第十六章杂环化合物生物碱
第十六章 杂环化合物、生物碱
杂环化合物的定义：在环状有机化合物中，构成环的原子除了碳原子外还含有其他原子，这环状种化合物就叫做杂环化合物（heterocyclic compound ）。除碳以外的其他原子叫做杂原子。常见的杂原子有：氮、氧、硫。
第一节 杂环化合物的分类和命名 一、 分类
按照环的大小和环的数目可分为：
杂环
单杂环
五元环
六元环
苯环与单杂环的稠合杂环(苯并杂环)
两个或两个以上单杂环的稠合杂环O S
N H
稠杂环
N
N
N
N
N H
N
二、 命名
1、音译法：根据外文译音，选用同音汉字，加“口”字旁表示杂环。
O S N H 吡咯呋喃噻吩吡啶N pyrrole
furan
thiophene
pyridine N H 吲哚indole N N
咪啶pyrimidine
取代杂环的命名： ① 杂环的编号从杂原子起依次1,2,3 ……（或：α,β,γ……）。 ② 如环上不止一个杂原子时，则从O 、S 、N 的顺序依次编号。 ③ 有两个相同杂原子的，应从连有H 原子或取代基的开始编号。 ④ 编号时注意杂原子或取代基的位次之和最小。 ⑤ 稠杂环是特定的母体和固定的编号。
N S 5
1
2
4
3
5-乙基噻唑N N H
1
23454-甲基咪唑
CH 3
C 2H 5
N CH 31
23
4563-甲基吡啶
2、根据结构命名：
即根据相应于杂环的碳环来命名，把杂环看作是相应的碳环中的碳原子被杂原子置换而形成的。例如，吡啶可看作是苯环上一个碳原子被氮原子置换而成的，所以叫做氮杂苯。
O
S
N H
N
茂
(环戊二烯)氮茂
氧茂
硫茂
N
N
苯氮苯
1,3-二氮苯
第二节 一杂五元杂环化合物
含有一个杂原子的典型五元杂环是呋喃、噻吩、吡咯。
O S
N H
一、 呋喃、噻吩、吡咯的结构
1、据现代物理方法证明：
① 呋喃、噻吩、吡咯都是一个平面的五元环结构，即成环的四个C 原子和一个杂原子都是以SP 2杂化轨道成键的。
②环上每个碳原子的P 轨道有一个电子，杂原子P 轨道上有两个电子。
③ P 轨道垂直于五元环的平面，互相侧面重叠而形成一个与苯环相似的闭合共轭体系。 ④ 五元环的六个π电子分布在包括环上五个原子在内的分子轨道。 2、分子结构符合休克尔(Huckel)规则（4n+2=6,n=1），π电子数为6。具有芳香性。但芳性比苯弱，环的稳定性差。
3、芳香性秩序： 苯 ＞ 噻吩 ＞ 吡咯 ＞ 呋喃
呋喃的芳香性最弱，实际上它可以进行双烯加成反应，表现出共轭二烯烃的性质。 4、它们的键长数据如下[单位（ppm ）]：
O S N 140
145
135
172
143
137
138144
135
137 5、吡咯、呋喃、噻吩环上杂原子氮、氧、硫的未共用电子对参与环的共轭体系，使环上的电子云密
度增大。因此，它们都比苯活泼，比苯容易进行亲电取代反应，而且它们进行亲电取代反应的活泼性顺序是： 吡咯 > 呋喃 > 噻吩 > 苯 X
+(CF 3CO)2O
X COCF 3
+CF 3COOH
三氟乙酐酰化
二、 呋喃、噻吩、吡咯的性质
1、亲电取代反应——主要在杂原子的α位：
它是呋喃、吡咯、噻吩的典型反应。由于它们环上的电子云密度比苯大，比苯容易发生亲电取代反应。同时环稳定性比苯差，因此反应条件与苯不同，需要在较温和的条件下反应，以避免氧化、开环或聚合等副反应。
（1）卤代 ：
O
O Br
７５%
+Br 2
二氧六环
N H
+Br 2
乙醇N H
Br Br
Br
Br
（2）硝化 ：
S
+
乙酐S
NO 2
S
NO 270%
5%
CH 3C ONO 2
O
+
（3）磺化 ：
O
N SO 3-
+HCl O SO 3H
+吡啶三氧化硫
呋喃－２－磺酸
（4）乙酰化 ：
O
BF 3
O
COCH 3(CH 3CO)2O
+
? 亲电取代反应小结：
亲电取代反应的活性： 吡咯 ＞
呋喃 ＞ 噻吩 ＞ 苯 亲电基团一般进入杂原子的邻位即α位。 第二个取代基的位置受第一个定位基的影响。
X
Y +Br 2
X Y
X
Y
Br
X
若环上已有两个取代基，则第三个取代基进入β位，并受前两个定位基的影响。
2、加成反应： （1）D —A 反应：
O
顺丁烯二酸酐
25℃
O
O
H H O O
+
O
O
O
N
H H N
+
苯炔
（2）加氢反应：
进行催化氢化反应，失去芳香性而得到饱和的杂环化合物。
O
O
S
S N H
N
H
3、噻吩的反应：
噻吩的磺化比苯容易，在室温下用浓硫酸即可进行反应。
S
+浓H 2SO 4
室温
S SO 3H
噻吩－２－磺酸
用此反应可以除去粗苯中的少量噻吩。 4、吡咯的酸碱性：
弱酸性 吡咯N 原子上的H 原子都有微弱的酸性。 弱碱性 吡咯是一个环状的二级胺。
N H
KOH N - K +
+N
N - K ++CH 3COCl
COCH 3
N H
COCH 3N-乙酰基吡咯
N - K N H COOH
CO 2H O N - K +
N CH 3I
3
H
3
吡咯还能和格氏试剂反应：
N H
+R MgX
N +RH
N N H
R R
吡咯的亲电取代活性类似于苯胺、苯酚，它可进行瑞穆尔—蒂曼反应，并可与重氮盐偶联。
N H
+CHCl 3+KOH N H CHO 2-吡咯甲醛
N H
+
C 6H 5N 2Cl -N H
N 2-吡咯偶氮苯
H +
N C 6H 5
三、 呋喃、噻吩、吡咯的来源
1、工业制备噻吩是用丁烷、丁烯或丁二烯与硫磺一起加高温反应而制得：
600℃
CH 3CH 2CH 2CH 3+S
S +H 2S
2、吡咯存在于骨焦油中，它可用下法进行合成：
HC CH +2CH 22C CCH 2OH
N H Cu 2C 2
NH 3压力
3、呋喃存在于木焦油中，它很容易由农副产品经下述一系列反应而制得：
400℃戊糖
O CHO
花生壳玉米芯
稻壳(C 5H 10O 5)n HCl 水解
(CHOH)3CHO
CHO -3H 2O
O
催化剂
-CO
聚戊糖
糠醛
4、某些取代的吡咯、呋喃和噻吩可从母体杂环经过取代反应而制得。但大多数是从开链化合物通过闭环而制得：
O O
CH 3
CH 3
O
CH 3CH 3S
CH 3
CH 3
N H
CH 3
CH 3
