第九章有機(jī)含氮化合物

1、南方醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院教案首頁授課教師 朱秋華課程名稱有機(jī)化學(xué)課次編號(hào)授課日期授課年級(jí)臨床本科授課方式 理論課授課內(nèi)容Chapter 9 有機(jī)含氮化合物學(xué)時(shí)數(shù)6教學(xué)目的掌握比較含氮化合物堿性強(qiáng)弱的方法、胺與HNO2的反應(yīng)、重氮鹽的放氮及偶聯(lián)反應(yīng)；理解雜環(huán)的芳香性及反應(yīng)活性順序；了解生物堿的一般性質(zhì)。（含重點(diǎn)，難點(diǎn)） 主 要 內(nèi) 容第一節(jié) 胺 Amines （胺的堿性、胺與HNO2的反應(yīng)）；第二節(jié) 重氮和偶氮化合物Diazo and Azo Compounds（放氮和偶聯(lián)反應(yīng)）；第三節(jié) 酰胺Amides（酸堿性、縮二脲反應(yīng)）第四節(jié) 含氮雜環(huán)化合物Heterocycles（反應(yīng)活性比較）第五節(jié) 生物堿

2、Alkaloids 復(fù)習(xí)思考題P250/1, 4, 11, 15參考文獻(xiàn)教 材教材：有機(jī)化學(xué)張生勇主編。高等教育出版社。參考文獻(xiàn)：1基礎(chǔ)有機(jī)化學(xué)邢其毅等編。第二版，高等教育出版社。2Organic ChemistryStephen J. et al. Academic Press3Fundamentals of Organic Chemistry（美）John McMurry 著 機(jī)械工業(yè)出版社教研室意見 主任（教學(xué)組長(zhǎng)）：朱秋華南方醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院教案用紙教 學(xué) 內(nèi) 容時(shí)間分配媒體選擇第九章 有機(jī)含氮化合物含氮有機(jī)化合物 主要指分子中的氮原子和碳原子直接相連的化合物，也可以看成是烴分子中的一個(gè)

3、或幾個(gè)氫原子被含氮的官能團(tuán)所取代的衍生物。例如，生物堿、蛋白質(zhì)、磺胺類藥物等。本章主要討論胺(amine)、重氮化合物(diazo compound)、偶氮化合物(azo compound)、酰胺(amide)、含氮雜環(huán)化合物和生物堿(alkaloid)。第一節(jié) 胺Amines一、胺的結(jié)構(gòu)、分類和命名Structures, Classification and Nomenclature(一)胺的結(jié)構(gòu)和分類胺：可看作是氨分子中的氫原子被烴基取代所生成的化合物。通式:R-NH2，R2NH或R3N，其中R代表烴基，它們分屬于伯、仲和叔胺。 季銨化合物(quaternary ammonium comp

4、ound)可看成是銨鹽或氫氧化銨(NH2OH)分子中氮原子上的四個(gè)氫原子都被烴基取代生成的化合物，它們分別稱為季銨鹽和季銨堿。 注：伯、仲、叔胺或季銨化合物分子中的伯、仲、叔的含義與鹵代烴或醇中的不同，它是指氮原子上連有一個(gè)、兩個(gè)或是三個(gè)烴基，與連接氨基的碳是伯、仲還是叔碳原子沒有關(guān)系。例如，叔丁醇是叔醇，而叔丁胺卻是伯胺。(二)命名Nomenclature1. 普通命名法：按照分子中烴基的名稱及數(shù)目叫做“某胺”，基字一般可以省略。如：80min幻燈南方醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院教案用紙教 學(xué) 內(nèi) 容時(shí)間分配媒體選擇 當(dāng)胺中氮原子所連的烴基不同時(shí)，將按順序規(guī)則中的較優(yōu)基團(tuán)后列出。(N-methylethy

