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1、杂环化合物及其应用杂环化合物及其应用 杂环化合物及其应概述课件第一讲第一讲 杂环化合物概述杂环化合物概述 概念：概念：构成环系的原子除碳原子外，还含有其构成环系的原子除碳原子外，还含有其它原子它原子，这类化合物称，这类化合物称杂环化合物杂环化合物(heterocyclic compound)。组成环系的非碳原子称为杂原子。组成环系的非碳原子称为杂原子(heteroatom)。 杂环化合物的类别杂环化合物的类别0、I族，常态几乎没有稳定的化合物存在族，常态几乎没有稳定的化合物存在 金属杂环化合物金属杂环化合物非金属杂环化合物非金属杂环化合物第一节第一节 杂环化合物的一般描述杂环化合物的一般描述杂
2、环化合物及其应概述课件 杂环化合物与有机、无机化合物的关系：杂环化合物与有机、无机化合物的关系：有机化合物有机化合物链状物链状物环状物环状物碳环碳环杂环杂环饱和环饱和环非饱和环（含芳环）非饱和环（含芳环）环属性环属性二维（平面）二维（平面）三维（立体）三维（立体）有机杂环化合物有机杂环化合物杂环化合物杂环化合物无机杂环化合物无机杂环化合物杂环化合物及其应概述课件 由于杂环化合物所含杂原子的数目、种类、位置及其环的大小和键由于杂环化合物所含杂原子的数目、种类、位置及其环的大小和键的属性差异而导致杂环化合物的种类繁多，数目庞大，约占有机化合物的的属性差异而导致杂环化合物的种类繁多，数目庞大，约占有
3、机化合物的65以上。以上。 它们广泛存在于自然界中，如植物中的生物碱、苷类，植物色素等常它们广泛存在于自然界中，如植物中的生物碱、苷类，植物色素等常具有杂环结构。具有杂环结构。杂环化合物及其应概述课件Three natural dyes known for centuries are indigo, tyrian purple, and alizarin.Natural and Synthetic Dyes茜素茜素 杂环化合物及其应概述课件烟碱烟碱 烟草中约含有烟草中约含有12种生物碱，其中，烟碱是最主要的。烟碱又称种生物碱，其中，烟碱是最主要的。烟碱又称尼古丁尼古丁，一般以苹果酸盐或柠檬酸盐
4、的形式存在。一般以苹果酸盐或柠檬酸盐的形式存在。 烟碱为无色液体，烟碱为无色液体，b.p.246.1，有剧毒，少量有兴奋中枢神经的作用，有剧毒，少量有兴奋中枢神经的作用，一次吸注一次吸注50mg，则可使心脏麻痹而死亡。，则可使心脏麻痹而死亡。生物碱生物碱杂环化合物及其应概述课件杂环化合物及其应概述课件盐酸黄连素（盐酸小檗碱）盐酸黄连素（盐酸小檗碱） 黄连素（小檗碱）是喹啉类生物碱，存在于黄连、黄柏和三颗针等植物中。黄连素（小檗碱）是喹啉类生物碱，存在于黄连、黄柏和三颗针等植物中。 黄连素是黄色结晶，黄连素是黄色结晶，m.p.145m.p.145，味苦，易溶于水，难溶于有机溶剂。，味苦，易溶于水
5、，难溶于有机溶剂。 黄连素具有抑制痢疾杆菌、链球菌及葡萄糖球菌的等作用，临上用于治疗黄连素具有抑制痢疾杆菌、链球菌及葡萄糖球菌的等作用，临上用于治疗痢疾及胃肠炎等。痢疾及胃肠炎等。杂环化合物及其应概述课件颠茄碱（莨菪碱、阿托品）颠茄碱（莨菪碱、阿托品） 颠茄碱为白色结晶，颠茄碱为白色结晶，m.p.114-116m.p.114-116，难溶于水，有苦味。临床用作抗胆，难溶于水，有苦味。临床用作抗胆碱药，能抑制汗腺。碱药，能抑制汗腺。杂环化合物及其应概述课件 鸦片鸦片中含有罂粟碱，鸦片是罂粟果流出的中含有罂粟碱，鸦片是罂粟果流出的液汁经干燥后所得的物质。鸦片中含有液汁经干燥后所得的物质。鸦片中含有
