第十四章芳香雜環(huán)化合物

Ａromaticｈeterocyclesandvitamin

第十四章

芳香雜環(huán)化合物和維生素

第一節(jié)芳香雜環(huán)化合物一分類和命名二芳香六元雜環(huán)三芳香五元雜環(huán)四稠雜環(huán)化合物*第二節(jié)維生素一維生素概述二脂溶性維生素三水溶性維生素教學(xué)要求：掌握常見的五員與六員雜環(huán)的電子結(jié)構(gòu)、芳香性、反應(yīng)特征。了解一些重要的衍生物。教學(xué)內(nèi)容：

芳香雜環(huán)化合物的概念、分類和命名方法。五員雜環(huán)（吡咯、呋喃、噻吩）的結(jié)構(gòu)特征和化學(xué)性質(zhì)，如酸堿性、親電取代反應(yīng)，簡介咪唑的結(jié)構(gòu)和功能。以吡啶為代表，介紹六員雜環(huán)化合物的電子結(jié)構(gòu)、芳香性和化學(xué)性質(zhì)。簡單介紹嘧啶及稠合的稠雜環(huán)化合物。

在環(huán)狀有機(jī)化合物中除了C原子外，還有其他原子如O、S、N等環(huán)狀有機(jī)化合物，稱為雜環(huán)化合物.O、S、N等原子稱為雜原子．依據(jù)上述定義，雜環(huán)化合物應(yīng)該包括酸酐、內(nèi)酯、環(huán)內(nèi)酰胺等。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(簡稱為芳香雜環(huán)化合物)及其氫化產(chǎn)物作為研究對象。酸酐內(nèi)酯內(nèi)酰胺雜環(huán)化合物是有機(jī)化合物中極為重要的一類。它們廣泛分布于自然界，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)第一節(jié)、分類和命名ClassificationandNomenclature一.分類１．雜環(huán)化合物一般可分為單環(huán)（又分為五元雜環(huán)和六元雜環(huán)）和稠環(huán)（又分為芳香稠雜環(huán)和稠雜環(huán)）二類。２．依據(jù)環(huán)中的雜原子數(shù)目分為一個(gè)，二個(gè)或多個(gè)雜原子的雜環(huán)化合物二.命名１．音譯法外文諧音加“口”字。Furan呋喃Pyrrole

吡咯Thiophene

噻吩Imidazole

咪唑Thiazole

噻唑Pyridine

吡啶Pyridazine

噠嗪Pyrimidine

嘧啶Indole

吲哚Quinoline

喹啉注意：a.雜環(huán)上有取代基時(shí),取代基的位次從雜原子開始，依次用1,2,3,4,…..或a,b,g,…..編號(hào)。2,5-二甲呋喃a,a’-二甲呋喃3-甲基噻吩b-甲基噻吩2-乙?；量゛-乙?；量゜.若雜環(huán)上有兩個(gè)以上不同雜原子時(shí)，則從O、S、N的順序編號(hào)；若有兩個(gè)相同雜原子時(shí)，應(yīng)從連有H原子或取代基的開始編號(hào)。編號(hào)時(shí)取雜原子位次之和最小。4-甲基噻唑2,4,二甲基咪唑4-氨基嘧啶２．系統(tǒng)命名法:依據(jù)相應(yīng)的碳環(huán)來命名。如五元環(huán)相應(yīng)碳環(huán)為“茂”,六元環(huán)相應(yīng)是苯。氧雜茂氮雜茂硫雜茂氮雜苯第二節(jié)芳香六元雜環(huán)化合物六元雜環(huán)化合物中最重要的是吡啶和嘧啶.一、吡啶（一）結(jié)構(gòu)與苯相似,N原子的一個(gè)sp2雜化軌道上有一對孤電子對,孤電子對不參與共軛!結(jié)構(gòu)參數(shù)與電荷分布

數(shù)據(jù)表明：吡啶環(huán)中因N原子電負(fù)性較大，其電荷分布不均勻，鍵長沒有完全平均化。又因氮原子上電子云密度大而具有堿性。共軛效應(yīng)和誘導(dǎo)效應(yīng)都是吸電子的（二）性質(zhì)1、水溶性

