大学化学第十三章 杂环化合物与生物碱
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第十三章 杂环化合物和生物碱ppt课件
OH N HO N CH 3
5-甲基-2,4-二羟基嘧啶 （胸腺嘧啶）
NH 2 N N
6-氨基嘌呤 （腺嘌呤）
OH
N N H
HO
N N N H
N OH
2,6,8-三羟基嘌呤 （尿酸）
N OH
8-羟基喹啉
(2)以杂环为取代基
O
CHO
O 2N
O
CHO
2-呋喃甲醛
5-硝基-2-呋喃甲醛
CH2COOH N
七、嘧啶衍生物
尿嘧啶互变异构
H N O H
O
O HN
N
O
N H
酰胺式
亚胺醇式
NH 2 N HO N
HO N N H O CH 3
NH 2 N O N H
O N H O N H CH 3
胞嘧啶 互变异构
胸腺嘧啶互变异构
八、嘌呤衍生物
腺嘌呤
NH 2 N N N H
O N N H
13
N
HO N H N N 2 N N H
但由于环上存在电负性较大的杂原子，所 以与苯不同，共轭体系中各原子电子密度不是 平均分布，键长也不是完全相等，只是趋向于 平均化，芳香性比苯小。热力学稳定性也小于 苯，其共轭能（kJ/mol)数据如下： 苯 噻吩 吡咯 呋喃 150.6 117.5 90.4 66.9 从共轭能的大小可以看出，三种五元杂环化合 物的稳定性次序为： 苯 > 噻吩 > 吡咯 > 呋喃
O
呋喃 (furan)
S
噻吩 (thiophene)
N H
N N H
1
3
N
咪唑 (imidazole)
3
S
1
《有机化学》第13章 杂环化合物和生物碱
4-甲基嘧啶
4-甲基噻唑
⑶ 连有取代基的杂环化合物命名时，也可将杂环作为取代基，以侧链为母体来命名。
4-嘧啶磺酸
β-吲哚乙酸（3-吲哚乙酸）
2-苯并咪唑甲酸乙酯
⑷ 为区别杂环化合物的互变异构体，需标明杂环上与杂原子相连的氢原子所在的位 置，并在名称前面加上标位的阿拉伯数字和大写H的斜体字。
2023/6/13
⑴ 卤代反应
在室温条件下，吡咯、呋喃和噻吩能与氯或溴发生激烈反应，得到多卤代物。将反应 物用溶剂稀释并在低温下进行反应时，可以得到一氯代物或一溴代物。碘化反应需要 在催化剂存在下进行。例如：
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6
（2）硝化反应
在低温条件下，吡咯、呋喃和噻吩能与比较缓和的硝化剂硝酸乙酰酯（CH3COONO2） 发生硝化反应，主要生成α-硝基化合物。例如：
3. 颜色反应
生物碱能与一些试剂发生颜色反应，比如钒酸铵的浓硫酸溶液、浓硝酸、浓硫酸、 甲醛、氨水等，利用此性质可鉴别生物碱。比如莨菪碱遇1％钒酸铵的浓硫酸溶液显 红色，可待因遇甲醛-浓硫酸试剂显紫红色等。
二、重要的生物碱 1. 烟碱 又叫尼古丁，主要以苹果酸盐及柠檬酸盐的形式存在于烟草中。其结构式
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13
血红素是卟啉环与Fe2+形成的配合物；叶绿素是卟啉环与Mg2+形成的配合物，它们的 结构式如下：
血红素在体内与蛋白质结合形成血红蛋白，存在于红细胞中，是人和其他哺乳动物 体内运输氧气的物质。叶绿素是植物进行光合作用不可缺少的物质。
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14
二、呋喃衍生物
呋喃甲醛是最常见的呋喃衍生物，又称为糠醛，它是一种无色液体，沸点为161.7℃， 在空气中易氧化变黑，是一种良好的溶剂。 糠醛是合成药物的重要原料，通过硝化可制得一系列呋喃类抗菌药物，如治疗泌尿 系统感染的药物呋喃坦丁、治疗血吸虫病的药物呋喃丙胺等。
杂环化合物和生物碱
13 杂环化合物和生物碱Heterocyclic Compounds and Natural Bases杂环化合物是由碳原子和非碳原子共同组成环状骨架结构的一类化合物。
这些非碳原子统称为杂原子，常见的杂原子为氮、氧、硫等。
