有机化学第十八章杂环化合物

,Organic Chemistry,材料科学与化学工程学院,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第十八章：杂环化合物,Chapter 18 Heterocycles,主要内容,18-5 生物碱简介,18-1 杂环化合物的分类和命名,18-2 五元杂环化合物,18-3 六元杂环化合物,18-4 稠杂环化合物,杂环化合物,是指一类环状有机化合物，构成环的原子除碳外还有其它原子（,杂原子,）。,这种,环状化合物,具有,芳香结构,（,闭合共轭体系,）和一定程度的,稳定性,。,通常杂原子有,：,O 、N 、S,等,从形式上看，它们都是含,杂原子,的,环状化合物,，但其性质与相应的开链化合物相似，不属于,杂环化合物,讨论的范畴。,O,O,内酯,O,NH,内酰胺,O,O,O,环状酸酐,CH,2,CH,2,O,环氧化合物,在自然界中杂环化合物分布很广,如：,使植物中成绿色的,叶绿素,使血液成红色的,血红素,具有遗传作用的,核酸,许多,中草药,的有效成分大都含有,含氮杂环化合物,，部分,维生素,和,抗菌素,以及一些,植物色素,和,植物染料,都含有,杂环,，不少合成,药物,和合成,染料,也含杂环。,它们都具有重要的,生理作用,。,杂环化合物,是一大类有机化合物，在理论和实际中都有十分重要的意义。,一 、分类,二、命名,18-1 杂环化合物的分类和命名,分类,单杂环,稠杂环,五元杂环,六元杂环,利用国际通用名称,译音,，加,口旁,以表示是,杂环化合物,。,1. 音译法,这种方法的优点是比较简单，缺点是遇到字音相近的字,比较难译，并且译出的名字与结构没有联系。,O,S,NH,N,O,N,N,furan,pyridine,pyrrole,thiophene,pyran,pyrimidine,呋喃,吡啶,吡咯,吡喃,嘧啶,噻吩,这种命名方法的缺点是名称太长，使用不便。目前一般都采用音译名称来命名。,O,N,N,N,N,N,氧（杂）茂,氮（杂）茂,氮（杂）苯,1,3-二氮苯,氮萘,茂,（碳环母核）,苯,（碳环母核）,萘,（碳环母核）,2. 根据相应碳环母核命名,把,杂环,当作是相应的碳环中碳原子被杂原子置换而形成的，命名时在,碳环母体,名称前加“,某杂,” （,杂原子的名称,）两字，以表示其中的杂原子。,环上有取代基时，应以杂环为母体，将杂环母核编号,编号原则, 杂原子,编号最小,（即从杂原子开始编号）；, 环上含两个以上相同,杂原子,时，应使杂原子的,编号最小（一般从连有取代基的杂原子开始）；, 环上有不同,杂原子时,，按,O、S、N,的顺序编号；, 尽可能使连有,取代基,的,碳,原子编号最小。,N,-CH,3,N,-CH,2,COOH,CH,3,-,N,N,N,S,CH,3,-,N,N,-NH,2,N,OH,N,CH,3,8-羟基喹啉,N-甲基吡咯,或1-甲基吡咯,4-甲基咪唑,2-氨基嘧啶,5-甲基噻唑,3-甲基吡啶,或-甲基吡啶,1,2,3,4,5,6,2,3,4,5,6,7,8,1,2,3,4,1,5,2,3,4,1,5,1,2,3,4,5,6,1,2,3,4,5,3-吲哚乙酸,或-吲哚乙酸,2,3,4,5,6,7,1,典型的,五元杂环,是,呋喃、噻吩、吡咯,。,一、 呋喃、噻吩、吡咯的结构与芳香性,物理方法,证明：,呋喃、噻吩、吡咯,都是,平面结构,，环上所有原子都是,SP,2,杂化,，各原子均以,SP,2,杂化,轨道重叠形成,键,。,碳未杂化,的 P 轨道中有,一个电子,，,杂原子,的 P 轨道中有,一对电子,，P 轨道,互相平行重叠,，形成,闭合的共轭体系,。