杂环化合物与生物碱2

第十一章杂环化合物和生物碱第一节杂环化合物分子中含有碳原子和其它杂原子共同组成的环的化合物。杂原子：杂环中的非碳原子称为杂原子，常见的有N、O、S等。芳杂环一、杂环化合物的分类杂环单杂环稠杂环五元杂环六元杂环苯稠杂环杂环稠杂环二、杂环化合物的命名5元杂环化合物一个杂原子二个杂原子吡咯呋喃噻吩吡唑咪唑噻唑OSNHNNHNNHSN6元杂环化合物一个杂原子两个杂原子吡啶4H-吡喃2H-吡喃嘧啶哒嗪吡嗪NOONNNNNN苯稠杂环化合物杂环稠杂环化合物吲哚喹啉苯并呋喃咔唑嘌呤喋啶NNHONHNNNNHNNNN（一）杂环化合物的命名1、音译法2、系统命名法：“某杂某”吡啶（氮杂苯）嘌呤（氮杂茚）呋喃（氧杂茂）（二）杂环母环的编号规则含一个杂原子的杂环，从杂原子开始用阿拉伯数字或从靠近杂原子的碳原子开始用希腊字母编号。1234512345123456NCH3ONH2-甲基呋喃吡啶吡咯如有几个不同的杂原子时，则按O、S、-NH-、-N=的先后顺序编号，并使杂原子的编号尽可能小。5-甲基咪唑2-乙基噻唑NNHCH3NSC2H51234512345有些稠杂环母环有特定的名称和编号顺序。如：嘌呤、吩噻嗪杂环母环的编号含一个杂原子的杂环含二个杂原子的杂环ON654321543211234554321ONNNNNHSN15432654321特定名称的稠杂环NNH12345678987654321SNH123456789NNNNH987654321咔唑嘌呤吩噻嗪喹啉（三）取代杂环化合物的命名1、标氢母环的命名7H-嘌呤O2O4CH2N31123456789NNHNN2H-吡喃4H-吡喃3H-吲哚2、取代杂环化合物的命名首先确定杂环母环的名称和编号。然后将取代基的位置、数目、名称依次写在杂环母环名称之前。习惯上常对只有一个杂原子的杂环，取代基位次用希腊字母、、来编号,靠近杂原子的碳原子为-位,其次为-位…等。2-甲基吡咯8-羟基喹啉4，6-二羟基嘧啶3-吡啶甲酰胺6-氨基嘌呤2-呋喃甲醛NCH3NOHNNOHHOOCHONCONH2HNNHNNNH2α-α-β-1-甲基-2-巯基咪唑β-[2-（N-甲基）吡咯啶基]吡啶4-甲基吡啶10-（2-二甲氨基丙基）吩噻嗪盐酸盐NNCH3SHNCH3105149NSCH2CH(CH3)N(CH3)2.HCl6NNCH3αβ12γ-苯巴比妥（Phenobarbital):•又名鲁米那,镇静催眠药,具有弱酸性。•用于治疗失眠、惊厥和癫痫5-乙基-5-苯基-2，4，6-（1H，3H，5H）嘧啶三酮NHNHOOOC2H5C6H5NCH3OCH2COOHCH3C=OCl1234567吲哚美辛（消炎痛):用于治疗类风湿性关节炎、强直性关节炎等，也可用于癌症发热及其它不易控制的发热。1-（4-氯苯甲酰基）-5-甲氧基-2-甲基-1H-吲哚-3-乙酸(四)无特定名称的稠杂环母环的命名1、基本环与附加环的确定:先将稠杂环分为几个环系,一个定为基本环,余者为附加环,基本环根据下列几种情况确定.由芳环与杂环组成的稠杂环，杂环为基本环；有不同命名选择时，环数较多且有特定名称的杂环为基本环。由二个杂环组成的稠杂环，大环为基本环。杂环大小相同时，则按所含杂原子N、O、S的顺序优先确定。环大小相同杂原子数目不同时，杂原子数目多的为基本环；杂原子数目相同时，杂原子种类多的为基本环。杂原子数目及种类都相同时，则以稠合前杂原子编号较低的杂环为基本环含有共用杂原子的稠杂环，共用的杂原子同属于两环2、稠边位置的标示先按各杂环原来的编号顺序，在基本环各边标以英文字母a、b、c…,附加环各原子标以1、2、3…位置标示方式:[阿拉伯数字-英文字母]阿拉伯数字的排列顺序,以基本环的定位字母顺序为准,方向相同时数字从小到大,相反时数字从大到小.3、稠杂环母环的命名附加环+并+[稠边位置]+基本环名NSabcdNNH123abNNNabcd123NNNN123abcdSNN12abNN123abc苯并[d]噻唑吡啶并[2，3-d]嘧啶吡咯并[2，3-b]吡啶吡嗪并[2，3-d]哒嗪咪唑并[2，1-b]噻唑吡啶并[2，3-c]喹啉4、稠环体系的周边编号编号原则与稠杂环基本相似，但要尽可能使杂原子的编号最低，其中按O、S、-NH-、-N=的顺序优先所有的杂原子（包括共用杂原子）都要编号。