杂环化合物和维生素
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O
C N(C2H5)
N
烟酰二乙胺(可拉明)
CONHNH2
N
异烟酰肼 (雷米封)
CH2OH
HO
CH2OH
H3C N
维生素B6
O
H HS
NH
·H2O
NH2
N
O
CH3
COOH
头 孢 氨 苄 ( 先 锋 霉 素 I V)
N NH 烟碱(尼古丁)
O H3C
CH3
NN
O NN
咖啡碱 CH3
CH CH2 CH3
杂环化合物：环中含有杂原子的环状化物。
常见的杂原子有：O、S、N。
• 已经学过的杂环化合物：
• 这些化合物容易开环，的性质与相应的脂肪族化合 物相近。 本章主要讨论的是最重要的、最令人感兴趣的那 些环比较稳定，具有芳香结构和芳香性的杂环化 合物。（简称芳杂化合物）。
12.1 杂环化合物的分类、命名和结构
有一定程度的不饱和化合物的性质(发生加成反应)。 （1）取代反应—— 位取代 • 溴代：
• 硝化（缓和试剂）：
• 磺化（缓和试剂）：
吡啶与SO3的络合物
傅-克酰基化反应 （使用缓和路易斯酸催化剂）
结论：五元多π芳杂环的亲电取代 a.反应活性比苯大； b.使用温和的反应条件； c.反应部位主要为α-位。
常见的杂环有：
呋喃
噻吩
吡咯
吡啶
喹啉
噻唑
嘧啶
吲哚
命名1：带有取代基的杂环化合物
• 母体选择：磺酸、羧酸及其衍生物外，一般 以杂环为母体。
• 杂环的编号：从杂原子开始;环上有多个 相同杂原子时，使杂原子位号符合最低系列 原则；不同杂原子按O、S、N的次序编号。
有机化学课件：第十四章杂环化合物和维生素
O
N H
次黄嘌呤
黄嘌呤
N N H
尿酸
O HN ON
H
H N
N H
O
黄嘌呤（2,6-二羟基嘌呤），存在酮式-烯醇式互变异构
H ON
NHNNH NhomakorabeaO
HO N N
N
N
H
OH
咖啡因 具有利尿和 O
CH3 NN
兴奋中枢
N
N
神经作用 H3C
O
CH3
O
HN
NH
O NH NH O
尿酸
酮式（为主）
OH
6
1N
5
N7
2
4
8
反应活性部位有何不同？ 3. 核酸中存在的嘧啶衍生物有哪些？嘌呤衍生物呢？ 4. 什么是维生素？维生素是如何分类的？ 5. 对人体重要的维生素有哪些？其生理功能分别有何表现？
第十四章 杂环化合物和维生素
主要内容：重点学习杂环化合物的结构、命名、典型性质； 了解磺胺类药物、维生素的结构和功能。
由碳原子与其它原子（O，S，N 等）组成的具有一定程度芳香 性的稳定的环状化合物叫杂环化合物。（属非苯型芳烃）
2. 有几个相同杂原子时，一般从连氢的杂原子开始编号，
并使杂原子的位置数字之和最小。
3. 有几个不同杂原子时，按 O→S→-NH → =N 顺序编号。 4. 少数稠杂环有特定的编号方法，与上述规则不相符合。
呋4
3
喃5O 2
1
4
5
3
6
2
N
1
吡啶
4 N3
5
2
N H
1
咪唑
43
5
2
S
有机化学 第二十章杂环化合物
2.加成反应 呋喃、吡咯催化氢化，失去芳香性，得到饱和 的杂环化合物:
四氢吡咯为有机碱，广泛存在于自然界中的某 些生物碱中。
四氢呋喃是重要的有机溶剂。
噻吩中含硫，会使一般的催化剂中毒，氢化时必 须采用特殊催化剂。
工业上通常用开链化合物合成四氢噻吩。四氢噻 吩氧化成四亚甲基砜（或环丁砜），它是一个重要的 溶剂。
(6 )取代呋喃、噻吩、吡咯的定位效应
一取代呋喃、噻吩及吡咯进一步取代，定位效 应应由环上杂原子的α定位效应及取代基共同决定。 例如，3位上有取代基，第二个基团进入环的1位或5 位（即α位），是1位还是5位又由环上原有取代基 的性质决定◦例如，噻吩-3-甲酸溴代，生成5-溴噻 吩-3-甲酸。羧基是间位定位基，因此第二个基团进 入5位即羧基的间位。
一、五元杂环
五元环中含两个或两个（至少有一个氮原子） 以上的杂原子的体系称唑（azole)。如果杂原子不 同，则按氧、硫、氮的顺序编号。
二、六元杂环 三、稠杂环
20.2 五元单杂环化合物
一、呋喃、噻吩、吡咯的物理性质和结构
呋喃、噻吩、吡咯是最重要的含一个杂原子的 五元杂环化合物。它们的重要性不在于它们的单体， 而是它们的衍生物。它们的衍生物不但种类繁多， 而且有些是重要的工业原料，有些具有重要的生理 作用。
叶绿素与蛋白质结合，存在于植物的叶和绿色 的茎中，叶绿素利用卟啉环的多共辗体系易吸收紫 外光，成为激发态，促进光合作用，使光能转变为 化学能。
