《杂环化合物》PPT课件

第十六章杂环化合物,参考书 中药化学肖崇厚主编，上海科学技术出版社,学习要求：了解杂环化合物的概念、分类和命名；掌握杂环化合物的结构与芳香性；了解典型五元杂环化合物和六元杂环化合物的用途意义。 重点和难点：杂环化合物的结构与芳香性,一、杂环化合物的分类和命名,命名：音译法（带“口”旁的同音汉字）,编号：（杂环上有取代基时），从杂原子算起依次用1，2，3，4，5编号。（，则从杂原子相邻的碳原子依次编号）如杂环上不止一个杂原子时，则从O、S、N顺序编号。编号时杂原子的位次数字之和应最小,二、五元杂环化合物,（一）呋喃、噻吩、吡咯杂环的结构 呋喃、噻吩、吡咯在结构上具有共同点，即构成环的五个原子都为sp2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轭形成共轭体系，其电子数符合休克尔规则（电子数 = 4n+2），所以，它们都具有芳香性。,芳香性的判断依据：,必须是闭合的环状共轭体系； 2. 成环原子要共平面或接近共平面； 3. 电子必须符合4n + 2 的休克尔规则。,（二）呋喃、噻吩、吡咯的性质,1、光谱性质,1HNMR：H 7 芳香性比较：苯噻吩吡咯呋喃 判据：一般来说，杂原子与碳原子的电负性越接近，其相应的五元芳香杂环的芳香性越强，其共轭能也越大。,S N O C 电负性：2.5 3.0 3.5 2.5 芳香性：噻吩吡咯呋喃 共轭能： 苯 噻吩 吡咯 呋喃 KJ.mol- 150 121.1 88.7 66.1,2、化学性质,（1）亲电取代反应（以取代为主） 从结构上分析，五元杂环为共轭体系，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），则五元杂环化合物的有效电荷分布为： 亲电取代反应的活性为： 吡咯 呋喃 噻吩 苯，主要进入-位。 说明：吡咯、呋喃、噻吩的亲电取代反应，对试剂及反应条件必须有所选择和控制。,6,5,-取代,（2）加成反应（催化加氢、狄阿反应） 共轭二烯性：呋喃 吡咯 噻吩,（3）吡咯的弱碱性和弱酸性 弱酸性：由于N上未共用电子参与环的共轭，不显碱性，呈弱酸性,+KOH（固）,+K+NH2-,+RMgX,（三）重要的五元杂环衍生物,1、糠醛（- 呋喃甲醛） 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。 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烃等。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。,2、吡咯的重要衍生物,最重要的吡咯衍生物是含有四个吡咯环和四个次甲基(-CH= )交替相连组成的大环化合物。其取代物称为卟啉族化合物。 卟啉族化合物广泛分布与自然界。血红素，叶绿素都是含环的卟啉族化合物。在血红素中环络合的是Fe，叶绿素环络合的是Mg。,（四）噻唑,噻唑是含一个硫原子和一个氮原子的五元杂环，无色，有吡啶臭味的液体，沸点117，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噻唑结构，如青霉素、维生素B1等。 青霉素,维生素B1（VB1）,三、六元杂环化合物,六元杂环化合物中最重要的有吡啶、嘧啶和吡喃等。,（一）吡啶,1、结构 由于孤电子对在sp2杂化轨道中，孤电子对的s成分高，不易给出电子，接受质子的能力弱，为弱碱。,2、性质 (1)碱性与成盐,吡啶易与酸和活泼的卤代物成盐。,(2) 吡啶环上的亲电取代,吡啶 （N吸电子能力较强）， 为缺电子芳杂环，故比苯难亲电取代，和硝基苯相似 亲电取代反应主要在3-位（-位）发生 只有在极强的条件下才能发生硝化、磺化及卤化反应。