环状有机化合物中，构成环的原子除碳原子外还含有其它原子，且这种环具有芳香结构，则这种环状化合物叫做杂环化合物。
组成杂环的原子，除碳以外的都叫做杂原子。
前面学习过的环醚、内酯、内酐和内酰胺等都含有杂原子，但它们容易开环，性质上又与开链化合物相似，所以不把它们放在杂环化合物中讨论。
本章将主要讨论的是环系比较稳定、具有一定程度芳香性的杂环化合物，即芳杂环化合物。
杂环化合物种类繁多，在自然界中分布很广。
具有生物活性的天然杂环化合物对生物体的生长、发育、遗传和衰亡过程都起着关键性的作用。
例如：在动、植物体内起着重要生理作用的血红素、叶绿素、核酸的碱基、中草药的有效成分——生物碱等都是含氮杂环化合物。
一部分维生素、抗菌素、植物色素、许多人工合成的药物及合成染料也含有杂环。
杂环化合物的应用范围极其广泛，涉及医药、农药、染料、生物膜材料、超导材料、分子器件、贮能材料等，尤其在生物界，杂环化合物随处可见。
13.1 杂环化合物Heterocyclic Compounds分子中由碳原子和氧、硫、氮等其它原子形成的比较稳定的环状结构的化合物称为杂环化合物。
杂环中除碳原子以外的其它原子称为杂原子。
最常见的杂原子有氧、硫、氮等。
例如：S NH N NNO呋喃噻吩吡咯吡啶嘧啶furan thiophene pyrrole pyridine pyrimidine前述章节中，我们遇到的内酯、交酯、内酰胺、内酐、环醚以及环状半缩醛等，虽然也有环状结构，但它们的环容易形成，也容易破裂，其性质与相应的脂肪族化合物相类似，因此不把它们列入杂环化合物之列，本章主要讨论环比较稳定且具有芳香性的杂环化合物。
杂环化合物可以含一个或多个相同的或不相同的杂原子，环的数目也可以是一个或多个。
杂环化合物及生物碱
3 天然来源和合成的结合
结合天然来源的化合物和人工合成的化合物，发现更多具有生物活性的化合物。
抗癌药物
某些生物碱具有抗肿瘤活性， 被用于开发抗癌药物。
抗微生物药物
杂环化合物和生物碱被用于 开发具有抗菌、抗病毒等微 生物活性的药物。
神经系统药物
某些生物碱对神经系统具有 影响，被用于开发治疗神经 系统疾病的药物。
合成与设计策略
合成和设计杂环化合物和生物碱的策略包括：
1 结构活性关系研究
通过研究分子结构和生物 活性之间的关系，指导化 合物的合成和设计。
杂环化合物及生物碱
在这个演示文稿中，我们将探索杂环化合物及生物碱。了解其定义、分类、 合成方法，以及在生物活性研究和药物开发中的应用。同时，探讨杂环化合 物和生物碱的合成与设计策略以及未来的发展趋势。
定义
杂环化合物是由杂原子（非碳原子）组成的环状化合物。生物碱是一类存在于生物体内的含氮天然有机化合物， 具有生物活性。
• 植物生物碱 • 动物生物碱 • 微生物生物碱 • 合成生物碱
合成方法
杂环化合物和生物碱的合成方法具有多样性，包括：
1 环化反应
通过环内反应构建杂环结构，例如环加成反应、环合成反应。
2 杂原子取代反应
通过引入杂原子或取代某些原子来改变分子结构。
3 天然来源提取
从植物、动物或微生物中提取天然的生物碱。
生物活性研究
对杂环化合物和生物碱的生物活性进行研究，可以揭示其药理学特性和潜在的应用。
1
体外活性筛选
通过体外实验评估化合物对特定靶点的活性，筛选出潜在的药物候选物。
2
体内研究
在动物模型中测试化合物的药理学活性和毒理学特性。
3
结合天然来源的化合物和人工合成的化合物，发现更多具有生物活性的化合物。
抗癌药物
某些生物碱具有抗肿瘤活性， 被用于开发抗癌药物。
抗微生物药物
杂环化合物和生物碱被用于 开发具有抗菌、抗病毒等微 生物活性的药物。
神经系统药物
某些生物碱对神经系统具有 影响，被用于开发治疗神经 系统疾病的药物。
合成与设计策略
合成和设计杂环化合物和生物碱的策略包括：
1 结构活性关系研究
通过研究分子结构和生物 活性之间的关系，指导化 合物的合成和设计。
杂环化合物及生物碱
在这个演示文稿中，我们将探索杂环化合物及生物碱。了解其定义、分类、 合成方法，以及在生物活性研究和药物开发中的应用。同时，探讨杂环化合 物和生物碱的合成与设计策略以及未来的发展趋势。
定义
