第一节杂环化合物课件.ppt

1、第一节杂环化合物第一节杂环化合物一、杂环化合物一、杂环化合物 指构成环的原子除碳原子外，还含有指构成环的原子除碳原子外，还含有O、S、N、P等非杂等非杂原子的一类环状化合物。原子的一类环状化合物。杂原子：杂原子：环中除环中除过碳以外的原子。过碳以外的原子。NNNHN嘌呤嘌呤二、现实生活中的地位和作用二、现实生活中的地位和作用 90%以上药物和以上药物和60%以上的有机物为化合物。以上的有机物为化合物。 中草药有效成分大多是杂环化合物中草药有效成分大多是杂环化合物 碳水化合物（它为生命提供能量）碳水化合物（它为生命提供能量） 叶绿素（它为植物提供绿色）叶绿素（它为植物提供绿色） 血红素（它赋予血

2、液以鲜红颜色）都是杂环化合物血红素（它赋予血液以鲜红颜色）都是杂环化合物 核酸中的杂环（嘧啶和嘌呤）部分，对核酸中的杂环（嘧啶和嘌呤）部分，对DNA的复制起着的复制起着至关重要的作用，并使生命得以代代相传至关重要的作用，并使生命得以代代相传 部分维生素、抗生素、氨基酸等结构中有杂环部分维生素、抗生素、氨基酸等结构中有杂环 磺胺类药、呋喃类药、咪唑类药等都是杂环化合物磺胺类药、呋喃类药、咪唑类药等都是杂环化合物 杂环化合物通常是酶和辅酶中催化生化反应的活性部位杂环化合物通常是酶和辅酶中催化生化反应的活性部位 正因为杂环化合物的存在，自然万物才有了勃勃生机正因为杂环化合物的存在，自然万物才有了勃勃

3、生机 杂环化合物分布广泛，种类繁多，数量很大（占有机杂环化合物分布广泛，种类繁多，数量很大（占有机物总量三分之一），大多数具有生理、生化活性物总量三分之一），大多数具有生理、生化活性.一、分类一、分类1 1、按化合物是否有芳香性分为：、按化合物是否有芳香性分为：非芳香杂环化合物：非芳香杂环化合物：没有芳香特征的杂环化合物。没有芳香特征的杂环化合物。 如环醚、内酯、内酰胺等，其性质一般不稳定，易开环如环醚、内酯、内酰胺等，其性质一般不稳定，易开环 或与其官能团化合物性质相似。或与其官能团化合物性质相似。O环氧乙烷环氧乙烷OO-丙内酯丙内酯芳香杂环化合物：芳香杂环化合物：结构上与芳香环相似，性质比

4、较稳定。结构上与芳香环相似，性质比较稳定。我们主要学习芳香杂环化合物我们主要学习芳香杂环化合物OSN杂环化合物单杂环五元杂环六元杂环NHNNONN稠杂环苯 稠 杂 环杂环稠杂环NHNNHNN2 2、芳香杂环化合物分类、芳香杂环化合物分类二、命名二、命名是外文谐音汉字加是外文谐音汉字加“口口”偏旁表示杂环母核的偏旁表示杂环母核的 名称。例如：呋喃、噻吩、嘌呤等名称。例如：呋喃、噻吩、嘌呤等 当环上有取代基时，取代基的位次从杂原子算起依次当环上有取代基时，取代基的位次从杂原子算起依次用用1,2,3, (1,2,3, (或或,),)编号。编号。 如杂环上不止一个杂原子时，则从如杂环上不止一个杂原子时