吡啶是極性分子，氮原子上有一對孤對電子能與水形成氫鍵，所以吡啶能與水互溶。但吡啶環(huán)上引入氨基或羥基后，水溶性顯著降低。反應(yīng)性：堿性較強(qiáng)。環(huán)不易發(fā)生親電取代反應(yīng)但易發(fā)生親核取代反應(yīng)。發(fā)生親電取代反應(yīng)時(shí)，環(huán)上N起間位定位基的作用。發(fā)生親核取代反應(yīng)時(shí)，環(huán)上N起鄰對位定位基的作用。吡啶不僅能與水以任意比例混溶,又能溶解大多數(shù)極性或非極性有機(jī)化合物,甚至許多無機(jī)鹽類,是一個(gè)良好的溶劑。2、堿性及其成鹽吡啶N是sp2雜化，孤電子對不參與共軛，可以與質(zhì)子結(jié)合或給出電子，顯弱堿性。吡啶＞吡咯三甲胺＞吡啶＞苯胺

PKb4.28.89.4

苯胺分子中的氮原子上的未共用的電子對和苯環(huán)產(chǎn)生p-π，使N原子上的電子云密度減小，而吡啶分子中N原子上的未共用的電子對，不參與環(huán)上的共軛體系，所以吡啶的堿性比苯胺強(qiáng)。由于吡啶分子中氮原子的未共用的電子對處于sp2雜化軌道上，而脂肪胺分子中氮原子的未共用的電子對處于sp3雜化軌道上。sp2雜化軌道s成份大于sp3雜化軌道s成份，離核近，電子更靠近核，不容易與質(zhì)子結(jié)合，所以吡啶的堿性比脂肪胺弱。

3、親電取代比苯難··進(jìn)入吡啶環(huán)的β位···H+介質(zhì)對親電取代不利4、親核取代比苯容易··進(jìn)入α位

5、氧化吡啶環(huán)對氧化劑穩(wěn)定

-吡啶甲酸(煙酸)6、還原較苯容易（三）來源和制備吡啶又稱氮雜苯。最初由干餾動(dòng)物的骨骼得到，其衍生物廣泛存于自然界，例維生素PP、維生素B6。輔酶Ⅰ及輔酶Ⅱ也含有吡啶環(huán)。工業(yè)上從煤焦油提取吡啶和甲基吡啶。一些生物堿中常含有吡啶或氫化吡啶環(huán)。煙堿新煙堿古柯堿(可卡因)

吡啶的重要衍生物有維生素、異煙肼（抗結(jié)核藥物）等。

煙酸煙酰胺異煙肼(雷米封)二、嘧啶及其衍生物嘧啶嘧啶性質(zhì)①

無色結(jié)晶，熔點(diǎn)22℃，易溶于水。②

堿性比吡啶弱得多。③

親電取代反應(yīng)比吡啶困難。④

親核取代反應(yīng)比吡啶容易。尿嘧啶(U)胞嘧啶(C)胸腺嘧啶(T)

--——吡咯、呋喃、噻吩第三節(jié)芳香五元雜環(huán)化合物一、結(jié)構(gòu)1、經(jīng)典結(jié)構(gòu)

2、分子結(jié)構(gòu)現(xiàn)代物理方法證明：①呋喃、吡咯、噻吩是一個(gè)平面結(jié)構(gòu)。②環(huán)上的C原子和雜原子都是以SP2雜化軌道成鍵的。③五個(gè)沒有雜化的P軌道垂直于環(huán)平面，形成閉合共軛體系。④雜原子上的孤對電子參與共軛形成共軛體系，屬于富電子芳環(huán)（5原子6電子體系）。⑤環(huán)形π電子分布于雜環(huán)平面的上、下兩方。3．芳香性①符合休克爾規(guī)則，π電子數(shù)為6。②芳香性比較（易取代、難加成、難氧化）：苯＞噻吩＞吡咯＞呋喃（O、S、N原子電負(fù)性比C大，雜環(huán)上的π電子云密度不像苯環(huán)那樣均勻）③環(huán)的穩(wěn)定性：苯＞

