西北农林科技大学理学院朱玮教授 有机化学教案 第二十章 杂环化合物和生物碱.pdf

有机分子化学键一直是有机化学考虑问题有机分子化学键一直是有机化学考虑问题 的基础的基础 但随着化学深入到生物体内分子间的但随着化学深入到生物体内分子间的 相互作用时相互作用时 问题也就不仅仅是传统的化学键问题也就不仅仅是传统的化学键 等原子间的强作用力等原子间的强作用力 例如例如 生物体内信息传生物体内信息传 递递 酶与底物作用则是受控于分子间几何形状酶与底物作用则是受控于分子间几何形状 立体结构立体结构 的匹配的匹配 或说范德华力或说范德华力 或在有或在有 电荷时的库仑引力的作用电荷时的库仑引力的作用 以及某种场合下的以及某种场合下的 堆积和亲脂作用等等堆积和亲脂作用等等 分子识别的观点是认分子识别的观点是认 识生命过程的一个方面识生命过程的一个方面 O OH HO O OH OH OH 20 1 杂环化合物的分类 命名和结构杂环化合物的分类 命名和结构 一 分类一 分类 二 命名二 命名 三 杂环化合物的结构三 杂环化合物的结构 四 物理性质四 物理性质 20 2 五元杂环化合物五元杂环化合物 一 化学反应一 化学反应 二 五元杂环的合成方法二 五元杂环的合成方法 三 吡咯 呋喃和噻吩的衍生物三 吡咯 呋喃和噻吩的衍生物 内容提要内容提要 20 3 六元杂环化合物六元杂环化合物 一 吡啶的化学反应一 吡啶的化学反应 二 吡啶环的合成方法二 吡啶环的合成方法 20 4 稠环化合物稠环化合物 一 吲哚及衍生物一 吲哚及衍生物 二 喹啉和异喹啉二 喹啉和异喹啉 20 5 重要杂环化合物重要杂环化合物 一 嘧啶衍生物一 嘧啶衍生物 二 嘌啉衍生物二 嘌啉衍生物 三 含氧杂环化合物三 含氧杂环化合物 内容提要内容提要 内容提要内容提要 20 6 生物碱生物碱 一 生物碱的种类一 生物碱的种类 二 生物碱的一般性质二 生物碱的一般性质 三 生物碱的提取与分离三 生物碱的提取与分离 杂环化合物杂环化合物 在环状化合物成环的原子中 在环状化合物成环的原子中 除了碳原子外除了碳原子外 还有其它杂原子还有其它杂原子 O N S 等等 前几章讨论过的前几章讨论过的环醚环醚 内酯内酯 交酯交酯 内酐内酐 等等 成环的原子中也有杂原子成环的原子中也有杂原子 但这些化合物但这些化合物 的性质与相应的开链化合物类似的性质与相应的开链化合物类似 属于脂杂环属于脂杂环 杂环类化合物杂环类化合物 例如 例如 第二十章第二十章杂环化合物和生物碱杂环化合物和生物碱 Heterocyclic compound and Alkaloid 四氢呋喃四氢呋喃四氢吡咯四氢吡咯 戊内酯戊内酯 本章主要讨论具有芳香性的杂环化合物 本章主要讨论具有芳香性的杂环化合物 即芳杂环 这类化合物属于芳香族 即芳杂环 这类化合物属于芳香族 芳香族芳香族 芳香烃芳香烃 芳杂环化合物芳杂环化合物 苯系芳烃苯系芳烃 非苯系芳烃非苯系芳烃 O N H O O 20 1 杂环化合物的分类 命名和结构杂环化合物的分类 命名和结构 一 一 分类分类 单环单环 稠环稠环 五元环五元环 六元环六元环 N N NN H N O 二二 命名命名 p415 1 环的名称环的名称 杂环化合物多采用音译命名法杂环化合物多采用音译命名法 即将其即将其 英文名称译成同音汉字英文名称译成同音汉字 并用并用 口口 字旁作为字旁作为 杂环的标志杂环的标志 重要的杂环化合物结构和音译名重要的杂环化合物结构和音译名 