）嘌呤 构成环的原子除碳原子外还有构成环的原子除碳原子外还有O、S、N、P等杂原子等杂原子的一类环状化合物称为杂环化合物。的一类环状化合物称为杂环化合物。90

2、%以上药物和以上药物和60%以上的有机化合物为杂环以上的有机化合物为杂环化合物。化合物。碳水化合物碳水化合物（它为生命提供能量）、（它为生命提供能量）、叶绿素叶绿素（它为植物提供绿色）、（它为植物提供绿色）、血红素血红素(它赋予血液以鲜红的颜色它赋予血液以鲜红的颜色)都是杂环化合物；都是杂环化合物；核酸核酸中的杂环（嘧啶和嘌呤）部分对中的杂环（嘧啶和嘌呤）部分对DNA的复制起着的复制起着至关重要的作用并使生命得以代代相传至关重要的作用并使生命得以代代相传；杂环化合物通常是杂环化合物通常是酶和辅酶酶和辅酶中催化生化反应的活性中催化生化反应的活性部位。部位。正是由于其存在，自然万物才有了勃勃生机。

3、正是由于其存在，自然万物才有了勃勃生机。H3CH3CMgC20H39OOCCH2CH2OOCH3CHHONNNNCH3CH=CH2C2H5HCH3叶绿素叶绿素-a(R=CH3)叶绿素叶绿素-b(R=CHO)CH3R=(CH3)2CHCH2CH2(CH2CHCH2CH2)CH2C=CCH2CH3H3CNSHCH3H3CCH3OHCH3H3COOOOOHREpothilone A(R=H)B(R=CH3)；1993年被发现的一种高效抗癌物质年被发现的一种高效抗癌物质(一一)杂环化合物的分类、命名和结构杂环化合物的分类、命名和结构（1）分类和命名）分类和命名非芳香性杂环非芳香性杂环OOONNHHNN

4、OHH2SeSi四氢呋喃四氢呋喃1,4-二氧六环二氧六环四氢吡咯四氢吡咯六氢吡咯六氢吡咯硅杂硅杂-2,4-环戊二烯环戊二烯1-氧氧-4-氮氮杂环己烷杂环己烷(吗啡啉吗啡啉)奎宁环奎宁环硒杂环丁烷硒杂环丁烷OSNH 呋喃呋喃 噻吩噻吩 吡咯吡咯Furan Thiophene Pyrrole NNHNNHNONS 吡唑吡唑 咪唑咪唑 噁唑噁唑 噻唑噻唑Pyrazole Imidazole Oxazole Thiazole 常见芳香性五元杂环化合物（常见芳香性五元杂环化合物（单环单环）OSNH 苯并呋喃苯并呋喃 苯并噻吩苯并噻吩 苯并吡咯苯并吡咯Benzofuran Thionaphene Indo

5、leSNONNNH 苯并噁唑苯并噁唑 苯并噻唑苯并噻唑 苯并咪唑苯并咪唑Benzoxazole Benzothiazole Benzoimidazole常见芳香性五元杂环化合物（常见芳香性五元杂环化合物（稠环稠环）NNNNNNN 吡啶吡啶 哒嗪哒嗪 嘧啶嘧啶 吡嗪吡嗪Pyridine Pyridazine Pyrimidine Pyrazine 常见芳香性六元杂环化合物（常见芳香性六元杂环化合物（单环、稠环单环、稠环）NN12345678N1458910 喹啉喹啉 异喹啉异喹啉 吖啶吖啶Quinoline Isoquinoline Acridine2NN1345678910NN123 酞嗪酞嗪

