杂环化合物与生物碱
第12章杂环化合物和生物碱
嘌呤(purine)
2、系统命名法
① 从杂原子开始 1，2，3，4……（或用希腊字母α、β、 γ…… ） ② 当环上含有两个或两个以上相同的杂原子时，应使杂原子 所在位次的数字最小 ③ 不止一个杂原子，按O，S，N顺序编号
第十二章 杂环化合物和生物碱 5
4
3
H3C 5 O 2 CH3 1
4 COOH 3 5 2 6 N 1
第十二章 杂环化合物和生物碱 25
嘌呤
N H
N N
N
N
NH2 N N N H
N H
O HN H2N N N H N
N H
Purine
腺嘌呤（ A） Carbazole
鸟嘌呤（G）
嘌呤有（Ⅰ）和（Ⅱ）两种互变异构体：
N N N H
N
N N N
NH
（I）9H-嘌呤
（II）7H-嘌呤
第十二章 杂环化合物和生物碱 26
2． 亲核取代 由于氮的吸电子作用，使得吡啶环上电子云密度减低， 不易进行亲电取代，但却有利于亲核取代。例如它与氨基 钠作用，生成α-氨基吡啶。
+ NaNH2 N
-H2 H2O
N
NHNa
N
NH2
3．酸碱性 呋喃、噻吩为中性；吡咯具有弱碱性。吡咯属仲胺，似乎应具 有较强的碱性，但由于氮原子的孤对电子参与形成闭合的共轭体 系，氮原子上的电子密度有所降低，吸引质子的能力降低，因此 吡咯的碱性（pKb=13.6）非常微弱，不但比脂肪族仲胺弱得多， 而且比芳香胺还弱，以至它与酸不能生成稳定的盐；另一方面， 氮原子上的氢原子离解为离子的倾向增大，这就使吡咯反而有弱 酸性，其酸性介与乙醇和苯酚之间，可与固体KOH（或与金属 15 第十二章 杂环化合物和生物碱 K，Na）共热，形成不稳定的盐，遇水即分解。
杂环化合物和生物碱学时讲课文档
(A)
第二十五页，共46页。
4. 氧化反应
CH3 HN3O
COOH
N
or KM4nO
N
β-吡啶甲酸
HN3O
COOH
or KM 4 nO
N
N COOH
2, 3-吡啶二甲酸
第二十六页，共46页。
完成下列合成:
CH3 N
KMnO4/H+
NH 2 N
NaOH Br 2
COOH NH3
N
CONH 2 N
第二十七页，共46页。
第二十九页，共46页。
红色
2. 吡咯及其衍生物
吡咯最重要的衍生物是卟啉化合物。
2
a
3
1
4
NH N
N HN
8
5
7
6
卟啉环
第三十页，共46页。
叶绿素:
CH
2
H 3C 1 Ⅰ N
3R
Ⅱ N
4 C H 2C H 3
Mg
N
H 3C
Ⅳ
H8 7 HH
H 2C O C
CH2
OC O
N Ⅲ
5
CH3
6
Ⅴ
O
OCH3
R = -C H 3 为 叶 绿 素 a R = -C H O 为 叶 绿 素 b
N
异烟酰肼又叫雷米封 具有抗结核作用
N
异丙烟肼
用于神经退行性疾病治疗
（老年痴呆等）
C2H OH
CHO
C2H N2H
H O
C2H OH H O
C2H OHH O
C2H OH
H 3C N
H 3C N
维生素B6
第三十六页，共46页。
第十六章 杂环化合物、生物碱
第十六章杂环化合物、生物碱第十六章杂环化合物、生物碱杂环化合物的定义：在环状有机化合物中，构成环的原子除了碳原子外还含有其他原子，这环状种化合物就叫做杂环化合物（heterocyclic compound）。
除碳以外的其他原子叫做杂原子。
常见的杂原子有：氮、氧、硫。
第一节杂环化合物的分类和命名一、分类按照环的大小和环的数目可分为：五元环单杂环OSN六元环H杂环N苯环与单杂环的稠合杂环(苯并杂环)稠杂环N两个或两个以上单杂环的稠合杂环NNNNH二、命名1、音译法：根据外文译音，选用同音汉字，加“口”字旁表示杂环。
ONS呋喃噻吩furanpyrrole吡咯HthiopheneN吡啶N咪N啶NHpyridinepyrimidineindole吲哚?取代杂环的命名：①杂环的编号从杂原子起依次1,2,3 ……（或：α,β,γ……）。
