第15章杂环化合物.ppt

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1、第1页,第十五章 杂环化合物,15.1 杂环化合物的分类和命名,15.2 五元杂环化合物,15.3 六元杂环化合物,15.4 生物碱简介,Chapter 15 Hethocyclic compoud,第2页,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。,90%以上药物和60%以上的有机化合物为杂环化合物；,杂环化合物在现实生活中的地位极其重要：,正是由于其存在，自然万物才有了勃勃生机。,碳水化合物（它为生命提供能量）；,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)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

2、用并使生命得以代代相传。,杂环化合物通常是酶和辅酶中催化生化反应的活性部位。,第3页,1993年被发现的一种高效抗癌物质,头孢氨苄(先锋霉素IV),第4页,叶绿素a(R=CH3)叶绿素b(R=CHO),第5页,（1）非芳香性杂环,四氢呋喃,1,4-二氧六环,四氢吡咯,六氢吡啶,1-氧-4-氮杂环己烷,(吗啡啉),奎宁环,15.1 杂环化合物的分类和命名,第6页,（2）芳香性杂环,（A）分类,（B）命名,（a）母体化合物音译法,采用国际通用英文名称的音译，在同音汉字的左边加一“口”旁，以表示是杂环化合物。,分类,单杂环,稠杂环,五元杂环,六元杂环,第7页,单环芳香性五元杂环化合物：,呋喃Fura

3、n,噻吩 Thiophene,吡咯Pyrrole,吡唑 Pyrazole,咪唑 Idmiazole,噁唑Oxazole,噻唑Thiazole,第8页,稠环芳香性五元杂环化合物：,苯并呋喃Benzofuran,苯并噻吩Thionaphthene,吲哚（苯并吡咯）Indole,苯并噁唑 Benzoxazole,苯并噻唑Benzothiazole,苯并咪唑Benzoimidazole,第9页,吡啶Pyridine,喹啉 Quinoline,异喹啉Isoquinoline,哒嗪 Pyridazine,嘧啶 Pyrimidine,吡嗪Pyrazine,芳香性六元杂环化合物：,第10页,（b）定编号,一般

4、从杂原子编起，含多个杂原子时按O，S，N的次序编号。,4-甲基-2,3-二溴呋喃,5-甲基噻唑,只含一个杂原子的杂环，可把靠近杂原子的位置叫做位，其次为位。,第11页,（1）呋喃、吡咯和噻吩的结构,（A）符合Huckel规则具有芳香性,每个碳原子的p轨道有一个电子，杂原子的p轨道有二个电子。这五个p轨道都垂直于分子所在平面，侧面相互交盖，形成（4n+2）电子共轭体系。,构成环的原子都是sp2杂化，五个原子在同一平面内。,符合Huckel规则：,15.2 五元杂环化合物,第12页,第13页,具有芳香性:,易发生亲电取代反应。,有较高的离域能，具特殊的稳定性。,键长：有平均化的倾向。,第14页,（

5、B）芳香性的比较,离域能（kJ/mol）,呋喃、吡咯和噻吩都是典型的芳香体系，电子离域，具有离域能。但由于杂原子不同，离域能不同。,67 88 117,芳香性：,150.5,原因,？,第15页,三种杂环具有一定程度的芳香性，杂原子电负性大小：,芳香性与稳定性:,O(3.5)N(3.0)S(2.5),第16页,由于呋喃、噻吩、吡咯都是五中心六电子，属于富电子环,电子密度：杂环 苯环稳 定 性：杂环 苯环芳 香 性：杂环 苯环反 应 活 性：杂环 苯环,第17页,（2）五元杂芳化合物的化学性质,结构与性质,呋喃、吡咯和噻吩具有芳香性,容易进行亲电取代反应.,特点:,它们的亲电取代反应都比苯活泼(吡

6、咯呋喃噻吩苯)，其活泼性同苯酚、苯胺相似。,给电子共轭效应：N O S,第18页,亲电取代反应的位置：在位,中间体稳定,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的条件。,第19页,（A）呋喃,亲电取代反应：,第20页,制造尼龙66的原料,催化加氢：,第21页,加成反应：,呋喃的芳香性比较弱,除进行亲电取代反应外;还容易进行Diels-Alder反应和亲电加成。,1，4加成,第22页,（B）噻吩,亲电加成,煤焦油中提取的苯含0.5%噻吩。这是制取无噻吩苯的一种方法,室温,第23页,碱性极弱,（C）吡咯,酸碱性,因为氮原子上未公用电子对参与了共轭体系。,亲