,18-2 五元杂环化合物,符合,休克尔 4 n + 2 规则,，故三个杂环均具有芳香性,体系中,电子数：,4 + 2 = 6,O,呋喃的分子结构,NH,吡咯的分子结构,S,噻吩的分子结构,S,S原子杂化轨道,O,O原子杂化轨道,N,N原子杂化轨道,sp,2,杂化轨道,P,轨道,（富电子环）,五中心六电子,S,噻吩,N,吡咯,O,呋喃,由于,呋喃,、,噻吩,、,吡咯,都是,五中心六电子,，属于,富电子环,三种杂环具有一定程度的,芳香性,，,杂,原子,电负性,大小：,芳香性,与,稳定性,:,O,S,N,电负性, 对外层电子,吸引力,孤电子离域, 故,芳香性,。,O (),N (),S (),电子密度：,杂环,苯环,稳 定 性,：,杂环,苯环,芳 香 性：,杂环,苯环,反 应 活 性：,杂环,苯环,HNMR吸收, ppm,共振能,KJ / mol,化合物,呋喃,噻吩,吡咯,苯,71.1,90.4,125.5,152,7.4 1,7.10（-H）,7.30（-H）,6.20（-H）,6.68（-H）,6.37（-H）,7.42（-H）,O,S,N,+,-,苯 噻吩 吡咯 呋喃,芳香性,稳定性,呋喃,和,氨,在高温下反应制得,吡咯,N,O,+ NH,3,+ H,2,O,430 ,Al,2,O,3,三、化学性质,五元杂环,苯,（富电子环）,反应活性,（,亲电取代,和,加成反应,）,1. 亲电取代反应,亲电试剂,进攻发生在,- 位,和,- 位,，而,- 位,更容易些。,呋喃,、,噻吩,、,吡咯,能像苯一样发生一系列,芳香族化合物,的特征反应，由于它们是,富电子杂环,，所以比苯更,容易,发生,亲电取代,反应。,溴化反应,相对速率,反应活性相对次序是,吡咯,呋喃,噻吩,苯,310,18,610,11,510,9,1, 卤代反应,像,苯酚,和,苯胺,一样，,吡咯,、,呋喃,、,噻吩,很容易发生卤代反应。,氯代,、,溴代,不但不需,催化剂,，而且为避免,多取代物,，往往采用,温和条件,，如用,溶剂稀释,和采用,低温,。,吡咯,反应,活性最大,，在,低温下,进行，一般得,多卤产物,。,N,+ Br,2,0 ,C,2,H,5,OH,N,-Br,-Br,Br-,Br-,四溴吡咯,呋喃,与,Br,2,反应也很激烈，在 0 与 Br,2,在二氧六环存在下反应得,一溴代,产物，与,Cl,2,在, 40,下反应得,混合产物,。,O,+ Br,2,O,-Br,0 ,O,O,2-溴呋喃,80%,噻吩,溴化可在,室温下,进行，得,一溴代产物,。,O,+ Cl,2,O,-Cl,-40 ,2-氯呋喃,O,-Cl,Cl-,+,2,5-二氯呋喃,S,S,+ Br,2,-Br,AcOH,2-溴噻吩,78%,室温, 硝化反应,五元杂环,化合物与,硝酸,（,强氧化剂,）反应，得不到预期产物，而是芳环被破坏。因此它们硝化反应必须在,温和条件,下，采用,弱硝化剂,乙酰硝酸酯,。,(CH,3,CO),2,O + HONO,2,CH,3,COONO,2,+ CH,3,COOH,乙酰硝酸酯,酸酐,N,-NO,2,N,+ CH,3,COONO,2,H,H,+,N,-NO,2,H,83%,17%,Ac,2,O,5 ,O,+ CH,3,COONO,2,Ac,2,O,-30 -5 ,O,-NO,2,35%,S,-NO,2,70%,S,+ CH,3,COONO,2,Ac,2,O,-10 ,+,S,-NO,2,5%,呋喃, 噻吩和吡咯易氧化, 一般不用硝酸直接硝化; 通常用比较温和的非质子硝化试剂，如：乙酰硝酸酯，反应在低温下进行。