杂环-洪2011.ppt

1、 咖啡因, 烟碱（尼古丁）,无色液体，有剧毒，少量能兴奋神经，大量(50mg/次)会因心脏麻痹而死亡。,存在于咖啡、茶叶中，兴奋中枢神经，止痛、利尿作用。,第十六章 杂环化合物,1 定义：,环上有杂原子（指O、N、S等）的碳环（尤指芳环）。,2 分类,五元环,单环,杂环化合物,第一节 分类与命名,稠环,六元环,呋喃 furan,吡咯,噻吩,咪唑,3 命名, 多个杂原子， 依OSNHN顺序优先为1号；, 、标定。, 使数字之和最小；, 一个杂原子，杂原子为1号；,3.1 有特定英文名的杂环,3.1.1 采用译音法给出一个固定名称。,3.1.2 编号,吡唑,噻唑,吲哚,吡啶,吡喃,嘧啶,吡嗪,喹啉

2、,【特例】,（编号：与蒽相似）,嘌呤,喋啶,异喹啉,吖啶,3.2 无特定英文名的杂环（略）,第二节 五元杂环,1 单杂原子五元杂环,1.1 结构, 多芳环,呋喃,噻吩,吡咯,1. 2 水溶性：不溶于水。,1. 3 沸点,31 ,84 ,131 , 呋喃, 噻吩,1.4 具体特点,存在于松木焦油中，无色液体，b.p.31.4，有氯仿气味，遇盐酸浸湿的松木片呈绿色（松木片反应） 。,与苯共存于煤焦油中，无色异味的液体，b.p.84.2，不易与苯分离 。噻吩与靛红的硫酸溶液作用呈蓝色，用于检验苯中噻吩。, 吡咯,存在于煤焦油和骨焦油中，无色异味的液体，b.p.130-131，蒸气遇HCl浸湿的松木片

3、呈红色，可用于检验。,1.5 化学性质, 吡咯 呋喃 噻吩 苯,1.5.1 亲电取代反应,四碘吡咯（伤口消毒剂）, 反应活性, ,如,-噻吩磺酸,【用途】除去苯中的噻吩，制备无噻吩苯。,（傅-克酰基化）,再如,1.5.2 加成反应,四氢吡咯,四氢呋喃(THF), 催化氢化, Diels-Alder 反应,外式exo，10,内式endo，90,1.5.3 酸碱性（吡咯）, N上有孤对电子：弱碱性；, N-H键易断：弱酸性。,如,吡咯钾, 比较碱性,1.6 衍生物,1.6.1 呋喃衍生物糠醛（-呋喃甲醛）, 鉴别,深红色,Cannizzaro反应, 性质：具有醛的性质,羟醛缩合,糠酸,糠醇,【实例

4、】呋喃衍生物药物,痢特灵,（呋喃唑 酮，抗菌药）,1.6.2 吡咯衍生物, 卟吩（旧称 ）骨架,叶绿素存在于植物的叶和茎中，与蛋白质结合存在于叶绿体中。可吸收太阳能，是植物光合作用所必需的催化剂。,【实例一】 叶绿素,1940年，汉斯-费歇尔提出其结构，1960年伍德沃德（Woodward）等完成了叶绿素a的全合成。,由叶绿素a和叶绿素b的混合物（a:b=3:1）。叶绿素a是蓝色结晶，m.p.150-153，其乙醇溶液为蓝绿色，并有深红色荧光。叶绿素b是深绿色粉末， m.p.120-130，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。,叶绿素a和叶绿素b,叶绿素a：R=CH3,叶绿

5、素b：R=CHO,【实例二】维生素B12,维生素B12 ，又名钴胺素，存在于动物肝脏中，暗红色针状结晶，抗恶性贫血药。,1926年，发现动物肝可医治恶性贫血，生物化学家便开始研究动物肝有效成分。但含量太少，提纯过程中易分解，故长期无进展。1948年，分离得纯维生素B12 结晶。,1972年，近百名科学工作者，完成其全合成。,1954年，用X射线衍射法才确定维生素B12 的结构。,维生素B12 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。,血红素是高等动物体内输送氧气的物质，在红血球中与蛋白质结合成血红蛋白。以盐酸水解血红蛋白，即得

