杂环化合物和生物碱-有机化学

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,*,第八章 杂环化合物和生物碱,教学目标,掌握,杂环化合物的命名和几种生物碱的生理活性；,熟悉,杂环化合物和生物碱的定义、一般性质；,了解,杂环化合物和生物碱的分类；,杂环化合物:,由碳原子和非碳原子共同组成环状骨架结构的一类有机化合物。环中的非碳原子称为,杂原子,，常见杂原子有,氧、硫、氮,等。,内酯、环醚、环状酸酐等,虽然也含由杂原子组成的环系，但在性质上与相应的开链化合物相似，因此并入脂肪族化合物中讨论。,杂环化合物在医药上具有重要的地位，如合成药物中的维生素、抗菌素、抗肿瘤药等也多属于杂环化合物。,一、杂环化合物的分类,杂环母环结构为基础进行分类的。根据分子中含有环的数目可分：,单杂环,和,稠杂环1.单杂环,2.稠杂环：,苯稠杂环和杂环稠杂环化合物。,五元环：呋喃、噻唑、吡咯等,六元环：吡啶、吡喃、嘧啶、吡嗪,吲哚、喹啉,嘌呤,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。,五元杂环：,吡咯,呋喃,噻吩,六元杂环：,吡啶,吡喃,稠杂环：,二、杂环化合物的命名,（一）杂环母环的命名,杂环母环的名称通常采用,音译法,，即根据杂环化合物的英文名称，选用与译音同音的汉字，再加上,“,口,”,旁组成音译名。,例如：,“,Furan,”,的名称为呋喃，,“,Pyridine,”,名称为吡啶等,。（二）杂环母环的编号,1,、,含1个杂原子的杂环,从杂原子开始用阿拉伯数字或从与杂原子相邻的碳原子开始用希腊字母、等编号。,2含2个相同杂原子的杂环,使杂原子位次之和为最小。,如果其中1个杂原子上连有氢，应从连有氢的杂原子开始编号。,例如：,嘧啶 咪唑,3.,含2个不同杂原子的杂环,按,O、S、N先后顺序,编号，同时也应使杂原子的位次,之和最小。例如：,噻唑,恶,唑,4,有些,稠杂环母环有特定,的编号。,例如：,嘌呤 吖啶,（三）取代杂环化合物的命名,选,杂环为母体,，将取代基的位次、数目及名称写在杂环母环名称前。,例如：,2,5-二甲基呋喃 4-氨基吡啶 2-乙氧基嘧啶 (,/,-二甲基呋喃)(-氨基吡啶),五元杂环化合物,包括含有1个杂原子的五元杂环和含2个杂原子的五元杂环。,一、含,1,个杂原子的五元杂环化合物1.结构,C,与,杂原子,均以,sp,2,杂化轨道,和相邻的原子彼此以,键构成五元环，成环的,5,个原子处于,同一平面,上。,吡咯,呋喃,噻吩,5个p轨道相互平行，从侧面重叠形成了1个含5个原子和6个电子的环状闭合大键。因此，吡咯、呋喃和噻吩都具有芳香性。,由于,O,、,N,、,S,之间电负性的差异，导致共轭体系中，电子云密度平均化程度不同。所以芳香性强弱有差异,。,芳香性的顺序为：苯噻吩吡咯呋喃。,在这些五元杂环中，因为5个p轨道上分布着6个电子，所以,杂环上碳原子的电子云密度比,苯环上碳原子的电子云密度高，因此这类杂环是多电子共轭体系，,比苯更容易发生亲电取代反应,。,2.