, 磺化反应,吡咯,、,呋喃,不能直接用,硫酸,磺化，因为它们在,浓硫酸,中不稳定，会发生聚合，通常用一种,温和的磺化剂,吡啶三氧化硫,进行,磺化,。,+ SO,3,N,SO,3,N,+,-,吡啶三氧化硫,吡啶,HCl,N,-SO,3,H,H,+,H,90%,N,-,+,Cl,吡咯-2-磺酸,吡啶盐酸盐,N,-SO,3,N,+,H,H,H,90%,100 ,SO,3,N,+,-,N,-,+,吡咯-2-磺酸吡啶盐,O,+,室温,3天,SO,3,N,+,-,O,-SO,3,H,N,+,-,47%,呋喃-2-磺酸,HCl,41%,O,-SO,3,H,S,S,+ H,2,SO,4,（95%）,-SO,3,H,噻吩-2-磺酸,69%71%,室温,从,煤焦油,中提取的,苯,（,b.p.80,）含有少量（,0.5%,）,噻吩,（,b.p.84,）很难用分馏的方法将它们分开，由于,噻吩,比,苯,活泼，故可在常温下用,浓硫酸,一起振摇，,噻吩,比,苯,容易,磺化,，生成的,噻吩-2-磺酸,溶于,硫酸,中，然后,分离除去,。,噻吩,比较稳定，既可以用,硫酸,在室温下直接,磺化,（产率稍低），也可以用温和的,磺化试剂,磺化。, 傅克酰基化反应,五元杂环,化合物酰化时，需要在较温和,催化剂,甚至不用,催化剂,即可反应。,吡咯,不用,催化剂,可以直接酰化。,N,-COCH,3,N,+ (CH,3,CO),2,O,H,H,60%,150 160 ,2-乙酰基吡咯,呋喃,与,酸酐,或,酰氯,在,催化剂,作用下发生酰基化反应。,O,+ (CH,3,CO),2,O,BF,3,O,-COCH,3,75%92%,2-乙酰基呋喃,（或CH,3,COCl）,噻吩,酰化反应要用,磷酸,或,氯化锡,作,催化剂,。,S,-COCH,3,70%,S,+ (CH,3,CO),2,O,H,2,PO,4,或SnCl,4,2-乙酰基噻吩,呋喃,、,噻吩,、,吡咯,进行,烷基化,反应,很难得到,一烷基取代物,，往往生成混合的,多烷基取代物,，甚至不可避免地产生树脂状物质，因此用途不大。,2. 加成反应,呋喃,、,噻吩,、,吡咯,分子中都有一个,顺丁二烯型,结构，,因此它们又具有,不饱和性质,，用,共振能,值来衡量。它们的,稳定性,和,不饱和性,有如下顺序：,不饱和性增加,稳定性增加,S,O,N,152 125.5 90.4 71.1 12.6,共振能,（KJ / mol）,加成反应,是标志化合物不饱和性的最,典型反应,，它们能像,环戊二烯,分子一样,催化加氢,生成相应的,饱和化合物,。,呋喃,由于,芳香性,最小，环的,稳定性,也较低，能发生,双烯合成。,O,+,76%,苯炔,O,O,O,O,O,=,=,+,90%,顺丁烯二酸酐,O,O,=,O,O,=,吡咯,也可以与,苯炔,、,丁炔二酸,发生类似的反应,N-H,+,N-H,+,N-H,N-H,-COOH,-COOH,C-COOH,C-COOH,噻吩,的,芳香性,较大，环比较稳定，,难,发生,双烯合成,N,H,.,氮上电子云少，H 易离解，显一定的酸性。,氮上孤电子对参与环内共轭，不能再与酸结合。,N,H,R-OH,-OH, ,酸性：,pka：,10 15 18,MgX,N,H,N,+ RMgX + RH,N,H,+ KOH + H,2,O,N,K,+,-,吡咯钾盐,3. 吡咯的弱碱性、弱酸性,吡咯,表面上是个,仲胺,，但实际上,吡咯,是一个很,弱的碱,，,碱性,比,苯胺,弱,得多，它只能慢慢地溶解在冷的,稀酸,溶液中。,四、糠醛（- 呋喃甲醛）,1. 制备,由,米糠,、,甘蔗渣,、,高粱杆,、,玉米芯,、,花生壳,等与,酸,共热、蒸馏制取。