血红素存在于哺乳动物的红血球中，它与蛋白 质结合成血红蛋白，血红素中的Fe2+具有空的d轨道， 可以可逆地络合氧，在动物体内起到输送氧气的作 用。一氧化碳会使人中毒，其原因之一是因为它与 血红蛋白结合的能力强于氧，从而阻止了血红蛋白 与氧的结合。
大学有机化学杂环化合物和维生素
N H+C H 3O CO N O 2 A 5c o 2 C ON HN O 2+
N O 2 N H
硝 酸 乙 酰 基 酯
a -硝 基 吡 咯 (83% ) b-硝 基 吡 咯 (17% )
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第十四章 杂环化合物和维生素 第一节 芳香杂环化合物（三、五元杂环）
（三）吡咯衍生物
吡咯衍生物在自然界分布很广，植物中旳叶绿素和动物 中旳血红素都是吡咯衍生物。它们都具有主要旳生理活性。
侧面交叠形成环闭大π 键。
构成环闭共轭体系
吡啶旳构造模型
孤电子对占据sp2 杂化轨道
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第十四章 杂环化合物和维生素 第一节 芳香杂环化合物（二、六元杂环）
π电子云向电负性较大旳N原子转移,使N带部分负电 荷, C带部分正电荷,π电子云出现旳几率密度如下：
亲电试剂 攻打位点
0.87 1.01
吡啶是具有特殊臭味旳 无色液体。 存在于煤焦油、 骨焦油中,其衍生物广泛存在 于自然界。工业上主要从煤 焦油旳轻油部分提取吡啶。
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第十四章 杂环化合物和维生素 第一节 芳香杂环化合物（二、六元杂环）
5C 1N 共面, 均为 sp2杂化; 都
有一种垂直于分子平面旳p轨道, N旳 p 轨道含1个电子,
N H+K O H
NK + H2O
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第十四章 杂环化合物和维生素 第一节 芳香杂环化合物（三、五元杂环）
2. 亲电取代反应
因为环上旳电子云密度比苯大，所以吡咯、呋喃 和噻吩亲电取代反应比苯轻易发生。吡咯旳活泼度与 苯胺或苯酚相当。亲电取代反应主要发生在a位。
NN
O +Br2 0OC O Br 80%
第十二章杂环化合物
第十二章杂环化合物【学习目标】1、说出杂环化合物的概念；2、能按照IUPAC（1979）原则对杂环化合物进行命名；3、掌握简单杂环化合物的结构特点，了解其性质和应用；4、认识常见的杂环化合物的衍生物，了解它们的应用。
在有机化合物中，除碳、氢以外的其他元素的原子通常被称为杂原子，而在环状化合物中，如果其环中除碳原子外，还含有杂原子，则该环即为杂环，该化合物称为杂环化合物，杂环中所含杂原子一般为氮、氧、硫等。
杂环化合物在自然界中分布广泛，例如，植物中的叶绿素和动物血红蛋白中的血红素同属卟啉类的杂环化合物，由于其结构中心的金属离子不同而显不同颜色，叶绿素为镁卟啉显绿色，血红素为铁卟啉显红色；此外，其他如核酸中含嘌呤、嘧啶等杂环化合物等等。
在现代药物体系中，含杂环结构的药物也占了相当大的比例，例如增强胃动力的多潘立酮（又称吗丁啉）结构中含有两个苯并咪唑杂环，再如人类发现的第一个抗生素——青霉素也含有杂环结构，还有常用于治疗肠道感染的氟哌酸结构中含有喹啉杂环结构，诸如此类含有杂环结构的药物数不胜数。
因此，杂环化合物在有机化合物中占有非常重要的地位，学好本章内容是我们步入药学学科领域的关键一步。
内酯、内酰胺和环醚等化合物都属于杂环化合物，但这些化合物的性质与其同类的开环化合物基本相同，因此，本章不再对其重点介绍，本章着重讨论芳香性杂环化合物，亦称其为芳（香）杂环化合物（aromatic heterocycles）。
第一节分类和命名一、分类杂环化合物有多种分类方法，按含杂原子数目分为含一个、两个或多个杂原子的杂环；按环的形式可分为单杂环和稠杂环；还可以按照环的大小分为五元杂环和六元杂环。
二、命名杂环结构纷繁复杂，其命名亦如是。
按照IUPAC（1979）（国际纯粹应用化学联合会）原则的规定，保留45个杂环化合物的俗名并以此作为命名的基础。
我国则对这45个俗名进行音译，并以此为基础对其他的杂环化合物进行命名。
这些被保留下来的俗名主要有：命名的注意事项有：（1）以上杂环的俗名已表明杂环含有最多数目的非积累双键，结构中的饱和氢原子被称为“指示氢．．．”或“标氢”。
十二 杂环化合物
（二） 喹啉
N
重要的衍生物
OH CH3O N CH3 CH(CH2)3N(C2H5)2 N N HO O O O
扑疟喹啉
10-羟基喜树碱
1 喹啉的碱性
.
