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1、第十一章 杂环化合物,Heterocyclic Compounds,教材有误，先修改,第一节 杂环化合物的分类和命名第二节 杂环化合物的性质,第一节 杂环化合物的分类和命名,一 分类,按环大小分 五元、六元杂环化合物 按杂原子多少分 单杂原子、多杂原子化合物 按环多少分 单杂环、稠杂环化合物,杂环化合物种类繁多、数目可观，占全部有机物的1/3,二 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,1 音译名,不同的碳环母体有自己的名称，稠杂环各有其特定的编号方法，较难统一 如吲哚、嘌呤的母体碳环称茚 喹啉、喋啶的母体碳环称萘,环戊二烯（茂）,2 碳环母体命名法杂原子名称+碳
2、环名称,1,4-环己二烯（芑qi）,茚,苯,萘,呋喃 furan氧(杂)茂,吡咯 pyrrole氮(杂)茂,噻吩 thiophene硫(杂)茂,环戊二烯（茂）,苯并呋喃 benzofuran氧茚,嘌呤 purine1,3,7,9-四氮茚,吲哚 indole氮茚苯并吡咯,茚Indene,嘧啶pyrimidine1,3-二氮苯,吡嗪pyrazine1,4-二氮苯,苯,吡啶pyridine氮苯,吡喃pyran氧芑,哒嗪 pyridazine1,2-二氮苯,异噁唑isoxazole,1,3-氧氮(杂)茂 1,3-二氮(杂)茂 1,3-硫氮(杂)茂,1,2-氧氮(杂)茂 1,2-二氮(杂)茂 1,2-硫
3、氮(杂)茂,吡唑pyrazole,异噻唑isothiazole,噁唑oxazole,噻唑thiazole,杂环的编号以杂原子为最小号 多个杂原子共存时，按O、S、N、P顺序编号 不含双键的取1号位次，编号和最小,咪唑imidazole,2-呋喃甲醛-呋喃甲醛 糠醛,-吲哚乙酸,4-甲基咪唑4-methylimidazole,杂环母体上连有官能团时，以杂环为主体，按环状化合物的命名方法来命名杂原子为最小,5-甲基噻唑5-methylthiazole,1,2,腺嘌呤 A 鸟嘌呤 G6-氨基嘌呤 2-氨基-6-羟基嘌呤,1,2,3,4,5,6,7,8,9,嘌呤碱、嘧啶碱是核酸的重要组成部分嘌呤环编号
4、具特殊性，须记忆,胞嘧啶C,胸腺嘧啶T,尿嘧啶U,嘧啶碱是核酸的重要组成部分,喹啉quinoline氮萘,异喹啉isoquinoline2-氮萘,1,3,5,8,喋啶pteridine1,3,5,8-四氮萘,吖啶acridine氮蒽,3-吡啶甲酸-吡啶甲酸,4-甲基吡啶-甲基吡啶,3-甲基-1-苯基-5-吡唑酮,另外还有一类带有杂原子的饱和环状化合物,氮丙啶;吖丙啶氮杂环丙烷,环氧乙烷,吖丁啶氮杂环丁烷,1,3-环氧丙烷氧杂环丁烷,噁噻烷 四氢呋喃 四氢噻吩,哌嗪 吗啉 二噁烷,第二节 杂环化合物的性质,呋喃、噻吩、吡咯在结构上具有共同点，即构成环的五个原子都为sp2杂化，故成环的五个原子处在
5、同一平面，杂原子上的孤对电子参与环系共轭，形成共轭体系，且电子数符合休克尔（4n+2）规则，所以它们都具有芳香性，称为富电子的芳杂环,五元杂环的结构,一 五元杂环化合物,杂原子电负性较大，对碳有吸电子的诱导效应（-I），而杂原子上的孤对电子对整个环又有给电子的共轭效应（P-），结果使杂环中碳原子相对比苯中碳原子的电子密度高，尤其在杂原子的邻位（-位）,-I,P-,五元杂环化合物环上各键的键长并不相等，说明杂环中的电子密度没有完全平均化，芳香性比苯弱：苯吡咯呋喃噻吩,吡咯环上的电子分布（以苯的碳原子电子密度为1）,-位为最大,五元杂环化合物的化学性质,从结构上分析，五元杂环为56共轭体系，电荷密
