17 第13章 杂环化合物.ppt

第1页：第13章 杂环化合物

第13章杂环化合物Heterocyclic Compounds

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第3页：奥氮平（Olanzapine）——一种治

奥氮平（Olanzapine）——一种治疗精神分裂症的药物,1996年上市。它能选择性地减少间脑边缘系统多巴胺能神经元的放电，而对纹状体的运动功能通路影响很小

米诺地尔(Minoxidil)——一直用于医治高血压，后来发现长期服用此药的患者长出了多余的毛发，于是人们将研制成一种外用生发药。它直接作用于毛囊内，是一种钾离子通道开放剂，能增加毛囊的血液循环及细胞的新陈代谢，延长头发的生长期，并将在休止期的头发转回生长期的状态

20世纪80年代Upjohn公司将米诺地尔溶于丙二醇和水制成生发水，注册商品名为Rogaine或Regaine

第4页：Heterocycles in DNA

Heterocycles in DNA and RNA

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第6页：1.吡咯

1.吡咯、呋喃和噻吩（Pyrrole、Furan and Thiophene）

第7页：1.1 Preparation

• 1.1 Preparation
• Commercially from coal tar or by treatment offuran with ammonia over an alumina catalystat 400°C.

第8页：Made commercially by

Made commercially by extrusion of CO fromfurfural, which is produced from sugars

第9页：From coal tar or by

From coal tar or by cyclization of butane orbutadiene with sulfur at 600°C

第10页：Unusual Reactivity

• Unusual Reactivity
• Pyrrole is an amine but it is not basic
• Pyrrole, furan, and thiophene are conjugateddienes but they undergo electrophilicsubstitution (rather than addition)

第11页：2. Structures

• 2. Structures
• Pyrrole, furan, and thiophene are aromatic(Sixπelectrons in a cyclic conjugated systemof overlapping p orbitals)
• In pyrroleπelectrons come from C atoms andlone pairon sp2-N

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第13页：Why Pyrrole is Not a

Why Pyrrole is Not a BaseAcidityNot Basicity

第14页：Pyrrole is an amine

Pyrrole is an amine but it is not basicNo Aromaticity!

第15页：pKa = 16.5Acidity

pKa = 16.5Acidity

第16页：1.3 Electrophilic

• 1.3 Electrophilic Substitution Reactions
• The heterocycles are more reactive toward electrophiles than benzene

第17页：Electrophilic substi

Electrophilic substitution normally occurs at C2, the position next to theheteroatom, giving more stable intermediate

第18页：Examples

Examples：

第19页：Conclusion for Pyrro

Conclusion for Pyrrole:AcidityAromatic Electrophilic Substitution (AES)

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第22页：2.吡啶（Pyridine）2.1

2.吡啶（Pyridine）2.1结构（Structure）CyclicPlanar6pelectronsHuckle Rule

第23页：Resonance and Hybrid

Resonance and Hybrid StructureResonance:Hybrid Structure:Resonance Stabilization Energy: ~23 Kcal / mole

第24页：2.2 碱性（Basicity）pK

2.2碱性（Basicity）pKa= 4.6

第25页：Aromaticity!

Aromaticity!

第26页：Example of Basicity

Example of Basicity

第27页：2.3 亲核性

2.3亲核性（Nucleophilicity）

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第29页：2.4 吡啶的亲电取代

2.4吡啶的亲电取代反应（Electrophilic Substitution of Pyridine）MechanismReactivityOrientationNoFriedel-Crafts Reactions！

第30页：Low Reactivity of Py

• Low Reactivity of Pyridine
• Complex between ring nitrogen and incoming electrophile deactivates ringwith positive charge
• Electron-withdrawing nitrogen atom deactivates causes a dipole makingpositively polarized C’s poor Lewis bases

第31页：Reactivity

Reactivity:

第32页：定位（Orientation

定位（Orientation）

第33页：Activating Pyridine

Activating Pyridine Ring:

第34页：2.5 吡啶的亲核取代

• 2.5吡啶的亲核取代反应（Nucleophilic Substitution of Pyridine）
• 2-and 4-substituted (but not 3-substituted) halopyridines readilyundergonucleophilicaromatic substitution

第35页：Addition-Elimination

Addition-Elimination Mechanism：Reaction occurs by addition of thenucleophile to the C=N bond, followed by loss of halide ion

第36页：Orientation

Orientation:

第37页：Reactivity

Reactivity:

第38页：2.6 Chichibabin

2.6 Chichibabin Reaction

第39页：2.7 Acidity

2.7 Acidity ofa-methyl pyridineSimilar case:g-position

第40页：Alkyl Pyridine

Alkyl Pyridine:

第41页：Vinyl Pyridine

Vinyl Pyridine:

第42页：2.8 Hantzsch

2.8 Hantzsch pyridine synthetic method

第43页：Mechanism

Mechanism:

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第46页：13.5 稠杂环化合物

13.5稠杂环化合物（Fused-RingHeterocycles）喹啉(quinoline)异喹啉(isoquinoline)酞嗪(phthalazine)苯并呋喃苯并噻吩吲哚苯并咪唑(benzofuran) (thionaphthene) (indole) (benzoimidazole)

第47页：喹啉异喹啉吲哚pKa=4.94pKa=5

喹啉异喹啉吲哚pKa=4.94pKa=5.40吡啶：pKa＝5.23苯胺：pKa＝4.6pKa-3.63

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第51页：Nucleophilic substit

Nucleophilic substitution

第52页：Skraup喹啉合成法若用α

Skraup喹啉合成法若用α,β-不饱和醛或酮代替甘油，可直接合成取代的喹啉:

第53页：Has pyrrole-like nit

• Has pyrrole-like nitrogen (nonbasic)
• Undergoes electrophilic substitution at C3 of theelectron-rich pyrrole

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第56页：工业制备2-苯基吲哚

工业制备2-苯基吲哚（一种阳离子染料的中间体）:

第57页：嘌呤和嘧啶Purine and Pyri

嘌呤和嘧啶Purine and Pyrimidine

第58页：9H-嘌呤7H-嘌呤腺嘌呤鸟嘌呤

9H-嘌呤7H-嘌呤腺嘌呤鸟嘌呤adenine guanine

第59页：咖啡因

咖啡因caffeine

第60页：13.6 生物碱（Alkaloids

13.6生物碱（Alkaloids）天然的含氮碱性有机化合物，大多是从植物中分离得到的苦味含氮杂环化合物，因其独特的碱性而得名，其碱性则是由氮原子上的孤对电子而产生的。奎宁：R＝OMe奎尼定：R＝OMe辛可尼定：R＝H辛可宁：R＝H

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第62页：利血平（reserpine）长春碱

利血平（reserpine）长春碱：R＝Me长春新碱：R＝CHO具有镇静和降血压作用治疗白血病