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1、第十八章杂环化合物学习要求：1、掌握杂环化合物的分类和命名；2、掌握五元杂环化合物的结构和化学性质，了解它们的制法；3、掌握糠醛的性质，了解一些含五元杂环化合物的用途；4、掌握毗咤的结构和化学性质，了解一些含六元杂环化合物的用途；5、了解生物碱的一般性质和提取方法。杂环化合物是指组成环的原子中含有除碳以外的原子（杂原子一一常见的 是N、0、S等）的环状化合物。非芳香杂环如 Q，4二0 CNH杂环化合物U1芳杂环（符合休克尔规那么的杂环）如。，Q 杂环化合物不包括极易开环的含杂原子的环状化合物，例如:本章我们只讨论芳香族杂环化合物。杂环化合物是一大类有机物，占有机物的三分之一。杂环化合物在自 然

2、界分布很广、功用很多。例如，中草药的有效成分生物碱大多是杂环化合物; 动植物体内起重要生理作用的血红素、叶绿素、核酸的碱基都是含氮杂环；部 分维生素，抗菌素；一些植物色素、植物染料、合成染料都含有杂环。此咤的环外有一对未作用的孤对电子，具有碱性，易接受亲电试剂而成盐。毗咤的碱性小于氨大于苯胺。CH3NH2 NH3pKb 3.384.7608.809.42口比咤易与酸和活泼的卤代物成盐。毗咤三氧化硫络合物是常用的缓和磺化剂此反响常用于 在反响中吸收 生成的气态酸R制取烷基毗咤的一种方法2.亲电取代反响毗咤环上氮原子为吸电子基，故毗咤环属于缺电子的芳杂环，和硝基苯相似。其亲电取代反响很不活泼，反响

3、条件要求很高,不起傅-克烷基化和酰基化反响。亲电取代 反响主要在位上。300 Cl2, AlCb 100 Br2,浮石催化 300 气相浓 H2so4 AHgS04催化，220 混酸3-氯毗咤3-澳毗咤3一硝基毗噬N此咤一3一磺酸3.氧化还原反响（1）氧化反响毗咤环对氧化剂稳定,一般不被酸性高锯酸钾、酸性重铭酸钾氧化，通常是侧链煌基被氧化成竣酸。CH3NCOOHKMnO4 / FTN0一毗咤甲酸（烟酸）Nhno3L0Ha一毗咤甲酸叱咤易被过氧化物（过氧乙酸、过氧化氢等）氧化生成氧化眦咤。CH3aoOHq-氧化叱咤在有机合成中用于合成4-取代叱咤化合物。、 HNO3no2 no2PC1N + H

4、2so4 90 N +6-d-+ POCI3N（2）还原反响叱咤比苯易还原，用钠加乙醇、催化加氢均使毗咤还原为六氢叱咤（即胡椒咤）。4.亲核取代由于毗咤环上的电荷密度降低，且分布不均，故可发生亲核取代反响。例如:二甲苯胺中回流NaNH2h2oHNa N N”第11页，共18页尿喀咤（U）胸腺嗦咤（T）胞喀咤（C）uracilthyminecytosine二、喀咤及其衍生物喀咤本身不存在于自然界，其衍生物在自然界分布很广，胭喀咤、胞喀咤、 胸腺喀咤是遗传物质核酸的重要组成局部，微生素B,也含有喀咤环。合成药物 的磺胺嚓咤也含这种结构。OH0H184稠杂环化合物稠杂环化合物是指苯环与杂环稠合或杂环

5、与杂环稠合在一起的化合物。常见的有唾琳、口即朵和喋吟。喳咻(Quioline)口引口朵（indole ）喋吟(Purine)一、喝|跺口那朵是白色结晶，熔点52.5CO极稀溶液有香味，可用作香料，浓的口引噪溶液有粪臭味。素馨花、柑桔花中 含有口引味。口引噪环的衍生物广泛存在于动植物体内，与人类的生命、生活有密 切的关系。ch2-ch-cooh nh2色氨酸构成蛋白质的重要成分I分解尸ch3厂甲基口引口朵（粪臭素） 很稀时有茉莉香味ch2ch2nh25-羟基色氨动物激素，参与神经思维的物质。Melatonine脑白金CH2COOH 0一口引咪乙酸植物激素，少量能调节植物生长，量大那么杀伤植物。如

