015第十五章芳雜環(huán)化合物

第十五章芳雜環(huán)化合物15.1雜環(huán)化合物的命名

一、雜環(huán)化合物的俗名

二、Hantzsch-Widman雜環(huán)命名系統(tǒng)15.2含一個雜原子的五元雜環(huán)

一、吡咯、呋喃和噻吩的結(jié)構(gòu)

二、吡咯、呋喃和噻吩的化學(xué)性質(zhì)三、吲哚

*四、卟吩環(huán)衍生物15.3含兩個雜原子的五元雜環(huán)一、咪唑二、噻唑

15.4含一個雜原子的六元雜環(huán)

一、吡啶的結(jié)構(gòu)

二、吡啶的化學(xué)性質(zhì)*三、喹啉和異喹啉

*四、吡喃15.5含兩個和兩個以上氮雜原子的六元雜環(huán)

一、二嗪和三嗪

二、嘧啶和嘌呤的衍生物*15.6生物堿

一、生物堿的一般性質(zhì)

二、生物堿的堿性

三、生物堿的結(jié)構(gòu)

四、合成雜環(huán)類藥物雜環(huán)化合物(heterocycliccompound)：

組成環(huán)的原子除碳原子以外，還有氧、硫、氮等其他雜原子的化合物。脂雜環(huán)化合物：如環(huán)氧乙烷、順丁烯二酸酐、γ-丁內(nèi)酯、己內(nèi)酰胺。芳雜環(huán)化合物(aromaticheterocycliccompound)：噻吩,呋喃,吡咯,吡啶等。第十五章芳雜環(huán)化合物15.1雜環(huán)化合物的命名

一、雜環(huán)化合物的俗名主要采用音譯法，同音漢字加“口”字旁命名。噻吩呋喃吡咯吡啶(thiophene)(furan)(pyrrole)(pyridine)(1)以雜原子作為編號的起點，雜原子的編號為1。也可用希臘字母編號，靠近雜原子的碳原子為α位，其次為β和γ。1、雜環(huán)化合物的母環(huán)的編號規(guī)則(2)如有兩個或兩個以上相同的雜原子，要使連有氫原子或取代基的雜原子的編號為1，并使其余雜原子的編號盡可能小。(3)含有不同雜原子時，按O、S和N的先后順序編號。咪唑(imidazole)(1,3-)噻唑(1,3-)thiazoleN-甲基咪唑N-methylimidazole1,3,5-三嗪1,3,5-triazine五元含氮雜環(huán)的后綴為唑(azole)；六元為嗪(azine)；“噻(thio)”表示“硫雜”；“噁(oxa)”表示“氧雜”。(1,3-)噁唑(1,3-)oxazole(4)有特定名稱的稠雜環(huán)母環(huán)，按稠環(huán)芳環(huán)的規(guī)則編號。注意有許多例外，要記住特定的編號順序。萘(naphthalene)喹啉(quinoline)咔唑(carbazole)芴(fluorene)蒽(anthrecene)吩嗪(phenzine)嘌呤(purine)茚(indene)(5)某些母環(huán)與特定的母環(huán)僅雜原子的的位置不同，常在特定母環(huán)名前加“異”字表示，編號不變。

與上面基本芳雜環(huán)中氫的位置不相同，可用大寫斜體“H”及位置編號放在雜環(huán)名稱之前。3H-吡咯4H-吡喃3H-吲哚(3H-pyrrole)(4H-pyran)(3H-indole)

異喹啉(isoquinoline)異噁唑(isoxazole)2、標(biāo)氫

二、Hantzsch-Widman雜環(huán)命名系統(tǒng)除保留沿用嗪(-azine)、唑(-azole)等后綴名稱外，建議優(yōu)先采用“環(huán)某熳(mancude)”命名不飽和雜環(huán)的后綴。（所謂熳環(huán)是指含最大非積累雙鍵數(shù)的不飽和環(huán)）。環(huán)的大小用天干表示。命名時在“環(huán)某熳”前加上雜原子的名稱和位次。飽和雜環(huán)的后綴仍為“烷”。環(huán)上原子的編號和雜原子前綴按O(氧雜oxa)、S(硫雜thia)、N(氮雜aza)高低位順序列出。1,2-噁唑(1,2-oxazole)

