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1、1,第十五章 杂环化合物和生物碱,基础化学教研室：王军 Tel:2983612 Email： 密码： 123456WJ(大写）,2,第十五章 杂环化合物和生物碱,第一节 杂环化合物,一、杂环化合物的分类,二、杂环化合物的命名,三、五元杂环化合物,四、六元杂环化合物,五、稠杂环化合物,第二节 生物碱,3,杂环化合物教学要求,教学要求 掌握 杂环母体及衍生物命名法。 五元单杂环（吡咯、呋喃、噻吩）结构，化学性质。 六元杂环吡啶结构，化学性质。 喹啉命名化学性质及合成方法。 吡唑、咪唑、噁唑 、异噁唑 、噻唑结构和命名； 吲哚、嘌呤的结构和命名。,熟悉：各杂环化合物物理性质，含氧六元杂环、含两个杂原
2、子的五、六元杂环的性质。,了解：各杂环化合物衍生物及其生理作用。,4,由碳原子和非碳原子构成的环状有机化合物称为杂环化合物(heterocyclic compounds) 。,内酯、交酯、环醚、环状酰胺、内酰胺等在性质上与相应的开链化合物相似，不列入杂环化合物中讨论。,第一节 杂环化合物,5,本章讨论的杂环化合物主要指环系较稳定，包括杂原子在内的环是平面型，环内有4n+2个p电子处于环闭共轭体系中，统称为芳(香)杂环化合物。,呋喃 噻唑 嘧啶 嘌呤,其它不具芳香性的杂环化合物，统称为非芳香杂环化合物或杂脂环化合物。,杂脂环,第一节 杂环化合物,6,一、杂环化合物的分类,六元杂环:,五元杂环:,
3、第一节 杂环化合物,意义：分布广泛，种类繁多。占有机物的65以上， 已发表的论文中40%以上都涉及杂环化合物。 蛋白质、核酸、多种维生素、生物碱、血红素、 叶绿素、许多药物中含杂环化合物。,7,二、杂环化合物的命名,1.音译法：以45个杂环化合物的俗名为基础。我国采用音译法：在同音汉字左边 + “口”字。,（一）杂环母环的命名,第一节 杂环化合物,8,茂,呋喃 噻吩 吡咯,2.系统命名法 把杂环看作杂原子置换了相应碳环中的碳原子，命名时以相应的碳环为母体，在碳环名称前加上杂原子的名称，称为“某杂某”。,第一节 杂环化合物二、杂环化合物的命名（一）杂环母环的命名,二茂铁,氧杂茂 硫杂茂 氮杂茂,
4、9,噻唑 吡唑 咪唑,1,3-硫氮杂茂 1,2-二氮杂茂 1,3-二氮杂茂,第一节 杂环化合物二、杂环化合物的命名（一）杂环母环的命名,10,苯 芑 氮杂苯 氧杂芑,吡啶(pyridine),吡喃(pyrane),1 , 2-二氮杂苯 1 , 3-二氮杂苯 1 , 4-二氮杂苯,哒嗪 嘧啶 吡嗪,第一节 杂环化合物二、杂环化合物的命名（一）杂环母环的命名,11,1. 含一个杂原子的杂环将杂原子的编号为“1”。杂原子邻位的碳原子也可依次用、编号。,4 3(b) 5 1 2(a),4 3(b) 5 1 2(a),呋喃 吡啶 吡咯,2-甲基呋喃,3-硝基吡咯,4-乙基吡啶,(-甲基呋喃),（二）杂环
5、母环的编号原则,第一节 杂环化合物 二、杂环化合物的命名,(-硝基吡咯),(-乙基吡啶),12,2.含有两个或两个以上相同杂原子，要使杂原子编号最小，并将连有氢原子或取代基的杂原子编号定为1号；含不同杂原子时，按OSNHN的次序编号。,4-甲基咪唑,5-甲基噻唑,4-甲基嘧啶,N-甲基吡唑,第一节 杂环化合物二、杂环化合物的命名（二）杂环母环的编号原则,13,第一节 杂环化合物二、杂环化合物的命名（二）杂环母环的编号原则,3. 稠杂环的编号从杂原子开始，依次编号一周(公用碳 不编号) 。有些具有特定的编号。,喹啉,3-羟基吲哚,特例：,异喹啉,吖(a)啶,14,4 H 吡喃 2 H 吡喃,7H
