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heterocyclic
compound
杂环化合物
概论
（1） 杂原子
（2） 杂环化合物
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
NH
第一节
杂环化合物的分类和命名
（1）按杂环骨架分类：
五元杂环、六元杂环、
苯稠杂环、稠杂环
（2） 按所含杂原子数分类
•含1个杂原子
•含2个杂原子
五元杂环
4
3 ¦Â
5
2 ¦Á
O
1
Furan
呋喃
3 ¦Â
4
5
S
1
2¦Á
Thiophene
噻吩
4
3 ¦Â
5
N
1H
2¦Á
Pyrrole
吡咯
五元杂环苯并体系
4
4
5
3
6
2
7
O
1
Benzofuran
苯并呋喃
4
5
3
6
2
S
5
3
6
2
7
N
H1
Indole
苯并吡咯
吲哚
Benzothiophene
苯并噻吩
7
1
1,2-唑
4
5
3
N2
O
1
isoxazole
异噁唑
4
5
4
3
N2
S
1
isothiazole
异噻唑
5
3
N2
N
H1
pyrazole
吡唑
1,3-唑
4
5
N3
O1
oxazole
噁唑
4
2
N
5
S1
4
3
2
thiazole
噻唑
3
N
5
N1
H
2
inidazole
咪唑
六元杂环
¦Ã
4
¦Ã
4
3 ¦Â
5
6
2 ¦Á
N
1
吡啶(pyridine)
O
1
2 ¦Á
吡喃(pyran)
4
4
4
4
3 ¦Â
5
6
O
5
3
6
2
O
1
5
6
3
5
N3
5
6
N2
6
2
6
N
1
哒嗪(pyridazine)
N
1
嘧啶(pyrimidine)
O
1
O
α-吡喃酮
(α-pyrone)
γ-吡喃酮
(γ-pyrone)
5
3
2
4
N
N
1
3
2
吡嗪(pyrazine)
六元杂环苯并环系
5
5
4
4
6
3
6
3
7
2
7
N2
N
1
8
8
isoquinoline
异喹啉
quinoline
喹啉
5
O
4
6
1
3
7
8
O
1
2
O
benzopyran
苯并吡喃
benzo--pyrone
苯并--吡喃酮
杂环并杂环
6
1N
2
7
5 N
8
N 4 N
9
H
3
purine
嘌呤
3.
Nomenclature
(1) IUPAC
(2) 音译法
furan
pyrrole
第二节
五元杂环化合物
一、一杂五元杂环化合物
（1） structure
N
孤电子对在p轨道上
结构：吡咯N是sp2杂化，孤电子对参与共轭。
反应：碱性较弱，环易发生亲电取代反应
• 苯、噻吩、吡咯、呋喃
芳香性依次递减
（2） solubility
• 难溶于水
（3） stability
• 对碱稳定，对氧化剂、酸不稳定
• 苯、噻吩、吡咯、呋喃稳定性依
次减弱
（4）吡咯的弱酸性及弱碱性
弱碱性
N
H
加氢后碱性增加
N
H
弱酸性
+KOH
N
H
-
N
K+
+H2O
（5） Electrophilic Substitute
•取代反应主要发生在α-C上
•吡咯、呋喃对酸及氧化剂比较敏感，选
择试剂时需要注意
a. 卤化反应
Cl
Cl
O
+
Cl
O
Br2, 0¡æ
Cl2
-40¡æ
O
Br
O
O Ï¡ ÊÍ
O
(86 %)
b. 磺化反应
S
+H2SO4(Ũ£©
30¡æ
S
SO3H
+ SO3
N
CH 2Cl 2
ÊÒÎÂ
N
SO3
SO3-
O
+
ClCH2CH2Cl
O
+
N
r. t. 3 daysO
SO3H
SO3
N
H
N
H
N
-
O3S
O
SO
c. 硝化反应
S
+HNO3
(CH3 CO)2O
10¡æ
S
NO2
d. 付-克酰化反应
+
SnCl4
( CH3CO)2O
O
+
(CH3CO)2O
S
+
N
H
( CH3CO )2O
o
30 C
O
COCH3
SnCl4
30 o C
o
100 - 200 C
S
N
H
COCH3
COCH3
（6）Addition Reactions
2H2 ,Pd
O
150¡æ
O
2H2 ,Pd
N
200¡æ
H
N
H
2H2 ,MoS2
S
S
（7） 衍生物
•糠醛
O
CHO
R
NH
N
N
N
Mg
N
HN
N
N
ß²·Ô
COOC20H39 COOCH3
Ò¶ÂÌ ËØ
o
N
N
+
FeCl
N
COOH
N
COOH
ÂÈ»¯Ñªºì ËØ
CONH2
CONH2
O
CONH2
H2N-C
N
CN N
Co
O
N
N
H2N-C
CONH2
CO
NH
N
OH
O
P
O
HO
O HO N
O
ά ÉúËØB12
(ÇèîÜËØ)
二、二杂五元杂环化合物
N
O
N
S
N
S
N
N
H
N
N
H
N
O
1.