5、lamine) 氮原子上連有兩個(gè)或三個(gè)相同的烴基時(shí)，須表示出烴基的數(shù)目。dimethylamine trimethylamine diphenylamine 氮原子上同時(shí)連有芳香烴基和脂族烴基時(shí)，以芳香胺為母體，脂族烴基作為芳胺氮原子上的取代基，將名稱和數(shù)目寫在前面，并在基前冠以“N”字（每個(gè)“N”只能指示一個(gè)取代基的位置），以表示這個(gè)脂族烴基是連在氮原子上，而不是連在芳香環(huán)上。2. 系統(tǒng)命名法Systematic Nomenclature 烴基比較復(fù)雜的胺以烴為母體，將氨基作為取代基來命名。如：3季銨化合物的命名 與銨鹽或氫氧化銨的命名相似。二、胺的制備Synthesis of Amines

6、(一) 硝基化合物的還原Reduction of Nitryl Compounds 硝基化合物與還原劑（如鐵和鹽酸）作用或在催化劑(Pt,Ni等)存在下的催化氫化等都可以得到胺類。例如，硝基苯以鐵或錫和鹽酸為還原劑進(jìn)行反應(yīng)，生成苯胺。這是制備芳香族伯胺的常用方法。南方醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院教案用紙教 學(xué) 內(nèi) 容時(shí)間分配媒體選擇 (二) 腈的還原 Reduction of Nitriles若用鹵代烴作原料制備腈時(shí)，這種方法所得到的胺比原來的鹵代烴多一個(gè)碳原子。胺的制備方法較多，例如鹵代烷的氨解及酰胺的還原等都可制備胺，我們將分別在胺和酰胺的化學(xué)性質(zhì)中討論。三、胺的物理性質(zhì) Physical Proper

7、ties of Amines物態(tài) 低級(jí)脂族胺：氣體或揮發(fā)的液體，具有難聞的臭味。如二甲胺、三甲胺具有魚腥味；動(dòng)物尸體腐爛時(shí)產(chǎn)生的1，4-丁二胺（腐胺）和1，5-戊二胺（尸胺）極臭，且有劇毒。高級(jí)胺為固體。芳香胺為高沸點(diǎn)的液體或低熔點(diǎn)的固體，具有特殊氣味；難溶于水，易溶于有機(jī)溶劑。芳香胺具有一定的毒性。如苯胺可以通過消化道、呼吸道或經(jīng)皮膚吸收而引起中毒；聯(lián)苯胺、-萘胺等均具有致癌作用。因此，在處理這些化合物時(shí)應(yīng)加以注意。沸點(diǎn) 類似氨，除叔胺外，都能形成分子間氫鍵。胺的沸點(diǎn)比相對(duì)分子質(zhì)量相近的非極性化合物高，但比相對(duì)分子質(zhì)量相近的醇或羧酸的沸點(diǎn)低。叔胺氮原子上無氫原子，分子間不能形成氫鍵，因此沸點(diǎn)

8、比其異構(gòu)體的伯、仲胺低。溶解性 伯、仲、叔胺都能與水分子形成氫鍵, 因此低級(jí)的胺易溶于水。胺的溶解度隨相對(duì)分子質(zhì)量的增加而迅速降低，從C6的胺開始就難溶或不溶于水。一般胺能溶于醚、醇、苯等有機(jī)溶劑。四、胺的化學(xué)性質(zhì) Chemical Properties of Amines胺的化學(xué)性質(zhì)與胺分子中氮原子的結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。 (1)堿性 氮上有未共用電子對(duì)，故胺為路易斯堿，可質(zhì)子化。 (2)親核性 氮上有未共用電子對(duì)，故具有親核性，可發(fā)生?；确磻?yīng)。(3)活化苯環(huán) 當(dāng)?shù)优c苯環(huán)相連時(shí)，-NH2(-NHR或-NR2)是強(qiáng)的鄰、對(duì)位定位取代基。南方醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院教案用紙教 學(xué) 內(nèi) 容時(shí)間分配媒體選擇(一