②如环上不止一个杂原子时，则从O、S、N的顺序依次编号。
③有两个相同杂原子的，应从连有H原子或取代基的开始编号。
④编号时注意杂原子或取代基的位次之和最小。
⑤稠杂环是特定的母体和固定的编号。
4CH354463CH3N3N512NH12C5N32H5S213-甲基吡啶4-甲基咪唑5-乙基噻唑2、根据结构命名：1即根据相应于杂环的碳环来命名，把杂环看作是相应的碳环中的碳原子被杂原子置换而形成的。
例如，吡啶可看作是苯环上一个碳原子被氮原子置换而成的，所以叫做氮杂苯。
NHO 茂(环戊二烯)氮茂S氧茂硫茂NNN苯氮苯1,3-二氮苯第二节一杂五元杂环化合物含有一个杂原子的典型五元杂环是呋喃、噻吩、吡咯。
OSNH一、呋喃、噻吩、吡咯的结构1、据现代物理方法证明：①呋喃、噻吩、吡咯都是一个平面的五元环结构，即成环的四个C原子和一个杂原子都是以SP2杂化轨道成键的。
②环上每个碳原子的P轨道有一个电子，杂原子P轨道上有两个电子。
③ P轨道垂直于五元环的平面，互相侧面重叠而形成一个与苯环相似的闭合共轭体系。
《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：
2023/6/13
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
2023/6/13
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。
2023/6/13
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。
《有机化学》第九章
第九章
水溶液直接提取法不利于那些碱性较弱不能直接溶解于水的生
物碱提取，因此可采用偏酸性的水溶液，使生物碱与酸作用生成盐
进行生. 物碱提取。具有碱性的生物碱在植物体中多以盐的形式存在， 而弱碱性或中性生物碱则以不稳定的盐或游离碱的形式存在，故常
用0.5%～2%的乙酸、盐酸等为溶剂。
29 第二节 生物碱
二 、 生物碱的提取方法
（二）醇类溶剂提取法
游离生物碱及其盐一般都能溶于甲醇和乙醇，因此用它 们作为生物碱的提取溶剂，应用较为普遍。甲醇的极性比乙 醇的极性大，对生物碱的溶解性比乙醇好，甲醇的沸点也比 乙醇低，但对视神经的毒性很大，所以除实验室有时将甲醇 作为生物碱提取溶剂外，多数用乙醇作为溶剂，有时也用稀 乙醇（60%～80%）作溶剂。通常采用醇提—酸水—碱化— 亲脂性溶剂萃取的方法反复进行。
N
－
N
CH3
33 第二节 生物碱
三 、 重要的生物碱
（三） 麻黄碱
第九章
麻黄碱俗称麻黄素，分子中有两个手性碳（用*标记），麻黄碱的分子结构式如下：
糠醛是重要的化工原料，可用 于制造酚醛树脂、农药、医药（如 呋喃妥因、呋喃唑酮）等。
O2N－ O
O －CH＝N－N－C ＝ O
CH2－CH2
－ －
－
呋喃唑酮（痢特灵）
19 第一节 杂环化合物的分类和命名
四、 重要的杂环化合物及其衍生物
（二） 吡咯衍生物——叶绿素、血红素和维生素B12
第九章
20 第一节 杂环化合物的分类和命名
1
第九章 杂环化合物、生物碱
【知识目标】 理解杂环化合物的分子结构、分类。 掌握五元单杂环、六元单杂环化合物的化学性质。 掌握杂环化合物的分类和命名方法。 了解几种重要的生物碱（麻黄素、烟碱、小檗碱、鸦片制剂）。 【技能目标】 掌握常见杂环化合物、生物碱的鉴别方法。
有机化学 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杂环化合物和生物碱广泛存在于自然界中，在动植物体内起着重要的生理作用。
本章介绍杂环化合物的分类、命名、结构特点、性质及重要的杂环化合物，生物碱的一般性质、提取方法和重要的生物碱。