杂环化合物是由杂原子（非碳原子）组成的环状化合物。生物碱是一类存在于生物体内的含氮天然有机化合物， 具有生物活性。
• 植物生物碱 • 动物生物碱 • 微生物生物碱 • 合成生物碱
合成方法
杂环化合物和生物碱的合成方法具有多样性，包括：
1 环化反应
通过环内反应构建杂环结构，例如环加成反应、环合成反应。
2 杂原子取代反应
通过引入杂原子或取代某些原子来改变分子结构。
3 天然来源提取
从植物、动物或微生物中提取天然的生物碱。
生物活性研究
对杂环化合物和生物碱的生物活性进行研究，可以揭示其药理学特性和潜在的应用。
1
体外活性筛选
通过体外实验评估化合物对特定靶点的活性，筛选出潜在的药物候选物。
2
体内研究
在动物模型中测试化合物的药理学活性和毒理学特性。
3
有机化学杂环化合物和生物碱PPT课件
• 工业上用糠醛（-呋喃甲醛）制备：
• 实验室采用糠酸加热脱羧制得：
第9页/共28页
（2）化学性质 • 呋喃具有芳香性，较苯活泼，容易发生取代反应； 还有一定程度的不饱和化合物的性质(发生加成反应)。 （A）取代反应—— 位取代
• 溴代： • 硝化（缓和试剂）：
• 磺化（缓和试剂）：
第10页/共28页
呋喃
噻吩
吡咯
吡啶
喹啉
第2页/共28页
噻唑
嘧啶
吲哚
• 命名1：带有取代基的杂环化合物，以杂环为母体，从 杂原子开始顺着环编号；当环上含有两个或以上相同的杂 次序编号：
• 命名2：环上只有一个杂原子时，有时也把靠近杂 原子的位置叫位，其次为位，再次为位：
•（1）噻吩的制法
方法1
丁烷、丁烯和丁二 烯
第12页/共28页
方法 2
方法3——实验室制法
第13页/共28页
（2） 噻吩的性质
亲电取代发生 在位
第14页/共28页
傅-克 反应
3、 吡咯 • 吡咯的制备
（A）弱酸性
第15页/共28页
（B）取代反应
四碘吡咯常用来代替碘仿作伤口消毒剂.
•偶合反应
第16页/共28页
第20页/共28页
（C）氧化与还原——吡啶比苯稳定，不易被氧化 剂氧化。吡啶的同系物被氧化时总是侧链先氧化而 芳杂环不破坏，生成相应的吡啶甲酸：
• 吡啶经催化氢化或用乙醇和钠还原，可得六氢吡啶：
第21页/共28页
吡啶和哌啶的衍生物
尼古丁
第22页/共28页
2、喹啉和异喹啉 喹啉
•异喹啉比较重要的衍生物——罂粟碱、黄连素
• 已经学过的杂环化合物： •这 些 化 合 物 的 性 质 与 相 应 的 脂 肪 族 化 合 物 相 近 。
• 实验室采用糠酸加热脱羧制得：
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（2）化学性质 • 呋喃具有芳香性，较苯活泼，容易发生取代反应； 还有一定程度的不饱和化合物的性质(发生加成反应)。 （A）取代反应—— 位取代
• 溴代： • 硝化（缓和试剂）：
• 磺化（缓和试剂）：
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呋喃
噻吩
吡咯
吡啶
喹啉
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噻唑
嘧啶
吲哚
• 命名1：带有取代基的杂环化合物，以杂环为母体，从 杂原子开始顺着环编号；当环上含有两个或以上相同的杂 次序编号：
• 命名2：环上只有一个杂原子时，有时也把靠近杂 原子的位置叫位，其次为位，再次为位：
•（1）噻吩的制法
方法1
丁烷、丁烯和丁二 烯
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方法 2
方法3——实验室制法
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（2） 噻吩的性质
亲电取代发生 在位
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傅-克 反应
3、 吡咯 • 吡咯的制备
（A）弱酸性
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（B）取代反应
四碘吡咯常用来代替碘仿作伤口消毒剂.
