jj第十八章杂环化合物

第十八章 杂环化合物 (Heterogeneous ring compound) 1.掌握杂环化合物的 分类及命名 。 2.掌握重要的 五元、六元 、稠杂环化合物的结 构和性质。 3.掌握 斯克奥浦 合成喹啉的方法。 4.了解 生物碱 的一般概念。 教学目的和要求 一分类 杂 环 化 合 物 单 杂 环 五 元 杂 环 六 元 杂 环 含 一 个 杂 原 子 含 二 个 杂 原 子 N H N S 吡 咯 噻 唑 含 一 个 杂 原 子 含 二 个 杂 原 子 N N N 吡 啶 嘧 啶 稠 杂 环 苯 环 与 单 杂 环 组 成 ( 苯 稠 杂 环 化 合 物 ) N 喹 啉 两 个 以 上 单 杂 环 稠 并 而 成 ( 稠 杂 环 化 合 物 ) 嘌 呤 -N N N N H 第一节 杂环化合物的分类和命 名 杂环的命名常用 音译法 ，是按外文名称的音译，并加 口字 旁 ，表示为 环状化合物 。 1、 如杂环上有取代基时，取代基的位次从杂原子算起用 1， 2， 3， 4， 5 （或可将杂原子旁的碳原子依次编为 , , ） 来编号。 二命名 2、 如杂环上不止一个杂原子时，则从 O,S,N 顺序依次编号， 编号时 杂原子的位次数字之和应最小 ： N S N O N N H 噻 唑 咪 唑恶 唑 五元杂环中含有两个杂原子的体系叫 唑 （ azole） 常见杂环的结构式和名称： N 吡 喃 吡 啶 喹 啉 嘌 呤 吲 哚 C O O H 1 2 3 4 5 6 7 N N N N H 1 2 3 4 5 6 7 8 9 N H 1 2 3 4 5 6 7 N N 嘧 啶 1 2 3 4 5 6 N 1 2 3 45 6 7 8 甲 基 吡 啶 3 甲 基 吡 啶 C H 2 吲 哚 乙 酸 N C H 3 O N H 第二节 五元杂环化合物 这三个杂环化合物中， 碳原子和杂原子 均以 sp2杂 化轨道互相连接成 健，并且在一个平面上，每个碳 原子及杂原子上均有一个 p轨道互相平行，在碳原子 的 p轨道中有一个 p电子，在杂原子的 p轨道中有两个 p 电子，形成一个环形的封闭的 电子的共轭体系。这 与 休克尔的 4n+2规则 相符，因此这些杂环或多或少的 具有与苯类似的性质，故称之为 芳香杂环化合物 。 （一） 呋喃，噻吩，吡咯 的电子结构 一 .含有一个杂原子的五元杂环单环体系 :呋喃，噻吩，吡咯 。 HN S O ( 五 ) 化学性质 ( 三 ) 光谱性质 ( 四 ) 呋喃，噻吩，吡咯的 制备 ( 二 ) 存在及鉴别 ( 二 ) 存在 及鉴别 鉴 别 ： 呋 喃 盐 酸 浸 湿 的 松 木 片 呈 绿 色 ( 松 木 片 反 应 ) S S O 3 H 鉴 别 ： 噻 吩 和 吲 哚 醌 H 2 S O 4 蓝 色 鉴 别 ： 吡 咯 蒸 气 盐 酸 浸 湿 的 松 木 片 呈 红 色 呋喃存在于 松木焦油 中，是无色液体。沸点 31.36 ，有 氯仿 的气味。 噻吩存在于 煤焦油 中是无色而有 特殊气味 的液体，沸点 84.16 。由煤焦油中取得的苯约含 0.5%的噻吩，用蒸馏法分离不 行。用 噻吩比苯易磺化 的性质，用浓硫酸震荡含有噻吩的苯，则噻 吩生成为 磺酸而溶于下层硫酸中 ,从而和苯分离。 噻吩磺酸 吡咯存在于 煤焦油和骨焦油 中，无色液体。沸点 130 131 ，有 弱的 苯胺 气味。吡咯的衍生物存在于自然界中。如：叶绿素、血红 素、 VB12等多种生物碱中 。 ( 三 ) 光谱性质 IR: C-H = 30773003cm-1,N-H = 35003200 cm-1 (在非极性溶剂的稀溶液 中，在 3495 cm-1，有一尖峰。