1,2-噻唑(1,2-thiazole)1,2-氧氮雜環(huán)戊熳1,2-硫氮雜環(huán)戊熳2H-氮雜環(huán)庚熳1,4-二噁烷(1,4-dioxane)(2H-azepine)

1,4-二氧雜環(huán)己烷(曾用名：氮雜?)

(1,4-dioxacyclohexane)1,2,4-三嗪(1,2,4-triazine)二噁英(1,4-dioxine)1,2,4-三氮雜環(huán)己熳1,4-二氮雜環(huán)己熳15.2含一個雜原子的五元雜環(huán)

一、吡咯、呋喃和噻吩的結(jié)構(gòu)芳香性：閉環(huán)共平面的、連續(xù)共軛、五中心六電子吡咯bp

131℃呋喃bp

32℃噻吩bp

84℃呋喃、噻吩、吡咯分子中所有的原子共平面；體系中含有6個π電子，符合休克爾4n+2規(guī)則，所以它們都具有一定的芳香性,可以發(fā)生親電取代反應(yīng)；環(huán)中的雜原子以未共用電子對參與共軛，使環(huán)內(nèi)碳原子上的電子云密度大于苯環(huán)，因而親電取代反應(yīng)比苯更容易進行。由于雜原子的電負(fù)性都大于碳原子，因而π電子云的分布不像苯環(huán)那樣均勻，芳香性比苯差。二、吡咯、呋喃和噻吩的化學(xué)性質(zhì)親電取代反應(yīng)活性：吡咯>呋喃>噻吩>苯，取代基主要進入電子云密度較大的α-位。1、親電取代反應(yīng)(1)鹵化2,3,4,5-四碘吡咯2-氯呋喃2-溴噻吩(2)硝化2-硝基呋喃2-硝基吡咯2-硝基噻吩(3)磺化

從煤焦油得到的苯常含有噻吩，利用噻吩在室溫下與濃硫酸磺化反應(yīng)的性質(zhì)可除去苯中的噻吩。2-吡咯磺酸2-噻吩磺酸2-呋喃磺酸(4)傅-克酰基化反應(yīng)2-乙?；量?-乙?；秽?-乙酰基噻吩

也能起傅-克烷基化，但是產(chǎn)率低，選擇性差。2、催化加氫四氫吡咯四氫呋喃(THF)四氫噻吩3、呋喃的共軛雙烯性質(zhì)4、吡咯的酸性pKa=16.5吡咯鈉2-吡咯甲酸5、糠醛的性質(zhì)戊醛糖糠醛(α-呋喃甲醛)糠醛糠醇糠酸鈉furaldehydefurylalcoholsodiumfuroate

坎尼扎羅反應(yīng)：三、吲哚吲哚和吡咯一樣，也是弱酸，與強堿作用生成鹽。吲哚也易起親電取代反應(yīng)，但與吡咯不同，取代基主要進入β-位。吲哚(indole)被鈍化吲哚-3-乙酸indole-3-aceticacid(植物生長調(diào)節(jié)劑)色胺tryptamine色氨酸t(yī)ryptophan(人體必需氨基酸)5-羥基色胺5-hydroxytryptamine(哺乳動物腦組織中與中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能有關(guān)的物質(zhì))四、卟吩環(huán)衍生物葉綠素b葉綠素a血紅素hemin卟吩(porphine)1HNMR:Ha~10ppmHb~-2~-5ppmchlorophyll15.3含兩個雜原子的五元雜環(huán)統(tǒng)稱為吡咯系(azoles)芳雜環(huán)化合物。一、咪唑(哺乳動物腦組織中與中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能有關(guān)的物質(zhì))N-H鍵能離解出質(zhì)子，因而咪唑是弱酸另一個N提供了接受質(zhì)子的位點，因而咪唑又是一個中強堿1、咪唑的結(jié)構(gòu)2、咪唑的性質(zhì)結(jié)晶固體，熔點為90℃，沸點256℃，比相應(yīng)的吡咯系雜環(huán)化合物高得多，這是由于咪唑可以通過氫鍵互相締合的緣故。咪唑的共軛酸的pH值為7.0，因而在生理條件下(pH=7.2)，咪唑的質(zhì)子化狀態(tài)和未質(zhì)子化中性狀態(tài)同時存在，在生命活動中起重要作用。二、噻唑烷基化：形成的噻唑鹽陽離子電荷離域，所以可穩(wěn)定存在，且具弱酸性，在堿性溶液中形成內(nèi)鹽：