吡咯、呋喃和噻吩的,水溶性,水溶性,：吡咯、呋喃和噻吩不易溶于水，而易溶于有机溶剂。,（,五元杂环中共轭效应存在，杂原子上的电子云密度降低，较难与水形成氢键,）,溶解1份吡咯、呋喃及噻吩，分别需要17、35、700份的水。,当五元杂环上连有,羟基,时，溶解度增大,。,3.杂环化合物的化学性质,(1)、亲电取代反应,亲电取代反应活性,吡咯,呋喃 噻吩 苯 吡啶,吡咯,、,呋喃、噻吩,位取代,吡啶,位取代,卤代反应,不需要催化剂，要在较低温度进行。,硝化反应,不能用混酸硝化，一般是用乙酰基硝酸酯(CH,3,COONO,2,)作硝化试剂，在低温下进行。,磺化反应,呋喃、吡咯不能用浓硫酸磺化，要用特殊的磺化试剂吡啶三氧化硫的络合物，噻吩可直接用浓硫酸磺化。,(2)加氢反应,吡咯的弱酸性和弱碱性,吡咯虽然是一个仲胺，但碱性很弱。,吡咯具有弱酸性，其酸性介于乙醇和苯酚之间。,几种含N化合物碱性强弱,六氢吡啶 四氢吡咯 氨 吡啶 苯胺 吡咯,二、含有2个杂原子的五元杂环化合物,吡唑,咪唑,噻唑 噁唑,吡唑,咪唑,吡唑和咪唑都溶于水，在水中的溶解度比吡咯大。,同理，吡唑和咪唑的碱性也都比吡咯强，能与强酸反应生成盐。,六元杂环化合物,吡啶,-,吡喃,吡啶,的结构特点,：N上未共用电子对未参与共轭,一、吡啶,(一)来源、制法和应用,吡啶存在于煤焦油.页岩油和骨焦油中，吡啶衍生物广泛存在于,自然界，例如，植物所含的生物碱不少都具有吡啶环结构，维生,素PP、维生素B,6,、辅酶及辅酶也含有吡啶环。吡啶是重要的,有机合成原料（如合成药物）、良好的有机溶剂和有机合成催化剂。,吡啶为有特殊臭味的无色液体，沸点115.5，相对密度,0.982，可与水、乙醇、乙醚等任意混和。,（二）吡啶的结构,由于吡啶环的N上在环外有一孤对电子，故吡啶环上的电荷分布不均。,（三）吡啶的性质,1碱性与成盐,吡啶的环外有一对未作用的孤对电子，,具有碱性,，易接受亲电试剂而成盐。,吡啶的碱性小于氨大于苯胺。,2亲电取代反应,3氧化还原反应,（1）氧化反应,4、还原反应,吡啶比苯易还原，用钠加乙醇、催化加氢均使吡啶还原为六氢吡啶（即胡椒啶或哌啶）。,哌啶的碱性比吡啶强。,第二节 生物碱,定义：,存在于生物体内，对人和动物有强烈生理作用的含氮碱性有机化合物。,目前，结构已知的生物碱已达2000多种，其中近百种生物碱被用作临床药物。例如：罂粟中的吗啡（第一个被提纯的生物碱，也是人类使用最早的一种镇痛剂）麻黄中的麻黄碱用于平喘 莨菪碱（存在于莨菪、颠茄、曼佗罗、洋金花 等茄科植物的叶中）,小檗碱（也叫黄连素）,一、生物碱的一般性质,多为无色或白色固体，少数是液体，味苦。一般不溶或难溶于水，能溶于乙醇、乙醚、丙酮、氯仿、苯等有机溶剂，也可以溶于稀酸溶液中。,大多数生物碱具有旋光性，且多为左旋体。,1、弱碱性,能够与酸作用生成生物碱盐。在自然界，生物碱常与HCl、H,3,PO,4,、草酸、乳酸、柠檬酸等结合成盐存在于植物体内。生物碱的盐能溶于水，临床上常利用此性质来,改善生物碱类药物的水溶性,.如,硫酸阿托品、磷酸可待因,等。利用生物碱的游离体与其盐的溶解性不同，还可以提取分离和精制生物碱。