6、在侧链多一个一CH2一就失去生理效能。CH2COOH 0一口引咪乙酸植物激素，少量能调节植物生长，量大那么杀伤植物。如在侧链多一个一CH2一就失去生理效能。口即朵的性质与此咯相似，也可发生亲电取代反响，取代基进入B -位。见P563。第13页，共18页二、喳咻唾琳存在于煤焦油中，为无色油状液体，放置时逐渐变成黄色，沸点 238. 05,有恶臭味，难溶于水。能与大多数有机溶剂混溶，是一种高沸点溶 剂。1.唾咻的性质(1)取代反响喳琳是有毗咤稠合而成的，由于毗咤环的电 子云密度低于与之并联的苯环，所以喳咻的亲电 取代反响发生在电子云密度较大的苯环上，取代 基主要进入5或8位。而亲核取代那么主要发生

7、在 毗咤环的2或4位。NH2(2)氧化还原反响唾咻用高镒酸钾氧化时，苯环发生破裂，用钠和乙醇还原是其毗咤环被还 原，这说明在唾咻分子中叱咤环比苯环难氧化，易还原。COOHCOOH2. fi奎琳环的合成法斯克劳普（Skraup）法：喳啾的合成方法有多种，常用的是斯克劳普法。是用苯胺与甘油、浓硫酸 及一种氧化剂如硝基苯共热而生成。CH2-CH-CH2H2so4 -+ & OH 0H 硝基苯 18491 %其反响过程见P57I。3. U奎琳的衍生物喳琳的衍生物在自然界存在很多，如奎宁、氯喳、 /tCH=CH2HO-CH-人奎宁（金鸡钠碱）存在于金鸡钠树皮中罂粟碱、吗啡等。,有抗疟疾疗效ho-ch-（

8、ch2）3-nC5 NH 02H5氯唾（合成抗疟疾约）CH3 i/N? （3： 吗啡CH3O%/N OCHg CH2-）-OCH3罂栗碱含一个被还原了的异喳咻环，是从 鸦片中提取出来的。吗啡的盐酸盐是很强的镇痛药，能 持续6小时，也能镇咳，但易上瘾。将羟基上的氢换成乙酰基，即为 海洛因，不存在于自然界。海洛因比吗 啡更易上瘾，可用来解除晚期癌症患者 的痛苦。第15页，共18页(I ) 9H- 1票吟（H）7H-喋吟喋吟为无色晶体，m. p216217,易溶于水，其水溶液呈中性，但能与酸或碱成盐。纯喋吟环在自然界不存在，喋吟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

9、量很多，人尿中也含少量。2.黄喋吟存在于茶叶及动植物组织和人尿中。3.咖啡碱、茶碱和可可碱三者都是黄喋吟的甲基衍生物，存在于茶叶、枢作用，其中以咖啡碱的作用最强。CH 丁 N IX JO NCH3n-ch3 noCHrNSNHo人4人n)ch3咖啡和可可中，它们有兴奋中O-N-CH3CH3咖啡碱茶碱可可碱4.腺喋吟和鸟口票吟是核蛋白中的两种重要碱基。腺喋吟(A)腺喋吟(A)鸟喋吟(G) 18-5 生物碱一、生物碱的一般性质1 .游离生物碱一般是无色固体(黄连素例外、烟碱为液体)。有苦味。2 .能与无机酸或有机酸结合成盐。3 .沉淀反响：生物碱常遇到一些沉淀试剂能发生沉淀，可检查生物碱在中 草药

10、的存在。常用的沉淀试剂有：碘化汞、碘化铀钾、碘-碘化钾、10%苦味酸、 磷铝酸、硅鸨酸、丹宁酸等。4 .颜色反响：生物碱与以下一些浓酸试剂能呈现出各种颜色，其颜色随各 种生物碱而各有特征，利用这点可作生物碱的鉴别。常用的试剂有：1%钢酸锈浓硫酸溶液、1%铝酸钠的浓硫酸溶液、少量甲醛 的浓硫酸溶液、浓碘酸、浓硝酸等。二、生物碱的提取方法1 .有机溶剂提取法：(有机实验中的方法)2 .稀酸提取法：植物细粉用稀酸水溶液浸泡或加热提取。三、几种重要的生物碱见表18-3几种重要生物碱表解。补充：1.长期吸烟者对烟碱的忍受能力约为8mg,据分析一支烟含烟碱10-15 mg,其中80%随烟吐出体外，留在人体