6、2020多种多种生物碱，其中最主要的一种就是罂粟碱，其分生物碱，其中最主要的一种就是罂粟碱，其分子中含有异喹啉环。罂粟碱有抑制挛作用。子中含有异喹啉环。罂粟碱有抑制挛作用。杂环化合物及其应概述课件吗啡碱吗啡碱R=R=H 吗啡吗啡R=CH3,R=H 可待因可待因R=R=-COCH3 海洛因海洛因 吗啡吗啡属于异喹啉族生物碱，是微溶于水的结晶，属于异喹啉族生物碱，是微溶于水的结晶，味苦。它对中枢神经有麻醉作用，有极快的镇痛效味苦。它对中枢神经有麻醉作用，有极快的镇痛效力，是医药上常用的局部麻醉剂，但易成瘾。力，是医药上常用的局部麻醉剂，但易成瘾。 可待因可待因是吗啡的甲基醚，与吗啡有同样的生是吗啡
7、的甲基醚，与吗啡有同样的生理作用，成瘾性较吗啡差，用于镇咳。存在于大理作用，成瘾性较吗啡差，用于镇咳。存在于大麻中的毒品海洛因是吗啡的二乙酰基衍生物。麻中的毒品海洛因是吗啡的二乙酰基衍生物。杂环化合物及其应概述课件利血平利血平 利血平，又称蛇根草素，是从萝芙藤中提利血平，又称蛇根草素，是从萝芙藤中提取的生物碱，属于吲哚类生物碱。取的生物碱，属于吲哚类生物碱。 利血平有降血压作用，利血平有降血压作用，19561956年年WoodwardWoodward完完成全合成。成全合成。天然产物天然产物杂环化合物及其应概述课件茶叶中的生物碱茶叶中的生物碱咖啡因（咖啡碱）咖啡因（咖啡碱） 可可豆碱可可豆碱 茶
8、碱茶碱 茶叶中含茶叶中含 有多种生物碱，其中，主要有多种生物碱，其中，主要成份为咖啡因（成份为咖啡因（1-51-5），少量茶碱和可可），少量茶碱和可可豆碱。豆碱。3,7-二氢-1,3,7三甲基-1H-嘌呤-2,6-二酮杂环化合物及其应概述课件叶绿素叶绿素 叶绿素是含于植物的叶和茎中的绿色素，它与蛋白质结合存在于叶叶绿素是含于植物的叶和茎中的绿色素，它与蛋白质结合存在于叶绿体中，是植物进行光合作用所必需的催化剂，通过叶绿素吸收了太阳绿体中，是植物进行光合作用所必需的催化剂，通过叶绿素吸收了太阳能才能进行光合作用。能才能进行光合作用。 叶绿素是叶绿素叶绿素是叶绿素a a和叶绿素和叶绿素b b的混合
9、物（的混合物（a:b=3:1a:b=3:1），叶绿素），叶绿素a a是蓝色是蓝色结晶，结晶，m.p.150-153m.p.150-153，其乙醇溶液为蓝绿色，并有深红色荧光。叶绿，其乙醇溶液为蓝绿色，并有深红色荧光。叶绿素素b b是深绿色粉末，是深绿色粉末， m.p.120-130m.p.120-130，其乙醇溶液为黄色或蓝绿色，并，其乙醇溶液为黄色或蓝绿色，并有红色荧光。二者都有旋光性。有红色荧光。二者都有旋光性。 19401940年汉斯年汉斯- -费歇尔提出其结构，费歇尔提出其结构，19601960年伍德沃德（年伍德沃德（WoodwardWoodward）等）等完成了叶绿素完成了叶绿素a
10、a的全合成。的全合成。杂环化合物及其应概述课件叶绿素叶绿素A和叶绿素和叶绿素B杂环化合物及其应概述课件血红素血红素 血红素是高等动物体内输送氧气的物质，它在红血球中血红素是高等动物体内输送氧气的物质，它在红血球中与蛋白质结合成血红蛋白。与蛋白质结合成血红蛋白。 以盐酸水解血红蛋白，即得氯化血红素。以盐酸水解血红蛋白，即得氯化血红素。 血红素的结构是经过了近四十年的研究才确定的，血红素的结构是经过了近四十年的研究才确定的，19291929年汉斯年汉斯- -费歇尔完成全合成。费歇尔完成全合成。杂环化合物及其应概述课件氯化血红素氯化血红素杂环化合物及其应概述课件维生素维生素B1青霉素钠青霉素钠维生素
11、等维生素等杂环化合物及其应概述课件维生素维生素B12 发维生素发维生素B B12 12 ，又名，又名钴钴胺素，存在于动物肝脏中，为暗红色针状结晶，胺素，存在于动物肝脏中，为暗红色针状结晶，是抗恶性贫血的药物。是抗恶性贫血的药物。 早在早在19261926年应发现动物的肝可以医治恶性贫血，生物化学家便开始对年应发现动物的肝可以医治恶性贫血，生物化学家便开始对肝中的有效成分进行研究，但由于肝中含量太少，且在提纯过程中又易分肝中的有效成分进行研究，但由于肝中含量太少，且在提纯过程中又易分解，所以长时间没有什么进展。直至解，所以长时间没有什么进展。直至19481948年才分离得到了纯的暗红色的维年才分
