杂环化合物与生物碱
第12章杂环化合物和生物碱
嘌呤(purine)
2、系统命名法
① 从杂原子开始 1，2，3，4……（或用希腊字母α、β、 γ…… ） ② 当环上含有两个或两个以上相同的杂原子时，应使杂原子 所在位次的数字最小 ③ 不止一个杂原子，按O，S，N顺序编号
第十二章 杂环化合物和生物碱 5
4
3
H3C 5 O 2 CH3 1
4 COOH 3 5 2 6 N 1
第十二章 杂环化合物和生物碱 25
嘌呤
N H
N N
N
N
NH2 N N N H
N H
O HN H2N N N H N
N H
Purine
腺嘌呤（ A） Carbazole
鸟嘌呤（G）
嘌呤有（Ⅰ）和（Ⅱ）两种互变异构体：
N N N H
N
N N N
NH
（I）9H-嘌呤
（II）7H-嘌呤
第十二章 杂环化合物和生物碱 26
2． 亲核取代 由于氮的吸电子作用，使得吡啶环上电子云密度减低， 不易进行亲电取代，但却有利于亲核取代。例如它与氨基 钠作用，生成α-氨基吡啶。
+ NaNH2 N
-H2 H2O
N
NHNa
N
NH2
3．酸碱性 呋喃、噻吩为中性；吡咯具有弱碱性。吡咯属仲胺，似乎应具 有较强的碱性，但由于氮原子的孤对电子参与形成闭合的共轭体 系，氮原子上的电子密度有所降低，吸引质子的能力降低，因此 吡咯的碱性（pKb=13.6）非常微弱，不但比脂肪族仲胺弱得多， 而且比芳香胺还弱，以至它与酸不能生成稳定的盐；另一方面， 氮原子上的氢原子离解为离子的倾向增大，这就使吡咯反而有弱 酸性，其酸性介与乙醇和苯酚之间，可与固体KOH（或与金属 15 第十二章 杂环化合物和生物碱 K，Na）共热，形成不稳定的盐，遇水即分解。
杂环化合物和生物碱学时讲课文档
(A)
第二十五页，共46页。
4. 氧化反应
CH3 HN3O
COOH
N
or KM4nO
N
β-吡啶甲酸
HN3O
COOH
or KM 4 nO
N
N COOH
2, 3-吡啶二甲酸
第二十六页，共46页。
完成下列合成:
CH3 N
KMnO4/H+
NH 2 N
NaOH Br 2
COOH NH3
N
CONH 2 N
第二十七页，共46页。
第二十九页，共46页。
红色
2. 吡咯及其衍生物
吡咯最重要的衍生物是卟啉化合物。
2
a
3
1
4
NH N
N HN
8
5
7
6
卟啉环
第三十页，共46页。
叶绿素:
CH
2
H 3C 1 Ⅰ N
3R
Ⅱ N
4 C H 2C H 3
Mg
N
H 3C
Ⅳ
H8 7 HH
H 2C O C
CH2
OC O
N Ⅲ
5
CH3
6
Ⅴ
O
OCH3
R = -C H 3 为 叶 绿 素 a R = -C H O 为 叶 绿 素 b
N
异烟酰肼又叫雷米封 具有抗结核作用
N
异丙烟肼
用于神经退行性疾病治疗
（老年痴呆等）
C2H OH
CHO
C2H N2H
H O
C2H OH H O
C2H OHH O
C2H OH
H 3C N
H 3C N
维生素B6
第三十六页，共46页。
第十六章 杂环化合物、生物碱
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：五元环单杂环OSN六元环H杂环N苯环与单杂环的稠合杂环(苯并杂环)稠杂环N两个或两个以上单杂环的稠合杂环NNNNH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。
