医用化学:授课教案第十九章杂环化合物和生物碱

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授课题目	第十九章杂环化合物和生物碱	授课形式	理论课
授课时间		授课学时	1
教学目的与要求	熟悉杂环化合物的分类及常见的结构。生物碱的定义。了解重要杂环化合物的结构特征。杂环化合物的亲电取代。
基本内容	一、杂环化合物杂环化合物的分类和命名；杂环化合物的结构；重要的杂环化合物二、生物碱概述；生物碱的分类和命名；生物碱的一般性质；重要的生物碱
重点难点	重点：常见杂环的基本结构。生物碱的基本概念。难点：杂环结构分析。
主要教学媒体	多媒体投影
主要外语词汇	heterocyclic compounds；(hetero-atom；alkaloid
有关本内容的新进展	以杂环化合物为基本结构的新药研究；生物碱与药物、毒品关系。
主要参考资料或相关网站	《医用化学》游文玮主编化学工业出版社；《有机化学》张生勇主编科学出版社《医用化学学习指导及习题解答》孙晓莉主编第四军医大学出版社http://ce.sysu.edu。cn/ChemEdu/国家医学考试网Echemi/elaborate/wujihuaxue/ http://www.sxmu.edu。cn/jingpin/wujihuaxue/lx.htm
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第一节 杂环化合物

环状有机化合物中，组成环的原子除碳原子以外，还有其它非碳原子，这类环状化合物称为杂环化合物(heterocyclic compounds)。这些非碳原子叫做杂原子(hetero-atom)，常见的杂原子有氧、氮、硫。

一、杂环化合物的分类和命名

（一)分类

杂环化合物通常以杂环的骨架来分类，分为单杂环和稠杂环。单杂环又按环的大小分为五元杂环和六元杂环；稠杂环按其稠合环形式又分为苯稠杂环和稠杂环。

表19-1投影。

（二)命名

杂环化合物的命名，通常采用外文译音法，即在杂环化合物的英文名称的汉字译音的左旁加上“口”字偏旁。如吡咯（pyrrole), 吡啶（pyridine)，嘌呤（purine)等。

杂环化合物环上原子的编号，除个别稠杂环外，一般从杂原子开始。

当杂环上连有－R，－X，―OH，－NH₂等取代基时，以杂环为母体，标明取代基位次；

如果连有－CHO，－COOH，－SO₃H 等时，把杂环作为取代基。

环上有两个或两个以上相同的杂原子时，应从连有氢的杂原子开始编号，并使杂原子位次之和最小。

环上有不同杂原子时，则按氧、硫、氮次序编号。

举例：β-甲基吡咯；α-呋喃甲醛；γ-吡啶甲酸；

二、杂环化合物的结构

含一个杂原子的五元杂环，具有代表性的三个母体是呋喃、噻吩、吡咯。（结构投影)

组成五元环的五个原子都处在同一平面上，碳原子和杂原子（O、S、N)都是sp²杂化。杂原子均有两个电子分别处在两个sp²杂化轨道，与碳原子形成σ键。一对未共用电子处在sp²杂化轨道与环共平面，另一对处于与环平面垂直的p轨道上，与四个碳原子的p轨道相互平行并重叠形成五原子六个π电子的闭合共轭体系。环上π电子的离域形成共轭体系，产生键的平均化，具有芳香性，易于进行取代反应，较难进行加成和氧化反应。

由于共轭体系中的6 个π电子分散在5个原子上，使整个环的π电子云密度较苯环大。因此，比苯容易发生亲电取代反应。同时α-位上的电子云密度较大，因而亲电取代反应一般发生在α-位上，如果α-位上已有取代基，则发生在β-位上。

六元杂环的结构以吡啶为例，它的结构与苯相似，组成环的氮原子和5个碳原子都是sp²杂化，并以σ键相互结合成平面六元环。每个原子上各有一个电子在未参与杂化的p轨道上，p轨道与环平面垂直，以“肩并肩”的方式重叠形成6个π电子的闭合共轭体系，因而具有芳香性，其结构与苯相似。（结构投影)