列举如下 列举如下 呋喃呋喃 furan 噻吩噻吩 thiophene 吡咯吡咯 pyrrole O S N H 咪唑咪唑 imidazole 噻唑噻唑 thiazole 吡啶吡啶 pyridine 嘧啶嘧啶 pyrimidine 吡喃吡喃 pyran N N H 1 3 N S 1 3 NON N1 3 吲哚吲哚 indole 嘌呤嘌呤 purine 喹啉喹啉 quinoline N 8 7 6 54 3 2 1 异喹啉异喹啉 isoquinoline N 1 2 3 45 6 7 8 N H 1 2 3 4 5 6 7 N NN H 1 2 3 4 5 6 7 89 2 成环原子的编号成环原子的编号 1 环上若有一个杂原子环上若有一个杂原子 则以杂原子的则以杂原子的 位次为最小位次为最小 在此基础上再使带有取代基的碳在此基础上再使带有取代基的碳 原子位次尽可能小原子位次尽可能小 2 环上若有一个以上相同的杂原子环上若有一个以上相同的杂原子 则从则从 连有取代基或氢原子的杂原子开始编号连有取代基或氢原子的杂原子开始编号 并使并使 所有杂原子的位次总和为最小所有杂原子的位次总和为最小 3 环上若有一个以上不相同的杂原子环上若有一个以上不相同的杂原子 则则 按按O S N的次序编号的次序编号 并使所有杂原子的编并使所有杂原子的编 号尽可能小号尽可能小 3 命名命名 类似于芳香烃类似于芳香烃 1 以杂环为母体以杂环为母体 2 5 二甲基呋喃二甲基呋喃1 甲基吡咯甲基吡咯 SNO2 2 硝基噻吩硝基噻吩 O H3CCH3 N CH3 5 甲基咪唑甲基咪唑4 甲基甲基 5 2 羟乙基羟乙基 噻唑噻唑 NH3CNH2 2 甲基甲基 6 氨基吡啶氨基吡啶 N N H3C H 1 2 3 4 5 N S HOCH2CH2 H3C 1 2 3 4 5 4 氨基氨基 2 羟基嘧啶羟基嘧啶 胞嘧啶 胞嘧啶 2 4 二羟基嘧啶二羟基嘧啶 尿嘧啶 尿嘧啶 5 甲基甲基 2 4 二羟基嘧啶二羟基嘧啶 胸腺嘧啶 胸腺嘧啶 N N NH2 HO N N OH HO N N OH CH3 HO 6 氨基嘌呤氨基嘌呤 腺嘌呤 腺嘌呤 2 氨基氨基 6 羟基嘌呤羟基嘌呤 鸟嘌呤 鸟嘌呤 8 羟基喹啉羟基喹啉 N N N N NH2 H N N N N OH H2N H N OH 2 以杂环为取代基以杂环为取代基 2 呋喃甲醛呋喃甲醛5 硝基硝基 2 呋喃甲醛呋喃甲醛 4 甲基甲基 2 吡啶甲酸吡啶甲酸3 吲哚乙酸吲哚乙酸 O CHO O O2NCHO N CH3 COOH N CH2COOH H 三 杂环化合物的结构三 杂环化合物的结构 呋喃呋喃 O sp2 噻吩噻吩S sp2 OH HH H SH HH H 2p2 3p2 吡咯吡咯N sp2 1 结构与芳香性结构与芳香性 1 五元杂环化合物五元杂环化合物以上三种五元杂环化以上三种五元杂环化 合物的结构均符合休克尔规则合物的结构均符合休克尔规则 都有一定程度都有一定程度 的芳香性和较高的热力学稳定性的芳香性和较高的热力学稳定性 NH HH H H 2p2 但由于环上存在电负性较大的杂原子但由于环上存在电负性较大的杂原子 所所 以共轭体系中各原子电子密度不均等以共轭体系中各原子电子密度不均等 键长也键长也 只是趋向于平均化只是趋向于平均化 芳香性比苯小芳香性比苯小 其共轭能其共轭能 kJ mol 数据如下 数据如下 苯苯噻吩噻吩吡咯吡咯呋喃呋喃 