6、度比苯大，如以苯环上碳原子的电荷密度为标准（作为0），则五元杂环化合物的有效电荷分布为,1 亲电取代反应,亲电取代反应的活性 吡咯呋喃噻吩苯，富电子的芳杂环的亲电取代反应比苯容易，主要发生在-位，但对试剂及反应条件必须有所选择和控制,不能用混酸硝化，一般是用乙酰基硝酸酯(CH3COONO2)作硝化试剂，在低温下进行,硝化反应,乙酰基硝酸酯,系补充内容,卤代反应,不需要催化剂，要在较低温度下进行,系补充内容,系补充内容,磺化反应,呋喃、吡咯不能用浓硫酸磺化，要用特殊的磺化试剂吡啶三氧化硫的络合物，噻吩可直接用浓硫酸磺化,H2SO4,1,SO3H,噻吩-2-磺酸,傅-克反应,主要是酰基化反应,系补
7、充内容,2 催化加氢反应,3 呋喃、吡咯的特性反应,(1)呋喃易起D-A反应,一般呋喃较易发生亲双烯加成反应，吡咯也能和活性较大的亲双烯体发生反应，噻吩不易发生反应,系补充内容,（2）吡咯的弱酸性和弱碱性,吡咯虽然是一个仲胺，但杂原子的孤对电子参与了环系共轭而使得碱性极弱，甚至具有弱酸性，其酸性介于乙醇和苯酚之间,：,呋喃蒸气遇到盐酸浸渍过的松木片显绿色,吡咯蒸气遇到盐酸浸渍过的松木片显红色,噻吩在浓硫酸存在下，与靛红一起加热显蓝色,五元杂环化合物的鉴别,佑尔业夫(Yupev)：利用Al2O3为催化剂，实现了吡咯、呋喃、噻吩环之间的转化,系补充内容,重要的五元杂环衍生物,由农副产品（甘蔗渣、花
8、生壳、高粱杆、棉子壳等）用稀酸加热蒸煮制取,1 糠醛的制备,糠醛（-呋喃甲醛）,O,与没有-H的醛的一般性质相同,2 糠醛的性质,（1）氧化还原反应,（2）歧化反应康尼查罗反应（不含-H的醛酮）,（3）羟醛缩合反应,浓,3 糠醛的用途,糠醛是良好的溶剂，常用作精炼石油的溶剂，以溶解含硫物质及环烷烃等可用于精制松香，脱出色素，溶解硝酸纤维素糠醛还广泛用于油漆及树脂工业,糠醛在光、热及空气中很易氧化和聚合糠醛 黄色 褐色 黑色（聚合成糠醛树脂）,4 糠醛的鉴别,托伦试剂：生成银镜斐林试剂：生成橘红色沉淀醋酸存在下加入苯胺：显红色，这也是鉴别戊糖的常用方法,吡咯的重要衍生物,最重要的吡咯衍生物是含有
9、四个吡咯环和四个次甲基(-CH=)交替相连组成的卟吩环,卟吩环,吡咯的重要衍生物 叶绿素(Mg)、血红素(Fe)、维B12(Co),含卟吩环的卟啉族化合物广泛分布在自然界，如血红素、叶绿素、维生素B12 血红素中环络合的是Fe 叶绿素中环络合的是Mg 维生素B12中环络合的是Co 它们都是有重要生理作用的细胞色素,卟吩环,血红素,卟吩环,X=CH3;叶绿素a=CHO;叶绿素b,其可用做食品、化妆品及医药的无毒着色剂,维生素B12又称钴胺素，是唯一含金属元素（Co)的维生素，B12缺乏时，导致核酸合成障碍，影响脂肪酸的正常合成，影响细胞分裂，结果产生巨幼红细胞性贫血，也即恶性贫血,维生素B12,
10、C63H88CoN14O14P,噻唑,噻唑是含一个硫原子和一个氮原子的五元杂环，无色、有臭味的液体，沸点117，与水互溶，有弱碱性，是稳定的化合物。一些重要的天然产物及合成药物含有噻唑结构，如青霉素、维生素B1等,噻唑thiazole,青霉素,R,维生素B1（VB1）,嘧啶环,维生素B1 又称硫胺素，其与糖代谢有关，神经组织的能量来源主要靠糖氧化供给，当缺乏之，易发生四肢麻木、肌肉萎缩、下肢水肿等症状，临床称脚气病,B1是最早被人们提纯的维生素，1896年荷兰王国科学家伊克曼首先发现，1910年为波兰化学家丰克从米糠中提取和提纯。它是白色粉末，易溶于水，遇碱易分解。维生素B1主要存在于种子的外