在浓溶液中 则于 3400 cm-1,有一尖峰。在浓和淡的中 间浓度时，两种谱带都有 ),杂环 C C伸缩 振动 :16001300 cm-1 （有二至四个谱 带）。 呋喃： H =7.42ppm H =6.37ppm 噻吩： H =7.30ppm H =7.10ppm 吡咯： H =6.68ppm H =6.22ppm NMR： 这些杂环化合物形成封闭的芳香封闭体系，与苯 环类似，在核磁共振谱上，由于外磁场的作用而诱导出 一个绕环转的环电流，此环电流可产生一个和外界磁场 方向相反的感应磁场，在环外的质子，处在感应磁场回 来的磁力线上，和外界磁场方向一致，在去屏蔽区域， 故环上氢吸收峰移向低场。化学位移一般在 7ppm左右 。 ( 四 ) 呋喃，噻吩，吡咯的制备。 1.玉米芯，稻糠，花生壳，大麦壳，高粱秆等用 稀硫 酸 处理得 戊糖 ，戊糖失水得 糠醛 ，再在 400 下加热 ，同 时在 催化剂 ZnO,Cr2O3存在下， 失去一氧化碳 而得呋喃。 2.工业上制备 噻吩 是用丁烷， 丁烯或丁二烯与硫磺 混合，在 600 反应得到： 3.噻吩 也可用 琥珀酸钠盐与五硫化二磷 一起加热反应制得： 6 0 0 n C 4 H 1 0 + 4 S S + 3 H 2 S 4.帕尔 -克诺尔（ C.Paal-L.Knorr）合成法： 1， 4-二羰基化合物常在无水的酸性条件下，得到呋喃及其 衍生物。 1， 4-二羰基化合物 与 氨或硫 化合物反应，可制备 噻吩， 吡咯 及它们的衍生物，这个方法称为 帕尔 克诺尔合成法 ： 5. 取代吡咯 的另一个一般的合成法，称为 克诺尔合成法 ， 即用氨基酮与有 亚甲基的酮进行缩合。例如用氨基酮酸 酯与酮酸酯或 1， 3 二酮缩合，氨基酮酸酯由相应的 羰 基酯制得。 氨基酮 亚甲基酮 上周内容回顾 杂 环 化 合 物 单 杂 环 五 元 杂 环 六 元 杂 环 含 一 个 杂 原 子 含 二 个 杂 原 子 N H N S 吡 咯 噻 唑 含 一 个 杂 原 子 含 二 个 杂 原 子 N N N 吡 啶 嘧 啶 稠 杂 环 苯 环 与 单 杂 环 组 成 ( 苯 稠 杂 环 化 合 物 ) N 喹 啉 两 个 以 上 单 杂 环 稠 并 而 成 ( 稠 杂 环 化 合 物 ) 嘌 呤 -N N N N H 一分类 顺 序 ： N O S H 亲 电 取 代 反 应 活 性 顺 序 二亲电取代反应 1亲电取代反应 由于 五元环六 电子 体系， 电子出现的 几率密度 比苯环 大 ，故 亲电取代 速度比苯 快 。 顺 序 ： N O S H 亲 电 取 代 反 应 活 性 顺 序 N 电负性 3.0, O 电负性 3.5, S 电负性 2.4,N、 O与碳在 同一周期， S在第三周期，其 p轨道与碳的 p轨道 重叠较小。 亲电基团 容易进入杂环的 2， 5 位 （即 , 位 ），若杂环 的 2， 5位已有基团存在，则进入 3位 。 ( 五 ) 化学性质 1 2 3 4 5 位比较活泼的原因 是因为在反应中形成的 中间体正离 子 有 三个共振式 参与共振。如果在 位 发生反应，形成的中 间体正离子只有 两个共振式 参与共振， 参与共振的共振式 愈多，杂化体愈稳定 ，故在 位发生反应的中间体正离子比 较稳定，稳定的中间体正离子的过渡态能量低，反应速度 快。因此亲电取代反应容易在 位发生。 位比较活泼的原因 稳定 呋喃，噻吩，吡咯，遇 强酸及氧化剂 很容易使环破坏， 因此进行取代反应须在较温和的条件下进行。 . ( a ) 卤化 O B r 2 C H 2 C H 2 C H 2 C H 2 O O C l 2 ， 4 0 O B r O C l OC l C l 2 - 溴 呋 喃 2 , 5 - 二 氯 呋 喃 S B r 2 , C H 3 C O O H S B r I 2 , H g O , C 6 H 6 , 0 S I 2 - 溴 噻 吩 N H B r 2 , C H 3 C H 2 O H N B r B r H B r B r N I I H I I I 2 , N a O H 四 碘 吡 咯 0 由卤代反应看， 亲电基团 主要进入这些杂环的 2位（ 位）， 如果 2、 5两个位置已有基团存在，则进入 3位（即 位）。 （ b）硝化：呋喃、噻吩、吡咯易被氧化 因此一般不用硝酸直接氧化。（条件： 低温 ） N + A c O N O 2 N O 2 N N O 2 5 1 % 1 3 % N - 1 0 A c 2 O H H H S + A c O N O 2 N O 2 S N O 2 6 0 % 1 0 % S 0 A c 2 O C H 3 C O O HH N O 3 C H 3 C O O N O 2+ + O CC H 3 O O C H 3 C 乙 酰 基 硝 酸 酯 ( c ) 磺化： 磺化时也需 避免用 H2SO4，用吡啶与 SO3加成物作为磺化试剂进 行反应。 O + A c O N O 2 A c O H 加 成 产 物 - 5 - 1 0 O H H O N O 2 N O 2A c O N N N S O 3 C H 2 C l 2 S O 3 - 吡 啶 三 氧 化 硫 O N S O 3 - N N O S O 3 - O C l C H 2 C H 2 C l S O 3 H H C l H 室 温 三 天 呋 喃 2 磺 酸 吡 啶 盐 2 呋 喃 磺 酸 S S 9 5 H 2 S O 4 2 5 S O 3 H 用 非 质 子 磺 化 试 剂 效 果 更 好 2 噻 吩 磺 酸 N N S O 3 - N N S O 3 - H + 1 0 0 H C l N H S O 3 H H H H （ d） 付氏酰基化： 用路易斯酸作催化剂 O O S N S N + C H 3 C C H 3 C O O C O B F 3 C H 3 C C H 3 C O O O O C H 3 P O 4 C H 3 O C H 3 + + + N C O C H 3 C O C H 3 C H 3 C C H 3 C O O O H 3 C O C H H H 1 5 0 - 2 0 0 2 - 乙 酰 基 呋 喃 2. 加成反应 O O + H 2 P d 四 氢 呋 喃 t e t r a h y d r o f u r a n 在 有 机 合 成 上 是 重 要 的 溶 剂 （ a ） 加 氢 反 应 S S + H 2 M o S 2 四 氢 噻 吩 噻 吩 能 使 一 般 催 化 剂 中 毒 ， 需 要 特 殊 的 催 化 剂 N N H H P d + H 2 N H N H Z n + A c O H N H H I , P 2 , 5 二 氢 吡 咯 N H H N S + R O O C C C O O R C O O R C O O R C C O O R C O O R S （ b ） D i e l s - A l d e r 反 应 ： 理 论 上 都 能 起 反 应 ， 呋 喃 由 于 离 域 能 低 ， 易 反 应 ， 噻 吩 一 般 和 炔 发 生 反 应 。 吡 咯 要 在 更 强 的 亲 二 烯 试 剂 如 ： 苯 炔 . 碳 烯 存 在 时 发 生 加 成 反 应 。 O O O O + 顺 丁 烯 二 酸 酐 O O O O （ 主 要 是 内 型 ） 3. 