1、天然產(chǎn)物化學(xué)是研究動物、植物、昆蟲、海洋天然產(chǎn)物化學(xué)是研究動物、植物、昆蟲、海洋生物及微生物等天然產(chǎn)物化學(xué)成分的學(xué)科，它生物及微生物等天然產(chǎn)物化學(xué)成分的學(xué)科，它甚至包括人與動物體內(nèi)許多內(nèi)源性成分的化學(xué)甚至包括人與動物體內(nèi)許多內(nèi)源性成分的化學(xué)研究。值得一提的是，中國有豐富的中醫(yī)藥寶研究。值得一提的是，中國有豐富的中醫(yī)藥寶庫，其中不乏有獨特生物活性的產(chǎn)物，以此作庫，其中不乏有獨特生物活性的產(chǎn)物，以此作為探針研究它們在生命過程中的作用機制也正為探針研究它們在生命過程中的作用機制也正是中國化學(xué)家得天獨厚、大有作為的領(lǐng)域。是中國化學(xué)家得天獨厚、大有作為的領(lǐng)域。exitOOOHOHOHHOHO內(nèi)容提要內(nèi)容

2、提要 ：在環(huán)狀化合物成環(huán)的原子中，：在環(huán)狀化合物成環(huán)的原子中，除了碳原子外，還有其它雜原子（除了碳原子外，還有其它雜原子（O，N，S等）。等）。 前幾章討論過的前幾章討論過的等，成環(huán)的原子中也有雜原子，但這些化合物等，成環(huán)的原子中也有雜原子，但這些化合物的性質(zhì)與相應(yīng)的開鏈化合物類似，屬于的性質(zhì)與相應(yīng)的開鏈化合物類似，屬于。例如：。例如： 本章主要討論具有芳香性的雜環(huán)化合物，本章主要討論具有芳香性的雜環(huán)化合物，這類化合物屬于芳香族。這類化合物屬于芳香族。芳香族芳香族芳香烴芳香烴雜環(huán)化合物雜環(huán)化合物苯系芳烴苯系芳烴非苯系芳烴非苯系芳烴O四氫呋喃四氫呋喃NH四氫吡咯四氫吡咯OO-戊內(nèi)酯戊內(nèi)酯單環(huán)單環(huán)

3、稠環(huán)稠環(huán)五元環(huán)五元環(huán)六元環(huán)六元環(huán)ONHNNNNN 雜環(huán)化合物多采用音譯命名法，即將其雜環(huán)化合物多采用音譯命名法，即將其英文名稱譯成同音漢字，并用英文名稱譯成同音漢字，并用“口口”字旁作為字旁作為雜環(huán)的標(biāo)志。重要的雜環(huán)化合物結(jié)構(gòu)和音譯名雜環(huán)的標(biāo)志。重要的雜環(huán)化合物結(jié)構(gòu)和音譯名列舉如下：列舉如下：O 呋喃呋喃(furan)S 噻吩噻吩(thiophene)HN 吡咯吡咯(pyrrole) 咪唑咪唑(imidazole) 噻唑噻唑(thiazole)HNN1331NSN 吡啶吡啶(pyridine)NN13 嘧啶嘧啶(pyrimidine)O - -吡喃吡喃( - - pyran) 吲哚吲哚(ind

4、ole)NH1234567987654321HNNNN 嘌呤嘌呤(purine)24567N138喹啉喹啉(quinoline)N87654321異喹啉異喹啉(isoquinoline) (1)環(huán)上若有一個雜原子，則以雜原子的環(huán)上若有一個雜原子，則以雜原子的位次為最小，在此基礎(chǔ)上再使帶有取代基的碳位次為最小，在此基礎(chǔ)上再使帶有取代基的碳原子位次盡可能小。原子位次盡可能小。 (2)環(huán)上若有一個以上相同的雜原子，則從環(huán)上若有一個以上相同的雜原子，則從連有取代基或氫原子的雜原子開始編號，并使連有取代基或氫原子的雜原子開始編號，并使所有雜原子的位次總和為最小。所有雜原子的位次總和為最小。 (3)環(huán)上若

5、有一個以上不相同的雜原子，則環(huán)上若有一個以上不相同的雜原子，則按按OSN的次序編號，并使所有雜原子的編的次序編號，并使所有雜原子的編號盡可能小。號盡可能小。 類似于芳香烴類似于芳香烴H3CCH3ONCH3 2,5- -二甲基呋喃二甲基呋喃1- -甲基吡咯甲基吡咯 31NNHCH35- -甲基咪唑甲基咪唑NS13CH3HOCH2CH24- -甲基甲基- -5- -(2- -羥乙基羥乙基)噻唑噻唑 CHOO2-呋喃甲醛呋喃甲醛O2NCHOO5-硝基硝基-2-呋喃甲醛呋喃甲醛COOHNCH34-甲基甲基-2-吡啶甲酸吡啶甲酸CH2COOHNH3-吲哚乙酸吲哚乙酸2P2呋喃呋喃 ：sp2噻吩噻吩 ：s