9、) 胺的堿性Basicity of Amines氨、甲胺、二甲胺、三甲胺和苯胺的堿性強(qiáng)弱次序?yàn)?影響胺的堿性有三個(gè)因素:電子效應(yīng) 使N上電子云密度增大的R，增大胺的堿性。所以，脂族胺的堿性比氨強(qiáng)。芳香族的堿性比氨弱。 位阻效應(yīng): 胺分子中的烷基愈多、愈大，則占據(jù)空間的位置就愈大，使質(zhì)子不易靠近氮原于，因而降低了堿性。 水化作用：在水溶液中，胺的堿性還決定于與質(zhì)子結(jié)合后形成的銨離子是否易于溶劑化。氮原子上所連接的氫愈多，則與水形成氫鍵的機(jī)會(huì)就愈多，水化程度亦愈大，鉸離子更穩(wěn)定，胺的堿性也就增加。因此，脂族伯、仲、叔胺堿性的強(qiáng)弱是這三種效應(yīng)共同影響的結(jié)果。主要為前兩種。(二) ?；磻?yīng)Acylat

10、ion伯、仲胺作為親核試劑都能與?；瘎?如酰氯、酸酐)作用，氨基上的氫原子被酰基取代，生成N-取代酰胺。叔胺因氮上沒有氫，不發(fā)生酰化反應(yīng)。用途：1、 鑒定伯胺和仲胺。因?yàn)轷０肥蔷魏芎玫墓腆w，具有一定的熔點(diǎn)。2、 區(qū)別叔胺，并可把叔胺從伯、仲、叔胺的混合物中分離出來。因?yàn)槭灏凡黄瘐；磻?yīng)。3、 保護(hù)芳胺的氨基。酰胺在酸或堿的催化下，可水解游離出原來的胺。由于氨基活潑，且易被氧化，因此在有機(jī)合成中可以用?；姆椒▉肀Ｗo(hù)芳胺的氨基。例如：南方醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院教案用紙教 學(xué) 內(nèi) 容時(shí)間分配媒體選擇(三) 烷基化反應(yīng)Alkylation氨和胺都是親核試劑。鹵代烷按SN2歷程氨解可以得到伯胺，伯胺能繼續(xù)與

11、鹵代烷反應(yīng)依次得到仲胺、叔胺、季銨鹽。產(chǎn)物為復(fù)雜的混合物。如用不同摩爾比的原料及控制反應(yīng)條件，可得某一主產(chǎn)物。例如，用大量的氨，則主產(chǎn)物為伯胺；用過量的RX，則季銨鹽是主產(chǎn)物。 注：胺與鹵代芳烴在一般條件下不發(fā)生此反應(yīng)。(四) 與亞硝酸反應(yīng)Reactions with HNO2伯、仲、叔胺與亞硝酸反應(yīng)時(shí)，產(chǎn)物各不相同，借此可鑒別三種胺。由于亞硝酸是一種很不穩(wěn)定的酸，所以通常用亞硝酸鈉和強(qiáng)酸作用生成。1. 伯胺與亞硝酸反應(yīng)Reactions of Primary Amines and HNO2脂族伯胺與亞硝酸作用，放出氮?dú)猓纱?、烯烴或鹵代烴等混合物。 用途：用于伯胺及含氨基的化合物的定量分析

12、。因?yàn)榇朔磻?yīng)能定量地放出氮?dú)?。南方醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院教案用紙教 學(xué) 內(nèi) 容時(shí)間分配媒體選擇重氮化反應(yīng)(diazotization)：芳香族伯胺在低溫和強(qiáng)酸存在下，與亞硝酸作用則生成較穩(wěn)定的芳香族重氮鹽的反應(yīng)。例如: 氯化重氮苯 在5oc以下，氯化重氮苯在水溶液中不分解，但溫度升高，便會(huì)分解放出氮?dú)猓瑫r(shí)生成酚類化合物。 芳香重氮鹽的性質(zhì)將在下一節(jié)討論。2. 仲胺與亞硝酸反應(yīng)Reactions of Secondary Amines and HNO2脂族仲胺和芳香族仲胺與亞硝酸作用不放出N2，也不生成重氮鹽，而生成性質(zhì)比較穩(wěn)定的N-亞硝基胺。 N-甲基-N-亞硝基苯胺用途：鑒別、分離或提純仲胺。N-