6、 Phthalazine1,10-菲咯啉菲咯啉 1,10-phenanthroline 命名原则：命名原则：杂环化合物杂环化合物的命名多采用的命名多采用英文译音英文译音,在同音汉字前加在同音汉字前加“口口”旁旁,从杂原子开始编号从杂原子开始编号,如果有如果有多个杂原子多个杂原子,按按O、S、N次序编号。次序编号。NSH3CNOH3CO1122334455675-甲基噻唑甲基噻唑6-甲氧基苯并噁唑甲氧基苯并噁唑N123456O12345 （2）结构和芳香性）结构和芳香性 呋喃、吡咯和噻吩都是典型的五元芳杂环化合物。呋喃、吡咯和噻吩都是典型的五元芳杂环化合物。甲、离域能分别为甲、离域能分别为67、

7、88、117kJ/mol(苯为苯为150.5)；乙、乙、轨道中都有轨道中都有4n+2个个电子；电子；丙、容易发生亲电取代反应；丙、容易发生亲电取代反应；丁、碳碳键长趋于平均化；丁、碳碳键长趋于平均化；戊、环上质子受离域电子环流去屏蔽效应影响出现在戊、环上质子受离域电子环流去屏蔽效应影响出现在低场。低场。（二）五元杂环化合物（二）五元杂环化合物（1）五元杂环化合物的化学性质）五元杂环化合物的化学性质 a、呋喃、吡咯和噻吩容易进行亲电取代反应。、呋喃、吡咯和噻吩容易进行亲电取代反应。b、它们的亲电取代反应都比苯活泼、它们的亲电取代反应都比苯活泼(吡咯吡咯呋喃呋喃噻吩噻吩苯苯)，其活泼性同苯酚、苯胺

8、相似。，其活泼性同苯酚、苯胺相似。c、由于它们的高度活泼性以及呋喃和吡咯对于无、由于它们的高度活泼性以及呋喃和吡咯对于无机强酸的敏感性，其亲电取代反应需要比较温和机强酸的敏感性，其亲电取代反应需要比较温和的条件。的条件。(a)硝化硝化S+CH3COONO2oC0Ac2O AcOHSNO2SNO2+66%10%+HN(b)磺化磺化(c)卤化卤化100 CoNSO3+-90%HNSO3HO+Br21,4-二氧六环25CoOBr75%(d)Friedel-Crafts酰基化酰基化NH+Ac2O150200Co60%NCOCH3HXE+X=O,S,NH23进攻位位进攻+XEHXEH+XEH+XEH+X

9、EH+呋喃的芳香性比较弱呋喃的芳香性比较弱,除进行亲电取代反应除进行亲电取代反应外外;还容易进行亲电加成和还容易进行亲电加成和Diels-Alder反应。反应。+CoOOOO30OHHOOO%90OOOSoC+1001500MPaSHHOOO%47+OBr2CH3COOKCH3OHCH3OHOHBrHBrOHHOCH3CH3O(C5H8O4)nH+,H2O(-H2O3CHOCHOH)CH2OH3CHOO戊聚糖戊聚糖 戊醛糖戊醛糖 糠醛糠醛OCH=O2NN NOOO2NOCH=CHCNHCH(CH3)2O（2）一些具有生理活性五元杂环化合物）一些具有生理活性五元杂环化合物呋喃唑酮（呋喃唑酮（痢特

10、灵痢特灵）呋喃丙胺呋喃丙胺（抗血吸虫药抗血吸虫药）HHOOCCH2CH2NCH2COOHCH2NH2卟吩胆色素原卟吩胆色素原;通过生物体内特定酶的作用可转变成通过生物体内特定酶的作用可转变成卟啉、叶绿素和维生素卟啉、叶绿素和维生素B12等重要生物活性物质等重要生物活性物质NH3COOCNOHC2H5HOCOCH3COOCH3NC2H5HH3CONRHONCH2COOHH3-吲哚乙酸吲哚乙酸(植物生长促进剂植物生长促进剂)长春碱长春碱(R=CH3);长春新碱长春新碱(R=CHO);抗癌药抗癌药H3CNH2NNCH2SNCH3CH2CH2OH+Cl-PhCH2CONHNSOHCH3COOHCH3H