12、离得到了纯的暗红色的维生素生素B B12 12 结晶，自此关于其结构又成为有机化学的研究对象之一。结晶，自此关于其结构又成为有机化学的研究对象之一。 19541954年用年用X X射线衍射法才确定上述维生素射线衍射法才确定上述维生素B B12 12 的结构式。的结构式。 19721972年，经过近百名科学工作者的努力才完成其全合成。年，经过近百名科学工作者的努力才完成其全合成。 维生素维生素B B12 12 的发现、提取至全合成，是医学、生物化学、无机化学、有的发现、提取至全合成，是医学、生物化学、无机化学、有机化学、生理学乃至物理学多学科共同配合，共同努力的结果。机化学、生理学乃至物理学多学
13、科共同配合，共同努力的结果。杂环化合物及其应概述课件维生素维生素 B12杂环化合物及其应概述课件Structural of Vitamin B12 （1）参与碳水化合物、脂肪和蛋白质的代谢，B12辅酶参与丙酸转化为琥珀酸使之进入三羧酸循环的一系列代谢作用；（2）参与一碳单位的代谢；（3）B12辅酶参与髓磷脂的合成，在维护神经组织中起重要作用；（4）参与血红蛋白的合成和恶性贫血的控制；（5）在甲基的合成和代谢中起辅酶的作用。维生素维生素B12的作用与用途的作用与用途： 因合成 甾醇和叶绿素等有机化合物的贡献获1965年诺贝尔化学奖罗伯特罗伯特伯恩斯伯恩斯伍德沃德伍德沃德(19171979)Woo
14、dward，Robert Burns杂环化合物及其应概述课件色氨酸色氨酸5-羟基色胺羟基色胺杂环化合物及其应概述课件胸腺嘧啶鸟嘌呤 腺嘌呤胞嘧啶 尿嘧啶构建构建核酸之碱基核酸之碱基构成动（植）物体的生命物质也大都是杂环化合物。构成动（植）物体的生命物质也大都是杂环化合物。生命物质生命物质杂环化合物及其应概述课件RNA结构片段结构片段胞嘧啶C腺嘌呤A尿嘧啶U杂环化合物及其应概述课件第二节第二节 杂环化合物的分类杂环化合物的分类 1）按杂环骨架分类：）按杂环骨架分类：环大小环大小五元杂环五元杂环六元杂环六元杂环三元杂环三元杂环四元杂环四元杂环七元杂环七元杂环八元杂环八元杂环环所含杂环所含杂原子数目
15、原子数目单原子杂环单原子杂环多原子杂环多原子杂环环的数目环的数目多环杂合多环杂合单杂环合单杂环合苯稠杂环苯稠杂环稠杂环稠杂环螺杂环螺杂环2）按杂环大小分类：）按杂环大小分类：3）按杂环组合类型分类：）按杂环组合类型分类：杂环化合物及其应概述课件杂环化合物及其应概述课件1、有特定译音名称的杂环化合物母核的命名、有特定译音名称的杂环化合物母核的命名第三节第三节 杂环化合物的命名杂环化合物的命名 杂环化合物的中文名称是以杂环化合物的中文名称是以口字旁标明其为杂环，另半部分表明杂原子的种口字旁标明其为杂环，另半部分表明杂原子的种类。类。例如，以喃、噻分别表示为含氧、硫的杂环；以咯、唑、嗪、啶、啉表示为
16、例如，以喃、噻分别表示为含氧、硫的杂环；以咯、唑、嗪、啶、啉表示为含氮的杂环，这些字是根据英文字的尾音创造的，其中咯、唑表示为五元含氮杂含氮的杂环，这些字是根据英文字的尾音创造的，其中咯、唑表示为五元含氮杂环，其余的指六元含氮杂环。环，其余的指六元含氮杂环。 杂原子超过一个者分别以二、三等字表示相同杂原子的数目，例如：二唑，杂原子超过一个者分别以二、三等字表示相同杂原子的数目，例如：二唑，表示该杂环化合物为含有一个氧和两个氮杂原子的五元杂环。表示该杂环化合物为含有一个氧和两个氮杂原子的五元杂环。 在环中不同的原子可有不同的排列方式，命名时各原子的位置编号遵循下列在环中不同的原子可有不同的排列方
