第十四章雜環(huán)化合物

1、第十四章 雜環(huán)化合物,教學(xué)要求：掌握：含氮五員、六員雜環(huán)化合物的分類、命名、結(jié)構(gòu)及性質(zhì)。熟悉：雜環(huán)化合物的整體分類、命名規(guī)則、各類化合物的結(jié)構(gòu)特征及主要性能。了解：雜環(huán)化合物在生命體系及醫(yī)藥中的一些應(yīng)用,在學(xué)習(xí)本章之前，要弄清楚三個(gè)問(wèn)題： 1）什么是雜環(huán)化合物？含有一個(gè)以上雜原子的環(huán)狀化合物均稱為雜環(huán)化合物；常見(jiàn)的雜原子有氧、硫、氮等,2）為什么要學(xué)習(xí)雜環(huán)化合物？雜環(huán)化合物在自然界中分布很廣，種類繁多。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在現(xiàn)今已知的有機(jī)化合物中，雜環(huán)化合物的數(shù)量，占總數(shù)的65%以上；含有雜環(huán)的藥物占的比例更大。因此作為醫(yī)、藥學(xué)專業(yè)的學(xué)生，該章的內(nèi)容就顯得非常重要。3）怎樣學(xué)習(xí)雜環(huán)化合物？首先是對(duì)雜環(huán)化合

2、物的分類及命名有一個(gè)整體的概括了解；進(jìn)而，熟悉五、六員雜環(huán)化合物命名、結(jié)構(gòu)及性質(zhì)；重點(diǎn)掌握含氮五、六員雜環(huán)化合物的命名、結(jié)構(gòu)及性能,第一節(jié) 雜環(huán)化合物的分類和命名 一. 分類,二 命名 1雜環(huán)化合物的命名比較復(fù)雜,目前我國(guó)通常采用音譯法。 1）按英文名詞譯音選用同音漢字加“口”字旁表示雜環(huán)名稱。這樣構(gòu)成雜環(huán)類化合物的基本命名。 2）將雜環(huán)上每個(gè)原子編號(hào)，并使雜原子編號(hào)最小。如果一個(gè)環(huán)上有兩個(gè)或多個(gè)不同種類的雜原子時(shí)，則規(guī)定按O, S, N順序使其位號(hào)由小到大。如果相同種類的雜原子上有氫原子時(shí)，應(yīng)從連有氫原子的雜原子開(kāi)始編號(hào),3）當(dāng)雜環(huán)上有取代基時(shí), 先將取代基的名稱放在雜環(huán)基本名稱的前面，并把

3、主體環(huán)的位號(hào)寫在取代基的名稱前面，以表示取代基在主體環(huán)上的位置,4） 對(duì)于一些簡(jiǎn)單的稠雜環(huán)化合物，可直接采用音譯法命名并有其固定的編號(hào),5）當(dāng)環(huán)上只有一個(gè)雜原子時(shí), 有時(shí)以希臘字母、編號(hào), 靠近雜原子的碳原子為-位,其次為-、-位,6）為了命名方便, 有時(shí)也將雜環(huán)作為取代基,7）含有“飽和原子”的雜環(huán)化合物的命名 當(dāng)雜環(huán)上含有一個(gè)“飽和”原子時(shí)，往往存在互變異構(gòu)體，為了區(qū)別異構(gòu)體，在命名時(shí)要將“飽和”原子上的氫原子的位置用阿拉伯?dāng)?shù)字表示出來(lái),第二節(jié) 芳香六元雜環(huán),一、吡啶的結(jié)構(gòu)和性質(zhì),1 結(jié)構(gòu),吡啶分子中的五個(gè)碳原子和一個(gè)氮原子都以sp2雜化軌道形成鍵, 組成六元平面環(huán)狀結(jié)構(gòu)。碳原子的p軌道和

4、氮原子的p軌道互相平行并側(cè)面重疊, 垂直于六元環(huán)平面,形成環(huán)狀共軛體系。氮原子未共用電子對(duì)占據(jù)另外一個(gè)sp2雜化軌道, 不參與環(huán)的共軛體系, 以孤電子對(duì)的形式存在,吡啶結(jié)構(gòu) 示意圖,2 性質(zhì) （1）具有一定的芳香性，但不及苯強(qiáng)。這是由于氮原子的電負(fù)性比碳原子大, 使得吡啶環(huán)上的碳原子電子云密度較苯低, 氮原子附近電子云密度較大,電子云密度分布沒(méi)有苯環(huán)均勻。親電取代反應(yīng)比苯困難，取代基主要進(jìn)入氮原子的位反應(yīng)比苯難。 是由于吡啶環(huán)上氮原子的吸電子作用使得環(huán)上碳原子電子云密度較苯低,尤其與質(zhì)子或其它Lewis酸結(jié)合后, 氮的吸電子作用更強(qiáng), 不易進(jìn)行親電取代反應(yīng)。若在強(qiáng)烈條件下, 可以在位發(fā)生親電取

