杂环化合物药学专升本陆涛7版.ppt

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1、第十四章 杂环化合物,杂原子。O、S和N。,第十四章 杂环化合物,命名,保留45个杂环化合物的俗名并以此作为命名的基础。我国则采用音译法,1、特定杂环的命名规则,单杂环及稠杂环母核的编号如下：,（1）对于单杂环母核，一般从杂原子开始，顺着环编号。若环上有取代基，编号时使带有取代基的碳原子的位次保持最小。若同一环上有多个杂原子，应使杂原子所在位次的编号最小，并按O、S、一NH一、一N=的顺序决定优先的杂原子。,4 35 1 2,4 35 1 2,4 35 1 2,呋喃 噻吩 吡咯 噻唑,N,咪唑 吡唑 噁唑,4 35 1 2,4 3(b)5 1 2(a),4 35 1 2,3 42 1 5,五

2、元 杂 环,si,zu,5 36 21,5 36 21,5 36 21,5 36 21,吡啶 吡喃 哒嗪,六 元 杂 环,嘧啶 哌嗪 吡嗪,pi,qn,d,qn,（2）有特定名称的稠杂环有其固定的编号顺序，通常是从一端开始依次编号，共用的碳原子般不编号；编号时还要注意使杂原子尽可能取较小的编号，并遵守杂原子的优先顺序；嘌呤是个特例，不仅共用碳参与编号，而且编号顺序也很特别。,其固定的编号顺序,5 46372 8 1,4536 12 7,5 46372 8 1,稠杂环,吲哚,苯并咪唑,异喹啉,喹啉,咔唑,kzu,6 1 5 7 2 4 9 8 3,稠杂环,嘌呤,蝶啶,吖啶,吩嗪,吩噻嗪,pio

3、lng,N-甲基吡咯,4 3(b)5 1 2(a),例如：1.单杂环的编号从杂原子开始。,3-甲基吡啶,CH3,4 35 1 2,CH3,4 35 1 2,2-巯基-5-氯咪唑,1-甲基吡唑,Cl,SH,5-羟基噻唑,2.有多个杂原子时，按O、S、NH、一N=顺序编号。,OH,吲哚,8-羟基喹啉,-3-羧酸,6-溴,3.有特定名称的稠杂环母环的编号，大都按照稠芳环规则编号，但个别的另有编号顺序（如嘌啉）。,标H和无特定名称的稠杂环母环的命名规则 略,第二节 六元杂环化合物,六元杂环化合物包括环中有1个杂原子的六元杂环(如吡啶等)；环中有多个杂原子的六元杂环(如嘧啶等)；以及稠杂环(如喹啉、嘌呤

4、等)。其中最重要的是吡啶。,吡啶分子式为C5H5N，结构似苯，也是平面六边形分子(但不是正六边形)。分子中 CC键长139pm(与苯的相等)，CN键长137pm，介于一般的CN单键(147pm)与C=N双键(128pm)之间。,1.吡啶的电子结构和芳香性,PyridineBenzine,环中的N和C都以sp2杂化轨道相互以s 键相连。每个原子余下的p轨道相互平行重叠，形成环闭共轭体系，p电子数为6，具有芳香性。,N原子的处于sp2杂化轨道上的一对未共 用电子，与环共平面，未参与环的共轭体系.,p电子云向电负性较大的N原子转移，使N带部分负电荷，C带部分正电荷，p电子云出现的几率密度如下：,2.

5、吡啶的水溶性,吡啶氮原子上的一对未共用电子能与水形成氢键，吡啶能与水互溶，但吡啶环上引入羟基或氨基后，化合物的水溶性却明显降低，且引入的羟基或氨基数目愈多，水溶性愈差，主要原因是溶质分子间缔合（分子间氢键等），抑制了与水分子间的缔合。,吡啶环N原子的一对孤电子对处于sp2杂化轨道上，它并不参与环上的共轭体系，因此可能和质子结合或给出电子，呈现弱碱性。吡啶中氮原子上的未共用电子对处于sp2杂化轨道中，s成分较大，受N的束缚力较强，给出电子倾向较小，与 H+的结合力较弱，所以碱性较弱。,3.碱性：,4.化学反应,氮 原 子 上 的 反 应,通过氮原子上的未共用电子对，吡啶可以与酸及其它亲电试剂发生