•偶合反应
第16页/共28页
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（C）氧化与还原——吡啶比苯稳定，不易被氧化 剂氧化。吡啶的同系物被氧化时总是侧链先氧化而 芳杂环不破坏，生成相应的吡啶甲酸：
• 吡啶经催化氢化或用乙醇和钠还原，可得六氢吡啶：
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吡啶和哌啶的衍生物
尼古丁
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2、喹啉和异喹啉 喹啉
•异喹啉比较重要的衍生物——罂粟碱、黄连素
• 已经学过的杂环化合物： •这 些 化 合 物 的 性 质 与 相 应 的 脂 肪 族 化 合 物 相 近 。
杂环化合物和生物碱-有机化学
溶解1份吡咯、呋喃及噻吩，分别需要17、 35、700份的水。 当五元杂环上连有羟基时，溶解度增大。
如： O
H3C O OH
S
S
OH
(1:35)
(1:20)
(1:700)
(1:16)
3. 杂环化合物的化学性质 (1)、亲电取代反 应
N H O S
HNO3
I2 NaOH
吡咯、呋喃、噻吩 α位取代
I
第四节 稠杂环化合物
稠杂环化合物是指苯环与杂环稠合或杂环与杂环稠合在一起的化 合物。常见的有喹啉、吲哚和嘌呤。
泳衣品牌
3 2 d ★ c
N
a b
N
1
N
★ b 2 a 3
N1
S
N
吡啶并[2,3-d]嘧啶
咪唑并[2,1-b] 噻唑
第二节
五元杂环化合物
五元杂环化合物包括含有1个杂原子的五元杂 环和含2个杂原子的五元杂环。 一、含1个杂原子的五元杂环化合物 1.结构
4 5 1N 3 2
4 5 3 2 4 5 3 2
OH
2．亲电取代反应
Cl2, AlCl 3 100 ℃ Br2, 浮石催化 300 ℃ 气相
Cl
3 氯吡啶
N
Br
3 溴吡啶
N
NO2
N
浓 H2SO4 HgSO4 催化， ℃ 220 混酸 300 ℃
3 硝基吡啶
N
SO3H
吡啶 3 磺酸
N
3．氧化还原反应
（1）氧化反应
COOH N β 吡啶甲酸（烟酸） HNO 3 N COOH N α 吡啶甲酸
由于吡啶环的N上在环外有一孤对电子，故吡啶环上的电荷分布不均。
杂环化合物和生物碱
非核苷类抗病毒药物
如利巴韦林、奥司他韦等，通过干扰 病毒的复制过程和宿主细胞的信号转 导发挥抗病毒作用。
抗炎药物
要点一
非甾体抗炎药
如阿司匹林、布洛芬等，通过抑制前列腺素的合成和释放 发挥抗炎作用。
要点二
甾体抗炎药
如泼尼松、地塞米松等，通过抑制炎症反应的多个环节发 挥抗炎作用。
05
生物碱在药物研发中的应 用
通过深入研究杂环化合物和生物 碱的作用机制，为新药研发提供 理论支持。
02
发现新的靶点
03
拓展药物应用范围
通过研究杂环化合物和生物碱与 生物大分子的相互作用，发现新 的药物靶点。
通过研究杂环化合物和生物碱的 作用机制，拓展其在新药研发中 的应用范围。
THANKS
感谢观看
分类
根据环的大小，杂环化合物可以分为 小环、中环和大环。
结构特点与性质
01
02
03
结构特点
杂环化合物的结构特点是 具有环状结构，且环上通 常含有杂原子。
物理性质
杂环化合物的物理性质包 括熔点、沸点、密度和溶 解度等。
化学性质