5、，则从O O、S S、NHNH、N N顺序顺序依次编号。编号时杂原子的位次数字之和应最小。依次编号。编号时杂原子的位次数字之和应最小。 OSNNHNNNHN呋喃呋喃 噻吩噻吩 咪唑咪唑 嘌呤嘌呤4 5 36 21常见杂环母核的音译名称及环上原子的编号常见杂环母核的音译名称及环上原子的编号 呋喃呋喃 噻吩噻吩 吡咯吡咯 NSNNHOSNHNNH噻唑噻唑 咪唑咪唑 吡唑吡唑 3 4 2 5 1 3 4 2 5 1 3 4 2 5 1 4 3 5 2 1 4 3 5 2 1 4 3 5 2 11 1、五元杂环、五元杂环2 2、六元杂环、六元杂环4 5 36 214 5 36 214 5 36 21

6、吡啶吡啶 嘧啶嘧啶 哒嗪哒嗪 吡喃吡喃3 3、稠杂环、稠杂环 喹啉喹啉 异喹啉异喹啉 吲哚吲哚 嘌呤嘌呤 5 46372 8 1 5 46372 8 1 4536 12 7 6 1 5 7 2 4 9 8 3 OCHOBr N CH3呋喃呋喃-2-2-甲醛甲醛3-3-溴吡啶溴吡啶1-1-甲基吡咯甲基吡咯单杂环的编号从杂原子开始。单杂环的编号从杂原子开始。SHClCH3C2H52-2-巯基巯基-5-5-氯咪唑氯咪唑1-1-甲基吡唑甲基吡唑2-2-乙基嘧啶乙基嘧啶有多个杂原子时，按有多个杂原子时，按O O、S S、N-RN-R、NHNH、N N 顺序编号顺序编号 有特定名称的稠杂环母环的编号，大都

7、按照稠芳环规则有特定名称的稠杂环母环的编号，大都按照稠芳环规则编号，但个别的另有编号顺序（如嘌呤）编号，但个别的另有编号顺序（如嘌呤） 4 3 5 2 1 4 3 5 2 1NCH2CH3练习：练习：NHNO2NNHCH3NNCH34 4乙基吡啶乙基吡啶3 3硝基吡咯硝基吡咯4 4甲基咪唑甲基咪唑4 4甲基嘧啶甲基嘧啶SNH3C5 5甲基噻唑甲基噻唑一、呋喃一、呋喃 存在于松木焦油中，无色易挥发性液存在于松木焦油中，无色易挥发性液体，有温和香味，平面五边形结构，不溶体，有温和香味，平面五边形结构，不溶于水，易溶于有机溶剂，是制造药物、燃于水，易溶于有机溶剂，是制造药物、燃料、农药等的原料，可作

8、溶剂。料、农药等的原料，可作溶剂。 呋喃蒸气遇有被盐酸浸湿过的松呋喃蒸气遇有被盐酸浸湿过的松木片时，即呈现绿色，叫做松木反应，木片时，即呈现绿色，叫做松木反应，可用来鉴定呋喃的存在。可用来鉴定呋喃的存在。 呋喃有麻醉和弱刺激作用，极度易燃。吸入后可引起头痛、头晕、呋喃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。恶心、呼吸衰竭。呋喃环具芳环性质。 OCHO -呋喃甲醛呋喃甲醛( (又糠醛又糠醛) )是合成的基本原料是合成的基本原料呋喃唑酮呋喃唑酮( (痢特灵痢特灵) )治疗菌痢、肠炎治疗菌痢、肠炎呋喃坦啶呋喃坦啶( (呋喃妥因呋喃妥因) )治疗治疗急性

9、肾炎、肾盂肾炎、前急性肾炎、肾盂肾炎、前列腺炎、膀胱炎、尿道炎列腺炎、膀胱炎、尿道炎二、吡咯二、吡咯 存在于煤焦油和骨焦油中，为无色液体。存在于煤焦油和骨焦油中，为无色液体。有弱的苯胺气味，有弱的苯胺气味，微溶于水，易溶于乙醇和乙醚中。在微量氧的微溶于水，易溶于乙醇和乙醚中。在微量氧的作用下就可变黑；在盐酸作用下聚合成暗红色作用下就可变黑；在盐酸作用下聚合成暗红色树脂状的吡咯红；其蒸气遇盐酸浸湿的松木呈树脂状的吡咯红；其蒸气遇盐酸浸湿的松木呈红色，借此可检验吡咯及其低级同系物。红色，借此可检验吡咯及其低级同系物。5NH1234吡咯与脂肪仲胺比较，碱性较弱。吡咯与脂肪仲胺比较，碱性较弱。吡咯分子