150 6117 590 466 9 从上述数据可以看出从上述数据可以看出 三种五元杂环化合物的三种五元杂环化合物的 稳定性次序为 稳定性次序为 苯苯 噻吩噻吩 吡咯吡咯 呋喃呋喃 吡啶吡啶N sp2 2 六元杂环化合物六元杂环化合物 p416 吡啶的结构也符合休吡啶的结构也符合休 克尔规则克尔规则 和以上三种五元杂环化合物类似和以上三种五元杂环化合物类似 也有一也有一 定程度的芳香性和较高的热力学稳定性定程度的芳香性和较高的热力学稳定性 但氮原子上但氮原子上 电子的排布与吡咯不同电子的排布与吡咯不同 孤电子对处于孤电子对处于sp2杂化轨道杂化轨道 没有参与共轭没有参与共轭 根据环内原子间的键长估算出来的芳香性指数为 根据环内原子间的键长估算出来的芳香性指数为 苯苯吡啶吡啶噻吩噻吩吡咯吡咯呋喃呋喃 100 82 45 37 12 芳香性大小次序为 苯芳香性大小次序为 苯 吡啶吡啶 噻吩噻吩 吡咯吡咯 呋喃呋喃 NH H HH H 2p2 2 结构与性质结构与性质 五元和六元杂环化合物偶极矩方向及数五元和六元杂环化合物偶极矩方向及数 值值 10 30 C m 如下 如下 5 76 2 33 6 33 1 70 5 25 5 17 3 90 7 34 O O S S N H N H N H N 在五元杂环化合物中在五元杂环化合物中 由于杂原子由于杂原子2p轨道轨道 上的孤电子对与上的孤电子对与4个碳原子的个碳原子的2p轨道形成五原轨道形成五原 子六电子共轭体系子六电子共轭体系 电子离域的结果使环上碳电子离域的结果使环上碳 原子周围原子周围 电子密度增加电子密度增加 大大超过苯环大大超过苯环 所所 以上述三种五元杂环化合物属于以上述三种五元杂环化合物属于富电子芳杂环富电子芳杂环 亲电取代反应活性大于苯亲电取代反应活性大于苯 其中呋喃和噻吩杂其中呋喃和噻吩杂 原子的原子的 C效应部分抵消了效应部分抵消了 I效应效应 从而使偶极从而使偶极 矩数值明显下降矩数值明显下降 而吡咯杂原子的而吡咯杂原子的 C效应大于效应大于 I效应效应 所以偶极矩的方向也发生改变所以偶极矩的方向也发生改变 同时同时 杂原子的杂原子的 C效应又使共轭体系内部效应又使共轭体系内部 两个两个 位位 杂原子的邻位杂原子的邻位 的电子密度高于两的电子密度高于两 个个 位位 杂原子的间位杂原子的间位 因而亲电取代反应因而亲电取代反应 优先发生在优先发生在两个两个 位位 呋喃 噻吩和吡咯的 电子密度分布 0 02 OSN H 0 03 0 10 0 32 0 20 0 06 0 04 0 06 0 10 0 00 N 0 15 0 58 0 13 0 05 吡啶的 电子密度分布 在六元杂环化合物中在六元杂环化合物中 由于电负性大的由于电负性大的 氮原子的孤电子对没有参与共轭氮原子的孤电子对没有参与共轭 因而因而 C 和和 I效应的叠加效应的叠加 二者方向一致二者方向一致 使环上碳原使环上碳原 子周围电子密度大大减小子周围电子密度大大减小 低于苯环低于苯环 属于属于 缺电子芳杂环缺电子芳杂环 共轭体系内部电子密度极性共轭体系内部电子密度极性 交替的结果交替的结果 又使氮原子的邻对位电子密度又使氮原子的邻对位电子密度 下降的更为明显下降的更为明显 所以吡啶比苯难发生亲电所以吡啶比苯难发生亲电 取代反应取代反应 且一般发生在且一般发生在 位位 易发生亲核取 易发生亲核取 代反应代反应 一般发生在一般发生在 位位 亲电取代反应的活性次序 