雜環(huán)化合物與生物堿

1、關(guān)于雜環(huán)化合物與生物堿現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第一頁，共42頁本章講解：本章講解：u1、雜環(huán)化合物的分類與命名掌握u2、雜環(huán)化合物的結(jié)構(gòu)理解u3、雜環(huán)化合物的化學(xué)性質(zhì)理解u4、生物堿了解現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二頁，共42頁14.1 14.1 雜環(huán)化合物的分類與命名雜環(huán)化合物的分類與命名 “雜環(huán)雜環(huán)”就是組成環(huán)的原子除就是組成環(huán)的原子除C外，還含有其它元素的原子，外，還含有其它元素的原子，這些非碳原子統(tǒng)稱為這些非碳原子統(tǒng)稱為雜原子雜原子。原則上二價以上的元素都可以成。原則上二價以上的元素都可以成為雜原子，但最常見的是為雜原子，但最常見的是O、S和和N。但不包括極易開環(huán)的含雜原子的環(huán)狀化合物：內(nèi)酐、內(nèi)酯、內(nèi)但不包括極

2、易開環(huán)的含雜原子的環(huán)狀化合物：內(nèi)酐、內(nèi)酯、內(nèi)酰胺等酰胺等 因其性質(zhì)與相應(yīng)的脂肪族化合物較相似，因此并入脂肪族因其性質(zhì)與相應(yīng)的脂肪族化合物較相似，因此并入脂肪族化合物中討論，而不列為雜環(huán)化合物?；衔镏杏懻?，而不列為雜環(huán)化合物。N-HCCOOO現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三頁，共42頁14.1 14.1 雜環(huán)化合物的分類與命名雜環(huán)化合物的分類與命名 本章討論的雜環(huán)化合物主要環(huán)內(nèi)有本章討論的雜環(huán)化合物主要環(huán)內(nèi)有4n+2個個電子處于環(huán)閉共電子處于環(huán)閉共軛體系中，軛體系中，統(tǒng)稱為芳統(tǒng)稱為芳(香香)雜環(huán)化合物雜環(huán)化合物。 其它不具芳香性的雜環(huán)化合物，統(tǒng)稱為其它不具芳香性的雜環(huán)化合物，統(tǒng)稱為非芳香雜非芳香雜環(huán)化合物或雜

3、脂環(huán)化合物。環(huán)化合物或雜脂環(huán)化合物。S吡啶吡啶 呋喃呋喃 噻吩噻吩吡咯吡咯 哌啶哌啶 四氫呋喃四氫呋喃現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四頁，共42頁常見的雜環(huán)化合物如下：常見的雜環(huán)化合物如下： 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第五頁，共42頁常見的雜環(huán)化合物如下：常見的雜環(huán)化合物如下： 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第六頁，共42頁14.1 14.1 雜環(huán)化合物的分類與命名雜環(huán)化合物的分類與命名 雜環(huán)的命名雜環(huán)的命名常用音譯法常用音譯法，是按外文名詞音譯成帶，是按外文名詞音譯成帶“口口”字旁的同音漢字。字旁的同音漢字。NHOSNNN(pyrrole)(furan)(thiophene)(pyridine)(pyrimidine)NNNNHNNH(q

4、uinoline)(indole)(purine)吡咯呋喃噻吩吡啶嘧啶喹啉吲哚嘌呤現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第七頁，共42頁ONSNNNNHN123451234512345123456 咪唑咪唑 噻唑噻唑 噁唑噁唑 嘧啶嘧啶 編號從雜原子開始。遇兩相同雜原子編號從雜原子開始。遇兩相同雜原子, 則由則由帶取代基帶取代基(或或H)的雜原子開始。含多個不同雜原子的雜原子開始。含多個不同雜原子, 則按則按 O、S、 N-R、NH、N 順序編號。順序編號?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第八頁，共42頁14.2 14.2 雜環(huán)化合物的結(jié)構(gòu)雜環(huán)化合物的結(jié)構(gòu)一、呋喃、噻吩、吡咯一、呋喃、噻吩、吡咯 呋喃、噻吩、吡咯分子中所有的原子呋喃、噻吩