结
构
.
H
.
.
.
H
H
N
..
N
H
..
2. 水溶性
• 由于氮原子的引入，吡唑、
咪唑与噻唑具有良好的水溶
性
3.酸碱性
•吡咯
吡唑
咪唑
噻唑
N
N
H
PKa
0.4
N
H
N
N
2.5
N
H
S
7.2
2.4
4. 环的稳定性
CH3
N
H
N
4- ¼×»ù ßÁßò
KMnO4
OH
HOOC
N
N
H
ßÁßò-4-¼×Ëá
5. 亲电取代
N
H
N +HNO3(·¢ÑÌ )
N
H
N
160¡æ
+H2SO4(·¢ÑÌ )
N
H
H2SO4 O2N
N
N
HO3S
N
H
6. 衍生物
•吡唑酮类
CH3
O
N
N CH3
•青霉素
O
S
RCNH
CH3
N
O
CH3
COOH
噻唑环
青霉素是噻唑的衍生物
•头孢
H
C CONH
NH2
N
O
S
.H O
2
CH3
COOH
第三节
六元杂环化合物
一.一杂六元杂环化合物
（1） 吡喃及其衍生物
O
O
O
O
O
O
（2）吡啶
a. structure
孤电子对在sp2
杂化轨道上
碱性较强
环不易发生亲电取代反应
易发生亲核 取代反应
b. 水溶性
• 在水中溶解度大
c. 碱性
吡啶
Pka 5.2
叔胺
9.8
氨 苯胺
9.3 4.7
d. Addition Reactions
齐齐巴宾(Chichibabin, A.E.)反应——氨化
+ NaNH2
N
100oC
C6H5N(CH3)2
N
NH-Na+
N
NH2
H2 O
e.