噻吩＞

吡咯＞呋喃

飽和化合物鍵長：（一）物理性質(zhì)A.呋喃：無色液體，存于松木焦油中,b.p.31.36oC.遇鹽酸浸濕的松木片呈綠色。B.噻吩：無色有特殊氣味的液體，存于煤焦油中,b.p.84.16oC.與吲哚醌在硫酸作用下顯蘭色。C.吡咯：無色液體，存于煤焦油和骨焦油中,b.p.130~131oC.遇鹽酸浸濕的松木片呈紅色。

（二）化學(xué)性質(zhì)都能溶于有機(jī)溶劑,水溶解度都小于六元雜環(huán)吡啶溶解度順序?yàn)椋哼量┅冞秽冟绶?/p>

五元雜環(huán)化合物是5原子6電子的體系，環(huán)上電子云密度比苯環(huán)上的大,故比苯更容易發(fā)生親電取代反應(yīng)，且一般發(fā)生在a-位上?？偟姆磻?yīng)活性吡咯>呋喃>噻吩>苯二、五元雜環(huán)化合物的性質(zhì)（1）弱酸性吡咯N原子上的H原子都有微弱的酸性酸性比較：苯酚＞吡咯＞乙醇

Ka1.3*10-1010-1510-18

1、吡咯的弱酸、弱堿性（2）弱堿性苯胺＞吡咯

Kb3.8*10-102.5*10-14緩A、親電取代反應(yīng)的活性：吡咯＞呋喃＞噻吩＞＞苯2、親電取代反應(yīng)鹵代：B、親電基團(tuán)一般進(jìn)入雜原子的鄰位α-位上的電子云密度較其它位大。硝化：

乙酰硝酸酯是較為溫和的試劑，用時(shí)臨時(shí)制備?；腔?/p>

噻吩在室溫下可直接磺化，生成溶于水的α-噻吩磺酸。這個(gè)反應(yīng)常用來除去粗苯中的噻吩。吡咯和呋喃對酸敏感，吡咯在酸性條件下易聚合；呋喃遇酸要開環(huán)，故需與吡啶三氧化硫?yàn)榛腔瘎Ｈ?、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)。雷族化合物

四個(gè)吡咯環(huán)和四個(gè)次甲基交替相連組成的大環(huán)叫卟吩，是卟啉化合物的母體，是一個(gè)大共軛體系。葉綠素血紅素四、噻唑與咪唑1、噻唑:又稱1,3-硫氮雜茂,其衍生物廣泛存于自然界中.如VB1噻唑是穩(wěn)定的環(huán)，可看做噻吩3位的CH被氮原子取代而生成的雜環(huán)化合物。5個(gè)成環(huán)原子均為SP2雜化成鍵，5個(gè)成環(huán)原子均提供一個(gè)P電子，形成環(huán)狀閉合大π鍵，π電子數(shù)6，具有芳香性。

噻唑?yàn)闊o色有吡啶氣味的液體，b.p.117oC,與水混溶.環(huán)上的氮原子有堿性,化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不易發(fā)生親電取代反應(yīng)。2、咪唑：是吡唑的同分異構(gòu)體，又稱1,3-二氮雜茂。許多重要的天然產(chǎn)物是咪唑的衍生物，如組氨酸：a-氨基-b-(4-咪唑基)丙酸青霉素G中四元環(huán)內(nèi)酰胺很不穩(wěn)定，對酸、堿都很敏感，特別容易被酸水解?？诜笤谖钢兴猓聝?nèi)酰胺的四元環(huán)打開而失效，現(xiàn)口服青霉素就是將其中-CH2C6H5換為咪唑可看做吡咯3位的CH被氮原子取代而成的雜環(huán)化合物。3位氮原子與1位氮原子不同，1位氮以一對P電子參與共軛，而3位氮以一個(gè)P電子參與共軛，形成環(huán)壯閉合大π鍵，π電子數(shù)6，符合休克爾規(guī)則，有芳香性。性質(zhì)：1、堿性比噻唑，吡咯強(qiáng)。（3位氮原子上孤對電子）可與強(qiáng)酸生成穩(wěn)定的鹽。

咪唑因分子間可形成氫鍵,故熔點(diǎn)、沸點(diǎn)較高，且與水互溶.同時(shí)分子具有堿性，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，有互變異構(gòu)現(xiàn)象。

