杂环化学综述
大学有机化学第十七章杂环
杂环化合物也可以发生还 原反应，如喹啉可以还原 为二氢喹啉。
还原反应通常涉及还原剂 对杂环的攻击，导致电子 转移和还原产物的生成。
杂环化合物在有机合成中的
06
应用
作为合成子构建复杂分子结构
01 杂环化合物作为合成子
杂环化合物具有丰富的反应性和多样的结构，可 以作为合成子用于构建更复杂的分子结构。
02 杂环合成策略
在天然产物的全合成中，杂环的合成是关键步骤 之一。通过设计合理的合成路线，可以实现杂环 的高效构建。
03 实例分析
以某些具有代表性的天然产物为例，阐述杂环化 合物在天然产物全合成中的应用。
在药物设计和合成中的应用
药物分子的结构特点
许多药物分子都含有杂环结构，这些结构对于药物与靶标 的相互作用具有重要影响。
咪唑
由两个氮原子和三个碳原子组成的五元杂环化合物，具有芳香性。咪唑及其衍生物在医药和农药等领域有重要应 用，如抗真菌药物克霉唑、抗寄生虫药物甲硝唑等。
噻唑
由一个硫原子、一个氮原子和三个碳原子组成的五元杂环化合物，具有芳香性。噻唑及其衍生物在染料、农药和 医药等领域有广泛应用，如杀菌剂稻瘟灵、抗癫痫药物卡马西平等。
大学有机化学第十七 章杂环
目录
• 杂环化合物概述 • 五元杂环化合物 • 六元杂环化合物 • 杂环化合物的合成方法 • 杂环化合物的反应与机理 • 杂环化合物在有机合成中的应用
01
杂环化合物概述
定义与分类
定义
杂环化合物是指分子中含有杂原子（非碳原子）的环状 有机化合物。
分类
根据杂原子的种类和数量，杂环化合物可分为单杂环和 多杂环两大类。其中，单杂环又分为含氮杂环、含氧杂 环和含硫杂环等。
呋喃
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五元杂环
六元杂环 苯并杂环 杂环并杂环
呋喃
O N
噁唑
O
吡啶
N
噻吩
S N
噻唑
S
N 嘧啶
N
N
吡咯
H
N
咪唑
N 吡唑
N H
N H
吡喃
O
吲哚
N H
N
N
N
N H
嘌呤
喹啉
N
N 异喹啉
5
3. 大环
冠醚
O
O
O
O
O
O
O
杯芳烃
环糊精
OH
HO O OHOHO
OHO OH O
HO OH
O OH
O
OH
OOH
HO O
O
OHO
OH
O
CH3
O
β-呋喃甲酸
O
COOH
O SS
CH2C CH2CH O
CH3 CH3
链状呋喃萜
O
CH2SH
面包香料
R'
R'
O
R''
O
R''
烤肉香料
呋喃香料
H3C O
O HO
OCH3
O
苯并呋喃衍生物
O
30
CH3
2.1.2噻吩及衍生物 2.1.2.1噻吩
（一）合成方法
A：Paal-knorr法
R
R P4S6
CN CH 3
40
2.1.2.2噻吩衍生物
苯并噻吩
S
OR +
SNa
Cl
OR S
硫代-3-吲哚吩
杂环化学总结
三员杂环链状醚、硫醚、仲胺比饱和三元杂环的健角小，因此有较大的张力。
三元杂环的构象都是平面形。
氢原子的重叠也是它们产生张力的一个原因。
