杂环化合物和生物碱有机化学

吡啶为有特殊臭味的无色液体，沸点115.5℃，相对密度 0.982，可与水、乙醇、乙醚等任意混和。
（二）吡啶的结构
硝化反应 不能用混酸硝化，一般是用乙酰基硝酸 酯(CH3COONO2)作硝化试剂，在低温下进行。 磺化反应 呋喃、吡咯不能用浓硫酸磺化，要用特 殊的磺化试剂——吡啶三氧化硫的络合物，噻吩可 直接用浓硫酸磺化。
(2)．加氢反应
H2, Ni or Pd O H2, Ni or Pd N H H2, Ni S 四氢吡咯 N H 不能用 P d 催化 因噻吩能 P d 使中毒 O 四氢呋喃 ( T HF )
CH 3CH 2OH 1 × 10-18
几种含N化合物碱性强弱
六氢吡啶 > 四氢吡咯 > 氨 > 吡啶 > 苯胺 > 吡咯
N H
>Fra Baidu bibliotek
N H
>
NH3
>
N
>
NH2
>
N H
二、含有2个杂原子的五元杂环化合物
4 5 1N 3
4 5 1N
N3
2
4 5
N3 S
1 2
4 5
N3 O
1 2
N2
H
H
吡唑
咪唑
噻唑
N
噁唑
一、杂环化合物的分类
杂环母环结构为基础进行分类的。 根据分子中含有环的数目可分：单杂环和稠杂环 五元环：呋喃、噻唑、吡咯等 1.单杂环 六元环：吡啶、吡喃、嘧啶、吡嗪
2.稠杂环：苯稠杂环和杂环稠杂环化合物。
吲哚、喹啉
嘌呤
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。
五元杂环：
S
吡咯的弱酸性和弱碱性
吡咯虽然是一个仲胺，但碱性很弱。
NH 2 N H Kb 3.8 × 10
-10
N H
-14
原因： N 上的未共用电子对
-4
2.5 × 10
2 × 10
参与了环的共轭体系， 减弱了与 H 的结合力。
吡咯具有弱酸性，其酸性介于乙醇和苯酚之间。
OH N H Ka = 1.3 × 10-10 1× 10-15
杂环化合物:由碳原子和非碳原子共同组成环
状骨架结构的一类有机化合物。
环中的非碳原子称为杂原子，常见杂原子有氧、 硫、氮等。 内酯、环醚、环状酸酐等虽然也含由杂原子组成 的环系，但在性质上与相应的开链化合物相似，因此 并入脂肪族化合物中讨论。 杂环化合物在医药上具有重要的地位，如合成药 物中的维生素、抗菌素、抗肿瘤药等也多属于杂环化 合物。
4 5
3
γ β α β α
O
1
2
N
2．含2个相同杂原子的杂环
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。 例如： 4
5 6
N3 N
1 2
4
N3
2
5
1N
H
嘧啶
咪唑
3.含2个不同杂原子的杂环 按O、S、N先后顺序编号，同时也应使杂原子的位次
之和最小。 4 例如：
4 5 1N 3 2
4 5 3 4 5 3 2
H
O
1
2
S
1
吡咯
六元杂环：
5 6
呋 喃
4 3
5 6 4 3
噻吩
N
1
2
O
1
2
稠杂环：
5 6 7 8
吡啶
4 3 5 6 7 4 3 2
吡喃
6 1N 2
5
N7
8
N
1
2
喹啉 ( Quioline )
N1 H 吲哚 ( indole )
N 9 H 嘌呤 ( Purine )
4-氨基吡啶 (γ-氨基吡啶)
2-乙氧基嘧啶
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 4 5 3 2 2
H
O
1
呋 喃
S
1
噻吩
吡咯
C与杂原子均以sp2杂化轨道和相邻的原子彼此以σ 键构 成五元环，成环的5个原子处于同一平面上。
5个p轨道相互平行，从侧面重叠形成了1个含5个原子 和6个电子的环状闭合大π 键。因此，吡咯、呋喃和噻吩 都具有芳香性。
N H
O
S
由于O、N、S之间电负性的差异，导致共轭体系中， 电子云密度平均化程度不同。所以芳香性强弱有差异。
芳香性的顺序为：苯＞噻吩＞吡咯＞呋喃。
在这些五元杂环中，因为5个p轨道上分布着6个电子，所 以杂环上碳原子的电子云密度比苯环上碳原子的电子云密度高， 因此这类杂环是多电子共轭体系，比苯更容易发生亲电取代反 应。
N N H
N
H
吡唑
咪唑
吡唑和咪唑都溶于水，在水中的溶解度比吡咯大。同 理，吡唑和咪唑的碱性也都比吡咯强，能与强酸反应生 成盐。
六元杂环化合物
4 5 6 3
5 6 4 3
N
1
2
O
1
2
吡啶
γ -吡喃
吡啶的结构特点：N上未共用电子对未参与共轭
N
一、吡啶
(一) 来源、制法和应用
吡啶存在于煤焦油.页岩油和骨焦油中，吡啶衍生物广泛存在于 自然界，例如，植物所含的生物碱不少都具有吡啶环结构，维生 素PP、维生素B6、辅酶Ⅰ及辅酶Ⅱ也含有吡啶环。吡啶是重要的 有机合成原料（如合成药物）、良好的有机溶剂和有机合成催化剂。
2. 吡咯、呋喃和噻吩的水溶性
水溶性：吡咯、呋喃和噻吩不易溶于水，而易溶于有机溶 剂。 （∵五元杂环中共轭效应存在，杂原子上的电子云密度降低， ∴较难与水形成氢键） 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。
3. 杂环化合物的化学性质 (1)、亲电取代反应
3
N
4
二、杂环化合物的命名 （一）杂环母环的命名
杂环母环的名称通常采用音译法，即根据杂环化合 物的英文名称，选用与译音同音的汉字，再加上“口” 旁组成音译名。 例如：“Furan”的名称为呋喃，“Pyridine”名称 为吡啶等。
（二）杂环母环的编号
1、含1个杂原子的杂环 从杂原子开始用阿拉伯数字或从与杂原子相邻的碳原 子开始用希腊字母α、β、γ等编号。
5
N3
2
4 5
N3
2
S
1
O
1
噻唑
恶唑
4．有些稠杂环母环有特定的编号。 例如：
6 1N 2
8
5 9
9
1 2
N7 N H
8
7 6 5
N
3
4
N
10
3 4
嘌呤
吖啶
（三）取代杂环化合物的命名
选杂环为母体，将取代基的位次、数目及名称写在 杂环母环名称前。
例如：
NH2
N
H3C
O
CH3
N
N
OC2H5
2,5-二甲基呋喃 (α,α/-二甲基呋喃)
N H O S
HNO3
吡咯、呋喃、噻吩 α位取代
I2 NaOH
I
I
吡啶 β位取代
I N I H O S NO 2
亲电取代反应活性
吡咯 > 呋喃 > 噻吩 > 苯 > 吡啶
CH3COONO 2 -5 30 0 C ~ H2SO4
SO 3H
NO2 N
N
H2SO4 370 0 C
卤代反应
不需要催化剂，要在较低温度进行。