第十一章 杂环化合物和生物碱

第十一章 杂环化合物和生物碱一、学习要求1．掌握杂环化合物的分类和命名2．掌握五元杂环、六元杂环和稠杂环的结构和性质 3．掌握生物碱的基本概念及分类4．了解生物碱的一般性质、提取方法及重要的生物碱二、本章要点（一）杂环化合物的分类和命名1．杂环化合物的概念 由碳原子和非碳原子所构成的环状有机化合物称为杂环化合物，环中的非碳原子称为杂原子，最常见的杂原子有氧、硫、氮等。

2．杂环化合物的分类 按环的数目不同，可分为单杂环和稠杂环两大类。

单杂环按环的大小不同又可分为五元杂环和六元杂环。

稠杂环通常由苯与单杂环或单杂环与单杂环稠合杂环化合物而成。

3．杂环化合物的命名 杂环化合物的命名比较复杂，目前我国常使用“音译法”，即按英文的读音，用同音汉字加上“口”字旁命名：O1234554321S54321N54321N S 54321N NH54321N NH呋喃 噻吩 吡咯 噻唑 吡唑 咪唑（furan ） （thiophene ） （pyrrole ） （thiazole ） （pyrazole ） （imidazole ）654321O N N 123456N N 123456N N 123456654321N 吡啶 哒嗪 嘧啶 吡嗪 吡喃（pyridine ） (pyridazine) (pyrimidine) (pyrazine) (pyran)环上有取代基的杂环化合物的名称是以杂环为母体，并注明取代基的位置、数目和名称。

杂原子的编号，除个别稠杂环外，一般从杂原子开始编号，环上有不同不同杂原子时，按O 、S 、NH 和N 的顺序编号；某些杂环可能有互变异构体，为区别各异构体，需用大写斜体“H ”及其位置编号标明一个或多个氢原子所在的位置。

例如：2，4-二羟基嘧啶 2-氨基-6-氧嘌呤 4H -吡喃 2H -吡喃此外，还可以将杂环作为取代基，以官能团侧链为母体进行命名。

例如：N ，N-二乙基-3- 4-嘧啶甲酸 3-吲哚乙酸 2-呋喃甲醛吡啶甲酰胺（二）含氮六元杂环 1.吡啶的结构123456789NN N N H 2N OH NN OHOH123456O12345612345O6121CHOO CON(C 2H 5)2N23456COOH654321N N CH 2COOHN H1234567N..6875432110987653216587654321H N N N N N N 8765432N 74321H N 喹啉 异喹啉 吲哚 吖啶 嘌呤 ( quinoline) (isoquinoline) (indole) (acridine) (purine)吡啶为六原子六电子的闭关共轭体系，符合Hückel的4n+2规则，具有芳香性。

吡啶为一弱碱，具亲核性，可发生亲电取代反应，但由于吡啶环上氮原子的强吸电子作用降低了环碳（主要是邻位、对位）的电子云密度，因此，它的亲电取代反应比苯难，取代基主要进入间位；吡啶环比苯难氧化。

2. 吡啶的性质（1）碱性和亲核性：碱性亲核性（2）电取代反应：（3）侧链上的氧化反应：（4）还原反应：+-......OOS-+HClNNNOCH BrN+-CH3BrNNNSO3HBrNO2NNCOOHNCH3NNH PN2tH3. 吡啶的衍生物（1）维生素PP(Vitamin PP)：烟酸（β-吡啶甲酸）和烟酰胺（β-吡啶甲酰胺）统称为维生素PP 。

（2）维生素B 6 (Vitamin B 6)：维生素B 6包括吡哆醇、吡哆醛和吡哆胺。

（3）异烟肼：抗结核药4.嘧啶及其衍生物嘧啶 尿嘧啶(U ) 胞嘧啶(C) 胸腺嘧啶(T) (三) 五氮元杂环1．吡咯的结构吡咯为五原子六电子的富电子闭合共轭体系，符合H ückel 的4n+2规则，具有芳香性。

吡咯环上碳原子的电子云密度苯环大，因此，吡咯比苯更容易进行芳香亲电取代反应。

取代基优先进入α-位。

2．吡咯的性质（1） 酸、碱性：吡咯碱性极弱，（其共轭酸的 P K a =-3.8），具有弱酸性（P K a =17.5），能与固体氢氧化钾共热成盐：（2）芳环上的亲电取代反应：4NN 12356NHH+ KOH N N (s)N N OO H HNN ONH 2HNN OOCH 3H3. 咪唑、噻唑及其衍生物咪唑 噻唑 盐酸左旋咪唑 组胺青霉素的基本结构 维生素B 1 (Vitamin B 1) （四）稠杂环1. 喹啉及其衍生物 它与吡啶相似，氮原子上的一对电子可以结合质子，而显弱碱性，可与无机酸成盐，与碘甲烷生成季铵盐，也能发生卤代、硝化、磺化反应，取代基主要进入5-位或8-位。

氯喹 奎宁2HHN N N 12345N S 12345SN N ClH PhN CH 3CH 3COOHOA BS O NHC R +Cl CH 3CH 2CH 2OHN SH 3C +CH 2NH 3Cl N N --N 12345678CH 3CHCH 2CH 2N(C 2H 5)2NClNH2N CH 3OH CN N CH 2CH 2NH 2(五) 嘌呤及其衍生物9H -嘌呤 (9H- purine ) 7H -嘌呤(7H -purine ) 腺嘌呤（A ）鸟嘌呤(G) 尿酸(U)(六) 生物碱基本概念及分类1. 生物碱的基本概念 是存在于生物体中的一类含氮的具有一定生理活性的有机碱性化合物。