饱和三元杂环的杂原子都有孤电子对，容易受亲电试剂进攻。
环有偶极矩，亲电试剂和亲核试剂都容易与它们反应。
亲核开环反应亲核试剂，如氨或胺，可使环氧化物开环生成氨基醇:脱氧成烯烯烃的环氧化在Prileschajew反应中，常用的是过氧苯甲酸，间氯过氧苯甲酸或单过氧邻苯二甲酸。
Sharpless环氧化反应是用过氧叔丁醇，在四异丙氧基钛和（R，R)-(+)-或(S，S)-(-)-酒石酸二乙酯（DET)存在下，烯丙醇和取代烯丙醇与该试剂反应。
3.Darzens反应(缩水甘油酸酷合成法)在乙醇钠存在下，a-卤代酸酯与羰基化合物反应生成2一乙氧羰基环氧化合物，该类产物也称作缩水甘油酸酯。
Corey合成法该合成方法是由卤化三烷基锍盐或卤化三烷基亚砜盐衍生的S一叶立德与羰基化合物反应四员杂环1.β-氨基酸环化脱水制得【2+2】环加成反应（1）亚胺十烯酮.亲电取代反应呋喃发生亲电取代反应的速度要比苯快。
原因如下:①呋喃的共振能比苯低；②呋喃环上每个原子的电子密度大于1，而苯环上每个原子的 电子密度等于1。
1,4-二羰基化合物（Paal-Knorr反应）在酸碱平衡中，酸加到1,4-二羰基体系13中的一个羰基上，使第2个羰基能与其发生分子内亲核反应形成14；最后，在酸催化下，发生β-消除反应。
.Feist-Benary合成a-卤代羰基化合物和β-酮羧酸酯发生环缩合反应生成3-呋喃酸。
噻吩噻吩的芳香性小于苯大于呋喃，原因：①因为硫和氧相比有较低的电负性，硫上的电子对能更有效地共轭；②硫，作为第二短周期的元素，能够扩展其八隅体。
噻吩的亲电取代反应活性和苯甲醚相近。
反应机制与呋喃相同，取代反应发生在2-位或2，5-位。
光异构化反应最简单的方法是1,4-二碳基化合物硫化后再环化脱水，这和呋喃的Paal-Knorr合成类似。
药物有机化学——杂环
注：五元杂环亲电取代反应的定位效应Diels-Alder反应即狄尔斯－阿尔德反应直接用吡咯可发生Diels-Alder 反应+吸引能力。
氮上电子云少，H 易离解，显一定的酸性。
三五元杂环化合物1呋喃、噻吩、吡咯的结构与芳香性呋喃、噻吩、吡咯都是平面结构，环上所有原子都是SP2 杂化，各原子均以SP2 杂化轨道重叠形成σ键。
碳未杂化的P 轨道中有一个电子，杂原子的P 轨道中有一对电子，P 轨道互相平行重叠，形成闭合的共轭体系。
二几个常见的杂环1．吡咯`呋喃`噻吩均具有芳香性②硝化反应五元杂环化合物与硝酸（强氧化剂）反应，得不到预期产物，而是芳环被破坏。
呋喃, 噻吩和吡咯易氧化, 一般不用硝酸直接硝化; 通常用比较温和的非质子硝化试剂，如：乙酰基硝酸酯，反应在低温下进行。
③磺化反应吡咯、呋喃不能直接用硫酸磺化，因为它们在浓硫酸中不稳定，会发生聚合，通常用一种温和的磺化剂——吡啶三氧化硫进行磺化。
HH£¡²»ÄÜÓÃÇ¿ËáNC5H5N S O3N SO3HO SO3HC5H5N S O3O»Ç»¯¡à¤¡¡¡¡ò¡¡¡¡¡¡¡¡¡。
有机化学中的杂环化合物