11、H维生素维生素B1 青霉素青霉素G（三）六元杂环化合物（三）六元杂环化合物（1）吡啶）吡啶 吡啶是典型六元芳香杂环化合物。吡啶氮原子上的未共用电子对不参与-体系，这对电子可与质子结合，因此吡啶的碱性（pKb=8.8）较吡咯强，也比苯胺（pKb=9.3）略强。由于氮原子的吸电子诱导效应，吡啶环上的电子云密度较低，其亲电取代反应与硝基苯类似，一般需要强烈条件，且主要发生在-位。N+-进攻 位位进攻+EN+EEHEHNHNN不稳定极限结构+EHEHNNNEH+N，H2SO4Co，230HgSO470%NSO3H+-吡啶的亲电取代主要在吡啶的亲电取代主要在-位位吡啶的亲电取代反应示例吡啶的亲电取代反应

12、示例（a）磺化）磺化NH2SO4KNO3Fe 330Co，22%NNO2CoNBr2300+NBrBrNBrCoN+3H2NNi180H（b）硝化）硝化（c）卤化）卤化 吡啶可被催化加氢为六氢吡啶（哌啶）。六氢吡啶可被催化加氢为六氢吡啶（哌啶）。六氢吡啶的碱性（吡啶的碱性（PKb=2.7）与一般脂肪族仲胺相近。）与一般脂肪族仲胺相近。NNaNH2NNHNaH2ONNH2NC6H5LiNC6H5NCH3+C6H5CHOKOH/DMFCo120NC=CHH72%C6H5吡啶容易发生亲核取代反应吡啶容易发生亲核取代反应吡啶吡啶2-和和4-位上甲基具有酸性（类位上甲基具有酸性（类羟醛缩合羟醛缩合）。）

13、。NCONH2NCONHNH2HOH3CNCH2OHCH2OH 烟酰胺烟酰胺 (维生素维生素pp)异烟酰肼异烟酰肼（雷米封雷米封）抗结核药抗结核药维生素维生素B B6 6NCON(C2H5)2烟酰二乙胺烟酰二乙胺（可拉明可拉明）中枢神经兴奋药中枢神经兴奋药常见吡啶衍生物常见吡啶衍生物（2）喹啉和异喹啉喹啉和异喹啉 与吡啶类似与吡啶类似,喹啉和异喹啉都有弱碱性（喹喹啉和异喹啉都有弱碱性（喹啉：啉：pKb=9.15；异喹啉；异喹啉pKb=8.86）。）。喹啉和异喹啉的喹啉和异喹啉的亲电取代反应亲电取代反应（如硝化、（如硝化、磺化、溴化等）磺化、溴化等）比吡啶容易比吡啶容易，亲电试剂主要进，亲电试剂

14、主要进攻苯环部分。攻苯环部分。亲核取代反应亲核取代反应则发生在则发生在吡啶环吡啶环上，其中喹啉上，其中喹啉主要在主要在2-位取代，而异喹啉主要在位取代，而异喹啉主要在1-位。位。No，HNO3H2SO40C浓浓+NNO2NNO248%50%NH2SO4浓220CoSO3HN54%，浓H2SO4N，Br2AgSO4NBrNBr+1:1N浓浓C0H2SO4HNO3，oNO2NNO2N+8%72%Ba(NH2)2,液NH3Co20NNNH280%N25 CoKNH2,液NH3NNH283%（3）嘌呤）嘌呤 嘌呤是由一个咪唑环和一个嘧啶环稠合而嘌呤是由一个咪唑环和一个嘧啶环稠合而成的一类重要化合物成的一类重要化合物NNNNHNNNNHNNOOCH3NNH3CHH3CNNCH3NNOOCH3NNOOCH3NNCH3H茶碱茶碱 咖啡碱咖啡碱 可可碱可可碱 NNNNHNH2NNH2NONNHH腺嘌呤腺嘌呤(adenine,A)鸟嘌呤鸟嘌呤(guanine,G)