噻唑鹽存在于人體的硫胺素(VB1)的焦磷酸酯(TPP)輔酶中。簡寫為：硫胺素焦磷酸酯(TPP)thiaminepyrophosphate噻唑內(nèi)鹽可作為親核試劑與羰基化合物起親核加成反應(yīng)：TPP的作用類似氰離子(CN-)催化安息香縮合反應(yīng)(§10.7)，因此TPP又稱為生物氰化物。乙偶姻氰離子不能催化有α-氫的脂肪醛的安息香縮合反應(yīng)，但N-烷基的噻唑鹽能催化發(fā)生安息香縮合反應(yīng)：15.4含一個雜原子的六元雜環(huán)

一、吡啶的結(jié)構(gòu)

吡啶(pyridine)bp

116℃mp

-42

℃吡啶分子中所有的原子共平面；6個π電子(5個來自碳，一個來自氮)，符合休克爾規(guī)則，所以具有芳香性,可以發(fā)生親電取代反應(yīng)由于氮原子的吸電子誘導(dǎo)效應(yīng)，電子云密度比苯環(huán)小，發(fā)生親電取代反應(yīng)的速度也比苯慢；氮sp2雜化軌道有未共用電子對垂直π電子云，有堿性。

二、吡啶的化學(xué)性質(zhì)1、堿性吡啶鹽酸鹽溴化十六烷基吡啶鹽吡啶-三氧化硫(溫和的磺化劑)

吡啶是一弱堿，其堿性(pKa=5.23)比脂肪族叔胺(如三甲胺pKa=9.8)弱，但比苯胺(pKa=4.7)強。2、親電取代反應(yīng)由于氮原子吸電子效應(yīng)的的影響，吡啶進行親電取代反應(yīng)比苯難，取代基主要進入β-位。吡啶的鹵化、硝化、磺化都要在劇烈的條件下進行。吡啶和硝基苯一樣，不起傅-克烴化和酰化反應(yīng)。3、親核取代反應(yīng)吡啶與強的親核試劑起親核取代反應(yīng)，主要生成α-取代產(chǎn)物。齊齊巴賓(Chichibabin)反應(yīng):2-氨基吡啶與鹵代硝基苯類似，吡啶環(huán)上的鹵素也易被親核試劑取代。4、氧化與還原和苯環(huán)相似，吡啶環(huán)不易被氧化，側(cè)鏈可被氧化成羧基：吡啶環(huán)比苯環(huán)易還原：哌啶(六氫吡啶)piperidine煙酸nicotinicacid

三、喹啉和異喹啉喹啉和異喹啉的性質(zhì)與吡啶的性質(zhì)相似，它們也是弱堿，能與強酸作用生成鹽，也能起親電和親核取代反應(yīng)。苯環(huán)上的電子云密度大于吡啶環(huán)，因而親電取代主要發(fā)生在5-位和8-位，親核取代反應(yīng)則在吡啶環(huán)上進行。