有机化学中的杂环化合物有机化学是研究含有碳元素的化合物的科学，而杂环化合物则是其中的一个重要分支。
杂环化合物指含有不同种类的原子构成的环状分子结构，较为复杂且具有广泛的应用领域。
本文将介绍杂环化合物的特点、合成方法以及其在药物研发、材料科学等领域的应用。
一、杂环化合物的特点杂环化合物相对于纯碳环化合物而言，在结构上更加多样化复杂。
其分子结构中含有不同种类的原子，例如氧、氮、硫等，这些原子的加入使得杂环化合物具有更多的化学性质和应用价值。
与其它类型的有机化合物相比，杂环化合物不仅具有较高的化学活性，还表现出更多的生物活性，因此在医药领域中具有重要的地位。
二、杂环化合物的合成方法1. 环加成反应：环加成反应是最常用的合成杂环化合物的方法之一。
该反应通过在分子中引入一个或多个非常活泼的碳原子，进而使其与分子内的其它部分发生反应，从而形成杂环结构。
环加成反应的应用十分广泛，不仅可以用于合成天然产物和药物分子，也可以用于构建新型材料等领域。
2. 脱水缩合反应：脱水缩合反应是另一种常用的杂环化合物合成方法。
在这类反应中，两个或多个分子通过脱水缩合形成新的分子，并在过程中形成杂环结构。
这种方法的优点是原料易得且反应条件温和，适用于大规模合成。
3. 氧化反应：氧化反应是一种引入氧原子的方法，常用于合成含有杂环结构的化合物。
具体来说，通过选择合适的氧化剂，可以将杂环化合物中的氢原子氧化为羟基或羰基等含氧官能团，从而形成具有新特性的分子结构。
三、杂环化合物在药物研发中的应用由于其特殊的结构和多样的化学性质，杂环化合物在药物研发中具有广阔的应用前景。
大量的已上市药物以及正在研发的新药都含有杂环结构。
杂环化合物在这一领域的应用主要表现在两个方面：1. 抗肿瘤药物：许多抗肿瘤药物都是杂环化合物，其通过与癌细胞中的特定酶或DNA结合，从而抑制癌细胞的生长和分裂。
其中，典型的例子包括含有异喹啉、吡嗪等杂环结构的药物。
这些药物的研发和应用使得抗癌治疗取得了重大突破。
第十三章杂环化合物
第三节 重要的杂环化合物及其衍生物～糠醛 重要的杂环化合物及其衍生物～
一、呋喃衍生物
1.糠醛 1.糠醛 糠醛具有芳香醛的特征。性质与苯甲醛相似， 糠醛具有芳香醛的特征。性质与苯甲醛相似，可 以发生氧化、还原、歧化及环上取代等反应。 以发生氧化、还原、歧化及环上取代等反应。 2.呋喃唑酮 呋喃唑酮（ 2.呋喃唑酮（痢特灵 ） 3.呋喃妥因（ 3.呋喃妥因（呋喃坦丁 ） 呋喃妥因
三、重要的生物碱
1.烟碱 1.烟碱
又名尼古丁 剧毒，属吡啶衍生物类生物碱。 又名尼古丁，剧毒，属吡啶衍生物类生物碱。为 尼古丁， 无色或微黄色液体，在烟草中以柠檬酸盐或苹果酸盐 无色或微黄色液体， 的形式存在。烟碱也是有效的农业杀虫剂。 的形式存在。烟碱也是有效的农业杀虫剂。 2．麻黄碱
Pd
S
+ 2H2
0.2~0.4MPa
S 四氢噻吩 N H 四氢吡咯
N H
Ni + 2H2 200℃
第四节 六元杂环化合物
一、吡啶的结构
..
N原子为sp2杂化
. .
. .
. .