由于吡啶环中氮原子的电负性大于碳原子，所以环上的电子云密度因向氮原子转移而降低，亲电取代比苯难。环上氮原子具有与间位定位基－NO₂相似的电子效应，取代反应易发生在β－位。

吡啶环上的氮原子有一对未共用电子对未参与6电子共轭体系，可与质子结合，故其碱性较吡咯强，也较苯胺强，但比氨弱。

吡啶能与强酸作用生成较稳定的盐。吡啶可与水混溶，同时又能溶解大多数极性和非极性有机化合物，是一个良好的溶剂，吡啶具有较好的水溶性的原因，除分子的极性外，主要是由于其氮原子上有一对未参与环共轭体系的未共用电子对与水分子易形成氢键。

5分；

电脑投影

5分；

电脑投影

20分；

板书及电脑投影

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不同化合物的碱性大小顺序为：

四氢吡咯氨吡啶苯胺吡咯

三、重要的含氮杂环化合物

（一)吡咯及其衍生物

吡咯广泛分布于自然界中，叶绿素、血红素、维生素B₁₂等许多生物碱都含有吡咯环。

四个吡咯环的α碳原子通过四个次甲基交替连接构成的大环叫卟吩环。

（二)咪唑及其衍生物

咪唑的衍生物，如蛋白质组成的衍生物组氨酸。

（三)吡啶及其衍生物

吡啶的衍生物有烟酸、烟酰胺、异烟肼等。

烟酸　　　烟酰胺　　　　　　　异烟肼

　（β－吡啶甲酸)　（β－吡啶甲酰胺)　　（γ-吡啶甲酰肼)

（四)嘧啶及其衍生物

嘧啶的衍生物如胞嘧啶、尿嘧啶和胸腺嘧啶是核酸的组成部分。

胞嘧啶（C) 尿嘧啶（U) 胸腺嘧啶（T)

（4-氨基-2-氧嘧啶) （2,4-二氧嘧啶) （5-甲基-2,4-二氧嘧啶)

（五)嘌呤及其衍生物

嘌呤是咪唑和嘧啶稠合而成的稠杂环。嘌呤本身不存在于自然界，但它的衍生物广泛分布在动﹑植物中。嘌呤的衍生物腺嘌呤、鸟嘌呤是核酸的组成成分。

腺嘌呤（A) 鸟嘌呤（G)

（6-氨基嘌呤) （2-氨基-6-羟基嘌呤)

咖啡因又称三甲基黄嘌呤，为中枢兴奋药，能加强大脑皮层的兴奋过程，具有兴奋心脏和利尿作用。

咖啡因

10分

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第二节 生物碱

一、概述

生物碱（alkaloid)是指存在于生物体内，有明显生理活性的含氮碱性有机化合物。它们主要存在于植物中，所以又称植物碱。

二、生物碱的分类和命名

（一)分类

（二)命名

生物碱的命名多根据它所来源的植物命名。

医学全在线三、生物碱的一般提取方法

四、生物碱的一般性质

大多数生物碱是结晶性固体，但有少数是液体，如烟碱。多数生物碱为无色，但有少数生物碱如小蘖碱和一叶萩碱为黄色。生物碱及其盐大多有苦味，具有旋光性，通常左旋的生物碱有较强的生理活性。

（一)碱性

生物碱有碱性，是因为分子中的氮原子有未共用的电子对，能接受质子和酸作用成盐。生物碱遇碱，又游离出来生物碱。

（二)沉淀反应

生物碱或生物碱的盐类水溶液，能与一些试剂生成不溶性沉淀。使生物碱沉淀的试剂称为生物碱沉淀剂。沉淀反应可用于鉴定和分离生物碱。常用的生物碱沉淀剂有：碘化汞钾（HgI₂·2KI)试剂（与生物碱作用生成黄色沉淀)；碘化铋钾（BiI₃·KI)试剂（与生物碱作用多生成黄褐色沉淀)；磷钨酸（H₃PO₄·12WO₃)试剂、鞣酸、苦味酸与生物碱作用分别生成黄色、白色、黄色沉淀。

（三)显色反应

生物碱与一些试剂反应呈现不同的颜色，可用于鉴定生物碱。

五、重要的生物碱

（一)烟碱