11、约20%,即2-3第17页，共18页mg,留在人体的烟碱80%被肝脏分解，10%从尿排出，真正为人体吸收造成 危害的为10%,即0.2-0. 3 mgo因此每天吸烟高限为27-40支,这对不吸烟者来说，已能产生头痛、呕吐、意识模糊等严重病症。2.香烟燃烧过程中，能产生微量的强致癌物一一 a -苯并花和各种醛类等。 长期吸烟者肺癌的发病率是不吸烟者的二十多倍，慢性咽炎、慢性支气管炎， 心率不齐及肠胃道病症的发病率更是大大高于不吸烟者。吸烟者夹烟的手指甲 和皮肤变为褐色，不是“烟熏”的，而是褐色烟碱与它作用的结果。18-1杂环化合物的分类和命名分类单杂环j杂环I稠杂环单杂环j杂环I稠杂环五元环Q

12、Q Q H六元环0苯环与单杂环的稠合杂环（苯并杂环）两个或两个以上单杂环的稠合杂环NlNN N命名命名杂环的命名常用音译法,是按外文名词音译成带“口”字旁的同音汉字。(pyrimidine)喀咤(quinoline)喳琳(pyridine) 毗咤(thiophene)口引噪(purine)喋吟当环上有取代基时,取代基的位次从杂原子算起依次用1,2, 3,（或Q, B,Y）编号。如杂环上不止一个杂原子时，那么从0、S、N顺序依次编号。编号时杂原子的 位次数字之和应最小。2-氨基-4-甲基睡嗖1-甲基咪11 坐 18-2五元杂环化合物含一个杂原子的典型五元杂环化合物是吠喃、嚷吩和毗咯。含两个杂原子

13、的 有睡睡、咪嗖和叱n坐。本节重点讨论吠喃、睡吩和毗咯，简单介绍一下睡陛、 咪哇和此噪。一、吠喃、嚷吩、毗咯杂环的结构吠喃、曝吩、毗咯在结构上具有共同点，即构成环的五个原子都为SR?杂化, 故成环的五个原子处在同一平面，杂原子上的孤对电子参与共轨形成共辄体系, 其口电子数符合休克尔规那么（口电子数=4n+2）,所以，它们都具有芳香性。为口；共貌体系71电子=6符合4n + 2具有芳性富电子芳环二、吠喃、睡吩、口比咯的性质（一）存在与物理性质（二）光谱性质（三）化学性质1.亲电取代反响从结构上分析，五元杂环为口56共软体系，电荷密度比苯大，如以苯环上碳 原子的电荷密度为标准（作为0）,那么五元杂

14、环化合物的有效电荷分布为：第3页，共18页0jn - ().06k J -0.10Pj +0.32五元杂环有芳香性，但其芳香性不如苯环，因环上的n电子云密度比苯环大, 且分布不匀，它们在亲电取代反响中的速率也比要苯快得多。亲电取代反响的活性为：毗咯吠喃 噫吩 苯，主要进入a-位。五元杂环毗咯、吠喃、睡吩的反响实例见P555556说明：毗咯、吠喃、噫吩的亲电取代反响，对试剂及反响条件必须有所选择 和控制。卤代反响不需要催化剂，要在较低温度和进行。硝化反响不能用混酸硝化，一般是用乙酰基硝酸酯(CH3COONO2)作硝化试剂，在低温下进行。磺化反响 吠喃、口比咯不能用浓硫酸磺化，要用特殊的磺化试剂一

15、一此 咤三氧化硫的络合物，睡吩可直接用浓硫酸磺化。H2, Ni or Pd A ( J四氢吠喃(THF) oH2, Ni or Pd A j 四氢叱咯7H2j NiH 不能用Pd催化因睡吩能Pd使中毒3.吠喃、哦咯的特性反响内式(90%)内式(90%)(1)吠喃易起D-A反响此咯、睡吩要在特定条件下才能发生D-A反响。(2)毗咯的弱酸性和弱碱性毗咯虽然是一个仲胺，但碱性很弱。2.5x IO-14 2x IO-4& 3.8X W10原因：N上的未共用电子对参与了环的共甄体系， 减弱了与中的结合力。此咯具有弱酸性，(其酸性介与乙醇和苯酚之间。lx 1O15CH3cH20Hlx IO-18故此咯能与

