雜環(huán)化合物、生物堿

1、第十六章 雜環(huán)化合物、生物堿雜環(huán)化合物的定義：在環(huán)狀有機(jī)化合物中，構(gòu)成環(huán)的原子除了碳原子外還含有其他原子，這環(huán)狀種化合物就叫做雜環(huán)化合物（heterocyclic compound）。除碳以外的其他原子叫做雜原子。常見(jiàn)的雜原子有：氮、氧、硫。第一節(jié) 雜環(huán)化合物的分類和命名一、 分類按照環(huán)的大小和環(huán)的數(shù)目可分為：二、 命名1、音譯法：根據(jù)外文譯音，選用同音漢字，加“口”字旁表示雜環(huán)。 *取代雜環(huán)的命名： 雜環(huán)的編號(hào)從雜原子起依次1,2,3 （或：,）。 如環(huán)上不止一個(gè)雜原子時(shí)，則從O、S、N的順序依次編號(hào)。 有兩個(gè)相同雜原子的，應(yīng)從連有H原子或取代基的開始編號(hào)。 編號(hào)時(shí)注意雜原子或取代基的位次之

2、和最小。 稠雜環(huán)是特定的母體和固定的編號(hào)。2、根據(jù)結(jié)構(gòu)命名：即根據(jù)相應(yīng)于雜環(huán)的碳環(huán)來(lái)命名，把雜環(huán)看作是相應(yīng)的碳環(huán)中的碳原子被雜原子置換而形成的。例如，吡啶可看作是苯環(huán)上一個(gè)碳原子被氮原子置換而成的，所以叫做氮雜苯。 第二節(jié) 一雜五元雜環(huán)化合物含有一個(gè)雜原子的典型五元雜環(huán)是呋喃、噻吩、吡咯。一、 呋喃、噻吩、吡咯的結(jié)構(gòu)1、據(jù)現(xiàn)代物理方法證明： 呋喃、噻吩、吡咯都是一個(gè)平面的五元環(huán)結(jié)構(gòu)，即成環(huán)的四個(gè)C原子和一個(gè)雜原子都是以SP2雜化軌道成鍵的。 環(huán)上每個(gè)碳原子的P軌道有一個(gè)電子，雜原子P軌道上有兩個(gè)電子。 P軌道垂直于五元環(huán)的平面，互相側(cè)面重疊而形成一個(gè)與苯環(huán)相似的閉合共軛體系。 五元環(huán)的六個(gè)電子

3、分布在包括環(huán)上五個(gè)原子在內(nèi)的分子軌道。2、分子結(jié)構(gòu)符合休克爾(Huckel)規(guī)則（4n+2=6,n=1），電子數(shù)為6。具有芳香性。但芳性比苯弱，環(huán)的穩(wěn)定性差。3、芳香性秩序： 苯 噻吩 吡咯 呋喃呋喃的芳香性最弱，實(shí)際上它可以進(jìn)行雙烯加成反應(yīng)，表現(xiàn)出共軛二烯烴的性質(zhì)。4、它們的鍵長(zhǎng)數(shù)據(jù)如下單位（ppm）：5、吡咯、呋喃、噻吩環(huán)上雜原子氮、氧、硫的未共用電子對(duì)參與環(huán)的共軛體系，使環(huán)上的電子云密度增大。因此，它們都比苯活潑，比苯容易進(jìn)行親電取代反應(yīng)，而且它們進(jìn)行親電取代反應(yīng)的活潑性順序是： 吡咯 呋喃 噻吩 苯二、 呋喃、噻吩、吡咯的性質(zhì)1、親電取代反應(yīng)主要在雜原子的位：它是呋喃、吡咯、噻吩的典型

4、反應(yīng)。由于它們環(huán)上的電子云密度比苯大，比苯容易發(fā)生親電取代反應(yīng)。同時(shí)環(huán)穩(wěn)定性比苯差，因此反應(yīng)條件與苯不同，需要在較溫和的條件下反應(yīng)，以避免氧化、開環(huán)或聚合等副反應(yīng)。（1）鹵代 ：（2）硝化 ：（3）磺化 ：（4）乙?；?： 親電取代反應(yīng)小結(jié)：親電取代反應(yīng)的活性： 吡咯 呋喃 噻吩 苯 親電基團(tuán)一般進(jìn)入雜原子的鄰位即位。第二個(gè)取代基的位置受第一個(gè)定位基的影響。若環(huán)上已有兩個(gè)取代基，則第三個(gè)取代基進(jìn)入位，并受前兩個(gè)定位基的影響。2、加成反應(yīng)：（1）DA反應(yīng)：（2）加氫反應(yīng)：進(jìn)行催化氫化反應(yīng)，失去芳香性而得到飽和的雜環(huán)化合物。3、噻吩的反應(yīng)：噻吩的磺化比苯容易，在室溫下用濃硫酸即可進(jìn)行反應(yīng)。用此反應(yīng)