ONS呋喃噻吩furanpyrrole吡咯HthiopheneN吡啶N咪N啶NHpyridinepyrimidineindole吲哚?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。
4CH354463CH3N3N512NH12C5N32H5S213-甲基吡啶4-甲基咪唑5-乙基噻唑2、根据结构命名：1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。
NHO 茂(环戊二烯)氮茂S氧茂硫茂NNN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。
OSNH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SP2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。
《有机化学》第13章 杂环化合物和生物碱
4-甲基嘧啶
4-甲基噻唑
⑶ 连有取代基的杂环化合物命名时，也可将杂环作为取代基，以侧链为母体来命名。
4-嘧啶磺酸
β-吲哚乙酸（3-吲哚乙酸）
2-苯并咪唑甲酸乙酯
⑷ 为区别杂环化合物的互变异构体，需标明杂环上与杂原子相连的氢原子所在的位 置，并在名称前面加上标位的阿拉伯数字和大写H的斜体字。
2023/6/13
⑴ 卤代反应
在室温条件下，吡咯、呋喃和噻吩能与氯或溴发生激烈反应，得到多卤代物。将反应 物用溶剂稀释并在低温下进行反应时，可以得到一氯代物或一溴代物。碘化反应需要 在催化剂存在下进行。例如：
2023/6/13
6
（2）硝化反应
在低温条件下，吡咯、呋喃和噻吩能与比较缓和的硝化剂硝酸乙酰酯（CH3COONO2） 发生硝化反应，主要生成α-硝基化合物。例如：
3. 颜色反应
生物碱能与一些试剂发生颜色反应，比如钒酸铵的浓硫酸溶液、浓硝酸、浓硫酸、 甲醛、氨水等，利用此性质可鉴别生物碱。比如莨菪碱遇1％钒酸铵的浓硫酸溶液显 红色，可待因遇甲醛-浓硫酸试剂显紫红色等。
二、重要的生物碱 1. 烟碱 又叫尼古丁，主要以苹果酸盐及柠檬酸盐的形式存在于烟草中。其结构式
2023/6/13
13
血红素是卟啉环与Fe2+形成的配合物；叶绿素是卟啉环与Mg2+形成的配合物，它们的 结构式如下：
血红素在体内与蛋白质结合形成血红蛋白，存在于红细胞中，是人和其他哺乳动物 体内运输氧气的物质。叶绿素是植物进行光合作用不可缺少的物质。
2023/6/13
14
二、呋喃衍生物
呋喃甲醛是最常见的呋喃衍生物，又称为糠醛，它是一种无色液体，沸点为161.7℃， 在空气中易氧化变黑，是一种良好的溶剂。 糠醛是合成药物的重要原料，通过硝化可制得一系列呋喃类抗菌药物，如治疗泌尿 系统感染的药物呋喃坦丁、治疗血吸虫病的药物呋喃丙胺等。
《有机化学》第九章
第九章
水溶液直接提取法不利于那些碱性较弱不能直接溶解于水的生
物碱提取，因此可采用偏酸性的水溶液，使生物碱与酸作用生成盐
进行生. 物碱提取。具有碱性的生物碱在植物体中多以盐的形式存在， 而弱碱性或中性生物碱则以不稳定的盐或游离碱的形式存在，故常
用0.5%～2%的乙酸、盐酸等为溶剂。
29 第二节 生物碱
二 、 生物碱的提取方法
（二）醇类溶剂提取法