亲电取代反应的活性次序 吡咯吡咯 呋喃呋喃 噻吩噻吩 苯苯 吡啶吡啶 其次其次 吡咯和呋喃遇强酸时吡咯和呋喃遇强酸时 能发生质子能发生质子 化化 破坏大破坏大 键键 从而呈现共轭二烯烃的性质 从而呈现共轭二烯烃的性质 易聚合易聚合 易被氧化易被氧化 而吡啶则比苯更难氧化而吡啶则比苯更难氧化 正因为如此正因为如此 吡咯和呋喃不能直接用强酸进行吡咯和呋喃不能直接用强酸进行 硝化硝化 磺化等反应磺化等反应 要采用较温和的非质子试要采用较温和的非质子试 剂剂 另外另外 吡啶和吡咯虽然都含有氮原子吡啶和吡咯虽然都含有氮原子 但但 前者孤电子对没有参与成键前者孤电子对没有参与成键 能接受质子而显能接受质子而显 碱性碱性 是良好的是良好的亲核试剂亲核试剂 后者的孤电子对参 后者的孤电子对参 与共轭与共轭 不但不能接受质子不但不能接受质子 而且表现出一定而且表现出一定 的的弱酸性弱酸性 四四 物理性质物理性质 五元和六元杂环结构上的差异五元和六元杂环结构上的差异 使它们使它们 在物理性质上也有很大的区别在物理性质上也有很大的区别 上述四种化合物中上述四种化合物中 吡啶的极性最大吡啶的极性最大 且氮原子没有参与成键的孤电子对不仅能与且氮原子没有参与成键的孤电子对不仅能与 水形成氢键水形成氢键 还能与一些金属离子形成配位还能与一些金属离子形成配位 键键 所以所以 吡啶与水能以任何比例互溶吡啶与水能以任何比例互溶 又又 能溶解大多数极性和非极性有机物能溶解大多数极性和非极性有机物 例如乙例如乙 醇和乙醚醇和乙醚 甚至能溶解某些无机盐类甚至能溶解某些无机盐类 三个五元杂环化合物在水中的溶解度均小于三个五元杂环化合物在水中的溶解度均小于 吡啶吡啶 这是因为它们的孤电子对参与了共轭这是因为它们的孤电子对参与了共轭 杂杂 原子的电子密度降低原子的电子密度降低 但三者仍有差别但三者仍有差别 吡咯环吡咯环 上的氮和呋喃环上的氧可与水形成氢键上的氮和呋喃环上的氧可与水形成氢键 吡咯环吡咯环 氮上的氢也可与水形成氢键 而噻吩环上的硫不氮上的氢也可与水形成氢键 而噻吩环上的硫不 能与水形成氢键能与水形成氢键 因此这因此这3个杂环化合物在水中个杂环化合物在水中 的溶解度顺序为 的溶解度顺序为 吡咯 呋喃 噻吩吡咯 呋喃 噻吩 20 2五元杂环化合物五元杂环化合物 一一 化学反应化学反应 1 亲电取代反应亲电取代反应 1 卤化卤化 Br2 乙醇 乙醇 0 I2 NaOH N H Br N H Br Br Br II N H II N H N H Br NBS Et2O 0 SClCl O O N H Cl 二氧六环二氧六环 0 Br2 CS2 40 Br2 O OBr OBr Br 乙酸 室温乙酸 室温 Br2 I2 C6H6 HgO 0 S S I SBr 2 硝化硝化五元杂环化合物硝化反应常用的五元杂环化合物硝化反应常用的 硝化试剂是硝酸乙酰基酯 硝化试剂是硝酸乙酰基酯 CH3COONO2 O CH3COONO2 30 5 O NO2CH3COO O NO2 吡啶吡啶 N H AcONO2 Ac2O AcOH 10 N H NO2 SS NO2 AcONO2 Ac2O AcOH 0 3 磺化磺化五元杂环化合物中的吡咯和呋喃五元杂环化合物中的吡咯和呋喃 的磺化反应常用的磺化反应常用C6H5N SO3为试剂为试剂 先生成先生成 吡啶磺酸盐吡啶磺酸盐 再加强酸转化为磺酸再加强酸转化为磺酸 遇浓硫酸遇浓硫酸 