6、反应。,与许多质子酸生成结晶的盐，可用作碱性溶剂和脱酸剂(缚酸剂)。,吡啶盐酸盐,4.化学反应,氮 原 子 上 的 反 应,吡啶具有亲核性，和卤代烷反应，可生成相应的吡啶季胺盐；也能与酰卤等反应生成盐。,碘化N-甲基吡啶,氯化N苯甲酰基吡啶,吡啶与酰氯或酸酐生成N酰基吡啶盐的反应是可逆的，由于吡啶是一个很好的离去基团，所以N-酰基吡啶盐做酰化剂时比酰氯和酸酐更好。,比苯难得多。与硝基苯相似,吡啶不发生付-克反应。亲电取代主要发生在b-位上。,3-溴吡啶(39%),(20%),吡啶-3-磺酸(70%),(2)亲电取代,(3)亲核取代反应(略),吡啶环对氧化作用较苯环稳定，当吡啶环上有烷基或芳基侧

7、链时，总是侧链先氧化而吡啶环不被破坏。,(4)氧化与还原,还原反应,吡啶因环碳电子云密度较低，加氢还原比苯容易，可被催化加氢及化学试剂还原。,(二)喹啉和异喹啉,喹啉,异喹啉,（3）氧化反应,喹啉与异喹啉与大多数氧化剂不发生反应，与高锰酸钾能发生反应，也可和过氧酸或H2O2作用形成N-氧化物。,（三）喹啉与异喹啉衍生物,许多具有重要的药用价值。,（三）喹啉与异喹啉衍生物,许多具有重要的药用价值。,三、五元杂环化合物,（一）吡咯、呋喃、噻吩,所有成环原子都以sp2杂化轨道重叠形成s键；碳原子未参加杂化的p轨道有1个电子，杂原子则有2个p电子，p轨道互相平行重叠形成6电子环状共轭大p键。与苯环的6

8、原子共6p电子比，呋喃、噻吩、吡咯为5原子共用6个p电子，故环上p电子密度比苯环大，属于“富p芳杂环”。,吡咯 噻吩 呋喃,1.结构,吡咯环 N 的1个sp2杂化轨道上有1个电子与 H 的1s电子配对形成NH s 键。,环状离域的大p键,5个原子共用6个电子,为富p电子体系。,sp2,S,2.吡咯的酸碱性,吡咯N上孤对电子因环的共轭，故碱性极弱，比苯胺(kb=3.610-10)还弱得多。另一方面，吡咯N上的H却变得较为活泼，显示出微弱的酸性(ka=10-15),比醇强，而比酚弱。,Kb:210-4 3.610-10 2.510-14,Ka:1.310-10 10-15 10-18,化学反应(1

9、)卤代反应,(2)硝化反应,常使用较温和的非质子性试剂硝乙酐，在低温条件下进行硝化：,(3)磺化反应,常用温和的非质子的磺化试剂，如用吡啶与三氧化硫反应生成的盐作磺化剂。,由于噻吩比较稳定，可以直接用硫酸进行磺化，但产率不如使用上述试剂。,五元芳杂环进行傅克酰基化时，可以得到一元取代的酰基产物，由于其活性不同，使用的催化剂和反应条件不同。,（4）傅克酰基化,（二）吲哚,吲哚具有苯并吡咯的结构。吲哚的许多衍生物具有生理与药理活性。如：,5-羟色胺（5-HT）,褪黑素,（1）吲哚是比吡咯还弱的碱，其pKa=-3.5。,以咪唑为例：,咪唑,处于N的sp2杂化轨道上的孤电子对可作为质子受体，能形成氢键，可增加化合物的碱性及水溶性。,2.物理性质,唑类化合物的碱性比吡咯强，比吡啶弱。其中咪唑的碱性最强。,作业,P4822.(1)(2)(4)(9)3.(1)(7)(12)(13)8.9.(2),