第十四章芳香杂环化合物

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1、第十四章第十四章 芳香杂环化合物芳香杂环化合物 （aromatic heterocyclesaromatic heterocycles）分子中含有由碳原子和其它原子共同组成的环的化合物称为杂环化合物。杂环中的非碳原子称为杂原子，最常见的杂原子有O、S、N等。生物体内存在的物质主要是杂环化合物；合成的药物也多数是杂环化合物。本章主要讨论的是芳香杂环化合物。第一节第一节 芳香杂环化合物的分类与命名芳香杂环化合物的分类与命名 一、杂环化合物的分类杂环化合物杂环化合物单杂环单杂环稠杂环稠杂环五元杂环五元杂环六元杂环六元杂环苯稠杂环苯稠杂环杂稠杂环杂稠杂环二、杂环化合物的命名二、杂环化合物的命名1、音译

2、法 噻唑thiazole 吡唑pyrazoleN12NH345 咪唑imidazole分类分类 氮五吡咯，六吡啶。间氮咪唑和嘧啶。左骈苯吲哚与喹啉，咪嘧结合是嘌呤。2、系统命名法（1）含1个杂原子的杂环，从杂原子开始用阿拉伯数字或从靠近杂原子的碳原子开始用希腊字母编号。（2）如有几个不同的杂原子时，则按O、S、-NH-、-N=的先后顺序编号，并使杂原子的编号尽可能小。（3）有些稠杂环母环有特定的名称和编号原则。NHNO2NCH3NSC6H5CH3NCH3OHCH3NClNCH3NSHOCHOSSO3HNCONH2 2-硝基吡咯（-硝基吡咯）4（）-甲基吡啶 2-甲基-5-苯基噻唑4-甲基-8-

3、羟基喹啉 1-甲基-7-氯异喹啉 1-甲基-2-巯基咪唑 2（）-呋喃甲醛 2（）-噻吩磺酸 -吡啶甲酰胺 标氢标氢杂环中拥有最多数目的非聚集双键。当杂环满足了这个条件后，环中仍然有饱和的碳原子或氮原子，则这个饱和的原子上所连接的氢原子称为“标氢”或“指示氢”。用其编号加H（大写斜体）表示。NNHOO1H-吡咯 2H-吡咯 2H-吡喃 4H-吡喃 若杂环上尚未含有最多数目的非聚集双键，则多出的氢原子称为外加氢。命名时要指出氢的位置及数目，全饱和时可不标明位置。例如：NNOHH1,2,3,4-四氢喹啉 2,5-二氢吡咯 四氢呋喃含活泼氢的杂环化合物及其衍生物,可能存在着互变异构体,命名时需按上述

4、标氢的方式标明之。例如：NNNNNNNNHH9H-嘌呤 7H-嘌呤第二节、芳香五元杂环化合物第二节、芳香五元杂环化合物 一、吡咯、呋喃和噻吩 1、结构与芳香性 Z=O S NHsp2Z碳原子碳原子p轨道中各有一轨道中各有一个电子；个电子；杂原子杂原子p轨道中有两个轨道中有两个电子；电子；形成环状离域大形成环状离域大 键键.电子数电子数:6 符合休克尔符合休克尔4n+2规则规则具有芳香性2、化学性质（1）、酸碱性 吡咯分子中虽有仲胺结构，但并没有碱性，其原因是吡咯分子中虽有仲胺结构，但并没有碱性，其原因是氮原子上的一对电子都已参与形成大氮原子上的一对电子都已参与形成大键，不再具有给键，不再具有给

5、出电子对的能力，与质子难以结合。相反，氮上的氢出电子对的能力，与质子难以结合。相反，氮上的氢原子却显示出弱酸性，其原子却显示出弱酸性，其pKa为为17.5，因此吡咯能与强，因此吡咯能与强碱如金属钾及干燥的氢氧化钾共热成盐。碱如金属钾及干燥的氢氧化钾共热成盐。呋喃中的氧原子也因参与形成大呋喃中的氧原子也因参与形成大键而失去了醚的弱碱键而失去了醚的弱碱性。噻吩中的硫原子不能与质子结合，因此也不显碱性。噻吩中的硫原子不能与质子结合，因此也不显碱性。性。（2）、亲电取代反应亲电取代活性顺序为：吡咯亲电取代活性顺序为：吡咯 呋喃呋喃 噻吩噻吩 苯苯 亲电试剂进攻亲电试剂进攻 位和进攻位和进攻 位比较：位

6、比较：二、吡咯衍生物乙酰基硝酸酯乙酰基硝酸酯：是一个比较温和的硝化剂，一般只在芳环活性基团：是一个比较温和的硝化剂，一般只在芳环活性基团的邻位引入一个硝基。它为易吸潮的无色发烟液体，因易爆炸所以的邻位引入一个硝基。它为易吸潮的无色发烟液体，因易爆炸所以在临使用时才按下式制备在临使用时才按下式制备（3）加成反应NHNHNCH3(CH2)4CH3NHHOOCCH2CH2CH2COOHCH2NH2卟吩由四个吡咯和四个次甲基卟吩由四个吡咯和四个次甲基(=CH)(=CH)交替相连组成的共轭体系。交替相连组成的共轭体系。卟吩呈平面结构卟吩呈平面结构,环中间空隙里四个氮环中间空隙里四个氮原子可分别以共价键、