不发生质子化反应的噻吩不发生质子化反应的噻吩 可在室温下直接与可在室温下直接与 浓硫酸进行磺化反应浓硫酸进行磺化反应 利用该性质能利用该性质能分离苯和分离苯和 噻吩噻吩 分离出的分离出的2 噻吩磺酸水解后又可得到噻噻吩磺酸水解后又可得到噻 吩吩 N H N H SO3H C5H5NSO3 100 4 酰基化酰基化 SS SO3H H2SO4 室温室温 C5H5NSO3 OO SO3H C2H4Cl2 室温室温 3d N H Ac2O 150 200 N H CCH3 O 由于五元杂环发生亲电取代反应的活性很由于五元杂环发生亲电取代反应的活性很 强 很难得到一烷基取代产物 所以傅克烷基强 很难得到一烷基取代产物 所以傅克烷基 化反应没有实际应用价值 化反应没有实际应用价值 O Ac2O O CCH3 O SnCl4 S Ac2O S CCH3 O SnCl4 5 Vilsmeier甲酰化反应甲酰化反应 N H N H CHO DMF POCl3 S DMF POCl3 S CHO 6 吡咯的偶联反应吡咯的偶联反应 N H N H N NC6H5 C6H5N2 Cl 13 2 加成反应加成反应 1 催化加氢催化加氢 四氢吡咯四氢吡咯 四氢噻吩四氢噻吩 四氢呋喃四氢呋喃 N H Pd N H H2 SS H2 MoS2 O Pd O H2 S H2 CH2 CH2 CH3CH3 NiS 兰尼镍兰尼镍 噻吩中的硫对钯有毒化作用 需使用不被噻吩中的硫对钯有毒化作用 需使用不被 毒化的催化剂 毒化的催化剂 环稳定性最小的呋喃表现出共轭二烯烃的环稳定性最小的呋喃表现出共轭二烯烃的 性质性质 例如 在低温下能与溴或硝酸等亲电试例如 在低温下能与溴或硝酸等亲电试 剂发生剂发生1 4 加成反应加成反应 能与顺丁烯二酸酐发生能与顺丁烯二酸酐发生 D A反应反应 外向型外向型 热力学控制热力学控制 内向型内向型 动力学控制动力学控制 3 6 内型氧桥内型氧桥 4 四氢化邻苯二甲酸酐四氢化邻苯二甲酸酐 OO O O 25 主要主要 产物产物 2 D A反应反应 p435 H O O 1 2 3 4 5 6 O O H O O 1 2 3 4 5 6 H H O O SO O O 100 P H S O O O H S O H H O O 主要产物主要产物 24 S C C COOCH3 COOCH3 S COOCH3 COOCH3 COOCH3 COOCH3 吡咯吡咯 24 3 吡咯氮原子上的取代反应吡咯氮原子上的取代反应 N H N C2H5MgBr MgBr CH3CH3 干醚干醚 或或K NH2 NH3N H N K KOH s N K RX 1 CO2 2 H3O RCOCl N R N COOH H N COR N C R H O 4 鉴别鉴别 1 呋喃呋喃呋喃蒸气呋喃蒸气 盐酸浸渍的松木片盐酸浸渍的松木片 绿色绿色 2 吡咯吡咯吡咯蒸气吡咯蒸气 盐酸浸渍的松木片盐酸浸渍的松木片 红色红色 3 噻吩噻吩噻吩噻吩 浓硫酸浓硫酸 靛红靛红 蓝色蓝色 N MgBr RBr N H RN H R 二 五元杂环的合成法二 五元杂环的合成法 1 吡咯环吡咯环 p428 1 Knorr合成法合成法 NaNO2 O H5C2OOC O H5C2OOCNO HOAc Zn HOAc O H5C2OOCNH2 O H5C2OOCNH2 COOC2H5 O H N H CH3 COOC2H5 H5C2OOC H3C 1 