吡啶π电子数符合休克尔规则，具有芳香性。 吡啶π电子数符合休克尔规则，具有芳香性。吡 啶的芳香性比苯弱。 啶的芳香性比苯弱。
呋喃
噻吩
吡咯
二、呋喃、噻吩、吡咯的性质 呋喃、噻吩、
呋喃存在于松木焦油中，其蒸气遇到浸过盐酸的 呋喃存在于松木焦油中， 松木片时呈绿色 叫做松木片反应 绿色， 松木片反应。 松木片时呈绿色，叫做松木片反应。此现象可用来鉴 定呋喃。 定呋喃。 噻吩存在于煤焦油的粗苯及石油中，在浓硫酸存 噻吩存在于煤焦油的粗苯及石油中， 在下，与靛红一同加热显示蓝色 反应灵敏。 蓝色， 在下，与靛红一同加热显示蓝色，反应灵敏。可用来 检验噻吩。 检验噻吩。 吡咯存在于煤焦油和骨焦油中，其蒸气或其醇溶 吡咯存在于煤焦油和骨焦油中， 液能使浸过盐酸的松木片呈红色 红色， 液能使浸过盐酸的松木片呈红色，此反应可用来鉴定 吡咯。 吡咯。
化学结构杂环
化学结构杂环
化学中的杂环化合物指的是分子中含有杂环结构的有机化合物。
杂环是由碳原子和非碳原子构成的环状结构，其中非碳原子被称为杂原子，常见的杂原子有氮、氧和硫等。
杂环化合物是数目最庞大的一类有机化合物，可以分为脂杂环和芳杂环两大类。
在杂环化合物中，由于杂原子的种类与数目、环的元数与环数不同，可以将杂环类药物分成许多不同的大类，例如吡啶类、喹啉类、托烷类、吩噻嗪类、苯并二氮杂卓类、呋喃类、吡唑酮类、嘧啶类等。
杂环化合物普遍存在于药物分子的结构之中，例如某些生物碱、维生素、抗生素等。
由于其独特的结构和性质，杂环化合物在化学、生物学和医学等领域有着广泛的应用。
以上内容仅供参考，建议查阅关于杂环的书籍或咨询化学领域专业人士获取更全面和准确的信息。
有机化学：第十五章 杂环化合物
5 6
7
4 3
2
81
OH 8-羟基喹啉
NH2
1 65
7
2 49 8 3
6-氨基嘌呤
O
4 5
3 CO2H
CH3 1 6 5 N
N 7 CH3
6
12
Br 7
2
O
3
N4 N
8
9
CH3
6-溴吲哚-3-羧酸 1,3,7-三甲基嘌呤-2,6-二酮
标氢：当杂环上含有饱和原子时，往往存在互变异构
体，命名时用“位置编号” ＋“H” (大写斜体)写在词 首加以区别，并给饱和原子尽可能低的编号。
度的碱性，可成盐。
2.吡啶的水溶性
吡啶氮原子上的一对未共用电子能与水 形成氢键，吡啶能与水互溶，但吡啶环上引 入羟基或氨基后，化合物的水溶性却明显降 低，且引入的羟基或氨基数目愈多，水溶性 愈差，主要原因是溶质分子间缔合（分子间 氢键等），抑制了与水分子间的缔合。
3. 碱性：
吡啶环N原子的一对孤电子对处于sp2杂化轨道上， 它并不参与环上的共轭体系，因此可能和质子结合或 给出电子，呈现弱碱性。吡啶中氮原子上的未共用电 子对处于sp2杂化轨道中，s成分较大，受N的束缚力较 强，给出电子倾向较小，与 H+ 的结合力较弱，所以碱 性较弱。
· ·
·
· ·
N
·
··
叔胺 N
pKb: ~ 4
8.8
N
NH2
H
9.37
~ 14
碱性：叔胺 > 吡啶 > 苯胺 > 吡咯
+ HCl N
· Cl N+ H 吡啶盐酸盐
4.化学反应
⑴
通过氮原子上的未共用电子对，吡啶可以
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[xxxxxxx]
杂环化学论文
[噻唑类化合物在医药领域的应用]
作者:[xxxxxx]
指导教师：[xxx]
专业名称：[精细化工]
学号：xxxxxxxxxxxxxxxxxx