第一节杂环化合物环状有机化合物中，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。
常见的杂原子有氧、硫、氮等。
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。
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，杂环化合物几乎随处可见。
一、杂环化合物的分类和命名为了研究方便，根据杂环母体中所含环的数目，将杂环化合物分为单杂环和稠杂环两大类。
最常见的单杂环有五元环和六元环。
稠杂环有芳环并杂环和杂环并杂环两种。
另外，可根据单杂环中杂原子的数目不同分为含一个杂原子的单杂环、含两个杂原子的单杂环等。
杂环化合物的命名在我国有两种方法：一种是译音命名法；另一种是系统命名法。
译音法是根据IUPAC 推荐的通用名，按外文名称的译音来命名，并用带“口”旁的同音汉字来表示环状化合物。
例如：呋喃 咪唑 吡啶 嘌呤furan imidazole pyridine purine杂环上有取代基时，以杂环为母体，将环编号以注明取代基的位次，编号一般从杂原子开始。
含有两个或两个以上相同杂原子的单杂环编号时，把连有氢原子的杂原子编为1，并使其余杂原子的位次尽可能小；如果环上有多个不同杂原子时，按氧、硫、氮的顺序编号。
杂环化合物和生物碱
结构特点与性质
结构特点
生物碱通常具有复杂的环 状结构，其中最常见的是 苯环和杂环。
物理性质
生物碱多为固体，具有旋 光性，部分生物碱具有荧 光性质。
化学性质
生物碱具有碱性，可与酸 成盐，也可与金属离子络 合。
提取方法与分离技术
提取方法
生物碱的提取通常采用溶剂萃取法、离 子交换法、沉淀法等。
VS
分离技术
合成方法与途径的创新研究
探索新的合成方法
研究新的合成方法，提高杂环化合物和生物 碱的合成效率和纯度。
寻找更环保的合成途径
采用更环保的合成途径，减少对环境的影响 。
开发高通量合成技术
利用高通量合成技术，快速筛选和优化杂环 化合物和生物碱的合成方法。
药物作用机制与靶点研究进展
01
深入了解药物作用 机制
02
例如，一些杂环化合物的合成方法可以借鉴生物碱的合成方法，反之 亦然。
03
在合成过程中，可以利用一些共同的反应步骤和中间体，使得合成过 程更加高效和经济。
04
同时，对于一些难以合成的杂环化合物或生物碱，可以借鉴对方的合 成方法来寻找新的合成策略。
04
杂环化合物在药物研发中 的应用
抗肿瘤药物
嘧啶类抗肿瘤药物
蒿甲醚
蒿甲醚是青蒿素的衍生物，具有更强的抗疟疾活性，对多种疟原虫有较好的治疗效果。
镇痛药物
可待因
可待因是一种具有镇痛作用的生物碱，可以 有效缓解轻至中度的疼痛。
吗啡
吗啡是一种具有强镇痛作用的生物碱，可以 有效缓解重至极度的疼痛。但长期使用会产
生依赖性和成瘾性，需谨慎使用。
06
杂环化合物与生物碱的未 来发展前景
杂环化合物和生物碱
有机化学第十四章杂环化合物和生物碱
（四）嘧啶及其衍生物
1. 嘧啶 嘧啶的电子结构与吡啶相似，2个氮原子均以sp2杂化轨道成
键，每个氮原子上都含有未共用电子对。
2. 嘧啶的衍生物 （1）尿嘧啶、胞嘧啶和胸腺嘧啶
尿嘧啶
胞嘧啶
胸腺嘧啶
19
（2）磺胺嘧啶 （3）维生素B1
20
（五）吲哚及其衍生物
吲哚由苯环与吡咯环稠合而成。吲哚是无色片 状晶体，熔点52℃，沸点23.5℃，不溶于水，可溶 于热水和有机溶剂中，有恶臭，但吲哚在浓度极稀 时，有花的香味，可作为香料使用。
卟吩
血红素
16
（三）吡啶及其衍生物
1. 吡啶
吡啶有弱碱性，可与强酸成盐。吡啶用于合成维生素和药 物等，并用做溶剂，也是一些有机反应的介质和分析化学试剂。
2. 吡啶的衍生物 （1）烟酸和烟酰胺