H2O OH 2 H N H CH3 H3C 2 Paal Knorr 合成法合成法 N H CH3H3C 2H2O CH2 CH2 CH3 CC CH3 OO NH3 CH2 CH2 HO CC H3C ONH2 CH CH HO CC OH N H H3CCH3 HH CH3 3 Hantzsch合成法合成法 CH3CCH2COC2H5 OO CH3C CHCOC2H5 OH O H NHR CH3C CHCOC2H5 O NHR H5C2OOC NHR CCH3 Cl O 产物经水解和产物经水解和 脱羧反应可得脱羧反应可得 2 5 二甲基吡咯二甲基吡咯 N CH3H3C H5C2OOC R CH2 CH2 CH3 CC CH3 OO O CH3H3C P2O5 C6H6P2S5 S CH3H3C 2 呋喃环和噻吩环呋喃环和噻吩环 p437 Paal Knorr合成法合成法 三 吡咯 呋喃和噻吩衍生物三 吡咯 呋喃和噻吩衍生物 p428 p436 1 卟啉环卟啉环 2 可啉环可啉环 3 糠醛糠醛 20 3 六元杂环化合物六元杂环化合物 一 吡啶的化学反应一 吡啶的化学反应 p416 1 吡啶的碱性和亲核性吡啶的碱性和亲核性 1 含氮杂环化合物的酸碱性含氮杂环化合物的酸碱性 N HClN HCl 碱性次序 碱性次序 脂肪族胺 氨 吡啶 芳香族胺 吡咯脂肪族胺 氨 吡啶 芳香族胺 吡咯 例 例 N H N H CH3 CH2 4NH2 CH3CH2 2NCH3 NH3 N NH2 2 吡啶的亲核性吡啶的亲核性 碘化碘化N 甲基吡啶甲基吡啶 NNCH3I CH3I N R C X O NC R O X NNSO3 SO3 2 吡啶环上的亲电取代反应吡啶环上的亲电取代反应 N Br N Br2 浮石浮石 300 39 N NO2 N 浓浓HNO3 浓浓H2SO4 300 1d 6 N NO2 N 浓浓H2SO4 HgSO4 220 70 取代吡啶的取代基对吡啶环亲电取代反应取代吡啶的取代基对吡啶环亲电取代反应 的影响 的影响 NG o p N G o p N G o p N R 3 吡啶环上的亲核取代反应 吡啶环上的亲核取代反应 p419 1 H被取代被取代最常见的是烷基化 芳基最常见的是烷基化 芳基 化和氨化反应化和氨化反应 Chichibabin反应反应 NNHNa H2O NNH2 N NNHNa NaNH2 C6H5N CH3 2 H2 N C6H5Li NC6H5 H Li N C6H5 2 卤代吡啶卤代吡啶 X被取代被取代反应机理与硝基反应机理与硝基 氯苯的亲核取代反应类似 氯苯的亲核取代反应类似 先加成后消除先加成后消除 吡吡 啶环上的氮原子对反应活性的影响如下 啶环上的氮原子对反应活性的影响如下 18 反应反应 活性 活性 N Cl CH3 N Cl NO2 Cl Cl N Cl CH3 N Cl NO2 Cl N Cl CH3 N Cl NO2 Cl 六氢吡啶六氢吡啶 4 加成反应加成反应催化加氢催化加氢 5 氧化反应氧化反应 五元杂环尤其是呋喃和吡咯对氧化剂十分五元杂环尤其是呋喃和吡咯对氧化剂十分 敏感敏感 例如吡咯在空气中放置例如吡咯在空气中放置 颜色很快变深颜色很快变深 但吡啶环难被氧化但吡啶环难被氧化 N H2 Pt N H 二 吡啶环的合成法二 吡啶环的合成法 p421 Hantzsch合成法合成法 N H2O2 N O N CH3 KMnO4 H N