杂环化合物的化学性质包 括稳定性、酸碱性、氧化 还原性等。
合成方法与途径
新药研发方向与策略探讨
针对未满足的临床需求
针对癌症、神经退行性疾病、代谢性疾病等重大疾病，寻找具有新 作用机制的杂环化合物和生物碱。
结合其他药物的作用机制
将杂环化合物和生物碱与其他药物结合，开发具有多重作用机制的 新药，提高治疗效果。
开发多靶点药物
针对多个疾病靶点，开发具有多靶点作用的药物，降低副作用和耐 药性。
生物碱的分离常采用色谱法、结晶法、蒸 馏法等。其中，色谱法是最常用的分离方 法之一，如薄层色谱、高效液相色谱等。
如利巴韦林、奥司他韦等，通过干扰 病毒的复制过程和宿主细胞的信号转 导发挥抗病毒作用。
抗炎药物
要点一
非甾体抗炎药
如阿司匹林、布洛芬等，通过抑制前列腺素的合成和释放 发挥抗炎作用。
要点二
甾体抗炎药
如泼尼松、地塞米松等，通过抑制炎症反应的多个环节发 挥抗炎作用。
05
生物碱在药物研发中的应 用
通过深入研究杂环化合物和生物 碱的作用机制，为新药研发提供 理论支持。
02
发现新的靶点
03
拓展药物应用范围
通过研究杂环化合物和生物碱与 生物大分子的相互作用，发现新 的药物靶点。
通过研究杂环化合物和生物碱的 作用机制，拓展其在新药研发中 的应用范围。
THANKS
感谢观看
分类
根据环的大小，杂环化合物可以分为 小环、中环和大环。
结构特点与性质
01
02
03
结构特点
杂环化合物的结构特点是 具有环状结构，且环上通 常含有杂原子。
物理性质
杂环化合物的物理性质包 括熔点、沸点、密度和溶 解度等。
化学性质
杂环化合物的化学性质包 括稳定性、酸碱性、氧化 还原性等。
合成方法与途径
新药研发方向与策略探讨
针对未满足的临床需求
针对癌症、神经退行性疾病、代谢性疾病等重大疾病，寻找具有新 作用机制的杂环化合物和生物碱。
结合其他药物的作用机制
将杂环化合物和生物碱与其他药物结合，开发具有多重作用机制的 新药，提高治疗效果。
开发多靶点药物
针对多个疾病靶点，开发具有多靶点作用的药物，降低副作用和耐 药性。
生物碱的分离常采用色谱法、结晶法、蒸 馏法等。其中，色谱法是最常用的分离方 法之一，如薄层色谱、高效液相色谱等。
杂环化合物和生物碱
（2）噻唑 （ thiazole ） 分子式：C3H3NS
噻唑含有一个硫和一个氮杂原子的五元杂 环化合物,分子式C3H3NS。唑字由外文字 尾azole译音而来，意为含氮的五元杂环, 除吡咯外都称为某唑。硫和氮占1,3两位 的称为噻唑；硫和氮占1,2两位的,称为异 噻唑。噻唑和异噻唑在自然界不存在 。噻唑为淡黄色具有腐败臭味的液体，沸点 116.8℃，相对 密度1.998(17/4℃)。噻唑与吡啶类似,具有弱碱性；可与苦味 酸和盐酸等形成盐，与许多金属氯化物（如氯化金等）形成 络合物，并具有一定的熔点。噻唑的环系具有一定的稳定性， 也表现出一定的芳香性。它与吡啶在化学性质上相似，例 如,2位上的氢具有活性；也可以与氨基钠作用,生成2-氨基噻 唑;其氨基也可重氮化（见重氮化反应）。噻唑一般不能还原 为二氢和四氢化合物。