能被強氧化劑氧化，氧化時苯環(huán)破裂，喹啉和異喹啉的吡啶環(huán)易被還原。1.親電取代2.親核取代3.氧化還原

四、吡喃α-吡喃(α-pyran)γ-吡喃(γ-pyran)吡喃有α-吡喃（2H-吡喃）和γ-吡喃（4H-吡喃）兩種，無芳性，性質(zhì)類似于烯醚。具有2-或3-苯基的色原酮結(jié)構(gòu)的化合物分別叫做黃酮和異黃酮，它們的分子中都含有一個酮式羰基。

色原酮、黃酮、異黃酮在強酸溶液中形成鎓鹽后，具有芳香性。

黃酮和異黃酮類化合物以糖苷的形式存在于植物中，它們也是許多藥物的有效成分。15.5含兩個和兩個以上氮雜原子的六元雜環(huán)

一、二嗪和三嗪噠嗪1,2-二嗪(pyridazine)207℃—含兩個或三個氮雜原子的六元雜環(huán)分別叫做二嗪(diazine)和三嗪(triazine)。均為弱堿，都有芳香性。bp：mp：嘧啶1,3-二嗪(pyrimidine)124℃22.5℃吡嗪1,4-二嗪(pyrazine)116℃57℃噠嗪1,3,5-三嗪(1,3,5-triazine)—81~83℃環(huán)上碳原子上的π電子云密度降低，只有環(huán)上有羥基、氨基等活化基時才能起親電取代反應(yīng)：

二、嘧啶和嘌呤的衍生物嘌呤(purine)白色固體mp：216~217℃易溶于水與酸堿都可以生成鹽。它們存在于核酸(nucleicacid)中。

核酸分為：含有D-核糖的核酸叫做核糖核酸(RNA)，含有D-2-脫氧核糖的核酸叫做脫氧核糖核酸(DNA)。RNA中含有腺嘌呤、鳥嘌呤、胞嘧啶和尿嘧啶；DNA中含有腺嘌呤、鳥嘌呤、胞嘧啶和胸腺嘧啶。核苷(nucleoside)：核糖或脫氧核糖分子中的C1上的羥基和嘧啶堿N1或嘌呤堿N9上的氫脫水后生成的糖苷。核苷酸(nucleotide)：核苷的磷酸酯。核苷酸通過磷酸二酯鍵在核糖或脫氧核糖的3'-、5'-位上互相連接成核糖核酸(RNA)或脫氧核糖核酸(DNA)。RNA中的四種核苷：DNA中的四種核苷：DNA和RNA的一級結(jié)構(gòu)嘌呤堿和嘧啶堿堿兩兩成對：腺嘌呤(A)與胸腺嘧啶(T)配對成氫鍵；鳥嘌呤(G)與胞嘧啶(C)配對形成氫鍵。1953年，沃森和克里克發(fā)現(xiàn)了DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)：15.6生物堿(alkaloid)

一、生物堿的一般性質(zhì)一類存在于生物體中含氮的堿性有機化合物。生物堿主要存在于植物中，因而也稱為植物堿。1.許多具有特殊的生理活性，是中藥的有效成分。2.多數(shù)生物堿具有苦味，為無色結(jié)晶或非晶體。常含有手性碳原子，具有旋光性。3.游離的生物堿難溶于水，溶于甲苯、氯仿、丙酮、乙醇等有機溶劑。生物堿的鹽大多溶于水和乙醇。

二、生物堿的堿性生物堿堿性強弱與分子中氮原子的存在狀態(tài)有關(guān)：小檗堿黃連素(berberine)(消炎止痢)mp145℃顛茄堿(hyoscyamine)(止痛鎮(zhèn)痙)mp109℃季銨堿，強堿性：脂肪族叔、仲胺，中強堿性：色公藤堿(hyoscyamine)(縮瞳)mp265℃芳香族仲胺(如吲哚)，弱堿性;或酰胺，中性：秋水仙堿(colchicine)(抗風(fēng)濕痛、抗癌)mp155~157℃兩性生物堿：嗎啡(morphine)可待因(