醫(yī)學(xué)有機(jī)化學(xué)第十一章雜環(huán)化合物

第十一章雜環(huán)化合物90%以上藥物和60%以上的有機(jī)化合物為雜環(huán)化合物。葉綠素（它為植物提供綠色）血紅素(它賦予血液以鮮紅的顏色)花色素使得鮮花呈現(xiàn)五彩繽紛的色彩，它們都是雜環(huán)化合物核酸中的雜環(huán)（嘧啶和嘌呤）部分對DNA的復(fù)制起著至關(guān)重要的作用并使生命得以代代相傳，基因代代延續(xù)；雜環(huán)化合物通常是酶和輔酶中催化生化反應(yīng)的活性部位。正是由于其存在，自然萬物才有了勃勃生機(jī)。1雜環(huán)化合物2定義：成環(huán)原子中除碳原子外還含有非碳原子的有機(jī)化合物。3雜原子：環(huán)中的非碳原子。常見的雜原子有：O、S、N。4第一節(jié)雜環(huán)化合物的分類和命名非芳香雜環(huán)：環(huán)醚、內(nèi)酯、交酯、環(huán)狀酸酐、內(nèi)酰胺等。如：芳香雜環(huán)：雜環(huán)化合物分為芳香雜環(huán)和非芳香雜環(huán)兩類一、雜環(huán)化合物的分類呋喃（furan)噻吩（thiophene)吡咯（pyrrole)吡唑咪唑噁唑噻唑吡啶（pyridine)γ-吡喃噠嗪嘧啶吡嗪612345123456二、命名：音譯法：“口”字旁+英文譯音。喹啉異喹啉吲哚嘌呤1、當(dāng)環(huán)上有取代基時：一般以雜環(huán)為“母體”。編號原則：①含一個雜原子時：把雜原子作1號，沿著使取代基編號最小的方向用阿拉伯?dāng)?shù)字給環(huán)編號；或用希臘字母編號，與雜原子相連的碳為α-位，依次為β-，γ-位。2-甲基呋喃α-甲基呋喃3-硝基吡咯β-硝基吡咯4-丙基吡啶γ-丙基吡啶3-甲基異喹啉含多個雜原子時：按O，S，NH，N的順序使雜原子的編號最小。有固定編號的例外。01026-氨基嘌呤2、當(dāng)側(cè)鏈為羧基、磺酸基、醛基等時：一般把雜環(huán)作取代基。2-呋喃甲醛（糠醛）3-吡啶甲酸3-甲基異喹啉第二節(jié)五元雜環(huán)化合物一、吡咯、呋喃和噻吩的結(jié)構(gòu)吡咯、呋喃和噻吩這三個化合物都是平面型分子。碳原子與雜原子均以sp2雜化，并以σ鍵相互連接構(gòu)成五元環(huán)。每個碳原子和雜原子都剩下一個未參與雜化的p軌道，互相平行。碳原子的p軌道有一個p電子，而雜原子的p軌道有2個p電子，形成了一個環(huán)型封閉的6π電子共軛體系，π電子數(shù)符合休克爾（Hückel）規(guī)則。因此，呋喃、噻吩、吡咯都表現(xiàn)出與苯相似的芳香性。在呋喃、噻吩、吡咯分子中，由于雜原子的未共用電子對參與了共軛（6個π電子分布在由5個原子組成的分子軌道中），使環(huán)上的電子云密度增加，因此環(huán)中碳原子的電子云密度相對地大于苯中碳原子的電子云密度，所以此類雜環(huán)稱為富電子芳雜環(huán)或多π電子芳雜環(huán)。比苯容易進(jìn)行親電取代。01由于雜原子氧、硫、氮的電負(fù)性比碳原子大，使得環(huán)上電子云密度分布不象苯環(huán)那樣均勻，所以呋喃、噻吩、吡咯分子中各原子間的鍵長并不完全相等，因此其芳香性比苯差。由于雜原子的電負(fù)性強(qiáng)弱順序是：氧＞氮＞硫，所以芳香性強(qiáng)弱順序如下：苯＞噻吩＞吡咯＞呋喃。02呋喃存在于松木焦油中，其蒸氣遇到浸過鹽酸的松木片時呈綠色，叫做松木片反應(yīng)。此現(xiàn)象可用來鑒定呋喃。