13、亞硝基胺為黃色的中性油狀液體或固體，不溶于水，可從液體中分離出來；與稀酸共熱分解為原來的仲胺。N-亞硝基胺是較強(qiáng)的致癌物質(zhì)。3 叔胺與亞硝酸反應(yīng)Reactions of Tertiary Amines and HNO2脂肪族叔胺與亞硝酸反應(yīng) 因其氮上沒有氫，與亞硝酸作用時(shí)只能生成不穩(wěn)定的亞硝酸鹽。 芳香族叔胺與亞硝酸反應(yīng) 發(fā)生環(huán)上取代反應(yīng)，在芳香環(huán)上引入亞硝基，生成對(duì)亞硝基化合物；若對(duì)位上已有取代基，則亞硝基取代在鄰位。例如: 對(duì)亞硝基-N，N-二甲苯胺（綠色） （黃色）南方醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院教案用紙教 學(xué) 內(nèi) 容時(shí)間分配媒體選擇(五) 芳香胺苯環(huán)上的取代反應(yīng)Substitution Reacti

14、ons of Aromatic Amines 芳香胺的氨基是較強(qiáng)的鄰、對(duì)位定位取代基，和酚羥基一樣，能使苯環(huán)上鄰位和對(duì)位的碳原子容易進(jìn)行親電取代。例如苯胺與溴水反應(yīng)，立即產(chǎn)生白色的2,4,6-三溴苯胺沉淀。 用途：此反應(yīng)很靈敏，可用于芳香胺的鑒定。 如果只需引入一個(gè)鹵原子，則須降低-NH2的活性。例如，先將氨基乙?；Ｒ阴；稃u化后，再行水解，又恢復(fù)氨基。五、重要的胺及其衍生物Important Amines and Its Derivatives 膽堿HOCH2CH2+N(CH3)3OH-乙酰膽堿CH3COOCH2CH2+N(CH3)3OH-(acetylcholine)腎上腺素(adren

15、aline)和去甲腎上腺素(noradrenalin)是從腎上腺髓質(zhì)的提取物中分離出來的兩種激素。南方醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院教案用紙教 學(xué) 內(nèi) 容時(shí)間分配媒體選擇第二節(jié) 重氮和偶氮化合物Diazo and Azo Compounds一、重氮化合物的結(jié)構(gòu) Structures of Diazo Compounds重氮和偶氮化合物 在分子結(jié)構(gòu)上都含有兩個(gè)氮原子相連的原子團(tuán)(-N2+或-N=N-)的化合物。重氮基-N+N 兩個(gè)相連的氮原子-N2-只有一端與碳原子相連，而另一端不與碳原子相連。例如： 重氮甲烷 氯化重氮苯偶氮基-N=N- -N=N-的兩端都與碳原子相連。含偶氮基的化合物叫做偶氮化合物，可用通式

16、R(Ar)-N=N-(Ar)R表示。例如: 偶氮甲烷 偶氮苯 芳香族重氮化合物在合成中有廣泛的用途。偶氮化合物中許多還是重要的染料和指示劑。二、重氮鹽的化學(xué)性質(zhì) Chemical Properties of Diazo Compounds重氮鹽的化學(xué)性質(zhì)很活潑，可以發(fā)生許多反應(yīng)。其反應(yīng)可分為兩大類：一類是放氮反應(yīng)，即重氮基被其它原子或基團(tuán)取代，并放出氮?dú)? 另一類是不放氮反應(yīng)(保留兩個(gè)氮原子)，與其它化合物發(fā)生偶合反應(yīng)生成偶氮化合物或被還原為肼類等。(一) 放氮反應(yīng)(重氮基被取代)重氨鹽中的重氮基(-N+N)在不同條件下，可被羥基、鹵素、氰基或氫原子等取代，生成各種芳香族化合物，同時(shí)放出氮?dú)狻?/p>