5、吡咯的克诺尔(Knorr)合成法：
N H
CH 3
CO 2C 2H 5CH 3
CH 3CH 2O 2C
CH 3
CH NH 2
C OC 2H 5O O CH 3COCH 2CO 2C 2H 5
CH 3CO 2H
25℃
N H
CH 3
CH 3
CH 3
CH 2NH 3Cl -O CH 3
CH 3
O +NaOH
四、 重要衍生物
1、呋喃衍生物—糠醛
O
CHO
H C H C CH
C
OH
HO OH
OH
H 稀酸△-3H O
H CHO
O 浓
NaOH
O CH2OH
O COOH +
2
2、吡咯衍生物—叶绿素、血红素和维生素B 12 （1）、结构：
γ
（2）、衍生物：① 叶绿素a 、b 中心离子为Mg 2+
② 血红素 中心离子为Fe 2+ ③ 维生素B 12 中心离子为Co
第三节 一杂六元杂环化合 一、 吡啶的结构
1、结构：吡啶的结构与苯相似，也符合休克尔规则，具有芳香性。
N
吡啶分子中的五个碳原子和一个氮原子都是以SP2杂化轨道成键的，六个原子都在一个平面上。同时每个原子各提供一个P 电子，它们的P 轨道与环平面垂直，互相重叠成闭合共轭体系。 2、吡啶的来源和制取：
C C
H ROOC
CH OH N
H
H H C
O H
H
C C H COOR CH 3
HO 乙酸乙酯甲醛
氨
乙酸乙酯
N H
COOR CH 3ROOC CH 3H 2SO 4
HNO 3N CH 3
ROOC
3
(C 2H 5)2NH
二、 吡啶的性质 1、 碱性
吡啶是一个弱碱，它能接受一个质子，其碱性比吡咯强。
+N
+HCl
N H
Cl -
N N
+SO 3
3
碱性秩序：三甲胺 ＞ 吡啶 ＞ 苯胺 ＞ 吡咯 吡啶也易与碘甲烷作用生成季铵盐：
N
+CH 3I
N +3
I 290~300℃
N CH 3+I -+N +I -CH 3
2、 亲电取代与亲核取代反应
吡啶环由于氮原子的电负性大，环上的电子云向氮转移，而且一般在进行亲电取代的酸性条件下，氮上的孤电子对被质子化或路易斯酸形成络合物，使氮原子带正电。
N
N
Br N
NO 2
N
SO 3H
39% 3-溴吡啶
6% 3-硝基吡啶
70% 吡啶-3-磺酸
4
亲电取代：条件强烈；进入吡啶环的β位 。
N
+N NNa
2
+
H 2
+NaOH
其反应过程为：
N
+NaNH2
+H --H N
NH2
吡啶和强碱性的苯基锂反应，发生类似的亲核取代反应：
N
C 6H 5N
++
LiH
C 6H 5-Li +
N
OCH 3N
Cl
3、 氧化还原反应
吡啶环由于电子云密度低，对氧化剂一般比苯环稳定，而对还原剂则比苯环活泼。
N
N
COOH COOH
HNO 3
△
喹啉
N
Na + C 2H 5OH
室温
N H
六氢吡啶
HNO 3
△
N
β-吡啶甲酸（烟酸）N
COOH N CH 3
尼古丁——烟碱
4、 吡啶 离子的亲核加成反应
吡啶 离子容易在２或４位与亲核试剂发生加成，例如：
3
X N CH 3
N CH 3O K 2Fe(CN)6
三、吡啶的重要衍生物
1、雷米丰（remifonum ）
学名异烟酰肼，是一种白色固体，熔点在170—180 ℃之间，易溶于水，γ-吡啶甲酸（异烟酸）与肼缩合即可得到：
N
COOH +H 2N NH N
CONHNH 2雷米丰
2、维生素B6
自然界存在的维生素B6 是有下列三种物质组成的：
N CH 2OH
CH 3HO
2OH
吡多醇
N CHO
CH 3HO
CH 2OH
吡多醛
N
CH 2NH 2
CH 3HO
2OH
吡多胺
3、维生素PP
维生素PP 包括两种物质，即β-吡啶甲酸和β–吡啶甲酰胺：
β-吡啶甲酸（烟酸）N
COOH
β-吡啶甲酰胺
N
CONH 2
5、 吡啶的锰络合物。
第四节 二杂五元杂环化合物
五元杂环中含有两个杂原子，其中一个必须是氮原子的体系叫做唑（azole ）。二杂五元杂环化合物主要有：
12
3
45
N N H
N N H
N S
12
3
45
1
2
3
4
5
吡唑
咪唑
噻唑
它们可看作是吡咯和噻吩环上的一个次甲基被一个叔胺基取代形成的杂环化合物。
一、 碱性
它们都具有弱碱性，其碱性都比吡咯强。可见在环中引入一个氮原子碱性即大大增加。这是由于引入的氮原子的未共用电子对没有参加共轭体系而较易与氢离子结合。
N
N N N
H N
N N N H
H
吡唑的氢键缔合
咪唑的氢键缔合
二、 环稳定性
它们都比相应的一元杂环稳定，它们对氧化剂不敏感，对酸也比较稳定，不易开环聚合。
N
N H CH 3
4-甲基吡唑
吡唑-4-羧酸N
N H
COOH
KMnO4OH -
三、 亲电取代反应
它们都能进行亲电取代反应，但它们的活性都比一杂五元环低得多。因此，反应条件要求较剧烈，而且吡唑进行亲电取代，取代基主要进入4位，而咪唑和噻唑则主要进入5位。
1
23
45
N N H
HNO 3+H 2SO 4
N N H NO 2
+H 2O
N S 1
2
345
H 2SO 4
N
S
3S
+H 2O
四、 互变异构现象
吡唑和咪唑都能发生互变异构现象。
N N H
12
3
45
CH 3NH N
1
2
3
4
5
35-甲基吡唑3-甲基吡唑
4-甲基咪唑
5-甲基咪唑N N H
1
2
3
45
NH N 1
2
3
4
5CH 3
CH 3
五、 重要衍生物
吡唑、咪唑和噻唑的衍生物主要是一些常用得到药物，如吡唑酮是安替匹林、氨基比林和安乃进等解热镇痛药物的基本结构：
N N
R CH 3CH 3
O
R=R=R=
安替匹林：氨基比林：安乃进：
H N(CH 3)2N CH 3CH 2SO 3Na
第五节 二杂六元杂环化合物
在吡啶分子中引入第二个氮原子，有三种可能的位置：1，2位、1，3位和1，4位。
1
3
456
N
N 1
2
34
56
1
2
34
56
N
N N
N 1
哒嗪
嘧啶
吡嗪
其中以嘧啶最重要，它的衍生物广泛存在于自然界。
N N
HO N N
HO OH NH 2N N
HO OH CH 3
尿嘧啶
胞嘧啶胸腺嘧啶
一、 嘧啶的酸碱性
嘧啶具有弱碱性，碱性比吡啶还弱。这是由于往吡啶环上再引入一个氮原子相当于一个硝基的
吸电子效应，能使另一个氮原子上的电子密度减低，其碱性也随着降低。
