重要的杂环化合物

• 纯粹的糠醛是无色有特殊气味的液体，熔点— 38.7℃，沸点161.7℃，相对密度1.159，在水中 溶解度为9.1%，易容于乙醚和乙醇等有机溶剂。 在空气中被氧化聚合为黄色、棕色以至黑褐色的 物质。在醋酸存在下，它与苯胺呈鲜红色反应， 可用于糠醛和戊糖的鉴别。 • 糠醛是一个不含—氢原子的不饱和醛，化学 性质很活泼，容易发生氧化、还原、歧化和聚合 等反应，是有机合成工业的重要原料，广泛的应 用于油漆、树脂、医药和农药等工业。
NH 2
NH 2
N
N
N H
O
N H
OH
胞嘧啶（2-羟基-4-氨基嘧啶）
O OH
NH
N
N H
O
N H
OH
• • 维生素B6又名盐酸吡哆素，它包括吡哆醇、吡哆醛和吡哆胺： • CH2OH CH2NH2
CHO
HO H3C
CH2OH
N
HO H3C
CH 2OH
N
HO H3C
CH2OH
N
• 吡哆醇 吡哆醛 吡哆胺 • • • 维生素B6为无臭的白色晶体，在空气中稳定，易溶于水和乙醇。它广 泛存在于鱼、肉、蛋、蔬菜及谷物中。它参与生物体内氨基酸和脂肪 的代谢。在临床上用于治疗脂溢性皮炎和促进白细胞的生成。
四、三唑类的衍生物
• 三唑类衍生物一般是指分子中含有三个氮原子的五元杂环化合物，这 里主要讨论1，2，4—三唑的衍生物。1，2，4—三唑是白色晶体， 熔点121℃，沸点260℃。它有芳香性，对氧化剂很稳定，有很弱的 碱性。同时，氮上的氢又显弱酸性，可被活泼金属取代。它的衍生物 三唑酮和三唑醇是人工合成的杀菌剂：
NH
N
N
HN
• •
图12-6 卟吩(porphin)
CH3
CH3 CH CH2
CH H3C N
CH2
CH3 CH N CH2
C20H39O2CCH2CH2 CH3O2C O CH3
N N
N Mg N R CH2CH3
Fe N H3C CH3 CH2CH3 N R
叶绿素a: 血红素
• 卟吩环中的氮原子可以用共价键和配位键与不同金属离子结合。例如， 在叶绿素中与镁结合，在血红素中与铁结合，在维生素B12中则是与 钴结合。 • 叶绿素于蛋白质结合广泛存在于植物的叶和绿色茎中。绿色植物进 行光合作用时，它能把吸收的太阳能转变为化学能，并同时合成糖类 化合物。叶绿素有a、b、c、d四种：叶绿素a存在于所有的高等植物、 藻类和蓝细菌中；叶绿素b主要存在于高等植物、绿藻中；叶绿素c则 存在于硅藻、褐藻、甲藻中；叶绿素d仅在红藻中发现。其中最重要 的有a和b两种：叶绿素a为蓝黑色的晶体，在乙醇溶液中为蓝绿色； 叶绿素b为黄绿色的粉末，在乙醇溶液中为黄绿色。二者的差别仅在 于环上R 基不同，R是为叶绿素a，R是为叶绿素b。在多数植物体内， a：b=3：1。 • 叶绿素不溶于水，而溶于丙酮、乙醇、氯仿等有机溶剂中，其乙醇 溶液有很强的荧光。叶绿素分子中有两个酯键，易水解生成相应的酸 和醇。在碱性条件下，用硫酸铜溶液小心处理叶绿素，铜离子代替了 镁离子而进入卟吩环中，故叶绿素仍保持了绿色。在制植物标本时， 常用此法保持植物的绿色。血红素存在于哺乳动物的血红球中，它与 蛋白质结合成血红蛋白，血红蛋白的功能是输送氧气，供组织进行新 陈代谢。用盐酸水解血红蛋白，则得到氯化血红素。 • 维生素B12又名钴胺素，是结构较复杂的一种天然化合物。它主要存 在于动物的肝脏中，为深红色针状结晶，是抗恶性贫血的一种水溶性 维生素。