16、固体氢氧化钾加热成为钾盐，与格式试剂作用放出RH而生成毗 咯卤化镁。0 +KOH+H2OH 固体+V +RMgX 三口 + H20HMgX毗咯钾盐和毗咯卤化镁都可用来合成毗咯衍生物。第5页，共18页RMgX干乙醛RCOCINMgXRCORCOR三、重要的五元杂环衍生物（一）糠醛（a -吠喃甲醛）HO-CHCH-OHI Ich2 ch-choI IOH OH戊糖HO-CHCH-OHI Ich2 ch-choI IOH OH戊糖稀 H2SO4CHO吠喃甲醛由农副产品如甘蔗杂渣、花生壳、高粱杆、棉子壳用稀酸加热蒸煮制取。(C5H8O4)n35%H2sO,水蒸气多聚戊糖2.糠醛的性质同有a-H的醛的一

17、般性质。(1)氧化还原反响CuO,OCH。OCH。150 , 10MPaKMnCU弱碱性/ou-ch2ohCOOHV2O5 - MoOO2, 320 ,V2O5 - MoOO2, 320 ,4- CO2 + H2O(2)(2)歧化反响LoJ-CHO浓碱 tQXcOOH+ tQXcH2OH羟醛缩合反响CHOCHO+ ch3chodTJCH=CHCHO（4）安息香缩合反响口 CH。KOH-咏 y.cH-?-y3.糠醛的用途糠醛是良好的溶剂，常用作精练石油的溶剂，以溶解含硫物质及环烷烧等。可用于精制松香，脱出色素，溶解硝酸纤维素等。糠醛广泛用于油漆及树脂工 业。（二）fl比咯的重要衍生物最重要的毗咯

18、衍生物是含有四个叱咯环和四个次甲基（-CH二）交替相连组成 的大环（）化合物。叶琳族化合物广泛分布与自然界。血红素，叶绿素都是含 环的口卜琳族化合 物。在血红素中环络合的是Fe,叶绿素环络合的是Mg。血红素的功能是运载输送氧气（P564）叶绿素是植物光合作用的能源。1964年，Woodward用55步合成了叶绿素。1965年接着合成VBi2,用XX年 时间完成了全合成。Woodward 一生人工合成了 20多种结构复杂的有机化合物, 是当之无愧的有机合成大师。Woodward 20岁获博士学位，30岁当教授，48岁时（1965年）获诺贝尔化 学奖。四、嚷噗和咪噗第7页，共18页1.曝嚏噫噗是含

19、一个硫原子和一个氮原子的五元杂环，无色，有吐咤臭味的液体, 沸点117C,与水互溶，有弱碱性。是稳定的化合物。一些重要的天然产物几合成药物含有嘎嘎结构，如青霉素、维生素&等。青霉素是一类抗菌素的总称，的青霉素大一百多种，它们的结构很相似, 均具有稠合在一起的四氢噫建环和B-内酰胺环。HOOC-iN-C=0CHJ-CH-NH-C-R c/sR = -CH2为青霉素g、r=-ch2-o-为青霉素V 常用青霉素r = -ch=ch-ch2-s-ch3 为青霉素0)青霉素具有强酸性(pKa-2. 7),在游离状态下不稳定(青霉素0例外)，故常将它们变成钠盐、钾盐或有机碱盐用于临床。维生素B1(VBDJ

20、JH3CI -JJH3CI -cr+CNN厂 C H2Nn- C H3J4CH2cH20H 5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曝嗖环18-3六元杂环化合物六元杂环化合物中最重要的有此咤、喀咤和毗喃等。毗咤喀咤毗喃n比嚏是重要的有机碱试剂，喀咤是组成核糖核酸的重要生物碱母体。一、口比咤（一）来源、制法和应用毗咤存在于煤焦油页岩油和骨焦油中，毗咤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此咤环结构，维生素PP、维生素B6、辅酶I及辅 酶II也含有毗咤环。毗咤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。毗咤的工业制法可由糠醇与氨共热（500）制得，也可从乙焕制备（P565 ）o 毗咤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、乙醛等任意混和。C-sp2、 N- sp2 成环原子 共平面N上的孤电子对在 sp2轨道上，在环外 未参与环内共加。系 体 66n（二）哦咤的结构Dn-hN上的孤电子对在 P轨道上，参与 环内共钝，为富 电子芳环。1.010.841.43由于此咤环的N上在环外有一孤对电子，故眦咤环上的电荷分布不均。电荷分布Np a Y亲电取代p位亲核取代a , Y位（三）毗陡的性质1.碱性与成盐第9页，共18页