吡咯弱碱性和弱酸性 由结构看，吡咯是环状第二胺，因氮上的 共用电子对 参 与了 环的共轭 。 氮原子上的电子云密度降低 ， 减弱了吸 H+ 能力，使吡咯的碱性极弱 ， Kb 2.5 10-14，只能很慢地溶 解在冷的稀酸溶液中，稍加热则成 吡咯红 (吡咯的聚合物 )。 吡咯氮原子上的氢原子却有 极弱的酸性 Ka 10-15，比醇强 ， 较酚弱 ，它能与固体 KOH加热成为钾盐： H N N N N R N N N + K O H K R X C H 3 C O X C H 3 M g B r R H C C H 3O M g B r C O 2 H C O O H 固 4吡咯的其它反应 ： 吡咯的性质与酚很类似，可发生下列反应 ： 2 吡咯甲醛（瑞穆尔 梯曼反应） 2 吡咯甲酸铵盐（柯尔柏反应） 二、呋喃，吡咯的衍生物 1糠醛（ 呋喃甲醛）： 糠醛是无色透明液体，糠醛在工业上由农副产物如甘蔗渣， 花生壳，高粱秆，棉子壳等用稀酸加热蒸煮制取。 （ 1）糠醛是良好的溶剂 ： 糠醛常用作精炼石油的溶剂，以溶 解含硫物质及环烷等。还可以精制松香，脱除色素，溶解硝酸 纤维等。 （ 2）催化加氢 （ 3）氧化反应： （ 4）歧化反应：（无 H的醛） （ 5）安息香缩合： （ 6）合成四氢呋喃 OC H O N i 2 8 0 1 0 M P a 1 2 5, 催 化 脱 羰 基O H 2 , N i , O 四 氢 呋 喃 2卟啉化合物 ： 四个吡咯环和四个次甲基交替相连组成的大环，叫卟 吩 环。含 卟吩环 的化合物称 卟啉化合物 。 卟吩 环碳上氢原子被取代及部分或全部取代后形成的化 合物，叫做 卟啉 。 卟啉化合物 广泛分布于自然界，例如 血红素和叶绿素 。 血红素 存在于哺乳动物的红血球中，它 与 蛋白质 合成为 血红蛋白质 。血红蛋白质的功能是运载氧 气及二氧化碳。 叶绿素 与 蛋白质 结合存在于植物的叶和绿色的茎中。植 物光合作用时，叶绿素吸收太阳能转变为化学能，是植物 进行光合作用时必需的 催化剂 。自然界的叶绿素不是一个 单纯的化合物，而是由两种叶绿素组合而成，即蓝绿色的 叶绿素 a（熔点： 117 120 ）和黄绿色的叶绿素 b（熔点： 120 130 ） ，两者的比例为： 3a： 4b,叶绿素 环中含镁。 叶绿素 a已经被合成（ 1960年） 叶绿素 a 的结构 维生素 B12,是含钴的类似 卟啉环化合物 。但其卟啉环在 位少 一个碳原子。它具有强的 医治贫血 的功能。 三含有一个杂原子的五元杂环苯并体系 苯与呋喃，噻吩，吡咯共用两个碳原子而成的苯并体系， 成为苯并呋喃，苯并噻吩，吲哚： 这三类化合物中，以 吲哚环系 比较重要，因此主要对吲 哚环系进行一些介绍。吲哚本身为线状结晶，具有极臭的气 味，但在其 稀薄时则有香味 ，可以当作香料用。含吲哚环的 生物碱广泛存在于植物中，如麦角碱，马钱子碱， 利血平等。 植物生长调节剂 吲哚乙酸，哺乳动物及人脑中思维活动的 重要物质 5 羟基色胺 ，植物染料靛蓝以及蛋白质组分的色氨 酸都会有吲哚环。 1. 合成： 费歇尔吲哚合成法 是吲哚环系一个重要的广泛应用的 合成方法，它是用苯腙在酸催化下加热重排消除一分子氨得到 2 取代或 3 取代吲哚衍生物。 现举例子如下： 2反应： 五元杂环与苯并合后，仍具 芳香性 ，但 亲电取代 反应的 活泼性比未并合的五元杂环低，比苯高 ，故 亲电取代 反应在 杂环 上进行 。这些环系遇 浓硫酸 易 树脂化 ，需避免在 浓硫酸存在下进行反应： 1 2 3 4 5 7 6 从上面反应可以看到，这些杂环化合物的 亲电取代反应 主 要发生在 3位。这与反应中间体 正离子的稳定性 有关。