6、氯化血红素。 其结构经过了近四十年研究才确定，1929年汉斯-费歇尔完成全合成。,【实例三】 血红素,2 唑类（二杂原子五元杂环化合物）,2.1 结构, 含有两个杂原子，其中一个是N原子的五元杂环，称唑类,咪唑,噻唑,吡唑,2.2 氢健, 水溶性：N上含孤对电子，可形成氢键，增强水溶性。, 沸点：可形成氢键，沸点高。,2.3 酸碱性：N上含孤对电子，碱性增强。,如,pKa 2.5 7.2 0.4,N 吸电子，N-H 键易断，酸性增强。,如,2.4 稳定性：N 吸电子，环稳定性增强，环难氧化。,2.5 咪唑的结构与功能补充,【特点】 既可给出质子，又可接受质子，似水，在生物体内可传递质子；其pK

7、a值接近生理pH7.35。,如,组氨酸, 甲硝唑,化学名称：1-乙羟基-2-甲基-5-硝基-咪唑,类别：抗阿巴米药、抗滴虫药、抗厌氧菌药。,【实例】咪唑类药物,毛果芸香碱,存在于毛果芸香中，用于治疗青光眼。,2.7 噻唑,无色，有臭味的液体，b.p. 117，可与水互溶，有弱碱性。,维生素B1,青霉素钠,1.1.1 四种存在形式,4H-吡喃,2H-吡喃,-吡喃酮,-吡喃酮,1.1.2 吡喃的性质（略）,第三节 六元杂环,1 单杂原子,1.1.3 苯并吡喃,又名花青素，存在于被子植物的花、果、叶、茎中，呈现红、蓝、紫等显著颜色。多可溶于水、乙醇，不溶于乙醚、苯、氯仿等。, 花色素（2-苯基苯并吡

8、喃）,花色素的水溶液随pH的改变而呈现不同的颜色 。,色基负离子（蓝色，pH 11 ）,矢车菊素（红色，pH 3 ）,【实例】矢车菊素,1.1.4 香豆素（苯并-吡喃酮 ）,不饱和内酯,顺-邻羟基肉桂酸,【实例一】七叶内酯（ 存在于秦皮、续随子中，可抗痢疾杆菌）,【实例二】当归三醇（ 存在重齿毛当归中，抑制血小板凝集。）,1.1.5 黄酮类（苯并-吡喃酮 ）, 色原酮,满足C6-C3-C6骨架结构，特点是呈黄色，紫外光下有荧光。,黄酮, 黄酮类,如,异黄酮,二氢黄酮, 其它的黄酮骨架结构,黄芩甙：中药黄芩中有抗菌作用的有效成分。,黄芩素,黄芩甙,【实例一】,芦丁，又名云香甙，有调节毛细管壁渗透

9、性的作用，临床上用作毛细管止血药，作为高血压症的辅助治疗药物。 芦丁存在于槐花米和荞麦中，槐花米是槐花的花蕾，含芦丁量高达12-16。,芦丁（云香甙）,【实例二】,1.2.1 结构,【特点】 N的孤对电子“外露”； N以1e参与大键； 共轭电子云流向N原子（N相当于NO2）。,：缺芳环,【比较】,1.2.2 溶解性 ：,烃基R：易溶于有机溶剂,与水、油均能混溶。,盐酸吡啶,1.2.3 碱性,叔胺,季铵盐,（强于吡咯）,1.2.4 亲电取代：吡啶环看作苯环，N看作NO2（取代位）。, 反应活性,1.2.5 亲核取代：将N看作NO2，强吸电子，使-碳带+。,-吡啶甲酸,1.2.6 氧化反应,（吡啶