2015年7月11日
噻唑类化合物在医药领域的应用
xxx
xxxxx
摘要：噻唑类化合物广泛应用于医药领域。
综述了噻唑类化合物在抗结核、抗癌、抗病毒、消炎镇痛、降血糖等领域显示出广阔的应用前景。
关键字：噻唑杂环化合物医药病毒抗癌
一.前言
杂环化合物是以含有一个或多个杂原子(O、N或S)的五元或六元环系或稠环系为主的一类化合物。
自从Anderson在1857年从骨焦油中分离出吡咯，Scheele 在1870年制出呋喃和Meyer在1882年发现噻吩以来，至今一个多世纪中，被发现、制备的杂环化合物的数目已达到惊人的数字。
近几十多年来，杂环化合物在有机化合物中所占的比例仍是有增无减。
噻唑环是一类重要的五元芳香杂环，含有氮和硫杂原子，具有丰富的电子，易形成氢键、与金属离子配位以及∏-∏堆积、静电和疏水作用等多种非共价键相互作用，这种结构赋予了噻唑类化合物许多特殊的性能，在众多领域具有广泛的潜在应用，引起众多工作者的极大关注，相关研究工作包括其合成方法日趋增多。
尤其是随着一系列噻唑类化合物成功用于临床，噻唑类化合物的研发成为近些年来研究的热点领域之一。
基于噻唑类化合物的研发与其特殊性能的应用，以及近年来的新发展，本文综述了噻唑类化合物在医药领域的应用。
二．医药领域的研究与应用
噻唑类化合物作为药物显示出巨大的开发价值，至今已有众多噻唑类药物用于临床治疗多种疾病，为保障人类健康发挥着重要作用。
噻唑类化合物相关医药研究工作众多，较为活跃，在抗结核、抗癌、抗病毒、消炎镇痛、降血糖等领域显示出广阔的应用前景。
（一）、抗结核类噻唑化合物
结核病是由结核杆菌引起的死亡率较高的感染性疾病，临床上使用的抗结核药物如利福平等数十种药物，具有高效的杀菌活性。
但是随着耐药菌株频发和临床药物的不良反应如胃肠道反应和肝损害等导致现有抗结核药物疗效降低、毒副作用大，临床应用受到限制，因此亟待开发新类型的抗结核药物。
以噻唑类化合物为代表的新型抗结核分枝杆菌含氮芳杂环类化合物得到广泛而又深入的研究，噻唑、三唑和二唑等唑类化合物具有与分支杆菌细胞壁相似的脂溶系数，可干扰细胞壁的生成，抑制菌株的繁殖。
三唑硫醇类噻唑12具有优良的抗结核分枝杆菌的能力。
（二）、抗癌类噻唑化合物
癌症已成为人类健康的严重威胁之一，抗癌药物的研发得到广泛的重视，成为全世界医药研究最多的领域之一。
尽管有多种抗癌药物用于临床，但癌症的频发与多样性以及抗癌药物的高毒性、低选择性使现有临床药物远不能满足用药需求，新抗癌药物的开发仍是药物化学工作者十分紧迫的重要课题。
噻唑类化合物是抗癌药物研发的重要方向之一。
已有多种噻唑类化合物如帕米格雷(15，Pamicogrel)、噻唑呋林(16，Tiazofurine)成功用于临床，在癌症治疗过程中起着重要作用。
磺氯苯脲(Sulofenur)是临床上广泛使用的治疗肺癌、胃癌和子宫癌等癌症
的一线药物，然而由于口服剂量受限和临床出现的毒副作用，限制了其进一步使
用。
用噻唑啉酮修饰得到的磺氯苯脲衍生物17表现出广谱的抗癌活性，对小细
胞肺癌、结肠癌、黑色素瘤、卵巢癌等癌细胞株均显示出有效的抗增殖能力。
（三）、抗病毒类噻唑化合物
近些年来，噻唑类化合物在抗病毒领域取得许多重要成果，尤其是抗HIV 药物利托那韦(22，Ritonavir)。
因此，噻唑类化合物成为抗病毒领域的热点之一，以噻唑环构建新结构的抗病毒药物已经成为抗病毒药物研发的重要方法。
