14- 雜環(huán)化合物與生物堿2

第十四章

雜環(huán)化合物與生物堿本章講解：1、雜環(huán)化合物的分類與命名——掌握2、雜環(huán)化合物的結(jié)構(gòu)——理解3、雜環(huán)化合物的化學(xué)性質(zhì)——理解4、生物堿——了解14.1雜環(huán)化合物的分類與命名“雜環(huán)”就是組成環(huán)的原子除C外，還含有其它元素的原子，這些非碳原子統(tǒng)稱為雜原子。原則上二價(jià)以上的元素都可以成為雜原子，但最常見(jiàn)的是O、S和N。但不包括極易開(kāi)環(huán)的含雜原子的環(huán)狀化合物：內(nèi)酐、內(nèi)酯、內(nèi)酰胺等

因其性質(zhì)與相應(yīng)的脂肪族化合物較相似，因此并入脂肪族化合物中討論，而不列為雜環(huán)化合物。N-H14.1雜環(huán)化合物的分類與命名

本章討論的雜環(huán)化合物主要環(huán)內(nèi)有4n+2個(gè)π電子處于環(huán)閉共軛體系中，統(tǒng)稱為芳(香)雜環(huán)化合物。

其它不具芳香性的雜環(huán)化合物，統(tǒng)稱為非芳香雜環(huán)化合物或雜脂環(huán)化合物。

S吡啶呋喃噻吩吡咯

哌啶四氫呋喃常見(jiàn)的雜環(huán)化合物如下：√√√√常見(jiàn)的雜環(huán)化合物如下：√√14.1雜環(huán)化合物的分類與命名

雜環(huán)的命名常用音譯法，是按外文名詞音譯成帶“口”字旁的同音漢字。

咪唑噻唑噁唑嘧啶

編號(hào)從雜原子開(kāi)始。遇兩相同雜原子,則由帶取代基(或H)的雜原子開(kāi)始。含多個(gè)不同雜原子,則按O、S、N-R、NH、N

順序編號(hào)。14.2雜環(huán)化合物的結(jié)構(gòu)一、呋喃、噻吩、吡咯

呋喃、噻吩、吡咯分子中所有的原子共平面，具有與苯環(huán)類似的結(jié)構(gòu)。吡咯()：14.2雜環(huán)化合物的結(jié)構(gòu)環(huán)狀離域的大π鍵,5個(gè)原子共用6個(gè)電子,為富π電子體系。14.2雜環(huán)化合物的結(jié)構(gòu)呋喃()：噻吩()具有與呋喃相似的結(jié)構(gòu)。14.2雜環(huán)化合物的結(jié)構(gòu)呋喃環(huán)中的雜原子O(噻吩中為S)的1個(gè)sp2雜化軌道上有一對(duì)未共用電子對(duì)。環(huán)狀離域的大π鍵,5個(gè)原子共用6個(gè)電子,為富π電子體系。sp2S

五元雜環(huán)為Π56

共軛體系，電荷密度比苯大，如以苯環(huán)上碳原子的電荷密度為標(biāo)準(zhǔn)（作為1），則五元雜環(huán)化合物的有效電荷分布為（以吡咯為例）：

五元雜環(huán)有芳香性，但其芳香性不如苯環(huán)，因環(huán)上的π電子云密度比苯環(huán)大，且分布不勻，它們?cè)谟H電取代反應(yīng)中的速率也比要苯快得多。111111NH0.681.101.06富電子芳雜環(huán)二、吡啶的結(jié)構(gòu)吡啶中氮原子采取不等性sp2雜化：

由于吡啶環(huán)中有6中心6電子的大π鍵，符合休克爾4n+2規(guī)則，所以吡啶環(huán)亦有芳香性。但由于鍵長(zhǎng)未完全平均化，其芳香性不及苯。14.2雜環(huán)化合物的結(jié)構(gòu)HHHHH②由于吡啶環(huán)中氮原子上的一對(duì)孤對(duì)電子與苯環(huán)共平面（填入sp2軌道中），不參與環(huán)狀共軛體系，所以這一對(duì)孤對(duì)電子很容易給出去從而表現(xiàn)出堿性。1111111.580.850.950.82π電子云向電負(fù)性較大的N原子轉(zhuǎn)移，使吡啶環(huán)上的電荷分布也是不均勻的。π電子云出現(xiàn)的幾率密度如下：吡啶環(huán)中C上π