6、 嘌呤 9H 嘌呤,1H 吡咯 2H 吡咯,4.有些杂环存在互变异构现象，为了区别各异构体，常在大写斜体“H”前标明一个或多个氢原子所在的位置。,第一节 杂环化合物二、杂环化合物的命名（二）杂环母环的编号原则,15,命名时，先确定出杂环母环的名称和编号，然后将取代基名称连同位置编号；也可以将杂环作为取代基，含官能团的侧链为母体进行命名。,（三）取代杂环化合物的命名,第一节 杂环化合物二、杂环化合物的命名,特例：,如：,3-硝基吡咯,(-硝基吡咯),16,3-甲基吡咯,5-溴-3-吲哚甲酸,2，6，8-三羟基嘌呤,3-吡啶乙酮,4-甲基-2-硝基嘧啶,第一节 杂环化合物二、杂环化合物的命名（三）
7、取代杂环化合物的命名,命名下列化合物：,17,1、碘化N,N-二甲基四氢吡咯,2、-氯代呋喃,3、六氢吡啶,4、-噻吩磺酸,5、 -吡啶甲酸,6、 8 -羟基喹啉,7、-吲哚乙酸,第一节 杂环化合物二、杂环化合物的命名（三）取代杂环化合物的命名,18,（四）无特定名称的稠杂环的命名,1.基本环与附加环的确定,把稠杂环视为二个单杂环并合在一起，一个为基本环（母体）；另一个为附加环（取代环）。基本环的名称作为“词尾”，附加环的名称作为词首；中间加一个“并”字及方括号，并在方括号内标明稠合原子的编号及稠合边的位置。,第一节 杂环化合物 二、杂环化合物的命名,19,基本环,附加环,呋喃并 吡咯,3,2
8、-b,第一节 杂环化合物二、杂环化合物的命名（四）无特定名称的稠杂环的命名规则,20,基本环,附加环,1,2,a,b,c,苯并呋喃,a,b,c,d,e,f,h,苯并异喹啉,基本环的选取原则： （1）碳环与杂环组成的稠杂环，选杂环作为基本环。,第一节 杂环化合物二、杂环化合物的命名（四）无特定名称的稠杂环的命名规则,21,（2）由大小不同的两个杂环组成的稠杂环，以大环作为基本环。,第一节 杂环化合物二、杂环化合物的命名（四）无特定名称的稠杂环的命名规则,吡咯并吡啶（吡啶为基本环）,（3）由大小相同的两个杂环组成的稠杂环，按所含原子N、O、S顺序优先确定。,噻吩并呋喃(呋喃为基本环),呋喃并吡喃（
9、吡喃为基本环）,噻吩并吡咯(吡咯为基本环),22,第一节 杂环化合物二、杂环化合物的命名（四）无特定名称的稠杂环的命名规则,（4）杂原子数目和种类不同，应选杂原子数目多的或种类多的杂环为基本环。,吡啶并嘧啶,吡唑并噁唑,（5）杂原子数目和种类相等时，应选稠合前杂原子编号较低者为基本环。,吡嗪并哒嗪,23,（6）若含有共用杂原子，则视两个稠合环均含有该杂原子，再按上述规则来选择基本环。,咪唑并噻唑,第一节 杂环化合物二、杂环化合物的命名（四）无特定名称的稠杂环的命名规则,24,稠合边（即共用边）的位置是用附加环和基本环的位号来共同表示的。基本环按照原杂环的编号顺序，将环上各边用英文字母a、b、c
10、表示（1，2之间为a；2，3之间b）。附加环按原杂环的编号顺序，以阿拉伯数字标注各原子。当有选择时，应使稠合边的编号尽可能小。 表示稠合边位置时，在方括号内，阿拉伯数字在前，英文字母在后，中间用短线相连。阿拉伯数字排列顺序与英文字母顺序方向一致时，数字从小到大，相反时从大到小。,2.稠合边的表示方法,第一节 杂环化合物二、杂环化合物的命名（四）无特定名称的稠杂环的命名规则,25,第一节 杂环化合物二、杂环化合物的命名（四）无特定名称的稠杂环的命名规则,附加环 名 称,并,稠合原子的编号-稠合边的编号,基本环名 称,基本环各边用英文字母表示。1，2原子之间为a，2，3原子之间为b ,附加环用阿拉
11、伯数字1、2、标注各原子；当有选择时，应使稠合边位号尽可能较小。,吡啶并 嘧啶,2,3-d,a,b,c,d,e,2,1,3,26,第一节 杂环化合物二、杂环化合物的命名（四）无特定名称的稠杂环的命名规则,噻吩并2,3-b呋喃,基本环,附加环,1,2,3,4,5,a,b,c,d,e,基本环,附加环,呋喃并 吡咯,3,2-b,数字走向与基本环一致,1,2,3,a,b,c,27,咪唑并4,5-d吡唑,第一节 杂环化合物二、杂环化合物的命名（四）无特定名称的稠杂环的命名规则,咪唑并2,1-b噻唑,28,3.环周边编号方法,第一节 杂环化合物二、杂环化合物的命名（四）无特定名称的稠杂环的命名规则,为了标
