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第十七章 杂环化合物 本章主要内容： 一、分类和命名 二、几种主要环系的结构和性质 三、与生物有关的杂环及其衍生物举例 四、生物碱

一、分类和命名 ②五元杂环、六元杂环和稠杂环。 2、命名 杂环的命名常用音译法，是按外文名词音译成带“口”字旁的同音汉字。 1、分类 ：① 单环、芳香杂环和稠杂环。 ②五元杂环、六元杂环和稠杂环。 2、命名 杂环的命名常用音译法，是按外文名词音译成带“口”字旁的同音汉字。

二、几种主要环系的结构和性质 1、呋喃、噻吩、吡咯、吡啶的结构 呋喃、噻吩、吡咯在结构上具有共同点，即构成环的五个原子都为sp2杂化，故成环的五个原子处在同一平面，杂原子上的孤对电子参与共轭形成共轭体系；而吡啶则是P轨道上运行一个电子。其π电子数符合休克尔规则（π电子数 = 4n+2），所以，它们都具有芳香性。

2、呋喃、噻吩、吡咯、吡啶的性质 （1）亲电取代应 由于上述四种杂环都有芳香性，可以象苯一样发生亲电取代反应。 根据各位点电荷与苯比较，呋喃、噻吩和吡咯的亲电取代比苯更容易，且优先进入α位。吡啶比苯要更难，且优先进入β位。

卤代反应： 磺化或硝化： 由于呋喃、噻吩和吡咯较易发生亲电取代，往往得到四卤代物。且不需要催化剂，低温即可进行。而吡啶则不能发生卤代。如： 由呋喃和吡咯芳香性差，不能发生磺化或硝化，易于开环，（实际上是被氧化）。噻吩在室温下即可磺化。吡啶较难，需要在300°C以上的高温下可以发生硝化。

（2）氧化 呋喃、吡咯由于芳性差，对氧化剂物别敏感。空气O2常常就可以使基氧化开环，生成多种氧化物。而吡啶则的芳香性则非常强，难于被氧化开环，实验证明，比苯更难氧化开环。

（3）还原 五元环易加H，六元更难。

（4）吡咯及吡啶的碱性

三、与生物有关的杂环及其衍生物举例 1、呋喃及α-呋喃甲醛 呋喃是无色有特殊气味的液体，b.p31.4℃,不溶于水而溶于有机溶剂.可同糠醛(α-呋喃甲酸)加热脱羧而成. 可由农副产品如甘蔗杂渣、花生壳、高粱杆、棉子壳……用稀酸加热蒸煮制取。 α-呋喃甲醛能发生歧化反应,也能发生缩合是有机合成的原料.

2、吡咯、叶绿素、血红素及维生素B12 叶绿素、血红素及维B12可以看作是吡咯重要的衍生物。 吡咯存在于煤焦油及骨焦油中，是无色液体，易于氧化而成黑色。 叶绿素、血红素及维B12可以看作是吡咯重要的衍生物。 叶绿素和血红素都含有一个由4个吡咯环在α位上由一个次甲基（-CH=）相连，组成一个多Л键共轭的骨架——卟吩。

叶绿素 叶绿素是光合作用的色素，有叶绿素是a和b两种的混合物，a：b=3：1。 可用于食品、化妆及医药上的无毒着色剂。

血红素 血红素存在于细胞中，与蛋白质相结合，组成血红蛋白，而血红蛋白在动物体内执行O2和CO2输送功能。血红蛋白与CO结合力要大于O2，这就是CO中毒的原因。

维B12 维B12是人和动物必须的维生素，有抗恶性贫血的作用。 又名钴胺素或氰钴胺素，含有类似于卟吩的环系，但其中有两个吡咯环之间少了一个次甲基。这种环系叫咕啉。 维B12是人和动物必须的维生素，有抗恶性贫血的作用。

3、吡啶、维生素PP、维生素B6及雷米封 吡啶存在于煤焦油中，是一个叔胺，呈弱碱性。无色液体，极臭。它与水任意比例混合，又能溶于有机溶剂。是合成杂环化合物的原料。 维生素PP、维生素B6及雷米封都是吡啶重要的衍生物。 维生素PP包括上述二种化合物，是B族维生素之一，存在于肉类、肝、肾、花生、米糠等中。有促进新陈代谢，降低胆固醇的作用，并能抗糙皮病。后者还是生化过程中辅酶Ⅰ的组分。