電子云比苯低，這類芳雜環(huán)亦稱為“缺電子芳雜環(huán)”。在性質(zhì)上，親電取代、氧化變難，親核取代、還原變易；另外N

能給出其未共用電子對(duì)，具有一定程度的堿性，可成鹽。14.3雜環(huán)化合物的化學(xué)性質(zhì)1、呋喃、噻吩、吡咯的反應(yīng)芳香性(環(huán)的穩(wěn)定性)：苯>噻吩>吡咯>呋喃

雜環(huán)中的p電子云分布不象苯環(huán)那樣均勻，環(huán)的穩(wěn)定性因而不如苯。O的電負(fù)性(3.5)較大，故呋喃環(huán)p電子共軛程度較弱，芳香性最小。S的電負(fù)性(2.5)在三者中為最小，且S為第三周期元素，原子半徑較大，原子核對(duì)共軛p電子的吸引力較小，故噻吩環(huán)p電子共軛程度較大，芳香性在三者中是最大的。N的電負(fù)性(3.0)在O、S之間，故吡咯的芳香性介于呋喃與噻吩之間。五元雜環(huán)化合物——呋喃、噻吩、吡咯的反應(yīng)

為富電子芳雜環(huán)，親電取代比苯容易。親電取代活性：呋喃、吡咯>噻吩>苯

注意：這些雜環(huán)進(jìn)行親電取代反應(yīng)時(shí)，須用緩和的試劑在溫和的條件下進(jìn)行（遇強(qiáng)酸及氧化劑很容易使環(huán)破壞）。

親電取代反應(yīng)主要在α-位發(fā)生；若α-位兩個(gè)位置已有基團(tuán)存在，則親電取代在β位發(fā)生。(1)親電取代鹵代乙?；跛狨?CH3COONO2)，一種弱的硝化試劑，常在低溫下進(jìn)行硝化2－吡咯磺酸磺化(2)加成:(3)傅-克酰基化反應(yīng):(4)吡咯的弱堿性和弱酸性吡咯雖然是一個(gè)仲胺，但堿性很弱。

吡咯具有弱酸性，其酸性介與乙醇和苯酚之間。N原子上的H原子離解為H+的傾向增大－K++KOH(s)+H2O吡咯能與固體KOH加熱生成鹽：Question：吡咯加氫變成四氫吡咯 后，堿性為什么大大加強(qiáng)？催化加氫Kb：2.5×10-14

2×10-42、六元雜環(huán)化合物——吡啶的反應(yīng)堿性比較：脂肪胺>> >≈苯胺Kb：~10-5 2.3×10-93.6×10-10（1）、堿性與成鹽吡啶的環(huán)外有一對(duì)未作用的孤對(duì)電子，具有堿性，易接受親電試劑而成鹽。吡啶的堿性小于氨大于苯胺。Question：吡啶、吡咯、苯胺、哌啶四種化合物堿性強(qiáng)弱順序？

比苯難得多，吡啶不發(fā)生傅-克反應(yīng)。

親電取代主要發(fā)生在β-位上。

(2)親電取代吡啶環(huán)對(duì)氧化作用較苯環(huán)穩(wěn)定，而對(duì)還原劑比苯活潑。CH3HNO3或KMnO4，DCO2Hb-吡啶甲酸(煙酸)KMnO4，DCO2H(3)氧化與還原Na+C2H5OHH六氫吡啶(哌啶)(95%)H2/Pt,乙酸H3、稠雜環(huán)吲哚12345671258喹啉3467苯并吡咯苯并吡啶應(yīng)用：嘌呤

嘌呤在水溶液中可發(fā)生酮式-烯醇式互變異構(gòu)。在晶態(tài)時(shí)以7H-嘌呤存在。

1

7 939H-嘌呤

1

7

397H-嘌呤

61 5

724 839——有特定的編號(hào)6-氨基嘌呤NNNHNH2N嘌呤的取代衍生物:6-氨基嘌呤(腺嘌呤)2-氨基-6-羥基嘌呤(鳥(niǎo)嘌呤)2,6-二羥基嘌呤(黃嘌呤)NH2OHNH2OHHONH2OHNH2OHHONH2OHNH2OHHO

