有機(jī)化學(xué)東南大學(xué)第十五章雜環(huán)化合物和生物堿學(xué)習(xí)目標(biāo)1．掌握雜環(huán)化合物的分類、命名；2．熟悉吡咯、吡啶、嘧啶、嘌呤及其衍生物的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)；3．熟悉生物堿的概念和一般性質(zhì)；4．了解常見(jiàn)雜環(huán)化合物和生物堿在醫(yī)學(xué)上的意義；5．了解常見(jiàn)雜環(huán)化合物、生物堿的鑒別方法。3定義：雜環(huán)化合物是指構(gòu)成環(huán)的原子除碳原子外還有其它原子的環(huán)狀有機(jī)化合物。碳原子以外的原子，稱為雜原子（heteroatoms），常見(jiàn)的雜原子有氧、硫、氮等。

芳香性雜環(huán)：（吡咯、吡啶、喹啉等）非芳香性雜環(huán)：（四氫呋喃、四氫吡咯、六氫吡啶等）分類：性質(zhì)與相應(yīng)的開(kāi)鏈化合物極相似，則不看作是雜環(huán)化合物。如環(huán)狀內(nèi)酯，環(huán)狀酸酐、環(huán)狀酰胺、環(huán)醚、環(huán)狀酰亞胺等。第十五章雜環(huán)化合物和生物堿含一個(gè)雜原子

呋喃噻吩吡咯

含二個(gè)雜原子

含一個(gè)雜原子

含二個(gè)雜原子

單雜環(huán)

五元雜環(huán)

六元雜環(huán)

咪唑噻唑

吡啶吡喃

嘧啶一、雜環(huán)化合物的分類和命名

第一節(jié)雜環(huán)化合物

(一）雜環(huán)化合物的分類5

吲哚

五元雜環(huán)與苯環(huán)稠合體系

六元雜環(huán)與苯環(huán)稠合體系雜環(huán)與雜環(huán)稠合體系喹啉異喹啉

嘌呤稠雜環(huán)61、音譯法（帶“口”旁的同音漢字）2、當(dāng)環(huán)上連有烷基、硝基、鹵素、羥基、氨基等取代基時(shí)，以雜環(huán)為母體；當(dāng)環(huán)上連有醛基、羧基、磺酸基等時(shí)，將雜環(huán)作為取代基。3、編號(hào)從雜原子算起依次用1，2，3，4，5…編號(hào)。（用α，β，γ…則從雜原子相鄰的碳原子依次編號(hào)），如有不同種類雜原子，則按O，S，N的順序由小到大編號(hào)，使雜原子盡可能具有較低的編號(hào)。

（二）常見(jiàn)雜環(huán)化合物的命名71、結(jié)構(gòu)呋喃吡咯噻吩雜原子（O、S、N）雜化態(tài)均為sp2雜化。（一）呋喃、噻吩和吡咯的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)

符合Hückel規(guī)則（1.環(huán)狀,2.共平面,3.垂直平面的p軌道,4.4n+2個(gè)p電子，具有方向性）。二、雜環(huán)化合物的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)8（1）親電取代反應(yīng)吡咯>呋喃>噻吩>苯

苯環(huán)上六個(gè)原子共有六個(gè)電子，吡咯、呋喃、噻吩上雜原子提供一對(duì)電子五個(gè)原子共有六個(gè)電子，電子云密度大于苯，因此它們親電取代反應(yīng)活性大于苯。2、主要化學(xué)性質(zhì)9①鹵代反應(yīng)

②硝化反應(yīng)③磺化反應(yīng)

10注意：五員雜環(huán)較活潑，遇酸不穩(wěn)定硝化：HNO3/H2SO4磺化：H2SO4用溫和試劑代替④乙?；磻?yīng)

11（2）還原反應(yīng)呋喃、噻吩、吡咯均可進(jìn)行催化加氫反應(yīng)。12（3）酸堿性（二）吡啶的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)吡啶1、結(jié)構(gòu)132、性質(zhì)（1）酸堿性

（2）親電取代反應(yīng)

14（3）氧化還原反應(yīng)15三、重要的雜環(huán)化合物

呋喃是最簡(jiǎn)單的五元含氧雜環(huán)，存在于松木焦油中。呋喃可使鹽酸浸過(guò)的松木片呈綠色，稱為松木片反應(yīng)，可用于檢驗(yàn)呋喃。（一）呋喃及其衍生物1.呋喃2.呋喃衍生物（1）呋喃西林

（2）糠醛16（二）吡咯及其衍生物1.吡咯

吡咯是最簡(jiǎn)單的五元含氮雜環(huán)，存在于煤焦油和骨焦油中。吡咯蒸汽遇醮有鹽酸的松木片顯紅色，可用于吡咯的鑒別。2.吡咯的衍生物卟吩

血紅素17（三）吡啶及其衍生物1.吡啶

吡啶有弱堿性，可與強(qiáng)酸成鹽。吡啶用于合成維生素和藥物等，并用做溶劑，也是一些有機(jī)反應(yīng)的介質(zhì)和分析化學(xué)試劑。2.吡啶的衍生物煙酸和煙酰胺的結(jié)構(gòu)式如下：（1）煙酸和煙酰胺煙酸