17、40min幻燈南方醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院教案用紙教 學(xué) 內(nèi) 容時(shí)間分配媒體選擇重氮鹽的水解，宜用硫酸氫重氮苯，而不用氯化重氮苯，因?yàn)橛寐然氐匠０橛兄氐宦入x子取代的反應(yīng)。另外，此反應(yīng)應(yīng)在強(qiáng)酸性溶液中進(jìn)行，以免生成的酚（酚與強(qiáng)酸生成氧鹽，降低了苯的反應(yīng)活性）與未作用的重氮鹽發(fā)生偶合反應(yīng)。 芳香腈水解生成羧酸。此反應(yīng)提供了從硝基化合物轉(zhuǎn)變?yōu)轸人岬牧己猛緩健Ｖ氐}與次磷酸或乙醇反應(yīng)時(shí)，重氮基被氫原子取代，放出氮?dú)狻＿@個(gè)反應(yīng)可用以除去苯環(huán)上的氨基。例如，由苯制取1，3，5-三溴苯。(二)還原和偶合反應(yīng)(不放氮反應(yīng))Reduction and Coupling Reactionsl. 還原反應(yīng) Reduc

18、tion Reaction重氮鹽在還原劑(如氯化亞錫、亞硫酸鹽等)的作用下，可轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的芳香肼。例如，重氨鹽用氯化亞錫和鹽酸還原，生成苯肼的鹽酸鹽，堿化即得苯肼。 2. 偶合反應(yīng)(偶聯(lián)反應(yīng)，Coupling Reaction 重氮鹽與酚類或芳香叔胺作用，生成有顏色的偶氮化合物的反應(yīng)。 對(duì)羥基偶氮苯（橘黃色）南方醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院教案用紙教 學(xué) 內(nèi) 容時(shí)間分配媒體選擇 對(duì)二甲氨基偶氮苯（黃色） 注：由于重氮陽離子ArN2+是一個(gè)較弱的親電試劑，所以只與環(huán)上電子云密度較高的芳香胺或酚才能作用。重氮鹽與酚類的偶合反應(yīng)，一般是在弱堿性溶液中進(jìn)行的。重氮鹽與芳香叔胺的偶合反應(yīng)是在中性或弱酸性溶液中進(jìn)行。

19、重氮鹽（） 重氮酸（） 重氮酸鈉（） 南方醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院教案用紙教 學(xué) 內(nèi) 容時(shí)間分配媒體選擇第三節(jié) 酰胺Amides一、酰胺的結(jié)構(gòu)和命名Structures and Nomenclature of Amides 酰胺的結(jié)構(gòu) 酰胺 N-烴基取代酰胺 由于酰胺的氮原子上的末共用電子對(duì)與羰基形成了共扼體系，酰胺分子中的C,O,N及碳基所連烴基的第一個(gè)碳原子都在一個(gè)平面上，C-N鍵長(zhǎng)(0.134nm)比典型的C-N單鍵(0.14nm)短，而比典型的C=N鍵(O.128nm)長(zhǎng)，酰胺分子中的C=O鍵(0.124nm)則比典型的C=O鍵(0.120nm)長(zhǎng)。因此，酰胺分子中的C-N鍵有一定程度的雙鍵性質(zhì)

20、，或者說具有相對(duì)的剛性，不易自由旋轉(zhuǎn)。 酰胺的命名 根據(jù)相應(yīng)的?；Q，稱為“某酰胺”或“某酰某胺”。例如： 乙酰胺 乙酰苯胺 當(dāng)酰胺中的氮上連有烴基時(shí)，可將烴基的名稱寫在?；Q的前面，并在烴基名稱前加上“N-”或“N, N-”，表示該烴基是與氮原子相連的。例如: N-甲基乙酰胺 N-甲基苯酰胺 N，N-二甲基甲酰胺40min幻燈南方醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院教案用紙教 學(xué) 內(nèi) 容時(shí)間分配媒體選擇二、酰胺的性質(zhì)Properties of Amides(一) 物理性質(zhì) 物態(tài) 在常溫下，除甲酰胺是液體外，其它酰胺多為白色結(jié)晶。熔點(diǎn)和沸點(diǎn) 因?yàn)轷０贩肿又g可以通過氫鍵締合，所以酰胺的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)比相對(duì)分子質(zhì)量相