7、配价键与不同的原子可分别以共价键、配价键与不同的金属离子结合。叶绿素金属离子结合。叶绿素(镁镁),血红素血红素(铁铁)。叶绿素和血红素：叶绿素和血红素：灵菌红素灵菌红素卟吩胆色素原卟吩胆色素原3、咪唑的结构和功能 咪唑具有碱性；水溶性较大；有芳香性；既是质子接受体又是质子供体。第三节第三节 芳香六元杂环芳香六元杂环 1、吡啶结构与芳香性A.吡啶有无芳香性？吡啶有无芳香性？B.吡啶是否具有碱性？吡啶是否具有碱性？C 为什么吡啶能与水互溶？为什么吡啶能与水互溶？氮周围的电子云密度较高，碳上的电子云密度较低，氮周围的电子云密度较高，碳上的电子云密度较低，（主要（主要 位），位），但但（主要（主要位）

8、位）性质类似于硝基苯。性质类似于硝基苯。氮上一对电子不参与形成大氮上一对电子不参与形成大 键，所以吡啶键，所以吡啶。亲电亲核2、吡啶的化学性质吡啶的化学性质（1）、易溶于水，N上的未共用电子对能与水形成氢键。（2）、具有碱性。碱性大小：脂肪族胺氨吡啶苯胺（3）、亲电取代和亲核取代NHNO3 H2SO4KNO3 300oCNNO2NSO3H发烟 H2SO4250oC亲电取代发生在亲电取代发生在位。位。亲核取代发生亲核取代发生在在位。位。当当位上有易离位上有易离去基团时，与去基团时，与较弱的亲核试较弱的亲核试剂就能发生亲剂就能发生亲核取代反应核取代反应齐齐巴宾反应齐齐巴宾反应（4）、吡啶类化合物侧

9、链氧化反应 氧化难、还原易氧化难、还原易（抗氧化性比苯强）（抗氧化性比苯强）烟碱烟碱(尼古丁尼古丁)烟酸烟酸 烟酰胺烟酰胺 NNa,C2H5OH(无水)或 H2/Ni,25oC,3大气压NH哌啶哌啶(六氢吡啶六氢吡啶)NKMnO4NHOOCNNCH3HNO3NCOOHNH3NCONH2哌啶的碱性比吡啶强？（环状仲胺）哌啶的碱性比吡啶强？（环状仲胺）重点：碱性：吡啶苯胺吡咯亲电难易：吡咯苯吡啶对氧化剂的稳定性：吡啶苯吡咯3、嘧啶及其衍生物N(sp2)。成环的碳、氮都以一个。成环的碳、氮都以一个P电子参与共轭。电子参与共轭。易发生亲核取代，不易进行亲电取代。易发生亲核取代，不易进行亲电取代。尿嘧啶

10、尿嘧啶(U)胞嘧啶胞嘧啶(C)NHNHOONNOHOHNHNONH2NNNH2OHNHNHOOCH3NNOHOHCH3 胸腺嘧啶胸腺嘧啶(T)脱氧胸苷脱氧胸苷NNNNHOOCH3OHHHHOHHOH2CH 核酸中存在的嘌呤环系核酸中存在的嘌呤环系NNNNHNH2HNNNNHOH2NNNNNNH2OHHHOHOHHHOCH2 腺嘌呤腺嘌呤（A）鸟嘌呤鸟嘌呤(G)腺嘌呤核苷（腺苷）腺嘌呤核苷（腺苷）NNSHNNH6-巯基嘌呤(抗癌药物)磺胺类药物：（1）基本结构）基本结构 （2）构效关系）构效关系 当当N1上的氢原子被某些基团取代时，能增强其抑菌作上的氢原子被某些基团取代时，能增强其抑菌作用，有较

11、好的疗效和较低的毒性，这些取代基团多半是杂用，有较好的疗效和较低的毒性，这些取代基团多半是杂环化合物。如果环化合物。如果N4上的氢原子被其他基团取代时，将降低上的氢原子被其他基团取代时，将降低甚至丧失其抗菌作用。但如果甚至丧失其抗菌作用。但如果N4 上的取代基在体内能被上的取代基在体内能被分解而恢复原来的游离氨基时，则仍具有原来的抑菌作用。分解而恢复原来的游离氨基时，则仍具有原来的抑菌作用。磺胺的抑菌作用是由于其结构与细菌生长所必须的对氨基磺胺的抑菌作用是由于其结构与细菌生长所必须的对氨基苯甲酸（苯甲酸（PAPB）的结构极为相似，能产生竞争性拮抗，）的结构极为相似，能产生竞争性拮抗，干扰细菌的酶系统对干扰细菌的酶系统对PAPB的利用。的利用。H2N SO2NH214对氨基苯磺酰胺（简称磺胺）NNHNNHOOFH2NSO2NH磺胺嘧啶（SD）5-氟尿嘧啶 （5-FU）临床上使用的药物：临床上使用的药物：抗肿瘤药 第四节第四节 稠杂环化合物稠杂环化合物 嘌呤及衍生物 嘌呤嘌呤 两个互变异构体的平衡体系两个互变异构体的平衡体系NNNNHNNNHN123456789 9H-嘌呤嘌呤 7H-嘌呤嘌呤生物体内药物分子吲哚衍生物吲哚衍生物