杂环化合物和生物碱

N
CH CH2
Cl
三、嘌呤
N N N N N N NH
N H (Ⅰ) 9H 嘌呤
( Ⅱ) 7H 嘌呤
嘌呤为无色晶体，m.p216~217℃，易溶于水，其水 溶液呈中性，但能与酸或碱成盐。 纯嘌呤环在自然界不存在，嘌呤的衍生物广泛存在 于动植物体内。
1．尿酸
存在于鸟类及爬虫类的排泄物中，含量很多，人尿中也含少量。
呋喃和糠醛 呋喃为无色液体，难溶于水而易溶于有机溶剂， b.p为32℃。 呋喃甲醛又称糠醛，是呋喃的重要衍生物。 糠醛的化学性质与苯甲醛类似，可发生Cannizzaro 反应、与含α-H的醛或酮的交错缩合反应等。
吡唑及其衍生物
4 5 N H1 3 N2
安乃近
吡唑
咪唑及其衍生物
4 5 N1 H
咪唑
第二节
五元杂环化合物
一、呋喃、吡咯、噻吩的分子结构
二、吡咯的性质
三、重要杂环衍生物
·
N
· ·
· ·
五 中 心 六 电 子 （ 富 电 子 环 ）
·
· ·
sp2杂化轨道
N—H
吡咯
· ·· N · ·
P 轨道
吡咯的分子结构
N原子杂化轨道
· ·
·
·
· ·
O 呋喃
· ·
O · ·
呋喃的分子结构
· · ·
1. 烟碱（尼古丁）
N
N CH3
从烟草中提取，有剧毒，少量有兴奋中枢神经，能 增高血压，大量则抑制中枢神经系统，使心脏麻痹以致 死亡。
2.麻黄素
* * -CH—CH-NH-CH3 OH CH3 麻黄素亦称麻黄碱，有兴奋交感神经、收缩血管、 抗张支气管的作用，用于治疗支气管哮喘症。
定义：含有杂原子，具有芳香性或一定程度稳
定性的环状化合物叫杂环化合物。
第一节 杂环化合物的分类与命名
一）、分类
单杂环化合物
六元杂 环化合物
含一个杂原子的五元杂环
五元杂 环化合物
含两个杂原子的五元杂环
含一个杂原子的六元杂环
含两个杂原子的六元杂环
杂环化合物
苯环与杂环相稠合
稠杂环化合物
杂环与杂环相稠合
N
N3 2
甲硝唑
噻唑及其衍生物
4 5 S1 N 3 2
一些重要的天然产物及合成药物含有噻唑结 构，如青霉素、维生素B1等。
HOOC CH3 CH3 S N C O CH NH C R O
噻唑
青霉素
R = CH2 R = CH2 O
为青霉素 G 为青霉素 V 常用青霉素
R = CH CH CH2 S CH3 为青霉素 O
-NH2
治疗肺炎、脑炎等
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。
5 6 7 8
4 3 5 6
4 3 2 1N 2
6
5
N7
8
N
1
2
喹啉 ( Quioline )
N1 H 吲哚 ( indole )
7
N 9 3 H 嘌呤 ( Purine )
-10℃
N H
-NO2
乙酸酐
-30 ℃~-5 ℃
-NO2 O
乙酸酐
S
+ CH3COONO2
-10 ℃
S
-NO2
③ 磺化反应
100 ℃
+ N H
N SO3
+
-SO3H
N H
吡咯-2-磺酸
+ O
N SO3 + 浓H2SO4
+
100 ℃
O
-SO3H
呋喃-2-磺酸
室温
S
S
-SO3H
噻吩-2-磺酸
还原反应
嘌呤 (purine)
命名时的编号原则是：
1）含一个杂原子的化合物，从杂原子开始用阿拉伯数字或希 腊字母编号
4 5
O 1
3β 2α
4 5 1N H
γ 4
3β 2α
4 5
S 1
3β 2α
呋喃(furan)
5 6
吡咯(pyrrole)
3β
γ 4 5 6 N 1
噻吩(thiophene)
3β 2α
O 1
*生物碱的分类，多以所含的杂环为依据，如吡啶类、吲朵 类、喹晽类、嘌呤类等。
*生物碱的命名常根据来源的植物命名。如麻黄碱是由中药 麻黄提取的。 *也有采用国际通用名称的译音命名的。如烟碱叫尼古丁。
生物碱的一般性质
1.碱性 一般具有弱碱性 2.沉淀反应
能使生物碱发生沉淀的试剂称为生物碱沉淀剂。
几种重要的生物碱
吡啶环上氮的碱性
_
NH2
N H
N
R R R
N
Kb：2.5×10-14
3.8×10-10
2.3×10-9
～10-5