,农业副产品,含,戊多糖,打碎,水解为,戊糖,进一步脱水,糠醛,稀H,2,SO,4,糠醛,是,呋喃衍生物,中最重要的一个，最初从,米糠,制得而得名。,O,-CHO,(C,5,H,8,O,4,),n,+ n H,2,O n C,5,H,10,O,5,3%5% H,2,SO,4,，水解,戊多糖,戊糖,H-CH CH-CHO,-3H,2,O,HO-CHCH-OH,OH OH,戊糖,O,-CHO,糠醛,2. 性质及用途,糠醛,是无色透明液体，沸点,161.7,在空气中逐渐变为黄棕色，能溶于,醇,、,醚,及其它,有机溶剂,中，,糠醛,本身是一个,良好的溶剂,，在工业上有广泛的用途，在有机合成工业上也很重要，是,油漆,、,树脂,工业的重要原料。,糠醛,与,苯甲醛,具有类似结构，表现出,无-H,的,醛,的性质。, 催化加氢,O,-CHO,+ H,2,O,-CH,2,OH,Cr,2,O,3,CuO,150 ，10MPa,糠醇, 氧化,O,-CHO,O,-COOH,KMnO,4,中性或碱性,糠酸, 歧化反应,O,-CHO,O,-CH,2,OH,O,-COOH,浓OH,-,2,+, 安息香缩合（糠醛偶合）,O,-CHO,KCN,2,O,-CHC-,O,=,O,OH,呋嗡,O,-CHO,+ O,2,V,2,O,5,-MoO,3,320 ,+ CO,2,+ H,2,O,O,O,O,=,=,顺丁烯二酸酐, 柏琴反应,O,-CHO,+ (CH,3,CO),2,O,O,-CH=CHCOOH,CH,3,COOK,-呋喃丙烯酸,呋喃,、,噻吩,、,吡咯,分别存在于,木焦油,、,煤焦油,和,骨焦油,中，但含量不多。,五、呋喃、噻吩、吡咯的制备,工业上常用,糠醛,（,- 呋喃甲醛,）脱羰基制备,呋喃,。,O,-CHO,+ H,2,O,O,+ CO,2,ZnO-Cr,2,O,3,-MnO,2,400 415,噻吩,可用,丁烷,与,硫,、,丁稀,与,二氧化硫,在,高温,下反应制得,S,+ 4 S,+ 3 H,2,S,CH,2,CH,2,CH,3,CH,3,600 650,CH,2,=CH-CH,2,CH,3,CH,3,-CH=CH-CH,3,+ SO,2,S,高温,呋喃,与,氨,在高温下反应得,吡咯,帕尔-克诺尔,(PaalKnorr, L.),合成法,六、噻唑和咪唑,1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B,1,等。,青霉素,维生素B,1,（VB,1,）,咪唑,是含有两个氮原子的五元杂环，无色固体，熔点,90,，易溶于水。它的碱性较,噻唑,为强，三位上的氮原子能和氢离子结合，故与强酸生成稳定的盐。它也有微弱的,酸性,，像,吡咯,一样氮原子上的氢可被碱金属原子置换而成盐。,咪唑环,比,噻唑环,较容易发生,亲电取代反应,，如卤化、硝化、和磺化等。,由于含,咪唑,的化合物具有突出的,生理活性,有的已被用作,杀菌剂,，如,多菌灵,是我国推广的高效广谱性杀菌剂。,七、吲哚,吲哚,存在于煤焦油中，为,无色片状,结晶，,熔点,52.5,，具有,极臭,的气味，与,-甲基吲哚,共存于粪便中。但,纯,吲哚,的,极稀,溶液有愉快香气，可制,香精,。,吲哚,是闭合的,共轭体系,，它的,性质,和,吡咯,很相似，几,乎没有,碱性,，但比,吡咯,稳定。,吲哚主要衍生物：,无色叶状晶体，是一种广泛存在于植物幼芽中的植物生长素。,亦称粪臭素是大粪的臭味,来源，可用于制香精。,N,-CH,2,COOH,- 吲哚乙酸,N,-CH,2,CH-COOH,NH,2,N,-CH,3,-甲基吲哚,色氨酸,主要存在于蛋白质中。