5、、吡咯分子中所有的原子共平面共平面，具有與苯，具有與苯環(huán)類似的結(jié)構(gòu)。環(huán)類似的結(jié)構(gòu)。 吡咯吡咯( )： 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第九頁，共42頁14.2 14.2 雜環(huán)化合物的結(jié)構(gòu)雜環(huán)化合物的結(jié)構(gòu)環(huán)狀離域的大環(huán)狀離域的大鍵鍵, 5個原子共用個原子共用6個電子個電子,為為富富電子體系。電子體系?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十頁，共42頁14.2 14.2 雜環(huán)化合物的結(jié)構(gòu)雜環(huán)化合物的結(jié)構(gòu)呋喃呋喃( )： 噻吩噻吩( )具有與呋喃相似的結(jié)構(gòu)。具有與呋喃相似的結(jié)構(gòu)。 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十一頁，共42頁14.2 14.2 雜環(huán)化合物的結(jié)構(gòu)雜環(huán)化合物的結(jié)構(gòu)呋喃環(huán)中呋喃環(huán)中的雜原子的雜原子O O ( (噻吩中噻吩中為為S S) )的的1

6、 1個個spsp2 2雜化軌雜化軌道上有一道上有一對未共用對未共用電子對。電子對。環(huán)狀離域的大環(huán)狀離域的大鍵鍵, 5個原子共用個原子共用6個電子個電子,為為富富電子體系。電子體系。sp2S現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十二頁，共42頁 五元雜環(huán)為五元雜環(huán)為 56 共軛體系，電荷密度比苯大，如以共軛體系，電荷密度比苯大，如以苯環(huán)上碳原子的電荷密度為標(biāo)準(zhǔn)（作為苯環(huán)上碳原子的電荷密度為標(biāo)準(zhǔn)（作為1），則五元雜），則五元雜環(huán)化合物的有效電荷分布為（以吡咯為例）：環(huán)化合物的有效電荷分布為（以吡咯為例）： 五元雜環(huán)有芳香性，五元雜環(huán)有芳香性，但其芳香性不如苯環(huán)，因環(huán)上但其芳香性不如苯環(huán)，因環(huán)上的的電子云密度比苯環(huán)大，且分

7、布不勻電子云密度比苯環(huán)大，且分布不勻，它們在親電取，它們在親電取代反應(yīng)中的速率也比要苯快得多。代反應(yīng)中的速率也比要苯快得多。OSNH000000+ 0.1- 0.03- 0.02+ 0.20- 0.06- 0.04+ 0.32- 0.10- 0.06111111NH0.681.101.06富電子芳雜環(huán)富電子芳雜環(huán)現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十三頁，共42頁二、二、 吡啶的結(jié)構(gòu)吡啶的結(jié)構(gòu)吡啶中氮原子采取吡啶中氮原子采取不等性不等性sp2雜化雜化： 由于吡啶環(huán)中有由于吡啶環(huán)中有6中心中心6電子的大電子的大鍵，符合休克爾鍵，符合休克爾4n+2規(guī)規(guī)則，所以吡啶環(huán)亦有芳香性。但由于鍵長未完全平均化，其則，所以吡啶環(huán)亦

8、有芳香性。但由于鍵長未完全平均化，其芳芳香性不及苯香性不及苯。 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十四頁，共42頁14.2 14.2 雜環(huán)化合物的結(jié)構(gòu)雜環(huán)化合物的結(jié)構(gòu)HHHHH由于吡啶環(huán)中氮原子上的一對孤對電子與苯環(huán)共平面（由于吡啶環(huán)中氮原子上的一對孤對電子與苯環(huán)共平面（填入填入sp2軌道中），不參與環(huán)狀共軛體系，所以這一對孤對軌道中），不參與環(huán)狀共軛體系，所以這一對孤對電子很容易給出去從而表現(xiàn)出電子很容易給出去從而表現(xiàn)出堿性堿性?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十五頁，共42頁111111N1.430.841.010.87電荷分布親電取代親核取代N ，位位1.580.850.950.82電子云向電負(fù)性較大的電子云向電負(fù)性較大的N

9、原子轉(zhuǎn)移，使原子轉(zhuǎn)移，使吡啶環(huán)上的電荷分布吡啶環(huán)上的電荷分布也是不均勻的。也是不均勻的。電子云出現(xiàn)的幾率密度如下：電子云出現(xiàn)的幾率密度如下：吡啶環(huán)中吡啶環(huán)中C上上 電子云比苯低，這類芳電子云比苯低，這類芳雜環(huán)亦稱為雜環(huán)亦稱為“缺電子芳雜環(huán)缺電子芳雜環(huán)”。在性質(zhì)上，親電取代、氧化變難，親核取代、還原變易；在性質(zhì)上，親電取代、氧化變難，親核取代、還原變易；另外另外 N 能給出其未共用電子對，能給出其未共用電子對，具有具有一定程度的一定程度的堿性堿性，可成鹽。，可成鹽?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十六頁，共42頁14.3 14.3 雜環(huán)化合物的化學(xué)性質(zhì)雜環(huán)化合物的化學(xué)性質(zhì)1 1、呋喃、噻吩、吡咯的反應(yīng)、呋喃、噻吩