5、可以除去粗苯中的少量噻吩。4、吡咯的酸堿性：弱酸性 吡咯N原子上的H原子都有微弱的酸性。 弱堿性 吡咯是一個(gè)環(huán)狀的二級(jí)胺。吡咯還能和格氏試劑反應(yīng)：吡咯的親電取代活性類似于苯胺、苯酚，它可進(jìn)行瑞穆爾蒂曼反應(yīng)，并可與重氮鹽偶聯(lián)。三、 呋喃、噻吩、吡咯的來(lái)源1、工業(yè)制備噻吩是用丁烷、丁烯或丁二烯與硫磺一起加高溫反應(yīng)而制得： 2、吡咯存在于骨焦油中，它可用下法進(jìn)行合成：3、呋喃存在于木焦油中，它很容易由農(nóng)副產(chǎn)品經(jīng)下述一系列反應(yīng)而制得：4、某些取代的吡咯、呋喃和噻吩可從母體雜環(huán)經(jīng)過(guò)取代反應(yīng)而制得。但大多數(shù)是從開鏈化合物通過(guò)閉環(huán)而制得：5、吡咯的克諾爾(Knorr)合成法：四、 重要衍生物1、呋喃衍生物糠

6、醛2、吡咯衍生物葉綠素、血紅素和維生素B12（1）、結(jié)構(gòu)：（2）、衍生物： 葉綠素a、b 中心離子為Mg2+ 血紅素 中心離子為Fe2+ 維生素B12 中心離子為Co第三節(jié) 一雜六元雜環(huán)化合一、 吡啶的結(jié)構(gòu)1、結(jié)構(gòu)：吡啶的結(jié)構(gòu)與苯相似，也符合休克爾規(guī)則，具有芳香性。 吡啶分子中的五個(gè)碳原子和一個(gè)氮原子都是以SP2雜化軌道成鍵的，六個(gè)原子都在一個(gè)平面上。同時(shí)每個(gè)原子各提供一個(gè)P電子，它們的P軌道與環(huán)平面垂直，互相重疊成閉合共軛體系。2、吡啶的來(lái)源和制?。?二、 吡啶的性質(zhì)1、 堿性吡啶是一個(gè)弱堿，它能接受一個(gè)質(zhì)子，其堿性比吡咯強(qiáng)。堿性秩序：三甲胺 吡啶 苯胺 吡咯 吡啶也易與碘甲烷作用生成季銨鹽

7、： 2、 親電取代與親核取代反應(yīng)吡啶環(huán)由于氮原子的電負(fù)性大，環(huán)上的電子云向氮轉(zhuǎn)移，而且一般在進(jìn)行親電取代的酸性條件下，氮上的孤電子對(duì)被質(zhì)子化或路易斯酸形成絡(luò)合物，使氮原子帶正電。親電取代：條件強(qiáng)烈；進(jìn)入吡啶環(huán)的位 。其反應(yīng)過(guò)程為：吡啶和強(qiáng)堿性的苯基鋰反應(yīng)，發(fā)生類似的親核取代反應(yīng)：3、 氧化還原反應(yīng)吡啶環(huán)由于電子云密度低，對(duì)氧化劑一般比苯環(huán)穩(wěn)定，而對(duì)還原劑則比苯環(huán)活潑。 4、 吡啶 離子的親核加成反應(yīng) 吡啶離子容易在或位與親核試劑發(fā)生加成，例如：三、吡啶的重要衍生物1、雷米豐（remifonum）學(xué)名異煙酰肼，是一種白色固體，熔點(diǎn)在170180 之間，易溶于水，-吡啶甲酸（異煙酸）與肼縮合即可得

8、到：2、維生素B6 自然界存在的維生素B6 是有下列三種物質(zhì)組成的：3、維生素PP 維生素PP包括兩種物質(zhì)，即-吡啶甲酸和吡啶甲酰胺：5、 吡啶的錳絡(luò)合物。第四節(jié) 二雜五元雜環(huán)化合物五元雜環(huán)中含有兩個(gè)雜原子，其中一個(gè)必須是氮原子的體系叫做唑（azole）。二雜五元雜環(huán)化合物主要有：它們可看作是吡咯和噻吩環(huán)上的一個(gè)次甲基被一個(gè)叔胺基取代形成的雜環(huán)化合物。一、 堿性它們都具有弱堿性，其堿性都比吡咯強(qiáng)。可見(jiàn)在環(huán)中引入一個(gè)氮原子堿性即大大增加。這是由于引入的氮原子的未共用電子對(duì)沒(méi)有參加共軛體系而較易與氫離子結(jié)合。二、 環(huán)穩(wěn)定性它們都比相應(yīng)的一元雜環(huán)穩(wěn)定，它們對(duì)氧化劑不敏感，對(duì)酸也比較穩(wěn)定，不易開環(huán)聚合