10、比苯难氧化),六氢吡啶（哌啶）,1.2.7 还原反应,1.3 吡啶衍生物,1.3.1 维生素PP,B族维生素之一，参与机体的氧化还原过程，能促进组织新陈代谢，降低血中胆固醇，缺少时引起糙皮病。,维生素PP包括-吡啶甲酸（烟酸）和-甲酰胺（烟酰胺）两种物质。二者的生理作用相同，为白色结晶，对酸、碱、热等都比较稳定，存在于肉类、肝、肾、花生、米糠及酵母中。,-吡啶甲酸（烟酸） -吡啶甲酰胺（烟酰胺） m.p.236-237 m.p.128-131,1.3.2 维生素B6,维生素B6由下列三种物质组成：,吡哆醇 吡哆醛 吡哆胺,维生素B6在自然界中分布很广，存在于蔬菜、鱼、肉、谷物、蛋类等中，可参与

11、生物体中的转氨作用，是维持蛋白质正常代谢必要的维生素。,1.3.3 异烟酰肼（雷米封）,异烟肼是白色针状结晶或粉末，m.p.167-173。无臭，味微苦，是一种常见的抗结核药。,异烟肼可由-吡啶甲酸与水合肼作用制得：,1.3.4 尼可刹米（可拉明）,尼可刹米为澄明、无色或淡黄色的油状液体，有微弱的特异香气，味微苦。 为中枢兴奋药，用于中枢性呼吸和循环衰竭，对吗啡中毒所引起的呼吸抑制有良好的效果。,2 二杂原子,低熔点固体或液体，熔点22，有臭味，溶于水和醇，呈弱碱性。,2.1.1 物理性质,2.1 嘧啶,可近似将两个N看作NO2，性质与吡啶相似，但稳定性更强。,2.1.2 化学性质, 胸腺嘧啶

12、 Thymine, 胞嘧啶 Cytosine, 尿嘧啶 Uracil,2.1.3 含嘧啶环的碱基,2.1.4 含嘧啶的药物,【实例一】磺胺嘧啶,治疗流行性脑脊髓膜炎的首选药物,【实例二】巴比妥酸巴比妥类镇静催眠药母体,2,4,6-三羟基嘧啶,烯醇式,酮式,2,4,6-三羰基六氢嘧啶,如, 在巴比妥酸的5-位，接上各种取代基，得到不同的巴比妥类镇静催眠药。可分为长效、中效和短效三类。,苯巴比妥（鲁米那Luminal）,长效镇静催眠药。,1 吲哚（苯并吡咯）,1.1 性质, 反应活性,【特点】 反应多在吡咯环上； 产物以3-位为主。,第四节 稠杂环化合物,如,主,1.2 衍生物, 5-羟基色胺,

13、色氨酸,哺乳动物及人脑思维活动的重要物质。,存在于板蓝根和大青叶中，具有清热解毒的作用。,己木质糖,吲哚醇, 大青素B,2 苯并吡啶喹啉与异喹啉,2.1 溶解性,喹啉,异喹啉,二者均存在于煤焦油中，无色油状液体，具有异味。难溶于冷水，易溶于热水。,2.2 碱性：弱碱，与吡啶相近。,2.3 亲电取代,2.4 亲核取代,2.5 氧化反应,2.6 还原反应,2.7 喹啉衍生物, 白色固体，熔点173，味微苦，微溶于水，左旋。奎宁及其盐类是最早使用的特效抗疟药。现有许多奎宁衍生物使用。, 从金鸡纳树皮中提取出来的一种生物碱（1820 年）。 1908年，P.Rabe用降解法测定其结构 ；1944年 W

14、oodward等完成全合成。,2.7.1 奎宁, 奎宁的提取过程, 奎宁的合成过程,奎宁,2.7.2 合成抗疟药氯喹啉,2.7.3 罂粟碱, 鸦片中含有罂粟碱，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20多种生物碱，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。,2.8.4 喜树碱,喜树碱存在于中国特有的喜树中（果实含量最高），此外，印度的马比木中也有存在。喜树碱为浅黄色针状结晶，熔点264267（分解），右旋，难与酸成盐。喜树碱对肠胃道及头颈部癌有较好的近期疗效，但对少数病人有尿血的副作用。,3 嘌呤,9H - 嘌呤,7H - 嘌呤,3.2 互变异构：,3