但不发生F-C烷基化、酰化反应；,(3) 氧化还原反应,吡啶环对氧化剂稳定（对氧化作用比苯环更稳定），进一步说明吡啶环电子密度低，为缺电子芳环 还原反应：吡啶对还原剂比苯环活泼，但不如五元杂环,(4)亲核取代,吡啶环由于电子密度低，易与发生亲核取代，取代在-位发生，若两个-位已有基团，则发生在-位,3、吡啶的衍生物,吡啶的衍生物在自然界及药物中分布和存在甚广，例如维生素PP、维生素B6以及吡啶环系生物碱中的烟碱（尼古丁）、毒芹碱和颠茄碱等。 烟碱是有效的农业杀虫剂，也能被氧化剂氧化成烟酸。毒芹碱极毒，毒芹碱盐酸盐在小量使用时有抗痉挛作用。颠茄碱硫酸盐有镇痛及解痉挛等作用，常用作麻醉前给药、扩大瞳孔药及抢救有机磷中毒用药。,维生素PP（包括以下两种）：参与机体的氧化还原过程，促进组织新陈代谢，降低血中胆固醇，体内缺乏引起糙皮病。,-吡啶甲酸（烟酸或尼可酸）,-吡啶甲酰胺（烟酰胺或尼可酰胺）,维生素B6（包括吡哆醇、吡哆醛、吡哆胺）：存在于蔬菜、鱼、肉、谷物、蛋类等，参与生物中的转氨作用，是维持蛋白质正常代谢的必要蛋白质,吡哆醇,吡哆醛,吡哆胺,异烟酰肼：其结构与-吡啶甲酰胺结构相似，作用是干扰结核菌正常利用-吡啶甲酰胺，使其不能生长繁殖。,（二）嘧啶及其衍生物,嘧啶本身不存在于自然界，其衍生物在自然界分布很广，脲嘧啶、胞嘧啶、胸腺嘧啶是遗传物质核酸的重要组成部分，维生素B1也含有嘧啶环。合成药物的磺胺嘧啶也含这种结构。,四、稠环化合物,稠杂环化合物是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。,（一）吲哚,吲哚是白色结晶，熔点52.5。极稀溶液有香味，可用作香料，浓的吲哚溶液有粪臭味。,吲哚的性质与吡咯相似，也可发生亲电取代反应，取代基进入-位。,（二）喹啉,喹啉的衍生物在自然界存在很多，如奎宁、氯喹、罂粟碱、吗啡等。,（三）嘌呤,嘌呤为无色晶体，m.p216217，易溶于水，其水溶液呈中性，但能与酸或碱成盐。 纯嘌呤环在自然界不存在，嘌呤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，含量很多，人尿中也含少量。 2黄嘌呤 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 三者都是黄嘌呤的甲基衍生物，存在于茶叶、咖啡和可可中，它们有兴奋中枢作用，其中以咖啡碱的作用最强。,4腺嘌呤和鸟嘌呤 它是核蛋白中的两种重要碱基。,腺嘌呤（A） 鸟嘌呤（G）,核酸,（1）核酸的组成 核酸按水解后得到的产物不同分为核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA）。水解后得到核糖的叫核糖核酸，简称RNA。水解后得到2一脱氧核糖的叫脱氧核糖核酸，简称DNA。,（2）RNA组成,（A）核糖 （B）核苷：RNA由四种核苷组成,（3）DNA组成,DNA由脱氧核糖和核苷组成。 （A）脱氧核糖 （B）四种脱氧核苷,结构,（1）一级结构 核酸链中含不同碱基的各种核苷酸是按一定的排列次序互相联结的，这就形成核酸的一级结构，如RNA结构可用下式示意：,（2）DNA双螺旋的二级结构,两条反平行的DNA链沿着一个轴向右盘旋成双螺旋体 图1 图2,在双螺旋体中，一条脱氧核糖核酸链上的碱基与另一条链上的碱基之间，通过氢键相互联结。嘌呤碱和嘧啶碱两两成对，腺嘌呤(A)与胸腺嘧啶(T)配对形成氢键，鸟嘌呤(G)与胞嘧啶(C)配对形成氢键。（如图2）,功能,DNA在有机体内控制着遗传，例如某种肺炎球菌可以产生一种固有的荚膜。如将这种肺炎球菌的细胞膜破坏（研碎），将研碎的细胞分离，并将各种成分分别和细菌试验，其结果是只有DNA可以使第二种细菌产生和第一种细菌相同的荚膜。 DNA在细胞内可以复制和原来相同的DNA。一般认为是双股的DNA分开成两个单股，每一个单股作为一个模板，按它的互补顺序将核苷酸聚合，再形成两个新股，这样就得到两个双股的DNA分子，在每一个双股中，一股是新合成的，一股是原来的，碱的顺序和原来的完全相同。右图就是说明这个过程。黑色的双股代表原来DNA，下部分为两个单股，白色代表新合成的两个单股。注意这两股的碱是互补的。,作业 记住重要的几个杂环化合物的母体结构。,