,吲哚的亲电取代反应：,八、卟啉化合物,四个吡咯环,和,四个次甲基,（CH =）交替相连组成的大环叫卟吩，它是,卟啉,化合物的母体，是一个,大共轭,体系。,卟吩,卟啉,化合物广泛地存在于自然界，如,血红素,、,叶绿素,。,卟吩呈平面结构, 环中间空隙里四个氮原子可分别以共价键、配价键与不同的金属离子结合。叶绿素(镁), 血红素(铁)。,一、 吡啶,1. 来源和结构,吡啶,存在于,煤焦油,、,页岩油,和,骨焦油,中，它的衍生物广泛分布于自然界，如,植物碱,、,维生素,、,辅酶,和,中都存在,吡啶环,。,工业上,吡啶,主要有从,糠醛制备法,和,乙炔制备法,中制得。,18-3 六元杂环化合物,N,N,N,吡啶,嘧啶,N,吡啶,结构与,苯,相似：,N, ,SP,2,杂化,1. 吡啶的结构,共轭效应和诱导效应都是吸电子的,孤电子对在sp,2,杂化轨道上。,吡 啶,结构：吡啶N是sp,2,杂化，孤电子对不参与共轭。,反应：碱性较强。环不易发生亲电取代反应但易发生亲核,取代反应。发生亲电取代反应时，环上N起间位定,位基的作用。发生亲核取代反应时，环上N起邻对,位定位基的作用。,=2.20D =1.17D,氮,上,未成键电子对,未参与共轭,，因此具有,碱性,。,核磁共振,数据也可以证明,吡啶,的,芳香性,吡啶环,上的,氢,的,H NMR,数据,N,H,H,H,8.50 ppm,6.98 ppm,7.36 ppm,吡啶环,上的,N,以,SP,2,杂化,成键。一个,P,电子,参与共轭,，,形成具有,6个P 电子,的,闭合的共轭体系,，具有,芳香性,。,N, ,N,SP,2,杂化,吡啶,的,偶极矩,与,吡咯,方向,相反：,N,N,H,= 0 D,= 2.26 D,= 1.81 D,这是由于杂环上氮原子作用不同，吡啶环上的N 是吸,电子作用。（电负性 N C ） 吡啶具有碱性，在发生亲电取代反应时比苯难。（相当于环上有一个吸电子基）,吡咯环上的N 把电子转移给环 吡咯具有酸性，亲电取代反应时比苯容易（相当于环上有一个供电子基）,2. 吡啶的性质,吡啶是一个无色有恶臭的液体，沸点115.5 ，与水及,许多有机溶剂如乙醇、乙醚等混溶，它是良好的溶剂。,吡啶的化学性质体现在芳环的取代反应（包括亲核、亲电）及氮上未成键电子对的碱性及亲核性上。, 碱性和亲核性,吡啶分子中氮原子的SP,2,杂化轨道上有一对未共用电子，这对电子不参与环的共轭，它像叔胺一样这对电子可以接受质子，具有碱性。但碱性弱于叔胺，强于吡咯。,碱性：,叔胺,吡啶,吡咯,N,N,H,叔胺,NH,2,pK,b,:, 4 8.8 9.37 14,碱性增强,N,+ HCl,N, Cl,-,+,H,吡啶盐酸盐,吡啶,氮,原子还可以作为,亲核试剂,与,R-X,、,Br,2,等亲核,试剂反应形成,吡啶盐,N,+ Br,2,N, Br,-,+,Br,N,+ CH,3,I,N, I,-,+,CH,3,三级胺,季铵盐,300,重排,N,I,-,+,-CH,3,H,N,I,-,+,CH,3,H,+,甲基吡啶盐, 亲电取代反应,吡啶是缺电子芳杂环，由于氮原子的吸电子作用，降低环上碳原子密度，它的亲电取代反应似硝基苯。,与富电子芳杂环的呋喃、吡咯和噻吩相反，吡啶在亲电取代反应中很不活泼，比苯的取代反应难得多，一般反应必需在激烈的条件下才能硝化、卤代和磺化，不能进行傅克反应。,反 应 特 点,*1 不能发生傅氏烷基化、酰基化反应。,*2 硝化、磺化、卤化必须在强烈条件下才能发生；,*3 吡啶环上有给电子基团时，反应活性增高；,*4 吡啶N可以看作是一个间位定位基。