亲电试 剂在 C2位进攻，带有完整苯环的稳定共振式只有一个；而在 C3位进攻，带有完整苯环的稳定共振式有两个： 在 C2位进攻： 在 C3位进攻： （八电子的带正电荷的氮） 参与的稳定的共振式愈多，中间体正离子愈稳定。 四 . 含有两个杂原子的五元杂环单环体系： 五元杂环中含有两个杂原子的体系叫 唑（ azole）， 根据 杂原子在环中的位置不同，又可分为 1， 2 唑与 1， 3 唑两 类。 命名：环中有不同杂原子，按氧，硫，氮顺序编号。使杂原 子编号最小： 1， 2唑 ： 1， 3唑： 噻唑结构 一些重要的天然产物集合成药物含有噻唑结构，如： 咪唑结构 它的 碱性较噻唑强 ， 3位上的氮原子能与氢离子结合， 故与强酸生成稳定的盐。 它也有 微弱的酸性 ，像 吡咯 一样 NH上的氢原子可被碱金 属原子置换而成盐。 咪唑有互变异构现象 ，即 NH上的氢原子可以移至 3位 N原子上。 4 甲基咪唑 5 甲基咪唑 含咪环的物质广泛存在于自然界中，具有 生理活性 。由 于含咪唑环的化合物具有突出的生理活性，有的已被用作 杀菌剂 。 第三节 六元杂环化合物 六元杂环里最重要的是 吡啶和嘧啶 ，它们的衍生物广 泛存在于自然界，许多药物中也含有这两种杂环。 . 吡啶 . 吡啶的来源和制法 ： （）来源： 苯环的一个 CH换成一个 氮 原子就是吡啶。吡啶环广泛存在于 生物碱中，在 煤焦油和岩页油 中也能分离得到吡啶和许多简单 的烷基吡啶： （）吡啶环系的合成： 最重要的吡啶同系物的合成方法是 韩奇（ A.Hantzsch） 合成法 ，是用两分子的 羰基酸酯（如乙酰乙酸乙酯）， 一分子的醛和一分子的氨发生缩合反应，先生成， - 二氢吡啶衍生物，再氧化而成吡啶环。 利用不同的醛及 羧酸酯即产生各种不同取代的吡啶。 2. 吡啶结构 与苯相似。六元环状结构，由五个 C一个 N原子组成的。 N H H HH H S P 2杂 化 环 中 5个 C原子 1个 N原子是以 SP2杂化状态成链，每个原 子上有一个 P轨道。 P轨道中有一个 P电子。 6个 P电子形成 闭环共轭体系，具有芳香性。 N原子上还有一对电子在另 一个 SP2杂化轨道上，未参与成键 ,可以与质子结合，具有 碱性。 N H H H H H 可 写 成 N 吡 啶 的 分 子 结 构 构 造 式 电子出现的几率密度： N 0 . 8 4 ）（ 0 . 9 5 1 . 5 9 0 . 8 7 1 . 0 1 （ ） 1 . 4 3 亲 电 取 代 亲 核 取 代 3. 吡啶碱性 弱碱 ,环上如有给电子基团，则可使碱性增强 . 上周内容回顾 一、由于五元环六 电子体系， 电子出现的几率密度比苯环 大，故亲电取代速度比苯快。 顺 序 ： N O S H 亲 电 取 代 反 应 活 性 顺 序 二、 的电子结构比较 N a n d N1 2 34 5 1 2 4 5 6 3 几率密度比苯大 几率密度比苯小 N 1 2 4 5 6 3 3. 吡啶环系的反应 ： （ 1） 与亲电试剂的反应 吡啶环系与亲电试剂可以在 氮原子 上发生反应，也可以在 碳原子 上发生反应。 A在氮上发生反应 ： 吡啶是一个三级胺，很像三级脂肪胺，具有碱性，能与亲 电试剂发生反应。由于氮原子用 s 2杂化轨道进行反应，成 分较多（与 s 3杂化轨道比较），靠近核，是较弱的碱， 环上 如有给电子基团，则可使碱性增强 ： pKa 5.17 5.97 酸性弱，其共轭碱的碱性强 如用非质子的硝化试剂，磺化试剂，卤代烷，酰氯与吡 啶环进行反应，形成相应的吡啶盐。如： 这些四级铵盐是很好的固体，是温和的硝化，磺化，烷基化， 酰基化试剂。在硝酸，硫酸中不稳定的化合物，可用此磺化，硝 化等。 N 氨基吡啶季铵盐与碱作用时生成吡啶叶立德。