10、中吡咯分子中N上的未共用上的未共用 电子对参与环的共轭，使电子对参与环的共轭，使N上的电子云密度降低，结合质子上的电子云密度降低，结合质子 的能力减弱。的能力减弱。NHNH2.弱 碱 性 :含氮化合物的碱性顺序：含氮化合物的碱性顺序：仲胺伯胺叔胺氨苯胺吡咯仲胺伯胺叔胺氨苯胺吡咯吡咯显弱酸性。吡咯显弱酸性。吡咯分子中吡咯分子中N N参与共轭，参与共轭，NHNH键极性增加。键极性增加。吡咯能与固体氢氧化钾反应吡咯能与固体氢氧化钾反应 生成钾盐。生成钾盐。酸性比醇强而比酚弱醇强而比酚弱NH+ K O H （ 固 体 ）NK-+ H2O易发生加成反应。易发生加成反应。芳香性比苯差。芳香性比苯差。 +

11、2H2 pd200-400KPa吡咯的衍生物：吡咯的衍生物：广泛存在自然界。如血红素、叶绿素、广泛存在自然界。如血红素、叶绿素、VB12NNNNFe2+CHCH2CH3CHCH2H3CH3CCH2CH2COOHCH2CH2COOHCH3血红素血红素VB12中心离子是中心离子是FeFe2+2+，功能：输送氧；，功能：输送氧；COCO与血红素的结合能力大于与血红素的结合能力大于O O2 2，故呼吸，故呼吸COCO就会中毒。就会中毒。维生素维生素B12B12：中心离子是：中心离子是CoCo，存在于动物肝脏中，暗红色针状结晶，是治疗，存在于动物肝脏中，暗红色针状结晶，是治疗抗恶性贫血的药物，是天然产物

12、最复杂的结构之一，早在抗恶性贫血的药物，是天然产物最复杂的结构之一，早在19261926年就发现动年就发现动物肝可以医治恶性贫血，从而生物化学家便开创了对肝中以医治恶性贫血物肝可以医治恶性贫血，从而生物化学家便开创了对肝中以医治恶性贫血的有效成分的研究。但由于它在肝中含量太少，而且在提纯过程中易分解，的有效成分的研究。但由于它在肝中含量太少，而且在提纯过程中易分解，所以在较长时期无进展。直到所以在较长时期无进展。直到19481948年才分出了纯的暗红色年才分出了纯的暗红色B12B12晶体，因此，晶体，因此，关于关于B12B12的结构又成为有机化学研究对象之一。至的结构又成为有机化学研究对象之一

13、。至19541954年，用年，用X-X-射线衍射的射线衍射的方法才确定了上述结构。此后又经过十几年以及十几个国家科学工作者的方法才确定了上述结构。此后又经过十几年以及十几个国家科学工作者的努力，于努力，于19721972年完成了年完成了VB12VB12的全合成。的全合成。三、噻吩三、噻吩 与苯共存于煤焦油中，为无色液体，有特殊与苯共存于煤焦油中，为无色液体，有特殊气味，微溶于水，易溶于有机溶剂。气味，微溶于水，易溶于有机溶剂。比苯易发生邻位取代反应。比苯易发生邻位取代反应。如室温下能发生磺化反应。如室温下能发生磺化反应。SBr2SBr+ HBrCl2SClSClCl+CH3COONO2SNO2