,反应,主要,发生,在,位,（电子云,密度,）,N, ,+ Br,2,N,300,气相,3-溴吡啶,-Br,39%,N,+ 浓HNO,3,300，一天,浓H,2,SO,4,N,3-硝基吡啶,-NO,2,6%,N,+ 发烟H,2,SO,4,220,N,吡啶-3-磺酸,-SO,3,H,70%,如果,吡啶,环上有,供电子,基团，则能,增加,反应,活性,。,提高产率。,N,+ 浓HNO,3,浓H,2,SO,4,N,-NO,2,66%,-CH,3,H,3,C-,-CH,3,H,3,C-,N,+ Br,2,AcOH,N,-NH,2,-NH,2,Br-,20,90%, 亲核取代,由于,环上电子云,密度降低,，,吡啶,易与亲核试剂（如,芳基锂,、,烷基锂,等）作用，主要生成,-位,取代产物若,-位,被占据，则生成,-位,取代产物。,N,+ NaNH,2,- H,2,N,-NHNa,H,2,O,-氨基吡啶,N,-NH,2,+ NaOH, 吡啶环对氧化剂的稳定性,吡啶,比,苯,稳定，,难,于,氧化,因,吡啶,为,叔胺,，很,容易,被,H,2,O,2,、,过氧化酸,氧化,成,N-氧化物,。,N,HNO,3,N,-COOH,-COOH,H,+,KMnO,4,N,-COOH,N,-CH,3,-甲基吡啶,-吡啶甲酸,HNO,3,N,N,H,（烟酸或尼古丁酸）,尼古丁（烟碱）,N,N,+ H,2,O,2,（30%）,吡啶N-氧化物,O,+,-,95%,吡啶N-氧化物,是有机合成的重要中间体，由于,O,上孤电子对与,吡啶环,发生动态,共轭,的结果，它使,吡啶环,活化,，使之,容易,在,和,位发生,亲电取代,反应，且产率较高,N,N,+ CH,3,-C-O-OH,吡啶N-氧化物,O,+,-,O,=,吡啶N 氧化物,用,三氯化磷,处理，可恢复为,吡啶环,。,N,NO,2,+ POCl,3,PCl,3,CHCl,3,80%,+ （发烟）HNO,3,吡啶N-氧化物,N,O,+,-,N,O,+,-,发烟H,2,SO,4,90，4h,NO,2,90%, 还原反应,吡啶,还原反应,比,苯,更,容易,进行，还原生成,六氢吡啶,N,H,C,2,H,5,OH + Na,N,六氢吡啶,95%,N,H,N,+ H,2,Pt ，,CH,3,COOH,25,二、嘧啶,N,N,1,6,5,4,3,2,嘧啶,是含有二个,氮,原子的六元,杂环,，易溶于水，,嘧啶,中的,氮,是,SP,2,杂化，都以一个,P,电子参与,共轭,，,性质,与,吡啶,类似。由于体系中,氮,的,吸电子,作用，,碱性,比,吡啶,弱,得多，其,亲电取代,反应比,吡啶,困难,，,亲核取代,则比,吡啶,容易,。,自然界有许多,嘧啶衍生物,。在新陈代谢中起着重要作用，如用,氨基,、,羟基,取代的,嘧啶,：,尿嘧啶,、,胞嘧啶、胸腺嘧啶,是组成,核酸,的三个,碱基,。,N,N,OH,OH,H,3,C,NH,2,N,N,OH,OH,N,N,OH,尿嘧啶,胸腺嘧啶,胞嘧啶,维生素,及,药物,中许多含有,嘧啶,环系,N,N,磺胺嘧啶,NH-S,-NH,2,O,O,=,=,治疗肺炎、脑炎等,维生素B,1,是,嘧啶,的重要衍生物之一，是维持,糖,的正常,代谢,必需的物质，体内缺乏,维生素B,1,时，可引起多发性,神经炎,、,脚气病,及,食欲不振,等。,维生素B,1,存在于,米糠,、,麦麸,、,瘦肉,、,绿叶,、,花生,、,豆类,、,酵母,中。,H,3,C,N,N,NH,2,HCl,维生素B,1,（也称盐酸磺胺素）,N,S, CH,2,CH,2,CH,2,OH,Cl,+,-,三、喹啉和异喹啉,喹啉,和,异喹啉,都是,苯,环与,吡啶,环,稠合,而成的化合物，它们是,同分异构,体，都存在于,煤焦油,中，很多,生物碱,中含有,喹啉,杂环。