10、、吡咯的反應(yīng)芳香性芳香性 ( (環(huán)的穩(wěn)定性環(huán)的穩(wěn)定性) )：苯：苯 噻吩噻吩 吡咯吡咯 呋喃呋喃 雜環(huán)中的雜環(huán)中的p p電子云分布不象苯環(huán)那樣均勻，環(huán)的穩(wěn)定性電子云分布不象苯環(huán)那樣均勻，環(huán)的穩(wěn)定性因而不如苯。因而不如苯。O的電負(fù)性的電負(fù)性(3.5)較大，故呋喃環(huán)較大，故呋喃環(huán)p p電子共軛程度電子共軛程度較弱，芳香性最小。較弱，芳香性最小。S的電負(fù)性的電負(fù)性(2.5)在三者中為最小，且在三者中為最小，且S為第為第三周期元素，原子半徑較大，原子核對共軛三周期元素，原子半徑較大，原子核對共軛p p電子的吸引力較電子的吸引力較小，故噻吩環(huán)小，故噻吩環(huán)p p電子共軛程度較大，芳香性在三者中是最大電子共

11、軛程度較大，芳香性在三者中是最大的。的。N的電負(fù)性的電負(fù)性(3.0)在在O、S之間，故吡咯的芳香性介于呋喃之間，故吡咯的芳香性介于呋喃與噻吩之間。與噻吩之間。現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十七頁，共42頁五元雜環(huán)化合物五元雜環(huán)化合物呋喃、噻吩、吡咯的反應(yīng)呋喃、噻吩、吡咯的反應(yīng) 為富電子芳雜環(huán)，親電取代比苯容易為富電子芳雜環(huán)，親電取代比苯容易。親電取代活性：呋喃、吡咯親電取代活性：呋喃、吡咯 噻吩噻吩 苯苯 注意：注意：這些雜環(huán)進(jìn)行親電取代反應(yīng)時，須用這些雜環(huán)進(jìn)行親電取代反應(yīng)時，須用緩和的試劑緩和的試劑在在溫和的條件溫和的條件下進(jìn)行下進(jìn)行（遇強(qiáng)酸及氧化劑很容易使環(huán)破壞）（遇強(qiáng)酸及氧化劑很容易使環(huán)破壞）。 親電取

12、代反應(yīng)主要在親電取代反應(yīng)主要在-位發(fā)生位發(fā)生；若；若-位位兩個位置已兩個位置已有基團(tuán)存在，則親電取代在有基團(tuán)存在，則親電取代在位發(fā)生。位發(fā)生。現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十八頁，共42頁(1) 親電取代親電取代SBr2乙酸/室溫SBrNHBr2乙醇（稀釋）/NHBrBrBrBr（四溴吡咯）（2-溴噻吩）鹵代鹵代現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十九頁，共42頁乙?；跛狨ヒ阴；跛狨?CH3COONO2)，一種弱的硝，一種弱的硝化試劑，常在低溫下進(jìn)行化試劑，常在低溫下進(jìn)行硝化硝化現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十頁，共42頁2吡咯磺酸吡咯磺酸磺化磺化現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十一頁，共42頁(2)(2)加成加成: :現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十二頁，共42頁(3

13、)(3)傅傅- -克酰基化反應(yīng)克?；磻?yīng): :現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十三頁，共42頁(4) (4) 吡咯的弱堿性和弱酸性吡咯的弱堿性和弱酸性吡咯雖然是一個仲胺，但堿性很弱。吡咯雖然是一個仲胺，但堿性很弱。吡咯具有弱酸性，其酸性介與乙醇和苯酚之間。吡咯具有弱酸性，其酸性介與乙醇和苯酚之間。NHNHNH2Kb3.8 10-102 10-42.5 10-14原因： 上的未共用電子對參與了環(huán)的共軛體系，減弱了與 的結(jié)合力。NHNHOHKa =1.3 10-101 10-181 10-15CH3CH2OHN原子上的原子上的H原子離解為原子離解為H+的傾向增大的傾向增大現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十四頁，共42頁K+ K