14、SSO3H(CH3CO)2OSCCH3OCH3COOHSNO2(主 )+H2SO4H3PO4四、噻唑四、噻唑 无色液体，有臭味，能与水混溶，无色液体，有臭味，能与水混溶，N可以接受可以接受电子，有弱碱性。电子，有弱碱性。 是稳定化合物，在空气中不会自动被氧化。是稳定化合物，在空气中不会自动被氧化。许多衍生物在医药上很重要。如许多衍生物在医药上很重要。如VB1、青霉素、青霉素G、酞磺胺噻唑等，都还有噻唑环。酞磺胺噻唑等，都还有噻唑环。P hC H2C O N HNSOHC H3C O O HC H3HH青霉素青霉素G G 19281928年，英国微生物学家亚历山大年，英国微生物学家亚历山大弗莱明

15、发现了青霉素。一天，他在弗莱明发现了青霉素。一天，他在培养金黄色葡萄球菌的培养皿中发现了一团青绿色霉菌，且霉菌周围的葡萄培养金黄色葡萄球菌的培养皿中发现了一团青绿色霉菌，且霉菌周围的葡萄球菌菌落消失了。经研究，这种霉菌能阻碍其他多种细菌的生长，有消炎杀球菌菌落消失了。经研究，这种霉菌能阻碍其他多种细菌的生长，有消炎杀菌的作用。通过弗洛里、钱恩等科学家的努力，终于从青霉菌培养液中提取菌的作用。通过弗洛里、钱恩等科学家的努力，终于从青霉菌培养液中提取出青霉素晶体。出青霉素晶体。1941年用青霉素治疗人类细菌感染取得成功。年用青霉素治疗人类细菌感染取得成功。1942年开始年开始大批量生产，这是第一种

16、能够治疗人类疾病的抗菌素。大批量生产，这是第一种能够治疗人类疾病的抗菌素。五、咪唑五、咪唑无色晶体，易溶于水、乙醇和乙醚中。能与强酸无色晶体，易溶于水、乙醇和乙醚中。能与强酸生成稳定的盐。许多重要天然物质都是咪唑的衍生成稳定的盐。许多重要天然物质都是咪唑的衍生物。如：蛋白质的组氨酸、生物碱的毛果芸香生物。如：蛋白质的组氨酸、生物碱的毛果芸香碱都有咪唑环。含咪唑环的药物具有突出的生理碱都有咪唑环。含咪唑环的药物具有突出的生理活性。如甲硝唑抗阿米巴、抗滴虫、抗厌氧菌等活性。如甲硝唑抗阿米巴、抗滴虫、抗厌氧菌等用于治疗肠道和肠外阿米巴病（如阿米巴肝脓肿、胸膜阿米用于治疗肠道和肠外阿米巴病（如阿米巴肝

17、脓肿、胸膜阿米巴病等）。还可用于治疗阴道滴虫病、小袋虫病和皮肤利什曼巴病等）。还可用于治疗阴道滴虫病、小袋虫病和皮肤利什曼病、麦地那龙线虫感染等。目前还广泛用于厌氧菌感染的治疗。病、麦地那龙线虫感染等。目前还广泛用于厌氧菌感染的治疗。 NNCH3CH3RO安替匹林安替匹林: : R= H氨基比林氨基比林: : R= N(CH3)2安乃近安乃近: : R= N(CH3)CH2SO3Na这些都是常见的解热镇痛药物这些都是常见的解热镇痛药物吡唑酮吡唑酮咪唑咪唑吡唑吡唑六、吡啶六、吡啶存在于煤焦油和骨焦油中，无色液体，有恶臭味，存在于煤焦油和骨焦油中，无色液体，有恶臭味，有毒，触及皮肤易使皮肤灼伤，能

18、与水、乙醇等有毒，触及皮肤易使皮肤灼伤，能与水、乙醇等混溶，能溶解各种有机物和无机盐，是一种有广混溶，能溶解各种有机物和无机盐，是一种有广泛用途的有机溶剂。泛用途的有机溶剂。对酸、碱及氧化剂都比较稳定。衍生物广泛存在与自然界。对酸、碱及氧化剂都比较稳定。衍生物广泛存在与自然界。如如VPP(包括烟酸和烟酰胺包括烟酸和烟酰胺)、VB6和部分生物碱。和部分生物碱。烟酸烟酸NCONH2 烟酰胺烟酰胺 ( (维生素维生素pp)pp)HOH3CNCH2OHCH2OH维生素维生素B B6 6NC O N H N H2NCON(C2H5)2 异烟酰肼异烟酰肼（雷米封）（雷米封） 抗结核药抗结核药烟酰二乙胺（可