煙酰胺18（2）異煙肼

（3）尼可剎米

（4）維生素B6

吡哆胺吡哆醇

吡哆醛

19（四）嘧啶及其衍生物1.嘧啶

嘧啶的電子結(jié)構(gòu)與吡啶相似，2個(gè)氮原子均以sp2雜化軌道成鍵，每個(gè)氮原子上都含有未共用電子對(duì)。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20（2）磺胺嘧啶（3）維生素B1

21（五）吲哚及其衍生物

吲哚由苯環(huán)與吡咯環(huán)稠合而成。吲哚是無(wú)色片狀晶體，熔點(diǎn)52℃，沸點(diǎn)23.5℃，不溶于水，可溶于熱水和有機(jī)溶劑中，有惡臭，但吲哚在濃度極稀時(shí)，有花的香味，可作為香料使用。

哺乳動(dòng)物腦組織中的重要物質(zhì)5-羥色胺、人類必需的氨基酸之一色氨酸等都是吲哚的衍生物。結(jié)構(gòu)式如下：5-羥色胺

色氨酸22（六）嘌呤及其衍生物1.嘌呤2.嘌呤的衍生物（1）鳥(niǎo)嘌呤和腺嘌呤鳥(niǎo)嘌呤

腺嘌呤23（2）咖啡因、茶堿和可可堿

存在于咖啡、茶葉和可可豆中，都是黃嘌呤的甲基衍生物，具有利尿作用，有興奮中樞神經(jīng)的作用，在醫(yī)藥上用作中樞興奮劑、強(qiáng)心劑和利尿劑?？Х纫?/p>

茶堿

可可堿24（3）尿酸

體內(nèi)代謝發(fā)生紊亂時(shí)，若尿中尿酸含量過(guò)多，可形成尿結(jié)石；血液中含量過(guò)多時(shí)，則可形成痛風(fēng)石；尿酸鹽沉積于腎可引起腎結(jié)石。結(jié)構(gòu)式如下：第二節(jié)生物堿

十九世紀(jì)德國(guó)學(xué)者F.W.Sertrner從鴉片中分離出嗎啡堿。現(xiàn)從自然界中分離得到約10000種，植物中存在的生物堿大多有明顯的生理活性。例如：鴉片中的嗎啡——鎮(zhèn)痛作用；麻黃中的麻黃堿——止喘作用；長(zhǎng)春花中的長(zhǎng)春堿——抗癌活性；連中的小檗堿——抗菌消炎作用；山莨菪堿——抗中毒性休克作用。

生物堿是一類存在于生物體內(nèi)具有生理活性的含氮堿性有機(jī)化合物。生物堿主要存在與植物中，故又稱植物堿，植物中的生物堿常以有機(jī)酸鹽（蘋(píng)果酸鹽、檸檬酸鹽等）形式存在。一、生物堿概述（一）堿性二、生物堿的一般性質(zhì)

生物堿多為含氮有機(jī)化合物，具有弱堿性，能夠與酸作用生成生物堿鹽，在自然界中常與鹽酸、磷酸、草酸、乳酸、檸檬酸等結(jié)合成鹽而存在于植物中，生物堿鹽可溶于水。

（二）沉淀反應(yīng)

生物堿在酸性水或酸性稀醇中與某些試劑生成難溶于水的復(fù)鹽或絡(luò)合物的反應(yīng)。

用途：

鑒別——試管、TCL或PPC顯色劑；提取分離——檢查是否提取完全。

大多數(shù)生物堿能和一些試劑反應(yīng)呈現(xiàn)出不同的顏色。這些能使生物堿發(fā)生顏色反應(yīng)的試劑稱為生物堿顯色劑。常用的生物堿顯色劑有鉬酸鈉、甲醛、釩酸銨、高錳酸鉀等的濃硫酸溶液。如10g·L-1的釩酸銨的濃硫酸溶液與阿托品顯紅色，與嗎啡顯棕色，與可待因顯藍(lán)色。這些顏色反應(yīng)可用于生物堿的鑒定。（三）顯色反應(yīng)三、常見(jiàn)的生物堿

煙堿又名尼古丁，是一種存在于茄科植物（茄屬）中的生物堿。煙堿難聞、味苦，為無(wú)色透明的油狀液態(tài)物質(zhì)，沸點(diǎn)246℃，能溶于水和乙醇、氯仿等有機(jī)溶劑，暴露在空氣中將逐漸氧化變?yōu)樽厣?。（一）煙堿（二）麻黃堿

麻黃堿又稱麻黃素，存在于多種麻黃屬植物中，是中草藥麻黃的主要成分。（三）咖啡堿

咖啡堿又稱咖啡因、茶堿，存在于咖啡豆、茶葉、可可等植物中。咖啡堿為白色或略帶微黃綠色晶體，味苦，難溶于冷水和乙醇，能溶于熱水、丙酮，可與酸作用成鹽。（四）小檗堿

小檗堿（berberine）又稱黃連素，存在于黃連、黃柏、三棵針等中草藥中，屬異喹啉類生物堿