二、 环的稳定性
嘧啶比吡啶要稳定些，表现在嘧啶对冷的碱溶液、氧化剂有一定的稳定性。
三、 亲电取代核亲核取代反应
嘧啶更难发生亲电取代反应，一般不发生硝化和磺化反应，只能进行卤代，反应发生在5位上：
N
N Br 2N N Br
而嘧啶进行亲核取代反应则比吡啶容易，反应主要发生在氮的邻对位，即2，4，6位。如：
1
2
3
4
56
N N CH 3
+N
N
CH 3
2NH 2
第六节 稠环杂环化合物
从结构上看，苯环与杂环或杂环与杂环都可以共用两个碳原子，稠合成稠环杂环化合物。重要的稠环化合物有吲哚、喹啉、嘌呤等。
一、 吲哚及其衍生物
吲哚分子中含有吡咯环，故其性质与吡咯相似。其化学稳定性比吡咯强。遇光和空气时易被氧化。
H
N
O
N H O 靛蓝（植物染料）N
H
N H OH 吲哚醇
O 2（空气）[O]
吲哚也容易进行亲电取代反应，取代基进入3位（即β位）。
N H
Br
O
O
N H
3-溴吲哚（７０％）
二、 喹啉及其衍生物
1、喹啉与吡啶相似，具有弱碱性，碱性比吡啶弱。它对酸和氧化剂都较稳定。用高锰酸钾氧化时苯环破裂，得到吡啶-2，3-二羧酸：
4
N
N HOOC
HOOC
[O]+
COOH
2、亲电取代——主要进入苯环：
3 + H 2SO 4
N
NO 2
N
NO 2
+
N
1
2
3
4
5
67
8
５－硝基喹啉
８－硝基喹啉
3
、亲核取代——主要发生在吡啶环：
N
2
N
H 2N
+
4、制备——Skraup 合成法：
浓H 2SO 4NH 2
N
84~91%+CH 2H
C OH CH 2
OH
HO
三、 苯骈吡喃的衍生物
1、花色素：许多天然色素是苯骈吡喃的衍生物。
2、维生素E ：是一个苯骈二氢吡喃的衍生物，存在于植物的绿叶、蔬菜、豆类、谷物中。
四、 嘌呤及其衍生物
嘌呤可看作是由一个嘧啶环和一个咪唑环相稠合而成的，它有（Ⅰ）和（Ⅱ）两种互变异构体： 嘌呤为无色晶体，易溶于水，水溶液呈中性，但它却能和酸或碱生成盐。
N N H N
N 1
2
345
6
7
899-H 嘌呤（Ⅰ）
7-H 嘌呤（Ⅱ）NH
N N
N 1
23
4
5
6
7
8
1、尿酸：是核蛋白的代谢产物。它也有互变异构体。
NH N H
HN N H N N
H
N
N O
O
O OH HO OH
烯醇式酮式
2、黄嘌呤：存在于动物的肝脏、血和尿中。
N N H HN N H 黄嘌呤
N
N
H
N N O O
OH HO
3、咖啡碱、茶碱和可可碱：它们都是黄嘌呤的甲基衍生物，存在于可可中，都有利尿和兴奋中枢神经的作用。
4、腺嘌呤和鸟嘌呤：是广泛存在于生物体的核蛋白的两种嘌呤衍生物。
NH
N
N N 腺嘌呤
NH 2N
N
H
HN N O
H 2N
鸟嘌呤
五、 蝶啶及其衍生物
第七节 生物碱
生物碱是一类存在于植物体内、对人和动物有强烈生理作用的含氮碱性有机化合物。
一、 生物碱的一般性质
1、能与无机酸或有机酸结合成盐。
2、一般游离生物碱是无色固体，有苦味而辛辣，极少数是液体，不溶于水，易溶于有机溶剂。
3、生物碱大多有旋光性，自然界中存在的一般是左旋体。
4、许多试剂能和生物碱生成不溶性的沉淀或产生颜色反应。
二、 生物碱的提取方法
1、有机溶剂提取法。
2、稀酸提取法。
3、水蒸气蒸馏法。
三、生物碱的分类、命名
1、根据它所含杂环来分类。
2、根据它的来源的植物来命名。
第十一章杂环化合物和生物碱
第十一章 杂环化合物和生物碱 一、学习要求 1．掌握杂环化合物的分类和命名 2．掌握五元杂环、六元杂环和稠杂环的结构和性质 3．掌握生物碱的基本概念及分类 4．了解生物碱的一般性质、提取方法及重要的生物碱 二、本章要点 （一）杂环化合物的分类和命名 1．杂环化合物的概念 由碳原子和非碳原子所构成的环状有机化合物称为杂环化合物，环中的非碳原子称为杂原子，最常见的杂原子有氧、硫、氮等。 2．杂环化合物的分类 按环的数目不同，可分为单杂环和稠杂环两大类。单杂环按环的大小不同又可分为五元杂环和六元杂环。稠杂环通常由苯与单杂环或单杂环与单杂环稠合杂环化合物而成。 3．杂环化合物的命名 杂环化合物的命名比较复杂，目前我国常使用“音译法”，即按英文的读音，用同音汉字加上“口”字旁命名： O 1 2 3 45 5 43 2 1 S 5 432 1N 543 2 1 N S 543 2 1N N H 5432 1N N H 呋喃 噻吩 吡咯 噻唑 吡唑 咪唑 （furan ） （thiophene ） （pyrrole ） （thiazole ） （pyrazole ） （imidazole ） 6 54 32 1 O N N 1 2 3456 N N 1 2 3456 N N 1 2 3456 6 54 3 2 1 N 吡啶 哒嗪 嘧啶 吡嗪 吡喃（pyridine ） (pyridazine) (pyrimidine) (pyrazine) (pyran)
环上有取代基的杂环化合物的名称是以杂环为母体，并注明取代基的位置、数目和名称。杂原子的编号，除个别稠杂环外，一般从杂原子开始编号，环上有不同不同杂原子时，按O 、S 、NH 和N 的顺序编号；某些杂环可能有互变异构体，为区别各异构体，需用大写斜体“H ”及其位置编号标明一个或多个氢原子所在的位置。例如： 2，4-二羟基嘧啶 2-氨基-6-氧嘌呤 4H -吡喃 2H -吡喃 此外，还可以将杂环作为取代基，以官能团侧链为母体进行命名。例如： N ，N-二乙基-3- 4-嘧啶甲酸 3-吲哚乙酸 2-呋喃甲醛 吡啶甲酰胺 （二）含氮六元杂环 1.吡啶的结构 1 2345 6 7 8 9 N N N N H 2N O H N N OH OH 1 23 4 56 O 1 2 34 56 1 2 3 45O 6 1 2 1 CHO O CON(C 2H 5)2 N 2 34 56 COOH 6 5432 1 N N CH 2COOH N H 12 3 456 7 N .. 6 8 75 43 2 110 98 76 5321 6 58 7 654321 H N N N N N N 8 7 65 432 N 7 4 32 1H N 喹啉 异喹啉 吲哚 吖啶 嘌呤 ( quinoline) (isoquinoline) (indole) (acridine) (purine)