19、烟酰二乙胺（可拉明）中枢神经拉明）中枢神经兴奋药兴奋药具有弱碱性。具有弱碱性。碱性比苯胺强碱性比苯胺强碱性碱性: : 仲胺伯胺叔胺氨吡啶苯胺吡咯仲胺伯胺叔胺氨吡啶苯胺吡咯NN HCl+ HCl吡啶盐酸盐吡啶盐酸盐取代反应。取代反应。比苯难，主要发生在比苯难，主要发生在位。位。吡啶及其衍生物能溶于强酸，用于吡啶及其衍生物能溶于强酸，用于鉴别、分离与提纯鉴别、分离与提纯NBr2NBr， 浮石300卤 化 ：NH2S O4H gS O4S O3S O3HN,磺 化 ：七、吲哚七、吲哚易被还原。易被还原。催化加氢，可被还原催化加氢，可被还原。NNa + C2H5OH或H2/Pt,0.3MPa,25NH

20、 无色片状结晶，有粪臭味，稀释后却会有愉快的无色片状结晶，有粪臭味，稀释后却会有愉快的花香味，可做香料。可溶于热水和有机溶剂，能使浸花香味，可做香料。可溶于热水和有机溶剂，能使浸有盐酸的松木片显红色。可鉴别之。其生物碱广泛存有盐酸的松木片显红色。可鉴别之。其生物碱广泛存在于植物中，如麦角碱、马钱子碱、在于植物中，如麦角碱、马钱子碱、利血平等。哺乳利血平等。哺乳动物及人脑中思维活动的重要物质动物及人脑中思维活动的重要物质5-5-羟基色胺、色氨羟基色胺、色氨酸等都有吲哚环。酸等都有吲哚环。NCH2COOHH3-3-吲哚乙酸吲哚乙酸( (植物生长促进剂植物生长促进剂) )NH3COOCNOHC2H5

21、HOCOCH3COOCH3NC2H5HH3CONRHO长春碱长春碱(R=CH3);(R=CH3);长春新碱长春新碱(R=CHO);(R=CHO);抗癌药抗癌药八、喹啉、异喹啉八、喹啉、异喹啉1258喹啉喹啉N异喹啉异喹啉 喹啉是无色油状液体，有特殊气味，水溶性很小，可与乙醇喹啉是无色油状液体，有特殊气味，水溶性很小，可与乙醇和乙醚混溶。碱性比吡啶弱，化学性质与吡啶相似。异喹啉的和乙醚混溶。碱性比吡啶弱，化学性质与吡啶相似。异喹啉的碱性比吡啶强。喹啉和异喹啉的很多衍生物在医药上极为重要碱性比吡啶强。喹啉和异喹啉的很多衍生物在医药上极为重要如双碘喹啉可治疗阿米巴痢疾、奎宁可治疗疟疾等。如双碘喹啉可

22、治疗阿米巴痢疾、奎宁可治疗疟疾等。奎宁奎宁九、嘌呤九、嘌呤 嘌呤是由一个咪唑环和一个嘧啶环共用嘌呤是由一个咪唑环和一个嘧啶环共用2个碳原子稠合而成的一类重要化合物个碳原子稠合而成的一类重要化合物 无色晶体，易溶于水，难溶于有机溶剂，无色晶体，易溶于水，难溶于有机溶剂，水溶液呈中性。既有弱酸性又有弱碱性，能与水溶液呈中性。既有弱酸性又有弱碱性，能与强酸或强碱成盐。其衍生物广泛存在动植物中强酸或强碱成盐。其衍生物广泛存在动植物中NNNNHNH2NNH2NONNHH腺嘌呤腺嘌呤 鸟嘌呤鸟嘌呤 腺嘌呤和鸟嘌呤是腺嘌呤和鸟嘌呤是嘌呤的重要衍生物嘌呤的重要衍生物, ,它它们是核酸的两种碱基，们是核酸的两种