7、电取代,四氢吡咯，吡咯烷，具脂肪族仲胺的性质,pKa=17.5,第24页,氧化还原,（D）糠醛（-呋喃甲醛）,第25页,（3）呋喃、噻吩、吡咯、糠醛的制备,PaalKnorr（帕尔-诺尔）合成法:,二羰基化合物在酸催化下脱水或与氨或硫化物作用,第26页,聚戊糖 戊糖 糠醛,第27页,（4）一些具有生理活性五元杂环化合物,呋喃唑酮（痢特灵）,呋喃丙胺（抗血吸虫药）,第28页,卟吩胆色素原: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B12等重要生物活性物质.,3-吲哚乙酸(植物生长促进剂),第29页,长春碱(R=CH3);长春新碱(R=CHO);抗癌药,第30页,维生素B1,青霉素G,第

8、31页,15.3 六元杂环化合物,（A）吡啶结构,吡啶是一种典型芳香性杂环化合物，具有和苯非常相似的骨架结构和电子结构。,CN:0.147 nmC=N:0.128 nm,偶极矩/Cm:7.5 1030 6.1 1030,第32页,吡啶电子结构与吡咯不同：,基态进行sp2杂化,激发态进行sp2杂化,第33页,（B）吡啶化学性质,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，因此吡啶的碱性较吡咯强，也比苯胺略强。,（a）氮原子上的反应,碱性比较：,pKb 3.36 4.76 8.8 9.3 13.6,碱性：叔胺 吡啶 吡咯,碱性：,第34页,反应：,亲核性：,第35页,（b）亲电取

9、代反应,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。,主要发生在-位.,活性：,位置：,N有较大电负性，6电子N不稳定。,第36页,不反应,第37页,（c）亲核取代反应,由于环上电子云密度降低，吡啶易与亲核试剂（如芳基锂、烷基锂等）作用，主要生成-位取代产物，若-位被占据，则生成-位取代产物。,主要发生在-位.,位置：,Chichibabin反应,第38页,（d）还原反应,吡啶还原反应比苯更容易进行，还原生成六氢吡啶,（e）氧化反应,吡啶与过氧化氢作用生成吡啶N氧化物：,哌啶（有机碱催化剂、环氧树脂的固化剂）,第39页,烟酰胺(维生素pp

10、),维生素B6,异烟酰肼（雷米封）抗结核药,烟酰二乙胺（可拉明）中枢神经兴奋药,含有吡啶环的药物分子,第40页,15.4 生物碱简介,生物碱一般是指从动植物中得来的、具有碱性的、有强烈生理作用的一类有机含氮化合物：,生物碱大多为固体，难溶于水，而能溶于乙醇等有机溶剂。大部分生物碱具有旋光性（左旋体）。,第41页,许多试剂能与生物碱生成不溶性的沉淀或发生颜色反应，这些试剂叫做生物碱试剂，可以用它们检验出生物碱。,1.生物碱的一般性质,（生物碱的）沉淀反应,能与生物碱生成沉淀的试剂有：碘化汞钾（K2HgI4)、苦味酸、丹宁酸等。,（生物碱的）颜色反应,能与生物碱产生颜色反应的有：浓硫酸、硝酸、甲醛

11、和氨水等,第42页,2.几种重要的生物碱,烟碱（尼古丁）,从烟草中提取，有剧毒，少量有兴奋中枢神经，能增高血压，大量则抑制中枢神经系统，使心脏麻痹以致死亡。,第43页,麻黄素,麻黄素亦称麻黄碱，有兴奋交感神经、收缩血管、抗张支气管的作用，用于治疗支气管哮喘症。,第44页,颠茄碱,颠茄碱又叫阿托平，存在于茄科植物如颠茄、曼陀罗、天仙子等。在医药上用作抗胆碱药，能抑制汗腺、唾液、泪腺、胃液等分泌，并能扩散瞳孔，用于治疗胃痛与肠绞痛，也可用作有机磷与锑剂中毒的解毒剂。,第45页,吗啡对中枢神经有麻醉作用，有强镇痛效力，但容易成瘾，医药上常用于局部麻醉。,可待因是吗啡的甲基醚，与吗啡有同样的生理作用，成瘾性较吗啡差，用于镇咳，存在于大麻中的毒品海洛因是吗啡的二乙酰基衍生物。,吗啡碱,罂粟科植物鸦片中含有20余种生物碱，其中含量最多的是吗啡。,