第十六章 杂环化合物
第十七章 杂环化合物 （heterocyclic Ring compounds ） 一、教学目的和要求 1．掌握杂环化合物的分类和命名。 2．掌握五元单杂环、六元单杂环化合物的化学性质。 3．理解杂环化合物的结构与芳香性。 4．理解吡咯、吡啶的结构与性质的关系。 二、教学重点与重点 重点：杂环化合物、甾体化合物结构特征与命名（俗名）。 难点：杂环化合物的结构。 三、教学方法和教学学时 （1）教学方法：以课堂讲授为主，结合必要的课堂讨论。教学手段以板书和多媒体相结合。 （2）教学学时：4学时 四、教学内容 1、杂环化合物 （1）杂环化合物概述 （2）吡咯及其衍生物 （3）吡啶及其衍生物 （4）吲哚及其衍生物 （5）苯并吡喃及其衍生物 （6）嘧啶和嘌呤及其衍生物 2、生物碱 （1）生物碱概述 （2）生物碱举例 五、总结、布置作业 17.1 几种基本杂环 (分类和命名) 杂环化合物定义 ：杂环化合物是指环比较稳定、含杂原子的环状化合物，包括芳香性杂环和非芳香杂环。 杂环化合物的种类很多，有单环，也有与芳香环或其他杂环并联成的稠杂环。环上的杂原子可以是一个、两个或更多个，而且可以是相同的或是不同的。一般最常见的杂环是五元或六元环。 根据1980年中国化学会颁布的有机化学命名原则，杂环化合物的命名按外文名称音译，并以一口字旁表示是环状化合物。以下是几种常见的杂环化合物的结构与名称。 O S N S N N N H H 呋喃 噻吩 吡咯 噻唑 咪唑 Furan Thiophene Pyrrole Thiazole Imidazole N O N N N N N N
吡啶 吡喃 哒嗪 嘧啶 吡嗪 Pyridine Pyran Pyridazine Pyrimidine Pyrazine H N O N N N N 吲哚 苯并呋喃 嘌呤 N N N 喹啉 异喹啉 吖啶 17.2 几种重要杂环化合物的结构 吡咯、吡啶 、呋喃、噻吩 ----C 、N 、O 、S 皆为 SP2 杂化 ，符合休克尔规则，有芳香性。但根据具体情况的不同，有的是富电子芳杂环，有的是缺电子芳杂环。 1. 1. 五元杂环 吡咯的共轭体系及比例模型如下： 吡咯是富电子芳杂环。 2. 2. 六元杂环 吡啶的共轭体系及比例模型如下： 吡啶是缺电子芳杂环。 富电子芳杂环与缺电子芳杂环因为结构特点的不同而表现出不同的化学 性质，其中亲电取代反应的差异尤为明显。
第十六章杂环化合物生物碱
第十六章 杂环化合物、生物碱 杂环化合物的定义：在环状有机化合物中，构成环的原子除了碳原子外还含有其他原子，这环状种化合物就叫做杂环化合物（heterocyclic compound ）。除碳以外的其他原子叫做杂原子。常见的杂原子有：氮、氧、硫。 第一节 杂环化合物的分类和命名 一、 分类 按照环的大小和环的数目可分为： 杂环 单杂环 五元环 六元环 苯环与单杂环的稠合杂环(苯并杂环) 两个或两个以上单杂环的稠合杂环O S N H 稠杂环 N N N N N H N 二、 命名 1、音译法：根据外文译音，选用同音汉字，加“口”字旁表示杂环。 O S N H 吡咯呋喃噻吩吡啶N pyrrole furan thiophene pyridine N H 吲哚indole N N 咪啶pyrimidine 取代杂环的命名： ① 杂环的编号从杂原子起依次1,2,3 ……（或：α,β,γ……）。 ② 如环上不止一个杂原子时，则从O 、S 、N 的顺序依次编号。 ③ 有两个相同杂原子的，应从连有H 原子或取代基的开始编号。 ④ 编号时注意杂原子或取代基的位次之和最小。 ⑤ 稠杂环是特定的母体和固定的编号。 N S 5 1 2 4 3 5-乙基噻唑N N H 1 23454-甲基咪唑 CH 3 C 2H 5 N CH 31 23 4563-甲基吡啶 2、根据结构命名：
即根据相应于杂环的碳环来命名，把杂环看作是相应的碳环中的碳原子被杂原子置换而形成的。例如，吡啶可看作是苯环上一个碳原子被氮原子置换而成的，所以叫做氮杂苯。 O S N H N 茂 (环戊二烯)氮茂 氧茂 硫茂 N N 苯氮苯 1,3-二氮苯 第二节 一杂五元杂环化合物 含有一个杂原子的典型五元杂环是呋喃、噻吩、吡咯。 O S N H 一、 呋喃、噻吩、吡咯的结构 1、据现代物理方法证明： ① 呋喃、噻吩、吡咯都是一个平面的五元环结构，即成环的四个C 原子和一个杂原子都是以SP 2杂化轨道成键的。 ②环上每个碳原子的P 轨道有一个电子，杂原子P 轨道上有两个电子。 ③ P 轨道垂直于五元环的平面，互相侧面重叠而形成一个与苯环相似的闭合共轭体系。 ④ 五元环的六个π电子分布在包括环上五个原子在内的分子轨道。 2、分子结构符合休克尔(Huckel)规则（4n+2=6,n=1），π电子数为6。具有芳香性。但芳性比苯弱，环的稳定性差。 3、芳香性秩序： 苯 ＞ 噻吩 ＞ 吡咯 ＞ 呋喃 呋喃的芳香性最弱，实际上它可以进行双烯加成反应，表现出共轭二烯烃的性质。 4、它们的键长数据如下[单位（ppm ）]： O S N 140 145 135 172 143 137 138144 135 137 5、吡咯、呋喃、噻吩环上杂原子氮、氧、硫的未共用电子对参与环的共轭体系，使环上的电子云密 度增大。因此，它们都比苯活泼，比苯容易进行亲电取代反应，而且它们进行亲电取代反应的活泼性顺序是： 吡咯 > 呋喃 > 噻吩 > 苯 X +(CF 3CO)2O X COCF 3 +CF 3COOH 三氟乙酐酰化 二、 呋喃、噻吩、吡咯的性质 1、亲电取代反应——主要在杂原子的α位： 它是呋喃、吡咯、噻吩的典型反应。由于它们环上的电子云密度比苯大，比苯容易发生亲电取代反应。同时环稳定性比苯差，因此反应条件与苯不同，需要在较温和的条件下反应，以避免氧化、开环或聚合等副反应。
杂环化合物及生物碱教材