烟酸和烟酰胺的结构式如下：
烟酸
烟酰胺
17
（2）异烟肼 （4）维生素B6
（3）尼可刹米
吡哆醇
吡哆醛
吡哆胺
18
（一）呋喃及其衍生物
1. 呋喃 呋喃是最简单的五元含氧杂环，存在于松木焦油中。呋喃可使 盐酸浸过的松木片呈绿色，称为松木片反应，可用于检验呋喃。 2. 呋喃衍生物 （1）呋喃西林
（2）糠醛
15
（二）吡咯及其衍生物
1. 吡咯 吡咯是最简单的五元含氮杂环，存在于煤焦油和骨焦油中。 吡咯蒸汽遇醮有盐酸的松木片显红色，可用于吡咯的鉴别。 2. 吡咯的衍生物
（二）沉淀反应 生物碱在酸性水或酸性稀醇中与某些试剂生成难溶于水的复盐 或络合物的反应。 用途： 鉴别——试管、TCL或PPC显色剂； 提取分离——检查是否提取完全。
（三）显色反应
大多数生物碱能和一些试剂反应呈现出不同的颜色。这些能 使生物碱发生颜色反应的试剂称为生物碱显色剂。常用的生物碱 显色剂有钼酸钠、甲醛、钒酸铵、高锰酸钾等的浓硫酸溶液。如 10 g·L-1的钒酸铵的浓硫酸溶液与阿托品显红色，与吗啡显棕 色，与可待因显蓝色。这些颜色反应可用于生物碱的鉴定。
杂环化合物及生物碱
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
第十二章 杂环化合物
S
N H
O
C、S、N、O中电负性是O > N >S >C 因此芳香 性的强弱为以上排列。
(2) 五元杂环化合物是富电子体系，而苯环为等电子 体系，故环上的电子云密度比苯高，其亲电取代反应比苯 容易，尤其易发生在α- 位。杂原子的存在相当于在环上 引入了― NH2、―OH、 ―SH 等活化基团而使环活化， 故进行亲电取代反应的活泼顺序是：
1. 五元杂环化合物
4 3 2
Z
C
C2
C3
C3
C4
呋喃 吡咯 噻吩
0 .1 3 6 (0 .1 4 3 ) 0 .1 3 7 0 (0 .1 4 7 ) 0 .1 7 1 4 (0 .1 8 2 )
0 .1 3 6 1 0 .1 3 8 3 0 .1 3 7 0 C =C 0 .1 3 4
0 .1 4 3 0 0 .1 4 1 7 0 .1 4 2 3 C C
发生部分α位。富电子五员杂环与吡咯相似。
O + C H 3C O O N O 2 硝酸乙酰酯
-5 ~ 3 0 ℃ __
O
0℃ 乙酸或乙酐
-1 0 ℃ 乙酐
4
N O 2 + C H 3C O O H
S
+ C H 3C O O N O 2
__
S
__
N O 2 + C H 3C O O H
N H
+ C H 3C O O N O 2
S 四氢噻吩
N H
+ 2H 2
Ni 200℃
N H 四氢吡咯
+ H2 N
Pt C H 3C O O H
N H
碱性强弱：六氢吡啶 > 吡啶 （仲胺） （叔胺）
第十五章 杂环化合物与生物碱
Kb： 2.5×10-15
2×10-4
15.3 六元杂环化合物
六元杂环化合物包括环中有1个杂原子的六元 杂环(如吡啶等)；环中有多个杂原子的六元杂环 (如嘧啶等)；以及稠杂环(如喹啉、嘌呤等)。 一、吡啶(C5H5N) 吡啶存在于煤焦油、骨焦油中，其衍生物广泛 存在于自然界。工业上主要从煤焦油的轻油部分提 取吡啶。 吡啶是具有特殊臭味的无色液体， bp115.5℃ ， 可与水、乙醇、乙醚等混溶。
1. 吡啶的结构
结构似苯，也是平面六边形分子(但不是正六边形)。 分子中 C—C键长139pm(与苯的相等)，C—N键长137pm， 介于一般的 C—N 单键 (157pm) 与 C=N 双键 (128pm) 之间。
139pm
139pm
137pm Pyridine Benzine
H
H
H
环中的N和C都 以 sp2 杂化轨道相互 以s 键相连。每个原 子余下的 p 轨道相互 平行重叠，形成环 闭共轭体系， p 电子 数为6，具有芳香性.