吡咯可用1，4 -二羰基化合物与氨反应制取，工业上 吡咯由丁炔二醇与氨通过催化作用制备。吡咯与苯 并联的化合物称为吲哚，是一个重要的化合物。有 些吡咯的衍生物具有重要的生理作用， 例如，叶绿 素、血红素都是由4个吡咯环形成的卟啉环系的衍生 物。四氢吡咯是一个重要的试剂，它与酮反应失水 形成烯胺，即氨基旁有一个碳 -碳双键。例如环己酮 与四氢吡咯形成的烯胺在有机合成中有多种用途。 一般而言，用吡咯为原料进行实验之前，要重新蒸 馏后再使用，因为吡咯长时间暴露在空气中易聚合 生成聚吡咯（黑色固体）。 3. 酸碱性 酸性比较：乙酸>苯酚> 吡咯 >环己醇
2、呋喃和噻吩
（1）呋喃
呋喃，是最简单的含氧五 节杂环化合物。无色液体。 有特殊的气味。有麻醉和弱 刺激作用，极度易燃。吸入 后可引起头痛、头晕、恶心、 呼吸衰竭。呋喃环具芳环性 质，可发生卤化、硝化、磺 化等亲电取代反应，主要用 于有机合成或用作溶剂。P
杂环化合物与生物碱课件共35页文档
第二节 生物碱
四、生物碱的一般性质 （一）碱性 （二）沉淀反应 （三）显色反应
•0.01(1%) 钒酸铵的浓硫酸溶液，遇阿托品显 红色，吗啡显棕色，可待因显蓝色等。 •钼酸铵的浓硫酸溶液,浓硫酸加入少量甲醛的 溶液，浓硫酸等都能使各种生物碱呈现不同的 颜色。
•环上π电子的离域形成共轭体系，产生键的 平均化，具有芳香性。 •共轭体系中的6 个π电子分散在5个原子上， 使整个环的π电子云密度较苯环大。 •α-位上的电子云密度较大。
第一节 杂环化合物
二、杂环化合物的结构
•六元杂环的结构以吡啶为例说明。吡啶组 成环的氮原子和5个碳原子都是sp2杂化，并 以σ键相互结合成平面六元环。每个原子上 各有一个电子在未参与杂化的p轨道上，p轨 道与环平面垂直，以“肩并肩”的方式重叠 形成6个π电子的闭合共轭体系，因而具有芳 香性，其结构与苯相似。
（五）嘌呤及其衍生物
O
CH3 N
N CH3 咖啡因
ON N CH3
咖啡因为黄嘌呤类生物碱
第二节 生物碱
一、概述
生物碱（alkaloid）是指存在于生物体 内，有明显生理活性的含氮碱性有机化 合物。
第二节 生物碱
二、生物碱的分类和命名
（一）分类 常见的分类方法是根据生物碱的化学结构
进行分类。如: 麻黄碱属于有机胺类;苦参碱属吡啶衍生物
杂环化合物环上原子的编号，一般从杂原 子开始。
当杂环上连有 －R，－X，―OH，－NH2 等取代基时，以杂环为母体 。
第一节 杂环化合物
一、杂环化合物的分类和命名
（二）命名
如果连有 －CHO，－COOH，－SO3H 等 时，把杂环作为取代基。
环上有两个或两个以上相同的杂原子时， 应从连有氢的杂原子开始编号。
杂环化合物和生物碱
化学合成
根据需要，可以通过有机合成手 段人工合成杂环化合物和生物碱， 以满足药物研发的需求。
杂环化合物和生物碱的生物活性和作 用机制
1 生物活性
杂环化合物和生物碱的生物活性包括抗菌、抗肿瘤、抗炎等多种作用。
2 作用机制
它们通过与生物体内的靶标结合，干扰生理过程或改变信号传导途径来实现其作用。
杂环化合物和生物碱的合理设计原则
2
分类
生物碱根据骨架结构和生物来源可分为多个类别，如喹啉生物碱和阿片类生物碱等。
3
应用
生物碱在药物和医学研究中具有广泛的应用，如抗癌药物和神经传递物质等。
杂环化合物和生物碱在药物研发中的应用
药物研发
杂环化合物和生物碱作为药物研 发的重要组成部分，可以用于发 现新型药物和治疗疾病。
天然产物研究
杂环化合物和生物碱从天然产物 中提取，有助于发现潜在的药理 活性和生物活性化合物。
挑战
药物的研发过程面临着多种挑战，如合成难度、抗药性的产生等。
杂环化合物的合成方法
氮杂环化合物