. . . . . . . . . .N
.
.
PKb
N 9.1
N 8.8
喹啉的碱性与吡啶相当
2 亲电取代
6
5 8
4
N
活化环 7
3 2
1
钝化环
有利于亲核取代生， 且主要发生在2位
CH2CHCOOH N H 色氨酸 OH HO O NH2 N H 色胺 O O CH OH OH S O 硫靛蓝 S CH2CH2NH2
（一） 吲哚
[试分析] 亲电取代发生在苯环还是杂环上?
3
..
并指出具体位置。
亲电取代主要发生在杂环3位
N H
N N C6H5 N H + C6H5N
+
N ClN H
综上所述：亲电取代主要发生在吡啶环的β位，、位 不发生反应。
Br2
300℃ HNO3, H 2SO4 300℃ H2SO4, HgSO4 220℃
Br N NO2 N S O3H N
N
吡啶环也象硝基苯一样，不能发生傅克烷基化和酰基化反应
3、 亲核取代反应
吡啶环容易发生亲核取代反应。 、位，以位为主。
C6H5Li
+ LiH N C6H5
N
CH3ONa
N
Cl
Cl CH3OH
N
OCH3
NH2
+ NH3 N N
+ HCl
4、 氧化
CH3
杂环化合物
3.1 呋喃、噻吩和吡咯的结构
呋喃、噻吩和吡咯组成环的五个原子都位于 同一平面上，四个碳原子和一个杂原子都为sp2 杂化状态，彼此以σ键相连接；每个碳原子还有 一个电子在p轨道上，杂原子的未共用电子对也 是在p轨道上，这五个p轨道垂直于环所在的平面 并相互重叠形成闭合共轭体系。这个共轭体系是 由五个原子上的六个p电子组成的，其p电子数符 合休克尔4n＋2规则。因此具有芳香性。
N N 四四 puinoline S 四甲 thiazole
N N H 甲甲 imidazole N 吲吲 indole
环上有取代基的杂环化合物，命名时以杂环为母体，从杂原子开始 将环上的原子编号。当环上含有两个或两个以上相同杂原子时，应使杂原 子所在位次的数字最小。当环上的杂原子不同时，按O、S、N的次序编号。
- 封封 I 300℃ N . HI
+
CH3 N . HI
+
N
C6H5COCl
石石石 －20℃ N+
Cl
-
良好的酰 化剂
COC6H5
取代反应
氮原子的电负性比碳原子大，所以氮原子附近电子 密度较高，环上碳原子的电子密度有所降低。因此，吡 啶与硝基苯相似，亲电取代比苯困难，并且主要发生在 β位上，反应条件要求较高。另外，吡啶不能进行付氏 反应。
维生素B 维生素 6是蛋白质代谢过程中的必需物质
1 杂环化合物的分类 2 杂环化合物的命名 3 五元杂环化合物 4 六元杂环化合物 5 生物碱
1 杂环化合物的分类
杂环化合物的成环规律和碳环一样，最 稳定和最常见的也是五元环和六元环。有的 环只有一个杂原子，有的环含有多个或多种 杂原子。杂环化合物一般按环的大小分成五 元环和六元环两大类。
杂环化合物和维生素
十四 杂环化合物和维生素
杂环化合物：构成环系的原子除了碳原子外， 还有杂（其他）原子。
杂原子：O, S, N等。
例如：
本章的杂环是指：环系比较稳定，结构上具有 4n+2个π电子的闭合共轭体
系，且具有芳性的杂环。
分类.