11、皮和胚芽中，如米糠和麸皮中含量很丰富，在酵母菌、瘦肉、白菜和芹菜中含量也较丰富。目前所用的维生素B1都是化学合成的产品。在体内，维生素B1以辅酶形式参与糖的分解代谢，有保护神经系统的作用；还能促进肠胃蠕动，增加食欲1819世纪脚气病在中国、日本、尤其在东南亚一带广为流行，当时每年约有几十万人死于脚气病。中国古代医书中早有治疗脚气病的记载孙思邈已知用谷皮治疗脚气病。在现代医学上，维生素B1制剂治疗脚气病和多种神经炎症有显著疗效,二 六元杂环化合物,六元杂环化合物主要有吡啶、嘧啶和吡喃等,六元杂环化合物的结构吡啶,由于吡啶环N上的孤对电子未参与环系共轭，杂原子的吸电子效应(-I)使杂环中碳原子比苯
12、中碳原子的电子密度低，称为缺电子芳杂环，且吡啶环上的电荷分布不均，亲电取代主要发生在-位,吡啶环中N上的孤对电子未参与环系共轭，杂原子的吸电子效应使杂环中碳原子比苯中碳原子的电子密度低，称为缺电子芳杂环,尼古丁 烟酸,烟酰胺 雷米封(治疗结核病)异烟酸,吡啶衍生物,吡啶及其衍生物维B6 烟酸 维生素PP P227,维生素B6,其溶于CH2Cl2，使用很方便，在室温下便可将伯醇氧化为醛，而且基本上不发生进一步的氧化作用。由于其中的吡啶是碱性的，因此对于在酸性介质中不稳定的醇类氧化为醛（或酮）时，是很好的方法，不但产率高，而且对分子中存在的C=C、C=O、C=N等不饱和键不发生破坏作用,沙瑞特试剂
13、Sarrett,1份铬酸酐+10份吡啶 黄色固体,吡啶存在于煤焦油中，吡啶衍生物广泛存在于自然界，植物所含的生物碱不少都有吡啶环结构，维生素PP、维生素B6、辅酶及辅酶均含有吡啶环吡啶是重要的有机合成原料（如合成药物）、良好的有机溶剂和有机合成催化剂吡啶的工业制法可由糠醇与氨共热（500）制得，也可从乙炔制备吡啶是有特殊臭味的无色液体，沸点115.5，相对密度0.982，可与水、乙醇、乙醚等任意混合,1 吡啶的来源、制法和应用,2 吡啶的性质,由于吡啶环中N原子上的孤对电子未参与环系共轭，可与质子结合，具有碱性，易与酸成盐吡啶的碱性小于氨大于苯胺,a 碱性,吡啶易与酸作用成盐,b 亲电取代反应
14、,主要取代在-位上,苯的硝化反应是：与混酸共热 P89可见缺电子芳杂环的亲电取代反应比苯环难,c 氧化还原反应,氧化反应,与苯的相同，均氧化成羧基,吡啶比苯易还原，用钠加乙醇、催化加氢均使吡啶还原为六氢吡啶（即胡椒啶）,还原反应,d 亲核取代反应,维生素B6 包括吡哆醇(R=CH2OH)、吡哆醛(R=CHO)及吡哆胺(R=CH2NH2)，又称吡哆素，维生素B6在酵母菌、肝脏、谷粒、肉、鱼、蛋、豆类及花生中含量较多。维生素B6为人体内某些辅酶的组成成分，参与多种代谢反应，尤其是和氨基酸代谢有密切关系。人类未发现维生素B6缺乏的典型病例，临床上应用维生素B6制剂防治妊娠呕吐和放射病呕吐,a 维生素
15、B6,吡啶衍生物,维生素B6在1926年被发现，1934年由格奥格（Gyorgy）从B 族维生素中区分开来，1938年库汉（Kuhn）和哈里斯（Harris）成功地将其分离并确定了结构式。1959年由波拉克（Pollak）等合成。我国1960年由上海新亚制药厂投产 维生素B6与维生素B2的关系十分密切，维生素B6缺乏常伴有维生素B2症状,维生素B2是喋啶的衍生物，最后讲,烟酸（维生素B3）与烟酰胺统称维生素PP，维生素PP又名抗癞皮病维生素，用于抗糙皮病，亦可用作血扩张药，烟酸广泛存在于动植物食物中，来源为动物肝、肾、瘦肉、全谷、豆类等，乳类、绿叶蔬菜也有相当含量。所以人体的维生素PP主要从食
