雜環(huán)化合物與生物堿

雜環(huán)化合物與生物堿第一頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期六本章講解：1、雜環(huán)化合物的分類與命名——掌握2、雜環(huán)化合物的結構——理解3、雜環(huán)化合物的化學性質——理解4、生物堿——了解第二頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期六14.1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。原則上二價以上的元素都可以成為雜原子，但最常見的是O、S和N。但不包括極易開環(huán)的含雜原子的環(huán)狀化合物：內酐、內酯、內酰胺等

因其性質與相應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-H第三頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期六14.1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)內有4n+2個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

哌啶四氫呋喃第四頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期六常見的雜環(huán)化合物如下：√√√√第五頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期六常見的雜環(huán)化合物如下：√√第六頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期六14.1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。第七頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期六

咪唑噻唑噁唑嘧啶

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

順序編號。第八頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期六14.2雜環(huán)化合物的結構一、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)類似的結構。吡咯()：第九頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期六14.2雜環(huán)化合物的結構環(huán)狀離域的大π鍵,5個原子共用6個電子,為富π電子體系。第十頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期六14.2雜環(huán)化合物的結構呋喃()：噻吩()具有與呋喃相似的結構。第十一頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期六14.2雜環(huán)化合物的結構呋喃環(huán)中的雜原子O(噻吩中為S)的1個sp2雜化軌道上有一對未共用電子對。環(huán)狀離域的大π鍵,5個原子共用6個電子,為富π電子體系。sp2S第十二頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期六

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準（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，它們在親電取代反應中的速率也比要苯快得多。111111NH0.681.101.06富電子芳雜環(huán)第十三頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期六二、吡啶的結構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。但由于鍵長未完全平均化，其芳香性不及苯。第十四頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期六14.2雜環(huán)化合物的結構HHHHH②由于吡啶環(huán)中氮原子上的一對孤對電子與苯環(huán)共平面（填入sp2軌道中），不參與環(huán)狀共軛體系，所以這一對孤對電子很容易給出去從而表現(xiàn)出堿性。第十五頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期六1111111.580.850.950.82π電子云向電負性較大的N原子轉移，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，具有一定程度的堿性，可成鹽。第十六頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期六14.3雜環(huán)化合物的化學性質1、呋喃、噻吩、吡咯的反應芳香性(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的電負性(3.0)在O、S之間，故吡咯的芳香性介于呋喃與噻吩之間。第十七頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期六五元雜環(huán)化合物——呋喃、噻吩、吡咯的反應

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)進行親電取代反應時，須用緩和的試劑在溫和的條件下進行（遇強酸及氧化劑很容易使環(huán)破壞）。

親電取代反應主要在α-位發(fā)生；若α-位兩個位置已有基團存在，則親電取代在β位發(fā)生。第十八頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期六(1)親電取代鹵代第十九頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期六乙酰基硝酸酯(CH3COONO2)，一種弱的硝化試劑，常在低溫下進行硝化第二十頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期六2－吡咯磺酸磺化第二十一頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期六(2)加成:第二十二頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期六(3)傅-克?；磻?第二十三頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期六(4)吡咯的弱堿性和弱酸性吡咯雖然是一個仲胺，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+的傾向增大第二十四頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期六－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？催化加氫Kb：2.5×10-14

2×10-4第二十五頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期六2、六元雜環(huán)化合物——吡啶的反應堿性比較：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)外有一對未作用的孤對電子，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弱順序？第二十六頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期六第二十七頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期六

比苯難得多，吡啶不發(fā)生傅-克反應。

親電取代主要發(fā)生在β-位上。

(2)親電取代第二十八頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期六吡啶環(huán)對氧化作用較苯環(huán)穩(wěn)定，而對還原劑比苯活潑。CH3HNO3或KMnO4，DCO2Hb-吡啶甲酸(煙酸)KMnO4，DCO2H(3)氧化與還原第二十九頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期六Na+C2H5OHH六氫吡啶(哌啶)(95%)H2/Pt,乙酸H第三十頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期六3、稠雜環(huán)吲哚12345671258喹啉3467苯并吡咯苯并吡啶第三十一頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期六應用：第三十二頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期六嘌呤

嘌呤在水溶液中可發(fā)生酮式-烯醇式互變異構。在晶態(tài)時以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6-氨基嘌呤NNNHNH2N第三十三頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期六嘌呤的取代衍生物:6-氨基嘌呤(腺嘌呤)2-氨基-6-羥基嘌呤(鳥嘌呤)2,6-二羥基嘌呤(黃嘌呤)NH2OHNH2OHHONH2OHNH2OHHONH2OHNH2OHHO

嘌呤是生物體內的一種重要堿基其在人體內的分解代謝產物就是尿酸。

第三十四頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期六痛風百科名片痛風（英語：gout，學名：metabolicarthritis）又稱“高尿酸血癥”，是人體內有一種叫作嘌呤的物質的新陳代謝發(fā)生了紊亂，尿酸（嘌呤的氧化代謝產物）的合成增加或排出減少，造成高尿酸血癥，當血尿酸濃度過高時，尿酸即以鈉鹽的形式沉積在關節(jié)、軟組織、軟骨和腎臟中，引起組織的異物炎性反應，就叫痛風。第三十五頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期六14.4生物堿

生物堿是生物體內一類具有一定生理活性的含氮有機化合物。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)結構，且多具有堿性。1：煙堿，尼古丁(nicotine)CH3存在于煙葉中，有劇毒。少量對中樞神經有興奮作用，大量則抑制中樞神經，出現(xiàn)惡心、嘔吐,使心臟麻痹以至死亡。1978年美國報告，1支煙含煙堿0.05~2.5mg.含吡啶環(huán)及四氫吡咯環(huán)幾種常見的生物堿:第三十六頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期六例2：可卡因(cocain)存在于大麻、鴉片中，為中樞神經興奮劑，可致欣快癥。為成癮毒物。仲胺HN

CO2CH3HHO-C-C6H5

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

heroinNCH3R

OR1O叔胺第三十七頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期六

2.生物堿的沉淀反應:

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。生物堿的一般性質:

1.一般性狀：多為無色或白色固體，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溶劑。生物堿生物堿鹽H+OH-第三十八頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期六常用的生物堿沉淀試劑(反應通常在酸性介質中進行)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