5、代反應(yīng)，但產(chǎn)量也較低,2）具有堿性。吡啶的堿性(pKb=8.8)比苯胺強(qiáng), 比氨和脂肪胺弱,與無(wú)機(jī)酸作用能形成鹽,3）易溶于水。這是由于吡啶氮原子上未參與成鍵的孤對(duì)電子所致。吡啶能通過(guò)形成氫鍵與水互溶，但吡啶環(huán)上引入羥基或氨基后, 化合物的水溶性卻明顯降低,而且引入的羥基或氨基數(shù)目愈多,水溶性愈差, 這與一般開(kāi)鏈及碳環(huán)化合物情況完全不同。主要原因是溶質(zhì)分子間締合(分子間氫鍵等)，抑制了與水分子間的締合,4）吡啶的氧化和還原反應(yīng) 吡啶環(huán)對(duì)氧化劑較苯更為穩(wěn)定。當(dāng)環(huán)上連有烷基側(cè)鏈時(shí),側(cè)鏈可被氧化成羧酸,保留吡啶環(huán),吡啶較苯易被還原, 用金屬鈉和乙醇或催化加氫, 均可使吡啶還原成六氫吡啶,六氫吡啶又稱

6、哌啶(pKb=2.8), 是仲胺化合物, 堿性較吡啶強(qiáng)106倍,二嘧啶及其衍生物,嘧啶是含有兩個(gè)氮原子的六元雜環(huán)。無(wú)色固體, 熔點(diǎn)為22，易溶于水，也具有弱堿性，親電取代反應(yīng)也較困難,嘧啶的衍生物在自然界分布很廣, 它可單獨(dú)存在或與其它環(huán)系稠合存在于維生素、生物堿及蛋白質(zhì)中, 許多合成的藥物也含有嘧啶結(jié)構(gòu)。在核酸的組成中, 包括有胞嘧啶(cytosine)、尿嘧啶(uracil)和胸腺嘧啶(thymine)等,這些嘧啶衍生物可以產(chǎn)生酮式和烯醇式的互變異構(gòu)現(xiàn)象,目前臨床上使用的磺胺類抗菌藥也有包含嘧啶環(huán)的,第三節(jié) 五元雜環(huán)化合物,一、吡咯、呋喃和噻吩的結(jié)構(gòu)和性質(zhì) 1. 結(jié)構(gòu)及特征,由于吡咯、呋喃

7、和噻吩環(huán)中氮、氧、硫的給電子共軛效應(yīng)大于吸電子的誘導(dǎo)效應(yīng)，電子離域的結(jié)果使雜原子上電子云密度降低，碳原子上電子云密度升高。所以，碳原子上的芳香性親電取代反應(yīng)較苯容易，取代基一般進(jìn)入-位但穩(wěn)定性及芳香性比苯小，這是由于雜環(huán)上的電子云密度不象苯那么均勻,2 吡咯的酸堿性由于吡咯分子中氮原子上的未共用電子對(duì)參與了環(huán)的共軛，使N上的電子云密度降低, N-H鍵極性增加表現(xiàn)出弱酸性(pKa=17.5,吡咯在無(wú)水條件下可以與固體苛性鉀共熱成鹽,3 親電取代反應(yīng),二 吡咯的衍生物,三 咪唑的結(jié)構(gòu)與功能（了解,第四節(jié) 稠雜環(huán)化合物,稠雜環(huán)化合物是指兩個(gè)或兩個(gè)以上雜環(huán)稠合或由苯環(huán)與雜環(huán)稠合而成的雜環(huán)化合物。由苯環(huán)

8、與雜環(huán)化合物稠合的雜環(huán)化合物又稱為苯稠雜環(huán)。常見(jiàn)的稠雜環(huán)化合物有嘌呤、吲哚、喹啉等及其衍生物，本節(jié)主要討論嘌呤及其衍生物的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。嘌呤在水溶液中可發(fā)生互變異構(gòu), 它有兩種互變異構(gòu)體,嘌呤本身在自然界中不存在, 但它的衍生物廣泛分布于動(dòng)植物中, 其中腺嘌呤(adenine)和鳥嘌呤(guanine)是嘌呤的兩個(gè)重要衍生物，均為核酸的堿基,次黃嘌呤、黃嘌呤和尿酸是腺嘌呤與鳥嘌呤在體內(nèi)的代謝產(chǎn)物，均為嘌呤的衍生物, 存在于哺乳動(dòng)物的尿和血中,尿酸具有酮式和烯醇型兩種互變異構(gòu)體,第四節(jié) 相關(guān)知識(shí),磺胺類藥物 基本情況 磺胺(sulfanilamide SN)是1935年世界上問(wèn)世的第一個(gè)治療全身性細(xì)菌感染的特效藥；磺胺類藥物(sulfa drug)的優(yōu)點(diǎn)是抗菌譜較廣，對(duì)鏈球菌和葡萄球菌等有很好的抑制作用?；前奉愃幬锏幕窘Y(jié)構(gòu)是對(duì)氨基苯磺酰胺，簡(jiǎn)稱磺胺,結(jié)構(gòu)特征在磺胺的基本結(jié)構(gòu)中，有兩個(gè)重要基團(tuán)，即磺酰胺基(-