氮杂环化合物可通过N原子上的 亲电或亲核取代反应、环加成 反应等方法合成。
氧杂环化合物
氧杂环化合物可通过醚键的形 成和断裂、环加成反应等方法 合成。
硫杂环化合物
硫杂环化合物可通过S原子上的 亲电或亲核取代反应、环加成 反应等方法合成。
生物碱的来源和分类
1
来源
生物碱可以从植物、动物和微生物中提取，也可通过有机合成得到。
1 结构活性关系
合理设计杂环化合物和生物碱的结构，以最大程度地提高其活性和选择性。
2 毒性评估
在设计过程中需要考虑毒性评估，以确保化合物在应用中的安全性。
3 可供性和可合成性
烃的含氮衍生物—杂环化合物和生物碱(医用化学课件)
1．当环上只有一个杂原子时，从杂原子开始编，依 次用1、2、3……；或从靠近杂原子的碳原子开始， 标以希腊字母α、β、γ……
NO2
N CH3
H
2-甲基吡咯 （α-甲基吡咯）
N 4-硝基吡啶 （γ-硝基吡啶）
O SO3H
2-呋喃磺酸 （α-呋喃磺酸）
•杂环编号的规则：
2.当环上有相同杂原子时，应从连有氢或取代基的杂原子开 始编号，并尽可能使杂原子的编号最小；
利用沉淀反应可鉴定或分离生物碱。
显色反应
大多数生物碱能和一些试剂反应呈现不同的颜色。 如甲醛-浓硫酸溶液遇吗啡显紫红色，可待因显蓝色等。 各种生物碱因其结构不同而显示不同的颜色，因此利用 该反应可鉴别生物碱。
三、常见的生物碱
烟碱
颠茄碱
吗啡碱
麻黄碱
小檗碱
烟碱
N N
CH3
烟碱
存在于烟草中，微黄色液体，在空气中逐渐 变为棕色，溶于乙醇、乙醚、氯仿中，也可 与水任意比相溶。 烟碱有毒，少量能兴奋神经，大量能抑制中 枢神经系统；可用作农业杀虫剂。 长期吸烟者会引起肺气肿、心血管疾病等。
C.肾上腺素
D.吡啶
2.关于生物碱叙述不正确的是（ ）
A.存在于生物体内
B. 有明显的生物活性
C.分子中都含有氮杂环
D. 生物碱一般能与酸作用成盐
3.下列有关生物碱的叙述，正确的是（ ）
A.含有氮原子
B.显酸性
C.自然界的所有含氮成分 D. 易溶于水
答案：
1.D 2.C 3.A
杂环化合物
新课导入
物质核酸的重要组成部分。
五、稠杂环化合物
稠杂环化合物是指苯环与杂环稠合或杂环与杂环 稠合在一起的化合物。常见的有喹啉、吲哚和嘌呤。
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嘌呤是由一个嘧啶环和一个咪唑环稠合而成的．它 有两种互变异构体．
N
N
NN H
（Ⅰ）
OH
N
N
HO N N OH
H
（烯醇式）
N N
NH N
（Ⅱ）
O HN
NH
ON N O HH
（酮式）
尿酸（2,6,8-三羟基嘌呤）
NH2
N
N
NN H
(腺嘌呤A)
OH
N
N
H2N N N H
O HN
H2N N
N
N H
(鸟嘌呤G)
（四氢呋喃） （四氢吡咯）
Pt CH3COOH
（六氢吡啶,95% ）
H
(90%)
３．吡咯和吡啶的酸碱性 吡啶的碱性（pKb=8.8），吡咯的酸碱性（pKb=13.6, pKa=15.0），苯胺的碱性（pKb=9.3）
KOH(S) N
H
H2O NK
４．氧化反应
KMnO4/H+ 或浓HNO3
KMnO4/H+ 或浓HNO3
维生素PP: 维生素B6：
COOH
N
β-吡啶甲酸 （烟酸）
CONH2
N
β-吡啶甲酰胺 （烟酰胺）
吡哆醇
吡哆醛
吡哆胺
雷米封是异烟酰肼的俗名，是抗结核药物：