70%
NO2 NO2 S
5%
磺化: 95%H2SO4 25℃
(69%~76%)
S
SO3H
噻吩-2-磺酸
溴代: Br2 (或I2) 乙醇(稀释)/0℃
Br Br
Br Br
产物均为 四卤吡咯
硝化: CH3CO2NO2 乙酸酐/5℃
NO2 NO2 51% 13%
吡咯
磺化：吡啶.SO3 100℃
SO3H
吡咯-2-磺酸
亲电取代反应主要在2-位发生；若2、5两个位 置已有基团存在，则亲电取代在b位发生。
-0.06 -0.10 +0.32
这些杂环进行亲电取代反应时， 须用缓和的试剂在温和的条件下进行。
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。
第十三章杂环化合物及生物碱
4
CH3
N3
N2 1
H
4 –甲基咪唑
(3)如果环上有多个不同杂原子时,按氧、硫、氮得 顺序编号
H3C 4 N3
H3C 5
2
S1
4,5–二甲基噻唑
(4 ) 当只有1个杂原子时,也可用希腊字母编号,靠
近杂原子得第一个位置就是α-位,其次为β-位、γ-
位等。
β
O α CH3
CH3
γ β
α
N
α-甲基呋喃 γ-甲基吡啶
+ NaNH2
N
+ NaOH
N
NH2
2、 加成反应
+ 2 H2 Ni
O
O
+ 2 H2 MoS2
S
S
+
2 H2 Pd
N
H
N
H
呋喃、吡咯均可进行催化加氢反应,噻吩中得硫能使
催化剂中毒,需使用特殊催化剂加氢。
吡啶比苯易还原,用金属钠和乙醇可使其还原。
Na+ C2H5OH
N
N H
+ 2 H2 Pt
N
N
H
呋喃、噻吩、吡咯分子中各原子间得键长并 不完全相等,因此芳香性比苯差。
电负性强弱顺序就是:氧>氮>硫, 芳香性强弱顺序就是:苯＞噻吩＞吡咯＞呋喃。
2、 六元杂环
吡啶
N..