9、。三、 親電取代反應(yīng)它們都能進(jìn)行親電取代反應(yīng)，但它們的活性都比一雜五元環(huán)低得多。因此，反應(yīng)條件要求較劇烈，而且吡唑進(jìn)行親電取代，取代基主要進(jìn)入4位，而咪唑和噻唑則主要進(jìn)入5位。四、 互變異構(gòu)現(xiàn)象吡唑和咪唑都能發(fā)生互變異構(gòu)現(xiàn)象。五、 重要衍生物吡唑、咪唑和噻唑的衍生物主要是一些常用得到藥物，如吡唑酮是安替匹林、氨基比林和安乃進(jìn)等解熱鎮(zhèn)痛藥物的基本結(jié)構(gòu)：第五節(jié) 二雜六元雜環(huán)化合物在吡啶分子中引入第二個(gè)氮原子，有三種可能的位置：1，2位、1，3位和1，4位。其中以嘧啶最重要，它的衍生物廣泛存在于自然界。一、 嘧啶的酸堿性嘧啶具有弱堿性，堿性比吡啶還弱。這是由于往吡啶環(huán)上再引入一個(gè)氮原子相當(dāng)于一個(gè)硝基

10、的吸電子效應(yīng)，能使另一個(gè)氮原子上的電子密度減低，其堿性也隨著降低。二、 環(huán)的穩(wěn)定性嘧啶比吡啶要穩(wěn)定些，表現(xiàn)在嘧啶對(duì)冷的堿溶液、氧化劑有一定的穩(wěn)定性。三、 親電取代核親核取代反應(yīng)嘧啶更難發(fā)生親電取代反應(yīng)，一般不發(fā)生硝化和磺化反應(yīng)，只能進(jìn)行鹵代，反應(yīng)發(fā)生在5位上：而嘧啶進(jìn)行親核取代反應(yīng)則比吡啶容易，反應(yīng)主要發(fā)生在氮的鄰對(duì)位，即2，4，6位。如： 第六節(jié) 稠環(huán)雜環(huán)化合物從結(jié)構(gòu)上看，苯環(huán)與雜環(huán)或雜環(huán)與雜環(huán)都可以共用兩個(gè)碳原子，稠合成稠環(huán)雜環(huán)化合物。重要的稠環(huán)化合物有吲哚、喹啉、嘌呤等。一、 吲哚及其衍生物吲哚分子中含有吡咯環(huán)，故其性質(zhì)與吡咯相似。其化學(xué)穩(wěn)定性比吡咯強(qiáng)。遇光和空氣時(shí)易被氧化。吲哚也容易進(jìn)

11、行親電取代反應(yīng)，取代基進(jìn)入3位（即位）。二、 喹啉及其衍生物1、喹啉與吡啶相似，具有弱堿性，堿性比吡啶弱。它對(duì)酸和氧化劑都較穩(wěn)定。用高錳酸鉀氧化時(shí)苯環(huán)破裂，得到吡啶-2，3-二羧酸：2、親電取代主要進(jìn)入苯環(huán)：3、親核取代主要發(fā)生在吡啶環(huán)：4、制備Skraup合成法：三、 苯駢吡喃的衍生物1、花色素：許多天然色素是苯駢吡喃的衍生物。2、維生素E：是一個(gè)苯駢二氫吡喃的衍生物，存在于植物的綠葉、蔬菜、豆類、谷物中。四、 嘌呤及其衍生物嘌呤可看作是由一個(gè)嘧啶環(huán)和一個(gè)咪唑環(huán)相稠合而成的，它有（）和（）兩種互變異構(gòu)體：嘌呤為無(wú)色晶體，易溶于水，水溶液呈中性，但它卻能和酸或堿生成鹽。1、尿酸：是核蛋白的代謝產(chǎn)物。它也有互變異構(gòu)體。2、黃嘌呤：存在于動(dòng)物的肝臟、血和尿中。3、咖啡堿、茶堿和可可堿：它們都是黃嘌呤的甲基衍生物，存在于可可中，都有利尿和興奮中樞神經(jīng)的作用。4、腺嘌呤和鳥嘌呤：是廣泛存在于生物體的核蛋白的兩種嘌呤衍生物。五、 蝶啶及其衍生物第七節(jié) 生物堿生物堿是一類存在于植物體內(nèi)、對(duì)人和動(dòng)物有強(qiáng)烈生理作用的含氮堿性有機(jī)化合物。一、 生物堿的一般性質(zhì)1、能與無(wú)機(jī)酸或有