,2、沉淀反应,大多数生物碱或其盐的水溶液能与一些试剂生成难溶于水的盐或配合物而沉淀。且生成的生物碱沉淀常有特定的颜色。,生物碱沉淀剂：,能使生物碱发生沉淀反应的试剂。,常用有：H,3,PO,4,12WO,3、,H,3,PO,4,12MoO,3,、KI,BiI,3,、K,2,HgI,4,、2,4,6-三硝基苯酚等。,3、显色反应,生物碱遇,浓HNO,3,、,浓H,2,SO,4,、甲醛-浓硫酸,试剂、,对二甲氨基苯甲醛的硫酸溶液、钒酸铵的浓硫酸溶液,等试剂会发生颜色反应显不同的颜色。,根据生物碱的颜色反应可以鉴别生物碱,。例如：遇甲醛-浓硫酸试剂，吗啡显,紫红色,，可待因则,显蓝色,。,二、重要的生物碱,（一）烟碱,烟草中含十余种生物碱，主要是烟碱，约含2%-8%，纸烟中约含1.5%。,烟碱又名尼古丁，属吡啶衍生物类生物碱。,烟碱有剧毒，少量对中枢神经有兴奋作用，能升高血压，大量则抑制中枢神经系统，使心脏麻痹以至死亡。几毫克的烟碱就能引起头痛、呕吐、意识模糊等中毒症状，吸烟过多的人逐渐会引起慢性中毒。,（二）莨菪碱和阿托品,莨菪碱和阿托品属莨菪烷衍生物类生物碱。莨菪烷的构造式如下,：,莨菪碱是由莨菪酸和莨菪醇缩合形成的酯，莨菪醇是由四氢吡咯环和六氢吡啶环稠合而成的双环构造。,莨菪碱,莨菪碱是左旋体，由于莨菪酸构造中的手性碳原子上的氢与羰基相邻，是活泼氢，容易发生酮式-烯醇式互变异构而外消旋。当莨菪碱在碱性条件下或受热时均可发生消旋作用，变成消旋的莨菪碱，即阿托品。莨菪酸的互变异构现象如下：,医疗上常用硫酸阿托品作抗胆碱药，能抑制唾液、汗腺等多种腺体的分泌，并能扩散瞳孔；还用于平滑肌痉挛、胃和十二指肠溃疡病；也可用作有机磷、锑剂中毒的解毒剂。,除莨菪碱外，我国学者又从茄科植物中分离出两种新的莨菪烷系生物碱，即山莨菪碱和樟柳碱。两者均有明显的抗胆碱作用，并有扩张微动脉，改善血液循环的作用。用于散瞳、慢性气管炎的平喘等；也能解除有机磷中毒。其毒性比硫酸阿托品小。,（,三）吗啡和可待因,吗啡可待因,罂粟科植物鸦片中含有20多种生物碱，其中比较重要的有吗啡、可待因等。这两种生物碱属于异喹啉衍生物类，可看作为六氢吡啶环（哌啶环）与菲环相稠合而成的基本结构。,吗啡对中枢神经有麻醉作用，有极快的镇痛效力，但易成瘾，不宜常用。,可待因是吗啡的甲基醚（甲基取代吗啡分子中酚羟基的氢原子）。可待因与吗啡有相似的生理作用，可用以镇痛，但可待因主要用作镇咳剂。,麻醉剂海洛因是吗啡的二乙酰基衍生物，即二乙酰基吗啡（两个乙酰基分别取代吗啡分子中两个羟基的氢原子）。,海洛因,海洛因镇痛作用较大。并产生欣快和幸福的虚假感觉，但毒性和成瘾性极大，过量能致死。海洛因被列为禁止制造和出售的毒品。,罂粟是一种一年一生的栽培植物，一般种植在海拔高300至1700米的地方，其植株约高1.5米，每年二月播种，四、五月分开花，花呈白、红、紫等颜色，每朵花有四个花辩，其叶子大而光滑，边缘有缺刻，呈带有银色光泽的绿色，当其果实成熟时，花辩自然脱落。,罂粟本身不是毒品，但它是鸦片制品的原料，从罂粟中可以得到象鸦片、吗啡、海洛因、可待因等毒品。,