杂环化合物及其衍生物

12.1.4杂环化合物及其衍生物选述Selected Introduction of Heterocyclic

Compounds and Their Derivatives

（1）呋喃及其衍生物。呋喃存在于松木焦油中，是无色而有特殊气味的气体。沸点320C ，不溶于水而溶于乙醇、乙醚等有机溶剂。它遇盐酸浸湿的松木片显绿色，被称为松木片反应。用此反应可以检查呋喃的存在。呋喃是有机合成的原料。

①α- 呋喃甲醛。α- 呋喃甲醛最早是由米糠与稀酸共热制得的，故又称糠醛，通常利用含有多聚戊糖的农副产品如米糠、玉米芯、高梁杆、花生壳等作原料来制取：

O

CHO

(C 5H 8O 4)n + nH 2

O

+

H HC C H

HO HC CH OH +-3nH 2O

多聚戊糖 戊醛糖 糠醛

纯粹的糠醛是无色而有特殊气味的液体，沸点1620C ，微溶于水，易溶于乙醚和乙醇等有机溶剂。在空气中被氧化聚合为黄色、棕色以至黑褐色的物质。在醋酸存在下与苯胺呈鲜红色反应，可用于糠醛与戊糖的鉴别。

糠醛是一个不含α-氢原子的不饱和醛，化学性质很活泼，容易发生氧化、还原、歧化和聚合等反应，是有机合成工业的重要原料，广泛应用于油漆、树脂、医药和农药等工业。

②呋喃类药物。呋喃坦丁、呋喃唑酮和呋喃西林是一类5-硝基呋喃甲醛的衍生物。它们都是人工合成的广谱抗菌药物，其结构式如下：

O

O 2N

CH

N

O

O 2N

N H

呋喃坦丁 呋喃唑酮

O

O 2N

CH

NH C NH 2

O

呋喃西林

呋喃坦丁又名呋喃妥因。它是鲜黄色晶体，味苦，熔点约2580C （分解），难溶于水及有机溶剂，可溶于N ，N -二甲基甲酰胺中。由于它的分子中含有酰亚胺结构，故显弱酸性，能与碱生成盐。它主要用于抑制和杀灭大肠杆菌、金葡萄球菌、化脓性链球菌和伤寒杆菌等，常用于治疗泌尿系统的炎症。

呋喃唑酮又名痢特灵。它是黄色粉末，熔点254～2580C （分解），难溶于水及有机溶剂，呈弱酸性。大肠杆菌、炭疽杆菌、痢疾杆菌和伤寒杆菌等对其

最为敏感，故常用于治疗肠道感染和菌痢等。

呋喃西林又名呋喃新。它是柠檬黄色结晶粉末，难溶于水及醇。主要对葡萄球菌、痢疾杆菌和枯草杆菌等有杀灭和抑制作用。由于它的毒性较大，已很少内服，多作为外用消炎药。

（2）吡咯及其衍生物。吡咯存于煤焦油和骨焦油中，是无色油状液体，沸点131℃，难溶于水，易溶于乙醇、乙醚和苯等有机溶剂。在空气中它被逐渐氧化呈褐色并发生树脂化。

吡咯蒸气遇浸过盐酸的松木片显红色，这个特性反应可用来检验吡咯及其低级同系物。

吡咯的衍生物广泛分布在自然界中，其中最重要的是卟啉化合物。这类化合物有一个基本结构称卟吩环，是由四个吡咯和四个次甲基交替相连而成的复杂大环，环上的原子都在一个平面上，形成了共轭体系，具有芳香性。含有卟吩环结构的化合物叫卟啉化合物。重要的天然色素如叶绿素、血红素等都含有卟吩环。它们的结构式如下：

N N N

N

2

CH 2H H C

2CH 2O O CH CH 2

CH 2

CH 2

2

COOH

HOOC

卟吩 叶绿素 血红素

(叶绿素a ：R 为－CH 3叶绿素b ：R 为－CHO)

① 叶绿素。叶绿素存在于植物的叶和绿色的茎中。植物在进行光合作用时，通过叶绿素将太阳能转变为化学能而贮藏在形成的有机化合物中。叶绿素在植物内具有重要的生理意义。

叶绿素有多种，最重要的是叶绿素a 和叶绿素b ，可以用色谱法把它们分开。在大多数植物中，它们的比例为3∶1。叶绿素a 比叶绿素b 更为重要。叶绿素a 与叶绿素b 的结构基本相同，只是在Ⅱ环3位上叶绿素a 是甲基（－CH 3），而叶绿素b 则是醛基（－CHO ）。

叶绿素a 和叶绿素b 在物理性质方面有所不同，叶绿素a 是蓝黑色粉末，分子式为C 55H 72O 5N 4Mg ，熔点117~120℃，其乙醇溶液呈蓝绿色，并有深红色

萤光；叶绿素b 为黄绿色粉末，分子式为C 55H 70O 6N 4Mg ，熔点120~120℃，其乙醇溶液显绿色或黄绿色，有红色萤光。它们都易溶于乙醇、乙醚、丙酮、氯仿等，难溶于石油醚。

叶绿素有旋光性。由于分子中有两个酯键，容易水解生成相应的酸和醇。若用硫酸铜的酸性溶液小心处理叶绿素，则铜可取代镁，其他部分的结构不变，仍显绿色，但比原来的绿色更稳定。因此常用来浸制植物标本。

② 血红素。血红素存在于高等动物的体内，是重要的色素之一。它与蛋白质结合形成血红蛋白，存在于红血球中。血红蛋白在高等动物体内起着输送O 2和CO 2的作用。

血红蛋白可与氧气配价结合，形成鲜红色的氧合血红蛋白。血红蛋白与氧结合并不稳定，这与氧气的分压有关，因此在缺氧的地方可以放出O 2。由于这一特性，血液可在肺中吸收氧气，由动脉输送到体内各部分，在体内微血管中，氧的分压低而释放出氧，为组织吸收。CO 与血红蛋白配合的能力比氧大200倍，因此在CO 存在时，血红蛋白失去了输送氧气的能力。这就是CO 使人中毒的原因之一。对血红素的研究使人们对卟吩族色素以及生命现象中最重要的呼吸作用有了进一步的了解。

(3)噻吩的衍生物。生物素和先锋霉素是噻吩的重要衍生物，其结构如下：

O C

CH 2O

3

S

CH 2O N

S

O

COONa

HOOC(CH 2)

生物素 先锋霉素Ⅰ

生物素又名维生素H ，是人体必须的维生素之一，广泛存在于动植物体内，如谷物、蔬菜和肉类中。生物素是无色针状晶体，熔点232～2330C ，溶于水和乙醇。在中性或酸性条件下稳定，遇强碱或氧化剂易分解。在动物的生理过程中参与CO 2的固定及羧化过程。人体缺乏它会导致身体疲乏，食欲不振，贫血和皮肤发炎、脱屑等。

先锋霉素是由孢头菌素C 合成的一类广谱抗生素。目前人工合成的先锋霉素类药物有十余种，其中先锋霉素Ⅰ又叫头孢金素，是白色结晶粉末，味苦，易溶于水，难溶于有机溶剂。它的抗菌谱广，主要用于对青霉素耐药的金葡萄球菌和一些格兰氏阴性杆菌引起的严重感染，如尿道和肺部的感染、败血症、脑膜炎及腹膜炎等。

（4）咪唑、吡唑和噻唑。咪唑、吡唑和噻唑都有含有两个杂原子的五员环，它们的结构式如下：