2.生物碱的分类方法通常有两类，一是按植物来源分，如长春花生物碱，夹竹桃生物碱、乌头生物碱等；另一类是按生物碱的杂环母核结构分类，如喹啉类、异喹啉类、吲哚类、嘌呤类生物碱等。

3.生物碱的一般性质及提取方法 生物碱多为无色结晶，难溶于水，易溶于乙醇、氯仿、丙酮、乙醚、苯等有机溶剂中，生物碱与无机酸所生成的盐则易溶于水而不溶或难溶于氯仿、乙醚、苯等有机溶剂中。

多数生物碱分子为手性分子。

（1） 沉淀反应：大多数生物碱或盐的水溶液能与碘化汞钾试剂（Mayer 试剂）、碘化铋钾试剂（Dragendorff 试剂），碘-碘化钾试剂（Wagner 试剂）、磷钨酸、苦味酸、硅味酸试剂等试剂反应生成沉淀。

（2）颜色反应：生物碱能与甲醛-浓硫酸试剂（Macquis 试剂）、钼酸铵-浓硫酸试剂（Frohde 试剂）等发生颜色反应。

4.生物碱的提取方法 生物碱的提取方法常根据生物碱及其盐类的溶解性而定，最常用的是有机溶剂提取法。

5.重要的生物碱N NNN H HNN N NN NNN NH 2NNN NHONH 2H N N N N OH HOH OH（-）-麻黄碱 （+）-伪麻黄碱 颠茄碱小檗碱（黄连素） 吗啡碱三、问题参考答案问题11-1 命名下列各化合物：NN HO HO(1)N NOHCBr(2)N2OHClOCOOH COOH(3)(4)解：1、4，5-二羟基嘧啶；2、 2-溴咪唑-5-甲醛；3、8-氨基-5-羟基-3-氯喹啉；4、 2,3-呋喃二甲酸问题11-2 为什么吡啶卤代不使用FeX 3等Lewis 酸催化剂?解：因为吡啶分子中的氮原子上有一对末共用电子对，能与缺电子分子FeX 3NCH 3H OCOCHCH 2OHO CH 2ON OMe OMeOH +-HCH 3OH CH 3H HNHCH 3C CHOCC CH 3OHH HNHCH 3等Lewis 酸催化剂反应，使催化剂失去活性。

问题11-3 为什么嘧啶分子中含有两个碱性的氮原子,却为一元碱，且其碱性比吡啶弱得多?解：嘧啶环上有两个氮原子，一个氮原子质子化后，第二个氮原子对质子化的氮正离子的吸电子诱导效应与共轭效应，使质子化的氮正离子不稳定，质子易离去，所以碱性较吡啶低；当一个氮原子质子化后，它的吸电性增强，使另一个氮原子的电子云密度降低，以致不能再接受质子，因此嘧啶为一元碱。

问题11-4 为什么吡咯比苯容易进行亲电取代反应？解：因为在吡咯的分子中，五个原子共享6个 电子，环上的电子云密度比苯大，故它的亲电取代反应比苯容易进行。

问题11-5 排列吡咯、吡啶、苯胺、氨的碱性强弱？解：氨＞吡啶＞苯胺＞吡咯问题11-6 试写出喹啉与碘甲烷反应的生成物的结构式。

解：四、习题参考答案1.命名下列各杂环化合物：解：（1）2，3，4，5-四溴呋喃； （2）N-乙基-4-巯基咪唑； （3）2-噻唑甲醛； （4）3-吡啶乙酸 （5）5-羟基-4-氯嘧啶； （6）8-氨基吲哚； （7）4-喹啉磺酸； （8）9-甲基-2-羟基嘌呤N CH 3+I -NCH 2COOH(4)O Br BrBrBr(1)NN C 2H 5HS(2)SN CHO (3)N NH 2(6)HNSO 3H(7)N NN N CH 3HO(8)NNClHO (5)2．写出下列化合物的结构式：(1) 8-羟基喹啉 (2) 5-氟-4-羟基嘧啶 (3) 噻唑-5-磺酸 (4)6-巯基嘌呤 (5) β-吡啶甲酰胺 (6) 3-吲哚甲酸乙酯解：（3．写出下列反应的主要产物： (1) (2) (3) (4) (5)(6)解：N H+ KOH NCH 3O CH 3COONO 2+N H4I 2 + NaOH+N NN OH(1)N NOHF(2)SNHO 3S(3)NNNNSH(4)N HCOOCH 2CH 3(6)NCONH 2(5)N K(1)NCOOH(2)NCONH 2ONO 2(3)4．指出下列化合物的分子结构中各含有哪些杂环母核：甲硝唑 罂粟酮呋喃西林 鼻眼净解： (1)吡咯环； (2)吡喃环； (3)呋喃环； (4)咪唑环；(5)噻唑环； (6)吲哚环； (7)喹啉环； (8)嘌呤环5．排出组胺分子中氮原子碱性的强弱顺序。

解：组胺分子中氮原子的碱性强弱顺序为: ③>②>①NN HCH 2CH 2NH 2①②③N HI III(4)NSO 3H (5)NNO 2NNO 2+(6)N CH 2CH 2OHCH 3O 2N(1)O OHO HOOCCOOH(2)OO 2NCH=NNHCONH 2(3)CH 2N N H+Cl -(4)NOCH 2CH(OH)CH 2NHCH(CH 3)2(6)心复宁NCOOHph(7)辛可芬N N NN CH 3H 3CCH 3O O(8)咖啡因(5)H 2NSO 2磺胺噻唑（ST ）6．简述什么是生物碱？解：生物碱是存在于生物体中的一类含氮的具有一定生理活性的有机碱性化合物。

从结构上看，大多数生物碱都是胺类或季铵类化合物，多数具有杂环结构，氮原子或在环内或在侧链上。

（昆明医学院柳波）。