维B6包括上述三种物质，存在于蔬菜、鱼、肉、谷物、蛋类等中。是蛋白质代谢必须的维生素。 雷米封是异烟酰肼的俗名，是抗结核病的药物，抗菌机理是干扰结核菌吸收β-吡啶甲酰胺。

4、维生素B1 维B1是嘧啶和噻唑的衍生物，存在于米糠、麦麸、瘦肉、绿叶、花生、豆类及酵母等中。对糖类的代谢有影响。体内缺少则可以引起神经炎或脚气病。

5、吲哚、β-吲哚乙酸及脑白金 吲哚是白色结晶，熔点52.5℃。极稀溶液有香味，可用作香料，浓的吲哚溶液有粪臭味。 Ac：金属元素锕。 又称褪黑素或松果体素。是人体大脑松果体中每晚分泌的一种活性物质，它控制并影响着其它不同激素的分泌，从而直接控制人体生理的各种机能。

6、花青素（花色素、花青苷、花色苷）

7、嘌呤及核酸 嘌呤是嘧啶和咪唑并联的稠环系，有下列两种变异构体： 嘌呤本身在自然界中是不存在的，但它在衍生物在自然界中广泛存在，并常常有烯醇式和酮式两种互变构体。如尿酸：

以下五种嘌呤或嘧啶的衍生物是生物体中组成核苷，进而组成核苷、核苷酸、核酸的成分。核酸与生物的生长发育、繁殖、遗传、变异有着密切关系。

核苷：核糖或脱氧核糖的半缩醛-OH与杂环上N原子上的H失去一分子的水。即氮糖苷。

核苷酸：核苷和一分子磷酸脱水形成的脂。如：

核酸结构示意图

8、维生素B2及叶酸 VB2 维生素B2及叶酸都是蝶啶的衍生物。 VB2广泛存在于各类食品中，对碱敏感，于暗处对酸稳定。人缺少VB2则易口腔炎、角膜火、结膜炎等症。

叶酸 叶酸也是B族维生素之一，广泛存在于蔬菜、肝、肾、酵母等。 叶酸参与体内的嘌呤及嘧啶的生物合成。体内缺乏叶酸则患巨幼细胞性贫性症。

四、生物碱 生物碱的概念：存在于生物体中，结构复杂的含N碱性有机物。 结构：都是多环的化合物，主要为含N杂环，也有一些是甾族化合物。 分布：植物体中，目前分离出一千多种，同科植物中生物碱有相似性。 性质：多固体，难溶于水，多具有旋光性，许多试剂可与其形成不溶性的沉淀或显色。如丹宁、苦味酸、KI等可使生物碱沉淀；硫酸、硝酸、胺水等可与生物碱显色。这些可鉴别生物碱的存在。 作用：对植物本身的作尚不清楚，但对人类有重要的生理作用，各种中药的有效成分都是生物碱。 命名：按来源命名。如：烟碱，喜树碱等。

1、烟碱（尼古丁nicotin） 属吡啶族生物碱。烟草中存在10余种生物碱，烟碱是其中之一。也是生物碱中结构最简单的。常以苹果酸盐或柠檬酸盐的形成存在。 烟碱有剧毒，少量对中枢神经有兴奋作用，能增高血压。大量对中枢神经有抑制作用，使心脏麻痹致死。农业上可用作杀虫剂。

2、颠茄碱（阿托平atropin） 属于托烷族生物碱，存在于茄科植物中（如颠茄、曼陀罗、天仙子等）。医药上用作抗胆碱药，能抑制多种腺体的分泌，并能扩散瞳孔。可治疗平滑肌痉挛、胃和十二肠溃疡等病。也用作抗有机磷、锑中毒的解毒剂。

3、麻黄碱（麻黄素） 是一个仲胺，不具含N杂环。有两个异构体，左旋体有较强的生理作用，叫麻黄碱。右旋体生理作用弱，叫假麻黄碱。 存在于麻黄科植物中，（木贼麻黄、草麻黄等中）。有兴奋交感神经，增高血压，扩张气管，止咳、平喘等作用。可治疗支气管哮喘等。