5 6 7 8 4 3 2
O
O
1
苯并吡喃 常见的花色素有下列三种：
2—苯基苯并吡喃
HO OH
HO
HO OH
HO
OH
OH
O
O
+ Cl -
+ Cl -
氯化天竺葵素
氯化青芙蓉素
HO OH OH
HO
OH
O
+ Cl -
OH
氯化飞燕草素
• 各种花色苷在不同的PH介质中显示出不同 的颜色。同一种花色苷在不同的植物中或 种植在不同土壤中的同一种花草也能呈现 出不同的颜色。例如，在玉蜀黍穗中的青 芙蓉素苷显紫色，而在玫瑰花中的青芙蓉 素苷显红色。花色苷颜色的变化是由于其 分子中的花色素在不同的PH介质中的结构 和颜色的变化如下：
• 七、苯并吡喃的衍生物 • 苯并吡喃是苯和吡喃稠合而成的。许多天然色素都是它们的衍生物， 如花色素、儿茶素等。 • 花色素是苯并吡喃的重要衍生物之一。它们与糖结合成糖苷存在于花 或果实中，这种苷叫做花色苷。它们导致植物的花和果所呈现出的各 种颜色，用酸水解花色苷即得糖和花色素的佯盐。各种花色素都含有 2-苯基苯并吡喃的基本骨架：
五、吡啶的衍生物
• 吡啶存在于煤油中，它的衍生物广泛存在于自然界，并且大都具有强 烈的生理活性，常见的有维生素PP和维生素B6等。 • 维生素PP是烟酰胺两种物质的总称。它属于B族维生素：
COOH
N
烟酸
N
O C
NH2
烟酰胺
•
烟酸即—吡啶甲酸，为无色针状晶体，熔点235.2℃，易溶于热水， 对酸碱稳定。烟酰胺即—吡啶甲酰胺，为白色针状结晶或粉末，熔点 133℃，易溶于水。他们存在于肉类、肝肾、乳汁、花生、米糠和酵 母中。人体缺乏维生素PP会引起癞皮病，故维生素PP又称做抗癞皮 病维生素。
OH OH OH HO
儿茶素
O
O
OH
OH OH
HO
OH
没食子儿茶酸
八、嘧啶的衍生物
• 嘧啶是含有两个氮原子的六元杂环。它是无色晶体，熔点20~22℃， O O 沸点
HN N
HN H N
O
O N H N H
O N H N H
黄嘌呤
尿酸
组成核酸的嘌呤碱有腺嘌呤和鸟嘌呤，二者都存在户变异构现象：
NH 2 NH N N HN
OC6H11O5 OC6H11O5
HO
O
O
OH
青芙蓉苷色素
OC6H11O5 OC6H11O5
OC6H11O5 OC6H11O5
HO
OH
O
+ OH
HO
O
O
O-
青芙蓉苷阳离子（红色，PH<3）
青芙蓉苷阴离子（蓝色，PH>11）
• 儿茶素是茶叶、儿茶、葡萄等中所含鞣质 的主要组成部分。从新鲜茶叶中分离出的 柔质中含有12%左右的五倍子酸，78%左 右的儿茶五倍子酸酯及一些游离的儿茶素。 儿茶素不是鞣质，因此不具有鞣质的特性。 • OH OH •
二、噻吩的衍生物
H
• 生物素和先锋霉素是 噻吩的重要衍生物， 其结构如下：
O S
H
N
O NH
S
HOOC(CH2)4 H H
生物素
CH 2 C NH
Nቤተ መጻሕፍቲ ባይዱO S O
CH 2O COONa
C
CH 3
先锋霉素I