可与质子酸或Lewis酸成盐。常在一些反应中加入 吡啶来接受反应放出的HX以促进反应的进行。
+
HCl
N H N +
BF3
+
+
Cl-
N BF3
吡啶的氧化反应
吡啶环本身很稳定不易被氧化，但 它的侧链很容易被氧化成醛或羧酸。
维生素B12
1926年发现肝脏提取 液可治疗恶性贫血， 1948年得到纯品暗红 色的结晶物。1954年 测得其结构。
合成工作在Woodward 的组织下前后有19个国 家的一百多位化学家参 加，经95步反应，历时 11年，于1972年宣告完 成。VB12的合成被成为 有机化学界的“阿波罗 登月”。
4
N
一、吲哚 吲哚是白色结晶，熔点52.5℃。极稀溶液有香味，可用作香料，浓的 吲哚溶液有粪臭味。
CH2 CH COOH NH2 分解 N H 色氨酸 构成蛋白质的重要成分 CH3 β 甲基吲哚（粪臭素） 很稀时有茉莉香味
N H
CH2COOH N H
β 吲哚乙酸 植物激素，少量能调节植物生长，量大则杀伤植物。 如在侧链多一个 CH2 就失去生理效能。
+ 2 H2 O
Ni
高温，高压
O
四氢呋喃（THF）
Ni
高温，高压
+ 2 H2
N
N
四氢吡咯
+ 2 H2 S
Ni
高温，高压
S
四氢噻吩
重要杂环衍生物 • 吡咯的衍生物
卟吩
卟吩环是由四个吡咯环和四个次甲基交替相连组成的大环状 共轭体系。与生命有着密切关系的两大色素：叶绿和素血红 素，以及维生素B12都含有卟吩环。
叶绿素
叶绿素是绿色植物进行光合作用所必须的催化剂。光 合作用的实质是绿色植物将太阳的光能转化成化学能 的过程。叶绿素由“现代有机合成之父”Woodward 历时四年经三十多步反应，于1960年合成。
血红素
血红素与蛋白质结合生成血红蛋白，其功能是在血液中 运送氧气和二氧化碳。0℃、 0.1MPa 时，1克血红蛋白 可结合1.35升O2，血红蛋白与CO的结合能力是与O2结 合能力的210倍。血红素1929年由Hans～Fischer合成。
O CH3 N O N N CH3 N CH3 CH3 N O
O NH N N CH3 N HN N O
O N CH3 N CH3 N
4．腺嘌呤和鸟嘌呤
它是核蛋白中的两种重要碱基。
NH2 N N N H N HN H2N
O N N
鸟嘌呤（G）
N H
腺嘌呤（A）
第五节 生 物 碱
生物碱是指一类从生物体内取得，对人和动 物有强烈生理作用的碱性含氮有机物。
2α
吡喃 (pyran)
吡啶 (pyridine)
2）含两个相同杂原子的杂环，应使杂原子位次之和为最小， 如果其中1个杂原子上连有氢，应从连有氢的杂原子开始编号 4 N3 4 3
5
N H1
N2
5
5 6
吡唑 (pyrazole) 4 N3
2
N1 H 咪唑 (inidazole)
4 5 6 N 1 3 N2
第十三章 杂环化合物和生物碱
从广义上来讲，组成环状化合物的原 子除碳外，还有其它的原子时，这样的 化合物就叫杂环化合物。但习惯上不是 如此。如：
O O O
O
环氧乙烷
N H
O O
O N H
γ-丁内酰胺
氮杂环丙烷 γ-丁酸内酯
马来酸酐
这些化合物中虽然含有杂原子，但不稳定易 开环，性质类似于开链化合物。习惯上认为的 杂环化合物是：
青霉素，1928年由英国微生物学家弗莱明(Fleming）发现
维生素B1（VB1）
NH3Cl N CH3 N
Cl CH3 S 噻唑环 CH2CH2OH
对糖类的新陈代谢有 显著的影响，人体缺 乏时可以引起脚气病
CH2 N
恶唑及其衍生物
4 5 O1 N3 2
恶唑
磺胺甲恶唑（SMZ,新诺明） 抗菌药物
·
· ·
S 噻吩
S ·
· ·
符合休克 O原子杂化轨道 尔 4 n + 2 规则，故 三个杂环 · ·· 均具有芳 S · · 香性 ·
S原子杂化轨道
· ·· O · · ·
体系中π 电子数： 4+2=6
噻吩的分子结构
吡 咯 的 结 构
N H
孤电子对在p轨道上。
N H
吡 咯 结构： sp2杂化，Π56 , 吡咯N是sp2杂化，孤电子对参与共轭。 性质：碱性较弱。由于环中杂原子以共用电子对参与共轭，使环内 碳原子上的电子云密度大于苯环，因而亲电取代比苯容易。