12 第十三章 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》封面页，本章讲解杂环的分类与命名、五员与六员杂环的芳香性和亲电取代、含氮杂环的酸碱性，以及嘧啶、嘌呤、生物碱与磺胺药等重要衍生物。

第2页：杂环化合物的分类

• 单杂环：五员杂环（如呋喃、吡咯）与六员杂环（如吡啶）。
• 稠杂环：两个杂环稠合，如嘌呤、喋啶。
• 苯稠杂环：苯环与杂环稠合，如吲哚、喹啉。

第3页：常见的五员杂环

第4页：常见的六员杂环与稠杂环

第5页：常见的苯稠杂环

• 喹啉（quinoline）、异喹啉（isoquinoline）：苯并吡啶的两种稠合方式。
• 吲哚（indole）：苯并吡咯。
• 丫啶（acridine）：苯并喹啉类稠环。
• 命名示例：3-甲基-2-溴噻吩（β-甲基-α-溴噻吩）。

第6页：杂环的命名与编号规则

• 杂原子编号顺序：O > S > NH > N，编号从杂原子开始，使取代基位次最小。
• 示例：N-甲基-5-巯基咪唑、5-苯基噻唑。
• β-吡啶甲酸（烟酸、尼克酸）与 β-吡啶甲酰胺（烟酰胺、尼克酰胺）合称维生素 PP，属 B 族维生素。

第7页：杂环的互变异构与氢的标记

• 2H-吡喃、4H-吡喃：用 H 标明饱和杂原子的位置。
• 7H-嘌呤（药物分子中常见）与 9H-嘌呤（生物体中常见）互为互变异构体。
• 3-甲基吲哚即粪臭素。

第8页：六员杂环的芳香性

吡啶与苯类似：六个 π 电子（五个碳各提供一个、氮提供一个），符合 4n+2 规则（n = 1），环上原子共平面，具有芳香性。

第9页：五员杂环的芳香性

吡咯、呋喃、噻吩中杂原子的一对孤对电子参与共轭，加上两个双键的四个 π 电子，共 6 个 π 电子，符合 4n+2 规则，具有芳香性。

第10页：五员杂环的亲电取代反应

• 五员杂环的亲电取代主要发生在 α 位（杂原子邻位）。
• 反应比苯容易，因杂原子供电子使环电子云密度升高。

第11页：亲电取代反应难易的比较

• 亲电取代由易到难：吡咯、呋喃、噻吩 > 苯 > 吡啶。
• 稳定性：苯 > 吡啶 > 吡咯。
• 吡啶因氮的吸电子作用使环钝化，亲电取代比苯难得多，且主要在 β 位。

第12页：含氮杂环的碱性

原因：吡啶氮的孤对电子不参与共轭，可接受质子；吡咯氮的孤对电子参与芳香共轭，难以接受质子。

第13页：咪唑、吡唑与吡咯的碱性

咪唑与吡唑中另一个氮原子可接受质子，碱性比吡咯强。

源文件给出吡唑 pKb = 2.5，与常见文献值相差较大，建议对照原图核对。

第14页：组胺中氮原子碱性的比较

把组胺的三个氮原子按碱性强弱排序：① > ② > ③（脂肪氨基最强，咪唑环上氮次之）；组氨酸侧链即含咪唑基。

第15页：杂环的氧化与还原反应

• 氧化：吡啶环侧链可被氧化为 β-吡啶甲酸（烟酸）。
• 还原：吡啶在 Pt、室温下加氢生成六氢吡啶（哌啶，属仲胺，pKb = 2.8）；呋喃在 Ni、50 ℃ 下加氢生成四氢呋喃。

吡啶的 pKb = 8.8，加氢生成的哌啶碱性显著增强（pKb = 2.8）。

第16页：嘧啶的重要衍生物

• 胞嘧啶（C）、尿嘧啶（U）、胸腺嘧啶（T）：均为嘧啶的羟基或氨基衍生物。
• 它们存在酮式-烯醇式互变异构。

第17页：嘌呤的重要衍生物

• 腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）：核酸中的两种嘌呤碱基。
• 黄嘌呤、次黄嘌呤：嘌呤代谢的中间产物。
• 尿酸：嘌呤代谢的终产物。

第18页：嘌呤衍生物的酮式-烯醇式互变

嘌呤衍生物存在酮式与烯醇式互变异构：在药物分子中多以酮式存在，在生物体中（生理条件下）则以烯醇式等形式参与代谢，尿酸即为其代谢终产物。

第19页：核酸中的碱基组成

第20页：烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD）

NAD⁺（氧化型）与 NADH（还原型）在脱氢酶催化下相互转化，如乳酸脱氢生成丙酮酸时 NAD⁺ 接受氢变为 NADH，是体内重要的氢传递体。

第21页：生物碱与维生素 B1

• 生物碱：生物体内具有显著生理活性的含氮有机碱性化合物。
• 维生素 B₁ 分子中含嘧啶环与噻唑环两个杂环母核。
• 茶碱（存在于茶叶中）属嘌呤类生物碱。

第22页：异喹啉类生物碱

小檗碱存在于黄连中，属异喹啉类生物碱。

第23页：磺胺类药物

• 对氨基苯磺酰胺（磺胺）：第一个治疗全身性细菌感染的特效药。
• 优点：抗菌谱广，对链球菌和葡萄球菌有很好的抑制作用。
• 常用品种：磺胺嘧啶（SD）、磺胺甲基异恶唑（SMZ）。

第24页：磺胺药的抑菌机制

• 对氨基苯磺酰胺与对氨基苯甲酸的分子尺寸相近（关键间距约 670 pm 与 690 pm、230 pm 与 240 pm），可竞争性抑制二氢叶酸的合成。
• 二氢叶酸由蝶啶衍生物、对氨基苯甲酸与谷氨酸组成，细菌因叶酸合成受阻而受抑制。

第25页：五种芳杂环的结构分析小结

• 苯、吡啶：六员环，六个 π 电子，氮上孤对电子不参与共轭（吡啶）。
• 吡咯、呋喃、噻吩：五员环，杂原子孤对电子参与共轭，共六个 π 电子。
• 电子云密度差异决定了它们在亲电取代与酸碱性上的不同表现。