按环的数目和连接方式分为：
第一节 芳香杂环化合物
+ HBr
0℃
CH3COOH 常温
+ HBr
（极易卤代）
可见活性顺序：
>
>
>
硝化：（硝化试剂：CH3CO-O-NO2 硝酸乙酰酯）
除噻吩可用一般的硝化试剂如混酸和磺化试剂如硫酸 进行硝化和磺化反应外，呋喃、吡咯要采用较温和的试 剂进行硝化、磺化。因为强酸的H+可与电负性强的O、N 原子结合，破坏了杂环的大π键，失去了芳性而显示出环 状二烯的特性，而发生水解、聚合等反应。
叶绿素分子结构
R=-CH3为叶绿素a
R=-CHO为叶绿素b
血红素分子结构
维生素B12分子结构
β-吡啶甲酸 β-吡啶甲酰胺 （烟酸或尼克酸） 烟酰胺或尼克酰胺）
吡啶及其衍生物
04
吡啶与强的亲核试剂起亲核取代反应，主要生成取代产物：
03
齐齐巴宾反应
02
亲核取代反应
01
01
氧化还原反应
02
吡啶比苯稳定，不易被氧化
03
侧链可氧化生成相应的吡啶甲酸。
04
例如：
吡啶可被催化加氢或用乙醇和钠还原而成为六氢吡啶。
吡啶比苯较易被还原
与生物有关的杂环化合物及其衍生物
呋喃存在于松木焦油中，检验呋喃存在可用盐酸浸湿的松木片，呋喃存在时显绿色。
杂环化合物：构成环系的原子除了碳原子外， 还有杂（其他）原子。
杂原子：O, S, N等。
例如：
本章的杂环是指：环系比较稳定，结构上具有 4n+2个π电子的闭合共轭体
系，且具有芳性的杂环。
分类.
按环的数目和连接方式分为：
第一节 芳香杂环化合物
+ HBr
0℃
CH3COOH 常温
+ HBr
（极易卤代）
可见活性顺序：
>
>
>
硝化：（硝化试剂：CH3CO-O-NO2 硝酸乙酰酯）
除噻吩可用一般的硝化试剂如混酸和磺化试剂如硫酸 进行硝化和磺化反应外，呋喃、吡咯要采用较温和的试 剂进行硝化、磺化。因为强酸的H+可与电负性强的O、N 原子结合，破坏了杂环的大π键，失去了芳性而显示出环 状二烯的特性，而发生水解、聚合等反应。
叶绿素分子结构
R=-CH3为叶绿素a
R=-CHO为叶绿素b
血红素分子结构
维生素B12分子结构
β-吡啶甲酸 β-吡啶甲酰胺 （烟酸或尼克酸） 烟酰胺或尼克酰胺）
吡啶及其衍生物
04
吡啶与强的亲核试剂起亲核取代反应，主要生成取代产物：
03
齐齐巴宾反应
02
亲核取代反应
01
01
氧化还原反应
02
吡啶比苯稳定，不易被氧化
03
侧链可氧化生成相应的吡啶甲酸。
04
例如：
吡啶可被催化加氢或用乙醇和钠还原而成为六氢吡啶。
吡啶比苯较易被还原
与生物有关的杂环化合物及其衍生物
呋喃存在于松木焦油中，检验呋喃存在可用盐酸浸湿的松木片，呋喃存在时显绿色。
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来源 动物内脏、蛋类、瘦肉、乳类； 谷类、豆类、酵母、干果、蔬菜
和水果等。
有机化学 （第9版）
三、水溶性维生素
（二）维生素B2
结构 维生素B2又称核黄素。
功能 促进糖、脂肪和蛋白质的代谢； 维持皮肤、黏膜、视觉的正常机能。
来源 奶类、动物肝肾、蛋黄、鱼； 胡萝卜、香菇、紫菜、芹菜、柑橘等。
有机化学 （第9版）
四、稠杂环化合物
杂环与杂环稠合或苯环与杂环稠合而成的化合物总称为稠杂环化合物。常见的稠 杂环化合物有嘌呤、吲哚、喹啉等。
嘌呤是由嘧啶环和咪唑环稠合而成，它的多种衍生物在生物的生命发展过程中 起着重要的作用。嘌呤存在两个互变异构体，在生物体内平衡偏向于9H 形式。
9H-嘌呤 9H-purine
是其成分之一。
增强人体细胞的黏附力；
增强维生素C的活性。
来源 柑橘类（柠檬、橙、葡萄
柚）、杏、荞麦粉、黑莓、
樱桃等。
1. 杂环化合物的命名：“音译法”，与英文读音同音汉字加上“口”字旁表示。 2. 吡啶的结构与性质：六原子六电子组成的含氮芳香杂环。吡啶氮有弱碱性和亲核 性；亲电取代活性似硝基苯；可发生亲核取代反应；吡啶环比苯环更难氧化但更易 还原；侧链的氧化与取代苯类似。 3. 吡咯、呋喃和噻吩都是五元芳杂环。芳香性都比苯差，亲电取代反应比苯活泼， 主要发生在-位。 4. 咪唑是含两个氮原子的五元芳杂环，具有弱碱和弱酸性。 5. 嘧啶、嘌呤等衍生物的酮—烯醇式互变异构。 6. 维生素的分类、功能和来源。
第十四章
杂环化合物和维生素
第一节 芳香杂环化合物 第二节 维生素
重点难点
掌握 掌握吡咯、呋喃、噻吩、咪唑的结构及化学性质； 掌握吡啶的结构及其与化学性质的关系。
熟悉 杂环化合物的分类和简单杂环化合物的命名；嘧啶 和嘌呤的一些重要衍生物的结构。