21、近的羧酸高。脂族N-烷基取代酰胺一般為液體 因酰胺中氮上的氫被烷基取代后，締合程度減小，熔點(diǎn)和沸點(diǎn)降低，若兩個(gè)氫都被取代,則降低更多。液體酰胺不但可以溶解有機(jī)物，而且也可以溶解許多無機(jī)物，因此是良好溶劑。在有機(jī)合成中最常用的溶劑是N,N-二甲基甲酰胺(簡(jiǎn)稱DMF)。(二) 化學(xué)性質(zhì)l. 酸性和堿性Acidity and Basicity酰胺一般是近中性的化合物，但在一定條件下可表現(xiàn)出弱酸性或弱堿性。酰胺堿性很弱，是由于分子中氨基氮上的未共用電子對(duì)與羰基的形成共軛體系，使氮上的電子云密度降低，因而接受質(zhì)子的能力減弱。氮上的電子云密度降低，使N-H鍵的極性增加，從而表現(xiàn)出微弱的酸性。當(dāng)氨分子中有兩

22、個(gè)氫原子被一個(gè)二元酸的?；〈蓙啺被衔?酰亞胺)。由于兩個(gè)羰基的吸電子作用，使亞氨基的N-H鍵極性明顯增加，可表現(xiàn)出明顯的酸性，與強(qiáng)堿的水溶液作用，生成較穩(wěn)定的鹽。例如: 鄰苯二甲酰亞胺(pKa=7.4)2. 水解Hydrolyzation在酸或堿的存在下加熱時(shí)，可反應(yīng)，但比羧酸酯的水解難，需要的條件比羧酸酯要強(qiáng)烈。酰胺很難發(fā)生醇解。3與亞硝酸反應(yīng)酰胺與亞硝酸作用生成相應(yīng)的羧酸，并放出氮?dú)?。南方醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院教案用紙教 學(xué) 內(nèi) 容時(shí)間分配媒體選擇4. 脫水反應(yīng)Dehydration酰胺與脫水劑(如P2O5)或PCl5反應(yīng)時(shí)，可脫水生成相應(yīng)的腈。5還原Reduction酰胺可以用催化氫

23、化法(高溫、高壓)或氫化鋰鋁還原為伯胺。N-取代酰胺則還原為相應(yīng)的仲胺或叔胺。三、重要的酰胺及其衍生物Important Amides and Its Derivatives(一) 尿素(脲，urea) 碳酸 尿素（碳酸的二酰胺）尿素具有酰胺的結(jié)構(gòu)，有酰胺的一般化學(xué)性質(zhì)，但因兩個(gè)氨基連在一個(gè)碳基上，所以它又表現(xiàn)出某些特殊的性質(zhì)。1. 弱堿性Weak Basicity尿素分子中有兩個(gè)氨基，其中一個(gè)氨基具有微弱的堿性，可與強(qiáng)酸成鹽。例如：（硝酸尿素）南方醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院教案用紙教 學(xué) 內(nèi) 容時(shí)間分配媒體選擇2. 水解反應(yīng) 尿素在酸、堿或尿素酶的作用下很易水解。 3. 與亞硝酸的反應(yīng) 尿素分子中有兩個(gè)

24、氨基，與伯胺相似，能與亞硝酸作用，放出氮?dú)狻?. 縮二脲反應(yīng)Biuret Reaction 將尿素加熱到稍高于它的熔點(diǎn)時(shí)，則發(fā)生雙分于縮合，兩分子尿素脫去一分子氨而生成縮二脲(biuret)。 縮二脲 縮二脲反應(yīng) 縮二脲的堿性溶液與少量硫酸銅溶液作用顯紫紅色的反應(yīng)。凡分子中含有兩個(gè)或兩個(gè)以上酰胺鍵(又稱肽鍵)的化合物如多肽、蛋白質(zhì)等都能發(fā)生這個(gè)顏色反應(yīng)。(二) 丙二酰脲 尿素與酰氯、酸酐或酯作用，生成相應(yīng)的酰脲。例如，尿素與丙二酸二乙酯在乙醇鈉的催化下縮合，則生成丙二酰脲。它的分子中含有“ ”及“ ”的結(jié)構(gòu)，可發(fā)生酮式- 烯醇式互變異構(gòu)：見幻燈南方醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院教案用紙教 學(xué) 內(nèi) 容時(shí)間分配媒