噻吩存在于煤焦油的粗苯及石油中，在濃硫酸存在下，與吲哚醌一同加熱顯示藍(lán)色，反應(yīng)靈敏?？捎脕頇z驗(yàn)噻吩。吡咯存在于煤焦油和骨焦油中，其蒸氣或其醇溶液能使浸過鹽酸的松木片呈紅色，此反應(yīng)可用來鑒定吡咯。、吡咯呋喃和噻吩的性質(zhì)吡咯具有一定的酸性（pKa=17.5)原因：N的給電子共軛效應(yīng)，使得N上的電子云密度降低，N-H鍵的極性增加。、吡咯的酸堿性吡咯是一種很弱的堿（pKb=13.6)原因：N上的一對電子參與了共軛。親電取代反應(yīng)的位置：主要是α位。原因：α位的電子云密度高。18118溴代反應(yīng)的相對活性3×106×105×101㈡、親電取代反應(yīng)鹵化吡咯、呋喃、噻吩的鹵代不需要催化劑，在較低溫度下就能進(jìn)行。硝化吡咯、呋喃、噻吩遇強(qiáng)酸及氧化劑很容易使環(huán)破壞，所以其硝化反應(yīng)需要在比較溫和的條件下進(jìn)行磺化呋喃、吡咯必須用吡啶的三氧化硫加合物作為磺化劑，噻吩可直接用硫酸磺化。4)傅-克酰化反應(yīng)呋喃、吡咯和噻吩用酸酐或酰氯在傅氏催化劑作用下發(fā)生?；磻?yīng)。（三）、加成反應(yīng)三、吡咯的衍生物吡咯存在于煤焦油和骨油中，無色液體，有弱的苯胺味。其衍生物廣泛存在于自然界中。如：血紅素、葉綠素、VB12及各種生物堿。卟吩卟吩環(huán)是卟啉化合物的母體，具有芳香性。葉綠素和血紅素都是卟啉化合物。銅可取代鎂，仍顯綠色，且更穩(wěn)定。常用來浸制植物標(biāo)本。CO與血紅蛋白配合的能力比氧大200倍！血紅素活性酶01無活性酶02青霉素03青霉素04環(huán)中的五個碳原子和一個氮原子均以sp2雜化軌道相互重疊形成σ鍵，每個原子提供一個p軌道相互平行形成大π鍵。符合Hückel規(guī)則，具有芳香性。1在吡啶的分子中，由于氮原子電負(fù)性大于碳原子，電子云向氮原子偏移，使得環(huán)上的電子云密度分布不均，所以其芳香性比苯差，由于氮原子的吸電子作用，使吡啶環(huán)上碳原子的電子云密度相對降低，因此環(huán)中碳原子的電子云密度相對地小于苯中碳原子的電子云密度，所以此類雜環(huán)稱為缺電子芳雜環(huán)。2第二節(jié)芳香六元雜環(huán)一、吡啶的結(jié)構(gòu)二、吡啶的性質(zhì)(一)水溶性原因：N上的孤電子對未參加共軛。堿性順序：脂肪胺＞氨氣＞吡啶＞苯胺＞吡咯

pKb:4.88.89.413.6能與水互溶（其氮原子上的一對未公用電子對能與水形成氫鍵）(二)堿性親電取代反應(yīng)位置：β位。原因：β位電子云密度較大。011親電取代02(三)、親電取代與親核取代反應(yīng)2、親核取代反應(yīng)當(dāng)α和γ位有好的離去基團(tuán)（鹵素，硝基等）時，弱的親核試劑（NH3，H2O等）就能反應(yīng)。親核取代反應(yīng)的位置：α位和γ位，特別是α位。原因：α位和γ位電子云密度低(四)、氧化與還原吡啶環(huán)比苯環(huán)難氧化，環(huán)上連有烴基時，側(cè)鏈可被氧化吡啶還原后生成飽和的仲胺哌啶嘧啶及其衍生物無色固體，熔點(diǎn)22℃，易溶于水，有弱堿性。胞嘧啶（C）（4-氨基-2-羥基嘧啶）存在于DNA中尿嘧啶（U）（2，4-二羥基嘧啶）存在于RNA中胸腺嘧啶（T）（5-甲基-2，4-二羥基嘧啶）存在于DNA中白色的固體，熔點(diǎn)216~217℃，易溶于水。嘌呤呈中性，可與酸和堿成鹽。9H-嘌呤7H-嘌呤第四節(jié)稠雜環(huán)化合物嘌呤鳥嘌呤（G）（2-氨基-6-羥基嘌呤）二、嘌呤的衍生物1、腺嘌呤和鳥嘌呤（RNA和DNA中