了解 维生素概念和分类，各类维生素的主要功能和食物 来源
第一节
芳香杂环化合物
有机化学 （第9版）
一、分类和命名
杂环化合物的分类
单杂环
五元杂环
杂环化合物
六元杂环
稠杂环
有机化学 （第9版）
一、分类和命名
杂环化合物的命名 1.以杂原子作为编号的起点，编为1
噻吩 thiophene
吡啶 pyridine
有机化学 （第9版）
一、分类和命名
杂环化合物的命名 2.如有两个或两个以上相同的杂原子，应使连有H或取代基的杂原子的编号为1， 并使其余杂原子的编号尽可能最小；含有不同杂原子时，按 O、S、N 的先后 次序编号。
促进人体的生长、发育，提高机体免疫力。
长期缺乏维生素A，可引起夜盲、干眼病及角膜软化症。
过量摄入维生素A会出现恶心、头痛、皮疹等中毒症状。
有机化学 （第9版）
二、脂溶性维生素
（二）维生素E
结构
功能 参与多种酶活动，维持和促进
维生素E为几种生育酚的混合物，主要以α-生育酚为主。 生殖机能；
吡喃鎓离子 pyrylium ion
苯并吡喃鎓离子 benzopyrylium ion
有机化学 （第9版）
三、芳香五元杂环
（一）吡咯、呋喃和噻吩的结构
吡咯结构的电子云图
呋喃结构的电子云图
噻吩结构的电子云图
吡咯、呋喃和噻吩中成环的四个碳原子和一个杂原子都是sp2 杂化，构成平面的五元环结构 。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，p 轨道都垂直于sp2 杂化轨道所在的平面，且 互相侧面重叠，形成一个闭合的π电子共轭体系，π电子数为六，符合Hückel的4n+2规则，具有芳香性。
三、水溶性维生素
（七）叶酸
来源 肝、肾、肉类、蛋类； 绿色蔬菜、谷物等; 烹煮过久，能将大部分叶酸破坏，因此叶酸是最容易缺乏的维生素之一。
有机化学 （第9版）
三、水溶性维生素
（八）维生素B12
结构
功能 促进红细胞的发育和成熟； 促进糖、脂肪和蛋白质代谢； 促进蛋白质、核酸的生物合成。 来源 内脏、肉类、贝壳类、蛋类、牛奶及奶
NH3，H2O等）作用，就能发生亲核取代反应。
有机化学 （第9版）
二、芳香六元杂环
（二）吡啶的化学性质
4. 吡啶衍生物的氧化还原反应 与苯类似，当环上连有烷基侧链时，侧链可被氧化成羧酸。
有机化学 （第9版）
二、芳香六元杂环
（二）吡啶的化学性质
4. 吡啶衍生物的氧化还原反应 吡啶较苯易被还原，用金属钠和乙醇或催化氢化，都可使吡啶还原成六氢
入β位，而且一般产物的收率较低。
有机化学 （第9版）
二、芳香六元杂环
（二）吡啶的化学性质
3. 亲电取代与亲核取代反应 吡啶环由于电子云密度比苯环小，是一个“缺π”电子体系，所以较易进行
亲核取代反应，主要生成α -位取代产物。
有机化学 （第9版）
二、芳香六元杂环
（二）吡啶的化学性质
3. 亲电取代与亲核取代反应 当α -位或γ -位上有易离去基团 （如Cl，Br）时，与较弱的亲核试剂 （如
7H-嘌呤 7H-purine
有机化学 （第9版）
四、稠杂环化合物
腺嘌呤、鸟嘌呤均为核酸的碱基。
腺嘌呤 adenine
鸟嘌呤 guanine
尿酸（uric acid）具有酮式和烯醇式两种互变异构体，在生理pH范围内以酮式结
构为主。
尿酸（酮式）
尿酸（烯醇式）
第二节
维生素
有机化学 （第9版）
一、维生素的概念和分类
2. 亲电取代反应 吡咯和呋喃遇强酸时，杂原子能质子化，使芳香大π键破坏，所以硝化和磺化 反应不能在强酸条件下进行，需选用较温和的非质子性试剂。
α-硝基吡咯(83%) β-硝基吡咯(17%)
有机化学 （第9版）
三、芳香五元杂环
（三）吡咯衍生物
卟吩 porphin
血红素 heme
有机化学 （第9版）
定义 维生素（vitamin）又名维他命，是维持人体正常代谢机能不可缺少的微量有机化 合物。 特点 不是构成机体组织和细胞的成分，也不会产生能量； 机体不能合成或合成量不足，必须从食物中获取； 需要量很小，（ μg ~mg ）/d，但不可或缺。 功能 调节物质代谢； 参与辅酶组成。
4-甲基咪唑 4-methylimidazole
5-甲基噻唑 5-methylthiazole
4-甲基嘧啶 4-methylpyrimidine
有机化学 （第9版）
一、分类和命名
杂环化合物的命名 3.一些稠环有特别的编号规定。 4.某些母环与特定的母环相比，仅杂原子的位置不同，常在特定母环名前加 “异”字，编号不变。
嘧啶衍生物可以酮式和烯醇式互变异构存在。
酮式
烯醇式
有机化学 （第9版）
二、芳香六元杂环
（四）吡喃鎓盐