23、碱基，与另外三种碱基与另外三种碱基尿尿嘧啶、胞嘧啶和胸腺嘧嘧啶、胞嘧啶和胸腺嘧啶一起，构成了对生命啶一起，构成了对生命的遗传和蛋白质合成起的遗传和蛋白质合成起决定性作用的决定性作用的DNADNA和和RNARNA嘧啶衍生物胞嘧啶、尿嘧啶和胸腺嘧啶嘧啶衍生物胞嘧啶、尿嘧啶和胸腺嘧啶 NNOHOHNHNHOONNNHN123456NH2NNNHN123456OHH2N嘌呤是一对互变异构体的平衡体系嘌呤是一对互变异构体的平衡体系NNNH2OHNHNNH2ONNOHOHNHNHOOH3CH3C腺嘌呤腺嘌呤(A)(A)(6-(6-氨基嘌呤氨基嘌呤) )鸟嘌呤鸟嘌呤(G)(G)(2-(2-氨基氨基-6-6-

24、羟基嘌呤羟基嘌呤) )尿嘧啶尿嘧啶(U)(U)胞嘧啶胞嘧啶(C)(C)胸腺嘧啶胸腺嘧啶(T)(T)NNOOCH3NNH3CHH3CNNCH3NNOOCH3NNOOCH3NNCH3H茶碱茶碱咖啡碱咖啡碱可可碱可可碱 茶碱和咖啡碱存在于茶叶和咖啡中，可可碱存在于可可豆中茶碱和咖啡碱存在于茶叶和咖啡中，可可碱存在于可可豆中,可可兴奋中枢神经。兴奋中枢神经。茶碱具有强心、利尿、扩张冠状动脉、松弛支气管平滑肌和兴奋中枢神经茶碱具有强心、利尿、扩张冠状动脉、松弛支气管平滑肌和兴奋中枢神经系统作用。主要用于治疗支气管哮喘、肺气肿、支气管炎、心脏性呼吸困难系统作用。主要用于治疗支气管哮喘、肺气肿、支气管炎、心

25、脏性呼吸困难黄嘌呤黄嘌呤尿酸尿酸 尿酸是白色结晶，难溶于水，具有弱酸性，尿酸是白色结晶，难溶于水，具有弱酸性，是哺乳类动物体内嘌呤衍生物的代谢产物，随尿是哺乳类动物体内嘌呤衍生物的代谢产物，随尿排出。人体内尿酸产生过多或肾脏分泌尿酸能力排出。人体内尿酸产生过多或肾脏分泌尿酸能力下降均可引起血液尿酸浓度升高。高尿酸可导致下降均可引起血液尿酸浓度升高。高尿酸可导致肾结石而损害肾脏。当嘌呤代谢发生障碍时，血肾结石而损害肾脏。当嘌呤代谢发生障碍时，血和尿中尿酸增加，严重时形成肾或尿路结石；尿和尿中尿酸增加，严重时形成肾或尿路结石；尿酸沉积在软骨及关节处，严重者可导致痛风症。酸沉积在软骨及关节处，严重者可导致痛风症。小小 结结一、杂环化合物的结构特点：成环，环上有杂原子；一、杂环化合物的结构特点：成环，环上有杂原子；二、杂环化合物的分类和命名；二、杂环化合物的分类和命名；三、常见的杂环化合物三、常见的杂环化合物作作 业业P198页：第一题页：第一题 其它不具芳香性的杂环化合物，统称为非芳非芳香杂环化合物香杂环化合物或杂脂环化合物杂脂环化合物。