15、.1 两性：-NH上的H有酸性；=N有碱性。,3.3 尿酸（2,6,8 - 三羟基嘌呤）,3.4 黄嘌呤（ 2,6 - 二羟基嘌呤 ）,【实例】咖啡因（1,3,7 - 三甲基黄嘌呤）, 咖啡因（碱），1,3,7 - 三甲基黄嘌呤，存在于茶叶、咖啡中，为白色针状结晶，味苦，可升华。, 咖啡碱具有刺激心脏、兴奋大脑和利尿等作用，还可作许多饮料的添加剂。咖啡碱可从茶叶或咖啡中提取，工业上多用化学合成制得。,【实例】咖啡因,3.5 含嘌呤的碱基, 腺嘌呤 Adenine, 鸟嘌呤 Guanine,4 核酸与核苷酸,脱氧核糖核苷酸,尿嘧啶U,胞嘧啶C,腺嘌呤A,【实例】RNA结构片段,第五节 生物碱,1

16、 定义, 满足三个条件：大多结构复杂； 来自生命体，且对生命体有活性；含N，具有碱性。,如,2 存在与用途,咖啡因, 存在于生物体（主要为植物）内，是中草药的疗效的主要来源之一。,3 性质, 大多味苦。, 生物碱沉淀试剂：丹宁、苦味酸、碘化汞钾等。, 可溶于有机溶剂，不溶于水，其盐则可溶于水。 -提取生物碱的依据。, 多有旋光性，且为左旋。,4 实例,4.1 麻黄碱, 从麻黄中提取出来的（）麻黄碱和（）伪麻黄碱，二者互为非对映体。前者具有收缩血管、松驰支气管平滑肌、兴奋中枢的作用，活性强。后者则有升压、利尿作用，且活性弱。,（）麻黄碱,（）伪麻黄碱,4.2 烟碱, 烟草中约含有12种生物碱，其

17、中，烟碱是最主要的。烟碱又称尼古丁，一般以苹果酸盐或柠檬酸盐的形式存在。, 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，一次吸注50mg，则可使心脏麻痹而死亡。,4.3 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。, 黄连素是黄色结晶，m.p.145，味苦，易溶于水，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， 临上用于治疗痢疾及胃肠炎等。, 提取方法：有机化学实验P.199,4.4 颠茄碱（莨菪碱、阿托品）, 许多茄科植物（如颠茄、曼陀罗、天仙子等）都有颠茄碱。, 颠茄碱为白色结晶，m.p

18、.114-116，难溶于水，有苦味。临床用作抗胆碱药，能抑制汗腺、,4.6 吗啡及其衍生物,R=R=H 吗啡,R=CH3,R=H 可待因,R=R=-COCH3 海洛因, 另外两种写法, 吗啡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，有极快的镇痛效力，是医药上常用的局部麻醉剂，但易成瘾。, 可待因是吗啡的甲基醚，与吗啡有同样的生理作用，成瘾性较吗啡差，用于镇咳。存在于大麻中的毒品海洛因是吗啡的二乙酰基衍生物。,4.7 利血平, 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。, 利血平有降血压作用，1956年Woodward完成全合成。,4.8 茶叶中

19、的生物碱, 提取方法： 有机化学实验,咖啡因（咖啡碱）, 茶叶中含 有多种生物碱，其中，主要成份为咖啡因（1-5），少量茶碱和可可豆碱。,可可豆碱,茶碱,中药的有效成份一览简表,1 生物碱,中药有效成份,2 甙类,3 有机酸,4 树脂,5 挥发油,6 糖类,7 氨基酸、蛋白质、酶,8 鞣质,9 植物色素,10 油脂与蜡,11 无机成份,1 生物碱, 青藤碱存在于圆叶千金藤，m.p. 125。,【实例】青藤碱,2 甙类,甙类涉及的范围较广，甙元的结构类型差别很大，几乎各种类型的天然成分都可糖结合成甙，且其性质和生物活性各异。, 垂盆草甙：存在于垂盆草中，降低血清谷丙转氨酶。, 更重要的是：皂甙（见笔记）、强心甙（见笔记） 。,【实例】垂盆草甙,3 有机酸, 凡是有酸味的中药大多含有有机酸（包括羧酸及取代羧酸），其中以柠檬酸、苹果酸、琥珀酸、草酸等最常见。, 在中药中多与金属离子成盐。