有机化学-第十七章-杂环化合物课件

杂环化合物，是指环状化合物中构成环的原子除碳原子外，还有其他原子的化合物。常见的杂原子：O、N、S。非芳香杂环：

芳香杂环：一、杂环化合物的分类

单杂环：呋喃

吡咯

噻吩

噻唑

咪唑

吡啶

嘧啶

17-1

分类和命名五元杂环

六元杂环

稠杂环：

喹啉

吲哚

嘌呤

苯并吡喃盐

苯并单杂环单杂环并单杂环杂环化合物的分类与命名一、分类稠杂环

五元杂环

六元杂环

杂环化合物的命名

音译法：按照IUPAC推荐的普通名称，用2~3个汉字音译，使用带口字旁的同音汉字。系统命名法：根据相应的碳环命名。

氮杂-2,4,6-环庚三烯

二、命名1、音译法命名：根据英文音义，用带口字旁的同音汉字含有两个杂原子的五元杂环，若至少有一个杂原子是氮，则该杂环化合物称为唑

Oxazole

Thiazole

Ididazole

Pyrazole口恶唑噻唑咪唑吡唑杂环编号的一般原则如下：i)含一个杂原子时从杂原子开始编号，同时使取代基位次最小

3-甲基吡啶（β）

ii）含两个相同杂原子时，编号从连有取代基或H的杂原子开始，并使另一个杂原子位次最小

4-甲基咪唑

4-氨基嘧啶

2,5-二苯基咪唑

口恶唑噻唑咪唑吡唑iii)含不同杂原子时，则按O,S,N顺序编号，并使另一个杂原子位次最小

iv)有关稠杂环化合物的编号喹啉异喹啉嘌呤吲哚咔唑v)当取代基是-COOH，-COOR，-SO3H，-CHO等时，杂环作为取代基来命名。3-吲哚乙酸

杂环命名中羟基、氨基作为取代基命名2-呋喃甲醛

有些稠杂环化合物的原子编号是固定的。异喹啉

嘌呤

2、另一命名法是将杂环看作碳环衍生物，在碳环名称前加上杂原子的名称，再在中间加一“杂”字。碳环母核苯环戊二烯萘

茂氧杂-2,4-环戊二烯(呋喃)

1呋喃、吡咯、噻吩的结构sp2杂化

17-3

重要杂环的结构与性质结构特点：①杂原子共轭效应是供电子的，诱导效应是吸电子的。②杂原子是sp2杂化，未成键电子对在2p轨道上，参与共轭。由于6个π电子分布于5个原子上，整个环的π电子几率密度比苯大，是富电子芳环，因而比苯环活泼，亲电取代反应比苯快得多。2

吡啶的结构

结构特点：杂原子的共轭效应和诱导效应都是吸电子的；未成键电子对在sp2杂化轨道上，不参与共轭。是缺电子芳杂环，因而性质不如苯环活泼sp2杂化3

呋喃、吡咯、噻吩、吡啶的性质

(1)

亲电取代反应呋喃、吡咯、噻吩具有芳香性，能进行卤代、硝化、磺化等亲电取代反应，且反应的速度比苯快得多，发生反应时取代基优先进入α-位。α-噻吩磺酸

噻吩对氧化剂稳定，可用一般的硝化剂和磺化剂呋喃和吡咯对及氧化剂都比较敏感，应使用特殊的试剂乙酰硝酸酯进行硝化，使用吡啶三氧化硫进行磺化。α-呋喃磺酸α-硝基吡咯吡啶比苯难发生亲电取代反应，反应条件要求和硝基苯差不多；在发生反应时取代基主要进入β-位。吡啶的氯代要用AlCl3催化且要加热；吡啶的磺化要用发烟H2SO4并要加热；β（3）-硝基吡啶

(2)氧化反应吡啶环对氧化剂稳定，比苯环难氧化。2,3-吡啶二甲酸β-吡啶甲酸(3)还原反应

呋喃、吡咯、噻吩都比苯容易还原为饱和的环。四氢呋喃四氢吡咯吡啶比苯易还原，用钠加乙醇、催化加氢均使吡啶还原为六氢吡啶。(4)吡咯和吡啶的酸碱性吡咯分子中，氮原子上的未共用电子对参与了环的共轭体系，使它的碱性减弱。吡咯的酸性极弱，介于醇和酚之间。碱性强弱的顺序：