17、式，命名时各原子的位置编号遵循下列原则：原则：只含一个杂原子或一个以上相同杂原子的杂环，杂原子编最小号。只含一个杂原子或一个以上相同杂原子的杂环，杂原子编最小号。含含两个不同杂原子时，不同杂原子的编号顺序为氧、硫、氮，例如两个不同杂原子时，不同杂原子的编号顺序为氧、硫、氮，例如 1，2，3-二唑，二唑，氧在第一位，两个氮原子分别在第二和第三位氧在第一位，两个氮原子分别在第二和第三位 ，其余为碳原子五元杂环化合物。，其余为碳原子五元杂环化合物。杂环化合物及其应概述课件杂环化合物及其应概述课件杂环化合物及其应概述课件1、含、含 单杂环母核单杂环母核化合物的命名化合物的命名编号原则编号原则1)从杂原
18、子开始编起从杂原子开始编起;2)环上有两个及两个以上相同杂原子时，应使二者编号尽可能小；环上有两个及两个以上相同杂原子时，应使二者编号尽可能小；3)如其中一个杂原子连有氢原子或取代基，则优先从连有氢原子或取代基如其中一个杂原子连有氢原子或取代基，则优先从连有氢原子或取代基的杂原子编起的杂原子编起;4)环上有不同杂原子时，按环上有不同杂原子时，按O、S、N的顺序选择起编点的顺序选择起编点;5)环上只有一个杂原子时，编号可以希腊字母环上只有一个杂原子时，编号可以希腊字母、表示；表示；2、有特定译名的杂环化合物的命名、有特定译名的杂环化合物的命名杂环化合物及其应概述课件isothiazole异噻唑异
19、噻唑pyrazole吡唑吡唑isoxazole异噁唑异噁唑杂环化合物及其应概述课件六元杂环六元杂环吡啶吡啶(pyridine)吡喃吡喃(pyran)-吡喃酮吡喃酮(-pyrone)-吡喃酮吡喃酮(-pyrone)哒嗪哒嗪(pyridazine)嘧啶嘧啶(pyrimidine)吡嗪吡嗪(pyrazine)杂环化合物及其应概述课件quinoline喹啉喹啉isoquinoline异喹啉异喹啉benzopyran苯并吡喃苯并吡喃benzo- -pyrone苯并苯并- -吡喃酮吡喃酮六元杂环苯并环系六元杂环苯并环系杂环并杂环杂环并杂环purine嘌呤嘌呤Pteridine蝶啶蝶啶1,4,5,7-四氮萘
20、四氮萘 杂环化合物及其应概述课件 杂环作母体：杂环作母体： 杂环作取代基：杂环作取代基： 杂环化合物及其应概述课件3 3、 无特定译名稠杂环母核的命名无特定译名稠杂环母核的命名无特定译名稠杂环母核需先将其母核分解成两个有特定名称的环系，其中一无特定译名稠杂环母核需先将其母核分解成两个有特定名称的环系，其中一个为个为基本环，基本环，另一个为另一个为附加环。附加环。命名时，基本环在后，附加环在前，中间以方括号隔开，括号内内容为两环命名时，基本环在后，附加环在前，中间以方括号隔开，括号内内容为两环系的稠合方式。称为系的稠合方式。称为附加环名并附加环名并X,X-XX,X-X基本环名基本环名。咪唑并咪唑
21、并5,4-b5,4-b吡啶吡啶如如杂环化合物及其应概述课件稠环体系的周边编号类似相应的稠环芳烃稠环体系的周边编号类似相应的稠环芳烃稠环体系的周边编号类似相应的稠环芳烃稠环体系的周边编号类似相应的稠环芳烃, ,例如例如例如例如: :杂环化合物及其应概述课件基本环的选择原则基本环的选择原则1 1）芳环和杂环稠合，优先选择杂环；且优先）芳环和杂环稠合，优先选择杂环；且优先选择环数多、有特定译名者；选择环数多、有特定译名者；2 2）杂环和杂环稠合，优先选择大环；）杂环和杂环稠合，优先选择大环；3 3）环大小相同时，按）环大小相同时，按N N、O O、S S顺序选择；顺序选择；4 4）杂原子数不同时，杂