N●● sp2杂化
吡啶π电子数(6)符合休克尔规则,具有芳香性。
吡啶分子中,氮原子得电负性比碳大,使吡啶环上 碳原子得电子云密度相对降低,所以此类杂环称为缺 电子芳杂环。
第十三章杂环化合物及生物碱
(3)单杂环根据杂原子得数目不同又分为含一个 杂原子、含两个杂原子得单杂环等
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
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：O1234554321S54321N 54321N S 54321N NHH54321N 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 N N OHOH123456O12345612345O6121CHOO CON(C 2H 5)2N23456COOH654321N N CH 2COOHN H1234567N..6987543211098763216587654321H 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。
杂环化合物——精选推荐
第十六章杂环化合物和生物碱学习要点：掌握各类常见杂环化合物如呋喃、噻吩、吡咯、吡啶等的结构、命名和化学性质，了解常见生物碱的分类及提取方法。
环状有机化合物中，构成环的原子除了碳原子外还有诸如氮、氧、硫等其它原子，该类结构的化合物一般具有芳香性，这类有机化合物都属于杂环化合物。
组成杂环的原子除碳原子以外都叫杂原子。
杂环上可以具有一个、两个或者多个杂原子。
杂环氢化后可以形成饱和的或者部分饱和的环。
习惯上把这种氢化后的环看作杂环的衍生物。
如：四氢呋喃可以看作呋喃的衍生物。
所以含有这些环的化合物，不论饱和的、不饱和的或者芳香结构的都可以称为杂环化合物。
O O四氢呋喃呋喃tetrahydrofuran furan至于某些含有杂原子的环状化合物如：环状酸酐、内酯、环氧乙烷等，因它们的性质同酐、酯、醚，所以习惯上不看作杂环化合物。
第一节杂环化合物的分类和命名杂环类化合物可以按照芳香性分为非芳香性杂环和芳香性杂环两大类。
非芳香性杂环化合物具有环内杂原子所具有的典型性质，例如：四氢噻吩是典型的硫醚，六氢吡啶是典型的胺类化合物。
S N H四氢噻吩六氢吡啶tetrahydrothiophene piperidine杂环类化合物按照环来分类可以分为单杂环和稠杂环两大类。
常见的单杂环为五元杂环和六元杂环。
稠杂环是由苯环与单杂环或由两个以上的单杂环稠合而成的。
杂环的命名常用音译法。
按照外文名词音译，用带“口”字旁的同音汉字表示。
例如：O 呋喃N 吡啶SNH噻吩thiophene吡咯pyrroleNNN嘧啶pyrimidine喹啉quinolineN H吲哚indolefuranpyridine如杂环上有取代基时，取代基的位次从杂原子算起依次用1，2，3，4，5等（或α,β,δ等）编号。
如杂环上不止一种杂原子时，则从O ，S ，N 顺序依次编号。
编号时杂原子的位次数字之和应最小。
例如：N H N2-羧基咪唑COOH12345N H N 123453-苯基吡唑表16-1常见杂环化合物的分类和名称对于没有特定名称的杂环，可以看作是相应碳环中碳原子被杂原子取代的衍生物来命名。
杂环化合物与生物碱
2、稠边位置的标示
先按各杂环原来的编号顺序， 先按各杂环原来的编号顺序，在基本环各边 标以英文字母a 标以英文字母a、b、c…,附加环各原子标以1、 ,附加环各原子标以1 2、 3… 位置标示方式:[阿拉伯数字-英文字母] 位置标示方式:[阿拉伯数字-英文字母] :[阿拉伯数字
阿拉伯数字的排列顺序,以基本环的定位字母顺序为准, 阿拉伯数字的排列顺序,以基本环的定位字母顺序为准, 方向相同时数字从小到大,相反时数字从大到小. 方向相同时数字从小到大,相反时数字从大到小.
2、物理性质： 、物理性质：