16、物中摄取。也可以在体内由色氨酸转化而来，因色氨酸为必需氨基酸，肝内能将色氨酸转变成维生素PP，但转变率较低。人类维生素PP缺乏症称为癞（糙）皮症，主要表现是皮炎、腹泻及痴呆,b 维生素PP,嘧啶及其衍生物,嘧啶本身不存在于自然界，但是其衍生物在自然界分布很广，脲嘧啶、胞嘧啶、胸腺嘧啶是遗传物质核酸的重要组成部分，微生素B1也含有嘧啶环。合成药物的磺胺嘧啶也含这种结构,维生素B1（VB1）,嘧啶环,维生素B1 又称硫胺素，其与糖代谢有关，神经组织的能量来源主要靠糖氧化供给，当缺乏之，易发生四肢麻木、肌肉萎缩、下肢水肿等症状，临床称脚气病,三 稠杂环化合物,稠杂环化合物是指苯环与杂环稠合或杂环与杂
17、环稠合在一起的化合物。常见的有喹啉、吲哚和嘌呤,嘧啶环+咪唑环,吲哚,吲哚是白色结晶，熔点52.5。极稀溶液有香味，可用作香料，浓的吲哚溶液有粪臭味,吲哚的性质与吡咯相似，也可发生亲电取代反应,喹啉,（1）取代反应,1 喹啉的性质,（2）氧化还原反应,吡啶比苯难氧化，比苯易还原,2 喹啉环的合成法斯克劳普法,喹啉的合成方法有多种，常用的是斯克劳普法。是用苯胺与甘油、浓硫酸及氧化剂（如硝基苯）共热而生成,3 喹啉的衍生物,喹啉的衍生物在自然界存在很多，如奎宁、氯喹、罂粟碱、吗啡等,嘌呤,嘌呤为无色晶体，易溶于水，其水溶液呈中性，但能与酸或碱成盐纯嘌呤环在自然界不存在，嘌呤的衍生物广泛存在于动植物
18、体内,存在于鸟类及爬虫类的排泄物中，含量很多，人尿中也含少量,1 尿酸嘌呤的三羟基衍生物,痛风又称“高尿酸血症”，嘌呤代谢障碍，属于关节炎一种。痛风是人体内嘌呤的物质的新陈代谢发生紊乱，尿酸的合成增加或排出减少，造成高尿酸血症，血尿酸浓度过高时，尿酸以钠盐的形式沉积在关节、软骨和肾脏中，引起组织异物炎性反应，即痛风,2 黄嘌呤嘌呤的二羟基衍生物,存在于茶叶及动植物组织和人尿中,三者都是黄嘌呤的甲基衍生物，存在于茶叶、咖啡和可可中，它们有兴奋中枢作用，其中以咖啡碱的作用最强,3 咖啡碱、茶碱和可可碱,它们是核酸的重要组成部分,腺嘌呤（A）鸟嘌呤（G）,4 腺嘌呤和鸟嘌呤,蝶啶衍生物维生素B2,喋
19、啶pteridine1,3,5,8-四氮萘,维生素B2 在自然界分布广泛，是哺乳动物必需的营养物，其辅酶形式是黄素单核苷酸和黄素腺嘌呤二核苷酸，所以又称核黄素或维他命B2其分子式C17H20N4O6，是人体必需的13种维生素之一，是机体中许多酶系统的重要辅基的组成成分，参与物质和能量代谢，人类维生素B2缺乏时，可引起口腔溃疡、羞明等症维生素B2 微溶于水，可溶于氯化钠溶液，易溶于稀的氢氧化钠溶液,1879年英国著名化学家布鲁斯发现牛奶的上层乳清中存在一种黄绿色的荧光色素，他们用各种方法提取，试图发现其化学本质，都没有成功。几十年中，尽管世界许多科学家从不同来源的动植物都发现这种黄色物质，但都无
20、法识别。直到1933年（54年后），美国科学家哥尔倍格等从1000多公斤牛奶中得到18毫克这种物质，后来人们因为其分子式上有一个核糖醇，命名为核黄素核黄素水溶性较低，但在碱性溶液中容易溶解，在强酸溶液中稳定，光照及紫外照射引起不可逆的分解。核黄素在机体中有递氢的作用，并是机体中一些重要的氧化还原酶的辅酶奶类及其制品、动物肝脏与肾脏、蛋黄、鳝鱼、胡萝卜、酿造酵母、香菇、紫菜、茄子、鱼、芹菜、橘子、柑、橙等 富含维生素B2,1 促进发育和细胞的再生2 促使皮肤、指甲、毛发的正常生长 3 帮助消除口腔内、唇、舌的炎症（口腔溃疡）4 增进视力，减轻眼睛的疲劳5 和其他的物质相互作用来帮助碳水化合物、脂肪、蛋白质的代谢,维生素B2的作用,本章总结,要求掌握杂环化合物的命名（注意音译名与系统命名法的比较记忆）掌握杂环化合物的结构特点芳香性（五元杂环化合物、六元杂环化合物）要求能用结构理论分析杂环化合物的酸碱性及亲电取代反应（五元-位取代，六元-位取代）,第十一章作业 P232-233T1T3-2、4、6、8T5T7,课堂作业T2T6,