22、原子数多者优先；）杂原子数不同时，杂原子数多者优先；5 5）杂原子数相同时，杂原子种类多者优先；）杂原子数相同时，杂原子种类多者优先；6 6）环大小，杂原子数目种类均相同时，稠合）环大小，杂原子数目种类均相同时，稠合前杂原子编号较小的环优先；前杂原子编号较小的环优先；杂环化合物及其应概述课件2）系统命名（）系统命名（ IUPAC） 把杂环看成是相应的碳环中的碳原子被杂原子取代而形成的化合物，命名时在把杂环看成是相应的碳环中的碳原子被杂原子取代而形成的化合物，命名时在相应的碳环母体名称前加上相应的碳环母体名称前加上“杂杂”字（也可不加），并在杂字前加上杂原子的名称。字（也可不加），并在杂字前加上
23、杂原子的名称。 Hantzsch-Widman 置换命名法置换命名法 系统命名法系统命名法 Revision of the extended Hantzsch-Widman system of nomenclature for hetero- monocycles. Recommendations 1982, Pure Appl. Chem., 1983, 55, 409-416. 242,7 4 2-Naphtho1,8-cd:4,5-cdbis1,2,6thiadiazine吡啶并吡啶并3,2-d嘧啶，嘧啶，pyridino3,2-dpyrimidine杂环化合物及其应概述课件 本课程主要
24、涉及含本课程主要涉及含N、O杂原子的杂环化合物；也少量涉杂原子的杂环化合物；也少量涉及含及含S等杂原子的杂环化合物。等杂原子的杂环化合物。 本课程将以讲座的形式展开。内容主要包括三部分：本课程将以讲座的形式展开。内容主要包括三部分： 一、杂环化合物的构建一、杂环化合物的构建 二、杂环化合物的性能与反应二、杂环化合物的性能与反应 三、杂环化合物的应用三、杂环化合物的应用课程将以考试的形式给出成绩。课程将以考试的形式给出成绩。 本课程将以芳香环（即五元、六元杂环为主）展开教学。本课程将以芳香环（即五元、六元杂环为主）展开教学。第四节第四节 本课程的特点及参考书本课程的特点及参考书 杂环化合物及其应
25、概述课件 课程主要参考书：课程主要参考书： 1. 花文廷，杂环化学，北京大学出版社；花文廷，杂环化学，北京大学出版社； 2. 李润涛李润涛 葛泽梅葛泽梅 王欣译，杂环化学，化学工业出版社；王欣译，杂环化学，化学工业出版社； 3. T. Eicher, S. Hauptmann. The Chemistry of Heterocycles. Wiley-VCH杂环化合物及其应概述课件第三节第三节 杂环化合物的命名杂环化合物的命名 1） 俗名（音译法）俗名（音译法） 五元杂环五元杂环Furan呋喃呋喃Thiophene噻吩噻吩Pyrrole吡咯吡咯五元杂环苯并体系五元杂环苯并体系Benzofura
26、n苯并呋喃苯并呋喃Benzothiophene苯并噻吩苯并噻吩Indole苯并吡咯吲哚苯并吡咯吲哚 杂环化合物命名比较复杂，我国习惯采用译音法：即按英文名称译音选用同音汉杂环化合物命名比较复杂，我国习惯采用译音法：即按英文名称译音选用同音汉字，并以口字旁表示为杂环化合物。字，并以口字旁表示为杂环化合物。杂环化合物及其应概述课件isothiazole异噻唑异噻唑pyrazole吡唑吡唑1,2-唑唑isoxazole异噁唑异噁唑oxazole噁唑噁唑thiazole噻唑噻唑inidazole咪唑咪唑1,3-唑唑杂环化合物及其应概述课件六元杂环六元杂环吡啶吡啶(pyridine)吡喃吡喃(pyran)-吡喃酮吡喃酮(-pyrone)-吡喃酮吡喃酮(-pyrone)哒嗪哒嗪(pyridazine)嘧啶嘧啶(pyrimidine)吡嗪吡嗪(pyrazine)杂环化合物及其应概述课件quinoline喹啉喹啉isoquinoline异喹啉异喹啉benzopyran苯并吡喃苯并吡喃benzo- -pyrone苯并苯并- -吡喃酮吡喃酮六元杂环苯并环系六元杂环苯并环系杂环并杂环杂环并杂环purine嘌呤嘌呤Pteridine蝶啶蝶啶1,4,5,7-四氮萘四氮萘 杂环化合物及其应概述课件