以黄病毒属包膜蛋白为靶点，通过数据库模拟、结构修饰、再经体外活性筛选得到抗病毒活性好、细胞毒性低的噻唑衍生物23对生物体酶解作用具有一定
的抵抗力，可以有效地抑制黄热病毒增殖，半数有效浓度值为5±1。
7mol/L，治疗指数达到37，显示出高效低毒的优点。
（四）、消炎镇痛类噻唑化合物
炎症是机体的一种防御机制，临床常表现为红肿、疼痛。
噻唑类化合物作为消炎镇痛药物的研发工作主要包括两方面:一是用噻唑环对现有临床消炎镇痛药物的修饰，如对吡罗昔康修饰得到的噻唑类消炎镇痛药物美洛昔康、舒多昔康(25，Sudoxicam)具有高效、低毒的优点；二是以噻唑为中心引入其他消炎镇痛药效基团构建新结构消炎镇痛药物，如临床药物法奈替唑(26，Fanetizole)、芬替酸(27，Fentiazac)等。
（五）、降血糖类噻唑化合物
随着生活水平的提高，肥胖症的发病率越来越高，糖尿病患者趋于低龄化，引起了人们的极大关注，众多相关工作致力于降血糖药物的研发。
现有降血糖药物主要包括磺酰脲类、双胍类、苯丙氨酸类、噻唑烷二酮类等。
其中噻唑烷二酮类药物作为胰岛素增敏剂是临床使用最为广泛的降血糖药物之一，具有疗效好、生物利用度高、药物相互作用小等优点。
噻唑烷二酮降血糖药物的成功鼓励着科学工作者研究开发更加有效的噻唑类降血糖药物，许多研究主要是以影响糖类代谢的催化酶为靶点，以具有优良亲和能力的噻唑环为中心构建新型噻唑类降血糖化合物。
果糖-1，6-二磷酸酶(FBPase)抑制剂是临床治疗2-型糖尿病的一线药物。
噻唑类FBPase抑制剂30已进入临床实验阶段，并且表现出良好的降血糖效果和较高的生物利用度，有望成为第一个口服FBPase酶抑制剂[83]。
此外，含有噻唑基团的香豆素衍生物31显示出明显的抑制α-淀粉酶的效果，同时还发现该化合物和病原性微生物的DNA具有很强的键和能力，可使DNA丧失继续复制的功能[84]。
可见，噻唑类化合物在医药领域研究活跃，在抗菌、抗癌、抗病毒、消炎镇
痛、和降血糖等众多领域取得了许多重要研究成果，显示出巨大的发展前景。
综上所述，噻唑类化合物在医药领域具有广泛的潜在应用，且已取得许多杰出的研究成果，成为非常活跃的研究领域之一。
随着噻唑类化合物相关研究工作的深入和诸如计算机模拟技术改进、酶和受体作用靶点数据库的健全等现代技术手段的发展，对噻唑类化合物的应用研发必将更加广泛。
可能在以下几方面：(1)噻唑类化合物在材料领域的研究工作相对较少，除持续开发传统噻唑类染料研究工作外，噻唑类材料研发将向光电材料领域进一步延伸；(2)在生物染色剂领域，噻唑黄以其独特的荧光特性受到持续关注外，开发新型噻唑类核酸染色剂将成为化学、生物学和医学的研究热点之一；(3)随着超分子识别领域的蓬勃发展，噻唑环以其独特的杂原子五元芳香体系，在研发高选择性、高灵敏度、良好的稳定性且操作简单、安全可靠的超分子化学传感器中将发挥着重要作用。
由此可见，我们有理由相信，随着噻唑类化合物在各个领域更加深入的研究，新一代的噻唑类化合物必将为促进人类社会进步作出卓越贡献。
参考文献：
1.黄光, 杨吉春, 李慧超, 张静, 刘长令. 具有农药活性的噻唑类化合物的研究进展. 农
药, 2011, 50(2): 79–82
2.张一宾, 张怿. 世界农药新进展. 北京: 化学工业出版社, 2007
3. 陈万义. 新农药的研发—方法•进展. 北京: 化学工业出版社, 2007
4. 王艳, 周成合. 三唑类药物研究新进展. 中国科学: 化学, 2011, 41(9): 1492–1456。