• 生物素又名维生素H，是人体必需的维生素之一。它 广泛存在于动植物体内，如谷物、蔬菜和肉类中；生 物素是无色针状晶体，熔点232~233℃，溶于水和乙 醇。在中性或碱性条件下稳定，与强碱或氧化剂易分 解。在动物的生理过程中参与CO2的固定及羧化过程。 人体缺乏它，会导致身体疲乏，食欲不振，贫血和皮 肤发炎、脱屑等。 • 先锋霉素是由头孢菌素C半合成的一类广谱抗生素。 目前人工合成的先锋霉素类药物有十余种，其中先锋 霉素又叫头孢金素，使白色结晶粉末，味苦，易溶于 水，难溶于有机溶剂。它的抗菌谱广，主要用于对青 霉素耐药的金黄色葡萄球菌和一些革兰氏阴性杆菌引 起的严重感染，如尿道和肺部的感染、败血症、脑膜 炎及腹膜炎等。
第四节 重要的杂环化合物
一· 呋喃的衍生物
（一）—呋喃甲醛
它最早是由米糠与稀酸共热制成的，故又称糠醛。糠醛的来源丰富，通常利用含 有多聚戊糖的农副产品，如米糠、玉米芯和花生壳等同稀硫酸或盐酸加热脱水制 取： 稀 H2SO4 稀 H2SO4 (C5H8O4)n + nH2O n HO CH CH OH CHO -n(H2O) O H CH C H CHO HO OH 多聚戊糖 糠醛 戊醛糖
（二）呋喃类药物
• 呋喃坦丁、呋喃唑酮 和呋喃西林是一类5— 硝基呋喃甲醛的衍生 物。它们都是人工合 成的广谱抗菌药物， 其结构是如下：
O2N O CH N N
O
N
O
呋喃坦丁
H
呋喃唑酮
O
O2N
CH N NH C N
O
呋喃西林
O2N
CH
O
N
O
N O
介绍
• 呋喃坦丁又名呋喃妥因，它是鲜黄色晶体，味苦，熔点约 258℃（分解），难溶于水及有机溶剂，可溶于N，N—二 甲基甲酰胺中。由于它的分子中含有酰亚胺结构，故显弱 酸性，能与碱生成盐。它主要用于抑制和杀灭大肠杆菌、 金黄色葡萄球菌、化脓性链球菌和伤寒杆菌等，常用于治 疗泌尿系统的炎症。 • 呋喃唑酮又名痢特灵。它是黄色粉末，熔点254~258℃ （分解），难溶于水及有机溶剂，也显弱酸性。大肠杆菌、 炭疽杆菌、痢疾杆菌和伤寒杆菌等对其最为敏感，故常用 于肠道感染和菌痢等。 • 呋喃西林又名呋喃新。它是柠檬黄色结晶粉末，难溶于水 及醇，主要对葡萄球菌、痢疾杆菌和枯草杆菌等有杀灭和 抑制作用。由于它的毒性较大，已很少内服，多作为外消 炎剂。
H
NH
CH 2
N
C
C CH 3
CH 2OH
NH
NH
CH 2
O
N
CH 2
N
N
N
N N H
N
N
N H
N
N H
玉米素
激动素
6-苄氨基嘌呤
•
细胞分裂素能促进植物细胞分裂，扩大和诱导细胞分化， 以及促进种子发芽等。它们常分布于植物的幼嫩组织中， 例如，玉米素最早是从未成熟的玉米种得到的。人们常用 细胞分裂素促进植物发芽，生长和防衰保绿，以及延长蔬 菜的贮藏时间和防止果树生理性落果等。 • 123~124℃，易溶于水。吡啶也是由六原子组成的闭合共 轭体系。由于环上有两个强的吸电性氮原子，故环中各碳 原子上的电子密度很低，因此，嘧啶难发生亲电取代反应， 不易被氧化，碱性比吡啶弱得多，但仍能与酸成盐。嘧啶 在自然界并不存在，但其衍生物广泛存在于自然界，例如， 核酸和维生素B1 中都含有嘧啶环。组成核酸的嘧啶碱有 胞嘧啶、尿嘧啶和胸腺嘧啶。这三种嘧啶碱都有酮式和烯 醇式互变异构现象：