6、p23P2OHHHHSHHHH吡咯吡咯 ：sp22P2 以上三種五元雜環(huán)化以上三種五元雜環(huán)化合物的結(jié)構(gòu)均符合休克爾規(guī)則，都有一定程度合物的結(jié)構(gòu)均符合休克爾規(guī)則，都有一定程度的芳香性。的芳香性。NHHHHH 但由于環(huán)上存在電負(fù)性較大的雜原子，所但由于環(huán)上存在電負(fù)性較大的雜原子，所以與苯不同，共軛體系中各原子電子密度不是以與苯不同，共軛體系中各原子電子密度不是平均分布，鍵長也不是完全相等，只是趨向于平均分布，鍵長也不是完全相等，只是趨向于平均化，芳香性比苯小。三種五元雜環(huán)化合物平均化，芳香性比苯小。三種五元雜環(huán)化合物的穩(wěn)定性次序為：的穩(wěn)定性次序為： 隨著電負(fù)性的增大而減小吡啶吡啶 ：sp2 吡啶的

7、結(jié)構(gòu)也符合休吡啶的結(jié)構(gòu)也符合休克爾規(guī)則，和以上三種五元雜環(huán)化合物類似，克爾規(guī)則，和以上三種五元雜環(huán)化合物類似，也有一定程度的芳香性。但氮原子上電子的排也有一定程度的芳香性。但氮原子上電子的排布與吡咯不同，孤電子對處于布與吡咯不同，孤電子對處于sp2雜化軌道，沒雜化軌道，沒有參與共軛。有參與共軛。2P1NHHHHHHHHH 在五元雜環(huán)化合物中，由于雜原子在五元雜環(huán)化合物中，由于雜原子2p軌道軌道上的孤電子對與上的孤電子對與4個碳原子的個碳原子的2p軌道形成共軛軌道形成共軛體系，電子離域的結(jié)果使環(huán)上碳原子周圍體系，電子離域的結(jié)果使環(huán)上碳原子周圍 電電子密度增加，大大超過苯環(huán)。子密度增加，大大超過苯

8、環(huán)。 同時，同時， 雜原子的雜原子的+C效應(yīng)又使共軛體系內(nèi)效應(yīng)又使共軛體系內(nèi)部兩個部兩個 位（雜原子的鄰位）的電子密度高于位（雜原子的鄰位）的電子密度高于兩個兩個 位（雜原子的間位），因而親電取代反位（雜原子的間位），因而親電取代反應(yīng)優(yōu)先發(fā)生在兩個應(yīng)優(yōu)先發(fā)生在兩個 位。位。 在六元雜環(huán)化合物中，由于電負(fù)性大的氮在六元雜環(huán)化合物中，由于電負(fù)性大的氮原子的孤電子對沒有參與共軛，因而原子的孤電子對沒有參與共軛，因而- -I效應(yīng)使效應(yīng)使環(huán)上碳原子周圍電子密度大大減小，低于苯環(huán)。環(huán)上碳原子周圍電子密度大大減小，低于苯環(huán)。相對而言，氮原子的鄰對位電子密度下降的更相對而言，氮原子的鄰對位電子密度下降的更為明

9、顯，親電取代反應(yīng)一般發(fā)生在間位（為明顯，親電取代反應(yīng)一般發(fā)生在間位（ 位）。位）。親電取代反應(yīng)的活性次序：親電取代反應(yīng)的活性次序： 其次，吡咯和呋喃遇強酸時，雜原子能發(fā)其次，吡咯和呋喃遇強酸時，雜原子能發(fā)生質(zhì)子化，破壞大生質(zhì)子化，破壞大 鍵，從而呈現(xiàn)共軛二烯烴鍵，從而呈現(xiàn)共軛二烯烴的性質(zhì)：易被氧化，加成。而吡啶則比苯更難的性質(zhì)：易被氧化，加成。而吡啶則比苯更難氧化。氧化。 正因為如此，吡咯和呋喃不能直接用強正因為如此，吡咯和呋喃不能直接用強酸進行硝化、磺化等反應(yīng)，要采用較溫和的非酸進行硝化、磺化等反應(yīng)，要采用較溫和的非質(zhì)子性試劑。質(zhì)子性試劑。 另外，吡啶和吡咯雖然都含有氮原子，但另外，吡啶和吡

10、咯雖然都含有氮原子，但前者孤電子對沒有參與成鍵，能接受質(zhì)子而顯前者孤電子對沒有參與成鍵，能接受質(zhì)子而顯堿性，后者的孤電子對參與共軛，不但不能接堿性，后者的孤電子對參與共軛，不但不能接受質(zhì)子，而且表現(xiàn)出一定的弱酸性。受質(zhì)子，而且表現(xiàn)出一定的弱酸性。 五元和六元雜環(huán)結(jié)構(gòu)上的差異，使它們五元和六元雜環(huán)結(jié)構(gòu)上的差異，使它們在物理性質(zhì)上也有很大的區(qū)別。在物理性質(zhì)上也有很大的區(qū)別。 上述四種化合物中，吡啶的極性最大，上述四種化合物中，吡啶的極性最大，且氮原子沒有參與成鍵的孤電子對不僅能與且氮原子沒有參與成鍵的孤電子對不僅能與水形成氫鍵，還能與一些金屬離子形成配位水形成氫鍵，還能與一些金屬離子形成配位鍵。所