oxidation
CH3
COOH
O2, DMF
t-BuOK, ÊÒÎÂ
N
N
COOH
KMnO4
N
N
COOH
f. deoxidize
H2, Pt, 25¡æ, 3atm
N
or Na + C2H5OH
N
H
碱性
>
N
H
N
二．二杂六元杂环化合物
N
N
N
N
N
N
stability
CH3
N
H3C
[O]
N
KMnO4
N
HOOC
N
N
COOH
[O]
N
HOOC
KMnO4 HOOC
N
N
衍生物
巴比妥类
O
H
H
OH
H
N
N
O
O
N
H
OH
H
N
OH
名称
结构
用途
O
巴比妥(佛罗拿)
C2H5
C NH
C2H5
C NH
O
长时间作用的镇静催眠药
O
O
苯巴比妥
(鲁米那)
C6H5
长时间作用的镇静催眠
药，又有抗癫痫作用
C NH
O
C6H5
C NH
O
O
CH3
异戊巴比
妥(阿米妥)
CHCH2CH2
C NH
CH3
中时间作用的催眠药
O
C2H5
C NH
O
西可巴比
妥钠
H3C
O
CH3CH2CH2CH
短时间作用的镇静催眠药
C NH
O
C2H5
C NH
O
H3C
硫喷妥钠
CH3CH2CH2CH
O
C NH
SNa
C2H5
C NH
O
超短时间的静脉麻醉药，
可用于麻醉前给药
O
OH
NH2
N
N
NH
N
N
NH2
N
H
OH
O
N
OH
尿嘧啶(U)
胞嘧啶(C)
O
OH
H3C
H3C
NH
N
N
OH
N
H
O
胸腺嘧啶(T)
N
H
O
第四节 稠杂环化合物
一、吲哚
CH2COOH
N
H
吲哚
N
H
β-吲哚乙酸
酸碱性
• 酸性强度与吡咯相似
稳定性
O2 ( ¿ÕÆø£©
N
H
OH
N
H
亲电取代反应
NO2
HNO3
N
H
CH3COOH
N
N
H
SO3
N
H
SO3H
N
H
0
Br
Br2 , 0 C
N
H
N
H
衍生物
H3CO
N
N
O
H
O
H3COOC
OCH3
利血平
C
OCH3
OCH3
OCH3
二. 喹啉与异喹啉
5
4
5
4
6
3
6
3
7
2
7
N2
N
8
à-ßø
1
8
1
Òìà-ßø
溶解性
• 由于结构中苯环的存在使它们的
水溶性比吡啶小。难溶于冷水，
易溶于热水。
碱性
• 喹啉与异喹啉均为弱碱性化合物，
其碱性与吡啶相似。
亲电取代反应
NO2
Ũ H2NO3 , Ũ H2SO4
+
O
N
0 C
N
N
NO2
5-Ïõ»ùà-ßø
8-Ïõ»ùà-ßø
亲核取代反应
CH2C6H5
C6H5CH2MgCl
N
N
2-Üлùà-ßø
CH2C6H5
+
N
4-Üлùà-ßø
氧化反应
KMnO4
HOOC
HOOC
N
CH3
N
N
COOH
KMnO4
N
还原反应
H2,Ni
H2,Ni
N
H
N
H
1,2-¶þÇâà- ßø
N
1£¬2£¬3£¬4-ËÄÇâà- ßø
H2,Pt
O
N
CH3COOH, 40 C
N
H
Ê®Çâà- ßø
衍生物
HO
N
N
O
O
喜树碱
C2H5
O
CH3O
N
CH3O
CH3O
OCH3
罂粟碱
四、苯并吡喃
O
α-苯并吡喃
O
γ-苯并吡喃
O
O
苯并α- 吡喃酮
（香豆素）
O
O
补骨脂内酯
O
O
O
花椒内酯
O
O
O
O
黄酮
O
异黄酮
O
HO
HO
OH
O
OMe
O
HO
黄芩素
OH
O
汉黄芩素
COOH
O
O O
OH
HO
HO
OH
OH
黄芩苷
O
N
N
五、嘌呤
7
5 N
6
1N
8
2
N 4 N
9
H
3
6
1N
2
6
7
5 N
1N
8
N 4 N
9
H
3
9H-嘌呤
2
H
5 N7
8
N 4 N9
3
7H-嘌呤
嘌呤是一对互变异构体的平衡体系
1N
2
NH2
6 5
N
N 4 N
H
3
腺嘌呤(A)
(6-氨基嘌呤)
1N
OH
6
5 N
H2N 2 N 4 N
H
3
鸟嘌呤(G)
(2-氨基-6-羟基嘌呤)
黄嘌呤
O
OH
NH
N
HO
N
N
»ÆàÑßÊ
NH
HN
O
N
H
N
Ï© ´¼ ʽ
咖啡碱
（1，3，7-三甲基黄嘌呤）
O
N
H3C N
O
CH3
N
CH3
N