游离生物碱及其盐一般都能溶于甲醇和乙醇，因此用它 们作为生物碱的提取溶剂，应用较为普遍。甲醇的极性比乙 醇的极性大，对生物碱的溶解性比乙醇好，甲醇的沸点也比 乙醇低，但对视神经的毒性很大，所以除实验室有时将甲醇 作为生物碱提取溶剂外，多数用乙醇作为溶剂，有时也用稀 乙醇（60%～80%）作溶剂。通常采用醇提—酸水—碱化— 亲脂性溶剂萃取的方法反复进行。
N
－
N
CH3
33 第二节 生物碱
三 、 重要的生物碱
（三） 麻黄碱
第九章
麻黄碱俗称麻黄素，分子中有两个手性碳（用*标记），麻黄碱的分子结构式如下：
糠醛是重要的化工原料，可用 于制造酚醛树脂、农药、医药（如 呋喃妥因、呋喃唑酮）等。
O2N－ O
O －CH＝N－N－C ＝ O
CH2－CH2
－ －
－
呋喃唑酮（痢特灵）
19 第一节 杂环化合物的分类和命名
四、 重要的杂环化合物及其衍生物
（二） 吡咯衍生物——叶绿素、血红素和维生素B12
第九章
20 第一节 杂环化合物的分类和命名
1
第九章 杂环化合物、生物碱
【知识目标】 理解杂环化合物的分子结构、分类。 掌握五元单杂环、六元单杂环化合物的化学性质。 掌握杂环化合物的分类和命名方法。 了解几种重要的生物碱（麻黄素、烟碱、小檗碱、鸦片制剂）。 【技能目标】 掌握常见杂环化合物、生物碱的鉴别方法。
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。
杂环化合物和生物碱
结构特点与性质
结构特点
生物碱通常具有复杂的环 状结构，其中最常见的是 苯环和杂环。
物理性质
生物碱多为固体，具有旋 光性，部分生物碱具有荧 光性质。
化学性质
生物碱具有碱性，可与酸 成盐，也可与金属离子络 合。
提取方法与分离技术
提取方法
生物碱的提取通常采用溶剂萃取法、离 子交换法、沉淀法等。
VS
分离技术
合成方法与途径的创新研究
探索新的合成方法
研究新的合成方法，提高杂环化合物和生物 碱的合成效率和纯度。
寻找更环保的合成途径
采用更环保的合成途径，减少对环境的影响 。
开发高通量合成技术
利用高通量合成技术，快速筛选和优化杂环 化合物和生物碱的合成方法。
药物作用机制与靶点研究进展
01
深入了解药物作用 机制
02
例如，一些杂环化合物的合成方法可以借鉴生物碱的合成方法，反之 亦然。
03
在合成过程中，可以利用一些共同的反应步骤和中间体，使得合成过 程更加高效和经济。
04
同时，对于一些难以合成的杂环化合物或生物碱，可以借鉴对方的合 成方法来寻找新的合成策略。
04
杂环化合物在药物研发中 的应用
抗肿瘤药物
嘧啶类抗肿瘤药物
蒿甲醚
蒿甲醚是青蒿素的衍生物，具有更强的抗疟疾活性，对多种疟原虫有较好的治疗效果。
镇痛药物
可待因
可待因是一种具有镇痛作用的生物碱，可以 有效缓解轻至中度的疼痛。
吗啡
吗啡是一种具有强镇痛作用的生物碱，可以 有效缓解重至极度的疼痛。但长期使用会产
生依赖性和成瘾性，需谨慎使用。
06
杂环化合物与生物碱的未 来发展前景
杂环化合物和生物碱
有机化学第十四章杂环化合物和生物碱
（四）嘧啶及其衍生物
1. 嘧啶 嘧啶的电子结构与吡啶相似，2个氮原子均以sp2杂化轨道成
键，每个氮原子上都含有未共用电子对。
2. 嘧啶的衍生物 （1）尿嘧啶、胞嘧啶和胸腺嘧啶
尿嘧啶
胞嘧啶
胸腺嘧啶
19
（2）磺胺嘧啶 （3）维生素B1
20
（五）吲哚及其衍生物
吲哚由苯环与吡咯环稠合而成。吲哚是无色片 状晶体，熔点52℃，沸点23.5℃，不溶于水，可溶 于热水和有机溶剂中，有恶臭，但吲哚在浓度极稀 时，有花的香味，可作为香料使用。
卟吩