第十一章杂环化合物及生物碱 杂环化学是有机化学的一个重要组成部分。所有的有机化合物，从结构上可以分为两大类，即链状化合物和环状化合物。在环状化合物中，所有的“环节”原子都是碳原子组成的，称为环状化合物。如果在“环节”原子中除了碳原子以外，还含有一个或者多个非碳原子时，则称为杂环化合物。杂环化学就是研究杂环化合物的化学。 杂环化合物中的非碳“环节”原子称为杂原子。在有机化学中，周期表中碳以外的其他元素，通常被看成是杂原子，并用以构成杂环化合物。实际上，到目前为止，有些元素——如零族和第Ⅱ族元素等，还尚未发现由它们组成的、稳定的杂环化合物。另外，金属元素的原子也能参与构成环状结构的分子，然而这种分子的键型结构和物理、化学性质都与一般的化合物不同，通常把它们称作金属有机化合物，而不作为杂环化合物来讨论。 在杂环化合物中，各种不同的“环节”原子的排列组合方式和键合类型是多种多样的，所以如此构成的杂环化合物的数目是十分的惊人的。据统计，在现今已知的有机化合物中，杂环化合物的数量，占总数的65%以上。因此，杂环化合物在有机化学的各领域研究中都占有极其重要的地位。 杂环化合物不仅种类繁多，而且在自然界中分布较为广泛。具有生物活性的天然杂环化合物对生物体的生长、发育、遗传和衰亡过程都起着关键性的作用。例如：在动、植物体内起着重要生理作用的血红素、叶绿素、核酸的碱基、中草药的有效成分——生物碱等都是含氮杂环化合物。一部分维生素、抗菌素、植物色素、许多人工合成的药物及合成染料分子结构也含有杂环。杂环化合物的应用范围极其广泛，涉及医药、农药、染料、生物膜材料、超导材料、分子器件、贮能材料等，尤其在生物界，杂环化合物几乎随处可见。 在此，就不对杂环化合物品种多样性、应用广泛性进行过多的陈述。以下将杂环化合物中具有代表的几种物质向读者进行简要的介绍。最常见的杂原子是氧、硫和氮。如： O O S S 呋喃四氢呋喃噻吩四氢噻吩
第十一章 杂环化合物和生物碱_0
---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 第十一章杂环化合物和生物碱 第十一章杂环化合物和生物碱第十一章杂环化合物和生物碱参考答案 1．命名下列化合物： （1） -呋喃甲酸（2） -甲基吡咯（3） -噻吩磺酸（4）-吡啶甲酰胺（5） 4-甲基吡啶盐酸盐（或： 氯化-4-甲基吡啶）（6） 4-羟基嘧啶（7） 5-硝基喹啉（8）2, 6, 8-三羟基嘌呤 2．写出下列化合物的构造式： (1) (2) BrOBr(3) SCH2OH 3 2 (5) (6) CH2COOH OCHO(7) N NOH 3．把下列化合物按其碱性由强至弱排列。 六氢吡啶甲胺氨吡啶苯胺吡咯 4．用化学方法区别下列各组化合物。 （1）与 FeCl3 溶液作用呈紫色的为苯酚；与 H2SO4-靛红呈蓝色的为噻吩。 （2）蒸气遇蘸有浓 HCl 的松木片显红色的为吡咯。 （3）与 CH3COOH/苯胺显示亮红色的为糠醛。 5．用适当的化学方法，将下列混合物中少量杂质除去。 （1）加入浓硫酸一起振荡，噻吩发生磺化反应生成噻吩磺酸溶于浓硫酸。 （2）利用吡啶的弱碱性，加入 HCl 使其生成吡啶盐酸除去。 6．完成下列反应式。 1 / 7
(1) OCH2OHOCOOH (2) NI HCH3 COOH (3) CONH2 NN COOCH3(4) NOH(8) NNH2N(4) NSO3H3(5) CH3OCHCHO(6) NCOOHNCONH2NCNCH2NH27．喹啉硝化反应发生在苯环上；吲哚硝化 反应发生在吡咯环上。 8．互变异构体的构造式如下： 9．答： 吡啶和六氢吡啶的分子中，氮原子上都有未共用的电子对，都 可以和质子结合显碱性。 两者不同的是氮原子上未共用电子对所处轨道的类型不同，吡 啶中氮原子上的未共用电子对处于 sp2 杂化轨道上，而六氢吡啶中 氮原子上的未共用电子对处于 sp3 杂化轨道上。 处于 sp2 杂化轨道上的电子受到原子核的束缚力较大，即提 供电子的能力较弱，所以吡啶的碱性比六氢吡啶弱。 10．化合物 C5H4O2 构造式为： OH(1) NH 2N 鸟嘌呤 2 (2) HON 胞嘧啶(3) HON 尿 嘧啶(4)HONCH3 胸腺嘧啶ONNH2NH2O OH OOHOCH3OCHO X1fuIW1ftIW0ftHW0 ftHW0etHV0edsGU+drGU-drF U-drFU-crFT- cqFT) cqET) cqET) bqES) bpES (bpDSQ 8nBP 8mBP%8mAP%7mAP%7mAO%7lAO $7lzO$6lzO$6 lzBn8QBn9QCn9*QCn9*QCo 9*RCoa*RDoa( RDpa(RDpa(SDpb(SEpb) SEqb ) SEqb)TEqc) T Fqte0WHte0WHtf0WItf1WIuf 1XIuf1XIug1X Jug2XJvg2YJvg2YJvh2YKvh3 YKwh3Z Kwi3ZK
化学竞赛辅导16--杂环化合物共13页
16--杂环化合物 §1. 杂环化合物的分类和命名 一、杂环大体可分为：单杂环和稠杂环两类： 1. 分类： 稠杂环是由苯环与单杂环或有两个以上单杂环稠并而成。 二、命名： 杂环的命名常用音译法，是按外文名称的音译，并加口字旁，表示为环状化合物。如杂环上有取代基时，取代基的位次从杂原子算起用1，2，3，4，5……（或可将杂原子旁的碳原子依次编为α ,β, γ, δ …）来编号。 如杂环上不止一个杂原子时，则从O,S,N 顺序依次编号，编号时杂原子的位次数字之和应最小： 五元杂环中含有两个杂原子的体系叫唑（azole） §2. 呋喃，噻吩，吡咯 含有一个杂原子的五元杂环单环体系:呋喃，噻吩，吡咯。 一、呋喃，噻吩，吡咯的电子结构和光谱性质 电子结构：这三个杂环化合物中，碳原子和杂原子均以sp2杂化轨道互相连接成σ健，并且在一个平面上，每个碳原子及杂原子上均有一个p 轨道互相平行，在碳原子的p轨道中有一个p电子，在杂原子的p轨道中有两个p电子，形成一个环形的封闭的π电子的共轭体系。这与休克尔的4n+2规则相符，因此这些杂环或多或少的具有与苯类似的性质，故称之为芳香杂环化合物。