COOH Et2NH C EtOOC H3CC O CH2 CH COOEt CCH3 H O EtOOCCOOEt OO H C O H2C H COOEt COCH3 Et2NH H2C C COOEt COCH3 Michael反应反应 NH3 EtOH EtOOCCOOEt OO H N EtOOCCOOEt CH3H3C N HNO3 H2SO4 EtOOCCOOEt CH3 H3C 化学亮点化学亮点1 尼古丁和癌症尼古丁和癌症 N H N CH3 NO H N N H3CNO N O N NO N N NOCH3 O H 开环开环 氧化氧化 20 4 稠环化合物稠环化合物 一一 吲哚及衍生物吲哚及衍生物 p429 1 吲哚的反应吲哚的反应亲电取代反应类似于吡咯亲电取代反应类似于吡咯 反应活性高于苯低于吡咯反应活性高于苯低于吡咯 主要发生在杂环上主要发生在杂环上 但被取代的位置各有所异但被取代的位置各有所异 例如例如 3 位取代位取代 N H DMF POCl3 N H CHO C2H5MgBr MgBr N CH3 N H CH3 HCl N H CH3 CH2C6H5 重排重排 2 位取代 位取代 C6H5CH2Br N CH3 CH2C6H5 5 位取代位取代 HNO3 H2SO4 N H CH3 NCH3 H H H N H CH3 O2N 2 吲哚环的合成吲哚环的合成Fischer吲哚合成法吲哚合成法 H N N R R H H NH N 3 2 1 3 2 1 R R H N NH2 H H H R R H NH2 H2 HR R N N HR R NH2 HH N H NH4 R R H N N H CH3 ZnCl2 N H CH3 180 H N N CH3 ZnCl2 N H CH3 H3C 180 H N N COOH PCl3 N H COOH H3C H N 3 吲哚衍生物吲哚衍生物 二 喹啉和异喹啉二 喹啉和异喹啉 p421 1 性质和反应性质和反应 1 碱性碱性 2 亲电取代反应亲电取代反应 碳环上的取代碳环上的取代强酸性条件下 生成强酸性条件下 生成5 位和位和8 位位 取代物 例如 硝化反应 取代物 例如 硝化反应 N 12 3 4 5 6 7 8 NH 1 2 3 4 5 6 7 8 H 吡啶环上的取代吡啶环上的取代喹啉生成喹啉生成3 位取代物 异喹位取代物 异喹 啉生成啉生成4 位取代物 位取代物 N HBr Br2 N Br 硝基苯硝基苯 N HBr Br2 N Br 硝基苯硝基苯 反应机理 反应机理 1 2 加成加成 取代取代 消除消除 N Br2 N Br Br H Br2 N Br BrBr Br H NBr Br H Br N Br Br H Br H 3 亲核取代反应亲核取代反应 Chichibabin反应反应 N 1 NaNH2 2 H2O NNH2 卤代喹啉和卤代异喹啉卤代喹啉和卤代异喹啉 X被取代被取代 N C6H5CH2CN NaNH2 Cl ClN CHC6H5 Cl CN N CH2 CO2Et 2 NaH Cl Cl N Cl CH CO2Et 2 4 氧化氧化 N KMnO4 H N COOH COOH N COOH CO2 化学亮点化学亮点2自然界中的氮杂萘自然界中的氮杂萘 蝶啶蝶啶 N N N N OH HO OH N N N N OH H2N OH OH CNHCHCOOH OCH2CH2COOH