4、金鸡纳碱（奎宁quinine） 属于喹啉族生物碱。存在于金鸡纳的树皮中，有抗疟原虫的作用。主要抑制分瓣疟原虫，并有退烧作用。自300年前在南美丛林发现金鸡纳之后就在于开始使用。但对恶性疟原虫无效，并有负作用，过量会引起耳聋。

5、喜树碱 属喹啉族生物碱，存在于蓝果树科植物喜树中，天然产物是右旋体。有抗白血病和胃癌作用。

6、吗啡碱 吗啡对中枢神经有麻醉和极强镇痛作用，医疗上可作局部麻醉剂。但易于成瘾，应严格控制。 吗啡是早在1817年，世界第一个被提纯的生物碱，是存在于罂粟科植物罂粟中的20多种生物碱之这一，也是罂粟中含量最多的生物碱，属异喹啉类生物碱。其结构如下： 吗啡对中枢神经有麻醉和极强镇痛作用，医疗上可作局部麻醉剂。但易于成瘾，应严格控制。

罂粟碱是植物罂粟中的另一种生物碱，是异喹啉族生物碱。其结构如下： 可待因也存在于罂粟中，是吗啡的甲基醚。与吗啡有相同的生理作用，但成瘾性较吗啡差，用于镇咳。 罂粟碱是植物罂粟中的另一种生物碱，是异喹啉族生物碱。其结构如下： 罂粟碱在医疗上可作平滑肌松驰剂及脑血管扩张药。罂粟虽不成瘾，但也是有毒的生物碱，要慎用。

以上几种毒品之间的关系如下： 罂粟未成熟的果实 白色乳汁 鸦片（大烟）— 吗啡 可待因 海洛因 大麻。 罂粟碱等 海洛因存在于大麻科植物大麻中，是吗啡的二乙基衍生物，作用上同吗啡，致幻、成瘾的作用更强。化学名：盐酸二乙酰吗啡。是很毒的毒品，有“毒中毒”之称。 以上几种毒品之间的关系如下： 罂粟未成熟的果实 白色乳汁 鸦片（大烟）— 吗啡 可待因 海洛因 大麻。 罂粟碱等 割开 干化 （褐色的泥状物） 合成 提纯 提取

罂栗 罂栗科

罂栗花、果放大

满园的罂栗花

其它常见毒品 冰毒：甲基苯丙胺。以麻黄素为原料提练合成，白色细微结晶，似冰。“毒中之王”，一次即可成瘾。 毒品的共同特点：兴奋或抑制中枢神经，可以麻醉或致幻，产生依赖性（成瘾），对人体各脏器产生损害。 冰毒：甲基苯丙胺。以麻黄素为原料提练合成，白色细微结晶，似冰。“毒中之王”，一次即可成瘾。 摇头丸：甲基苯丙胺（冰毒）的衍生物。 K（Ketamine）粉：氯胺酮。白色结晶性粉末，可作麻醉剂，静脉注射一分钟即可起作用。 此外，还有大麻、咖啡因、可卡因、杜冷丁、美沙酮等。有些是医疗上的药物，但的要严格控制使用，称作管制类精神药物。

7、小檗碱（黄连素） 属于异喹啉族生物碱，存在于黄柏、黄连中，中药用盐酸黄连素，黄色结晶，味极苦。是常用的抗痢疾杆菌的药物。

8、咖啡碱（咖啡因）和可可碱 属于嘌呤族生物碱。咖啡碱存在于咖啡和茶叶中；可可碱存在于可可豆及茶叶中，二者有相似的生理作用，有兴奋中枢神经作用，并能利尿。大剂量长期服用也会成瘾，并对身体有危害。

本章小结 1、了解杂环化合物的分类和命名，记住一些常见杂环化合物的命名。 2、掌握主要杂环化合物的性质 芳香性及顺序 亲电取代 氧化 还原 碱性。 3、了解主要杂环化合物的结构及作用，尤其是嘌呤及核酸的结构。 4、掌握生物碱的概念、分布及作用。并了解几种主要的生物碱的结构及生理作用。

作业 课本：P342——344 第1题 第4题 第5题 第6题 第7题 第10题 第14题

再见