血红素
16
（三）吡啶及其衍生物
1. 吡啶
吡啶有弱碱性，可与强酸成盐。吡啶用于合成维生素和药 物等，并用做溶剂，也是一些有机反应的介质和分析化学试剂。
2. 吡啶的衍生物 （1）烟酸和烟酰胺
烟酸和烟酰胺的结构式如下：
烟酸
烟酰胺
17
（2）异烟肼 （4）维生素B6
（3）尼可刹米
吡哆醇
吡哆醛
吡哆胺
18
（一）呋喃及其衍生物
1. 呋喃 呋喃是最简单的五元含氧杂环，存在于松木焦油中。呋喃可使 盐酸浸过的松木片呈绿色，称为松木片反应，可用于检验呋喃。 2. 呋喃衍生物 （1）呋喃西林
（2）糠醛
15
（二）吡咯及其衍生物
1. 吡咯 吡咯是最简单的五元含氮杂环，存在于煤焦油和骨焦油中。 吡咯蒸汽遇醮有盐酸的松木片显红色，可用于吡咯的鉴别。 2. 吡咯的衍生物
（二）沉淀反应 生物碱在酸性水或酸性稀醇中与某些试剂生成难溶于水的复盐 或络合物的反应。 用途： 鉴别——试管、TCL或PPC显色剂； 提取分离——检查是否提取完全。
（三）显色反应
大多数生物碱能和一些试剂反应呈现出不同的颜色。这些能 使生物碱发生颜色反应的试剂称为生物碱显色剂。常用的生物碱 显色剂有钼酸钠、甲醛、钒酸铵、高锰酸钾等的浓硫酸溶液。如 10 g·L-1的钒酸铵的浓硫酸溶液与阿托品显红色，与吗啡显棕 色，与可待因显蓝色。这些颜色反应可用于生物碱的鉴定。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
（希腊字母编号：靠近杂原子的碳原子为位）
43
4CH3
5
2
H3C
1
O
CH3
2，5-二甲基呋喃 （α，α’-二甲基呋喃）
5
3
6
2
N
1
4-甲基吡啶
（γ-甲基吡啶）
2020/6/16
第九章 杂环化合物与生物碱
6
二、杂环化合物的命名
❖ 编号原则：
环上有两个相同杂原子时，连接有氢原子或取 代基的杂原子编号为1，并使另一个杂原子的 编号尽可能小 CH3 4 3N
杂环化合物
具有环状结构，构成环的原子 = 碳原子 + 杂原子 氧、硫、氮
2020/6/16
第九章 杂环化合物与生物碱
1
第一节 杂环化合物
一、杂环化合物的分类
单杂环
五元杂环 六元杂环
杂环化合物
稠杂环
苯稠杂环 杂稠杂环
2020/6/16
第九章 杂环化合物与生物碱
2
五元杂环： 六元杂环：
2020/6/16
N H
N N H
CH2-CH-COOH NH2
-CO2
酶
N N H
CH2-CH2 NH2
组氨酸
组胺
2020/6/16
第九章 杂环化合物与生物碱
16
三、重要的杂环化合物及其衍 生物
吡啶及其衍生物
N 2020/6/16
COOH
N
-吡啶甲酸 （烟酸）
CONH2
N
吡啶甲酰胺 （烟酰胺）
CO NH NH2
N
第九章 杂环化合物与生物碱
10
三、重要的杂环化合物及其衍 生物
嘧啶及其衍生物
N
NH2
4
3N
5
O 2 N1 6 H
N
O
HN
ON H
胞嘧啶（C）
尿嘧啶（U）
（2-氧-4-氨基嘧啶） （2，4-二氧嘧啶）
O
HN
CH3
ON H
胸腺嘧啶（T） （5-甲基尿嘧啶）
2020/6/16
第九章 杂环化合物与生物碱
11
γ-吡啶甲酰肼 （异烟肼）
维生素PP
第九章 杂环化合物与生物碱
17
三、重要的杂环化合物及其衍 生物
吡啶及其衍生物CBiblioteka 2OHHOCH2OH
HO
N
CHO CH2OH
H3C N
吡哆醇
H3C N
吡哆醛
吡哆胺
CH2NH2
