杂环化合物

第13章杂环化合物

本章重点介绍杂环化合物的分类和命名；五元杂环化合物的结构特点、芳香性、亲电取代反应，六元杂环化合物的结构特点、芳香性、亲核取代反应；五元、六元杂环化合物的衍生物及其生物活性；稠杂环化合物的结构特点等。

在环状有机化合物中，构成环系的原子除碳原子外，还含有一个或多个非碳原子时，叫做杂环化合物（heterocyclic compound）；环上除碳以外的原子称为杂原子，常见的杂原子有氧、硫、氮等。大多数杂环化合物具有不同程度的芳香性，环也比较稳定。因此，杂环化合物是有机化合物中数量最庞大的一类，约占总数的三分之二以上。

自然界中最具有强烈生物活性的天然有机化合物，绝大多数正是杂环化合物。例如：对核酸（nucleic acid）的活性起决定作用的碱基就是嘌呤（purine）和嘧啶（pyrimidine）的衍生物。又如叶绿素（chlorophyll）、氨基酸（amino acid）、维生素（vitamin）、血红素（haeme）、核酸（nucleic acid）、生物碱（alkaloid）等，大多数都在生命的生长、发育、遗传和衰亡过程中起着关键作用。

在现有的药物中，杂环类化合物占了相当大的比重。它们应用于各种疾病和医疗领域，其数量之大和种类之多，是难以想象的，比如我们非常熟悉的青霉素（benzylpenicillin）、头孢菌素（先锋霉素cephalosporin）、喹喏酮（Quinolone）类以及治疗肿瘤的5–Fu（5–Fluorouracil）、喜树碱（comptothecin）、紫杉醇（Taxol）等，都是含有杂环的化合物。

内酯、交酯、环状酸酐、内酰胺性质上与相应的开链化合物相似，它们不列入杂环化合物中讨论。本章将着重讨论五元和六元具有芳香性的化合物。

你在学完本章后，应该能回答以下问题：

1．你能写出一些常见杂环化合物的结构和名称吗？

2．为什么吡咯有一定的酸性而吡啶却显碱性？

3．为什么吡啶可以任意比例溶于水，同时又能溶于其它有机化溶剂？

4．为什么吡啶既能起亲电取代反应又可进行亲核取代反应？

5．你能写出青霉素、头孢菌素、咖啡因、尼群地平、雷米封等常用药物的结构及英文名称吗？

13．1 杂环化合物的分类和命名法

杂环化合物的分类是以杂环的骨架为基础，按环的形状分为单杂环和稠杂环，最有意义的是五元杂环和六元杂环，详见表13–1。

杂环化合物的命名，长期以来一直比较混乱，通常有“音译法”和根据相应碳环化合物名称“类比取名法”两种。我国目前已统一采用“音译法”即把杂环化合物的英文名称的汉字译音加上“口”字偏旁。例如：

O S N

N

呋喃噻吩吡啶吖啶

furan thiophene pyridine acridine

表13–1 杂环母体化合物的种类

杂环的种类重要的杂环

五元杂环

O S N S

N

N

N

H

N

N

3

4

52

1

3

4

52

1

3

4

52

4

52

1

34

52

3

11

3

4

52

1

呋喃噻吩吡咯噻唑吡唑咪唑furan thiophene pyrrole thiazole pyrazole imidazole

六元杂环

N N N N

N

N

N

4

3

2

6

1

4

53

2

6

1

4

5

6

1

2

4

5

6

11

3

5

吡啶哒嗪嘧啶吡嗪吡喃pyridine pyridazine pyrimidine pyrazine pyran

稠杂环

N

N

N

H 4

5

3

2

6

1

7

8

4

5

3

6

1

7

4

53

2

6

1

2

喹啉异喹啉吲哚

quinoline isoquinoline indole N

N

N N

N

H

4

5

3

2

6

1

7

89

10

1

3

2

6

8

9

4

57

N

N

N

N

4

5

3

2

6

1

7

8吖啶嘌呤喋啶

acricine purine pteridine

单杂环的命名，首先要确定它的基本名称，如“呋喃”、“吡啶”。然后给每个“环节”原子编号，并令杂原子处在最小号数位置。

当环上有两个或两个以上相同杂原子时，尽可能使杂原子编号最小；如果其中的一个杂原子上连有氢，应从连有氢的杂原子开始编号。如环上有多个不同种类杂原子时，则按O、S、