吡喃性质类似于烯醚。吡喃鎓可以看着是氧原子置换苯分子中的一个CH以后得 到的正离子，它在强酸性溶液中是稳定的，具有芳香性，存在于花色素、黄酮等天 然化合物中。
α -吡喃 α -pyran
γ-吡喃 γ-pyran
咪唑 imidazole
有机化学 （第9版）
三、芳香五元杂环
（五）噻唑
噻唑可以看作是噻吩3位的CH被氮原子取代而生成的杂环化合物。噻唑氮原子具 有亲核性，可以发生烷基化生成噻唑鎓盐。在硫胺素（VB1）焦磷酸酯辅酶分子中有 噻唑鎓盐的结构。
噻唑 thiazole
噻唑鎓盐 thiazolium salt
有机化学 （第9版）
三、水溶性维生素
（七）叶酸
结构
功能
对氨基苯甲酸结构部分
蛋白质（如血红蛋白）和核酸合成的必需因子，在细胞分裂和增殖中起重要作用。 氨基酸的转化、长链脂肪酸（如DHA）的代谢、肌酸和肾上腺素的合成、胆碱的合
成等。 怀孕早期如缺乏叶酸，婴儿畸形的可能性较大。
有机化学 （第9版）
喹啉 quinoline
异喹啉 isoquinoline
吲哚 indole
有机化学 （第9版）
二、芳香六元杂环
（一）吡啶的结构
孤对电子，不参 与电子共轭体系 sp2杂化 吡啶结构的电子云图
有机化学 （第9版）
二、芳香六元杂环
（二）吡啶的性质
1. 水溶性
水溶度
∞
1:1
1:1
1:1
有机化学 （第9版）
三、芳香五元杂环
（四）咪唑的结构与功能
咪唑可以看作是吡咯3位的CH被氮原子取代而生成的杂环化合物。咪唑1位和3位的氮都是sp2 杂
化，π电子数为六，符合Hückel规则，咪唑有芳香性。
咪唑1位氮以一对p电子参与共轭（与吡咯相似），而3位氮以一个p电子参与共轭（与吡啶相似）。
咪唑1位氮原子上的氢可以转移到另一个氮原子上，因而存在着互变异构，当环上有取代基时则咪唑互 变异构更容易辨别。
参与氨基酸代谢。 来源
牛乳、肉、肝、蛋黄； 谷物和蔬菜等许多食物中； 人体肠道菌群可大量合成维生素B6等。
有机化学 （第9版）
三、水溶性维生素
（六）生物素
结构
功能 生物素是许多羧化酶的辅基，参与脂肪和蛋白质代谢。 来源 牛奶、牛肝、蛋黄、动物肾脏； 水果、啤酒酵母、糙米等。
抗氧化、抗衰老作用；
降低血清胆固醇水平，防止动
来源 肉、鱼类；
α -生育酚
脉粥样硬化。
植物油、麦胚、硬果、种子类、豆类及其它谷类。
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二、脂溶性维生素
（三）维生素K
结构 维生素K是2-甲基-1,4-萘醌的衍生物，这些衍生物的区别在于3位上取代基的不同。
功能
维生素K1
有机化学 （第9版）
和水果等。
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三、水溶性维生素
（二）维生素B2
结构 维生素B2又称核黄素。
功能 促进糖、脂肪和蛋白质的代谢； 维持皮肤、黏膜、视觉的正常机能。
来源 奶类、动物肝肾、蛋黄、鱼； 胡萝卜、香菇、紫菜、芹菜、柑橘等。
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四、稠杂环化合物
杂环与杂环稠合或苯环与杂环稠合而成的化合物总称为稠杂环化合物。常见的稠 杂环化合物有嘌呤、吲哚、喹啉等。
嘌呤是由嘧啶环和咪唑环稠合而成，它的多种衍生物在生物的生命发展过程中 起着重要的作用。嘌呤存在两个互变异构体，在生物体内平衡偏向于9H 形式。
9H-嘌呤 9H-purine
是其成分之一。
增强人体细胞的黏附力；
增强维生素C的活性。
来源 柑橘类（柠檬、橙、葡萄
柚）、杏、荞麦粉、黑莓、
樱桃等。
1. 杂环化合物的命名：“音译法”，与英文读音同音汉字加上“口”字旁表示。 2. 吡啶的结构与性质：六原子六电子组成的含氮芳香杂环。吡啶氮有弱碱性和亲核 性；亲电取代活性似硝基苯；可发生亲核取代反应；吡啶环比苯环更难氧化但更易 还原；侧链的氧化与取代苯类似。 3. 吡咯、呋喃和噻吩都是五元芳杂环。芳香性都比苯差，亲电取代反应比苯活泼， 主要发生在-位。 4. 咪唑是含两个氮原子的五元芳杂环，具有弱碱和弱酸性。 5. 嘧啶、嘌呤等衍生物的酮—烯醇式互变异构。 6. 维生素的分类、功能和来源。
第十四章
杂环化合物和维生素
第一节 芳香杂环化合物 第二节 维生素
重点难点
掌握 掌握吡咯、呋喃、噻吩、咪唑的结构及化学性质； 掌握吡啶的结构及其与化学性质的关系。
熟悉 杂环化合物的分类和简单杂环化合物的命名；嘧啶 和嘌呤的一些重要衍生物的结构。
