第十二章杂环化合物

血红素 + 蛋白质 血红蛋白存在于红细胞中
叶绿素+ 蛋白质
存在于叶绿体中
N HN NH N
卟吩
1.血红素
配位键与亚铁原子 形成配合物。
CH=CH 2 CH 3
H3C
N
N
CH=CH 2
Fe
H3C
NN CH 3
HOOCCH 2CH 2
CH 2CH 2COOH
R
H3C
N
N
Mg 2.叶绿素
H3C
N
N
CH3
CH 3 N
H O CH 2OH
O C CH
,
*喹啉异喹啉环系: 小蘖碱 (黄莲素)
O
H2C O
N+OH-
*吲哚环系:
OCH3
CH3O
利血平
N
N
HH
H
H O
CH3OC O
OC OCH3
OCH3 ,
OCH3 OCH3
OCH3 ,
第五节 与医学有关的化合物
一.吡咯衍生物
1. 叶绿素 2.血红素
骨架称卟吩,4个吡咯环+ –CH2 – 配位键与亚铁原子形成配合物。
NO2
Fe 35。 0C
N
N
氮相当于间位定位基
（四）吡啶的氧化和还原反应
与苯相似，侧链可被氧化为羧酸
CH 3
COOH
★
KM4nO
Δ
N
N
吡啶较易被还原
β-吡啶甲酸（烟酸）
★
N
Na+2C5H OH
或 H2/Pt
N H
六氢吡啶
六氢吡啶为仲胺、碱性较吡啶强106倍。
第四节 生物碱
一.生物碱概念:
自然界植物中含氮的碱性化合物
H
N K+
+ H2O
（二）吡咯、呋喃和噻吩的亲电取代反应
均为 π电56 子体系，亲电取代反应活性大于苯环。
（强酸易使杂原子，质子化、大π键受破坏） 用较温和的非质子性试剂： 1.吡咯的硝化:(硝酰乙酸酯)
N +C3H O CONO O乙 5。 C酸酐 N N2O +H 2O.
H
H
2.吡咯的磺化
+
1. 100OC
如：
N
H
pyrrole
吡咯
2.系统命名法：
五元杂化为：戊 +“草字头” = 茂
氧杂茂
氮杂茂 硫杂茂
O
N
S
H
★ 3. 杂化化合物的编号规则：
① 环中杂原子为“1”号。杂原子邻位为“α”位。 ② 两个以上相同的杂原子，编号尽可能小。 ③ 不同杂原子优先顺序按：
O、S、NH、N 编号。
④ 稠杂环编号：按稠杂环规则或有特殊编号。
β-吲哚乙酸
6
嘌呤的特殊编号: 1 N
5
7
N
2 N 4 N9 8
3
H
★常见的杂环化合物的结构和名称（表 12-1）
N
O 呋喃
N H
吡咯
Nຫໍສະໝຸດ BaiduH
咪唑
N
N
吡啶
N
嘧啶
O
吡喃
N
喹啉
N
吲哚H
N
N
NN
嘌呤 H
环上有两个以上杂原子的化合物： O、 S、 NH、 N 顺序编号 (杂原子优先编号)
H 3C N
N H
CH 3
N
N
S CH 3
N
4-甲基咪唑 4-甲基嘧啶
5-甲基噻唑
醛.酸命名时，可将杂环作为取代基：
O CHO
2-呋喃甲醛
α-呋喃甲醛
N
3-吡啶甲酸 β-吡啶甲酸
COOH
第二节 五元杂环化合物
一、五元杂环化合物结构
1. 环内，C、N原子均为Sp2 杂化 2. p轨道垂直于环面并平行重叠，形成环状离域大π键。 3. 符合 Hückel 4n+2 规则
N
O
S
H
电子结构分析：
大π键
π 吡咯
6 5
杂原供电子数
2
环上电子云密度
升高
π 呋喃
6 5
2
升高
π 噻吩
6 5
2
升高
形成环状离域大π键:
键长平均化，电子云密度平均化，
π π 电子云密度:
6 5
＞
6 6
1.稳定性及芳性： 苯 ＞噻吩 ＞吡咯 ＞呋喃
2.亲电取代活性： 五元杂化 ＞ 苯
二、五元杂环化合物的性质
N
+ 2. HCl
N
H
S1 O-3
N SO3H, H
3.呋喃
O
+
+
N
1C . H2C2l 2.HCl
1 S
- O 3
O SO 3H,
α-呋喃磺酸
N O H a
OC O H
+ OC 2 O H HOC O O H ,
第三节 六元杂环化合物
一、六元杂环化合物的结构 结构 ： 1.环内的 “C、N” 均为Sp2杂化。
2. “p”轨道平行重叠形成大π键 3.吡啶π电子数符合4n+2规则
结构决定性质：
1.吡啶为大π键 电子结构体系，
“N”的电负性大于“C” （环上缺电）
2.电子云密度：
苯环 > 吡啶环
★ 3. “N”未共电子对未参与共轭，
可结合质子，具有碱性。 二、六元杂环化合物的性质
（一）吡啶的水溶性 吡啶氮原子上一对共电子对 能与水形成氢键，与水互溶。
（一）吡咯的酸碱性：
碱性：胺 > 吡咯 电子结构： N原子上未共电子对参与环的共轭。 导致结果:
1. 比咯氮不与H+结合（不水合，无碱性反应） 2. N 原子上未共电子对参与环的共轭，
电子云密度减少, 接受质子能力弱. N-H 键极性增加，表现出弱酸性(pka=17.5)
无水条件： ★
+ KOH N
例: 环上只有一个杂原子时，杂原子为“1”号
(常以希腊字母αβγ编号,相邻碳为“α”)
4
5O 1
(α) 2-甲基呋喃
3
2 CH 3
(β)
CH 2 CH 2 CH 3
4
5
3
6
2
N
1
(γ)
4- 丙基吡啶
CH 2 CH 3
N 1 3-乙基吡啶
O Cl
α-氯呋喃
CH 2CH 3
N
β-乙基吡啶
CH2COOH N
（二）吡啶具有碱性（pkb=8.8）
含氮化合物碱性比较：
★ 季铵碱 > 脂肪胺 > 氨 > 吡啶 >苯胺
与无机酸能形成盐：
★
+ HCl
N
+ Cl N
H
吡啶盐酸盐
（三）吡啶的亲电取代反应
电子云密度较低，不易进行亲电取代反应 ★ 亲电取代活性：
吡咯 ＞苯 ＞ 吡啶
稳定性： 苯环 > 吡啶 ＞ 吡咯
KN3+OH 2SO4
中草药的有效成分
金鸡纳树皮中: 含奎宁 15%
黄莲中:
含黄莲素 9%
二.生物碱的理化性质:
溶于:
乙醇、乙醚、氯仿
其盐溶于: 水、乙醇、乙醚、氯仿
生物碱结构复杂,根据其含有的主要环系分为:
四氢吡咯环系、六氢吡啶环系、
喹啉异喹啉环系、吲哚环系、 嘌呤环系、
例:* 四氢吡咯环系、六氢吡啶环系:
莨菪碱 (阿托品)
配位键与镁
H
CH2 H
CH2
H C
OO
C
H
O
3
原子形成配合物。
COO CH2
3.维生素B12 (抗恶性贫血药物)
H 2N O C H 2C H 2C H
二章杂环化合物
结构特点： 1.分子结构的环中含有一个或多个杂原子. （常见杂原子有：O、S、N） 2.环系较稳定，应是环闭的共轭体系，有芳性. 称为非苯芳香族化合物. 3.环醚、内酯、环状酸酐、内酰胺均不属杂环范围。
第一节 杂环化合物的分类和命名
一. 分类:
单环杂环 稠杂环
五元杂化 六元杂化
★二. 命名：两种方法： 1. 音译法： 根据国际通用英文名译音为同音汉字加“口”字旁.