N NN N H2N CH2NH OH 叶酸叶酸 黄蝶呤黄蝶呤 无色蝶呤无色蝶呤 2 喹啉和异喹啉的合成喹啉和异喹啉的合成 1 喹啉的喹啉的Skraup合成法合成法 CH2 CH CH2 OHOHOH H2SO4 CH2 CHCHO NH2 OHC N CHO H N OH H As2O5 N 2 喹啉的喹啉的Doebner Miller合成法合成法 NH2 CH2 CHCCH3 O FeCl3 ZnCl2 N CH3 3 异喹啉异喹啉Bisvhler Napieralski合成法合成法 NH2 CH3CO 2O NH O CH3 P2O5 N 205 N CH3 Pd 190 3 喹啉和异喹啉衍生物喹啉和异喹啉衍生物 20 5 重要杂环化合物重要杂环化合物 一 嘧啶衍生物一 嘧啶衍生物 p424 尿嘧啶互变异构尿嘧啶互变异构 亚胺醇式亚胺醇式酰胺式酰胺式 N N O O H H HN N O O H 胞嘧啶胞嘧啶 互变异构互变异构 胸腺嘧啶互变异构胸腺嘧啶互变异构 N N NH2 O H N N NH2 HO CH3 N N OH HO CH3 HN N O O H 腺嘌呤腺嘌呤 鸟嘌呤互变异构鸟嘌呤互变异构 二 嘌呤衍生物二 嘌呤衍生物 p433 22 N N N N NH2 H N N N N OH H2N H HN N N N O H2N H 在生物体内的在生物体内的DNA和和RNA分子链中分子链中 上述上述 三种嘧啶类杂环化合物和鸟嘌呤是以三种嘧啶类杂环化合物和鸟嘌呤是以酰胺式酰胺式存存 在在 三三 含氧杂环化合物含氧杂环化合物 1 吡喃类吡喃类 吡喃吡喃盐盐翁翁钅钅 O OO 吡喃酮吡喃酮 吡喃酮吡喃酮 O O 2 苯并吡喃类苯并吡喃类 O 苯并吡喃苯并吡喃离子离子翁翁钅钅 OO 香豆素香豆素 苯并苯并 吡喃酮吡喃酮 O O 色酮色酮 苯并苯并 吡喃酮吡喃酮 O 羊羊钅钅黄黄离子离子 黄酮黄酮 O 8 7 6 5 4 3 2 1 O 6 5 4 3 2 1 20 6生物碱生物碱 alkaloids 生物碱是具有强烈生理作用的含氮碱性化生物碱是具有强烈生理作用的含氮碱性化 合物合物 广泛存在于多种植物中广泛存在于多种植物中 属次生代谢产属次生代谢产 物物 除少数结构比较简单的生物碱除少数结构比较简单的生物碱 分子中的分子中的 氮原子不再环内氮原子不再环内 绝大多数是结构复杂的杂多绝大多数是结构复杂的杂多 环化合物环化合物 在植物体内在植物体内 生物碱常与酸结合成生物碱常与酸结合成 盐盐 许多中草药如 当归许多中草药如 当归 麻黄麻黄 黄连等的有黄连等的有 效成分都属于生物碱类效成分都属于生物碱类 到目前为止到目前为止 已发现已发现 的生物碱超过的生物碱超过6000种种 一一 生物碱的种类生物碱的种类 二二 生物碱的一般性质生物碱的一般性质 1 物理形状物理形状 一般情况下一般情况下 生物碱的分子是不对称分生物碱的分子是不对称分 子子 且多为左旋体且多为左旋体 2 碱性碱性 大多数生物碱显碱性大多数生物碱显碱性 结构不同结构不同 碱性强碱性强 弱不同弱不同 3 溶解性溶解性 多数游离的仲多数游离的仲 叔胺型生物碱为脂溶性叔胺型生物碱为脂溶性 碱性生物碱可溶于酸性水溶液碱性生物碱可溶于酸性水溶液 4 沉淀反应沉淀反应 大部分生物碱都能与某些酸类大部分生物碱都能与某些酸类 重金属重金属 盐及相对分子质量大的配合物盐反应盐及相对分子质量大的配合物盐反应 生成生成 单盐单盐