吡啶分子中氮原子上的未共用电子对没有参与环的共轭体系，可以和H+结合显碱性。也能与卤代烃结合。17-4

与生物有关的杂环化合物1α-呋喃甲醛

糠醛是没有α-氢的醛，化学性质和苯甲醛相似。2

卟啉化合物

卟吩环卟啉化合物是一类广泛存在于自然界中的化合物，它们的分子中都含有卟吩环。

血红素叶绿素aR=CH3叶绿素bR=CHO维生素B123

吡啶的衍生物

β-吡啶甲酸（尼克酸）β-吡啶甲酰胺（尼克酰胺）维生素B6

：(orCHOorCH2NH2)维生素PP：4

嘧啶的衍生物

嘧啶本身不存在于自然界，但它的衍生物在自然界分布很广，脲嘧啶、胞嘧啶、胸腺嘧啶是遗传物质核酸的重要组成部分。维生素B1

5

嘌呤的衍生物

嘌呤母体在自然界中并不存在，但它的衍生物却广泛存在于动植物体内。

腺嘌呤、鸟嘌呤，是核酸内的两种碱基。

(2)

碱基：

胞嘧啶C胸腺嘧啶T（5-甲基尿嘧啶)尿嘧啶U（2,4-二氧嘧啶腺嘌呤A鸟嘌呤G6-氨基嘌呤2-氨基-6-氧嘌呤4-氨基-2-氧嘧啶6

吲哚的衍生物

β-吲哚乙酸（IAA）色氨酸17-5生物碱生物碱是一类从植物组织中提取的结构复杂的含有很强的生理活性的天然的碱性含氮化合物，其结构类型很多，多数比较复杂。按骨架分类，按照来源命名。大多数生物碱存于有花植物中，但也存于动物、昆虫、海洋生物、微生物和低等植物中。例：麝香吡啶（麝鹿）烟碱（尼古丁）（烟叶中主要的生物碱）许多生物碱是极有价值的药物。例：古柯碱（有麻醉作用）罂栗碱（有解痉作用）确定了生物碱的结构以后，可以根据它来合成许多类似的化合物，寻找新的更有效的药物。麻黄碱：又叫麻黄素，仲胺结构，不具含氮杂环。具有兴奋神经，增高血压，扩张血管的作用。麻黄碱去氧麻黄碱甲基苯丙胺（冰毒）1

核酸的组成核酸水解核苷酸核苷磷酸戊糖碱基RNA中的碱基是胞嘧啶、脲嘧啶、腺嘌呤、鸟嘌呤；脱氧核糖核酸(DNA)中的戊糖是脱氧核糖，核糖核酸(RNA)中的戊糖是核糖。

17-4

核酸DNA中的碱基是胞嘧啶、胸腺嘧啶、腺嘌呤、鸟嘌呤。

(1)戊糖：D-核糖β-D-呋喃核糖D-2-脱氧核糖β-D-2-脱氧呋喃核糖(3)

核苷

RNA中的四种核糖核苷：脲苷(U)胞苷(C)1-β-D-呋喃核糖脲嘧啶

1-β-D-呋喃核糖胞嘧啶

腺苷(A)

鸟苷(G)9-β-D-呋喃糖核腺嘌呤

9-β-D-呋喃核糖鸟嘌呤

DNA中的四种脱氧核糖核苷：

2′-脱氧胸腺苷(dT)2′-脱氧胞苷(dC)1-β-D-2′-脱氧呋喃核糖胸腺嘧啶

1-β-D-2′-脱氧呋喃核糖胞嘧啶

2′-脱氧腺苷(dA)

2′-脱氧鸟苷(dG)

9-β-D-2′-脱氧呋喃核糖腺嘌呤

9-β-D-2′-脱氧呋喃核糖鸟嘌呤

命名时，碱基上的原子编号不带撇号，糖上的碳原子编号要带有撇号。

1′2′3′4′5′(4)

核苷酸

由核苷的3′位或5′位上的羟基被磷酸酯化而生成的。核苷酸是核酸的结构单位，与核苷相对应，有四种核糖核苷酸和四种脱氧核糖核苷酸。

胞嘧啶核苷酸

胞苷-5′-磷酸

2

核酸的结构

核酸是由核苷酸以磷酸酯键的方式，按一定次序连接而成的线型高分子，和磷酸成酯的是戊糖3′位和5′位上的羟基。

核酸的一级结构，是核酸中各核苷酸单位的排列次序，实际上即是碱基的次序。

胞苷酸腺苷酸

脲苷酸RNA中的核苷酸链片段DNA的二级结构，是由两条多聚脱氧核糖核苷酸链组成的，两条链都向右旋绕，形成双螺旋结构。DNA的双螺旋结构是依靠碱基胸腺嘧啶(T)-腺嘌呤(A)、胞嘧啶(C)-鸟嘌呤(G)间的氢键维持。T=A