芳香性大小,试验结果表明: 光谱性质：IR: νc -H = 3077~3003cm -1,νN -H = 3500~3200 cm -1 (在非极性溶剂的稀溶液中，在3495 cm -1，有一尖峰。在浓溶液中则于3400 cm -1,有一尖峰。在浓和淡的中间浓度时，两种谱带都有),杂环C ＝C 伸缩振动:1600~1300 cm -1 （有二至四个谱带）。 NMR ：这些杂环化合物形成封闭的芳香封闭体系，与苯环类似，在核磁共振谱上，由于外磁场的作用而诱导出一个绕环转的环电流，此环电流可产生一个和外界磁场方向相反的感应磁场，在环外的质子，处在感应磁场回来的磁力线上，和外界磁场方向一致，在去屏蔽区域，故环上氢吸收峰移向低场。化学位移一般在7ppm 左右。 呋喃：α－H δ=7.42ppm β－H δ=6.37ppm 噻吩：α－H δ=7.30ppm β－H δ=7.10ppm 吡咯：α－H δ=6.68ppm β－H δ=6.22ppm 二、呋喃，噻吩，吡咯的制备 1.玉米心，稻糠，花生壳，大麦壳，高粱秆等用稀硫酸处理得戊糖，戊糖失水得糠醛，再在400℃下加热，同时在催化剂ZnO,Cr 2O 3存在下，失 去一氧化碳而得呋喃。 2.工业上制备噻吩是用丁烷，丁烯或丁二烯与硫磺混合，在600℃反应得到： 3.噻吩也可用琥珀酸钠盐与五硫化二磷一起加热反应制得： 4.帕尔——克诺尔（C.Paal —L.Knorr ）合成法： 1，4—二羰基化合物常在无水的酸性条件下，得到呋喃及其衍生物。
第十六章-杂环化合物
第十六章杂环化合物 教学要点： 掌握五元杂环化合物的结构、性质；了解吡啶和生物碱。 教学时数： 6 学时 教学方法：教师讲授、 教学手段：多媒体、自制模型 第一节杂环化合物的分类和命名 杂环大体可分为：单杂环和稠杂环两类。 1. 分类： 稠杂环是由苯环与单杂环或有两个以上单杂环稠并而成。 2．命名：杂环的命名常用音译法，是按外文名称的音译，并加口字旁，表示为环状化合物。如杂环上有取代基时，取代基的位次从杂原子算起用1，2，3，4，5……（或可将杂原子旁的碳原子依次编为α ,β, γ, δ …）来编号。
如杂环上不止一个杂原子时，则从O,S,N 顺序依次编号，编号时杂原子的位次数字之和应最小： 五元杂环中含有两个杂原子的体系叫唑（azole） 第二节五元杂环化合物 一.含有一个杂原子的五元杂环单环体系:呋喃，噻吩，吡咯。 （1）呋喃，噻分，吡咯的电子结构和光谱性质。 电子结构：这三个杂环化合物中，碳原子和杂原子均以sp2杂化轨道互相连接成σ健，并且在一个平面上，每个碳原子及杂原子上均有一个p轨道互相平行，在碳原子的p轨道中
有一个p电子，在杂原子的p轨道中有两个p电子，形成一个环形的封闭的π电子的共轭体系。这与休克尔的4n+2规则相符，因此这些杂环或多或少的具有与苯类似的性质，故称之为芳香杂环化合物。 芳香性大小,试验结果表明: 光谱性质：IR: νc-H = 3077~3003cm-1,νN-H = 3500~3200 cm-1(在非极性溶剂的稀溶液中，在3495 cm-1，有一尖峰。在浓溶液中则于3400 cm-1,有一尖峰。在浓和淡的中间浓度时，两种谱带都有),杂环C＝C伸缩振动:1600~1300 cm-1（有二至四个谱带）。 NMR：这些杂环化合物形成封闭的芳香封闭体系，与苯环类似，在核磁共振谱上，由于外磁场的作用而诱导出一个绕环转的环电流，此环电流可产生一个和外界磁场方向相反的感应磁场，在环外的质子，处在感应磁场回来的磁力线上，和外界磁场方向一致，在去屏蔽区域，故环上氢吸收峰移向低场。化学位移一般在7ppm左右。 呋喃：α－H δ=7.42ppm β－H δ=6.37ppm 噻吩：α－H δ=7.30ppm β－H δ=7.10ppm 吡咯：α－H δ=6.68ppm β－H δ=6.22ppm 二．呋喃，噻吩，吡咯的制备。 1.玉米心，稻糠，花生壳，大麦壳，高粱秆等用稀硫酸处理得戊糖，戊糖失水得糠醛，
第十六章杂环化合物
第十八章杂环化合物 第一节杂环化合物的分类和命名 杂环大体可分为：单杂环和稠杂环两类。 1. 分类： 稠杂环是由苯环与单杂环或有两个以上单杂环稠并而成。 2．命名：杂环的命名常用音译法，是按外文名称的音译，并加口字旁，表示为环状化合物。如杂环上有取代基时，取代基的位次从杂原子算起用1，2，3，4，5……（或可将杂原子旁的碳原子依次编为α ,β, γ, δ …）来编号。
如杂环上不止一个杂原子时，则从O,S,N 顺序依次编号，编号时杂原子的位次数字之和应最小： 五元杂环中含有两个杂原子的体系叫唑（azole） 第二节五元杂环化合物 一.含有一个杂原子的五元杂环单环体系:呋喃，噻吩，吡咯。 （1）呋喃，噻分，吡咯的电子结构和光谱性质。 电子结构：这三个杂环化合物中，碳原子和杂原子均以sp2杂化轨道互相连接成σ健，并且在一个平面上，每个碳原子及杂原子上均有一个p轨道互相平行，在碳原子的p轨道中有一个p电子，在杂原子的p轨道中有两个p电子，形成一个环形的封闭的π电子的共轭体系。这与休克尔的4n+2规则相符，因此这些杂环或多或少的具有与苯类似的性质，故称之为芳香杂环化合物。 芳香性大小,试验结果表明: 光谱性质：IR: νc-H = 3077~3003cm-1,νN-H = 3500~3200 cm-1 (在非极性溶剂的稀溶液中，在3495 cm-1，有一尖峰。在浓溶液中则于3400 cm-1,有一尖峰。
在浓和淡的中间浓度时，两种谱带都有),杂环C＝C伸缩振动:1600~1300 cm-1（有二至四个谱带）。 NMR：这些杂环化合物形成封闭的芳香封闭体系，与苯环类似，在核磁共振谱上，由于外磁场的作用而诱导出一个绕环转的环电流，此环电流可产生一个和外界磁场方向相反的感应磁场，在环外的质子，处在感应磁场回来的磁力线上，和外界磁场方向一致，在去屏蔽区域，故环上氢吸收峰移向低场。化学位移一般在7ppm左右。 呋喃：α－H δ=7.42ppm β－H δ=6.37ppm 噻吩：α－H δ=7.30ppm β－H δ=7.10ppm 吡咯：α－H δ=6.68ppm β－H δ=6.22ppm 二．呋喃，噻吩，吡咯的制备。 1.玉米心，稻糠，花生壳，大麦壳，高粱秆等用稀硫酸处理得戊糖，戊糖失 水得糠醛，再在400℃下加热，同时在催化剂ZnO,Cr 2O 3 存在下，失去一氧化碳 而得呋喃。 2.工业上制备噻吩是用丁烷，丁烯或丁二烯与硫磺混合，在600℃反应得到： 3.噻吩也可用琥珀酸钠盐与五硫化二磷一起加热反应制得：
有机化学 第十一章 杂环化合物和生物碱