11、以，吡啶與水能以任何比例互溶，又鍵。所以，吡啶與水能以任何比例互溶，又能溶解大多數(shù)極性和非極性有機物（例如乙能溶解大多數(shù)極性和非極性有機物（例如乙醇和乙醚），甚至能溶解某些無機鹽類。醇和乙醚），甚至能溶解某些無機鹽類。 三個五元雜環(huán)化合物在水中的溶解度均三個五元雜環(huán)化合物在水中的溶解度均小于吡啶，這是因為它們的孤電子對參與了小于吡啶，這是因為它們的孤電子對參與了共軛，雜原子的電子密度降低。共軛，雜原子的電子密度降低。 I2NaOHHNBrBrBrBrNHIIIINHBr2乙醇，乙醇，0吡咯活性最大，往往形成四取代物。吡咯活性最大，往往形成四取代物。OBr2二氧六環(huán)二氧六環(huán), 0OBrSBr2乙

12、酸，室溫乙酸，室溫SBrNBr2300 NBr 五元雜環(huán)化合物進行硝化反應(yīng)時，五元雜環(huán)化合物進行硝化反應(yīng)時，常用的硝化試劑是硝酸乙酰基酯：常用的硝化試劑是硝酸乙酰基酯：CH3COONO2OCH3COONO2- -30 - -5ONO2HNCH3COONO2 , NaOH(CH3CO)2O,5NHNO2CH3COONO2S(CH3CO)2O,- -10NO2SNHNO2/H2SO4300NNO2 五元雜環(huán)化合物中的吡咯和呋喃五元雜環(huán)化合物中的吡咯和呋喃的磺化反應(yīng)常用的磺化反應(yīng)常用C6H5N+SO3為試劑。遇濃硫為試劑。遇濃硫酸不發(fā)生質(zhì)子化反應(yīng)的噻吩，可在室溫下直接酸不發(fā)生質(zhì)子化反應(yīng)的噻吩，可在室

13、溫下直接與濃硫酸進行磺化反應(yīng)。利用該性質(zhì)能分離苯與濃硫酸進行磺化反應(yīng)。利用該性質(zhì)能分離苯中所含的少量噻吩。中所含的少量噻吩。OSO3HOC5H5N SO3+C2H4Cl2室溫室溫HN+C5H5N SO3100NHSO3HSH2SO4室溫室溫SO3HSNH2SO4350NSO3H O(CH3CO)2OSnCl4OCCH3OHHCCH3O(CH3CO)2ONNSnCl4S(CH3CO)2OSOCCH3 由于五元雜環(huán)發(fā)生親電取代反應(yīng)的活性由于五元雜環(huán)發(fā)生親電取代反應(yīng)的活性很強，很難得到一烷基取代產(chǎn)物，所以傅克很強，很難得到一烷基取代產(chǎn)物，所以傅克烷基化反應(yīng)沒有實際應(yīng)用價值。吡啶則不能烷基化反應(yīng)沒有實

14、際應(yīng)用價值。吡啶則不能發(fā)生傅發(fā)生傅克烷酰化反應(yīng)。克烷酰化反應(yīng)。 OH2/PdO四氫呋喃四氫呋喃HNH2/PdNHSH2/MoS2SNH2/PtNH四氫吡咯四氫吡咯四氫噻吩四氫噻吩六氫吡啶六氫吡啶 芳香性最小的呋喃表現(xiàn)出共軛二烯烴的性芳香性最小的呋喃表現(xiàn)出共軛二烯烴的性質(zhì)，能與順丁烯二酸酐發(fā)生質(zhì)，能與順丁烯二酸酐發(fā)生D-A反應(yīng)。反應(yīng)。OOOO+OOOO12345678 五元雜環(huán)尤其是呋喃和吡咯對氧化劑十分敏五元雜環(huán)尤其是呋喃和吡咯對氧化劑十分敏感，例如吡咯在空氣中放置，顏色很快變深。感，例如吡咯在空氣中放置，顏色很快變深。而吡啶只能發(fā)生側(cè)鏈的氧化反應(yīng)，例如：而吡啶只能發(fā)生側(cè)鏈的氧化反應(yīng)，例如： NCH3KMnO4H+,NCOOHNH+,KMnO4NCOOHCOOH 堿性次序：堿性次序：。例：。例：(CH3CH2)2NCH3 CH3(CH2)4NH2 HN NH3 NNH2HNHCl.N + HClN+ SO3NN+SO3- -