由于 N 烷基吡啶季铵盐的氮原子是正性， N 烷基中与 N结合的亚甲 基，特别活泼，它与碱作用生成的碳负离子称为 吡啶叶立德 。 吡啶叶立德主要用在合成上，是个 亲核试剂 。对于许多在硫 酸或硝酸中不稳定的化合物就用这个方法磺化，硝化。 B. 碳上发生取代反应 吡啶环可以发生 亲电取代反应 ，与苯比较， 亲电取代反应 性不如苯环 ，反应不顺利。磺化，硝化等反应只能在 极强的条 件下进行，而且产率很低 ，环上如有给电子基团，能增进吡啶 环的反应性。 吡啶环不能发生傅氏反应 ： 硝化 磺化 吡啶如用浓硫酸或发烟硫酸磺化，在 320 长时间反应，产 率很低，必须在催化剂硫酸汞存在下，产率才较好。 c卤化 d吡啶环不能发生傅氏反应 吡啶的亲电取代反应都发生在 位。 ， 位不发生反应。 这也可用中间体 正离子的稳定性 来加以说明： 在 2位进攻： 在 3位进攻： 在 4位进攻： 如亲电试剂在 C2,C4位进攻，有特别不稳定的共振式，因有一 个共振式正电荷位于氮原子上；如在 C3（或 C5）位进攻，没有 特别不稳定的共振式，比较稳定，因此反应容易在 C3（或 C5） 上发生。 （ 2）与亲核试剂的反应： 吡啶环由于 电子出现的几率密度低 ，易进行 亲核取代 ： 如两个 位都有取代基，则发生在 位。吡啶环的亲核取代反 应在 ， 位进行，这也与形成负离子的稳定性有关。 在 C2位进攻： 在 C3位进攻： 在 C4位进攻： 由于 氮电负性很强 ，如亲核试剂在 位或 位进攻，有负电 荷在氮上的共振式参与共振，比较稳定，在 位进攻，共振式 的负电荷均在碳上，比较不稳定，因此 反应容易在 位或 位 发生，这可能是 氮在 位诱导效应较强 的缘故。 （ 3）与氧化剂反应 吡啶环一般来说 对氧化剂是稳定 的。在酸性氧化剂中吡 啶较苯环稳定。烷基吡啶可氧化成吡啶羧酸： 烟酸 吡啶环之所以稳定 ，是因为氮原子电负性大， 环上的 电子 云向氮偏移 ，使环上的 五个碳原子的 电子出现的几率密度降 低 ，而在酸性溶液中，杂氮原子与氢离子结合成为氮正离子， 环的碳原子上的电子出现的几率密度降得更低， 整个体系与 苯相比为缺电子体系 ,不易给出电子（ 不易被氧化 ），故 对氧 化作用较苯环稳定 。吡啶与过氧酸或过氧化氢的醋酸溶液氧 化成氧化物： N 氧化物是有机合成的重要中间体。可以改变吡啶亲电取 代反应的位置，容易发生在 4位取代。 N C H 3 C O O H H 2 O 2 N O 氧原子可由 PCl3除去，这就成为合成 4 取代吡啶的方法： （ 4） 还原反应 吡啶环由于 电子出现的几率密度低 ， 容易得电子 ，对还原 剂则比苯环活泼。 （ 5）侧链 H的反应 在吡啶环 ， 位的甲基与甲基酮的甲基类似，在 碱存在下 氢易失去 ，与卤代烃，醛，酮发生 亲核反应 。如： C H 3 N C 2 H 5 C H 3 IN a N H 2 N C 2 H 5 C H 2 C H 3 N C 2 H 5 C H 2 喹啉存在于煤焦油中。有些生物碱（如金鸡钠生物碱类） 具有喹啉杂环的结构。喹啉为无色油状液体，放置时逐渐变 橙黄色，能与大多数有机溶剂混合，对水溶解度很小。是一 个高沸点（ 238 ）溶剂。它的碱性较吡啶稍弱。 1.亲电取代 由于 吡啶较难进行亲电取代 ，故喹啉环 亲电取代 主要发生 在 苯环（ 5或 8位）； 二、喹啉 (一 )化学性质 2.亲核取代 亲核取代 则主要发生在 吡啶环 C 2位 ， C 4位较少。 比 吡啶容易进行 。 同样可以从 中间体负离子的稳定性 来解释，亲核试剂在喹 啉的 C2及 C4位进攻，破坏了吡啶环的芳香体系，但保留着完整 的苯环，这些共振式较稳定。 3还原 反应条件不同，产物也不同。 