第十一章杂环化合物和生物碱 杂环化合物和生物碱广泛存在于自然界中，在动植物体内起着重要的生理作用。本章介绍杂环化合物的分类、命名、结构特点、性质及重要的杂环化合物，生物碱的一般性质、提取方法和重要的生物碱。 第一节杂环化合物 环状有机化合物中，构成环的原子除碳原子外还含有其它原子，且这种环具有芳香结构，则这种环状化合物叫做杂环化合物。组成杂环的原子，除碳以外的都叫做杂原子。常见的杂原子有氧、硫、氮等。前面学习过的环醚、内酯、内酐和内酰胺等都含有杂原子，但它们容易开环，性质上又与开链化合物相似，所以不把它们放在杂环化合物中讨论。 杂环化合物种类繁多，在自然界中分布很广。具有生物活性的天然杂环化合物对生物体的生长、发育、遗传和衰亡过程都起着关键性的作用。例如：在动、植物体内起着重要生理作用的血红素、叶绿素、核酸的碱基、中草药的有效成分——生物碱等都是含氮杂环化合物。一部分维生素、抗菌素、植物色素、许多人工合成的药物及合成染料也含有杂环。 杂环化合物的应用范围极其广泛，涉及医药、农药、染料、生物膜材料、超导材料、分子器件、贮能材料等，尤其在生物界，杂环化合物几乎随处可见。
一、杂环化合物的分类和命名 为了研究方便，根据杂环母体中所含环的数目，将杂环化合物分为单杂环和稠杂环两大类。最常见的单杂环有五元环和六元环。稠杂环有芳环并杂环和杂环并杂环两种。另外，可根据单杂环中杂原子的数目不同分为含一个杂原子的单杂环、含两个杂原子的单杂环等。 杂环化合物的命名在我国有两种方法：一种是译音命名法；另一种是系统命名法。 译音法是根据IUPAC 推荐的通用名，按外文名称的译音来命名，并用带“口”旁的同音汉字来表示环状化合物。例如： 呋喃 咪唑 吡啶 嘌呤 furan imidazole pyridine purine 杂环上有取代基时，以杂环为母体，将环编号以注明取代基的位次，编号一般从杂原子开始。含有两个或两个以上相同杂原子的单杂环编号时，把连有氢原子的杂原子编为1，并使其余杂原子的位次尽可能小；如果环上有多个不同杂原子时，按氧、硫、氮的顺序编号。例如： O N N N N N N H N
第十六章 杂环化合物
第十六章 杂环化合物 16．1 命名或写出结构 a. O COOH b. N N N H N OH HO c. N H CH 3 d.N N OH e. N CH 3 f. N COOH g. S SO 3H h. 糠醛 i.噻唑 3-甲基吲哚 8-羟基喹啉2-苯基苯并吡喃j. k. l. 答案: a. 2-呋喃甲酸 b. 2,6-二羟基嘌呤 c. 3-甲基吡咯 d. 5-羟基嘧啶 e.N-甲基吡咯 f.3-吡啶甲酸 2-噻吩磺酸 g. h.O CHO i. S N j. N H CH 3 k. N OH l. O 16.2 下列维生素各属哪一类化合物 a. 维生素A b. 维生素B 1,B 2,B 6,B 12 c. 维生素PP d. 维生素C e. 维生素D f. 维生素K g. 叶酸 答案：a. 维生素A 萜类 b. 维生素B 1,B 2,B 6,B 12 杂环化合物 c. 维生素PP 杂环化合物 d. 维生素C 单糖的衍生物 e. 维生素D 己三烯衍生物 f. 维生素K 醌 g. 叶酸 杂环化合物 16.4 下列化合物哪个可溶于酸,哪个可溶于碱,或既可溶于酸又溶于碱? a. N N CH 3 b. N N N H N NH 2 c. N H d. N CH 3 答案： a. 可溶于酸 b. 既可溶于酸又可溶于碱 c. 既可溶于碱又可溶于酸 e. 可溶于碱 16.5 写出下列化合物的互变平衡体系： a. 腺嘌呤 b. 鸟嘌呤 c. 尿嘧啶 d. 胞嘧啶 e. 胸腺嘧啶 f. 尿酸 答案： 参阅教材P293 . 16.6 核苷与核苷酸的结构有什么区别? (教材P294) 答案： 核苷由核糖或脱氧核糖与嘌呤或嘧啶化合而成,核苷酸则是核苷磷酸酯. 16.8 水粉蕈素是由一种蘑菇中分离出的有毒核苷，其系统命名为9－β－D －呋喃核糖基 嘌呤。写出水粉蕈素的结构式。 答案：
第十五章 杂环化合物、生物碱
第十五章 杂环化合物、生物碱 杂环化合物的定义：在环状有机化合物中，构成环的原子除了碳原子外还含有其他原子，这环状种化合物就叫做杂环化合物（heterocyclic compound ）。除碳以外的其他原子叫做杂原子。常见的杂原子有：氮、氧、硫。 第一节 杂环化合物的分类和命名 一、 分类 按照环的大小和环的数目可分为： 杂环 单杂环 五元环 六元环 苯环与单杂环的稠合杂环(苯并杂环) 两个或两个以上单杂环的稠合杂环O S N H 稠杂环 N N N N N H N 二、 命名 1、音译法：根据外文译音，选用同音汉字，加“口”字旁表示杂环。 O S N H 吡咯呋喃噻吩吡啶N pyrrole furan thiophene pyridine N H 吲哚indole N N 咪啶pyrimidine 取代杂环的命名： ① 杂环的编号从杂原子起依次1,2,3 ……（或：α,β,γ……）。 ② 如环上不止一个杂原子时，则从O 、S 、N 的顺序依次编号。 ③ 有两个相同杂原子的，应从连有H 原子或取代基的开始编号。 ④ 编号时注意杂原子或取代基的位次之和最小。 ⑤ 稠杂环是特定的母体和固定的编号。 N S 5 1 2 4 3 5-乙基噻唑N N H 1 23454-甲基咪唑 CH 3 C 2H 5 N CH 31 23 4563-甲基吡啶 2、根据结构命名：