嘌呤是生物體內(nèi)的一種重要堿基其在人體內(nèi)的分解代謝產(chǎn)物就是尿酸。

痛風(fēng)百科名片痛風(fēng)（英語(yǔ)：gout，學(xué)名：metabolicarthritis）又稱“高尿酸血癥”，是人體內(nèi)有一種叫作嘌呤的物質(zhì)的新陳代謝發(fā)生了紊亂，尿酸（嘌呤的氧化代謝產(chǎn)物）的合成增加或排出減少，造成高尿酸血癥，當(dāng)血尿酸濃度過(guò)高時(shí)，尿酸即以鈉鹽的形式沉積在關(guān)節(jié)、軟組織、軟骨和腎臟中，引起組織的異物炎性反應(yīng)，就叫痛風(fēng)。14.4生物堿

生物堿是生物體內(nèi)一類具有一定生理活性的含氮有機(jī)化合物。多數(shù)屬于仲胺、叔胺和季銨類，少數(shù)為伯胺，常含氮雜環(huán)結(jié)構(gòu)，且多具有堿性。1：煙堿，尼古丁(nicotine)CH3存在于煙葉中，有劇毒。少量對(duì)中樞神經(jīng)有興奮作用，大量則抑制中樞神經(jīng)，出現(xiàn)惡心、嘔吐,使心臟麻痹以至死亡。1978年美國(guó)報(bào)告，1支煙含煙堿0.05~2.5mg.含吡啶環(huán)及四氫吡咯環(huán)幾種常見(jiàn)的生物堿:例2：可卡因(cocain)存在于大麻、鴉片中，為中樞神經(jīng)興奮劑，可致欣快癥。為成癮毒物。仲胺HN

CO2CH3HHO-C-C6H5

O例3：?jiǎn)岱?morphine)、可待因(codein)和海洛因(heroin)R=R1=H morphineR=CH3,R1=HcodeinR=R1=—CO-CH3

heroinNCH3R

OR1O叔胺

2.生物堿的沉淀反應(yīng):

生物堿可與生物堿試劑（如苦味酸、碘化汞鉀等）發(fā)生沉淀反應(yīng)。生物堿的一般性質(zhì):

1.一般性狀：多為無(wú)色或白色固體，少數(shù)為液體，味苦。大都有旋光性，且多為左旋。游離生物堿一般難溶于水易溶于有機(jī)溶劑，亦能溶于稀酸生成鹽，生物堿的鹽類則易溶于水難溶于有機(jī)溶劑。生物堿生物堿鹽H+OH-常用的生物堿沉淀試劑(反應(yīng)通常在酸性介質(zhì)中進(jìn)行)Dragendorff

碘化鉍鉀

BiI3·KIB·BiI3·HI

多為紅棕色Hager試劑苦味酸

2,4,6-三硝基苯酚 BH+

-O-Ph(NO2)3

晶型SonnenSchein磷鉬酸

H3PO4·12MoO3 3B·H3PO4·12MoO3H2O

白->黃褐 加氨水變蘭Mayer試劑碘化汞鉀

HgI2·2KIB·HgI2·2KI白色(過(guò)量則溶)

名 稱 試劑組成 沉淀組成現(xiàn)象

3.生物堿的顯色反應(yīng)：生物堿可與某些試劑發(fā)生特殊的顯色反應(yīng)。常用的顏色反應(yīng)試劑有：硫酸，硝酸，鹽酸、甲醛，氨水等。其反應(yīng)機(jī)理可能包括氧化、脫水、縮合等反應(yīng)。利用生物堿的沉淀反應(yīng)和顯色反應(yīng)可鑒別生物堿。

阿托品紅色嗎啡1%釩酸銨的濃H2SO4

棕色可卡因

蘭色本雜環(huán)的命名譯音＋“口”旁呋喃、噻吩、吡咯 結(jié)構(gòu)：5原子6電子環(huán)π鍵/