1)吡咯蒸汽遇盐酸浸润过的松木片显红色。 1)吡咯蒸汽遇盐酸浸润过的松木片显红色。 吡咯蒸汽遇盐酸浸润过的松木片显红色 呋喃遇盐酸浸润过的松木片显绿色。 2）呋喃遇盐酸浸润过的松木片显绿色。 噻吩在浓硫酸存在下，与靛红作用显蓝色。 3）噻吩在浓硫酸存在下，与靛红作用显蓝色。 4）它们都易溶于有机溶剂而微溶于水
(四)无特定名称的稠杂环母环的命名 四 无特定名称的稠杂环母环的命名
基本环与附加环的确定: 1、基本环与附加环的确定 先将稠杂环分
为几个环系,一个定为基本环,余者为附加环, 为几个环系,一个定为基本环,余者为附加环, 基本环根据下列几种情况确定. 基本环根据下列几种情况确定. 由芳环与杂环组成的稠杂环，杂环为基本环； 由芳环与杂环组成的稠杂环，杂环为基本环； 有不同命名选择时， 有不同命名选择时，环数较多且有特定名称的 杂环为基本环。 杂环为基本环。 由二个杂环组成的稠杂环，大环为基本环。 由二个杂环组成的稠杂环，大环为基本环。 杂环大小相同时，则按所含杂原子N 杂环大小相同时，则按所含杂原子N、O、S的 顺序优先确定。 顺序优先确定。
1 N 2 7 N1 c b N 5d a 4 2 N3 N 3 6 N5 4 N 8
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。
《有机化学(第二版)》第12章：杂环化合物与生物碱
OH Br2 / CCl4 HO HO
Br N
OH Br
NH2
20℃
NH2
OH
N
室室
+
N
Br HO
N
19:46
③亲核取代反应
发生在α位 发生在 位
19:46
④氧化与还原反应
氧化难、 氧化难、还原易
19:46
（哌啶）
19:46
4、重要的衍生物 、 ①维生素pp 维生素
维生素pp促进组织新陈代谢，降低血中胆固醇。 维生素 促进组织新陈代谢，降低血中胆固醇。体内缺 促进组织新陈代谢 乏维生素pp时 乏维生素 时，可引起糙皮病
19:46
②异烟肼（雷米封） 异烟肼（雷米封）
治疗结核病的良好药物
19:46
③维生素B6 维生素
维生素B 维生素 6是蛋白质代谢过程中的必需物质
N
H O
H
19:46
3、化学性质 、 ①碱性
19:46
碱性大小：脂肪族胺＞ 碱性大小：脂肪族胺＞氨＞吡啶＞苯胺 吡啶＞
(CH3)3N > NH3
> N
> N
NH2
19:46
②亲电取代反应
发生在β位 发生在 位
19:46
若吡啶环上有第一类定位基时， 若吡啶环上有第一类定位基时 ， 能使吡啶环 活化， 能使亲电取代反应较容易进行， 并且取代 活化 ， 能使亲电取代反应较容易进行 ， 位置由第一类定位基决定。 位置由第一类定位基决定。
19:46
N H
吲哚
N H
咔唑
19:46
Br2
0℃ N H
Br
+
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
（希腊字母编号：靠近杂原子的碳原子为位）
43
4CH3
5
2
H3C
1
O
CH3
2，5-二甲基呋喃 （α，α’-二甲基呋喃）
5
3
6
2
N
1
4-甲基吡啶
（γ-甲基吡啶）
2020/6/16
第九章 杂环化合物与生物碱
6
二、杂环化合物的命名
❖ 编号原则：
环上有两个相同杂原子时，连接有氢原子或取 代基的杂原子编号为1，并使另一个杂原子的 编号尽可能小 CH3 4 3N
杂环化合物
具有环状结构，构成环的原子 = 碳原子 + 杂原子 氧、硫、氮
2020/6/16
第九章 杂环化合物与生物碱
1
第一节 杂环化合物
一、杂环化合物的分类
单杂环
五元杂环 六元杂环
杂环化合物
稠杂环
苯稠杂环 杂稠杂环
2020/6/16
第九章 杂环化合物与生物碱
2
五元杂环： 六元杂环：
2020/6/16
N H
N N H
CH2-CH-COOH NH2
-CO2
酶
N N H
CH2-CH2 NH2
组氨酸
组胺
2020/6/16
第九章 杂环化合物与生物碱
16
三、重要的杂环化合物及其衍 生物
吡啶及其衍生物
N 2020/6/16
COOH
N
-吡啶甲酸 （烟酸）
CONH2
N
吡啶甲酰胺 （烟酰胺）
CO NH NH2
N
第九章 杂环化合物与生物碱
10