,1. 喹啉的合成法,斯克普（Skraup）法,由,苯胺,、,甘油,、,浓硫酸,及一种,弱氧化剂,（如,硝基苯,、,氧化铁,）共热来制得。,N,喹 啉,异喹啉,1,2,3,4,5,6,7,8,N,1,2,3,4,5,6,7,8,N,NH,2,CH,2,-OH,CH,2,-OH,CH-OH,+,浓H,2,SO,4,硝基苯，,84 % 91%,甘油,含有取代基的喹啉可用苯胺与、-不饱和醛酮合成,NH,2,+ CH,3,CH=CHCHO,硝基苯,NH,2,硝基苯,+ CH,2,=CH-C=O,CH,3,浓H,2,SO,4,硝基苯，,N,CH,3,O,CH,2,-OH,CH,2,-OH,CH-OH,+,NH,2,OCH,3,浓H,2,SO,4,硝基苯，,N,CH,2,-OH,CH,2,-OH,CH-OH,+,NH,2,N,CH,3,4-甲基喹 啉,N,CH,3,2-甲基喹 啉,2. 喹啉的化学性质,喹啉,是,无色油状,液体，有,特殊气味,，化学性质和,吡啶,及,-硝基萘,有些相似，,喹啉,中的,氮,原子，相当于,硝基萘,，进行,亲电取代,反应较,难,，反应,主要,在,苯环上,进行，生成,5、8位,取代物。, 亲电取代反应,SO,3,H,N,浓H,2,SO,4,220,浓HNO,3,浓H,2,SO,4,，0,N,NO,2,N,NO,2,5-硝基喹啉,8-硝基喹啉,52%,48%,+,Br,2,，H,2,SO,4,N,Br,N,Br,5-溴喹啉,8-溴喹啉,51%,49%,+,N,1,2,3,4,5,6,7,8, 亲核取代反应,喹啉,分子中用,吡啶,环，可发生,亲核取代,反应，主要在,2、4,位, 氧化和还原反应,喹啉,加氢还原时，,吡啶环,最先被还原生成,四氢化喹啉,N,H,十氢喹啉,H,2,/ Ni,N,N,H,四氢喹啉,H,2,/ Pt,或C,2,H,5,OH + Na,N,N,-COOH,-COOH,吡啶-2,3-二甲酸,H,+,KMnO,4,N,N,NH,2,100,二甲苯,2-氨基喹啉,+ KNH,2,四、嘌呤,嘌呤,为,无色,晶体，熔点,216 217,，易溶于,水,，水溶液呈,中性,，但它却能与,酸,或,碱,生成盐,嘌呤,本身不存在于自然界中，但它的,羟基,和,氨基,衍生物却存在于,自然界,中。,由一个,嘧啶,环和一个,咪唑,环,稠合,而成。它有,两种,互变异构体,。,NH,N,N,N,1. 尿酸, 是鸟类和爬虫类动物排泄物中的主要成分,无色,晶体，难溶于,水,，它的,酸性,很弱，,pK,a,N,N,N,N,嘌呤,H,NH,N,N,HN,O,=,=,=,O,O,H,H,2,6,8-三羟基嘌呤,NH,N,N,N,OH,OH,HO,1,2,3,4,5,6,7,8,9,2. 黄嘌呤, 存在于动物的,血液,、,肝脏,和,尿,中,N,N,N,HN,O,=,=,O,H,H,黄嘌呤,本身不太重要，而其衍生物则比较重要。,N-CH,3,N,N,H,3,C-N,O,=,=,O,CH,3,NH,N,N,H,3,C-N,O,=,=,O,CH,3,N-CH,3,N,N,HN,O,=,=,O,CH,3,咖啡碱,茶碱,可可碱,1,3,7-三甲基黄嘌呤,1,3-二甲基黄嘌呤,3,7-二甲基黄嘌呤,N,N,N,N,OH,HO,H,3. 腺嘌呤和鸟嘌呤,腺嘌呤,和,鸟嘌呤,是核蛋白中的两种,嘌呤衍生物,。它们与,尿嘧啶,、,胞嘧啶,和,胸腺嘧啶,构成,核酸,的五大,碱基,，对,核酸,的,生物功能,起重要作用。