12、示稠杂环上的取代基、官能团或氢原子的位置，需要对整个稠杂环的环系进行编号，称为周边编号或大环编号。 （1）尽可能使所含的杂原子编号最低，在保证编号最低的前提下，再考虑按O、S、NH、N的顺序编号。,咪唑并 噻唑,2,1-b,a,b,c,1,2,3,1,2,3,4,5,6,7,5-苯基,（2）共用杂原子都要编号，共用碳原子一般不编号，如需要编号时，用前面相邻的位号加a、b表示。,29,第一节 杂环化合物二、杂环化合物的命名（四）无特定名称的稠杂环的命名规则,4-羟基吡唑并5,4-d嘧啶,2-羟甲基-5-氯咪唑并4，5- d噻唑,30,三、五元杂环化合物 （一）吡咯、呋喃、噻吩 1.结构与芳香性,
13、4C 1 “Z” 共面；都有一个垂直于分子平面的 p 轨道, 侧面交叠形成环闭大 键，其中四个碳原子各贡献 1个 p 电子， “Z” 原子则贡献2个 p电子, 形成 6电子环状共轭大键。 与苯环比较， 呋喃、噻吩、吡咯为 5原子共用6个电子，故环上电子云密度比苯环大，属于“多芳杂环”。,第一节 杂环化合物 三、五元杂环化合物,31,杂环中的电子云不象苯环那样分布均匀，因而环的稳定性不如苯。O的电负性(3.5)较大, 故呋喃环电子共轭程度较弱, 芳香性最小。S 的电负性(2.5)在三者中为最小, 且S原子半径较大，原子核对共轭电子的吸引力较小，故噻吩环电子共轭程度较大，芳香性在三者中最大。N的电
14、负性(3.0) 在O、S之间，故吡咯的芳香性介于呋喃与噻吩之间。,芳香性 (环的稳定性): 苯 噻吩 吡咯 呋喃,0.138nm,0.137nm,0.172nm,0.137nm,0.135nm,0.135nm,0.143nm,0.144nm,0.145nm,第一节 杂环化合物 三、五元杂环化合物（一）吡咯、呋喃、噻吩,32,结构特点：,a.属多电子杂环化合物；,b.符合Hckel规则，具有一定程度的芳香性；,c.未共用电子对参与共轭体系，不再具有给出电子对的能力，不易结合质子，碱性减弱；,d.环上电子云密度增加，易于发生亲电取代反应。,第一节 杂环化合物 三、五元杂环化合物（一）吡咯、呋喃、噻
15、吩,33,2.物理性质,偶极距(Cm) 6.0310-30,2.3310-30,1.7010-30,偶极距(Cm) 5.2510-30,5.7610-30,6.3310-30,第一节 杂环化合物 三、五元杂环化合物（一）吡咯、呋喃、噻吩,水溶性：难溶,吡咯呋喃噻吩,吡咯、呋喃、噻吩孤电子对参与共轭，杂原子上的电子云密度降低，与水缔合能力减弱。 氧、氮与水形成氢键的缔合能力减弱；硫不能与水形成氢键，氮上的氢可以与水形成氢键。,偶极距,34,（1）酸碱性,3.化学性质,第一节 杂环化合物 三、五元杂环化合物（一）吡咯、呋喃、噻吩 3.化学性质,吡咯N上孤电子对因参与环的共轭, 故碱性极弱(pKb=
16、13.6), 比苯胺(pKb=9.6)还弱得多。,由于共轭作用，吡咯 N上的H 有微弱的酸性(pKa=17.5 ), 与醇相当，而比酚弱。吡咯在无水条件下可以与固体氢氧化钾加热生成钾盐。,问题：解释吡咯pKb=13.6 ， 四氢吡咯pKb=2.89？,35,(2)亲电取代反应,活性顺序： 吡咯 呋喃 噻吩 苯,第一节 杂环化合物 三、五元杂环化合物（一）吡咯、呋喃、噻吩 3.化学性质,由于环上的电子云密度比苯大，因此吡咯、呋喃和噻吩亲电取代反应比苯容易发生。,碳正离子中间体 （-配合物）,-配合物,苯的亲电取代反应机理,36,中间体共振结构杂化体的稳定性,进攻位,进攻位,共振论认为：如参与共振的极限式越多，共振杂化体就越稳定,第一节 杂环化合物 三、五元杂环化合物（一）吡咯、呋喃、噻吩 3.化学性质,主要进攻位,37,卤代反应,第一节 杂环化合物 三、五元杂环化合物（一）吡咯、呋喃、噻