三、重要的杂环化合物及其衍 生物
嘧啶及其衍生物
N
NH2
4
3N
5
O 2 N1 6 H
N
O
HN
ON H
胞嘧啶（C）
尿嘧啶（U）
（2-氧-4-氨基嘧啶） （2，4-二氧嘧啶）
O
HN
CH3
ON H
胸腺嘧啶（T） （5-甲基尿嘧啶）
2020/6/16
第九章 杂环化合物与生物碱
11
γ-吡啶甲酰肼 （异烟肼）
维生素PP
第九章 杂环化合物与生物碱
17
三、重要的杂环化合物及其衍 生物
吡啶及其衍生物CBiblioteka 2OHHOCH2OH
HO
N
CHO CH2OH
H3C N
吡哆醇
H3C N
吡哆醛
吡哆胺
CH2NH2
HO
CH2OH
H3C N
维生素B6
2020/6/16
第九章 杂环化合物与生物碱
18
第二节 生物碱
52 1
N H
4-甲基咪唑
2020/6/16
第九章 杂环化合物与生物碱
7
二、杂环化合物的命名
❖ 编号原则：
环上有不相同的杂原子时，按氧、硫、氮的顺 序编号
3N 4
2
5 C2H5
S
1
5-乙基噻唑
某些杂环不符合编号原则，如嘌呤等
2020/6/16
第九章 杂环化合物与生物碱
8
二、杂环化合物的命名
❖ 特别注意：
2020/6/16
第九章 杂环化合物与生物碱
12
三、重要的杂环化合物及其衍 生物
嘌呤及其衍生物
O
O
O
N
N HN
N HN
N HN
N
NN H
H2N N
CH N H
N
O
N
N
N
H
H
2020/6/16
第九章 杂环化合物与生物碱
13
三、重要的杂环化合物及其衍 生物
酮式与烯醇式的互变异构
O
HN
O
N H
OH N HO N
2020/6/16
第九章 杂环化合物与生物碱
4
二、杂环化合物的命名
❖ 译音法——按外文谐音，并以“口”字旁
表示是环状化合物
N
N
N
O
N
H
S
N HN
N
H
Pyrrole 吡咯
Indole 吲哚
2020/6/16
第九章 杂环化合物与生物碱
5
二、杂环化合物的命名
❖ 编号原则：
环上只有一个杂原子时，杂原子的编号为1
常见的母体杂环：
4
3
4 N3
5O
2N 5
S2
O1
H
1N
H
呋喃
吡咯
4
5
3
6
2
O1
吡喃
4
5
3
6
2
N1
吡啶
4N
N3
5N 2
HS1
咪唑
4
5
N3
6
2
N1
嘧啶
第九章 杂环化合物与生物碱
N N H
3
苯稠杂环
稠杂环
4 5
6 7
3 2
N1 H
6 1N
2 N 3
7 5N
48
N9 H
吲哚 （苯+吡咯）
嘌呤 （嘧啶环+咪唑环）
生物体内的一类含氮的碱性有机化合物，又称植物碱。 沉淀反应：生物碱与某些试剂反应生成不溶性沉淀，
这类试剂称为生物碱试剂
苦味酸、磷钨酸、磷钼酸等(生物碱试剂）
重要生物碱：尼古丁、麻黄碱、阿托品、咖啡因
2020/6/16
第九章 杂环化合物与生物碱
19
杂环上连有：-R、-X、-OH、-NH2等取代基，以 杂环作母体
杂环上连有-CHO、-COOH、-SO3H等基团时， 把杂环作取代基
2020/6/16
第九章 杂环化合物与生物碱
9
O2N
COOH
α-呋喃N甲酸
O
N
H
NO2 N
N β-硝基吡OH啶
N OH
Nα-噻吩磺酸N
S
SO3H HO
NN
H
2020/6/16
三、重要的杂环化合物及其衍 生物
嘌呤及其衍生物
6
1N
5
N7
2
N
3
4
N9 H
8
ONH2 NH3
OO O
O OO
H NN
N NN HNHN N H N N NH NN H NH NN
H2N NN
NNN HH
CHN H
CH H2N
HN2NN
NNN
O N
HH H
N
NNN H
腺嘌呤（A） （6-氨基嘌呤）
鸟嘌呤（G） （2-氨基-6-氧嘌呤）
尿嘧啶 酮式与烯醇式互变
O
HN
O
N H
N N H
OH
N
N
HO N
N H
黄嘌呤 酮式与烯醇式互变
2020/6/16
第九章 杂环化合物与生物碱
14
三、重要的杂环化合物及其衍 生物
吡咯及其衍生物
N H
吡咯
2020/6/16
卟吩
血红素
第九章 杂环化合物与生物碱
15
三、重要的杂环化合物及其衍 生物
咪唑及其衍生物 N