了解 维生素概念和分类，各类维生素的主要功能和食物 来源
第一节
芳香杂环化合物
有机化学 （第9版）
一、分类和命名
杂环化合物的分类
单杂环
五元杂环
杂环化合物
六元杂环
稠杂环
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一、分类和命名
杂环化合物的命名 1.以杂原子作为编号的起点，编为1
噻吩 thiophene
吡啶 pyridine
有机化学 （第9版）
一、分类和命名
杂环化合物的命名 2.如有两个或两个以上相同的杂原子，应使连有H或取代基的杂原子的编号为1， 并使其余杂原子的编号尽可能最小；含有不同杂原子时，按 O、S、N 的先后 次序编号。
促进人体的生长、发育，提高机体免疫力。
长期缺乏维生素A，可引起夜盲、干眼病及角膜软化症。
过量摄入维生素A会出现恶心、头痛、皮疹等中毒症状。
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二、脂溶性维生素
（二）维生素E
结构
功能 参与多种酶活动，维持和促进
维生素E为几种生育酚的混合物，主要以α-生育酚为主。 生殖机能；
吡喃鎓离子 pyrylium ion
苯并吡喃鎓离子 benzopyrylium ion
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三、芳香五元杂环
（一）吡咯、呋喃和噻吩的结构
吡咯结构的电子云图
呋喃结构的电子云图
噻吩结构的电子云图
吡咯、呋喃和噻吩中成环的四个碳原子和一个杂原子都是sp2 杂化，构成平面的五元环结构 。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，p 轨道都垂直于sp2 杂化轨道所在的平面，且 互相侧面重叠，形成一个闭合的π电子共轭体系，π电子数为六，符合Hückel的4n+2规则，具有芳香性。
三、水溶性维生素
（七）叶酸
来源 肝、肾、肉类、蛋类； 绿色蔬菜、谷物等; 烹煮过久，能将大部分叶酸破坏，因此叶酸是最容易缺乏的维生素之一。
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三、水溶性维生素
（八）维生素B12
结构
功能 促进红细胞的发育和成熟； 促进糖、脂肪和蛋白质代谢； 促进蛋白质、核酸的生物合成。 来源 内脏、肉类、贝壳类、蛋类、牛奶及奶
NH3，H2O等）作用，就能发生亲核取代反应。
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二、芳香六元杂环
（二）吡啶的化学性质
4. 吡啶衍生物的氧化还原反应 与苯类似，当环上连有烷基侧链时，侧链可被氧化成羧酸。
有机化学 （第9版）
二、芳香六元杂环
（二）吡啶的化学性质
4. 吡啶衍生物的氧化还原反应 吡啶较苯易被还原，用金属钠和乙醇或催化氢化，都可使吡啶还原成六氢
入β位，而且一般产物的收率较低。
有机化学 （第9版）
二、芳香六元杂环
（二）吡啶的化学性质
3. 亲电取代与亲核取代反应 吡啶环由于电子云密度比苯环小，是一个“缺π”电子体系，所以较易进行
亲核取代反应，主要生成α -位取代产物。
有机化学 （第9版）
二、芳香六元杂环
（二）吡啶的化学性质
3. 亲电取代与亲核取代反应 当α -位或γ -位上有易离去基团 （如Cl，Br）时，与较弱的亲核试剂 （如
7H-嘌呤 7H-purine
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四、稠杂环化合物
腺嘌呤、鸟嘌呤均为核酸的碱基。
腺嘌呤 adenine
鸟嘌呤 guanine
尿酸（uric acid）具有酮式和烯醇式两种互变异构体，在生理pH范围内以酮式结
构为主。
尿酸（酮式）
尿酸（烯醇式）
第二节
维生素
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一、维生素的概念和分类
2. 亲电取代反应 吡咯和呋喃遇强酸时，杂原子能质子化，使芳香大π键破坏，所以硝化和磺化 反应不能在强酸条件下进行，需选用较温和的非质子性试剂。
α-硝基吡咯(83%) β-硝基吡咯(17%)
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三、芳香五元杂环
（三）吡咯衍生物
卟吩 porphin
血红素 heme