25、體選擇第四節(jié) 含氮雜環(huán)化合物Heterocyclic Amines 雜環(huán)化合物(Heterocyclic Compounds)指構(gòu)成環(huán)的原子除碳外，還含有一個(gè)或幾個(gè)其它元素的原子的環(huán)狀化合物。例如: 呋喃 吡啶 喹啉雜原子(hetero-atom) 指環(huán)上除碳以外的其它元素的原子。最常見的雜原子有N, O和S。內(nèi)酯、交酯、環(huán)酐和內(nèi)酰胺等； 雖然也可稱為雜環(huán)化合物，但由于它們的環(huán)很容易打開，在性質(zhì)上也與相應(yīng)的鏈狀化合物相似，所以雜環(huán)化合物中一般不討論這些化合物； 而只將環(huán)系比較穩(wěn)定，且具有不同程度芳香性的雜環(huán)化合物(簡(jiǎn)稱為芳雜環(huán)化合物)及其氫化產(chǎn)物作為研究對(duì)象。本節(jié)主要討論含氮的芳雜環(huán)化合物。

26、雜環(huán)化合物是有機(jī)化合物中極為重要的一類。它們廣布于自然界，不但種類多、數(shù)量大，而且其衍生物中有不少是具生理活性的物質(zhì)。例如，細(xì)胞的重要成分核酸，人和動(dòng)物血液中的血紅素，植物體內(nèi)的葉綠素、生物堿，還有許多酶等。許多藥物結(jié)構(gòu)中也含有雜環(huán)。一、雜環(huán)化合物的分類和命名Classification and Nomenclature of Heterocyclic Compounds 分類 根據(jù)成環(huán)的原子數(shù)以及所含環(huán)數(shù)主要分為五元雜環(huán)、六元雜環(huán)和稠雜環(huán)三大類。命名 雜環(huán)化合物的命名方法是根據(jù)外文名稱譯音，選用同音漢字(大多數(shù)取兩個(gè))，加上“口”旁命名。例如，呋喃(furan)、噻吩(thiophene)等

27、。編號(hào) 除個(gè)別稠雜環(huán)外，一般是從雜原子開始，用阿拉伯?dāng)?shù)字標(biāo)示。如環(huán)上只有一個(gè)雜原子時(shí)，有時(shí)亦采用希臘字母，及 編號(hào)，鄰近雜原子的碳原子為，其次為，再次為。環(huán)上有兩個(gè)或兩個(gè)以上相同雜原子時(shí)，應(yīng)從連有氫或取代基的雜原子開始編號(hào)，并使這些雜原子所在位次的數(shù)字之和為最小。若環(huán)上有不同雜原子時(shí)，則按氧、硫、氮的順序編號(hào)。例如：4-甲基吡啶 5-甲基-2-呋喃甲醛 3-吲哚乙酸20min幻燈南方醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院教案用紙教 學(xué) 內(nèi) 容時(shí)間分配媒體選擇二、雜環(huán)化合物的結(jié)構(gòu)Structures of Heterocyclic Compounds呋喃Furan、噻吩Thiophene 和吡咯Pyrrole：環(huán)上雜原