５．吲哚、β-甲基吲哚及β-吲哚乙酸
N H
吲哚
CH3 N H
β-甲基吲哚
CH2COOH N H
β-吲哚乙酸
６．嘧啶及其衍生物 嘧啶的羟基衍生物和氨基衍生物，它们是核酸 的重要组成部分．维生素B1和磺胺嘧啶中也含 有嘧啶环．
(尿嘧啶U)
2,4- 二羟基嘧啶
2,4-二氧嘧啶
NH2 N
HO N
2- 羟基胞 Leabharlann 4嘧 -氨啶基嘧C 啶NH2 N
(胞嘧啶C)
O
N
H
2-氧-4-氨基嘧啶
OH
N
CH 3
HO N 胸腺嘧啶T
O HN
O
N
H
CH3 (胸腺嘧啶T)
2,4- 二羟基-5-甲基嘧啶
2,4-二氧-5-甲基嘧啶
７．嘌呤及其衍生物
四．重要的杂环化合物及其衍生物 １．呋喃及α－呋喃甲醛
多聚戊糖
H+/H2O
戊糖
H+/H2O ,-3H2O
ZnO-Cr2O3-MnO2 400~415℃
糠醛
Cu,喹啉
＋
Ni
2H2 100℃,5MPa
(四氢呋喃)
Ag(NH3)OH
浓NaOH
２．噻吩及抗生素药物
2HC≡CH + S
S
2HC≡CH + H2 S
８．喹啉异喹啉及其衍生物
浓HNO3-H2SO4
浓H2SO4 220℃ KMnO4/H+ 或浓H2SO4
H2/Ni,H2O 或Sn+HCl
(少量)
金鸡纳碱（喹宁）
辛可芬
氯奎
N
NN H
6-氨基嘌呤
CH3O
CH2CH2NHCOCH3 N H
脑白金
二．杂环化合物的结构与芳香性
呋喃
吡咯
吡啶
H
H
H
H
O H
H
N
H
H
H
??
??
一些杂环化合物的电子云分布：
N
?? (pyridine)
三．杂环化合物的性质 １．亲电取代反应
１）卤代
+ 4I2
N H
0℃ (80%)
KI
I
I
IN I
H
2）硝化
Al2O3 400℃
S
实验室：
CH2COONa CH2COONa
P2S3 180℃
P2S3
先锋霉素
３．吡咯、叶绿素、血红素及维生素B12
Al2O3 450℃
2HC≡CH + NH3
+ H2
N H
卟吩
叶绿素a
维生素B12
氯化血红素
４．吡啶、维生素PP、维生素B6及雷米封
吡啶存在于煤焦油及穴岩油中．工业吡啶多由 煤焦油分离得到．
第十三章 杂环化合物与生物碱
环状有机化合物中，成环的原子除了碳原子外 还有其他原子，这种有机化合物称为杂环化合 物．最常见的杂原子有O、N、S等．
第一节 杂环化合物
１．分类 １）五元杂环
呋喃
S 噻吩
N H
吡咯
咪唑
噻唑
恶唑
２）六元杂环
吡喃
N
吡啶
N N
嘧啶
N N
吡嗪
３）稠杂环
N H
吲哚
N N
N
N H
嘌呤
苯并吡喃
喹啉
２．命名
杂环化合物的中文命名法有两种：按外文名词 译音；相应于杂环的碳环命名法（如吡啶可称为氮 杂苯，吡咯氮杂环戊二烯）
O CHO
2-呋喃甲醛 （糠醛）
COOH N
3-吡啶甲酸 （烟酸）
1,3-二甲基吡啶
CH2COOH N H
β-吲哚乙酸
8-羟基喹啉
2-羟基-4-氨基嘧啶
NH2
N
300℃
(37%)
(26%)
0℃ 乙酸酐
(60%)
330℃ H2SO4
(22%)
3)磺酸化
100℃
25℃
230℃ HgSO4
(90%) (63~70%) (70%)
４）傅克反应
150~200℃
(60%)
(CH3)2C=CH2
BF3
H3PO4
２．加成反应
H2/Ni 100℃,5MPa
H2/Ni或Pd