共用碳原子一般不编号，如要编号，则根据前面相邻碳原子的编号以1α、2α等标示。NNabHNSClCH2OH1234516cd23452-羟甲基-5-氯咪唑并[4，5-d]噻唑6-苯基-2,3,5,6-四氢咪唑并[2，1-b]噻唑1,2,3,3α,8,8α-六氢-1,3α,8-三甲基-5-甲氨基吡咯并[2，3-b]吲哚NabNSCH2OH1234516cd2345C6H57abNNCH3CH3CH3CH3NH123456781233α8αNNNNabcd1234512345678NNNCH2CH2OHCH2CH2OHNHOCH2CH2HOCH2CH2αβ2，6-二（二-β-羟乙基氨基）-4，8-二哌啶基嘧啶并[5，4-d]嘧啶三、五元杂环化合物（一）吡咯、呋喃和噻吩OSNH吡咯呋喃噻吩1、结构与芳香性NHHHHHN原子为SP2杂化多芳环1）N原子上的孤对电子占据P轨道，参与环上P-共轭作用，N原子上的电子云向环碳原子转移，显示较低的碱性。2）环碳原子上电子云密度的增加，促使其亲电取代反应比苯容易，-碳原子比-碳原子更容易。3）由于环碳原子上电子云密度高于苯环，所以比苯容易氧化，而使环系没有苯稳定。2、物理性质：1)吡咯蒸汽遇盐酸浸润过的松木片显红色。2）呋喃遇盐酸浸润过的松木片显绿色。3）噻吩在浓硫酸存在下，与靛红作用显蓝色。4）它们都易溶于有机溶剂而微溶于水3、化学性质（1）酸碱性：吡咯的碱性很弱，不能与稀酸成盐；与KOH反应表现出弱酸性。+KOH（固体）NHNK+H2O（2）亲电取代反应易于进行，主要发生在α-位上亲电取代活性：吡咯呋喃噻吩苯①卤代反应易于进行，主要发生在α-位上+Br2SSBr+HBr+Br2NHBr+HBrNHBrBrBr乙醚0oC0oC二氧六环CH3COOH室温+Br2OOBr+HBr四溴吡咯2-溴呋喃2-溴噻吩②硝化反应强酸会破坏其结构,采用较缓和的硝化剂硝酸乙酰酯,并在低温下进行.CH3COCCH3+HNO3CH3CONO2+CH3COOHOOOSNH+CH3COONO2CH3COONO2+(CH3CO)2ONHNO2+CH3COOHCH3COOHSNO2+(CH3CO)2O-10oC-10oC硝酸乙酰酯③磺化反应常用吡啶与三氧化硫的加合物作磺化剂ONH++100oC100oCNHSO3HON+SO3CH2Cl2室温（吡啶三氧化硫）N+SOOO-N+O3-SN+O3-SSO3Hα-吡咯磺酸α-呋喃磺酸噻吩较稳定，可直接用硫酸磺化：S浓H2SO4室温SSO3Hα-噻吩磺酸噻吩在室温下即与浓硫酸作用，生成可溶于水的α-噻吩磺酸，苯不反应，利用这种区别可从苯中除去少量噻吩。④傅-克酰基化反应++2-乙酰基吡咯2-乙酰基呋喃ONHNHOS2-苯甲酰基噻吩（CH3CO）2OCOCH3CH3COClSnCl4SnCl4C6H5COCl+COCH3COC6H5S（3）加成反应（还原反应）ONHH2/PdNHH2/Pd200-400kPa150oCO(四氢吡咯）（四氢呋喃）THF，易溶于水，常用有机合成溶剂（4）环上取代基的反应OCHO[O]OCOOHOCH=NOHOCOONa+OCH2OHOCH2OHH2NOH浓NaOHH2,CuO-Cr2O3150oC,10MPaα-呋喃甲酸α-呋喃甲醇α-呋喃甲醛肟四、六元杂环化合物的结构和性质NNN吡啶嘧啶（一）吡啶1、结构与芳香性NHHHHHNSP2杂化1）N原子上一对孤对电子占据sp2杂化轨道，未参与环上的共轭，具有较强的碱性。2）环上N原子的电负性比碳强，使环碳原子上的电子云密度比苯环低，不利于亲电取代反应，其中、位比位更难反应。