14、OH(s)+ H2O吡咯能與固體吡咯能與固體KOH加熱生成鹽：加熱生成鹽：Question：吡咯加氫變成四氫吡咯：吡咯加氫變成四氫吡咯后后，堿性為什么大大加強(qiáng)？，堿性為什么大大加強(qiáng)？催化加氫催化加氫Kb： 2.510-14 210-4現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十五頁，共42頁2 2、六元雜環(huán)化合物、六元雜環(huán)化合物吡啶的反應(yīng)吡啶的反應(yīng)堿性比較：脂肪胺堿性比較：脂肪胺 苯胺苯胺Kb： 10-5 2.310-9 3.610-10（1）、堿性與成鹽）、堿性與成鹽 吡啶的環(huán)外有一對未作用的孤對電子，吡啶的環(huán)外有一對未作用的孤對電子，具有堿性具有堿性，易，易接受親電試劑而成鹽。吡啶的堿性小于氨大于苯胺。接受親電試劑

15、而成鹽。吡啶的堿性小于氨大于苯胺。Question：吡啶、吡咯、苯胺、哌啶四種化合物堿性強(qiáng)弱順序？吡啶、吡咯、苯胺、哌啶四種化合物堿性強(qiáng)弱順序？ 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十六頁，共42頁現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十七頁，共42頁 比苯難得多，比苯難得多，吡啶不發(fā)生傅吡啶不發(fā)生傅-克反應(yīng)克反應(yīng)。 親電取代主要發(fā)生在親電取代主要發(fā)生在-位上位上。 (2) 親電取代親電取代現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十八頁，共42頁吡啶環(huán)對氧化作用較苯環(huán)穩(wěn)定，而對還原劑比苯活潑。吡啶環(huán)對氧化作用較苯環(huán)穩(wěn)定，而對還原劑比苯活潑。CH3HNO3或或KMnO4，D DCO2Hb b-吡啶甲酸吡啶甲酸(煙酸煙酸)KMnO4，D DCO2H(3) (3)

16、 氧化與還原氧化與還原現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十九頁，共42頁Na + C2H5OHH六氫吡啶六氫吡啶(哌啶哌啶) (95%)H2 / Pt ,乙酸 H現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十頁，共42頁3 3、稠雜環(huán)、稠雜環(huán)吲哚吲哚12345671258喹啉喹啉3467苯并吡咯苯并吡啶現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十一頁，共42頁NHCH2COOH吲哚乙酸植物激素，少量能調(diào)節(jié)植物生長，量大則殺傷植物。如在側(cè)鏈多一個 就失去生理效能。CH2應(yīng)用：應(yīng)用：NCH3OCHHONCH CH2奎寧（金雞鈉堿） 存在于金雞鈉樹皮中，有抗瘧疾療效現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十二頁，共42頁嘌呤嘌呤 嘌呤在水溶液中可發(fā)生嘌呤在水溶液中可發(fā)生酮式酮式-烯醇式互變異構(gòu)

17、烯醇式互變異構(gòu)。在晶。在晶態(tài)時以態(tài)時以7H-嘌呤嘌呤存在。存在。 1 7 9 3 9H-嘌呤嘌呤 1 7 3 9 7H-嘌呤嘌呤 6 1 5 7 2 4 8 39有特定的編號有特定的編號6 - 氨基嘌呤氨基嘌呤NNNHNH2N現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十三頁，共42頁嘌呤的取代衍生物嘌呤的取代衍生物: :6-6-氨基嘌呤氨基嘌呤( (腺腺嘌呤嘌呤) )2-2-氨基氨基-6-6-羥基羥基嘌呤嘌呤( (鳥鳥嘌呤嘌呤) )2,6-2,6-二羥基二羥基嘌呤嘌呤( (黃黃嘌呤嘌呤) )NH2OHNH2OHHONH2OHNH2OHHONH2OHNH2OHHO 嘌呤嘌呤是生物體內(nèi)的一種重要堿基其在人體內(nèi)的分是生物體內(nèi)

18、的一種重要堿基其在人體內(nèi)的分解代謝產(chǎn)物就是解代謝產(chǎn)物就是尿酸。尿酸。 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十四頁，共42頁痛風(fēng)（英語：痛風(fēng)（英語：gout，學(xué)名：，學(xué)名：metabolic arthritis）又稱）又稱“高尿酸血高尿酸血癥癥”， 是人體內(nèi)有一種叫作嘌呤的物質(zhì)的新陳代謝發(fā)生了紊亂是人體內(nèi)有一種叫作嘌呤的物質(zhì)的新陳代謝發(fā)生了紊亂，尿酸（嘌呤的氧化代謝產(chǎn)物）的合成增加或排出減少，造成高，尿酸（嘌呤的氧化代謝產(chǎn)物）的合成增加或排出減少，造成高尿酸血癥，當(dāng)血尿酸濃度過高時，尿酸即以鈉鹽的形式沉積在關(guān)尿酸血癥，當(dāng)血尿酸濃度過高時，尿酸即以鈉鹽的形式沉積在關(guān)節(jié)、軟組織、軟骨和腎臟中，引起組織的異物炎性反應(yīng)，就