即根据相应于杂环的碳环来命名，把杂环看作是相应的碳环中的碳原子被杂原子置换而形成的。例如，吡啶可看作是苯环上一个碳原子被氮原子置换而成的，所以叫做氮杂苯。 O S N H N 茂 (环戊二烯)氮茂 氧茂 硫茂 N N 苯氮苯 1,3-二氮苯 第二节 一杂五元杂环化合物 含有一个杂原子的典型五元杂环是呋喃、噻吩、吡咯。 O S N H 一、 呋喃、噻吩、吡咯的结构 1、据现代物理方法证明： ① 呋喃、噻吩、吡咯都是一个平面的五元环结构，即成环的四个C 原子和一个杂原子都是以SP 2杂化轨道成键的。 ②环上每个碳原子的P 轨道有一个电子，杂原子P 轨道上有两个电子。 ③ P 轨道垂直于五元环的平面，互相侧面重叠而形成一个与苯环相似的闭合共轭体系。 ④ 五元环的六个π电子分布在包括环上五个原子在内的分子轨道。 2、分子结构符合休克尔(Huckel)规则（4n+2=6,n=1），π电子数为6。具有芳香性。但芳性比苯弱，环的稳定性差。 3、芳香性秩序： 苯 ＞ 噻吩 ＞ 吡咯 ＞ 呋喃 呋喃的芳香性最弱，实际上它可以进行双烯加成反应，表现出共轭二烯烃的性质。 4、它们的键长数据如下[单位（ppm ）]： O S N 140 145 135 172 143 137 138144 135 137 5、吡咯、呋喃、噻吩环上杂原子氮、氧、硫的未共用电子对参与环的共轭体系，使环上的电子云密 度增大。因此，它们都比苯活泼，比苯容易进行亲电取代反应，而且它们进行亲电取代反应的活泼性顺序是： 吡咯 > 呋喃 > 噻吩 > 苯 X +(CF 3CO)2O X COCF 3 +CF 3COOH 三氟乙酐酰化 二、 呋喃、噻吩、吡咯的性质 1、亲电取代反应——主要在杂原子的α位： 它是呋喃、吡咯、噻吩的典型反应。由于它们环上的电子云密度比苯大，比苯容易发生亲电取代反应。同时环稳定性比苯差，因此反应条件与苯不同，需要在较温和的条件下反应，以避免氧化、开环或聚合等副反应。
杂环化合物和生物碱
13 杂环化合物和生物碱Heterocyclic Compounds and Natural Bases 杂环化合物是由碳原子和非碳原子共同组成环状骨架结构的一类化合物。这些非碳原子统称为杂原子，常见的杂原子为氮、氧、硫等。环状有机化合物中，构成环的原子除碳原子外还含有其它原子，且这种环具有芳香结构，则这种环状化合物叫做杂环化合物。组成杂环的原子，除碳以外的都叫做杂原子。前面学习过的环醚、内酯、内酐和内酰胺等都含有杂原子，但它们容易开环，性质上又与开链化合物相似，所以不把它们放在杂环化合物中讨论。本章将主要讨论的是环系比较稳定、具有一定程度芳香性的杂环化合物，即芳杂环化合物。 杂环化合物种类繁多，在自然界中分布很广。具有生物活性的天然杂环化合物对生物体的生长、发育、遗传和衰亡过程都起着关键性的作用。例如：在动、植物体内起着重要生理作用的血红素、叶绿素、核酸的碱基、中草药的有效成分——生物碱等都是含氮杂环化合物。一部分维生素、抗菌素、植物色素、许多人工合成的药物及合成染料也含有杂环。杂环化合物的应用范围极其广泛，涉及医药、农药、染料、生物膜材料、超导材料、分子器件、贮能材料等，尤其在生物界，杂环化合物随处可见。 13.1 杂环化合物Heterocyclic Compounds 分子中由碳原子和氧、硫、氮等其它原子形成的比较稳定的环状结构的化 合物称为杂环化合物。杂环中除碳原子以外的其它原子称为杂原子。最常见的杂原子有氧、硫、氮等。例如： S N H N N N O 呋喃噻吩吡咯吡啶嘧啶 furan thiophene pyrrole pyridine pyrimidine 前述章节中，我们遇到的内酯、交酯、内酰胺、内酐、环醚以及环状半缩醛等，虽然也有环状结构，但它们的环容易形成，也容易破裂，其性质与相应的脂肪族化合物相类似，因此不把它们列入杂环化合物之列，本章主要讨论环比较稳定且具有芳香性的杂环化合物。 杂环化合物可以含一个或多个相同的或不相同的杂原子，环的数目也可以是一个或多个。杂环化合物的种类繁多，数量庞大，其数量占已知有机物总数的三分之一左右。杂环化合物在自然界的分布极广，其中很多有重要的生理作用，如血红素、叶绿素、维生素、花色素、抗菌素、核酸、生物碱等都是含有杂环结构的化合物。杂环化合物也是合成许多染料、药物的原料。治疗癌症的一些有效药物也是杂环化合物的衍生物。因此，杂环化合物无论在理论研究或实际应用方面都很重要。 13.1.1杂环化合物的分类Classification of Heterocyclic Compounds 按照杂环的结构，杂环化合物大致可分为单杂环和稠杂环两大类。单杂环中最常见的为五员杂环和六员杂环；稠杂环中普遍存在的是苯环与单杂环稠合和杂环与杂环稠合。根据所含杂原子的种类和数目，单杂环和稠杂环又可分为多种。 常见杂环化合物的分类和名称见表13.1。 表13.1 常见杂环化合物的结构、分类和名称
第11章杂环化合物和生物碱习题答案
第11章 杂环化合物和生物碱习题参考答案 1. 用系统命名方法命名下列化合物。 （1）2-甲基-5-乙基呋喃 （2）3-甲基吡咯 （3）5-硝基咪唑 （4）2-氨基苯并咪唑 （5）8-羟基喹啉 （6）3-吲哚乙酸 （7）5,6-二甲基苯并噻吩 （8）2-氨基-6-羟基嘌呤 （9）5-甲基-2-羟基嘧啶 2. 写出下列化合物的结构式。 （1） （2） （3） （4） （5） （6） （7） （8） （9） 3. 判断化合物中哪些具有芳香性。 （1）、（3）、（5）。 4. 比较下列化合物碱性的强弱。 （1）苄胺 > 氨 > 吡啶 > 苯胺 > 吡咯 （2） （3）甲胺 > 氨 > 吡啶 > 喹啉 > 苯胺 > 吡咯 5. 用化学方法鉴别下列各组化合物。 （1）在两者中分别加入浓硫酸，在室温下溶于浓硫酸者为噻吩，不溶者为苯。 （2）在三者中分别加入稀碱液，溶解者为苯酚。然后把不溶的两者中分别加入浓硫酸，溶于浓硫酸者为噻吩，不溶者为苯。 （3）用浓硫酸浸过的松木片试验两者蒸气，能使松木片变红色者为吡咯，无变化者为四氢吡咯。 6. 完成下列反应方程式。 （1） （2） （3） （4） N H Br S SO 3H O CHO N N NH C 2H 5H 3C O N H COOH O O O 2N CHO N COCH 3 N H N N H >> O COCH 3S SO 3H N CHCH 2CH 3 OH N C H , CHCH 3N H SO 3H
（5） （6） （7） （8） （9） （10） 7. 合成题。 （1） （2） （3） N MgI , N H CH 3O CHO Cl ,O CH 2OH Cl +O COOH Cl N C 2H 5 , N C 2H 5 N COOH ,N CONHNH 2 S COCH 3, S CH 2CH 3, S CH 2CH 3 O H N CH 3 H 3C COOCH 3COOCH 3 O +(CH 3CO)2O 3 O COCH 3 HNO 3 O COCH 3 O 2N O COOH O 2N O O O O Br Mg 2O MgBr + O H 3O O HO N H + Br 2 CH 3COOH N H Br