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定义 维生素（vitamin）又名维他命，是维持人体正常代谢机能不可缺少的微量有机化 合物。 特点 不是构成机体组织和细胞的成分，也不会产生能量； 机体不能合成或合成量不足，必须从食物中获取； 需要量很小，（ μg ~mg ）/d，但不可或缺。 功能 调节物质代谢； 参与辅酶组成。
4-甲基咪唑 4-methylimidazole
5-甲基噻唑 5-methylthiazole
4-甲基嘧啶 4-methylpyrimidine
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一、分类和命名
杂环化合物的命名 3.一些稠环有特别的编号规定。 4.某些母环与特定的母环相比，仅杂原子的位置不同，常在特定母环名前加 “异”字，编号不变。
嘧啶衍生物可以酮式和烯醇式互变异构存在。
酮式
烯醇式
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二、芳香六元杂环
（四）吡喃鎓盐
吡喃性质类似于烯醚。吡喃鎓可以看着是氧原子置换苯分子中的一个CH以后得 到的正离子，它在强酸性溶液中是稳定的，具有芳香性，存在于花色素、黄酮等天 然化合物中。
α -吡喃 α -pyran
γ-吡喃 γ-pyran
咪唑 imidazole
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三、芳香五元杂环
（五）噻唑
噻唑可以看作是噻吩3位的CH被氮原子取代而生成的杂环化合物。噻唑氮原子具 有亲核性，可以发生烷基化生成噻唑鎓盐。在硫胺素（VB1）焦磷酸酯辅酶分子中有 噻唑鎓盐的结构。
噻唑 thiazole
噻唑鎓盐 thiazolium salt
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三、水溶性维生素
（七）叶酸
结构
功能
对氨基苯甲酸结构部分
蛋白质（如血红蛋白）和核酸合成的必需因子，在细胞分裂和增殖中起重要作用。 氨基酸的转化、长链脂肪酸（如DHA）的代谢、肌酸和肾上腺素的合成、胆碱的合
成等。 怀孕早期如缺乏叶酸，婴儿畸形的可能性较大。
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喹啉 quinoline
异喹啉 isoquinoline
吲哚 indole
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二、芳香六元杂环
（一）吡啶的结构
孤对电子，不参 与电子共轭体系 sp2杂化 吡啶结构的电子云图
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二、芳香六元杂环
（二）吡啶的性质
1. 水溶性
水溶度
∞
1:1
1:1
1:1
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三、芳香五元杂环
（四）咪唑的结构与功能
咪唑可以看作是吡咯3位的CH被氮原子取代而生成的杂环化合物。咪唑1位和3位的氮都是sp2 杂
化，π电子数为六，符合Hückel规则，咪唑有芳香性。
咪唑1位氮以一对p电子参与共轭（与吡咯相似），而3位氮以一个p电子参与共轭（与吡啶相似）。
咪唑1位氮原子上的氢可以转移到另一个氮原子上，因而存在着互变异构，当环上有取代基时则咪唑互 变异构更容易辨别。
参与氨基酸代谢。 来源
牛乳、肉、肝、蛋黄； 谷物和蔬菜等许多食物中； 人体肠道菌群可大量合成维生素B6等。
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三、水溶性维生素
（六）生物素
结构
功能 生物素是许多羧化酶的辅基，参与脂肪和蛋白质代谢。 来源 牛奶、牛肝、蛋黄、动物肾脏； 水果、啤酒酵母、糙米等。
抗氧化、抗衰老作用；
降低血清胆固醇水平，防止动
来源 肉、鱼类；
α -生育酚
脉粥样硬化。
植物油、麦胚、硬果、种子类、豆类及其它谷类。
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二、脂溶性维生素
（三）维生素K
结构 维生素K是2-甲基-1,4-萘醌的衍生物，这些衍生物的区别在于3位上取代基的不同。
功能
维生素K1
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