2、有微弱的酸性

3、

易發(fā)生親電取代反應(yīng)4、互變異構(gòu)現(xiàn)象4-甲基咪唑與5-甲基咪唑是同一化合物!自然界中的咪唑環(huán)

第四節(jié)稠雜環(huán)化合物稠雜環(huán)又分為芳香稠雜環(huán)和稠雜環(huán)。常見的稠雜環(huán)吲哚、喹啉、嘌呤等。1、吲哚:又稱氮雜茚或稱苯并吡咯。其衍生物在自然界中分布很廣.吲哚色氨酸b-吲哚乙酸

吲哚為結(jié)晶固體，能溶于熱水.純吲哚有臭味,但稀釋10000倍后則具有香味,可用于香料。糞臭素重要代表物：b-羥基吲哚和靛藍(lán)(即植物染料)，靛藍(lán)是我國古代重要的蘭色染料。靛藍(lán)b-羥基吲哚吲哚2、喹啉喹啉異喹啉

又名氮雜萘,存于煤焦油中。具有抗癌作用的喜樹堿分子中就含有喹啉環(huán)。喜樹堿：抗癌、治療腸癌、胃癌、白血病。喹啉本身具有抗瘧疾作用。性質(zhì):無色油狀液體,有特殊氣味，b.p.238oC,不溶于水。弱減性，親電取代反應(yīng)進(jìn)入苯環(huán)，親核取代反應(yīng)進(jìn)入吡啶環(huán)。9H-嘌呤7H-嘌呤3、嘌呤由嘧啶環(huán)和咪唑環(huán)稠合而成。

嘌呤為無色晶體，m.p216~217℃，易溶于水，其水溶液呈中性，但能與酸或堿成鹽，嘌呤是一對互變異構(gòu)體的平衡體系。純嘌呤環(huán)在自然界不存在，嘌呤的衍生物廣泛存在于動(dòng)植物體內(nèi)。尿酸：存在于鳥類及爬蟲類的排泄物中，含量很多，人尿中也含少量。尿酸在體內(nèi)以鹽的形式存在，溶解度較大，由尿排出，健康人每天排泄量0.5-1g。嘌呤代謝發(fā)生障礙時(shí)，血和尿中尿酸量增加，嚴(yán)重時(shí)形成尿結(jié)石。血中尿酸含量過多，可沉積在關(guān)節(jié)處，嚴(yán)重者導(dǎo)致痛風(fēng)?。↑S嘌呤：

存在于茶葉及動(dòng)植物組織和人尿中?？Х葔A、茶堿和可可堿：

三者都是黃嘌呤的甲基衍生物，存在于茶葉、咖啡和可可中，它們有興奮中樞作用，其中以咖啡堿的作用最強(qiáng)。腺嘌呤（A）鳥嘌呤（G）次黃嘌呤黃嘌呤尿酸腺嘌呤和鳥嘌呤均為核酸的堿基。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，存在于動(dòng)物肝、血和尿中。*維生素一、維生素概述1.定義維持正常生命活動(dòng)所必需的一類小分子有機(jī)化合物2.特點(diǎn)既不供給能量，也不構(gòu)成組織成分體內(nèi)不能合成或合成甚微，必須由食物供給需要量很少(μg—mg/d),但不可缺少3.功能參與體內(nèi)物質(zhì)代謝與調(diào)節(jié)參與輔酶組成4.分類

脂溶性維生素：A、D、E、K。此類維生素因排泄效率不高，過多攝入會(huì)在體內(nèi)蓄積而導(dǎo)致中毒

水溶性維生素：B族、維生素C、維生素P等

5.命名

按生理功能和發(fā)現(xiàn)先后：A、B、C、D等

根據(jù)化學(xué)結(jié)構(gòu)：初發(fā)現(xiàn)時(shí)以為是一種，以后證實(shí)是幾種維生素的混合物，則根據(jù)化學(xué)結(jié)構(gòu)的不同在字母右下方注以1、2、3等，如A1

二、脂溶性維生素（一）維生素A1.結(jié)構(gòu)維生素A1

維生素A2

2.功能

構(gòu)成視覺細(xì)胞內(nèi)感光物質(zhì)維持上皮組織結(jié)構(gòu)的完整,促進(jìn)上皮細(xì)胞糖蛋白的合成參與皮質(zhì)激素、性激素合成及骨組織形成，促進(jìn)生長發(fā)育防癌作用：刺激體液及細(xì)胞免疫