HO
CH2OH
H3C N
维生素B6
2020/6/16
第九章 杂环化合物与生物碱
18
第二节 生物碱
52 1
N H
4-甲基咪唑
2020/6/16
第九章 杂环化合物与生物碱
7
二、杂环化合物的命名
❖ 编号原则：
环上有不相同的杂原子时，按氧、硫、氮的顺 序编号
3N 4
2
5 C2H5
S
1
5-乙基噻唑
某些杂环不符合编号原则，如嘌呤等
2020/6/16
第九章 杂环化合物与生物碱
8
二、杂环化合物的命名
❖ 特别注意：
2020/6/16
第九章 杂环化合物与生物碱
12
三、重要的杂环化合物及其衍 生物
嘌呤及其衍生物
O
O
O
N
N HN
N HN
N HN
N
NN H
H2N N
CH N H
N
O
N
N
N
H
H
2020/6/16
第九章 杂环化合物与生物碱
13
三、重要的杂环化合物及其衍 生物
酮式与烯醇式的互变异构
O
HN
O
N H
OH N HO N
2020/6/16
第九章 杂环化合物与生物碱
4
二、杂环化合物的命名
❖ 译音法——按外文谐音，并以“口”字旁
表示是环状化合物
N
N
N
O
N
H
S
N HN
N
H
Pyrrole 吡咯
Indole 吲哚
2020/6/16
第九章 杂环化合物与生物碱
5
二、杂环化合物的命名
❖ 编号原则：
环上只有一个杂原子时，杂原子的编号为1
常见的母体杂环：
4
3
4 N3
5O
2N 5
S2
O1
H
1N
H
呋喃
吡咯
4
5
3
6
2
O1
吡喃
4
5
3
6
2
N1
吡啶
4N
N3
5N 2
HS1
咪唑
4
5
N3
6
2
N1
嘧啶
第九章 杂环化合物与生物碱
N N H
3
苯稠杂环
稠杂环
4 5
6 7
3 2
N1 H
6 1N
2 N 3
7 5N
48
N9 H
吲哚 （苯+吡咯）
嘌呤 （嘧啶环+咪唑环）
生物体内的一类含氮的碱性有机化合物，又称植物碱。 沉淀反应：生物碱与某些试剂反应生成不溶性沉淀，
这类试剂称为生物碱试剂
苦味酸、磷钨酸、磷钼酸等(生物碱试剂）
重要生物碱：尼古丁、麻黄碱、阿托品、咖啡因
2020/6/16
第九章 杂环化合物与生物碱
19
杂环上连有：-R、-X、-OH、-NH2等取代基，以 杂环作母体
杂环上连有-CHO、-COOH、-SO3H等基团时， 把杂环作取代基
2020/6/16
第九章 杂环化合物与生物碱
9
O2N
COOH
α-呋喃N甲酸
O
N
H
NO2 N
N β-硝基吡OH啶
N OH
Nα-噻吩磺酸N
S
SO3H HO
NN
H
2020/6/16
三、重要的杂环化合物及其衍 生物
嘌呤及其衍生物
6
1N
5
N7
2
N
3
4
N9 H
8
ONH2 NH3
OO O
O OO
H NN
N NN HNHN N H N N NH NN H NH NN
H2N NN
NNN HH
CHN H
CH H2N
HN2NN
NNN
O N
HH H
N
NNN H
腺嘌呤（A） （6-氨基嘌呤）
鸟嘌呤（G） （2-氨基-6-氧嘌呤）
尿嘧啶 酮式与烯醇式互变
O
HN
O
N H
N N H
OH
N
N
HO N
N H
黄嘌呤 酮式与烯醇式互变
2020/6/16
第九章 杂环化合物与生物碱
14
三、重要的杂环化合物及其衍 生物
吡咯及其衍生物
N H
吡咯
2020/6/16
卟吩
血红素
第九章 杂环化合物与生物碱
15
三、重要的杂环化合物及其衍 生物
咪唑及其衍生物 N