3）由于环碳原子上电子云密度比苯低，不易氧化，所以环系比苯稳定。缺π芳环2、物理性质吡啶可以任何比例与水互溶，同时又能溶解大多数极性和非极性有机化合物，甚至可溶解某些无机盐，是常用溶剂。3、化学性质1）碱性吡啶N原子有一对未参与共轭的电子，可结合H+显碱性，但未共用电子对处于SP2杂化轨道，结合H+能力比SP3杂化的氮原子弱。NCH3()NNH3NNH2吡啶可与无机酸或路易斯酸成盐N+HClHN+Cl-N+SO3NSO3-+磺化剂,用与在酸性条件下不稳定化合物的磺化反应吡啶三氧化硫吡啶盐酸盐吡啶与叔胺相似的性质:NN-++CH3ICH3I碘化N-甲基吡啶2)亲电取代反应吡啶比苯难进行亲电取代反应,反应条件较高,取代主要在β-位。吡啶与硝基苯相似,不发生傅-克反应NBr2300oCNBrSO3HN浓H2SO4,HgSO4220oCNN浓HNO3,浓H2SO4300oC,24hNNO23-吡啶磺酸3-硝基吡啶3-溴吡啶若吡啶上有第一类定位基，可使吡啶环活化NBr220oC+NH2CH3COOHNBrNH2NKNO3,浓H2SO4100oCNNO2CH3CH3CH3CH3取代位置由第一类定位基决定。3）氧化反应吡啶环电子云密度低，对氧化剂较稳定。当环上有烃基侧链时，烃基易被氧化。CH3NNKMnO4/H2OCOOHNKMnO4/H+NCOOH（二）嘧啶二氮嗪有哒嗪、嘧啶、吡嗪三种异构体，嘧啶最为重要。NNNNNN哒嗪嘧啶吡嗪1，2-二氮嗪1，4-二氮嗪1，3-二氮嗪NHHHHN1、嘧啶的性质•嘧啶的结构与吡啶相似，因此性质也相似。•但嘧啶2个N原子相互影响，环上电子云密度降低，使嘧啶的碱性比吡啶弱，亲电取代反应比吡啶困难。（1）嘧啶的碱性：表现为一元碱NN+HClNN+HCl-NN+CH3INN+-CH3I•表现为一元碱（2）亲电取代反应：•很困难，当有第一类定位基时，可发生亲电取代反应。Br280oCNNNH2NNNH2BrHNO3,CH3COOH20oCNNOHOHCH3NNOHOHCH3CH3O2NO2NNNOO五、稠杂环化合物•重要的有吲哚、喹啉、异喹啉、嘌呤NNNNNNNH吲哚嘌呤喹啉异喹啉H(一)吲哚1、性质•吲哚加热到沸点时，有分解现象。•吲哚使浸有盐酸的松木片显红色•吲哚具有芳香性，酸性与吡咯相当。•亲电取代反应在杂环上进行，取代基主要进入β-位。NH+HENH+HEα-取代中间体较不稳定β-取代中间体较稳定+Br2二恶烷0oCNHNHBr+NHNHSO3HNSO3+吡啶NNNNHNNNNH1234567891234567899H-嘌呤7H-嘌呤(二)嘌呤•嘌呤是2个互变异构体形成的平衡体系。•嘌呤既有弱碱性又有弱酸性，因此可与强酸或强碱成盐。NNNNHNH2NNNNNNNNHOHH2NOHH2N腺嘌呤（adenine）6-氨基嘌呤鸟嘌呤（adenine）2-氨基-6-氧嘌呤第二节生物碱生物碱是存在于生物体内的一类具有碱性和明显生理活性的复杂含氮有机化合物。由于主要存在于植物体内，又称为植物碱。提取分离生物碱：用稀酸、有机溶剂等抽提出总生物碱，然后用层析法分离。一、生物碱的分类和命名1、以化学结构分类：有机胺类、吡啶衍生物、吡咯衍生物、喹啉衍生物等。2、根据来源命名：麻黄碱、烟碱等二、生物碱的一般性质：1、物理性质：•无色结晶，味苦，有旋光性（有活性的多为左旋体•大多数可溶于稀酸水溶液，不溶于碱性水溶液2、碱性：•与酸成盐，生物碱盐可溶于水。•生物碱盐遇碱析出不溶于水的游离体，不可与碱性药物配伍使用。3、沉淀反应：加生物碱沉淀剂发生沉淀反应。•常用的生物碱沉淀剂多为重金属盐、分子量较大的复盐及一些酸性物质。如：碘化铋钾（BiI3·KI)：红棕色沉淀碘化汞钾（K2HgI4)：白色或淡黄色沉淀磷钼酸（H3PO4·12MoO3·12H2O)：淡黄色或橙黄色沉淀苦味酸磷钨酸（WO3·2H3PO4)4、颜色反应生物碱显色剂：钒酸铵-浓硫酸：莨菪