19、叫痛節(jié)、軟組織、軟骨和腎臟中，引起組織的異物炎性反應(yīng)，就叫痛風(fēng)。風(fēng)。現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十五頁，共42頁14.4 14.4 生物堿生物堿 生物堿生物堿是生物體內(nèi)一類具有一定生理活性的是生物體內(nèi)一類具有一定生理活性的含氮有機(jī)化合含氮有機(jī)化合物物。多數(shù)屬于。多數(shù)屬于仲胺、叔胺仲胺、叔胺和和季銨類季銨類，少數(shù)為，少數(shù)為伯胺伯胺，常含，常含氮雜氮雜環(huán)環(huán)結(jié)構(gòu)，且多具有堿性。結(jié)構(gòu)，且多具有堿性。1：煙堿，尼古?。簾焿A，尼古丁(nicotine)CH3存在于煙葉中，有劇毒。少量存在于煙葉中，有劇毒。少量對中樞神經(jīng)有興奮作用，大量則對中樞神經(jīng)有興奮作用，大量則抑制中樞神經(jīng)，出現(xiàn)惡心、嘔吐抑制中樞神經(jīng)，出現(xiàn)惡心、嘔

20、吐,使心臟麻痹以至死亡。使心臟麻痹以至死亡。1978年美年美國報告，國報告，1支煙含煙堿支煙含煙堿0.052.5mg.含吡啶環(huán)及四氫吡咯環(huán)含吡啶環(huán)及四氫吡咯環(huán)幾種常見的生物堿幾種常見的生物堿:現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十六頁，共42頁例例2：可卡因可卡因(cocain)存在于大麻、鴉片中，存在于大麻、鴉片中，為中樞神經(jīng)興奮劑，可為中樞神經(jīng)興奮劑，可致欣快癥。為成癮毒物致欣快癥。為成癮毒物。仲胺仲胺HN CO2 CH3 HHO-C-C6H5 O例例3：嗎啡嗎啡(morphine) 、可待因、可待因(codein)和海洛因和海洛因(heroin)R=R1=H morphine R=CH3, R1=H cod

21、einR=R1=CO-CH3 heroinNCH3R OR1 O叔胺叔胺現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十七頁，共42頁 2.生物堿的沉淀反應(yīng)生物堿的沉淀反應(yīng): 生物堿可與生物堿可與生物堿試劑生物堿試劑（如苦味酸（如苦味酸、碘化汞鉀等）發(fā)生、碘化汞鉀等）發(fā)生沉淀反應(yīng)沉淀反應(yīng)。生物堿的一般性質(zhì)生物堿的一般性質(zhì): 1.一般性狀：一般性狀：多為無色或白色固體，少數(shù)為液體，味苦。大多為無色或白色固體，少數(shù)為液體，味苦。大都有旋光性，且多為左旋。游離生物堿一般難溶于水易溶于有都有旋光性，且多為左旋。游離生物堿一般難溶于水易溶于有機(jī)溶劑，亦能溶于稀酸生成鹽，生物堿的鹽類則易溶于水難溶機(jī)溶劑，亦能溶于稀酸生成鹽，生物堿的鹽

22、類則易溶于水難溶于有機(jī)溶劑。于有機(jī)溶劑。生物堿生物堿生物堿鹽生物堿鹽H+OH-現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十八頁，共42頁常用的常用的生物堿沉淀試劑生物堿沉淀試劑( (反應(yīng)通常在酸性介質(zhì)中進(jìn)行反應(yīng)通常在酸性介質(zhì)中進(jìn)行) )Dragendorff 碘化鉍鉀碘化鉍鉀 BiI3KI BBiI3HI 多為紅棕色多為紅棕色Hager 試劑試劑 苦味酸苦味酸2,4,6-三硝基苯酚三硝基苯酚 BH+ -O-Ph(NO2)3 晶型晶型Sonnen Schein 磷鉬酸磷鉬酸 H3PO412MoO3 3BH3PO412MoO3H2O 白白-黃褐黃褐 加氨水變蘭加氨水變蘭Mayer試劑試劑 碘化汞鉀碘化汞鉀 HgI22KI BHgI22KI 白色白色(過量則溶過量