28、子氧、硫、氮均為sp2雜化，與環(huán)碳以兩個(gè)sp2雜化軌道構(gòu)成鍵。環(huán)上的五個(gè)原子各有一個(gè)未參與雜化的p軌道，其中四個(gè)碳的p軌道上各有一個(gè)電子，雜原子的p軌道上有兩個(gè)電子。組成五個(gè)原子及六個(gè)電子構(gòu)成的閉合共軛體系。環(huán)上五個(gè)原子共平面，電子總數(shù)符合休克爾“4n + 2”規(guī)則，所以呋喃、噻吩、吡咯都具有一定程度的芳香性。由于斥電子共軛效應(yīng)(+C)及吸電子的誘導(dǎo)效應(yīng)(-I)，使呋喃、噻吩及吡咯環(huán)上電子云密度并不是均勻分布的。所以，呋喃、噻吩、吡咯雖具有一定程度的芳香性，但遠(yuǎn)不如苯那樣典型。 呋喃、噻吩、吡咯芳香性的強(qiáng)弱順序是:噻吩吡咯呋喃。這是由于電負(fù)性的大小順序?yàn)? O N S，因此，噻吩中的S給環(huán)的供

29、電子能力最大，故芳香性最強(qiáng)。吡啶(pyridine) 吡啶環(huán)與苯環(huán)很相似，環(huán)上的五個(gè)碳原子和氮原子都是sp2雜化，相互以鍵連接成環(huán)狀結(jié)構(gòu)。形成與苯相似的閉合共軛體系。但吡啶與苯有所不同，較難發(fā)生親電取代反應(yīng)。注：氮原子上的未共用電子對(duì)在sp2雜化軌道上，與環(huán)共平面，不參與環(huán)系的共軛。（與五元環(huán)不同）三、吡咯和吡啶的性質(zhì)Properties of Pyrrole and Pyridine(一) 酸堿性Acidity and Basicity 含氮化合物堿性強(qiáng)弱取決于氮原子上未共用電子對(duì)與H+結(jié)合的能力。含氮化合物酸性強(qiáng)弱取決于氮原子上H的解離能力。南方醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院教案用紙教 學(xué) 內(nèi) 容時(shí)間分配

30、媒體選擇吡咯 顯弱酸性。吡咯氮上的未共用電子對(duì)參與了環(huán)系的共軛，因而與H+結(jié)合的能力減小，故吡咯的堿性很弱(pKb=l3.6)。同時(shí)，這種共軛使氮上電子云密度相對(duì)降低，從而氮上的氫能以H+的形式離解，所以吡咯顯弱酸性，可與金屬鈉、鉀、固體氫氧化鉀、氫氧化鈉甚至濃氫氧化鉀、氫氧化鈉溶液作用生成鹽。吡啶 顯弱堿性。吡啶環(huán)上氮原子的未共用電子對(duì)未參與環(huán)系的共軛，可與質(zhì)子結(jié)合成鹽而顯弱堿性。它的堿性(pKb=8.8)比苯胺強(qiáng)，但比脂族胺甚至比氨要弱（因?yàn)殡p鍵C的電負(fù)性比飽和C大。），只能與強(qiáng)酸作用生成鹽。例如吡啶鹽酸鹽、吡啶硫酸鹽等。(二) 親電取代反應(yīng)Electrophilic Substituti

31、on Reactions 吡咯 比苯更容易發(fā)生親電取代反應(yīng)。（因?yàn)?C使環(huán)電子云密度增大）例如，吡咯極易鹵化，生成四鹵代吡咯。當(dāng)吡咯在堿性介質(zhì)中與碘作用時(shí)，生成四碘代吡咯：吡啶 比苯難于發(fā)生親電取代。其鹵化、磺化等反應(yīng)要在劇烈的條件下才能進(jìn)行，并且取代基主要進(jìn)入位。 -溴吡啶 -吡啶磺酸南方醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院教案用紙教 學(xué) 內(nèi) 容時(shí)間分配媒體選擇四、重要的含氮雜環(huán)化合物及其衍生物Important Heterocyclic Amines and Its Derivatives(一) 吡咯衍生物吡咯的衍生物廣泛存在于自然界。例如，血紅素、葉綠素和維生素B12等都是具有重要生理作用的物質(zhì)。它們的結(jié)構(gòu)中都含有卟吩的基本骨架。卟吩是由四個(gè)吡咯環(huán)的碳通過次甲基(-CH=)相連而成的復(fù)雜共軛體系。這種體系具有平面結(jié)構(gòu)，有18個(gè)電子，符合“4n+2”規(guī)則。 卟吩(porp