,N,N,N,HN,H,2,N,H,O,=,鸟嘌呤,N,N,N,N,NH,2,H,腺嘌呤,它们都是,嘌呤,的,甲基衍生物,，都是,生物碱,类药物。它们都有刺激,中枢神经,的作用，以,咖啡碱,的效为力最好，被广泛地用于医药中，它们存在于,茶叶,、,咖啡,和,可可,中。,一 结构,9H-嘌呤,7H-嘌呤,嘌呤是一对互变异构体的平衡体系,尿嘧啶,(U),胞嘧啶,(C),胸腺嘧啶,(T),二 嘌呤的两个重要衍生物,腺嘌呤,(A),鸟嘌呤,(G),(6-氨基嘌呤),(2-氨基-6-羟基嘌呤),生物碱,又称,植物碱,，是指一类由生物体中取得的,有机,碱性,物质。,生物碱,大多为固体，难溶于,水,，而能溶于,乙醇,等有机,溶剂。大部分生物碱具有,旋光性,（,左旋体,）,许多试剂能与,生物碱,生成不溶性的,沉淀,或发生,颜色反应,，这些试剂叫做,生物碱试剂,，可以用它们检验出生物碱。,18-5 生物碱简介,1. 生物碱的一般性质, （生物碱的）沉淀反应,能与,生物碱,生成沉淀,的试剂有：,碘化汞钾,（,K,2,HgI,4,)、,苦味酸,、,丹宁酸,等。, （生物碱的）颜色反应,能与生物碱产生颜色反应的有：,浓硫酸,、,硝酸,、,甲醛,和,氨水,等,2. 几种重要的生物碱, 烟碱（尼古丁）,从,烟草,中提取，有,剧毒,，少量有兴奋,中枢神经,，能增高,血压,，大量则抑制,中枢神经,系统，使,心脏麻痹,以致死亡。,N,N,CH,3,沸点：,246.1,D,= -169,。, 麻黄素,麻黄素,亦称,麻黄碱,，有兴奋,交感神经,、,收缩血管,、,抗张支气管,的作用，用于治疗,支气管哮喘,症。,-CHCH-NH-CH,3,OH,CH,3,*,*,熔点：,38,D,= - 6.8,。,-CH,2,CH-NH-CH,3,CH,3,去氧麻黄碱或冰毒, 颠茄碱,颠茄碱,又叫,阿托平,，存在于茄科植物如,颠茄,、,曼陀罗,、,天仙子,等。在医药上用作抗胆碱药，能抑制,汗腺、唾液、泪腺、胃液,等分泌，并能扩散,瞳孔,，用于治疗,胃痛,与,肠绞痛,，也可用作,有机磷,与,锑剂,中毒的,解毒剂,。,熔点：,114 116,OCCH,CH,2,OH,=,O,N-CH,3,H,吗啡,对,中枢神经,有,麻醉,作用，有强,镇痛,效力，但容易,成瘾,，医药上常用于局部麻醉。,可待因,是,吗啡的甲基醚,，与,吗啡,有同样的生理作用，成瘾性较,吗啡,差，用于镇咳，存在于大麻中的毒品,海洛因,是,吗啡,的,二乙酰基衍生物,。, 吗啡碱,罂粟,科,植物鸦片,中含有20余种,生物碱,，其中含量最多的是,吗啡,。,O,RO,R,/,O,N-CH,3,R = R,/,=,H,吗啡,R =,CH,3,，,R,/,=,H,可待因,R = R,/,=,-COCH,3,海洛因,反应历程：,CH,2,-OH,CH,2,-OH,CH-OH,第1步：,+ H,2,SO,4,-H,2,O,CH-OH,CH,2,-OH,CH,HC=O,CH,2,-OH,CH,2,重排,HC=O,CH,2,CH,-H,2,O,H,2,SO,4, ,丙烯醛,第2步：,NH,2,+,CH,CH,2,CH,O,第3步：,NH,2,CH,CH,2,CH,=,+,NO,2,N,-2H,+,NH,2,+,NH,2,CH,CH,2,CH,=,关环,-H,2,O,1,4-加成,NH,2,HO-CH,CH,2,CH,=,1,2,3,4,吡咯的结构,孤电子对在p轨道上。,吡 咯,结构：吡咯N是sp,2,杂化，孤电子对参与共轭。,反应：碱性较弱，环易发生亲电取代反应，环上相当,有一个邻对位定位基。,共轭效应是给电子的。诱导效应是吸电子的。,