VA缺乏：粘膜干燥，干眼病；VA過量:惡心、頭痛、皮疹

3.來源動(dòng)物性食品：肝、蛋黃、奶油植物性食品：類胡蘿卜素（維生素A原—本身不具 有VA活性，但在體內(nèi)可轉(zhuǎn)變?yōu)閂A的物質(zhì)）（二）維生素E（生育酚）1.結(jié)構(gòu)

-生育酚

2.功能參與多種酶活動(dòng)，維持和促進(jìn)生殖機(jī)能

天然抗氧化劑、抗衰老、防癌及增強(qiáng)免疫作用3.來源

植物油.麥胚,硬果,種子類,豆類,谷類（三）維生素K

1.結(jié)構(gòu)維生素K1

維生素K2

2、功能促進(jìn)凝血因子形成，加速血液凝固。

維生素K缺乏會(huì)導(dǎo)致凝血功能障礙,出現(xiàn)全身多部位出血甚至顱內(nèi)出血。3.來源深綠色蔬菜,富含乳酸菌的食品及肉、蛋等三、水溶性維生素水溶性維生素包括B族維生素和維生素C、維生素P等。B族維生素包括維生素B1、維生素B2、煙酸和煙酰胺、泛酸、維生素B6、生物素、葉酸和維生素B12等。水溶性維生素在組織內(nèi)濃度恒定,構(gòu)成輔酶成分，參與物質(zhì)代謝。無中毒癥,過多即隨尿排出。（一）維生素B1

（硫胺素）1.結(jié)構(gòu)

含S、-NH2鹽酸硫胺素2.功能

參與糖的代謝；促進(jìn)能量代謝；維持神經(jīng)與消化系統(tǒng)的正常功能。長期攝入不足會(huì)出現(xiàn)周圍神經(jīng)炎、浮腫、心肌變性、情緒急躁、精神惶恐、健忘等3.來源

谷類、豆類、酵母、干果、動(dòng)物內(nèi)臟、蛋類、瘦肉、乳類、蔬菜、水果等

（二）維生素B2（稱核黃素，riboflavin）

1.結(jié)構(gòu)2.功能促進(jìn)糖、脂肪和蛋白質(zhì)的代謝；維持皮膚、粘膜、視覺的正常機(jī)能。B2缺乏可引起口角炎、舌炎、口腔炎、眼結(jié)膜炎、脂溢性皮炎和視覺模糊等3.來源

奶類、動(dòng)物肝腎、蛋黃、魚，胡蘿卜、香菇、紫菜、芹菜、柑、橘等（三）維生素PP（預(yù)防癩皮病因子）

1.結(jié)構(gòu)煙酸煙酰胺2.功能脫氫酶的輔酶;參與糖、脂類、丙酮酸代謝、及高能磷酸鍵的形成等。維pp缺乏可致癩皮病。3.來源

動(dòng)物肝腎、瘦肉、魚、卵、麥制品、花生、梨、棗、無花果等（四）泛酸(pantothenicacid)

1.結(jié)構(gòu)2.功能參與輔酶A的形成，是酶的轉(zhuǎn)酰基輔因子。

輕度缺乏可致疲乏、食欲差、消化不良等。重度缺乏可致肌肉協(xié)調(diào)性差;肌肉及胃腸痙攣等

3.來源肉類、動(dòng)物腎臟與心臟、谷類、麥芽、綠葉蔬菜、啤酒酵母、堅(jiān)果、糖蜜等

（五）維生素B61.結(jié)構(gòu)吡哆醇吡哆醛吡哆胺2.功能轉(zhuǎn)氨酶及脫羧酶的輔酶,鎮(zhèn)吐。缺乏時(shí)可致嘔吐、中樞神經(jīng)興奮等

3.來源牛乳、肉、肝、蛋黃、谷物和蔬菜等

（六）生物素1.結(jié)構(gòu)2.功能羧化酶的輔酶，脂肪和蛋白質(zhì)正常代謝不可缺少的物質(zhì)。

缺乏時(shí)可致發(fā)育緩慢、皮