4氧化 小结： 必须特别注意的问题 杂环化合物发生亲电取代、亲核取代、氧化反应、还原 反应时，一定要先弄清楚哪个位置电子密度大，哪个位置 电子密度小； 与苯相比，哪个环为缺电子体系；哪个环为 多电子体系。 （ 1）斯克劳普（ Z.H.Skraup）合成法 是合成喹啉及其衍生物最重要的方法，是用苯胺 （或其他芳胺），甘油，硫酸和硝基苯（相应于所用 芳胺）等氧化剂一起作用下发生反应。反应的第一步 是甘油受到硫酸的作用失水而成丙烯醛，其次是丙烯 醛与苯胺发生迈克尔型加成作用生成 苯胺基丙醛， 然后通过醛的烯醇式在酸的催化下发生失水作用，关 环生成二氢化喹啉，二氢化喹啉受到硝基苯氧化作用， 失去一分子氢芳构化，就得喹啉。此反应实际上一步 完成，产率很高： （二）喹啉的合成 其反应过程是 如苯胺环间位有 给电子基团 ，主要在给电子基团对位关环， 得 7 取代喹啉，如苯胺环上间位有吸电子基团，主要在吸电 子基团的邻位关环，得 5 取代喹啉。 （ 2）其它方法 三 .嘧啶 含有两个氮原子的六 元杂环，嘧啶的衍生物广 泛的存在于自然界。如核 酸中含尿嘧啶、 胸腺嘧啶、 胞嘧啶。 尿嘧啶、 胸腺嘧啶、 胞嘧啶 另外， VB1合成的磺胺嘧啶物也含有嘧啶环这种结构 。 四 .嘌呤 嘌呤可看作是有一个嘧啶 环和一个咪唑环共用两个碳原 子稠并而成，它是无色结晶， 熔点 216 217 , 易溶于水， 其水溶液呈中性，但却能与酸 或碱共成盐。 嘌呤是两个互变异构体形成的平衡体系 。 嘌呤的衍生物广泛存在于动植物体中 。 N N N N H O HH O O H N HN N H H N H O O O 五、其它 1.尿酸： 存在于鸟类及爬虫类的排泄物中。 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：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。 4腺嘌呤和鸟嘌呤： 是决定生命的遗传及合成蛋白质的物质。核酸中存在的 嘌呤环系是腺嘌呤与鸟嘌呤 。 第四节 生物碱 生物碱是一类存在于生物体内，对任何动物有强烈生理作 用的含氮碱性有机化合物，如烟叶中的主要生物碱组分是 ）。生物碱在植物体内常于 有机酸（果酸，柠檬酸，草酸，琥珀酸，醋酸，丙酸等）结合成 盐而存在，也有和无机酸（磷酸，硫酸，盐酸）结合的。中草药治 病有效成分有生物碱，苷等。生物碱的研究促进有机合成药物的发 展，为合成新药提供线索，如古柯碱化学的研究导致局部麻醉剂普 鲁卡因的合成。 尼古丁（ 古柯碱 古柯碱具有局部麻醉的效能，上面结构式中虚线部分代表 有效部分。但古柯碱毒性大，具有易产生毒瘾等缺点，于是 进行代用品的研究，药学家合成出许多比古柯碱分子简单而 更有效的麻醉药，普鲁卡因等，它是良好的局部麻醉药。 同时归纳出局部麻醉药具有下式的基本结构： . 生物碱的一般性质 1.游离生物碱物理性质 ： 一般是无色固体结晶，有色的很少（黄连素黄色），液 体也很少（烟碱为液体），有苦味。分子中含有手征碳 原子，具有旋光作用，如天然烟碱（尼古丁）是左旋的。 能溶于氯仿，乙醇，醚等有机溶剂，多半不溶或难溶于 水。能与无机酸或有机酸结合成盐。这种盐一般易溶于 水。 2.化学性质： （ 1）生物碱的沉淀反应：生物碱的中性或酸性水溶液与一些 试剂（如 10%苦味酸）能发生沉淀。 （ 2）生物碱的颜色反应：生物碱与一些浓酸能呈现出各 种颜色，其颜色随各种生物碱而各有特征。 二生物碱的提取方法： 1.有机溶剂提取法 (略 ) 2稀酸提取法 (略 ) 三 . 生物碱结构的化学测定 化学方法通常是先测定其分子式和所含官能团，然后通过降 解反应使之成为一些结构的碎片，推测出可能的结构式。最 后用可靠的合成方法加以验证。